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JP2010093154A - Nonvolatile semiconductor memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2010093154A
JP2010093154A JP2008263541A JP2008263541A JP2010093154A JP 2010093154 A JP2010093154 A JP 2010093154A JP 2008263541 A JP2008263541 A JP 2008263541A JP 2008263541 A JP2008263541 A JP 2008263541A JP 2010093154 A JP2010093154 A JP 2010093154A
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JP
Japan
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gate electrode
insulating film
film
semiconductor substrate
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008263541A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuharu Yamabe
和治 山部
Yasuhiro Taniguchi
泰弘 谷口
Seiji Yoshida
省史 吉田
Fukuo Owada
福夫 大和田
Yasushi Oka
保志 岡
Hideaki Yamakoshi
英明 山越
Naohiro Hosoda
直宏 細田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device for being further miniaturized by realizing downsizing and high-densification of memory cells constituting the nonvolatile semiconductor memory device. <P>SOLUTION: A source line SL is formed between a memory cell MC1 and a memory cell MC2, in the manner of self-alignment. Concretely, the source line SL is formed so as to contact with both sidewalls SWs formed on a sidewall of a memory gate electrode MG1 and on a sidewall of a memory gate electrode MG2, in the manner of self-alignment. Further, not only the memory gate electrodes MG1, MG2 and MG, but also control gate electrodes CG1, CG2 and CG are formed in a sidewall shape. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置およびその製造技術に関し、特に、セル面積を小さくして高集積化する必要のある不揮発性半導体記憶装置およびそ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 nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing technology thereof, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device that needs to be highly integrated by reducing a cell area and a technology effective when applied to the manufacturing thereof.

特開2002−289714号公報(特許文献1)には、セルの寸法を最小化し、かつプログラム動作時に低電力消費とすることができる不揮発性半導体メモリ装置およびその製造方法が記載されている。具体的には、半導体基板上に電荷保存領域が形成されている。この電荷保存領域は、浮遊ゲート誘電膜と浮遊ゲートおよびインタポリ誘電膜を含むように形成されている。そして、電荷保存領域上に制御ゲートとゲートマスクが積層して形成されている。このとき、一対の制御ゲートの側壁にソース側スペーサが配置され、一対のソース側スペーサに挟まれた半導体基板上にソース電極が形成されている。
特開2002−289714号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-289714 (Patent Document 1) describes a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which can minimize the cell size and reduce power consumption during a program operation. Specifically, a charge storage region is formed on the semiconductor substrate. The charge storage region is formed to include a floating gate dielectric film, a floating gate, and an interpoly dielectric film. A control gate and a gate mask are stacked on the charge storage region. At this time, a source-side spacer is disposed on the side walls of the pair of control gates, and a source electrode is formed on the semiconductor substrate sandwiched between the pair of source-side spacers.
JP 2002-289714 A

電気的に書き込み・消去が可能な不揮発性半導体記憶装置として、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリが広く使用されている。現在広く用いられているEEPROMやフラッシュメモリに代表されるこれらの不揮発性半導体記憶装置(メモリ)は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのゲート電極下に、酸化シリコン膜で囲まれた導電性の浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜など電荷蓄積膜を有しており、浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜での電荷蓄積状態によってトランジスタのしきい値が異なることを利用して情報を記憶する。   EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) and flash memory are widely used as nonvolatile semiconductor memory devices that can be electrically written and erased. These nonvolatile semiconductor memory devices (memory) represented by EEPROM and flash memory which are widely used at present are electrically conductive floating layers surrounded by a silicon oxide film under the gate electrode of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor. It has a charge storage film such as a gate electrode and a trapping insulating film, and stores information by utilizing the fact that the threshold value of the transistor varies depending on the charge storage state in the floating gate electrode and the trapping insulating film.

このトラップ性絶縁膜とは、電荷の蓄積可能なトラップ準位を有する絶縁膜をいい、一例として、窒化シリコン膜等があげられる。トラップ性絶縁膜を有する不揮発性半導体記憶装置では、トラップ性絶縁膜への電荷の注入・放出によってMOSトランジスタのしきい値をシフトさせ記憶素子として動作させる。このようなトラップ性絶縁膜を電荷蓄積膜とする不揮発性半導体記憶装置をMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタと呼んでおり、電荷蓄積膜に導電性の浮遊ゲート電極を使用する場合に比べ、離散的なトラップ準位に電荷を蓄積するためにデータ保持の信頼性に優れる。また、データ保持の信頼性に優れているためにトラップ性絶縁膜上下の酸化シリコン膜の膜厚を薄膜化でき、書き込み・消去動作の低電圧化が可能である等の利点を有する。   This trapping insulating film refers to an insulating film having a trap level in which charges can be accumulated. An example thereof is a silicon nitride film. In a nonvolatile semiconductor memory device having a trapping insulating film, the threshold value of a MOS transistor is shifted by injection / release of electric charges into the trapping insulating film to operate as a memory element. Such a non-volatile semiconductor memory device using a trapping insulating film as a charge storage film is called a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type transistor, which is compared with the case where a conductive floating gate electrode is used for the charge storage film. In addition, since charges are accumulated in discrete trap levels, the reliability of data retention is excellent. In addition, since the data retention reliability is excellent, the thickness of the silicon oxide film above and below the trapping insulating film can be reduced, and the voltage of the write / erase operation can be reduced.

このように構成されている不揮発性半導体記憶装置では、メモリの小型化が要求されており、それに伴ってセルサイズの縮小およびセルの高密度化が追及されている。   The nonvolatile semiconductor memory device configured as described above is required to reduce the size of the memory, and accordingly, the cell size is reduced and the cell density is increased.

本発明の目的は、不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルの縮小化および高密度化を実現することにより、製品となる不揮発性半導体記憶装置のさらなる小型化を達成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 technology capable of achieving further miniaturization of a nonvolatile semiconductor memory device as a product by realizing reduction in size and density of memory cells constituting the nonvolatile semiconductor memory device. is there.

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.

代表的な実施の形態における不揮発性半導体記憶装置は、隣接する第1メモリセルと第2メモリセルとを備える。前記第1メモリセルは、(a1)半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜と、(b1)前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1コントロールゲート電極と、(c1)前記第1コントロールゲート電極の片側の側壁に形成された第1メモリゲート電極とを有する。さらに、(d1)前記第1コントロールゲート電極と前記第1メモリゲート電極の間、および、前記第1メモリゲート電極と前記半導体基板の間に形成された第1積層絶縁膜と、(e1)前記第1メモリゲート電極の側壁に形成された第1サイドウォール絶縁膜とを有する。そして、(f1)前記半導体基板内に形成され、前記第1コントロールゲート電極の前記第1メモリゲート電極が形成されていない側壁側に整合して形成された第1ドレイン領域と、(g1)前記半導体基板内に形成され、前記第1メモリゲート電極の前記第1サイドウォール絶縁膜が形成されている側壁側に整合して形成された第1ソース領域とを有する。前記第2メモリセルは、(a2)前記半導体基板上に形成された第2ゲート絶縁膜と、(b2)前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2コントロールゲート電極と、(c2)前記第2コントロールゲート電極の片側の側壁に形成された第2メモリゲート電極とを有する。さらに、(d2)前記第2コントロールゲート電極と前記第2メモリゲート電極の間、および、前記第2メモリゲート電極と前記半導体基板の間に形成された第2積層絶縁膜と、(e2)前記第2メモリゲート電極の側壁に形成された第2サイドウォール絶縁膜とを有する。そして、(f2)前記半導体基板内に形成され、前記第2コントロールゲート電極の前記第2メモリゲート電極が形成されていない側壁側に整合して形成された第2ドレイン領域と、(g2)前記半導体基板内に形成され、前記第2メモリゲート電極の前記第2サイドウォール絶縁膜が形成されている側壁側に整合して形成された第2ソース領域とを有する。このとき、前記第1ソース領域と前記第2ソース領域は共通ソース領域となっている。ここで、前記共通ソース領域と電気的に接続するように前記半導体基板上に形成され、かつ、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜に接するように形成されたソース配線とを備えることを特徴とするものである。   A nonvolatile semiconductor memory device in a typical embodiment includes a first memory cell and a second memory cell that are adjacent to each other. The first memory cell includes (a1) a first gate insulating film formed on the semiconductor substrate, (b1) a first control gate electrode formed on the first gate insulating film, and (c1) the first A first memory gate electrode formed on one side wall of the control gate electrode. (D1) a first stacked insulating film formed between the first control gate electrode and the first memory gate electrode and between the first memory gate electrode and the semiconductor substrate; A first sidewall insulating film formed on the sidewall of the first memory gate electrode. And (f1) a first drain region formed in the semiconductor substrate and formed in alignment with the side wall of the first control gate electrode where the first memory gate electrode is not formed, and (g1) the And a first source region formed in a semiconductor substrate and aligned with a side of the first memory gate electrode on which the first sidewall insulating film is formed. The second memory cell includes (a2) a second gate insulating film formed on the semiconductor substrate, (b2) a second control gate electrode formed on the second gate insulating film, and (c2) And a second memory gate electrode formed on one side wall of the second control gate electrode. (D2) a second stacked insulating film formed between the second control gate electrode and the second memory gate electrode and between the second memory gate electrode and the semiconductor substrate; And a second sidewall insulating film formed on the sidewall of the second memory gate electrode. And (f2) a second drain region formed in the semiconductor substrate and formed in alignment with the side wall of the second control gate electrode where the second memory gate electrode is not formed, and (g2) the And a second source region formed in the semiconductor substrate and aligned with the side wall of the second memory gate electrode on which the second sidewall insulating film is formed. At this time, the first source region and the second source region are common source regions. Here, a source wiring formed on the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the common source region, and formed so as to be in contact with the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film, It is characterized by providing.

