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JP2007281348A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2007281348A
JP2007281348A JP2006108675A JP2006108675A JP2007281348A JP 2007281348 A JP2007281348 A JP 2007281348A JP 2006108675 A JP2006108675 A JP 2006108675A JP 2006108675 A JP2006108675 A JP 2006108675A JP 2007281348 A JP2007281348 A JP 2007281348A
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silicon oxide
film
oxide film
sidewall
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Kenichi Shoji
健一 庄司
Yasuo Sato
康夫 佐藤
Takuya Koga
拓哉 古賀
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Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure the reliability of a semiconductor device provided with a gate electrode having a sidewall. <P>SOLUTION: A silicon oxide film is formed on the main surface of a semiconductor substrate 1S so as to cover an auxiliary gate electrode 4G while increasing the supply amount of oxygen with the lapse of time by a CVD method using mixed gas containing mono-silane and oxygen. In the silicon oxide film, much silicon is contained in a semiconductor substrate side lower layer as compared with an upper layer of the silicon oxide film. Then the silicon oxide film is etched back to form a sidewall 16 on the sidewall of the auxiliary gate electrode 4G. On the main surface of the semiconductor substrate 1S which is exposed by the etch-back, a tunnel insulating film 15 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、サイドウォールを有するゲート電極を備えた半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device having a gate electrode having a sidewall.

フラッシュメモリなどのような電気的に書き換え可能な不揮発性記憶素子は、オンボードでプログラムの書き換えができることから、開発期間の短縮、開発効率の向上が可能となる他、少量多品種生産の対応、仕向け先別チューニング、出荷後のプログラムアップデート等、様々な用途に応用が広がっている。特に、近年では、MPU(Micro Processing Unit)とフラッシュメモリとを内蔵したマイコンへのニーズが大きくなっている。   Electrically rewritable non-volatile memory elements such as flash memory can be rewritten on-board, which can shorten development time and improve development efficiency. Applications are expanding for various purposes such as tuning by destination and program update after shipment. In particular, in recent years, there has been an increasing need for a microcomputer incorporating an MPU (Micro Processing Unit) and a flash memory.

特開2005−85903号公報(特許文献1)には、補助ゲート電極型のフラッシュメモリに関する技術が開示されている。このフラッシュメモリのメモリ領域の半導体基板上には、所定方向に延在する複数の補助ゲート電極が互いに隣接した状態で配置されている。この複数の補助ゲート電極の上層には、補助ゲート電極の延在方向に対して直交する方向に延在する複数のワード線が互いに隣接した状態で配置されている。そして、上記複数の補助ゲート電極の隣接間であって、上記ワード線の各々と半導体基板との間には、浮遊ゲート電極が他の部材とは電気的に分離された状態で配置されている。浮遊ゲート電極は、その上面の高さが補助ゲート電極の上面の高さよりも高くなるように形成されているものである。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-85903 (Patent Document 1) discloses a technology related to an auxiliary gate electrode type flash memory. A plurality of auxiliary gate electrodes extending in a predetermined direction are arranged adjacent to each other on a semiconductor substrate in the memory area of the flash memory. In the upper layer of the plurality of auxiliary gate electrodes, a plurality of word lines extending in a direction perpendicular to the extending direction of the auxiliary gate electrodes are arranged adjacent to each other. A floating gate electrode is arranged between each of the plurality of auxiliary gate electrodes and between each of the word lines and the semiconductor substrate in a state of being electrically separated from other members. . The floating gate electrode is formed such that the height of the upper surface thereof is higher than the height of the upper surface of the auxiliary gate electrode.

また、特開平11−163337号公報(特許文献2)には、LDD構造の電界効果トランジスタに関する技術が開示されている。この電界効果トランジスタのゲート電極の側壁部にノンドープのポリシリコンで構成されるサイドウォールを保護絶縁膜として形成し、ソース・ドレイン拡散層の形成領域と、このサイドウォールとに同時に不純物を導入する。そして、同一の熱処理で、LDD工程の低濃度領域と高濃度領域とを同時に形成するものである。
特開2005−85903号公報 特開平11−163337号公報
Japanese Patent Laid-Open No. 11-163337 (Patent Document 2) discloses a technique related to a field effect transistor having an LDD structure. A side wall made of non-doped polysilicon is formed as a protective insulating film on the side wall portion of the gate electrode of the field effect transistor, and impurities are simultaneously introduced into the source / drain diffusion layer formation region and the side wall. Then, the low concentration region and the high concentration region of the LDD process are simultaneously formed by the same heat treatment.
JP 2005-85903 A JP-A-11-163337

本発明者らは、例えば上記特許文献1に開示されたような補助ゲート電極型のフラッシュメモリを備えた半導体装置の製造に関する検討を行っている。以下に、本発明者らが検討した半導体装置を図20および図21を参照して説明する。図20および図21は、本発明者らが検討した製造工程中におけるフラッシュメモリの要部を模式的に示す断面図である。   For example, the present inventors have studied the manufacture of a semiconductor device including an auxiliary gate electrode type flash memory as disclosed in Patent Document 1 above. The semiconductor device studied by the present inventors will be described below with reference to FIGS. 20 and 21 are cross-sectional views schematically showing the main part of the flash memory during the manufacturing process studied by the present inventors.

本発明者らが検討したメモリセルMC0は、半導体基板1Sの主面上に形成された補助ゲート電極4G、制御ゲート電極5および電荷蓄積用の浮遊ゲート電極6Gを有している。この補助ゲート電極4Gと半導体基板1Sとの間にゲート絶縁膜8、浮遊ゲート電極6Gと半導体基板1Sとの間にトンネル絶縁膜15、補助ゲート電極4Gおよび浮遊ゲート電極6G上であってそれらと制御ゲート電極5との間にONO膜18が設けられている。さらに、補助ゲート電極4Gと浮遊ゲート電極6Gとの間であってそれらを絶縁分離する補助ゲート電極4Gのサイドウォール116が設けられている。   The memory cell MC0 examined by the present inventors has an auxiliary gate electrode 4G, a control gate electrode 5 and a charge storage floating gate electrode 6G formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S. Between the auxiliary gate electrode 4G and the semiconductor substrate 1S, there is a gate insulating film 8, and between the floating gate electrode 6G and the semiconductor substrate 1S, on the tunnel insulating film 15, the auxiliary gate electrode 4G, and the floating gate electrode 6G. An ONO film 18 is provided between the control gate electrode 5. Further, a sidewall 116 of the auxiliary gate electrode 4G is provided between the auxiliary gate electrode 4G and the floating gate electrode 6G to insulate and separate them.

図20に示すように、半導体基板1Sの主面上には、ゲート絶縁膜8を介して補助ゲート電極4Gが設けられている。この補助ゲート電極4G上には、キャップ膜10および絶縁膜11が設けられている。なお、キャップ膜10は後の工程でエッチングストッパとして機能するものであり、また、絶縁膜11は後の工程で形成される浮遊ゲート電極の高さ(半導体基板1の主面に対して交差する方向の寸法)を確保するためのものである。   As shown in FIG. 20, an auxiliary gate electrode 4 </ b> G is provided on the main surface of the semiconductor substrate 1 </ b> S via a gate insulating film 8. A cap film 10 and an insulating film 11 are provided on the auxiliary gate electrode 4G. The cap film 10 functions as an etching stopper in a later process, and the insulating film 11 intersects the height of the floating gate electrode formed in the later process (the main surface of the semiconductor substrate 1). (Dimension in the direction).

これら補助ゲート電極4G、キャップ膜10および絶縁膜11が設けられた半導体基板1Sの主面上に、例えば酸化シリコンを、例えばモノシランと酸素の混合ガスを用いたCVD法により堆積した後、これをエッチバックすることによって、補助ゲート電極4G、キャップ膜10および絶縁膜11の積層膜の側壁にサイドウォール116が形成される。また、隣接する補助ゲート電極4G間には、溝28が形成される。なお、このエッチバック処理の際、半導体基板1Sの表面が削られ、削れ部109が形成されてしまう。この半導体基板1Sの削れが及ぼす影響については後述する。   For example, silicon oxide is deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1S provided with the auxiliary gate electrode 4G, the cap film 10 and the insulating film 11 by, for example, a CVD method using a mixed gas of monosilane and oxygen. By etching back, the sidewall 116 is formed on the side wall of the laminated film of the auxiliary gate electrode 4G, the cap film 10 and the insulating film 11. Further, a groove 28 is formed between the adjacent auxiliary gate electrodes 4G. In this etch back process, the surface of the semiconductor substrate 1S is scraped, and the scraped portion 109 is formed. The effect of this semiconductor substrate 1S shaving will be described later.

上記サイドウォール116が形成された後、溝28の底部(削れ部109)にトンネルトンネル絶縁膜15、トンネル絶縁膜15上であって溝28内に導体膜を堆積し、絶縁膜11を除去すると、図21に示すように、補助ゲート電極4G間に前記導体膜からなる浮遊ゲート電極6Gが形成される。   After the sidewalls 116 are formed, a conductor film is deposited on the tunnel tunnel insulating film 15 and the tunnel insulating film 15 on the bottom of the trench 28 (the shaved portion 109), and the insulating film 11 is removed. As shown in FIG. 21, a floating gate electrode 6G made of the conductive film is formed between the auxiliary gate electrodes 4G.

さらに、浮遊ゲート電極6Gおよび補助ゲート電極4Gを覆うようにONO膜18が形成され、さらに、導体膜5aと導体膜5bとからなる制御ゲート電極5がONO膜18上に形成される。   Further, an ONO film 18 is formed so as to cover the floating gate electrode 6G and the auxiliary gate electrode 4G, and a control gate electrode 5 composed of the conductor film 5a and the conductor film 5b is formed on the ONO film 18.

しかしながら、このように形成されたメモリセルMC0では、デトラップ特性が劣化する問題が生じた。また、多値として判別できる閾値の分布が、書き込み後、分布の裾がシフト(拡がって)してしまい、多値判定することができなくなる問題が生じた。これらの問題は、サイドウォール116形成のためのエッチバック処理において、削られた半導体基板1Sが原因ではないかと考えられる。   However, the memory cell MC0 formed in this way has a problem that the detrap characteristic deteriorates. In addition, the threshold distribution that can be determined as multi-valued has a problem that the bottom of the distribution is shifted (expanded) after writing, and multi-valued determination cannot be performed. These problems are considered to be caused by the semiconductor substrate 1S that has been shaved in the etch-back process for forming the sidewall 116.

また、メモリセルの周辺回路として形成されるような電界効果トランジスタにおいても、ゲート電極にサイドウォールを形成する際、同様のエッチバック処理を行った場合、半導体基板の表面に削れが生じることが考えられる。図22は、本発明者らが検討した電界効果トランジスタの要部を模式的に示す断面図である。図中、符号PW1はウエル、32a、32bは半導体領域、34はシリサイド層、8はゲート絶縁膜、4Aはゲート電極、10はキャップ膜、11は絶縁膜および117はサイドウォールである。   In addition, even in a field effect transistor formed as a peripheral circuit of a memory cell, when a similar etch back process is performed when a sidewall is formed on a gate electrode, the surface of the semiconductor substrate may be scraped. It is done. FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a field effect transistor examined by the present inventors. In the figure, PW1 is a well, 32a and 32b are semiconductor regions, 34 is a silicide layer, 8 is a gate insulating film, 4A is a gate electrode, 10 is a cap film, 11 is an insulating film, and 117 is a sidewall.

図22に示すように、このような半導体基板1Sの表面に削れが生じた場合、深さ方向およびゲート長方向において、シリサイド層34の上記端部が、n型の半導体領域32bと半導体基板1Sとの接合面に近くなる。シリサイド層34は主にCoSi(コバルトシリサイド)またはNiSi(ニッケルシリサイド)等の金属とシリコンの金属化合物で形成されている。本発明者らの検討によれば、半導体基板1Sの主面が削れ、窪みが形成されることにより、シリサイド層34は、その窪みの上面に形成されることになる。その場合、シリサイド層34の端部がn型の半導体領域32bと半導体基板1Sとの接合面に近づいてしまう。ここで、シリサイド層34に電圧が印加された時に、その接合面に電界が集中するため、半導体基板1Sへリーク電流が発生する等の不具合が生じる。 As shown in FIG. 22, when the surface of such a semiconductor substrate 1S is scraped, the end portion of the silicide layer 34 is connected to the n + type semiconductor region 32b and the semiconductor substrate in the depth direction and the gate length direction. It becomes close to the joint surface with 1S. The silicide layer 34 is mainly formed of a metal compound of metal such as CoSi 2 (cobalt silicide) or NiSi (nickel silicide) and silicon. According to the study by the present inventors, the main surface of the semiconductor substrate 1S is shaved and a depression is formed, whereby the silicide layer 34 is formed on the upper surface of the depression. In this case, the end portion of the silicide layer 34 approaches the bonding surface between the n + type semiconductor region 32b and the semiconductor substrate 1S. Here, when a voltage is applied to the silicide layer 34, the electric field concentrates on the junction surface, which causes problems such as the occurrence of a leakage current to the semiconductor substrate 1 </ b> S.