また、代表的な実施の形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、(a)半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、(b)前記半導体基板内にウェルを形成する工程と、(c)前記半導体基板上に第1ダミー絶縁膜および第2ダミー絶縁膜を形成する工程と、(d)前記(c)工程後、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程とを備える。次に、(e)前記(d)工程後、前記第1ダミー絶縁膜の側壁において前記ゲート絶縁膜からなる第1ゲート絶縁膜を介した前記半導体基板上に第1コントロールゲート電極を形成し、前記第2ダミー絶縁膜の側壁において前記ゲート絶縁膜からなる第2ゲート絶縁膜を介した前記半導体基板上に第2コントロールゲート電極を形成する工程と、(f)前記(e)工程後、前記第1ダミー絶縁膜および前記第2ダミー絶縁膜を除去する工程とを備える。続いて、(g)前記(f)工程後、前記半導体基板上に積層絶縁膜を形成する工程と、(h)前記(g)工程後、前記第1コントロールゲート電極の側壁および前記半導体基板上において前記積層絶縁膜からなる第1積層絶縁膜を介して第1メモリゲート電極を形成し、前記第2コントロールゲート電極の側壁および前記半導体基板上において前記積層絶縁膜からなる第2積層絶縁膜を介して第2メモリゲート電極を形成する工程とを備える。さらに、(i)前記(h)工程後、前記第1メモリゲート電極と前記第2メモリゲート電極で挟まれた前記半導体基板内に浅い第1半導体領域を形成する工程と、(j)前記(i)工程後、前記第1メモリゲート電極の側壁に第1サイドウォール絶縁膜を形成し、前記第2メモリゲート電極の側壁に第2サイドウォール絶縁膜を形成する工程とを備える。その後、(k)前記(j)工程後、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜で挟まれた前記半導体基板内に深い第1半導体領域を形成し、前記浅い第1半導体領域と前記深い第1半導体領域からなる共通ソース領域を形成する工程とを備える。そして、(l)前記(k)工程後、前記共通ソース領域と電気的に接続するように前記半導体基板上であって、かつ、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜に接するようにソース配線を形成する工程とを備える。最後に、(m)前記(l)工程後、前記第1コントロールゲート電極の側壁に整合して前記半導体基板内に第1ドレイン領域を形成し、かつ、前記第2コントロールゲート電極の側壁に整合して前記半導体基板内に第2ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とするものである。   A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to a representative embodiment includes (a) a step of forming an element isolation region in a semiconductor substrate, (b) a step of forming a well in the semiconductor substrate, c) forming a first dummy insulating film and a second dummy insulating film on the semiconductor substrate; and (d) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate after the step (c). Next, (e) after the step (d), a first control gate electrode is formed on the semiconductor substrate via the first gate insulating film made of the gate insulating film on the side wall of the first dummy insulating film, Forming a second control gate electrode on the semiconductor substrate via the second gate insulating film made of the gate insulating film on the sidewall of the second dummy insulating film; and (f) after the step (e), And a step of removing the first dummy insulating film and the second dummy insulating film. Subsequently, (g) after the step (f), a step of forming a laminated insulating film on the semiconductor substrate; and (h) after the step (g), on the side wall of the first control gate electrode and on the semiconductor substrate. Forming a first memory gate electrode through a first laminated insulating film comprising the laminated insulating film, and forming a second laminated insulating film comprising the laminated insulating film on a sidewall of the second control gate electrode and on the semiconductor substrate. Forming a second memory gate electrode. And (i) after the step (h), forming a shallow first semiconductor region in the semiconductor substrate sandwiched between the first memory gate electrode and the second memory gate electrode; i) forming a first sidewall insulating film on the sidewall of the first memory gate electrode and forming a second sidewall insulating film on the sidewall of the second memory gate electrode after the step; Thereafter, (k) after the step (j), a deep first semiconductor region is formed in the semiconductor substrate sandwiched between the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film, and the shallow first semiconductor is formed. Forming a common source region comprising a region and the deep first semiconductor region. (L) After the step (k), on the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the common source region, and on the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film Forming a source wiring so as to be in contact with each other. Finally, (m) after the step (l), a first drain region is formed in the semiconductor substrate in alignment with the sidewall of the first control gate electrode, and is aligned with the sidewall of the second control gate electrode. And a step of forming a second drain region in the semiconductor substrate.

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.

不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルの縮小化および高密度化を実現することにより、製品となる不揮発性半導体記憶装置のさらなる小型化を達成できる。   By realizing downsizing and high density of the memory cells constituting the nonvolatile semiconductor memory device, further miniaturization of the nonvolatile semiconductor memory device as a product can be achieved.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

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。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   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 order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
まず、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置を説明する前に、本発明者が検討した技術における不揮発性半導体記憶装置(比較例)について説明する。図1は、比較例における不揮発性半導体記憶装置のレイアウト構成を示す図である。図1では、主に隣接する2つのメモリセルが形成されている領域を示している。
(Embodiment 1)
First, before describing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, a nonvolatile semiconductor memory device (comparative example) according to the technique studied by the present inventors will be described. FIG. 1 is a diagram showing a layout configuration of a nonvolatile semiconductor memory device in a comparative example. FIG. 1 mainly shows a region where two adjacent memory cells are formed.

図1において、半導体基板にはアクティブ領域(活性領域)Actと素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4が形成されている。素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4はそれぞれ矩形形状をしており、例えば、素子分離領域STI1と素子分離領域STI2、あるいは、素子分離領域STI3と素子分離領域STI4は、x軸方向に互いに離間して一直線状に配置されている。そして、素子分離領域STI1と素子分離領域STI3、あるいは、素子分離領域STI2と素子分離領域STI4は、y軸方向に互いに離間して配置されている。つまり、素子分離領域STI1に着目すると、x軸方向に離間して素子分離領域STI2が配置され、かつ、y軸方向に離間して素子分離領域STI3が配置されていることになる。このように互いに離間して配置されている素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4の間は半導体領域となっており、この半導体領域がアクティブ領域Actとなる。   In FIG. 1, an active region (active region) Act and element isolation regions STI1 to element isolation regions STI4 are formed on a semiconductor substrate. Each of the element isolation regions STI1 to STI4 has a rectangular shape. For example, the element isolation region STI1 and the element isolation region STI2 or the element isolation region STI3 and the element isolation region STI4 are separated from each other in the x-axis direction. Are arranged in a straight line. The element isolation region STI1 and the element isolation region STI3, or the element isolation region STI2 and the element isolation region STI4 are arranged apart from each other in the y-axis direction. In other words, when focusing on the element isolation region STI1, the element isolation region STI2 is spaced apart in the x-axis direction, and the element isolation region STI3 is spaced apart in the y-axis direction. A region between the element isolation regions STI1 to STI4 arranged so as to be separated from each other is a semiconductor region, and this semiconductor region becomes an active region Act.

図1に示すように、y軸方向に並んでいる素子分離領域STI1と素子分離領域STI3の間に形成されるアクティブ領域ActにメモリセルMC1が形成される。同様に、y軸方向に並んでいる素子分離領域STI2と素子分離領域STI4の間に形成されるアクティブ領域ActにメモリセルMC2が形成される。   As shown in FIG. 1, the memory cell MC1 is formed in the active region Act formed between the element isolation region STI1 and the element isolation region STI3 arranged in the y-axis direction. Similarly, the memory cell MC2 is formed in the active region Act formed between the element isolation region STI2 and the element isolation region STI4 arranged in the y-axis direction.

以下に、メモリセルMC1の構成について説明する。y軸方向に並んで配置されている素子分離領域STI1と素子分離領域STI3の間にあるアクティブ領域Act上にわたってコントロールゲート電極CG1が延在している。そして、このコントロールゲート電極CG1の側壁に積層絶縁膜MIF1が形成されており、この積層絶縁膜MIF1を介してコントロールゲート電極CG1の側壁にメモリゲート電極MG1が形成されている。メモリセルMC1では、コントロールゲート電極CG1の左側にあるアクティブ領域Actがドレイン領域となり、このドレイン領域にはプラグPLG1が電気的に接続されている。一方、コントロールゲート電極CG1の右側にあるアクティブ領域Actがメモリセルのソース領域となる。   Hereinafter, the configuration of the memory cell MC1 will be described. A control gate electrode CG1 extends over the active region Act between the element isolation region STI1 and the element isolation region STI3 arranged side by side in the y-axis direction. A laminated insulating film MIF1 is formed on the side wall of the control gate electrode CG1, and a memory gate electrode MG1 is formed on the side wall of the control gate electrode CG1 via the laminated insulating film MIF1. In the memory cell MC1, the active region Act on the left side of the control gate electrode CG1 serves as a drain region, and a plug PLG1 is electrically connected to the drain region. On the other hand, the active region Act on the right side of the control gate electrode CG1 becomes the source region of the memory cell.

同様に、メモリセルMC2の構成について説明する。y軸方向に並んで配置されている素子分離領域STI2と素子分離領域STI4の間にあるアクティブ領域Act上にわたってコントロールゲート電極CG2が延在している。そして、このコントロールゲート電極CG2の側壁に積層絶縁膜MIF2が形成されており、この積層絶縁膜MIF2を介してコントロールゲート電極CG2の側壁にメモリゲート電極MG2が形成されている。メモリセルMC2では、コントロールゲート電極CG2の右側にあるアクティブ領域Actがドレイン領域となり、このドレイン領域にはプラグPLG2が電気的に接続されている。一方、コントロールゲート電極CG2の左側にあるアクティブ領域Actがメモリセルのソース領域となる。   Similarly, the configuration of the memory cell MC2 will be described. A control gate electrode CG2 extends over the active region Act between the element isolation region STI2 and the element isolation region STI4 arranged side by side in the y-axis direction. A laminated insulating film MIF2 is formed on the side wall of the control gate electrode CG2, and a memory gate electrode MG2 is formed on the side wall of the control gate electrode CG2 via the laminated insulating film MIF2. In the memory cell MC2, the active region Act on the right side of the control gate electrode CG2 serves as a drain region, and a plug PLG2 is electrically connected to this drain region. On the other hand, the active region Act on the left side of the control gate electrode CG2 becomes the source region of the memory cell.

したがって、メモリセルMC1のソース領域とメモリセルMC2のソース領域とは共通するアクティブ領域Actから形成されることになる。すなわち、x軸方向に隣接するメモリセルMC1とメモリセルMC2とはソース領域を共通することになる。この共通するソース領域は、図1に示すメモリゲート電極MG1とメモリゲート電極MG2で挟まれたアクティブ領域Actから構成される。そして、この共通するソース領域はy軸方向に延在しており、メモリセルMC1とコントロールゲート電極CG1およびメモリゲート電極MG1を共通するメモリセル(メモリセルMC1に対してy軸方向に並んでいるメモリセル)や、メモリセルMC2とコントロールゲート電極CG2およびメモリゲート電極MG2を共通するメモリセル(メモリセルMC2に対してy軸方向に並んでいるメモリセル)で共有されている。つまり、比較例では、隣接するメモリセル間で共有するようにソース領域が形成されていることになる。このため、半導体基板では、例えば、素子分離領域STI1と素子分離領域STI2との間を離間させて、y軸方向にソース領域となるアクティブ領域Actが延在できるようにしている。したがって、このように構成されている比較例では、共有するソース領域をy軸方向に延在するため、ソース領域の幅だけ素子分離領域STI1と素子分離領域STI2の間を離間させる必要がある。このことから、例えば、メモリセルMC1とメモリセルMC2との間を一定距離離間させる必要がありメモリセルアレイの縮小化を阻む要因となっている。   Therefore, the source region of the memory cell MC1 and the source region of the memory cell MC2 are formed from a common active region Act. That is, the memory cells MC1 and MC2 adjacent in the x-axis direction have a common source region. This common source region is composed of an active region Act sandwiched between the memory gate electrode MG1 and the memory gate electrode MG2 shown in FIG. The common source region extends in the y-axis direction, and the memory cell MC1, the control gate electrode CG1, and the memory gate electrode MG1 are arranged in a common memory cell (in the y-axis direction with respect to the memory cell MC1). Memory cell) and the memory cell MC2, the control gate electrode CG2, and the memory gate electrode MG2 are shared by a common memory cell (memory cells aligned in the y-axis direction with respect to the memory cell MC2). That is, in the comparative example, the source region is formed so as to be shared between adjacent memory cells. Therefore, in the semiconductor substrate, for example, the element isolation region STI1 and the element isolation region STI2 are separated from each other so that the active region Act serving as the source region can extend in the y-axis direction. Therefore, in the comparative example configured as described above, since the shared source region extends in the y-axis direction, it is necessary to separate the element isolation region STI1 and the element isolation region STI2 by the width of the source region. For this reason, for example, it is necessary to separate the memory cell MC1 and the memory cell MC2 from each other by a certain distance, which is a factor that hinders downsizing of the memory cell array.