さらに、シリサイド層34が異常に成長して、半導体基板1Sに達してしまう場合もある。このような要因としては、半導体基板1Sの表面に、シリサイド層34形成工程前の洗浄で除去しきれなかった未反応のコバルト、不純物または自然酸化膜が存在し、これら有無に対応してシリサイド層が厚く形成される箇所と薄く形成される箇所とが生じてしまう等の不具合が発生するためである。   Further, the silicide layer 34 may grow abnormally and reach the semiconductor substrate 1S. As such factors, there are unreacted cobalt, impurities, or natural oxide films that could not be removed by the cleaning before the silicide layer 34 forming step on the surface of the semiconductor substrate 1S, and the silicide layer corresponding to the presence or absence of these. This is because problems such as occurrence of thick portions and thin portions occur.

本発明の目的は、サイドウォールを有するゲート電極を備えた半導体装置の信頼性を確保することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of ensuring the reliability of a semiconductor device including a gate electrode having a sidewall.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明は、ゲート電極の側壁に設けられたサイドウォールがゲート電極を覆うように半導体基板の主面上に形成された酸化シリコン膜がエッチバックされてなり、酸化シリコン膜が酸化シリコン膜の上層より下層にシリコンが多く含まれているものである。   According to the present invention, a silicon oxide film formed on a main surface of a semiconductor substrate is etched back so that a side wall provided on a side wall of the gate electrode covers the gate electrode, and the silicon oxide film is an upper layer of the silicon oxide film. The lower layer contains a lot of silicon.

また、本発明は、ゲート電極の側壁に設けられるサイドウォールとなる酸化シリコン膜の形成では、時間経過と共に、酸素の供給量を増加するものである。   Further, according to the present invention, in the formation of the silicon oxide film serving as a side wall provided on the side wall of the gate electrode, the supply amount of oxygen is increased with time.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本発明によれば、サイドウォールを有するゲート電極を備えた半導体装置の信頼性を向上することができる。   According to the present invention, the reliability of a semiconductor device including a gate electrode having a sidewall can be improved.

以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためハッチングを付す場合もある。また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、電界効果トランジスタであるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をMISと略し、nチャネル型MISをnMISと略し、pチャネル型MISをpMISと略す。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   In the drawings used in the following embodiments, even plan views may be hatched to make the drawings easy to see. In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In the following embodiments, MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) which is a field effect transistor is abbreviated as MIS, n-channel type MIS is abbreviated as nMIS, and p-channel type MIS is abbreviated as pMIS. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施の形態では、例えば4GbitのAND型のフラッシュメモリを備えた半導体装置に本発明を適用した場合の一例について説明する。   In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a semiconductor device provided with, for example, a 4 Gbit AND type flash memory will be described.

図1は本実施の形態のフラッシュメモリの要部平面図、図2は図1のY1−Y1線の断面図、図3は図1のX1−X1線の断面図、図4は図1のX2−X2線の断面図をそれぞれ示している。なお、図1の符号Xは第1方向を示し、同図の符号Yは第1方向Xに直交する第2方向を示している。   1 is a plan view of a main part of the flash memory according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line Y1-Y1 in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line X1-X1 in FIG. Cross-sectional views taken along line X2-X2 are shown. In addition, the code | symbol X of FIG. 1 has shown the 1st direction, and the code | symbol Y of the figure has shown the 2nd direction orthogonal to the 1st direction X.

本実施の形態のフラッシュメモリが形成された半導体チップの半導体基板(以下、単に基板という)1Sは、例えばp型のシリコン(Si)単結晶からなり、その主面(デバイス形成面)には、活性領域2、分離領域3、複数の補助ゲート電極4G、複数のワード線(制御ゲート電極)5、複数の浮遊ゲート電極6G、複数の不揮発性メモリセル(以下、単にメモリセルという)MCおよび複数の選択nMISQsn0、選択nMISQsn1が配置されている。   A semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1S of the semiconductor chip on which the flash memory of the present embodiment is formed is made of, for example, p-type silicon (Si) single crystal, and its main surface (device formation surface) is Active region 2, isolation region 3, a plurality of auxiliary gate electrodes 4G, a plurality of word lines (control gate electrodes) 5, a plurality of floating gate electrodes 6G, a plurality of nonvolatile memory cells (hereinafter simply referred to as memory cells) MC and a plurality of Are selected nMISQsn0 and selected nMISQsn1.

基板1Sの断面を見ると、基板1Sのメモリ領域(メモリセルMCが形成されている領域)および選択トランジスタ領域(選択nMISQsnが形成されている領域)には、p型のウエルPW1およびn型の埋込領域NISOが形成されている。p型のウエルPW1は、例えばホウ素(B)が導入されてなり、その外周(側面および底面)は、n型の埋込領域NISOにより取り囲まれている。n型の埋込領域NISOには、例えばリン(P)が導入されている。   Looking at the cross section of the substrate 1S, the p-type well PW1 and the n-type well PW1 are formed in the memory region (the region where the memory cells MC are formed) and the selection transistor region (the region where the selection nMISQsn is formed) of the substrate 1S. A buried region NISO is formed. For example, boron (B) is introduced into the p-type well PW1, and the outer periphery (side surface and bottom surface) thereof is surrounded by the n-type buried region NISO. For example, phosphorus (P) is introduced into the n-type buried region NISO.

上記活性領域2は、デバイスが形成される領域である。この活性領域2の平面外形は分離領域3により規定されている。分離領域3は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)またはSGI(Shallow Groove Isolation)と称する溝型の分離領域とされている。すなわち、基板1Sに掘られた溝内に、例えば酸化シリコン(SiO等)のような絶縁膜が埋め込まれることで形成されている。 The active region 2 is a region where a device is formed. The planar outline of the active region 2 is defined by the separation region 3. The isolation region 3 is a trench-type isolation region called STI (Shallow Trench Isolation) or SGI (Shallow Groove Isolation), for example. That is, an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 or the like) is buried in the groove dug in the substrate 1S.

上記複数の補助ゲート電極4Gは、その各々の平面形状が第1方向Xに延在する矩形状とされている。各補助ゲート電極4Gは、第2方向Yに沿って所望の距離を隔ててほぼ平行に並んで配置されている。補助ゲート電極4Gの細い部分の第2方向Yの寸法(幅)は、例えば65nm程度である。また、補助ゲート電極4Gの隣接間隔は、例えば115nm程度である。この補助ゲート電極4Gは、その大半が上記活性領域2に平面的に重なるように配置されている。この補助ゲート電極4Gに所望の電圧が印加されると、その補助ゲート電極4Gに沿って活性領域2の基板1Sの主面部分にn型の反転層が形成されるようになっている。このn型の反転層は、ビット線(メモリセルMCのソースおよびドレイン)を形成する部分である。   Each of the plurality of auxiliary gate electrodes 4G has a rectangular shape whose planar shape extends in the first direction X. The auxiliary gate electrodes 4G are arranged in parallel in the second direction Y with a desired distance therebetween. The dimension (width) in the second direction Y of the thin portion of the auxiliary gate electrode 4G is, for example, about 65 nm. Further, the interval between adjacent auxiliary gate electrodes 4G is, for example, about 115 nm. The auxiliary gate electrode 4G is arranged so that most of it overlaps the active region 2 in a plane. When a desired voltage is applied to the auxiliary gate electrode 4G, an n-type inversion layer is formed on the main surface portion of the substrate 1S in the active region 2 along the auxiliary gate electrode 4G. This n-type inversion layer is a portion for forming a bit line (a source and a drain of the memory cell MC).

このメモリセルMCのソースおよびドレインが、グローバルビット線および共通ドレイン配線を電気的に接続される機構を、図4を用いて以下に述べる。なお、図1のX2−X2線とX3−X3線の断面構造は、グローバルビット線、もしくは共通ドレイン配線と電気的に接続される以外は、その構造は左右対称に同様であるので、X3−X3線についての詳細な説明は省略する。   A mechanism in which the source and drain of the memory cell MC are electrically connected to the global bit line and the common drain wiring will be described below with reference to FIG. Note that the cross-sectional structures of the X2-X2 line and the X3-X3 line in FIG. 1 are the same symmetrically except that they are electrically connected to the global bit line or the common drain wiring. A detailed description of the X3 line is omitted.

所望の補助ゲート電極4Gに所望の電圧が印加されると、図1に示す補助ゲート電極4Gの下の活性領域2には、ドレイン用のビット線(n型の反転層)が形成される。すなわち、図4に示すように、基板1Sの主面部分に形成されたn型の半導体領域7を通じて所望の選択nMISQsnと電気的に接続され、さらにその選択nMISQsnを介して共通ドレイン配線と電気的に接続されるようになっている。n型の半導体領域7は、補助ゲート電極4Gとその第1方向Xの延長線上の選択nMISQsnとの間に、例えばヒ素(As)が導入されることで形成されている。また、前述したように、メモリセルMCのソースとグローバルビット線への接続についても同様である。すなわち、各補助ゲート電極4GはメモリセルMCのソース領域およびドレイン領域を形成するために設けられている。 When a desired voltage is applied to desired auxiliary gate electrode 4G, a drain bit line (n-type inversion layer) is formed in active region 2 below auxiliary gate electrode 4G shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, it is electrically connected to a desired selected nMISQsn through an n type semiconductor region 7 formed on the main surface portion of the substrate 1S, and further connected to the common drain wiring and the electric via the selected nMISQsn. Connected. The n type semiconductor region 7 is formed by introducing, for example, arsenic (As) between the auxiliary gate electrode 4G and the selected nMISQsn on the extension line in the first direction X. Further, as described above, the same applies to the connection of the source of the memory cell MC to the global bit line. That is, each auxiliary gate electrode 4G is provided to form a source region and a drain region of the memory cell MC.

このように本実施の形態では、各メモリセルMCを形成する領域においては、補助ゲート電極4Gにより活性領域2の基板1Sの主面部分にビット線用の反転層を形成している。すなわち、ビット線用の半導体領域を形成しないので、メモリセルMCのサイズを大幅に縮小でき、メモリ領域全体の寸法を大幅に縮小することが可能となっている。また、補助ゲート電極4Gは、上記ビット線形成の機能の他に、隣接するメモリセルMC間のアイソレーション機能も有している。   As described above, in the present embodiment, in the region where each memory cell MC is formed, the bit line inversion layer is formed on the main surface portion of the substrate 1S of the active region 2 by the auxiliary gate electrode 4G. That is, since the semiconductor region for the bit line is not formed, the size of the memory cell MC can be greatly reduced, and the overall size of the memory region can be greatly reduced. The auxiliary gate electrode 4G has an isolation function between adjacent memory cells MC in addition to the function of forming the bit line.

メモリ領域の単位領域には、例えば4本の補助ゲート電極4G(G0〜G3)が配置されている。すなわち、補助ゲート電極4G(G0〜G3)が4本で1セットとされている。図1では、単位領域の1本の補助ゲート電極4G(G1)の右端に上層配線との接続用の幅広領域4GAが形成され、その下に隣接する補助ゲート電極4G(G2)の左端に上層配線との接続用の幅広領域4GAが形成され、その下に隣接する補助ゲート電極4G(G3)の右端は配線4LAと接続され、その下に隣接する補助ゲート電極4G(G0)の左端は配線4LBと接続されている。   For example, four auxiliary gate electrodes 4G (G0 to G3) are arranged in the unit area of the memory area. That is, four auxiliary gate electrodes 4G (G0 to G3) form one set. In FIG. 1, a wide region 4GA for connection to the upper layer wiring is formed at the right end of one auxiliary gate electrode 4G (G1) in the unit region, and an upper layer is formed at the left end of the adjacent auxiliary gate electrode 4G (G2). A wide region 4GA for connection with the wiring is formed, the right end of the auxiliary gate electrode 4G (G3) adjacent below the wiring is connected to the wiring 4LA, and the left end of the auxiliary gate electrode 4G (G0) adjacent below the wiring is the wiring. It is connected to 4LB.

配線4LA,4LBは、図1の第2方向Yに延在する帯状のパターンとされており、その各々には4本に1本の補助ゲート電極4G(G3、G0)が一体的に接続されている。すなわち、配線4LA,4LBは、同一の電位を供給する複数の補助ゲート電極4Gの共通配線とされている。   The wirings 4LA and 4LB have a strip-like pattern extending in the second direction Y of FIG. 1, and one auxiliary gate electrode 4G (G3, G0) is integrally connected to each of the wirings 4LA and 4LB. ing. That is, the wirings 4LA and 4LB are common wirings for the plurality of auxiliary gate electrodes 4G that supply the same potential.

このような補助ゲート電極4G(G0〜G3)、4GAおよび配線4LA,4LBは、例えば低抵抗な多結晶シリコン膜を同工程時にパターニングすることで形成されている。ここでは、形成上の容易さ等から上記同一の電位を供給する複数の補助ゲート電極4Gと幅広領域4GA、配線4LA,4LBとを一体的に形成し同層で互いに電気的に接続している。   Such auxiliary gate electrodes 4G (G0 to G3), 4GA and wirings 4LA, 4LB are formed, for example, by patterning a low-resistance polycrystalline silicon film in the same process. Here, the plurality of auxiliary gate electrodes 4G for supplying the same potential, the wide region 4GA, and the wirings 4LA and 4LB are integrally formed and electrically connected to each other in the same layer for ease of formation and the like. .

補助ゲート電極4Gおよび配線4LA,4LBの厚さは、例えば50nm程度である。このように補助ゲート電極4Gを薄くすることにより、補助ゲート電極4Gと浮遊ゲート電極6Gとの間のカップリング比を小さくすることができるので、浮遊ゲート電極6Gを低くすることができる。   The thickness of the auxiliary gate electrode 4G and the wirings 4LA and 4LB is, for example, about 50 nm. By thinning the auxiliary gate electrode 4G in this way, the coupling ratio between the auxiliary gate electrode 4G and the floating gate electrode 6G can be reduced, so that the floating gate electrode 6G can be lowered.

補助ゲート電極4Gおよび配線4LA,4LBと基板1Sの主面との間のゲート絶縁膜8は、例えば酸化シリコンからなり、その厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、例えば8.5nm程度である。また、補助ゲート電極4Gおよび配線4LA,4LBの上面には、例えば窒化シリコン(Si等)からなるキャップ膜10が形成されている。また、メモリ領域の外周の補助ゲート電極4G、上記幅広領域4GAおよび配線4LA,4LBのキャップ膜10上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜11が堆積され、さらにその上層には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜12が堆積されている。 The gate insulating film 8 between the auxiliary gate electrode 4G and the wirings 4LA and 4LB and the main surface of the substrate 1S is made of, for example, silicon oxide, and the thickness thereof is, for example, about 8.5 nm in terms of silicon dioxide. . Further, a cap film 10 made of, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 or the like) is formed on the upper surfaces of the auxiliary gate electrode 4G and the wirings 4LA and 4LB. Further, an insulating film 11 made of, for example, silicon oxide is deposited on the auxiliary gate electrode 4G on the outer periphery of the memory region, the wide region 4GA, and the cap film 10 of the wirings 4LA, 4LB. An insulating film 12 made of is deposited.

補助ゲート電極4Gは、コンタクトホールCT内のプラグPGを通じて上層の第1層配線M1と電気的に接続されている。コンタクトホールCTは、上記キャップ膜10および絶縁膜11,12に開口されており、上記幅広領域4GAおよび配線4LA,4LBの一部に配置されている。   The auxiliary gate electrode 4G is electrically connected to the upper first layer wiring M1 through the plug PG in the contact hole CT. The contact hole CT is opened in the cap film 10 and the insulating films 11 and 12, and is disposed in a part of the wide region 4GA and the wirings 4LA and 4LB.

上記複数のワード線5(WL)は、1ブロックのメモリセル(メモリマット)に対して256本形成されている。本実施の形態においては、説明をわかりやすくするため、WL0〜2までを図示している。   The plurality of word lines 5 (WL) are formed in 256 for one block of memory cells (memory mat). In the present embodiment, WL0 to WL2 are shown for easy understanding.

各ワード線5(WL0〜2)は、その各々の平面形状が第2方向Yに延在する矩形状とされている。すなわち、各ワード線5(WL0〜2)は、補助ゲート電極4G(G0〜3)に対して直交した状態で、図1の第1方向Xに沿って所望の距離を隔ててほぼ平行に並んで配置されている。   Each of the word lines 5 (WL0 to 2) has a rectangular shape whose planar shape extends in the second direction Y. That is, the word lines 5 (WL0 to 2) are arranged substantially in parallel at a desired distance along the first direction X in FIG. 1 in a state orthogonal to the auxiliary gate electrodes 4G (G0 to 3). Is arranged in.

このワード線5の上記補助ゲート電極4Gの隣接間に位置する部分はメモリセルMCの制御ゲート電極となっている。ワード線5の第1方向Xの設計上の寸法と、隣接するワード線5の設計上の間隔とは等しく、例えば90nm程度である。このように、ワード線5の第1方向Xの設計上の寸法と、隣接するワード線5の設計上の間隔とを等しくすることにより、制御ゲート電極5(導体膜5a)と浮遊ゲート電極6Gとのカップリング比の計算を容易にすることができるので、そのカップリング比をより良い値に設定することが可能となる。すなわち、制御ゲート電極5(導体膜5a)と浮遊ゲート電極6Gとのカップリング比を最大にすることができる。   A portion of the word line 5 located between adjacent auxiliary gate electrodes 4G serves as a control gate electrode of the memory cell MC. The design dimension of the word line 5 in the first direction X and the design interval between adjacent word lines 5 are equal, for example, about 90 nm. In this way, by making the design dimension of the word line 5 in the first direction X equal to the design interval between the adjacent word lines 5, the control gate electrode 5 (conductor film 5a) and the floating gate electrode 6G. Since the calculation of the coupling ratio can be facilitated, the coupling ratio can be set to a better value. That is, the coupling ratio between the control gate electrode 5 (conductor film 5a) and the floating gate electrode 6G can be maximized.

各ワード線5は、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなる導体膜5aと、その上面に形成されたタングステンシリサイド(WSi)等のような高融点金属シリサイド膜からなる導体膜5bとの積層膜により形成されている。このワード線5の上面上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜13が堆積されている。なお、第1方向Xの両最外側のワード線5は、メモリ動作に寄与されないパターンとされており、露光時の細りを考慮して他のワード線5よりも幅広に形成されている。また、図2に示す断面図のように各メモリセルMCのY方向において、ワード線5の下層の導体膜5aが各浮遊ゲート電極6G間にONO膜18を介して埋め込まれるように形成されている。 Each word line 5 is a laminated film of a conductor film 5a made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon and a conductor film 5b made of a refractory metal silicide film such as tungsten silicide (WSi x ) formed on the upper surface thereof. It is formed by. On the upper surface of the word line 5, an insulating film 13 made of, for example, silicon oxide is deposited. Note that the outermost word lines 5 in the first direction X have a pattern that does not contribute to the memory operation, and are formed wider than the other word lines 5 in consideration of thinning during exposure. Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, in the Y direction of each memory cell MC, the lower conductor film 5a of the word line 5 is formed so as to be buried between the floating gate electrodes 6G via the ONO film 18. Yes.

上記複数の浮遊ゲート電極6Gは、上記補助ゲート電極4G(G0〜G3)の隣接間と、上記ワード線5(WL0〜WL2)との交点に電気的に絶縁された状態で配置されている。この浮遊ゲート電極6Gは、上記メモリセルMCのデータ用の電荷蓄積層であり、例えば低抵抗な多結晶シリコンにより形成されている。   The plurality of floating gate electrodes 6G are disposed in a state of being electrically insulated between adjacent portions of the auxiliary gate electrodes 4G (G0 to G3) and intersections of the word lines 5 (WL0 to WL2). The floating gate electrode 6G is a charge storage layer for data of the memory cell MC, and is formed of, for example, low resistance polycrystalline silicon.

浮遊ゲート電極6Gは、平面で見ると矩形状に形成されている。浮遊ゲート電極6Gの第1方向Xの寸法は、上記ワード線5の第1方向Xの寸法にほぼ等しく、例えば90nm程度とされ、浮遊ゲート電極6Gの第2方向Yの寸法は、上記補助ゲート電極4Gの隣接間の間隔より若干短く、例えば65nm程度とされている。   The floating gate electrode 6G is formed in a rectangular shape when viewed in plan. The dimension of the floating gate electrode 6G in the first direction X is substantially equal to the dimension of the word line 5 in the first direction X, for example, about 90 nm, and the dimension of the floating gate electrode 6G in the second direction Y is the auxiliary gate. The distance between adjacent electrodes 4G is slightly shorter, for example, about 65 nm.

また、浮遊ゲート電極6Gは、断面で見ると、基板1Sの主面上にトンネル絶縁膜15を介して設けられている。このトンネル絶縁膜15は、メモリセルMCのトンネル絶縁膜として機能する絶縁膜であり、例えば酸窒化シリコン(SiON)等からなる。この酸窒化シリコンは、酸化シリコンと基板1Sとの界面に窒素(N)を偏析させた構成を有する膜である。   The floating gate electrode 6G is provided on the main surface of the substrate 1S through the tunnel insulating film 15 when viewed in cross section. The tunnel insulating film 15 is an insulating film that functions as a tunnel insulating film of the memory cell MC, and is made of, for example, silicon oxynitride (SiON). This silicon oxynitride is a film having a configuration in which nitrogen (N) is segregated at the interface between silicon oxide and the substrate 1S.

トンネル絶縁膜15は、例えば酸化シリコンにより形成しても良いが、酸窒化シリコンで形成することにより、トンネル絶縁膜15の信頼性を向上させることができる。すなわち、トンネル絶縁膜15の形成前に基板1Sに与えた損傷等により基板1Sの主面に形成された不安定な結合手やトラップ準位等に窒素を結合させることで、トンネル絶縁膜15の信頼性を向上させることができる。トンネル絶縁膜15の厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、例えば9nm程度とされている。   Although the tunnel insulating film 15 may be formed of, for example, silicon oxide, the reliability of the tunnel insulating film 15 can be improved by forming it with silicon oxynitride. That is, by bonding nitrogen to an unstable bond or trap level formed on the main surface of the substrate 1S due to damage or the like given to the substrate 1S before the tunnel insulating film 15 is formed, the tunnel insulating film 15 Reliability can be improved. The thickness of the tunnel insulating film 15 is a silicon dioxide equivalent film thickness, for example, about 9 nm.

上記浮遊ゲート電極6Gと上記補助ゲート電極4Gとの間には、サイドウォール16となる絶縁膜(酸化シリコン膜)が形成されており、これにより補助ゲート電極4Gと浮遊ゲート電極6Gとが絶縁されている。また、浮遊ゲート電極6Gおよび上記ワード線5の第1方向Xの隣接間には絶縁膜17が形成されており、これにより第1方向Xに隣接する浮遊ゲート電極6G間およびワード線5間が絶縁されている。サイドウォール16となる絶縁膜および絶縁膜17は、例えば酸化シリコン膜からなる。   An insulating film (silicon oxide film) serving as a sidewall 16 is formed between the floating gate electrode 6G and the auxiliary gate electrode 4G, whereby the auxiliary gate electrode 4G and the floating gate electrode 6G are insulated. ing. In addition, an insulating film 17 is formed between the floating gate electrode 6G and the word line 5 adjacent to each other in the first direction X, so that the floating gate electrodes 6G and the word lines 5 adjacent to each other in the first direction X are connected. Insulated. The insulating film and the insulating film 17 that become the sidewalls 16 are made of, for example, a silicon oxide film.

ここで、本実施の形態では、サイドウォール16は、補助ゲート電極4Gを覆うように基板1Sの主面上に形成された酸化シリコン膜がエッチバックされてなる。サイドウォール16となる酸化シリコン膜は、上層よりも下層にシリコンが多く含まれているものである。後述するが、この酸化シリコン膜は、モノシランと酸素を含む混合ガスを用いたCVD法によって時間経過と共に、酸素の供給量を増加させて形成されるものである。このため、サイドウォール16となる酸化シリコン膜は、その下層から上層にかけてシリコンが減少する濃度分布を有するものである。また、上層よりも下層にシリコンが多く含まれるサイドウォール16となる酸化シリコン膜は、積層膜であっても良い。すなわち、積層膜の最下層が、その最下層以外の層よりシリコンを多く含んでいればよい。   Here, in the present embodiment, the sidewall 16 is formed by etching back a silicon oxide film formed on the main surface of the substrate 1S so as to cover the auxiliary gate electrode 4G. The silicon oxide film that becomes the sidewall 16 contains a larger amount of silicon in the lower layer than in the upper layer. As will be described later, this silicon oxide film is formed by increasing the supply amount of oxygen over time by a CVD method using a mixed gas containing monosilane and oxygen. For this reason, the silicon oxide film used as the sidewall 16 has a concentration distribution in which silicon decreases from the lower layer to the upper layer. Further, the silicon oxide film to be the sidewall 16 containing more silicon in the lower layer than the upper layer may be a laminated film. That is, the lowermost layer of the laminated film only needs to contain more silicon than the layers other than the lowermost layer.