さらに、上述したようにy軸方向にソース領域を延在する必要があることから、素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4を矩形形状にしている。このことは、素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4には終端部が存在することを意味する。素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4に終端部が存在するということは、素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4上をy軸方向に跨って延在するコントロールゲート電極CG1、CG2とメモリゲート電極MG1、MG2を素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4の終端部からはみ出さないようにする必要があることを意味している。すなわち、メモリセルMC1やメモリセルMC2を正常に形成するためには、コントロールゲート電極CG1、CG2やメモリゲート電極MG1、MG2が素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4の終端部からはみ出ないことが必要となるのである。   Furthermore, since the source region needs to extend in the y-axis direction as described above, the element isolation regions STI1 to STI4 are rectangular. This means that there are terminal portions in the element isolation regions STI1 to STI4. The presence of terminations in the element isolation regions STI1 to STI4 means that the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrode MG1 extending over the element isolation regions STI1 to STI4 in the y-axis direction. This means that it is necessary to prevent MG2 from protruding from the end portions of the element isolation regions STI1 to STI4. That is, in order to normally form the memory cell MC1 and the memory cell MC2, it is necessary that the control gate electrodes CG1, CG2 and the memory gate electrodes MG1, MG2 do not protrude from the end portions of the element isolation regions STI1 to STI4. It becomes.

したがって、比較例の構造では、素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4と、コントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2との位置合わせが重要になってくる。素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4のパターニングと、コントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2のパターニングにはフォトリソグラフィ技術が使用されるので、これらのパターニングにおける位置ずれを考慮する必要があり、比較例のレイアウト構成では、ある程度のマージン(合わせ余裕)をとる必要がある。このことは、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの縮小化を妨げる要因となる。   Therefore, in the structure of the comparative example, it is important to align the element isolation regions STI1 to STI4 with the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2. Since patterning of the element isolation regions STI1 to STI4 and patterning of the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2 are performed using photolithography technology, it is necessary to consider misalignment in these patterning. In the layout configuration of the comparative example, it is necessary to take a certain margin (alignment margin). This becomes a factor that hinders the reduction of the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device.

以上のように、比較例のレイアウト構成は、メモリセル間で共有するソース領域を半導体基板内に形成される拡散層で形成する結果、共有するソース領域は半導体基板内を延在する拡散層で確保する必要がある(第1構成点)。そして、この第1構成点を実現するために、素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4に終端部を設ける必要があり、この結果、素子分離領域STI1〜素子分離領域STI4と、コントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2との合わせ余裕(マージン)を確保する必要がある(第2構成点)。したがって、これらの第1構成点と第2構成点を考慮すると、比較例でのレイアウト構成ではメモリセルアレイの縮小化に限界があり、効率よく不揮発性半導体記憶装置の縮小化を実現できにくい問題点がある。   As described above, according to the layout configuration of the comparative example, the source region shared between the memory cells is formed by the diffusion layer formed in the semiconductor substrate. As a result, the shared source region is the diffusion layer extending in the semiconductor substrate. It is necessary to ensure (first component point). In order to realize the first component point, it is necessary to provide termination portions in the element isolation regions STI1 to STI4. As a result, the element isolation regions STI1 to STI4, the control gate electrode CG1, It is necessary to ensure an alignment margin (margin) between CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2 (second constituent point). Therefore, considering these first and second configuration points, the layout configuration in the comparative example has a limit in reducing the size of the memory cell array, and it is difficult to efficiently reduce the size of the nonvolatile semiconductor memory device. There is.

そこで、本実施の形態1では、不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルの縮小化および高密度化を実現することにより、製品となる不揮発性半導体記憶装置のさらなる小型化を達成できる技術を提供することを目的としている。そして、本実施の形態1では、この目的を実現すために、メモリセルアレイの構成を工夫している。以下では、このような本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置について説明する。   Therefore, the first embodiment provides a technology that can achieve further miniaturization of a nonvolatile semiconductor memory device that is a product by realizing reduction in size and density of memory cells that constitute the nonvolatile semiconductor memory device. The purpose is to do. In the first embodiment, the configuration of the memory cell array is devised in order to achieve this purpose. Hereinafter, the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment will be described.

図2は、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置のレイアウト構成を示す図である。図2では、主に隣接する2つのメモリセルが形成されている領域を示している。図2において、半導体基板にはアクティブ領域(活性領域)Act1〜Act3と素子分離領域STI1、STI2が形成されている。具体的には、アクティブ領域Act1〜Act3と素子分離領域STI1、STI2は、それぞれx方向に延在するライン形状をしており、ライン形状のアクティブ領域Act1〜Act3とライン形状の素子分離領域STI1、STI2がy軸方向へ交互に配置されている。例えば、素子分離領域STI1と素子分離領域STI2に挟まれるようにアクティブ領域Act1が形成されており、アクティブ領域Act1と素子分離領域STI1、STI2はストライプ状に配置されている。   FIG. 2 is a diagram showing a layout configuration of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. FIG. 2 mainly shows a region where two adjacent memory cells are formed. In FIG. 2, active regions (active regions) Act1 to Act3 and element isolation regions STI1 and STI2 are formed on a semiconductor substrate. Specifically, each of the active regions Act1 to Act3 and the element isolation regions STI1 and STI2 has a line shape extending in the x direction. The line shape active regions Act1 to Act3 and the line shape element isolation regions STI1, STI2 are alternately arranged in the y-axis direction. For example, the active region Act1 is formed so as to be sandwiched between the element isolation region STI1 and the element isolation region STI2, and the active region Act1 and the element isolation regions STI1 and STI2 are arranged in stripes.

次に、x軸方向に延在している素子分離領域STI1、STI2およびアクティブ領域Act1〜Act3と交差するようにコントロールゲート電極CG1とコントロールゲート電極CG2が形成されている。すなわち、コントロールゲート電極CG1、CG2は、素子分離領域STI1、STI2およびアクティブ領域Act1〜Act3を跨るようにy軸方向へ延在している。そして、コントロールゲート電極CG1の右側側壁には積層絶縁膜MIF1が形成されており、この積層絶縁膜MIF1を介してコントロールゲート電極CG1の右側側壁にメモリゲート電極MG1が形成されている。同様に、コントロールゲート電極CG2の左側側壁には積層絶縁膜MIF2が形成されており、この積層絶縁膜MIF2を介してコントロールゲート電極CG2の左側側壁にメモリゲート電極MG2が形成されている。   Next, the control gate electrode CG1 and the control gate electrode CG2 are formed so as to intersect the element isolation regions STI1 and STI2 and the active regions Act1 to Act3 extending in the x-axis direction. That is, the control gate electrodes CG1 and CG2 extend in the y-axis direction so as to straddle the element isolation regions STI1 and STI2 and the active regions Act1 to Act3. A laminated insulating film MIF1 is formed on the right side wall of the control gate electrode CG1, and a memory gate electrode MG1 is formed on the right side wall of the control gate electrode CG1 via the laminated insulating film MIF1. Similarly, a laminated insulating film MIF2 is formed on the left side wall of the control gate electrode CG2, and a memory gate electrode MG2 is formed on the left side wall of the control gate electrode CG2 via the laminated insulating film MIF2.

メモリゲート電極MG1の右側側壁には絶縁膜からなるサイドウォールSWが形成されており、同様に、メモリゲート電極MG2の左側側壁には絶縁膜からなるサイドウォールSWが形成されている。そして、両方のサイドウォールSWに挟まれるようにソース配線SLが形成されている。   A sidewall SW made of an insulating film is formed on the right side wall of the memory gate electrode MG1, and similarly, a side wall SW made of an insulating film is formed on the left side wall of the memory gate electrode MG2. A source line SL is formed so as to be sandwiched between both sidewalls SW.

このとき、x軸方向に延在するアクティブ領域Act1と、y軸方向に延在するコントロールゲート電極CG1、積層絶縁膜MIF1およびメモリゲート電極MG1の交差領域にメモリセルMC1が形成されることになる。同様に、x軸方向に延在するアクティブ領域Act1と、y軸方向に延在するコントロールゲート電極CG2、積層絶縁膜MIF2およびメモリゲート電極MG2の交差領域にメモリセルMC2が形成される。   At this time, the memory cell MC1 is formed in the intersection region of the active region Act1 extending in the x-axis direction and the control gate electrode CG1, the stacked insulating film MIF1, and the memory gate electrode MG1 extending in the y-axis direction. . Similarly, a memory cell MC2 is formed in an intersecting region of the active region Act1 extending in the x-axis direction, the control gate electrode CG2, the stacked insulating film MIF2, and the memory gate electrode MG2 extending in the y-axis direction.

メモリセルMC1では、コントロールゲート電極CG1の左側にあるアクティブ領域Act1がドレイン領域となり、このドレイン領域にはプラグPLG1が電気的に接続されている。一方、メモリゲート電極MG1の右側にあるアクティブ領域Act1がメモリセルのソース領域となり、このソース領域はソース領域上に配置されるソース配線SLと電気的に接続されている。メモリセルMC2では、コントロールゲート電極CG2の右側にあるアクティブ領域Act1がドレイン領域となり、このドレイン領域にはプラグPLG2が電気的に接続されている。一方、メモリゲート電極MG2の左側にあるアクティブ領域Act1がメモリセルのソース領域となり、このソース領域はソース領域上に配置されるソース配線SLと電気的に接続されている。   In the memory cell MC1, the active region Act1 on the left side of the control gate electrode CG1 serves as a drain region, and a plug PLG1 is electrically connected to the drain region. On the other hand, the active region Act1 on the right side of the memory gate electrode MG1 becomes the source region of the memory cell, and this source region is electrically connected to the source line SL disposed on the source region. In the memory cell MC2, the active region Act1 on the right side of the control gate electrode CG2 serves as a drain region, and a plug PLG2 is electrically connected to the drain region. On the other hand, the active region Act1 on the left side of the memory gate electrode MG2 becomes the source region of the memory cell, and this source region is electrically connected to the source line SL disposed on the source region.

つまり、メモリセルMC1とメモリセルMC2とは、x軸方向に延在するアクティブ領域Act1においてx軸方向に並んで配置されており、メモリセルMC1のソース領域とメモリセルMC2のソース領域は共通する領域となっている。そして、この共通するソース領域上にソース配線SLが配置されており、このソース配線SLはy軸方向に延在している。   That is, the memory cell MC1 and the memory cell MC2 are arranged side by side in the x-axis direction in the active region Act1 extending in the x-axis direction, and the source region of the memory cell MC1 and the source region of the memory cell MC2 are common. It is an area. A source line SL is disposed on the common source region, and the source line SL extends in the y-axis direction.

本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置のレイアウトは図2に示すように構成されており、以下にその特徴点について説明する。まず、第1特徴点は、メモリセルMC1とメモリセルMC2の間にソース配線SLが形成されている点である。このソース配線SLは、メモリセルMC1とコントロールゲート電極CG1およびメモリゲート電極MG1を共通するメモリセル(例えば、アクティブ領域Act2やアクティブ領域Act3に形成されているメモリセル)や、メモリセルMC2とコントロールゲート電極CG2およびメモリゲート電極MG2を共通するメモリセル(例えば、アクティブ領域Act2やアクティブ領域Act3に形成されているメモリセル)との間のソース領域を電気的に接続している。   The layout of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment is configured as shown in FIG. 2, and the features thereof will be described below. First, the first feature point is that a source line SL is formed between the memory cell MC1 and the memory cell MC2. The source line SL is a memory cell (for example, a memory cell formed in the active region Act2 or the active region Act3) that shares the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1 with the memory cell MC1, or the memory cell MC2 and the control gate. A source region between the electrode CG2 and the memory gate electrode MG2 is electrically connected to a common memory cell (for example, a memory cell formed in the active region Act2 or the active region Act3).