浮遊ゲート電極6Gと、ワード線5の制御ゲート電極との間にはONO膜18が形成されている。ONO膜18は、浮遊ゲート電極6Gと制御ゲート電極との間のキャパシタを形成する膜で、例えば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化シリコンを下層から順に積層した、いわゆるONO構造で形成されている。ONO膜18の厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、例えば16nm程度である。   An ONO film 18 is formed between the floating gate electrode 6G and the control gate electrode of the word line 5. The ONO film 18 is a film that forms a capacitor between the floating gate electrode 6G and the control gate electrode, and has, for example, a so-called ONO structure in which silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide are sequentially stacked from the lower layer. The thickness of the ONO film 18 is a silicon dioxide equivalent film thickness, for example, about 16 nm.

この浮遊ゲート電極6Gは基板1Sの主面に対して交差する方向における断面形状(図2および図3参照)が四角柱状に形成されており、半導体基板1Sの表面に対して突起した形状とされている。すなわち、浮遊ゲート電極6Gは補助ゲート電極4Gに挟まれた領域に、半導体基板1Sにトンネル絶縁膜15を介して四角柱状に形成されている。浮遊ゲート電極6Gの高さ(基板1Sの主面からの高さ)が、第1電極4Gの高さ(基板1Sの主面からの高さ)よりも高くなるように形成されている。浮遊ゲート電極6Gの高さH1(絶縁膜15の上面からの高さ)は、例えば270〜300nm程度である。浮遊ゲート電極6Gの突出高さH2(第1電極4G上のONO膜18の上面からの高さ)は、例えば190nm程度である。   The floating gate electrode 6G is formed in a quadrangular prism shape in a direction intersecting the main surface of the substrate 1S (see FIGS. 2 and 3), and has a shape protruding from the surface of the semiconductor substrate 1S. ing. That is, the floating gate electrode 6G is formed in a rectangular column shape on the semiconductor substrate 1S via the tunnel insulating film 15 in a region sandwiched between the auxiliary gate electrodes 4G. The floating gate electrode 6G is formed such that the height (height from the main surface of the substrate 1S) is higher than the height of the first electrode 4G (height from the main surface of the substrate 1S). The height H1 of the floating gate electrode 6G (the height from the upper surface of the insulating film 15) is, for example, about 270 to 300 nm. The protruding height H2 of the floating gate electrode 6G (the height from the upper surface of the ONO film 18 on the first electrode 4G) is, for example, about 190 nm.

浮遊ゲート電極6Gと制御ゲート電極5とのキャパシタは、浮遊ゲート電極6Gの側壁および上面に形成される。すなわち、ワード線5が延在する方向(図1のY−Y方向)において、ワード線5と浮遊ゲート電極6G間にONO膜18を介して容量が形成される。この容量は浮遊ゲート電極6Gの上面部と側壁部に形成される容量値の合計で算出される。したがって、最小加工寸法がさらに縮小されても、浮遊ゲート電極6Gを高くすることで浮遊ゲート電極6Gと制御ゲート電極5との対向面積を増大させることにより、メモリセルMCの占有面積を増大させることなくキャパシタの容量を増大させることができるので、浮遊ゲート電極6Gと制御ゲート電極5とのカップリング比を向上させることができる。   The capacitors of the floating gate electrode 6G and the control gate electrode 5 are formed on the side wall and the upper surface of the floating gate electrode 6G. That is, a capacitor is formed between the word line 5 and the floating gate electrode 6G through the ONO film 18 in the direction in which the word line 5 extends (YY direction in FIG. 1). This capacitance is calculated as the sum of capacitance values formed on the upper surface portion and the side wall portion of the floating gate electrode 6G. Accordingly, even if the minimum processing dimension is further reduced, the area occupied by the memory cell MC is increased by increasing the floating gate electrode 6G to increase the facing area between the floating gate electrode 6G and the control gate electrode 5. Since the capacitance of the capacitor can be increased, the coupling ratio between the floating gate electrode 6G and the control gate electrode 5 can be improved.

このため、制御ゲート電極による浮遊ゲート電極6Gの電圧制御の制御性を向上させることができるので、低い電圧でもフラッシュメモリの書込および消去の速度を向上させることができ、フラッシュメモリを低電圧化することができる。すなわち、フラッシュメモリの小型化と低電圧化との両方を実現できる。   Therefore, the controllability of the voltage control of the floating gate electrode 6G by the control gate electrode can be improved, so that the writing and erasing speed of the flash memory can be improved even at a low voltage, and the voltage of the flash memory can be lowered. can do. That is, both miniaturization and low voltage of the flash memory can be realized.

上記複数の選択nMISQsnは、メモリセルMCのドレインとなるビット線側およびソースとなるビット線側に配置されている。図1のドレインとなるビット線側では、各選択nMISQsn0が図1の右側に第2方向Yに沿ってビット線毎に配置されている。また、ソースとなるビット線側では、各選択nMISQsn1が図1の左側に第2方向Yに沿ってビット線毎に配置されている。   The plurality of selected nMISQsn are disposed on the bit line side serving as the drain and the bit line side serving as the source of the memory cell MC. On the bit line side serving as the drain of FIG. 1, each selected nMISQsn0 is arranged for each bit line along the second direction Y on the right side of FIG. Further, on the bit line side serving as the source, each selected nMISQsn1 is arranged for each bit line along the second direction Y on the left side of FIG.

図1に示すように、ドレインとなるビット線側の選択nMISQsn0のゲート電極4LC1は、上記配線4LAに沿うように第2方向Yに延在する帯状の配線4LCの一部(活性領域2の帯状領域と交差する部分)に形成されている。ソースとなるビット線側の選択nMISQsn1については、ゲート電極となる配線4LD1は、上記配線4LBに沿うように第2方向Yに延在する帯状の配線4LDの一部(活性領域2の帯状領域と交差する部分)に形成されている。このゲート電極4LC1、配線4LC、4LD1および配線4LDは、例えば低抵抗な多結晶シリコン膜からなり、上記補助ゲート電極4G、幅広領域4GAおよび配線4LA,4LBをパターニングする時に同時にパターニングされている。   As shown in FIG. 1, the gate electrode 4LC1 of the selected nMISQsn0 on the bit line side serving as the drain is a part of the strip-like wiring 4LC extending in the second direction Y along the wiring 4LA (the strip of the active region 2). A portion intersecting the region). For the selected nMISQsn1 on the bit line side serving as the source, the wiring 4LD1 serving as the gate electrode is part of the strip-shaped wiring 4LD extending in the second direction Y along the wiring 4LB (with the band-shaped region of the active region 2). (Intersection). The gate electrode 4LC1, the wirings 4LC, 4LD1 and the wiring 4LD are made of, for example, a low-resistance polycrystalline silicon film, and are patterned simultaneously when the auxiliary gate electrode 4G, the wide region 4GA and the wirings 4LA, 4LB are patterned.

図4に示すように、このゲート電極4LC1および配線4LC上には、キャップ膜10が堆積されている。このゲート電極4LC1および配線4LCは、コンタクトホールCT内のプラグPGを通じて上層の第1層配線M1と電気的に接続されている。各選択nMISQsnのゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコンからなり、上記ゲート電極4LC1と基板1Sとの間に形成されている。   As shown in FIG. 4, a cap film 10 is deposited on the gate electrode 4LC1 and the wiring 4LC. The gate electrode 4LC1 and the wiring 4LC are electrically connected to the upper first layer wiring M1 through the plug PG in the contact hole CT. The gate insulating film 21 of each selected nMISQsn is made of, for example, silicon oxide, and is formed between the gate electrode 4LC1 and the substrate 1S.

また、各選択nMISQsnのソースおよびドレイン用の一方の半導体領域22aは、ビット線連結用の上記n型の半導体領域7で形成されている。各選択nMISQsnのソースおよびドレイン用の他方の半導体領域22bは、ゲート電極4LC1の端部近傍に形成されたn型の半導体領域22b1と、ゲート電極4LC1の端部からn型の半導体領域22b1分だけ離れて形成された、n型半導体領域22b1よりも高濃度のn型の半導体領域22b2とを有している。半導体領域22a,22bには、例えばヒ素(As)が導入されている。 One semiconductor region 22a for the source and drain of each selected nMISQsn is formed of the n type semiconductor region 7 for bit line connection. Other semiconductor region 22b for source and drain of each selection nMISQsn has, n end formed near the gate electrode 4LC1 - -type semiconductor regions 22b1, n from the edge of the gate electrode 4LC1 - -type semiconductor region 22b1 formed correspondingly spaced, n - and a semiconductor region 22b2 of the high-concentration n + -type than type semiconductor region 22 b 1. For example, arsenic (As) is introduced into the semiconductor regions 22a and 22b.

次に、本実施の形態のフラッシュメモリの書き込み、読み出しおよび消去動作について説明する。図5は動作時におけるフラッシュメモリの要部を模式的に示す断面図である。   Next, writing, reading and erasing operations of the flash memory according to the present embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the flash memory during operation.

データ書込は、ソースサイドホットエレクトロン注入方式を前提とする。これにより、高速で、低電流で効率的なデータ書き込みが可能となっている。また、個々のメモリセルMCには多値のデータを記憶することが可能となっている。   Data writing is based on the source side hot electron injection method. Thus, efficient data writing can be performed at high speed with low current. In addition, multi-value data can be stored in each memory cell MC.

データ書込動作では、選択のメモリセルMCが接続されるワード線WL0(5)に、例えば15V程度、それ以外のワード線WL1(5)等に、例えば0Vを印加する。また、選択のメモリセルMCのソース形成用の第1電極G0(4G)に、例えば1V程度を印加し、選択のメモリセルMCのドレイン形成用の第1電極G1(4G)に、例えば7V程度を印加する。これにより、第1電極G0(4G)に対向する基板1Sの主面部分にソース形成用のn型の反転層23aを形成し、第1電極G1(4G)に対向する基板1Sの主面部分にドレイン形成用のn型の反転層23bを形成する。   In the data write operation, for example, about 15 V is applied to the word line WL0 (5) to which the selected memory cell MC is connected, and 0 V is applied to the other word line WL1 (5), for example. For example, about 1V is applied to the first electrode G0 (4G) for forming the source of the selected memory cell MC, and about 7V is applied to the first electrode G1 (4G) for forming the drain of the selected memory cell MC. Apply. Thereby, an n-type inversion layer 23a for forming a source is formed on the main surface portion of the substrate 1S facing the first electrode G0 (4G), and the main surface portion of the substrate 1S facing the first electrode G1 (4G). Then, an n-type inversion layer 23b for forming a drain is formed.

また、他の第1電極G2(4G),G3(4G)には、例えば0Vを印加する。これにより、これら第1電極G2(4G),G3(4G)に対向する基板1Sの主面部分に反転層が形成されないようにし、選択、非選択のメモリセルMC間のアイソレーションを行う。   Further, for example, 0 V is applied to the other first electrodes G2 (4G) and G3 (4G). Thus, an inversion layer is not formed on the main surface portion of the substrate 1S facing the first electrodes G2 (4G) and G3 (4G), and isolation between the selected and non-selected memory cells MC is performed.

この状態で、配線4LCに、例えば7V程度の電圧を印加することにより選択nMISQsn0をオンして、共通ドレイン配線CDに印加された4V程度の電圧を上記n型の半導体領域7およびn型の反転層23bを通じて選択のメモリセルMCのドレインに供給する。 In this state, for example, a voltage of about 7V is applied to the wiring 4LC to turn on the selected nMISQsn0, and a voltage of about 4V applied to the common drain wiring CD is applied to the n type semiconductor region 7 and the n type semiconductor region 7. This is supplied to the drain of the selected memory cell MC through the inversion layer 23b.

しかし、このままでは、ワード線WL0(5)に接続された非選択のメモリセルMCも、選択のメモリセルMCと同じ状態となり、その非選択のメモリセルMCにもデータが書き込まれてしまう。   However, in this state, the non-selected memory cell MC connected to the word line WL0 (5) is also in the same state as the selected memory cell MC, and data is also written to the non-selected memory cell MC.

そこで、選択のメモリセルMCのソース形成用の反転層23aが接続されるグローバルビット線GBL0に、例えば0Vを印加する一方、上記の非選択のメモリセルMCのソース形成用のn型反転層23aが接続されるグローバルビット線GBL2には、例えば1.2V程度を印加する。また、他のグローバルビット線GBL1には、例えば0Vを印加する。   Therefore, for example, 0V is applied to the global bit line GBL0 to which the source forming inversion layer 23a of the selected memory cell MC is connected, while the source type n-type inversion layer 23a of the unselected memory cell MC is applied. For example, about 1.2 V is applied to the global bit line GBL2 to which is connected. Further, for example, 0 V is applied to the other global bit line GBL1.

これにより、選択のメモリセルMCにはドレインからソースに向かって書き込みの電流が流れ、この時にソース側のn型の反転層23aに蓄積した電荷を、ある一定のチャネル電流として流しトンネル絶縁膜15を介して浮遊ゲート電極6Gに効率的に注入する(定電荷注入方式)ことにより選択のメモリセルMCにデータを高速で書き込む。一方、上記非選択のメモリセルMCのドレインからソースにはドレイン電流が流れないようにしてデータが書き込まれないようにする。   As a result, a write current flows from the drain to the source in the selected memory cell MC. At this time, the charge accumulated in the n-type inversion layer 23a on the source side flows as a certain channel current, and the tunnel insulating film 15 Then, data is written into the selected memory cell MC at a high speed by efficiently injecting it into the floating gate electrode 6G via (a constant charge injection method). On the other hand, the drain current does not flow from the drain to the source of the non-selected memory cell MC so that data is not written.

データ読み出しでは、読み出しの電流の方向が上記書込動作と逆である。すなわち、読み出しの電流はグローバルビット線GBL0,GBL2から共通ドレイン配線CDに向かって流れる。   In data read, the direction of the read current is opposite to that of the write operation. That is, the read current flows from the global bit lines GBL0 and GBL2 toward the common drain wiring CD.

データ読み出し動作では、選択のメモリセルMCが接続されるワード線WL0(5)に、例えば2〜5V程度、それ以外のワード線WL1(5)等に、例えば0Vを印加する。また、選択のメモリセルMCのソースおよびドレイン形成用の第1電極G0(4G),G1(4G)に、例えば5V程度を印加する。これにより、第1電極G0(4G)に対向する基板1Sの主面部分にソース用のn型の反転層23aを形成し、第1電極G1(4G)に対向する基板1Sの主面部分にドレイン用のn型の反転層23bを形成する。   In the data read operation, for example, about 2 to 5 V is applied to the word line WL0 (5) to which the selected memory cell MC is connected, and 0 V is applied to the other word line WL1 (5), for example. Further, for example, about 5 V is applied to the first electrodes G0 (4G) and G1 (4G) for forming the source and drain of the selected memory cell MC. Thereby, an n-type inversion layer 23a for source is formed on the main surface portion of the substrate 1S facing the first electrode G0 (4G), and the main surface portion of the substrate 1S facing the first electrode G1 (4G) is formed. An n-type inversion layer 23b for the drain is formed.

また、他の第1電極G2(4G),G3(4G)には、例えば0Vを印加する。これにより、これら第1電極G2(4G),G3(4G)に対向する基板1Sの主面部分に反転層が形成されないようにしてアイソレーションを行う。   Further, for example, 0 V is applied to the other first electrodes G2 (4G) and G3 (4G). Thus, isolation is performed so that an inversion layer is not formed on the main surface portion of the substrate 1S facing the first electrodes G2 (4G) and G3 (4G).

ここで、選択のメモリセルMCのソース用のn型反転層23aが接続されるグローバルビット線GBL0,GBL2に、例えば1V程度を印加する一方、他のグローバルビット線GBL1に、例えば0Vを印加する。この状態で、配線4LCに、例えば3V程度の電圧を印加することにより選択nMISQsnをオンして、共通ドレイン配線CDに印加された0V程度の電圧を上記n型の半導体領域7およびn型の反転層23bを通じて選択のメモリセルMCのドレインに供給する。このようにして選択のメモリセルMCのデータ読み出しを行う。 Here, for example, about 1V is applied to the global bit lines GBL0 and GBL2 to which the n-type inversion layer 23a for the source of the selected memory cell MC is connected, and for example, 0V is applied to the other global bit lines GBL1. . In this state, for example, a voltage of about 3V is applied to the wiring 4LC to turn on the selected nMISQsn, and a voltage of about 0V applied to the common drain wiring CD is applied to the n type semiconductor region 7 and the n type semiconductor region 7. This is supplied to the drain of the selected memory cell MC through the inversion layer 23b. In this way, data is read from the selected memory cell MC.

この時、浮遊ゲート電極6Gの蓄積電荷の状態で、選択のメモリセルMCのしきい値電圧が変わるので、選択のメモリセルMCのソースおよびドレイン間に流れる電流の状況で、選択のメモリセルMCのデータを判断できる。   At this time, since the threshold voltage of the selected memory cell MC changes depending on the state of the accumulated charge in the floating gate electrode 6G, the selected memory cell MC can be selected in the state of the current flowing between the source and drain of the selected memory cell MC. Can be determined.

データの消去動作時では、選択対象のワード線5に負電圧を印加することにより、浮遊ゲート電極6Gから基板1SへのF−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行う。すなわち、選択対象のワード線5に、例えば−16V程度を印加する一方、基板1Sに正の電圧を印加する。補助ゲート電極4Gには、例えば0Vを印加し、n型の反転層を形成しない。これにより、浮遊ゲート電極6Gに蓄積されたデータ用の電荷をトンネル絶縁膜15を介して基板1Sに放出し、複数のメモリセルMCのデータを一括消去する。   In the data erasing operation, a negative voltage is applied to the word line 5 to be selected, thereby performing FN (Fowlor Nordheim) tunnel emission from the floating gate electrode 6G to the substrate 1S. That is, for example, about −16 V is applied to the word line 5 to be selected, while a positive voltage is applied to the substrate 1S. For example, 0 V is applied to the auxiliary gate electrode 4G, and no n-type inversion layer is formed. As a result, the charge for data stored in the floating gate electrode 6G is discharged to the substrate 1S through the tunnel insulating film 15, and the data in the plurality of memory cells MC are erased collectively.

次に、本実施の形態のフラッシュメモリの製造方法の一例を図6〜図17により説明する。なお、図6〜図17は図1のY1−Y1線における製造工程中の半導体装置の要部を示す断面図であり、(a)はメモリ領域、(b)は周辺回路領域を示している。   Next, an example of a method for manufacturing the flash memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 17 are cross-sectional views showing the main part of the semiconductor device during the manufacturing process along the line Y1-Y1 in FIG. 1, in which (a) shows the memory region and (b) shows the peripheral circuit region. .

まず、図6に示すように、例えばp型のシリコン単結晶からなる基板1S(この段階では平面円形状の半導体ウエハ(以下、単にウエハという))の主面(デバイス形成面)に溝型の分離領域3を形成する。分離領域3は、基板1Sの主面に掘られた溝内に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜が埋め込まれることで形成され、この分離領域3によって、デバイスが形成される領域である活性領域の平面外形を規定する。次いで、活性領域2の基板1Sの主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜25を形成する。   First, as shown in FIG. 6, a groove type is formed on the main surface (device forming surface) of a substrate 1S made of, for example, p-type silicon single crystal (at this stage, a planar circular semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer)). An isolation region 3 is formed. The isolation region 3 is formed by embedding an insulating film made of, for example, silicon oxide in a groove dug in the main surface of the substrate 1S, and the isolation region 3 forms an active region that is a region where a device is formed. Define the planar outline. Next, an insulating film 25 made of, for example, silicon oxide is formed on the main surface of the substrate 1S in the active region 2.

続いて、図7に示すように、通常のイオン注入法等により、基板1Sのメモリ領域に、例えばリン(P)を選択的に導入することでn型の埋込領域NISOを形成した後、基板1Sのメモリ領域および周辺回路領域に、例えばホウ素(B)を選択的に導入することでp型のウエルPW1を形成する。また、基板1Sの周辺回路領域に、例えばリンを選択的に導入することでn型のウエルNW1を形成する。このウエル構造を形成した後、絶縁膜25を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 7, after the n-type buried region NISO is formed by selectively introducing, for example, phosphorus (P) into the memory region of the substrate 1S by a normal ion implantation method or the like, A p-type well PW1 is formed by selectively introducing, for example, boron (B) into the memory region and the peripheral circuit region of the substrate 1S. Further, for example, phosphorus is selectively introduced into the peripheral circuit region of the substrate 1S to form the n-type well NW1. After this well structure is formed, the insulating film 25 is removed.

続いて、図8に示すように、基板1S(ウエハ)の主面上に、例えば酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜8を、例えば二酸化シリコン換算膜厚で8.5nm程度の厚さとなるように、例えばISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法のような熱酸化法により形成する。次いで、ゲート絶縁膜8上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなる導体膜4を、例えば50nm程度の厚さとなるようにCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により堆積し、さらにその上に、例えば窒化シリコンからなるキャップ膜10を、例えば70nm程度の厚さとなるようにCVD法等により堆積する。   Subsequently, as shown in FIG. 8, a gate insulating film 8 made of, for example, silicon oxide or the like is formed on the main surface of the substrate 1S (wafer) so as to have a thickness of, for example, about 8.5 nm in terms of silicon dioxide. For example, it is formed by a thermal oxidation method such as an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method. Next, a conductive film 4 made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon is deposited on the gate insulating film 8 by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so as to have a thickness of, for example, about 50 nm. A cap film 10 made of silicon nitride is deposited by a CVD method or the like so as to have a thickness of about 70 nm, for example.

続いて、キャップ膜10上に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜11を、例えばTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用いたCVD法等により堆積した後、その上に例えば低抵抗な多結晶シリコンからなるハードマスク膜26aをCVD法等により堆積し、さらに、その上に例えば酸窒化シリコン(SiON)からなる反射防止膜27aをプラズマCVD法等により堆積する。その後、反射防止膜27a上に、上記補助ゲート電極4G形成用のレジストパターンRP1を形成する。   Subsequently, an insulating film 11 made of, for example, silicon oxide is deposited on the cap film 10 by, for example, a CVD method using TEOS (Tetraethoxysilane) gas, and then a hard mask film made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon. 26a is deposited by a CVD method or the like, and an antireflection film 27a made of, for example, silicon oxynitride (SiON) is deposited thereon by a plasma CVD method or the like. Thereafter, a resist pattern RP1 for forming the auxiliary gate electrode 4G is formed on the antireflection film 27a.

続いて、図9に示すように、上記レジストパターンRP1をエッチングマスクとして、そこから露出する反射防止膜27aおよびハードマスク膜26aをエッチングした後、レジストパターンRP1を除去する。ここでは、上記エッチング処理により補助ゲート電極を形成するための反射防止膜27aおよびハードマスク膜26aのパターンが形成されている。   Subsequently, as shown in FIG. 9, using the resist pattern RP1 as an etching mask, the antireflection film 27a and the hard mask film 26a exposed therefrom are etched, and then the resist pattern RP1 is removed. Here, the pattern of the antireflection film 27a and the hard mask film 26a for forming the auxiliary gate electrode is formed by the etching process.

続いて、図10に示すように、上記反射防止膜27aおよびハードマスク膜26aをエッチングマスクとして、そこから露出する絶縁膜11、キャップ膜10および導体膜4をエッチングする。ここでは、上記導体膜4のエッチング処理により補助ゲート電極4Gおよび幅広領域4GAがパターニングされている。この時の補助ゲート電極4Gの幅方向寸法(図1の第2方向Yの寸法)は、例えば75nm程度、補助ゲート電極4Gの第2方向Yの隣接間隔は、例えば105nm程度である。   Subsequently, as shown in FIG. 10, the insulating film 11, the cap film 10 and the conductor film 4 exposed therefrom are etched using the antireflection film 27a and the hard mask film 26a as an etching mask. Here, the auxiliary gate electrode 4G and the wide region 4GA are patterned by etching the conductor film 4. At this time, the width direction dimension (dimension in the second direction Y in FIG. 1) of the auxiliary gate electrode 4G is, for example, about 75 nm, and the adjacent interval in the second direction Y of the auxiliary gate electrode 4G is, for example, about 105 nm.

上記エッチング処理では、絶縁膜11およびキャップ膜10がエッチングされる時に反射防止膜27aがエッチングされ、導体膜4がエッチングされる時にハードマスク膜26aがエッチングされる。したがって、上記エッチング処理後は反射防止膜27aやハードマスク膜26aが残されていない。   In the etching process, the antireflection film 27a is etched when the insulating film 11 and the cap film 10 are etched, and the hard mask film 26a is etched when the conductor film 4 is etched. Therefore, the antireflection film 27a and the hard mask film 26a are not left after the etching process.

続いて、基板1S(ウエハ)の主面部の補助ゲート電極4Gおよび導体膜4の無い領域に、例えばホウ素等のような不純物を通常のイオン注入法等により導入する。この不純物導入処理により、p型不純物濃度が相対的に低い補助ゲート電極4G下の基板1Sのしきい値電圧の方が、浮遊ゲート電極6G下の基板1Sのしきい値電圧よりも低くなる。   Subsequently, an impurity such as boron is introduced into a region without the auxiliary gate electrode 4G and the conductor film 4 on the main surface portion of the substrate 1S (wafer) by a normal ion implantation method or the like. By this impurity introduction process, the threshold voltage of the substrate 1S under the auxiliary gate electrode 4G having a relatively low p-type impurity concentration becomes lower than the threshold voltage of the substrate 1S under the floating gate electrode 6G.

なお、このホウ素導入工程は場合によっては行わなくても良い。本発明者の検討ではこのホウ素の導入の有無のいずれでもフラッシュメモリが正常に動作することが確認されている。また、このホウ素導入工程を、後述する絶縁膜16(周辺におけるサイドウォール)形成後に行うことも可能である。   This boron introduction step may not be performed depending on circumstances. The inventor's investigation has confirmed that the flash memory operates normally regardless of whether or not boron is introduced. Further, this boron introduction step can be performed after the formation of an insulating film 16 (side wall in the periphery) described later.