図1に示す比較例では、メモリセルMC1とコントロールゲート電極CG1およびメモリゲート電極MG1を共通するメモリセル(メモリセルMC1に対してy軸方向に並んでいるメモリセル)や、メモリセルMC2とコントロールゲート電極CG2およびメモリゲート電極MG2を共通するメモリセル(メモリセルMC2に対してy軸方向に並んでいるメモリセル)は、アクティブ領域Actに形成されているソース領域がy軸方向に延在して互いのメモリセルにおけるソース領域を共有している。   In the comparative example shown in FIG. 1, the memory cell MC1, the control gate electrode CG1, and the memory gate electrode MG1 share the memory cell (the memory cell aligned in the y-axis direction with respect to the memory cell MC1), or the memory cell MC2 and the control. In a memory cell having a common gate electrode CG2 and memory gate electrode MG2 (a memory cell arranged in the y-axis direction with respect to the memory cell MC2), a source region formed in the active region Act extends in the y-axis direction. Share the source region in each other's memory cells.

これに対し、図2に示す本実施の形態1では、メモリセルMC1とコントロールゲート電極CG1およびメモリゲート電極MG1を共通するメモリセル(例えば、アクティブ領域Act2やアクティブ領域Act3に形成されているメモリセル)や、メモリセルMC2とコントロールゲート電極CG2およびメモリゲート電極MG2を共通するメモリセル(例えば、アクティブ領域Act2やアクティブ領域Act3に形成されているメモリセル)は、アクティブ領域Act1〜Act3内に形成されるメモリセル同士間(例えばメモリセルMC1やメモリセルMC2)でソース領域を共有していない。つまり、図2に示すように、x軸方向に延在するアクティブ領域Act1〜Act3は、素子分離領域STI1、STI2によって互いに分離されているのである。この状態で、本実施の形態1では、y軸方向に並んで配置されているメモリセルのソース領域をアクティブ領域Act1〜Act3と素子分離領域STI1、STI2上に跨るようにソース配線SLを形成しているのである。このソース配線SLは、素子分離領域STI1、STI2で互いに分離されているアクティブ領域Act1〜Act3と電気的に接続されているので、アクティブ領域Act1〜Act3に形成されているメモリセルのソース領域は電気的に接続されることになる。   In contrast, in the first embodiment shown in FIG. 2, the memory cell MC1, the control gate electrode CG1, and the memory gate electrode MG1 share a memory cell (for example, a memory cell formed in the active region Act2 or the active region Act3). ), And memory cells that share the memory cell MC2 with the control gate electrode CG2 and the memory gate electrode MG2 (for example, memory cells formed in the active region Act2 and the active region Act3) are formed in the active regions Act1 to Act3. The source region is not shared between memory cells (for example, memory cell MC1 and memory cell MC2). That is, as shown in FIG. 2, the active regions Act1 to Act3 extending in the x-axis direction are separated from each other by the element isolation regions STI1 and STI2. In this state, in the first embodiment, the source wiring SL is formed so as to straddle the source regions of the memory cells arranged side by side in the y-axis direction over the active regions Act1 to Act3 and the element isolation regions STI1 and STI2. -ing Since the source line SL is electrically connected to the active regions Act1 to Act3 separated from each other by the element isolation regions STI1 and STI2, the source region of the memory cells formed in the active regions Act1 to Act3 is electrically Will be connected.

このように本実施の形態1では、y軸方向に並んでいるメモリセル(例えば、アクティブ領域Act1〜Act3に形成されているメモリセル)のソース領域を半導体基板に形成した拡散層として共有するのではなく、アクティブ領域Act1〜Act3や素子分離領域STI1、STI2上に配置され、かつ、y軸方向に延在するソース配線SLによって電気的に接続している。この結果、本実施の形態1では、半導体基板内にy軸方向に延在する共有ソース領域を設ける必要がないので、図2に示すように、アクティブ領域Act1のx軸方向に隣接して配置されているメモリセルMC1とメモリセルMC2との間の距離を小さくすることができる。つまり、本実施の形態1では、x軸方向に隣接するメモリセルMC1とメモリセルMC2との間を狭めることができるので、不揮発性半導体記憶装置の小型化を実現できるのである。   As described above, in the first embodiment, the source region of the memory cells arranged in the y-axis direction (for example, the memory cells formed in the active regions Act1 to Act3) is shared as a diffusion layer formed on the semiconductor substrate. Instead, they are electrically connected by the source line SL disposed on the active regions Act1 to Act3 and the element isolation regions STI1 and STI2 and extending in the y-axis direction. As a result, in the first embodiment, since it is not necessary to provide a shared source region extending in the y-axis direction in the semiconductor substrate, the active region Act1 is disposed adjacent to the x-axis direction as shown in FIG. Thus, the distance between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 can be reduced. That is, in the first embodiment, since the space between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 adjacent in the x-axis direction can be narrowed, the size of the nonvolatile semiconductor memory device can be reduced.

特に、本実施の形態1では、図2に示すように、メモリセルMC1を構成するメモリゲート電極MG1と、メモリセルMC2を構成するメモリゲート電極MG2の間に、サイドウォールSWを挟んでソース配線SLを形成している。つまり、メモリセルMC1とメモリセルMC2に挟むように形成されるソース配線SLは、サイドウォールSWを介して自己整合的に形成されている。このため、メモリセルMC1とメモリセルMC2との間の距離を最小限にすることができるのである。すなわち、本実施の形態1では、y軸方向に並ぶメモリセルのソース領域間を電気的に接続する方法として、半導体基板内に形成された拡散層を使用するのではなく、半導体基板上に形成されたソース配線SLを使用することにより、メモリセルアレイサイズの縮小を実現できる。さらに、半導体基板上に形成されるソース配線SLをx軸方向に隣接するメモリセルMC1とメモリセルMC2に対して自己整合的に形成することにより、メモリセルアレイサイズの小型化を推進することができるのである。特に、ソース配線SLをメモリセルMC1とメモリセルMC2の両方に対して自己整合的に形成することにより、メモリセルMC1、メモリセルMC2およびソース配線SL間の位置合わせが不必要となる。このことは、メモリセルMC1、MC2とソース配線SL間の位置合わせ余裕を確保する必要がなくなることを意味しているので、不揮発性半導体記憶装置のさらなる小型化を達成できるのである。   In particular, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the source wiring is sandwiched between the memory gate electrode MG1 constituting the memory cell MC1 and the memory gate electrode MG2 constituting the memory cell MC2. SL is formed. That is, the source line SL formed so as to be sandwiched between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 is formed in a self-aligned manner via the sidewall SW. For this reason, the distance between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 can be minimized. That is, in the first embodiment, as a method for electrically connecting the source regions of the memory cells arranged in the y-axis direction, a diffusion layer formed in the semiconductor substrate is not used but formed on the semiconductor substrate. By using the source line SL thus formed, the memory cell array size can be reduced. Further, by forming the source wiring SL formed on the semiconductor substrate in a self-aligned manner with respect to the memory cells MC1 and MC2 adjacent in the x-axis direction, the memory cell array size can be reduced. It is. In particular, by forming the source line SL in a self-aligned manner with respect to both the memory cell MC1 and the memory cell MC2, alignment between the memory cell MC1, the memory cell MC2, and the source line SL becomes unnecessary. This means that it is not necessary to secure an alignment margin between the memory cells MC1 and MC2 and the source line SL, so that further downsizing of the nonvolatile semiconductor memory device can be achieved.

続いて、y軸方向に並ぶメモリセルのソース領域間を電気的に接続する方法として、半導体基板内に形成された拡散層を使用するのではなく、半導体基板上に形成されたソース配線SLを使用することによる別の効果について説明する。本実施の形態1では、図2に示すように、y軸方向に並ぶメモリセル(例えば、アクティブ領域Act1〜Act3に形成されるメモリセル)のソース領域を接続するために拡散層を使用せずに、半導体基板上に形成されているソース配線SLを使用している。このため、半導体基板内では、アクティブ領域Act1〜Act3および素子分離領域STI1、STI2がそれぞれライン形状をしたストライプ形状にすることができる。   Subsequently, as a method for electrically connecting the source regions of the memory cells arranged in the y-axis direction, the source wiring SL formed on the semiconductor substrate is used instead of using the diffusion layer formed in the semiconductor substrate. Another effect by using will be described. In the first embodiment, as shown in FIG. 2, a diffusion layer is not used to connect the source regions of memory cells arranged in the y-axis direction (for example, memory cells formed in the active regions Act1 to Act3). In addition, the source wiring SL formed on the semiconductor substrate is used. For this reason, in the semiconductor substrate, the active regions Act1 to Act3 and the element isolation regions STI1 and STI2 can each be formed in a stripe shape having a line shape.

つまり、比較例では、y軸方向に並ぶメモリセル(例えば、アクティブ領域Actに形成されるメモリセル)のソース領域を接続するために半導体基板内の拡散層を使用しており、この拡散層の形成領域を確保するために、素子分離領域STI1〜STI4を必然的に矩形形状にする必要がある(図1参照)。このことは、比較例では、素子分離領域STI1〜STI4のそれぞれに終端部が存在することを意味する。この結果、比較例では、素子分離領域STI1〜STI4の終端部からコントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2がはみ出さないように位置合わせする必要がある。このため、比較例では、位置合わせ精度を考慮してある程度、素子分離領域STI1〜STI4の終端部とコントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2との間に合わせ余裕(マージン)を確保する必要がある(図1参照)。   That is, in the comparative example, the diffusion layer in the semiconductor substrate is used to connect the source regions of the memory cells arranged in the y-axis direction (for example, memory cells formed in the active region Act). In order to secure the formation region, the element isolation regions STI <b> 1 to STI <b> 4 inevitably have a rectangular shape (see FIG. 1). This means that in the comparative example, a termination portion exists in each of the element isolation regions STI1 to STI4. As a result, in the comparative example, it is necessary to align the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2 so as not to protrude from the terminal portions of the element isolation regions STI1 to STI4. For this reason, in the comparative example, an alignment margin is ensured between the terminal portions of the element isolation regions STI1 to STI4 and the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2 to some extent in consideration of alignment accuracy. There is a need (see FIG. 1).

これに対し、本実施の形態1では、y軸方向に並ぶメモリセル(例えば、アクティブ領域Act1〜Act3に形成されるメモリセル)のソース領域を接続するために拡散層を使用していない。このことから、図2に示すように、半導体基板内に形成される素子分離領域STI1〜STI2をx軸方向に延在するライン形状とすることができる。この結果、素子分離領域STI1〜STI2には終端部が存在しないことになる。このことは、素子分離領域STI1〜STI2の終端部とコントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2との位置合わせが不要となることを意味している。言い換えれば、素子分離領域STI1〜STI2がx軸方向にライン状に配置されていることから、コントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2の形成位置がx軸方向に多少ずれても問題とならないのである。したがって、本実施の形態1によれば、素子分離領域STI1〜STI2と、コントロールゲート電極CG1、CG2およびメモリゲート電極MG1、MG2との合わせ余裕を確保する必要がないので、メモリセルアレイの小型化をさらに推進できる顕著な効果を奏するのである。   On the other hand, in the first embodiment, no diffusion layer is used to connect the source regions of the memory cells arranged in the y-axis direction (for example, memory cells formed in the active regions Act1 to Act3). From this, as shown in FIG. 2, the element isolation regions STI1 to STI2 formed in the semiconductor substrate can be formed into a line shape extending in the x-axis direction. As a result, no terminal portion exists in the element isolation regions STI1 and STI2. This means that it is not necessary to align the terminal portions of the element isolation regions STI1 to STI2 with the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2. In other words, since the element isolation regions STI1 and STI2 are arranged in a line in the x-axis direction, there is a problem even if the formation positions of the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2 are slightly shifted in the x-axis direction. It does not become. Therefore, according to the first embodiment, it is not necessary to secure an alignment margin between the element isolation regions STI1 and STI2 and the control gate electrodes CG1 and CG2 and the memory gate electrodes MG1 and MG2, so that the memory cell array can be downsized. Furthermore, there is a remarkable effect that can be promoted.

次に、本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の断面構造について説明する。図3は、図2のA−A’線で切断した断面を含む不揮発性半導体記憶装置の断面を示す図である。図3では、メモリセルアレイ領域と周辺回路領域が図示されており、メモリセルアレイ領域には、図2のA−A’線の断面(4つのメモリセルのうち左側の2つ)とそれ以外の断面(4つのメモリセルのうち右側の2つ)が示されている。一方、周辺回路領域には、周辺回路を構成するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の1つが図示されている。メモリセルアレイ領域と周辺回路領域の間にはダミー・ゲート領域が形成されている。   Next, a cross-sectional structure of the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram showing a cross section of the nonvolatile semiconductor memory device including a cross section taken along line A-A ′ of FIG. 2. FIG. 3 illustrates a memory cell array region and a peripheral circuit region. The memory cell array region includes a cross section taken along line AA ′ in FIG. 2 (the left two of the four memory cells) and other cross sections. (The right two of the four memory cells) are shown. On the other hand, in the peripheral circuit region, one of MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors) constituting the peripheral circuit is shown. A dummy gate region is formed between the memory cell array region and the peripheral circuit region.

図3に示すように、半導体基板1Sにはウェル分離層NISOが形成されており、メモリセルアレイ領域と周辺回路領域とは素子分離領域STIで分離されている。この素子分離領域STIは、半導体基板1Sに形成した溝に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより形成されている。   As shown in FIG. 3, the well isolation layer NISO is formed in the semiconductor substrate 1S, and the memory cell array region and the peripheral circuit region are separated by the element isolation region STI. The element isolation region STI is formed by embedding an insulating film such as a silicon oxide film in a groove formed in the semiconductor substrate 1S.

まず、素子分離領域STIで区画された周辺回路領域に形成されているMISFETの構成について説明する。周辺回路領域とは周辺回路が形成されている領域を示している。具体的には、不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルがアレイ状(行列状)に形成されたメモリセルアレイ領域と、このメモリセルアレイ領域に形成されているメモリセルを制御する周辺回路から構成されている。そして、この周辺回路は、メモリセルのコントロールゲート電極などに印加する電圧を制御するワードドライバや、メモリセルからの出力を増幅するセンスアンプや、ワードドライバやセンスアンプを制御する制御回路などから構成されている。したがって、図3に示す周辺回路領域には、例えば、ワードドライバ、センスアンプあるいは制御回路などを構成するMISFETの1つが図示されている。以下に、この周辺回路を構成するnチャネル型MISFETについて説明する。   First, the configuration of the MISFET formed in the peripheral circuit region partitioned by the element isolation region STI will be described. The peripheral circuit region indicates a region where a peripheral circuit is formed. Specifically, a nonvolatile semiconductor memory device includes a memory cell array region in which memory cells are formed in an array (matrix), and a peripheral circuit that controls the memory cells formed in the memory cell array region. Yes. This peripheral circuit includes a word driver that controls the voltage applied to the control gate electrode of the memory cell, a sense amplifier that amplifies the output from the memory cell, and a control circuit that controls the word driver and sense amplifier. Has been. Therefore, in the peripheral circuit region shown in FIG. 3, for example, one of MISFETs constituting a word driver, a sense amplifier, a control circuit, or the like is illustrated. The n-channel MISFET constituting this peripheral circuit will be described below.

図3に示すように、周辺回路領域では、半導体基板1S上にウェル分離層NISOが形成されており、このウェル分離層NISO上にp型ウェルPWL2が形成されている。ウェル分離層NISOは、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1Sに導入したn型半導体領域から形成され、p型ウェルPWL2は、ボロン(B)などのp型不純物を半導体基板1Sに導入したp型半導体領域から形成されている。   As shown in FIG. 3, in the peripheral circuit region, a well isolation layer NISO is formed on the semiconductor substrate 1S, and a p-type well PWL2 is formed on the well isolation layer NISO. The well isolation layer NISO is formed from an n-type semiconductor region in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the semiconductor substrate 1S, and the p-type well PWL2 is a p-type impurity such as boron (B). Is formed from a p-type semiconductor region introduced into the semiconductor substrate 1S.

次に、p型ウェルPWL2(半導体基板1S)上にはゲート絶縁膜GOXが形成されており、このゲート絶縁膜GOX上にゲート電極Gが形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、ゲート電極Gは、例えば、ポリシリコン膜とこのポリシリコン膜の表面に形成されたコバルトシリサイド膜から形成されている。ゲート電極Gを構成するポリシリコン膜には、MISFETのしきい値電圧を調整するために、例えば、リンなどのn型不純物が導入されている。ゲート電極の一部を構成するコバルトシリサイド膜はゲート電極Gの低抵抗化のために形成されている。   Next, a gate insulating film GOX is formed on the p-type well PWL2 (semiconductor substrate 1S), and a gate electrode G is formed on the gate insulating film GOX. The gate insulating film GOX is formed of, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode G is formed of, for example, a polysilicon film and a cobalt silicide film formed on the surface of the polysilicon film. For example, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the polysilicon film constituting the gate electrode G in order to adjust the threshold voltage of the MISFET. The cobalt silicide film constituting a part of the gate electrode is formed for reducing the resistance of the gate electrode G.

ゲート電極Gの両側の側壁には、例えば、酸化シリコン膜からなるサイドウォールSWが形成されており、このサイドウォールSW直下の半導体基板1S(p型ウェルPWL2)内には浅い低濃度不純物拡散領域EX3が形成されている。この浅い低濃度不純物拡散領域EX3はn型半導体領域であり、ゲート電極Gに整合して形成されている。そして、この浅い低濃度不純物拡散領域EX3の外側には深い高濃度不純物拡散領域S1、D1が形成されている。この深い高濃度不純物拡散領域S1、D1もn型半導体領域であり、サイドウォールSWに整合して形成されている。深い高濃度不純物拡散領域S1、D1の表面には低抵抗化のためのコバルトシリサイド膜CSが形成されている。浅い低濃度不純物拡散領域EX3と深い高濃度不純物拡散領域S1によりソース領域が形成され、浅い低濃度不純物拡散領域EX3と深い高濃度不純物拡散領域D1によりドレイン領域が形成される。このようにして、周辺回路領域にMISFETが形成されている。   Side walls SW made of, for example, a silicon oxide film are formed on the side walls on both sides of the gate electrode G. A shallow low-concentration impurity diffusion region is formed in the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL2) immediately below the sidewall SW. EX3 is formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 is an n-type semiconductor region and is formed in alignment with the gate electrode G. Deep high concentration impurity diffusion regions S1 and D1 are formed outside the shallow low concentration impurity diffusion region EX3. These deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1 are also n-type semiconductor regions and are formed in alignment with the sidewalls SW. A cobalt silicide film CS for reducing resistance is formed on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1. A source region is formed by the shallow low concentration impurity diffusion region EX3 and the deep high concentration impurity diffusion region S1, and a drain region is formed by the shallow low concentration impurity diffusion region EX3 and the deep high concentration impurity diffusion region D1. In this way, the MISFET is formed in the peripheral circuit region.

次に、メモリセルアレイ領域に形成されているメモリセルの構成について説明する。図3において、メモリセルMC1とメモリセルMC2とは同様の構成をしているため、ここでは、メモリセルMC1を例に挙げてメモリセルの構成を説明する。   Next, the configuration of the memory cell formed in the memory cell array region will be described. In FIG. 3, since the memory cell MC1 and the memory cell MC2 have the same configuration, the configuration of the memory cell will be described here taking the memory cell MC1 as an example.

図3に示すように、メモリセルアレイ領域において、半導体基板1S上にn型半導体領域からなるウェル分離層NISOが形成されており、このウェル分離層NISO上にp型ウェルPWL1が形成されている。そして、このp型ウェルPWL1上にメモリセルMC1が形成されている。このメモリセルMC1は、メモリセルMC1を選択する選択部と情報を記憶する記憶部から構成されている。始めに、メモリセルMC1を選択する選択部の構成について説明する。メモリセルMC1は、半導体基板1S(p型ウェルPWL1)上に形成されたゲート絶縁膜GOXを有しており、このゲート絶縁膜GOX上にコントロールゲート電極(制御電極)CG1が形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成されており、コントロールゲート電極CG1は、例えば、ポリシリコン膜とポリシリコン膜上に形成されているコバルトシリサイド膜から形成されている。コバルトシリサイド膜は、コントロールゲート電極CGの低抵抗化のために形成されている。このコントロールゲート電極CG1は、メモリセルMC1を選択する機能を有している。つまり、コントロールゲート電極CG1によって特定のメモリセルを選択し、選択したメモリセルに対して書き込み動作や消去動作あるいは読み出し動作をするようになっている。   As shown in FIG. 3, in the memory cell array region, a well isolation layer NISO made of an n-type semiconductor region is formed on a semiconductor substrate 1S, and a p-type well PWL1 is formed on the well isolation layer NISO. A memory cell MC1 is formed on the p-type well PWL1. The memory cell MC1 includes a selection unit that selects the memory cell MC1 and a storage unit that stores information. First, the configuration of the selection unit that selects the memory cell MC1 will be described. The memory cell MC1 has a gate insulating film GOX formed on the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1), and a control gate electrode (control electrode) CG1 is formed on the gate insulating film GOX. The gate insulating film GOX is made of, for example, a silicon oxide film, and the control gate electrode CG1 is made of, for example, a polysilicon film and a cobalt silicide film formed on the polysilicon film. The cobalt silicide film is formed to reduce the resistance of the control gate electrode CG. The control gate electrode CG1 has a function of selecting the memory cell MC1. That is, a specific memory cell is selected by the control gate electrode CG1, and a write operation, an erase operation, or a read operation is performed on the selected memory cell.

次に、メモリセルMC1の記憶部の構成について説明する。コントロールゲート電極CG1の片側の側壁には絶縁膜からなる積層絶縁膜MIF1を介してメモリゲート電極MG1が形成されている。メモリゲート電極MG1は、コントロールゲート電極CG1の片側の側壁に形成されたサイドウォール状の形状をしており、ポリシリコン膜とポリシリコン膜上に形成されているコバルトシリサイド膜から形成されている。コバルトシリサイド膜は、メモリゲート電極MGの低抵抗化のために形成されている。   Next, the configuration of the storage unit of the memory cell MC1 will be described. A memory gate electrode MG1 is formed on one side wall of the control gate electrode CG1 via a laminated insulating film MIF1 made of an insulating film. The memory gate electrode MG1 has a sidewall shape formed on one side wall of the control gate electrode CG1, and is formed of a polysilicon film and a cobalt silicide film formed on the polysilicon film. The cobalt silicide film is formed to reduce the resistance of the memory gate electrode MG.