続いて、図11に示すように、基板1Sの主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜16を、例えばモノシランと酸素を含む混合ガスを用いたCVD法により堆積した後、これをエッチバックする。この絶縁膜16のエッチバック処理により、補助ゲート電極4G、キャップ膜10および絶縁膜11の積層膜の側壁にサイドウォール16を形成し、さらに、溝28の底部のゲート絶縁膜8は除去され、基板1Sの主面が露出する。このサイドウォール16の形成により、溝28の上記第2方向Yの寸法(幅)は、例えば65nm程度となる。なお、前述のホウ素導入工程を行わなかった場合、このサイドウォール16の形成後に、ホウ素導入工程を行うことができる。   Subsequently, as shown in FIG. 11, an insulating film 16 made of, for example, silicon oxide is deposited on the main surface of the substrate 1S by, for example, a CVD method using a mixed gas containing monosilane and oxygen, and then etched back. To do. By etching back the insulating film 16, the sidewall 16 is formed on the side wall of the laminated film of the auxiliary gate electrode 4G, the cap film 10 and the insulating film 11, and the gate insulating film 8 at the bottom of the trench 28 is removed. The main surface of the substrate 1S is exposed. Due to the formation of the sidewall 16, the dimension (width) of the groove 28 in the second direction Y is, for example, about 65 nm. If the boron introduction process is not performed, the boron introduction process can be performed after the sidewall 16 is formed.

ここで、サイドウォール16を形成する工程について具体的に説明する。図18は、サイドウォール16の形成工程の説明図であり、(a)は図11の要部を拡大して示す模式図、(b)は(a)へと続くサイドウォール16形成前の模式図、(c)はサイドウォール16中のA方向におけるシリコンおよび酸素の比率を示す図である。   Here, the process of forming the sidewall 16 will be specifically described. 18A and 18B are explanatory diagrams of the formation process of the sidewall 16, in which FIG. 18A is a schematic diagram showing an enlarged main part of FIG. 11, and FIG. 18B is a schematic diagram before the sidewall 16 is formed following FIG. FIG. 4C is a diagram showing the ratio of silicon and oxygen in the A direction in the sidewall 16.

同一のCVD装置を用いてモノシランと酸素を含む混合ガスを用いたCVD法によってサイドウォール16となる酸化シリコン膜を、補助ゲート電極4Gを覆うように基板1S上に堆積する際、時間経過と共に酸素の供給量が増加するようなガス流量の調整、言い換えれば時間経過と共にシリコンの供給量が減少するようなガス流量の調整を行う。   When a silicon oxide film to be the sidewall 16 is deposited on the substrate 1S so as to cover the auxiliary gate electrode 4G by the CVD method using a mixed gas containing monosilane and oxygen using the same CVD apparatus, the oxygen is gradually increased. The gas flow rate is adjusted so that the supply amount of silicon increases, in other words, the gas flow rate is adjusted so that the silicon supply amount decreases with time.

本実施の形態では、図18(c)に示すように、下層のサイドウォール16(最下層16a)に含まれるシリコン比率を高くし、上層のサイドウォール16(最上層16c)に含まれるシリコン比率を低くしている。また、中間のサイドウォール16(中間層16b)に含まれるシリコン比率は、下層のサイドウォール16(最下層16a)および上層のサイドウォール16(最上層16c)の中間値となるようにしている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 18C, the silicon ratio contained in the lower side wall 16 (lowermost layer 16a) is increased, and the silicon ratio contained in the upper side wall 16 (uppermost layer 16c). Is low. The silicon ratio contained in the intermediate sidewall 16 (intermediate layer 16b) is set to an intermediate value between the lower sidewall 16 (lowermost layer 16a) and the upper sidewall 16 (uppermost layer 16c).

このため、図18(b)に示すように、先に堆積した酸化シリコン膜(最下層16a)にはシリコンが多く含まれており、後に堆積した酸化シリコン膜(最上層16c)には酸素が多く含まれることとなる。すなわち、サイドウォール16となる酸化シリコン膜の上層より下層にシリコンが多く含まれることとなる。また、時間経過と共に酸素の供給量が増加しているので、サイドウォール16となる酸化シリコン膜は、下層から上層にかけてシリコンが減少する濃度分布を有することとなる。   For this reason, as shown in FIG. 18B, the silicon oxide film (the lowermost layer 16a) deposited earlier contains a large amount of silicon, and the silicon oxide film deposited later (the uppermost layer 16c) contains oxygen. Many will be included. That is, more silicon is contained in the lower layer than the upper layer of the silicon oxide film to be the sidewall 16. In addition, since the supply amount of oxygen increases with time, the silicon oxide film to be the sidewall 16 has a concentration distribution in which silicon decreases from the lower layer to the upper layer.

このようなシリコンと酸素の組成が変化しているサイドウォール16となる酸化シリコン膜を、異方性ドライエッチングした場合、図18(a)に示すように、シリコンの少ない最上層16cから順に中間層16b、シリコンの多い最下層16cへ徐々にエッチング速度が低下し、基板1Sを削る前にエッチングを停止することができる。また、基板1Sの削れを防止することができるので、その後に形成されるトンネル絶縁膜15の特性、すなわちメモリセルMCの特性および信頼性を向上することができる。   When the silicon oxide film to be the sidewall 16 in which the composition of silicon and oxygen is changed is anisotropically dry-etched, as shown in FIG. The etching rate gradually decreases to the layer 16b and the lowermost layer 16c rich in silicon, and the etching can be stopped before the substrate 1S is cut. In addition, since the substrate 1S can be prevented from being scraped, the characteristics of the tunnel insulating film 15 formed thereafter, that is, the characteristics and reliability of the memory cell MC can be improved.

なお、特許文献2(特開平11−163337号公報)では、基板上であって、サイドウォールの底面および拡散層上に過剰シリコンを含有する保護絶縁膜が形成された構造が開示されている。この保護絶縁膜は、二酸化シリコン膜と異なりボロン不純物を良く透過させるために用いられるものである。一方、本発明の実施の形態では、図18に示したように、下層部に過剰シリコンを含有する酸化シリコン膜からなるサイドウォール16が形成された構造であって、サイドウォール16が形成されていない基板1S上には、過剰シリコンを含有する酸化シリコン膜は形成されず、基板1Sが露出する点において相違する。また、前述したように、下層部にシリコンを多く含む酸化シリコン膜(サイドウォール16)は、エッチングによるサイドウォール16形成時の基板1Sの削れを防止するために用いる点において相違する。   Note that Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-163337) discloses a structure in which a protective insulating film containing excess silicon is formed on a substrate and on a bottom surface of a sidewall and a diffusion layer. Unlike the silicon dioxide film, this protective insulating film is used to transmit boron impurities well. On the other hand, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18, the sidewall 16 made of a silicon oxide film containing excess silicon is formed in the lower layer portion, and the sidewall 16 is formed. A silicon oxide film containing excess silicon is not formed on the non-substrate 1S, and the substrate 1S is exposed. Further, as described above, the silicon oxide film (sidewall 16) containing a large amount of silicon in the lower layer is different in that it is used to prevent the substrate 1S from being scraped when the sidewall 16 is formed by etching.

続いて、図12に示すように、基板1S(ウエハ)に対して、例えばISSG酸化法等のような熱酸化処理を施すことにより、溝28の底部の基板1Sの主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を形成した後、窒素(N)を含むガス雰囲気中で熱処理(酸窒化処理)を施すことにより、その絶縁膜と基板1Sとの界面に窒素を偏析させて溝28の底部に上記酸窒化シリコン(SiON)からなるトンネル絶縁膜15を形成する。この絶縁膜15は、メモリセルMCのトンネル絶縁膜として機能する膜で、その厚さは、二酸化シリコン換算膜厚で、例えば9nm程度である。   Subsequently, as shown in FIG. 12, by subjecting the substrate 1S (wafer) to a thermal oxidation treatment such as an ISSG oxidation method, for example, oxidation is performed on the main surface of the substrate 1S at the bottom of the groove 28, for example. After forming an insulating film made of silicon, heat treatment (oxynitriding treatment) is performed in a gas atmosphere containing nitrogen (N), so that nitrogen is segregated at the interface between the insulating film and the substrate 1S to form the bottom of the trench 28. Then, a tunnel insulating film 15 made of silicon oxynitride (SiON) is formed. This insulating film 15 is a film that functions as a tunnel insulating film of the memory cell MC, and the thickness thereof is a silicon dioxide equivalent film thickness, for example, about 9 nm.

続いて、基板1Sの主面上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなる導体膜6をCVD法等により堆積する。   Subsequently, a conductor film 6 made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon is deposited on the main surface of the substrate 1S by a CVD method or the like.

続いて、図13に示すように、基板1Sの主面上全面の導体膜6に対して、異方性のドライエッチング法によるエッチバック処理または化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)処理を施す。上記のエッチバック処理またはCMP処理により、溝28内のみに導体膜6が残される。   Subsequently, as shown in FIG. 13, the conductor film 6 on the entire main surface of the substrate 1S is subjected to an etch back process or a chemical mechanical polishing (CMP) process by an anisotropic dry etching method. . The conductor film 6 is left only in the trench 28 by the etch back process or the CMP process.

続いて、図14に示すように、基板1S(ウエハ)の主面上に、メモリ領域(メモリセルMC群が配置される領域)が露出され、それ以外が覆われるようなレジストパターン(図示せず)を形成した後、これをエッチングマスクとして、そこから露出される絶縁膜11,16をドライエッチング法等によりエッチングする。この際、酸化シリコンの方が、シリコンおよび窒化シリコンよりも除去され易くなるように酸化シリコンとシリコンおよび窒化シリコンとのエッチング選択比を大きくとることにより、窒化シリコンからなるキャップ膜10をエッチングストッパとして機能させるとともに、酸化シリコンからなる絶縁膜11,16を選択的に除去する。これにより、導体膜6の第2方向Yの隣接間には溝29が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 14, a resist pattern (not shown) is formed such that the memory area (area where the memory cell MC group is arranged) is exposed on the main surface of the substrate 1S (wafer) and the other areas are covered. After that, using this as an etching mask, the insulating films 11 and 16 exposed therefrom are etched by a dry etching method or the like. At this time, the silicon nitride cap film 10 is used as an etching stopper by increasing the etching selection ratio between silicon oxide and silicon and silicon nitride so that silicon oxide is easier to remove than silicon and silicon nitride. In addition, the insulating films 11 and 16 made of silicon oxide are selectively removed. As a result, a groove 29 is formed between adjacent conductor films 6 in the second direction Y.

続いて、図15に示すように、基板1S(ウエハ)の主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜、窒化シリコンからなる絶縁膜および酸化シリコンからなる絶縁膜をCVD法等により下層から順に堆積することにより、層間膜用のONO膜18を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 15, an insulating film made of, for example, silicon oxide, an insulating film made of silicon nitride, and an insulating film made of silicon oxide are sequentially formed on the main surface of the substrate 1S (wafer) from the lower layer by the CVD method or the like. By depositing, an ONO film 18 for an interlayer film is formed.

続いて、基板1SのONO膜18上に、例えば低抵抗な多結晶シリコンからなる導体膜5aと、導体膜5aよりも低抵抗な導体膜5bとして、例えばタングステンシリサイド等のような高融点金属シリサイド膜とを下層から順にCVD法等により堆積する。この導体膜5a、5bはこの後の工程でパターニングされて、メモリセルMCのワード線5を形成する。上記導体膜5aの厚さは、例えば100〜150nm程度、高融点金属シリサイド膜からなる導体膜5bの厚さは、例えば100nm程度である。   Subsequently, a refractory metal silicide such as tungsten silicide is formed on the ONO film 18 of the substrate 1S as a conductor film 5a made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon and a conductor film 5b having a resistance lower than that of the conductor film 5a. A film is deposited sequentially from the lower layer by a CVD method or the like. The conductor films 5a and 5b are patterned in a subsequent process to form the word line 5 of the memory cell MC. The conductor film 5a has a thickness of about 100 to 150 nm, for example, and the conductor film 5b made of a refractory metal silicide film has a thickness of about 100 nm, for example.

続いて、導体膜5b上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜13をTEOSガスによるCVD法等により堆積する。絶縁膜13上にハードマスク膜(図示せず)および反射防止膜(図示せず)の順で堆積した積層膜をパターニングした後、上記積層膜をエッチングマスクとして、そこから露出される絶縁膜13、導体膜5bおよび導体膜5aをエッチングする。これにより、図1の第2方向Yに延在する平面帯状のワード線5が複数本形成される。   Subsequently, an insulating film 13 made of, for example, silicon oxide is deposited on the conductor film 5b by a CVD method using TEOS gas or the like. After patterning the laminated film deposited in this order on the insulating film 13 in the order of a hard mask film (not shown) and an antireflection film (not shown), the insulating film 13 exposed from the laminated film is used as an etching mask. The conductor film 5b and the conductor film 5a are etched. Thereby, a plurality of planar belt-like word lines 5 extending in the second direction Y of FIG. 1 are formed.