コントロールゲート電極CG1とメモリゲート電極MG1の間およびメモリゲート電極MG1と半導体基板1Sとの間には、積層絶縁膜MIF1が形成されている。この積層絶縁膜MIF1は、半導体基板1S上に形成されている電位障壁膜EV1と、電位障壁膜EV1上に形成されている電荷蓄積膜ECと、電荷蓄積膜EC上に形成されている電位障壁膜EV2から構成されている。電位障壁膜EV1は、例えば、酸化シリコン膜IF1から形成されており、メモリゲート電極MGと半導体基板1Sとの間に形成されるゲート絶縁膜として機能する。この酸化シリコン膜IF1からなる電位障壁膜EV1は、トンネル絶縁膜としての機能も有する。例えばメモリセルの記憶部は、半導体基板1Sから電位障壁膜EV1を介して電荷蓄積膜ECに電子を注入したり、電荷蓄積膜ECに正孔を注入したりして情報の記憶や消去を行なうため、電位障壁膜EV1は、トンネル絶縁膜として機能する。   A laminated insulating film MIF1 is formed between the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1 and between the memory gate electrode MG1 and the semiconductor substrate 1S. The stacked insulating film MIF1 includes a potential barrier film EV1 formed on the semiconductor substrate 1S, a charge storage film EC formed on the potential barrier film EV1, and a potential barrier formed on the charge storage film EC. It is composed of the film EV2. The potential barrier film EV1 is made of, for example, a silicon oxide film IF1, and functions as a gate insulating film formed between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1S. The potential barrier film EV1 made of the silicon oxide film IF1 also has a function as a tunnel insulating film. For example, the storage unit of the memory cell stores and erases information by injecting electrons from the semiconductor substrate 1S into the charge storage film EC via the potential barrier film EV1 and injecting holes into the charge storage film EC. Therefore, the potential barrier film EV1 functions as a tunnel insulating film.

そして、この電位障壁膜EV1上に形成されている電荷蓄積膜ECは、電荷を蓄積する機能を有している。具体的に、本実施の形態1では、電荷蓄積膜ECを窒化シリコン膜IF2から形成している。本実施の形態1におけるメモリセルMC1の記憶部は、電荷蓄積膜ECに蓄積される電荷の有無によって、メモリゲート電極MG1下の半導体基板1S内を流れる電流を制御することにより、情報を記憶するようになっている。つまり、電荷蓄積膜ECに蓄積される電荷の有無によって、メモリゲート電極MG1下の半導体基板1S内を流れる電流のしきい値電圧が変化することを利用して情報を記憶している。   The charge storage film EC formed on the potential barrier film EV1 has a function of storing charges. Specifically, in the first embodiment, the charge storage film EC is formed from the silicon nitride film IF2. The storage unit of the memory cell MC1 in the first embodiment stores information by controlling the current flowing in the semiconductor substrate 1S under the memory gate electrode MG1 depending on the presence / absence of charges stored in the charge storage film EC. It is like that. That is, information is stored using the fact that the threshold voltage of the current flowing in the semiconductor substrate 1S under the memory gate electrode MG1 changes depending on the presence or absence of charges accumulated in the charge storage film EC.

本実施の形態1では、電荷蓄積膜ECとしてトラップ準位を有する絶縁膜を使用している。このトラップ準位を有する絶縁膜の一例として窒化シリコン膜IF2が挙げられるが、窒化シリコン膜IF2に限らず、例えば、酸化アルミニウム膜(アルミナ)、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜を使用してもよい。電荷蓄積膜ECとしてトラップ準位を有する絶縁膜を使用する場合、電荷は絶縁膜に形成されているトラップ準位に捕獲される。このようにトラップ準位に電荷を捕獲することにより、絶縁膜中に電荷を蓄積するようになっている。   In the first embodiment, an insulating film having a trap level is used as the charge storage film EC. An example of the insulating film having the trap level is a silicon nitride film IF2. However, the insulating film is not limited to the silicon nitride film IF2. For example, an aluminum oxide film (alumina), a hafnium oxide film, a tantalum oxide film, or the like is used. Alternatively, a high dielectric constant film having a high dielectric constant may be used. When an insulating film having a trap level is used as the charge storage film EC, charges are trapped in the trap level formed in the insulating film. Thus, charges are accumulated in the insulating film by trapping the charges at the trap level.

従来、電荷蓄積膜ECとしてポリシリコン膜が主に使用されてきたが、電荷蓄積膜ECとしてポリシリコン膜を使用した場合、電荷蓄積膜ECを取り囲む電位障壁膜EV1あるいは電位障壁膜EV2のどこか一部に欠陥があると、電荷蓄積膜ECが導体膜であるため、異常リークにより電荷蓄積膜ECに蓄積された電荷がすべて抜けてしまうことが起こりうる。   Conventionally, a polysilicon film has been mainly used as the charge storage film EC. However, when a polysilicon film is used as the charge storage film EC, somewhere in the potential barrier film EV1 or the potential barrier film EV2 surrounding the charge storage film EC. If there is a defect in part, since the charge storage film EC is a conductor film, all charges stored in the charge storage film EC may be lost due to abnormal leakage.

そこで、電荷蓄積膜ECとして、絶縁体である窒化シリコン膜IF2が使用されてきている。この場合、データ記憶に寄与する電荷は、窒化シリコン膜IF2中に存在する離散的なトラップ準位(捕獲準位)に蓄積される。したがって、電荷蓄積膜ECを取り巻く電位障壁膜EV1や電位障壁膜EV2中の一部に欠陥が生じても、電荷は電荷蓄積膜ECの離散的なトラップ準位に蓄積されているため、すべての電荷が電荷蓄積膜ECから抜け出てしまうことがない。このため、データ保持の信頼性向上を図ることができる。   Therefore, a silicon nitride film IF2 that is an insulator has been used as the charge storage film EC. In this case, charges contributing to data storage are accumulated in discrete trap levels (capture levels) existing in the silicon nitride film IF2. Therefore, even if a defect occurs in a part of the potential barrier film EV1 or the potential barrier film EV2 surrounding the charge storage film EC, the charge is stored in the discrete trap levels of the charge storage film EC. Charges do not escape from the charge storage film EC. For this reason, the reliability of data retention can be improved.

このような理由から、電荷蓄積膜ECとして、窒化シリコン膜IF2に限らず、離散的なトラップ準位を含むような膜を使用することにより、データ保持の信頼性を向上することができる。さらに、本実施の形態1では、電荷蓄積膜ECとしてデータ保持特性に優れた窒化シリコン膜IF2を使用している。このため、電荷蓄積膜ECからの電荷の流出を防止するために設けられている電位障壁膜EV1および電位障壁膜EV2の膜厚を薄くすることができる。これにより、メモリセルを駆動する電圧を低電圧化することができる利点も有していることになる。   For this reason, not only the silicon nitride film IF2 but also a film including discrete trap levels can be used as the charge storage film EC, thereby improving data retention reliability. Further, in the first embodiment, the silicon nitride film IF2 having excellent data retention characteristics is used as the charge storage film EC. Therefore, the thicknesses of the potential barrier film EV1 and the potential barrier film EV2 provided for preventing the outflow of charges from the charge storage film EC can be reduced. Thus, there is an advantage that the voltage for driving the memory cell can be lowered.

次に、コントロールゲート電極CG1の側壁のうち、一方の片側にはメモリゲート電極MG1が形成されているが、もう一方の片側には、酸化シリコン膜よりなるサイドウォールSWが形成されている。同様に、メモリゲート電極MG1の側壁のうち、一方の片側にはコントロールゲート電極CG1が形成されており、もう一方の片側にも酸化シリコン膜よりなるサイドウォールSWが形成されている。   Next, the memory gate electrode MG1 is formed on one side of the side wall of the control gate electrode CG1, while the side wall SW made of a silicon oxide film is formed on the other side. Similarly, a control gate electrode CG1 is formed on one side of the sidewalls of the memory gate electrode MG1, and a sidewall SW made of a silicon oxide film is formed on the other side.

半導体基板1S内には、コントロールゲート電極CG1に整合して、n型半導体領域である一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1、EX2が形成されており、この一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1、EX2に接する外側の領域に一対の深い高濃度不純物拡散領域MS、MDが形成されている。この深い高濃度不純物拡散領域MS、MDもn型半導体領域であり、深い高濃度不純物拡散領域MDの表面にはコバルトシリサイド膜CSが形成されている。一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1、EX2と一対の深い高濃度不純物拡散領域MS、MDによって、メモリセルのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。具体的に、浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域MSによってソース領域が形成され、浅い低濃度不純物拡散領域EX2と深い高濃度不純物拡散領域MDによってドレイン領域が形成されている。   In the semiconductor substrate 1S, a pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1, EX2 that are n-type semiconductor regions are formed in alignment with the control gate electrode CG1, and the pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1, A pair of deep high-concentration impurity diffusion regions MS and MD are formed in an outer region in contact with EX2. The deep high-concentration impurity diffusion regions MS and MD are also n-type semiconductor regions, and a cobalt silicide film CS is formed on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region MD. A pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1 and EX2 and a pair of deep high-concentration impurity diffusion regions MS and MD form a source region or a drain region of the memory cell. Specifically, a source region is formed by the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region MS, and a drain region is formed by the shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 and the deep high-concentration impurity diffusion region MD.

ソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX1、EX2と深い高濃度不純物拡散領域MS、MDで形成することにより、ソース領域とドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。ここで、ゲート絶縁膜GOXおよびゲート絶縁膜GOX上に形成されたコントロールゲート電極CG1および上述したソース領域とドレイン領域によって構成されるトランジスタを選択トランジスタと呼ぶことにする。一方、電位障壁膜EV1、電荷蓄積膜ECおよび電位障壁膜EV2からなる積層絶縁膜MIF1とこの積層絶縁膜MIF1上に形成されているメモリゲート電極MG1、上述したソース領域とドレイン領域によって構成されるトランジスタをメモリトランジスタと呼ぶことにする。これにより、メモリセルMC1の選択部は選択トランジスタから構成され、メモリセルMC1の記憶部はメモリトランジスタから構成されているということができる。このようにして、メモリセルMC1が構成されている。   By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1, EX2 and the deep high-concentration impurity diffusion regions MS, MD, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure. Here, the transistor including the gate insulating film GOX, the control gate electrode CG1 formed on the gate insulating film GOX, and the above-described source region and drain region is referred to as a selection transistor. On the other hand, the insulating film MIF1 including the potential barrier film EV1, the charge storage film EC, and the potential barrier film EV2, the memory gate electrode MG1 formed on the stacked insulating film MIF1, and the above-described source region and drain region are included. The transistor will be called a memory transistor. Thereby, it can be said that the selection unit of the memory cell MC1 is configured by a selection transistor, and the storage unit of the memory cell MC1 is configured by a memory transistor. In this way, the memory cell MC1 is configured.