続いて、図16に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により、周辺回路領域に残された補助ゲート電極形成用の導体膜4をパターニングすることにより、周辺回路領域に周辺回路のMISのゲート電極4A,4B等を形成する。このパターニングの際、余分なゲート絶縁膜8も除去され、ゲート電極4A、4B下にのみゲート絶縁膜8が残る。   Subsequently, as shown in FIG. 16, the conductive film 4 for forming the auxiliary gate electrode remaining in the peripheral circuit region is patterned by the photolithography technique and the dry etching technique, so that the MIS of the peripheral circuit is formed in the peripheral circuit area. Gate electrodes 4A and 4B are formed. At the time of this patterning, the excessive gate insulating film 8 is also removed, and the gate insulating film 8 remains only under the gate electrodes 4A and 4B.

続いて、図17に示すように、周辺回路用のnMISQnが形成される領域を開口したフォトレジストパターン(図示せず)を用いて、露出した基板1Sの主面側からイオン注入を行い、周辺回路用のnMISQnのソースおよびドレイン用のn型の半導体領域32aを形成する。また、周辺回路用のpMISQpが形成される領域を開口したフォトレジストパターン(図示せず)を用いて、露出した基板1Sの主面側から周辺回路用のpMISソースのドレイン用のp型の半導体領域33aを形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 17, ion implantation is performed from the exposed main surface side of the substrate 1S using a photoresist pattern (not shown) having an opening in a region where nMISQn for the peripheral circuit is formed. An n type semiconductor region 32a for the source and drain of nMISQn for the circuit is formed. Further, using a photoresist pattern (not shown) having an opening in the region where the pMISQp for the peripheral circuit is formed, a p type drain for the drain of the pMIS source for the peripheral circuit is formed from the exposed main surface side of the substrate 1S. A semiconductor region 33a is formed.

続いて、基板1S(ウエハ)の主面上に、例えばTEOSガスを用いたCVD法等により酸化シリコン膜からなる絶縁膜を堆積した後、前記絶縁膜を異方性ドライエッチング法等によりエッチバックすることにより、ゲート電極4A、4Bの側壁に前記絶縁膜からなるサイドウォールを形成する。   Subsequently, after an insulating film made of a silicon oxide film is deposited on the main surface of the substrate 1S (wafer) by, for example, a CVD method using TEOS gas, the insulating film is etched back by an anisotropic dry etching method or the like. Thus, sidewalls made of the insulating film are formed on the sidewalls of the gate electrodes 4A and 4B.

ここで、サイドウォール17を形成する工程は、前述のサイドウォール16を形成する工程と同様に行うこともできる。   Here, the step of forming the sidewall 17 can be performed in the same manner as the step of forming the sidewall 16 described above.

同一のCVD装置を用いてモノシランと酸素を含む混合ガスを用いたCVD法によってサイドウォール17となる酸化シリコン膜を、ゲート電極4A、4Bを覆うように基板1S上に堆積する際、時間経過と共に酸素の供給量が増加するようなガス流量の調整を行う。これにより、先に堆積した酸化シリコン膜にはシリコンが多く含まれており、後に堆積した酸化シリコン膜には酸素が多く含まれることとなる。すなわち、サイドウォール17となる酸化シリコン膜の上層より下層にシリコンが多く含まれることとなる。また、時間経過と共に酸素の供給量が増加しているので、サイドウォール17となる酸化シリコン膜は、下層から上層にかけてシリコンが減少する濃度分布を有することとなる。   When a silicon oxide film to be the sidewall 17 is deposited on the substrate 1S so as to cover the gate electrodes 4A and 4B by the CVD method using a mixed gas containing monosilane and oxygen using the same CVD apparatus, the time passes. The gas flow rate is adjusted so that the supply amount of oxygen increases. Thus, the silicon oxide film deposited earlier contains a lot of silicon, and the silicon oxide film deposited later contains a lot of oxygen. That is, more silicon is contained in the lower layer than the upper layer of the silicon oxide film to be the sidewall 17. Further, since the supply amount of oxygen increases with time, the silicon oxide film to be the sidewall 17 has a concentration distribution in which silicon decreases from the lower layer to the upper layer.

このようなシリコンと酸素の組成が変化しているサイドウォール17となる酸化シリコン膜を、異方性ドライエッチングした場合、シリコンの少ない上層からシリコンの多い下層へ徐々にエッチング速度が低下し、基板1Sを削る前にエッチングを停止することができる。このように、本実施の形態では、基板1Sの削れを防止することができるので、その後に形成される半導体領域32b、33bでのリーク電流を低減することができる。すなわち半導体装置の信頼性を向上することができる。   When the silicon oxide film to be the sidewall 17 whose composition of silicon and oxygen is changed is subjected to anisotropic dry etching, the etching rate is gradually reduced from the upper layer with less silicon to the lower layer with much silicon, and the substrate The etching can be stopped before cutting 1S. As described above, in this embodiment, since the substrate 1S can be prevented from being scraped, the leakage current in the semiconductor regions 32b and 33b formed thereafter can be reduced. That is, the reliability of the semiconductor device can be improved.

続いて、周辺回路用のnMISQnのソースおよびドレイン用のn型の半導体領域32bおよびpMISQpのソースのドレイン用のp型の半導体領域33bをそれぞれ別々に形成する。具体的には、まず、周辺回路用のnMISQnが形成される領域を開口したフォトレジストパターン(図示せず)を用いて、露出した基板1Sの主面側からn型の不純物をイオン注入し、また、周辺回路用のpMISQpが形成される領域を開口したフォトレジストパターン(図示せず)を用いて、露出した基板1Sの主面側からp型の不純物をイオン注入する。その後、酸素雰囲気中でn型およびp型の不純物イオンの活性化アニールを行うことによって、n型の半導体領域32bおよびp型の半導体領域33bを形成する。 Subsequently, an n + type semiconductor region 32b for the source and drain of nMISQn for the peripheral circuit and a p + type semiconductor region 33b for the drain of the source of pMISQp are formed separately. Specifically, first, an n-type impurity is ion-implanted from the exposed main surface side of the substrate 1S using a photoresist pattern (not shown) having an opening in a region where nMISQn for peripheral circuits is formed. Also, p-type impurities are ion-implanted from the exposed main surface side of the substrate 1S using a photoresist pattern (not shown) having an opening in a region where the pMISQp for peripheral circuits is formed. Thereafter, activation annealing of n-type and p-type impurity ions is performed in an oxygen atmosphere to form an n + -type semiconductor region 32b and a p + -type semiconductor region 33b.

このとき、シリコンを多く含むサイドウォール17の下層(図18(a)のサイドウォール16aに該当する部分)に含まれるシリコン比率は、サイドウォール17の上層に含まれるシリコン比率よりも多いが、この酸素雰囲気中でのアニール工程により、過剰なシリコンが酸化され、その組成が酸化シリコン膜SiOに近い構成となる。このため、サイドウォール17の下層の絶縁性を向上させることができる。 At this time, the silicon ratio contained in the lower layer of the sidewall 17 containing a large amount of silicon (the portion corresponding to the sidewall 16a in FIG. 18A) is larger than the silicon ratio contained in the upper layer of the sidewall 17, Excess silicon is oxidized by the annealing process in an oxygen atmosphere, and the composition is close to that of the silicon oxide film SiO 2 . For this reason, the insulation of the lower layer of the sidewall 17 can be improved.

前述したように、基板1Sの削れがない状態で、半導体領域32b、33bを形成することができるので、半導体領域32b、33bでのリーク電流を低減することができる。すなわち半導体装置の信頼性を向上することができる。   As described above, since the semiconductor regions 32b and 33b can be formed without the substrate 1S being scraped, the leakage current in the semiconductor regions 32b and 33b can be reduced. That is, the reliability of the semiconductor device can be improved.

また、半導体領域32b、33bを形成する際のアニール処理によって、シリコンを多く含むサイドウォール17の下層では、過剰なシリコンが酸化することとなる。このため、サイドウォール17の絶縁性を向上することができる。すなわち半導体装置の信頼性を向上することができる。   Further, due to the annealing process when forming the semiconductor regions 32b and 33b, excess silicon is oxidized in the lower layer of the sidewall 17 containing a large amount of silicon. For this reason, the insulation of the sidewall 17 can be improved. That is, the reliability of the semiconductor device can be improved.

この後、周辺回路用のnMISQnのゲート電極11、ソースおよびドレイン用のn型の半導体領域32bの表面にコバルト(Co)またはNi(ニッケル)等の金属膜を堆積し、これらの金属膜を半導体基板やゲート電極に含まれるシリコンと反応させることにより、CoSi(コバルトシリサイド)膜やNiSi(ニッケルシリサイド)膜等の金属シリサイド膜(金属化合物膜)を形成する。 Thereafter, a metal film such as cobalt (Co) or Ni (nickel) is deposited on the surfaces of the gate electrode 11 of the nMISQn for the peripheral circuit and the n + type semiconductor region 32b for the source and drain, and these metal films are deposited. By reacting with silicon contained in the semiconductor substrate or the gate electrode, a metal silicide film (metal compound film) such as a CoSi 2 (cobalt silicide) film or a NiSi (nickel silicide) film is formed.

本実施の形態では、基板1Sの削れを極めて小さくすることが可能であるため、図22で示したような本願の課題の一つである、金属シリサイド層と半導体基板1S(ここではウエルPW1)間でのリーク電流が発生する可能性を小さくすることができる。
また、pMISQpのゲート電極11、ソースのドレイン用のp型の半導体領域33bについても同様の効果がある。
In this embodiment, since the chipping of the substrate 1S can be made extremely small, the metal silicide layer and the semiconductor substrate 1S (here, the well PW1), which is one of the problems of the present application as shown in FIG. It is possible to reduce the possibility of occurrence of leak current between the two.
The same effect is also obtained for the gate electrode 11 of pMISQp and the p + -type semiconductor region 33b for the drain of the source.

その後、通常の配線形成工程を経て図1〜図4に示したフラッシュメモリを備えた半導体装置が完成する。   Thereafter, the semiconductor device including the flash memory shown in FIGS. 1 to 4 is completed through a normal wiring formation process.

このような製造工程を経て製造されたフラッシュメモリは、信頼性を確保する事ができる。図19は、膜厚モニタ残膜に対するデトラップの変化を示す特性図である。なお、膜厚モニタ残膜とは、製品ウエハの膜厚モニタパターンのQC値である。すなわち、図18では、ドライエッチング後の基板1S上の、サイドウォール16となる酸化シリコン膜とおよびゲート絶縁膜8となる酸化シリコン膜の重ね膜の残膜量を示すものである。   The flash memory manufactured through such a manufacturing process can ensure reliability. FIG. 19 is a characteristic diagram showing a change in detrapping with respect to the remaining film thickness monitor. The film thickness monitor remaining film is the QC value of the film thickness monitor pattern of the product wafer. That is, FIG. 18 shows the remaining film amount of the stacked film of the silicon oxide film to be the sidewall 16 and the silicon oxide film to be the gate insulating film 8 on the substrate 1S after the dry etching.

図19に示すように、前述した本発明者らが検討したフラッシュメモリ(図21参照)は、膜厚モニタ残膜値が小さくなるに従い、デトラップ電圧値(ΔVth)が大きくなるので、デトラップ特性が劣化している。すなわち、フラッシュメモリの信頼性が低下している。   As shown in FIG. 19, the flash memory (see FIG. 21) studied by the present inventors described above has a large detrapping voltage value (ΔVth) as the film thickness monitor remaining film value becomes smaller. It has deteriorated. That is, the reliability of the flash memory is reduced.

この膜厚モニタ残膜値が0nmを示した場合の本発明者らが検討したフラッシュメモリのあるメモリセルの断面では、図20および図21に示したように、基板1Sの表面が削れていることが観測することができた。すなわち、図19の横軸である膜厚モニタ残膜が膜厚モニタパターンの実測値であるため、このパターンが残膜数nmと表示していても実際のメモリセルでは既に基板1Sが剥き出し、あるいは基板が削れて、デトラップ電圧値(ΔVth)が大きくなることが考えられる。   As shown in FIGS. 20 and 21, the surface of the substrate 1S is shaved in the cross section of the memory cell having the flash memory examined by the present inventors when the film thickness monitor residual film value is 0 nm. I was able to observe. That is, since the film thickness monitor residual film on the horizontal axis in FIG. 19 is an actually measured value of the film thickness monitor pattern, the substrate 1S is already exposed in the actual memory cell even if this pattern is displayed as the number of remaining film nm. Alternatively, it is conceivable that the detrapping voltage value (ΔVth) increases as the substrate is scraped.

しかしながら、本発明に係るフラッシュメモリは、膜厚モニタ残膜値の変化に関わらず、一定のデトラップ電圧値を示している。すなわち、フラッシュメモリの信頼性を確保することができる。   However, the flash memory according to the present invention shows a constant detrapping voltage value regardless of the change in the film thickness monitor remaining film value. That is, the reliability of the flash memory can be ensured.

具体的には、サイドウォール16となる酸化シリコン膜が、その上層より下層にシリコンが多く含まれるようにすることによってエッチング速度が低下し、基板1S表面で容易にエッチングを停止することができる。すなわち、基板1Sの削れを防止することができ、フラッシュメモリの信頼性を確保することができる。   Specifically, when the silicon oxide film to be the sidewall 16 contains more silicon in the lower layer than the upper layer, the etching rate is reduced, and the etching can be easily stopped on the surface of the substrate 1S. That is, the substrate 1S can be prevented from being scraped, and the reliability of the flash memory can be ensured.

また、多値の書き込みの場合、本発明者らが検討したフラッシュメモリでは、閾値電圧の分布が裾をひくようになり、多値に書き込めなくなる。この原因もエッチングの際の基板削れと密接な関係を示しており、基板削れを防止した本発明のフラッシュメモリでは、多値に書き込めることができる。   In the case of multi-level writing, in the flash memory studied by the present inventors, the threshold voltage distribution becomes narrower and cannot be written in multi-level. This cause also shows a close relationship with the substrate scraping at the time of etching, and the flash memory of the present invention that prevents the substrate scraping can be written in multiple values.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、前記実施の形態では、AND型フラッシュメモリ単体に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えばEEPROM単体の半導体装置、EEPROMまたはフラッシュメモリを有するシステムLSI(Large Scale Integrated circuit)等のようなメモリ混載の半導体装置にも適用できる。   For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an AND type flash memory alone has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a system LSI (Large Scale Integrated circuit) having an EEPROM alone semiconductor device, EEPROM, or flash memory. The present invention can also be applied to memory-embedded semiconductor devices such as

また、例えば、前記実施の形態では、サイドウォールとなる酸化シリコン膜は、その下層から上層にかけてシリコンが減少する濃度分布を有する場合について説明したが、下層がシリコンを多く含む場合であれば、上層はシリコンが多くても少なくてもどちらでも良く、また、シリコンが多い層、少ない層が交互に積層されていても良い。但し、サイドウォールを形成するためのエッチング時間を短くしつつ、半導体基板の削れを生じさせないためには、その下層から上層にかけてシリコンが減少する濃度分布を有する酸化シリコン膜を適用するのが良い。   Further, for example, in the above-described embodiment, the case where the silicon oxide film serving as the sidewall has a concentration distribution in which silicon decreases from the lower layer to the upper layer has been described. However, if the lower layer contains a large amount of silicon, the upper layer May have either more or less silicon, and layers containing more or less silicon may be alternately stacked. However, in order to shorten the etching time for forming the sidewall and prevent the semiconductor substrate from being scraped, it is preferable to apply a silicon oxide film having a concentration distribution in which silicon decreases from the lower layer to the upper layer.

また、例えば、相変化メモリの下層電極と基板とを電気的に接続するプラグを、基板削れのない平坦な基板上に形成することもできる。すなわち、相変化メモリセルの選択MISトランジスタのサイドウォールに本発明を適用することで、基板削れを防止することができ、プラグが形成される基板面を平坦化することができる。これにより、リーク電流が低減できて、書き込み/消去特性を改善することができる。   In addition, for example, a plug for electrically connecting the lower layer electrode of the phase change memory and the substrate can be formed on a flat substrate with no substrate shaving. That is, by applying the present invention to the sidewall of the selected MIS transistor of the phase change memory cell, the substrate can be prevented from being scraped and the substrate surface on which the plug is formed can be planarized. Thereby, the leakage current can be reduced, and the write / erase characteristics can be improved.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。   The present invention is widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

本発明の一実施の形態である半導体装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1のY1−Y1線の断面図である。It is sectional drawing of the Y1-Y1 line | wire of FIG. 図1のX1−X1線の断面図である。It is sectional drawing of the X1-X1 line | wire of FIG. 図1のX2−X2線の断面図である。It is sectional drawing of the X2-X2 line | wire of FIG. 動作時におけるフラッシュメモリの要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of the flash memory at the time of operation | movement. 図1のY1−Y1線における製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図であり、(a)はメモリ領域、(b)は周辺回路領域を示す。FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views schematically showing a main part of the semiconductor device in the manufacturing process taken along the line Y1-Y1 in FIG. 1, wherein FIG. 図6に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 6. 図7に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 7. 図8に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 8. 図9に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 9. 図10に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 10. 図11に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 11. 図12に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 12. 図13に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 13. 図14に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 14. 図15に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 15. 図16に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 16. サイドウォールの形成工程の説明図であり、(a)は図11の要部を拡大して示す模式図、(b)はサイドウォール中のシリコンおよび酸素の濃度分布図である。It is explanatory drawing of the formation process of a side wall, (a) is a schematic diagram which expands and shows the principal part of FIG. 11, (b) is a density | concentration distribution map of the silicon | silicone and oxygen in a side wall. 膜厚モニタ残膜に対するデトラップの変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the detrap with respect to a film thickness monitor residual film. 本発明者らが検討した製造工程中におけるフラッシュメモリの要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of the flash memory in the manufacturing process which the present inventors examined. 図20に続く製造工程中の半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing main parts of the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 20. 本発明者らが検討した電界効果トランジスタの要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of the field effect transistor which the present inventors examined.

符号の説明Explanation of symbols

1S 半導体基板(基板)
2 活性領域
3 分離領域
4 導体膜
4A、4B ゲート電極
4G 補助ゲート電極
4GA 幅広領域
4LA、4LB、4LC 配線
4LC1 ゲート電極
5、WL0、WL1 制御ゲート電極(ワード線)
5a 導体膜
5b 導体膜
6 導体膜
6G 浮遊ゲート電極
7 半導体領域
8 ゲート絶縁膜
10 キャップ膜
11、12、13 絶縁膜
15 トンネル絶縁膜
16 サイドウォール(絶縁膜)
16a 最下層
16b 中間層
16c 最上層
17 サイドウォール(絶縁膜)
18 ONO膜
21 ゲート絶縁膜
22a 半導体領域
22b、22b1、22b2 半導体領域
23a、23b、23c 反転層
25 絶縁膜
26a ハードマスク膜
27a 反射防止膜
28、29 溝
32a、32b、33a、33b 半導体領域
34 シリサイド層
109 削れ部
116、117 サイドウォール
AG、AG0〜AG3 補助ゲート電極
CD 共通ドレイン配線
CT コンタクトホール
MC、MC0 不揮発性メモリセル
NISO 埋込領域
NW1 ウエル
PG プラグ
PW1 ウエル
Qsn 選択nチャネル型MISFET
RP フォトレジストパターン
1S Semiconductor substrate (substrate)
2 Active region 3 Isolation region 4 Conductive film 4A, 4B Gate electrode 4G Auxiliary gate electrode 4GA Wide region 4LA, 4LB, 4LC Wiring 4LC1 Gate electrode 5, WL0, WL1 Control gate electrode (word line)
5a Conductive film 5b Conductive film 6 Conductive film 6G Floating gate electrode 7 Semiconductor region 8 Gate insulating film 10 Cap films 11, 12, 13 Insulating film 15 Tunnel insulating film 16 Side wall (insulating film)
16a Bottom layer 16b Intermediate layer 16c Top layer 17 Side wall (insulating film)
18 ONO film 21 Gate insulating film 22a Semiconductor regions 22b, 22b1, 22b2 Semiconductor regions 23a, 23b, 23c Inversion layer 25 Insulating film 26a Hard mask film 27a Antireflection film 28, 29 Grooves 32a, 32b, 33a, 33b Semiconductor region 34 Silicide Layer 109 Scraped portion 116, 117 Side wall AG, AG0 to AG3 Auxiliary gate electrode CD Common drain wiring CT Contact hole MC, MC0 Nonvolatile memory cell NISO Buried region NW1 Well PG Plug PW1 Well Qsn Select n-channel MISFET
RP photoresist pattern

Claims (9)

半導体基板の主面上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の側壁に設けられたサイドウォールとを有する半導体装置であって、
前記サイドウォールは、前記ゲート電極を覆うように前記半導体基板の主面上に形成された酸化シリコン膜がエッチバックされてなり、
前記酸化シリコン膜は、前記酸化シリコン膜の上層より下層にシリコンが多く含まれていることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode provided on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film;
A semiconductor device having a sidewall provided on a sidewall of the gate electrode,
The sidewall is formed by etching back a silicon oxide film formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon oxide film contains more silicon in a lower layer than an upper layer of the silicon oxide film.
前記酸化シリコン膜は、前記酸化シリコン膜の下層から上層にかけてシリコンが減少する濃度分布を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon oxide film has a concentration distribution in which silicon decreases from a lower layer to an upper layer of the silicon oxide film. 前記酸化シリコン膜は、積層されてなり、
前記酸化シリコン膜の最下層が、前記最下層以外の層よりシリコンを多く含んでいることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The silicon oxide film is laminated,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lowermost layer of the silicon oxide film contains more silicon than layers other than the lowermost layer.
(a)半導体基板の主面上にゲート絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
(b)前記ゲート電極を覆うように前記半導体基板の主面上に、モノシランと酸素を含む混合ガスを用いたCVD法によって酸化シリコン膜を形成する工程、
(c)前記酸化シリコン膜をエッチバックし、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記工程(b)の前記酸化シリコン膜の形成では、時間経過と共に、前記酸素の供給量が増加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a gate electrode on the gate insulating film after forming a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a silicon oxide film on the main surface of the semiconductor substrate by a CVD method using a mixed gas containing monosilane and oxygen so as to cover the gate electrode;
(C) etching back the silicon oxide film to form a sidewall on the side wall of the gate electrode;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
In the formation of the silicon oxide film in the step (b), the supply amount of oxygen increases with the passage of time.
前記工程(b)は、同一のCVD装置を用いて処理することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the step (b) is performed using the same CVD apparatus. (d)前記工程(c)のエッチバックで露出した前記半導体基板の主面にイオンを注入する工程、
を更に含むことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
(D) a step of implanting ions into the main surface of the semiconductor substrate exposed by the etch back in the step (c);
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising:
(e)前記工程(d)の後、酸素雰囲気中で前記イオンの活性化アニールを行う工程、
を更に含むことを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
(E) a step of performing activation annealing of the ions in an oxygen atmosphere after the step (d);
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising:
半導体基板上に設けられた複数の第1電極と、
前記複数の第1電極に対して交差するように前記半導体基板上に設けられた複数の第2電極と、
前記複数の第1電極の隣接間であって前記複数の第2電極が平面的に重なる位置に設けられた電荷蓄積用の複数の第3電極と、
前記第1電極と前記半導体基板との間に設けられた第1絶縁膜と、
前記第3電極と前記半導体基板との間に設けられた第2絶縁膜と、
前記第1電極および前記第3電極を覆うように、前記第2電極と前記半導体基板との間に設けられた第3絶縁膜と、
前記第3電極と前記第1電極との間に設けられた前記第1電極のサイドウォールとを有する複数の不揮発性記憶素子を備えた半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1電極を覆うように前記半導体基板の主面上に、モノシランと酸素を含む混合ガスを用いたCVD法によって、時間経過と共に前記酸素の供給量を増加しながら酸化シリコン膜を形成する工程、
(b)前記酸化シリコン膜をエッチバックし、前記第1電極の側壁に前記サイドウォールを形成する工程、
(c)前記工程(c)のエッチバックで露出した前記半導体基板の主面上に前記第2絶縁膜を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A plurality of first electrodes provided on a semiconductor substrate;
A plurality of second electrodes provided on the semiconductor substrate so as to intersect the plurality of first electrodes;
A plurality of third electrodes for charge storage provided between adjacent ones of the plurality of first electrodes and at a position where the plurality of second electrodes overlap in a plane;
A first insulating film provided between the first electrode and the semiconductor substrate;
A second insulating film provided between the third electrode and the semiconductor substrate;
A third insulating film provided between the second electrode and the semiconductor substrate so as to cover the first electrode and the third electrode;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a plurality of nonvolatile memory elements having a sidewall of the first electrode provided between the third electrode and the first electrode,
(A) A silicon oxide film is formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the first electrode while increasing the supply amount of oxygen over time by a CVD method using a mixed gas containing monosilane and oxygen. Forming step,
(B) etching back the silicon oxide film to form the sidewall on the sidewall of the first electrode;
(C) forming the second insulating film on the main surface of the semiconductor substrate exposed by the etch back in the step (c);
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記工程(a)は、同一のCVD装置を用いて処理することを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the step (a) is performed using the same CVD apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011502353A (en) * 2007-10-29 2011-01-20 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Method for integrating NVM circuit with logic circuit

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