続いて、メモリセルMC1と接続する配線構造について説明する。メモリセルMC1上には、メモリセルMC1を覆うように酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜ILが形成されている。この層間絶縁膜ILには、層間絶縁膜ILを貫通してドレイン領域を構成するコバルトシリサイド膜CSに達するコンタクトホールが形成されている。コンタクトホールの内部には、バリア導体膜であるチタン/窒化チタン膜が形成され、コンタクトホールを埋め込むようにタングステン膜が形成されている。このように、コンタクトホールにチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を埋め込むことにより、導電性のプラグPLG1が形成されている。そして、層間絶縁膜IL上には、配線L1が形成されており、この配線L1とプラグPLG1が電気的に接続されている。配線L1は、例えば、タンタル/窒化タンタル膜と銅膜の積層膜から形成されている。   Subsequently, a wiring structure connected to the memory cell MC1 will be described. Over the memory cell MC1, an interlayer insulating film IL made of a silicon oxide film is formed so as to cover the memory cell MC1. In the interlayer insulating film IL, a contact hole that penetrates the interlayer insulating film IL and reaches the cobalt silicide film CS constituting the drain region is formed. A titanium / titanium nitride film as a barrier conductor film is formed inside the contact hole, and a tungsten film is formed so as to fill the contact hole. Thus, the conductive plug PLG1 is formed by embedding the titanium / titanium nitride film and the tungsten film in the contact hole. A wiring L1 is formed on the interlayer insulating film IL, and the wiring L1 and the plug PLG1 are electrically connected. The wiring L1 is formed of, for example, a laminated film of a tantalum / tantalum nitride film and a copper film.

次に、本実施の形態1の特徴であるソース配線SLについて説明する。図3に示すように、半導体基板1S(p型ウェルPWL1)内にはメモリゲート電極MG1の側壁に形成されたサイドウォールSWに接触するようにソース配線SLが形成されている。このソース配線SLは、半導体基板1S内に形成されたソース領域(浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域MS)と電気的に接続するように半導体基板1S上に形成されている。ソース領域は、メモリセルMC1だけでなくメモリセルMC2のソース領域としても機能する。つまり、浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域MSで構成されるソース領域は、メモリセルMC1とメモリセルMC2で共有化されている。したがって、このソース領域はメモリセルMC1に整合して形成されているだけでなく、メモリセルMC2にも整合して形成されている。例えば、図3に示すように、メモリセルMC2のメモリゲート電極MG2に整合して浅い低濃度不純物拡散領域EX1が形成され、このメモリゲート電極MG2の側壁に形成されているサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域MSが形成されている。   Next, the source line SL that is a feature of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 3, a source wiring SL is formed in the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1) so as to be in contact with the sidewall SW formed on the sidewall of the memory gate electrode MG1. The source line SL is formed on the semiconductor substrate 1S so as to be electrically connected to a source region (a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and a deep high-concentration impurity diffusion region MS) formed in the semiconductor substrate 1S. . The source region functions not only as a memory cell MC1 but also as a source region for the memory cell MC2. That is, the source region constituted by the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region MS is shared by the memory cell MC1 and the memory cell MC2. Therefore, this source region is formed not only in alignment with the memory cell MC1, but also in alignment with the memory cell MC2. For example, as shown in FIG. 3, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is formed in alignment with the memory gate electrode MG2 of the memory cell MC2, and is aligned with the sidewall SW formed on the side wall of the memory gate electrode MG2. Deep deep high-concentration impurity diffusion regions MS are formed.

このため、ソース領域上に形成されているソース配線SLは、メモリゲート電極MG1の側壁に形成されているサイドウォールSWと、メモリゲート電極MG2の側壁に形成されているサイドウォールSWの両方に接触するように形成されている。つまり、ソース配線SLは、メモリセルMC1を構成するメモリゲート電極MG1と、メモリセルMC2を構成するメモリゲート電極MG2の間に、サイドウォールSWを挟んで形成されている。このことは、メモリセルMC1とメモリセルMC2に挟むように形成されるソース配線SLがサイドウォールSWを介して自己整合的に形成されていることを意味している。このため、メモリセルMC1とメモリセルMC2との間の距離を最小限にすることができるのである。このことから、本実施の形態1によれば、上述したようにソース配線SLを形成することにより、メモリセルアレイの小型化を推進することができる。ソース配線SLは、例えば、ポリシリコン膜とこのポリシリコン膜の表面に形成されたコバルトシリサイド膜から形成されている。コバルトシリサイド膜はソース配線SLの低抵抗化のために形成されている。   Therefore, the source line SL formed on the source region contacts both the sidewall SW formed on the sidewall of the memory gate electrode MG1 and the sidewall SW formed on the sidewall of the memory gate electrode MG2. It is formed to do. That is, the source line SL is formed with the sidewall SW sandwiched between the memory gate electrode MG1 constituting the memory cell MC1 and the memory gate electrode MG2 constituting the memory cell MC2. This means that the source wiring SL formed so as to be sandwiched between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 is formed in a self-aligned manner via the sidewall SW. For this reason, the distance between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 can be minimized. Therefore, according to the first embodiment, it is possible to promote downsizing of the memory cell array by forming the source wiring SL as described above. The source wiring SL is formed of, for example, a polysilicon film and a cobalt silicide film formed on the surface of the polysilicon film. The cobalt silicide film is formed to reduce the resistance of the source line SL.

さらに、本実施の形態1の特徴について説明する。図3に示すように、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CG1の形状をサイドウォール形状にしている。これにより、コントロールゲート電極CG1の幅を充分に狭くできるので、メモリセルMC1のセルサイズを縮小することができ、この結果、メモリセルアレイの小型化を実現することができるのである。通常のスプリットゲート型のメモリセルでは、コントロールゲート電極は矩形形状をしており、この矩形形状をしたコントロールゲート電極の側壁にサイドウォール形状のメモリゲート電極を形成している。これに対し、本実施の形態1では、図3に示すように、メモリゲート電極MG1だけでなく、コントロールゲート電極CG1もサイドウォール形状としている。これにより、矩形形状のコントロールゲート電極のサイズに比べて、サイドウォール形状のコントロールゲート電極CG1のサイズを小さくできるので、メモリセルMC1のサイズを縮小化することができるのである。   Further, features of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 3, in the first embodiment, the shape of the control gate electrode CG1 is a sidewall shape. Thereby, the width of the control gate electrode CG1 can be sufficiently narrowed, so that the cell size of the memory cell MC1 can be reduced. As a result, the memory cell array can be downsized. In a normal split gate type memory cell, the control gate electrode has a rectangular shape, and a sidewall-shaped memory gate electrode is formed on the side wall of the rectangular control gate electrode. On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, not only the memory gate electrode MG1 but also the control gate electrode CG1 has a sidewall shape. As a result, the size of the sidewall-shaped control gate electrode CG1 can be made smaller than the size of the rectangular control gate electrode, so that the size of the memory cell MC1 can be reduced.

特に、矩形形状のコントロールゲート電極は、フォトリソグラフィ技術の最小加工寸法でそのサイズが決定されてしまうが、サイドウォール形状のコントロールゲート電極CG1はフォトリソグラフィ技術の最小加工寸法よりも小さいサイズで形成することができる利点がある。すなわち、サイドウォール形状のコントロールゲート電極CG1は、以下に示すようにして形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ技術によって、矩形形状のダミー絶縁膜(例えば、窒化シリコン膜)を形成し、このダミー絶縁膜を覆うようにポリシリコン膜を形成する。その後、このポリシリコン膜に対して異方性エッチングを施すことにより、ダミー絶縁膜の側壁にサイドウォール形状のコントロールゲート電極CG1を形成するのである。そして、ダミー絶縁膜を除去すれば、サイドウォール形状のコントロールゲート電極CG1を形成することができる。このとき、ダミー絶縁膜はフォトリソグラフィ技術の寸法精度で規定されるが、このダミー絶縁膜の側壁に形成されるサイドウォールは、フォトリソグラフィ技術ではなくエッチング技術を使用するので、フォトリソグラフィ技術による最小加工寸法よりも小さく形成することができるのである。したがって、本実施の形態1によれば、メモリゲート電極MG1だけでなく、コントロールゲート電極CG1もサイドウォール形状にすることにより、不揮発性半導体記憶装置の小型化を推進することができる。   In particular, the size of the rectangular control gate electrode is determined by the minimum processing dimension of the photolithography technique, but the side wall-shaped control gate electrode CG1 is formed with a size smaller than the minimum processing dimension of the photolithography technique. There are advantages that can be made. That is, the sidewall-shaped control gate electrode CG1 can be formed as follows. For example, a rectangular dummy insulating film (for example, a silicon nitride film) is formed by photolithography, and a polysilicon film is formed so as to cover the dummy insulating film. Thereafter, anisotropic etching is performed on the polysilicon film to form a sidewall-shaped control gate electrode CG1 on the side wall of the dummy insulating film. Then, if the dummy insulating film is removed, the sidewall-shaped control gate electrode CG1 can be formed. At this time, the dummy insulating film is defined by the dimensional accuracy of the photolithography technique, but the sidewall formed on the side wall of the dummy insulating film uses an etching technique instead of the photolithography technique. It can be formed smaller than the processing dimension. Therefore, according to the first embodiment, not only the memory gate electrode MG1 but also the control gate electrode CG1 is formed in a sidewall shape, so that the size reduction of the nonvolatile semiconductor memory device can be promoted.

本実施の形態1におけるメモリセルは上記のように構成されており、以下に、メモリセルの動作について説明する。ここで、図4に示すように、コントロールゲート電極に印加する電圧をVcg、メモリゲート電極に印加する電圧をVmgとしている。さらに、ソース領域とドレイン領域のそれぞれに印加する電圧をVs、Vdとし、半導体基板(p型ウェル)に印加する電圧をVsubとしている。電荷蓄積膜である窒化シリコン膜への電子の注入を「書き込み」、窒化シリコン膜への正孔(ホール)の注入を「消去」と定義する。   The memory cell in the first embodiment is configured as described above, and the operation of the memory cell will be described below. Here, as shown in FIG. 4, the voltage applied to the control gate electrode is Vcg, and the voltage applied to the memory gate electrode is Vmg. Further, voltages applied to the source region and the drain region are Vs and Vd, respectively, and a voltage applied to the semiconductor substrate (p-type well) is Vsub. The injection of electrons into the silicon nitride film as the charge storage film is defined as “writing”, and the injection of holes into the silicon nitride film is defined as “erasing”.

まず、書き込み動作について説明する。書き込み動作は、いわゆるソースサイド注入方式(ソースサイドインジェクション方式)と呼ばれるホットエレクトロン書き込みによって行なわれる。書き込み電圧としては、例えば、ソース領域に印加する電圧Vsを6V、メモリゲート電極に印加する電圧Vmgを12V、コントロールゲート電極に印加する電圧Vcgを1.5Vとする。そして、ドレイン領域に印加する電圧Vdは書き込み時のチャネル電流がある設定値となるように制御する。このときの電圧Vdはチャネル電流の設定値とコントロールゲート電極を有する選択トランジスタのしきい値電圧によって決まり、例えば、1V程度となる。p型ウェルPWL(半導体基板1S)に印加される電圧Vsubは0Vである。   First, the write operation will be described. The writing operation is performed by hot electron writing called a so-called source side injection method (source side injection method). As the write voltage, for example, the voltage Vs applied to the source region is 6V, the voltage Vmg applied to the memory gate electrode is 12V, and the voltage Vcg applied to the control gate electrode is 1.5V. The voltage Vd applied to the drain region is controlled so that the channel current at the time of writing becomes a certain set value. The voltage Vd at this time is determined by the set value of the channel current and the threshold voltage of the selection transistor having the control gate electrode, and is, for example, about 1V. The voltage Vsub applied to the p-type well PWL (semiconductor substrate 1S) is 0V.

このような電圧を印加して書き込み動作を行なう際の電荷の動きを示す。上述したように、ソース領域に印加する電圧Vsとドレイン領域に印加する電圧Vdの間に電位差を与えることにより、ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域を電子(エレクトロン)が流れる。チャネル領域を流れる電子は、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの境界付近下のチャネル領域(ソース領域とドレイン領域との間)で加速されてホットエレクトロンになる。そして、メモリゲート電極MGに印加した正電圧(Vmg=12V)による垂直方向電界で、メモリゲート電極MG下の窒化シリコン膜(電荷蓄積膜EC)中にホットエレクトロンが注入される。注入されたホットエレクトロンは、窒化シリコン膜中のトラップ準位に捕獲され、その結果、窒化シリコン膜に電子が蓄積されてメモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。このようにして書き込み動作が行なわれる。   The movement of charges when performing such a write operation by applying such a voltage is shown. As described above, by applying a potential difference between the voltage Vs applied to the source region and the voltage Vd applied to the drain region, electrons (electrons) flow through the channel region formed between the source region and the drain region. . Electrons flowing through the channel region are accelerated into hot electrons in the channel region (between the source region and the drain region) near the boundary between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Then, hot electrons are injected into the silicon nitride film (charge storage film EC) under the memory gate electrode MG by a vertical electric field by a positive voltage (Vmg = 12 V) applied to the memory gate electrode MG. The injected hot electrons are trapped in the trap level in the silicon nitride film, and as a result, electrons are accumulated in the silicon nitride film and the threshold voltage of the memory transistor rises. In this way, the write operation is performed.

続いて、消去動作について説明する。消去動作は、例えば、バンド間トンネリング現象を使用したBTBT(Band to Band Tunneling)消去で行なわれる。BTBT消去では、例えば、メモリゲート電極に印加する電圧Vmgを−6V、ソース領域に印加する電圧Vsを6V、コントロールゲート電極に印加する電圧Vcgを0Vとし、ドレイン領域はオープンとする。これにより、ソース領域とメモリゲート電極との間にかかる電圧によってソース領域端部においてバンド間トンネリング現象で生成された正孔が、ソース領域に印加されている高電圧によって加速されてホットホールとなる。そして、ホットホールの一部がメモリゲート電極に印加された負電圧に引き寄せられ、窒化シリコン膜中に注入される。注入されたホットホールは、窒化シリコン膜内のトラップ準位に捕獲され、メモリトランジスタのしきい値電圧が低下する。このようにして消去動作が行なわれる。   Next, the erase operation will be described. The erasing operation is performed by, for example, BTBT (Band to Band Tunneling) erasing using the band-to-band tunneling phenomenon. In BTBT erase, for example, the voltage Vmg applied to the memory gate electrode is −6 V, the voltage Vs applied to the source region is 6 V, the voltage Vcg applied to the control gate electrode is 0 V, and the drain region is open. As a result, the holes generated by the band-band tunneling phenomenon at the end of the source region due to the voltage applied between the source region and the memory gate electrode are accelerated by the high voltage applied to the source region to become hot holes. . A part of the hot hole is attracted to the negative voltage applied to the memory gate electrode and injected into the silicon nitride film. The injected hot holes are captured by trap levels in the silicon nitride film, and the threshold voltage of the memory transistor is lowered. In this way, the erase operation is performed.

次に、読み出し動作について説明する。読み出しは、ドレイン領域に印加する電圧VdをVdd(1.5V)、ソース領域に印加する電圧Vsを0V、コントロールゲート電極に印加する電圧VcgをVdd(1.5V)、メモリゲート電極に印加する電圧Vmgを0Vとし、書き込み時と逆方向に電流を流して行う。ドレイン領域に印加する電圧Vdとソース領域に印加する電圧Vsを入れ替え、それぞれ0V、1.5Vとして、書き込み時と電流の方向が同じ読み出しを行ってもよい。このとき、メモリセルが書き込み状態にありしきい値電圧が高い場合には、メモリセルに電流が流れない。一方、メモリセルが消去状態にあり、しきい値電圧が低い場合には、メモリセルに電流が流れる。   Next, the reading operation will be described. For reading, the voltage Vd applied to the drain region is Vdd (1.5 V), the voltage Vs applied to the source region is 0 V, the voltage Vcg applied to the control gate electrode is Vdd (1.5 V), and is applied to the memory gate electrode. The voltage Vmg is set to 0 V, and current is supplied in the direction opposite to that at the time of writing. The voltage Vd applied to the drain region and the voltage Vs applied to the source region may be switched to 0 V and 1.5 V, respectively, so that reading with the same current direction as that at the time of writing may be performed. At this time, when the memory cell is in a write state and the threshold voltage is high, no current flows through the memory cell. On the other hand, when the memory cell is in the erased state and the threshold voltage is low, a current flows through the memory cell.

このようにメモリセルが書き込み状態にあるか、あるいは、消去状態にあるかをメモリセルに流れる電流の有無を検出することで判別することができる。具体的には、センスアンプによってメモリセルに流れる電流の有無を検出する。例えば、メモリセルに流れる電流の有無を検出するために、基準電流(リファレンス電流)を使用する。つまり、メモリセルが消去状態にある場合、読み出し時に読み出し電流が流れるが、この読み出し電流と基準電流とを比較する。基準電流は、消去状態の読み出し電流よりも低く設定されており、読み出し電流と基準電流とを比較した結果、基準電流よりも読み出し電流が大きい場合、メモリセルは消去状態にあると判断できる。一方、メモリセルが書き込み状態にある場合、読み出し電流は流れない。すなわち、読み出し電流と基準電流とを比較した結果、基準電流よりも読み出し電流が小さい場合、メモリセルは書き込み状態にあると判断できる。このようにして読み出し動作を行なうことができる。   In this manner, whether the memory cell is in a written state or an erased state can be determined by detecting the presence or absence of a current flowing through the memory cell. Specifically, the presence or absence of current flowing through the memory cell is detected by a sense amplifier. For example, a reference current (reference current) is used to detect the presence or absence of a current flowing through the memory cell. That is, when the memory cell is in the erased state, a read current flows during reading, and the read current is compared with the reference current. The reference current is set lower than the read current in the erased state. If the read current is larger than the reference current as a result of comparing the read current and the reference current, it can be determined that the memory cell is in the erased state. On the other hand, when the memory cell is in a write state, no read current flows. That is, as a result of comparing the read current with the reference current, if the read current is smaller than the reference current, it can be determined that the memory cell is in the write state. In this way, a read operation can be performed.

本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置は上記のように構成されており、以下にその製造方法について、図面を参照しながら説明する。不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する図5〜図21では、メモリセルアレイ領域と周辺回路領域とを同時に図示しながら説明する。   The nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings. 5 to 21 for describing a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, a memory cell array region and a peripheral circuit region will be described while being illustrated at the same time.

まず、図5に示すように、ホウ素(B)などのp型不純物を導入したシリコン単結晶よりなる半導体基板1Sを用意する。このとき、半導体基板1Sは、略円盤形状をした半導体ウェハの状態になっている。そして、半導体基板1Sのメモリセルアレイ領域と周辺回路領域とを分離する素子分離領域STIを形成する。素子分離領域STIは、素子が互いに干渉しないようにするために設けられる。この素子分離領域STIは、例えばLOCOS(local Oxidation of silicon)法やSTI(shallow trench isolation)法を用いて形成することができる。例えば、STI法では、以下のようにして素子分離領域STIを形成している。すなわち、半導体基板1Sにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して素子分離溝を形成する。そして、素子分離溝を埋め込むように半導体基板1S上に酸化シリコン膜を形成し、その後、化学的機械的研磨法(CMP;chemical mechanical polishing)により、半導体基板1S上に形成された不要な酸化シリコン膜を除去する。これにより、素子分離溝内にだけ酸化シリコン膜を埋め込んだ素子分離領域STIを形成することができる。   First, as shown in FIG. 5, a semiconductor substrate 1S made of a silicon single crystal into which a p-type impurity such as boron (B) is introduced is prepared. At this time, the semiconductor substrate 1S is in a state of a substantially wafer-shaped semiconductor wafer. Then, an element isolation region STI for separating the memory cell array region and the peripheral circuit region of the semiconductor substrate 1S is formed. The element isolation region STI is provided to prevent the elements from interfering with each other. The element isolation region STI can be formed using, for example, a LOCOS (local Oxidation of silicon) method or an STI (shallow trench isolation) method. For example, in the STI method, the element isolation region STI is formed as follows. That is, the element isolation trench is formed in the semiconductor substrate 1S by using the photolithography technique and the etching technique. Then, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S so as to fill the element isolation trench, and then unnecessary silicon oxide formed on the semiconductor substrate 1S by chemical mechanical polishing (CMP). Remove the membrane. As a result, the element isolation region STI in which the silicon oxide film is embedded only in the element isolation trench can be formed.

続いて、メモリセルアレイ領域の半導体基板1S内に不純物を導入してウェル分離層NISOを形成する。ウェル分離層NISOは、半導体基板1S内にリンや砒素などのn型不純物を導入することにより形成される。そして、半導体基板1Sに不純物を導入してp型ウェルPWL1〜PWL2を形成する。p型ウェルPWL1〜PWL2は、例えばホウ素などのp型不純物をイオン注入法により半導体基板1Sに導入することで形成される。具体的に、メモリセルアレイ領域にp型ウェルPWL1を形成し、周辺回路領域にp型ウェルPWL2を形成する。   Subsequently, the well isolation layer NISO is formed by introducing impurities into the semiconductor substrate 1S in the memory cell array region. The well isolation layer NISO is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 1S. Then, impurities are introduced into the semiconductor substrate 1S to form p-type wells PWL1 to PWL2. The p-type wells PWL1 to PWL2 are formed by introducing a p-type impurity such as boron into the semiconductor substrate 1S by an ion implantation method. Specifically, the p-type well PWL1 is formed in the memory cell array region, and the p-type well PWL2 is formed in the peripheral circuit region.

次に、図6に示すように、半導体基板1S上に窒化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成することができる。そして、この窒化シリコン膜上にレジスト膜FR1を塗布する。その後、塗布したレジスト膜FR1に対して露光・現像処理を実施することにより、レジスト膜FR1をパターニングする。レジスト膜FR1のパターニングは、ダミー絶縁膜を形成する領域にだけレジスト膜FR1が残るように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR1をマスクにしたエッチングにより、窒化シリコン膜を加工してメモリセルアレイ領域にダミー絶縁膜DIを形成する。   Next, as shown in FIG. 6, a silicon nitride film is formed on the semiconductor substrate 1S. The silicon nitride film can be formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Then, a resist film FR1 is applied on the silicon nitride film. Thereafter, the resist film FR1 is patterned by performing exposure / development processing on the applied resist film FR1. The patterning of the resist film FR1 is performed so that the resist film FR1 remains only in the region where the dummy insulating film is formed. Then, the silicon nitride film is processed by etching using the patterned resist film FR1 as a mask to form a dummy insulating film DI in the memory cell array region.

続いて、図7に示すように、パターニングしたレジスト膜FR1を除去した後、半導体基板1S上にゲート絶縁膜GOXを形成する。このゲート絶縁膜GOXは、後述するメモリセルのゲート絶縁膜、周辺回路領域に形成されるMISFETのゲート絶縁膜となる膜である。したがって、ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、例えば熱酸化法を使用して形成することができる。ただし、ゲート絶縁膜GOXは、酸化シリコン膜に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、ゲート絶縁膜GOXを酸窒化シリコン膜(SiON)としてもよい。すなわち、ゲート絶縁膜GOXと半導体基板1Sとの界面に窒素を偏析させる構造としてもよい。酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて膜中における界面準位の発生を抑制したり、電子トラップを低減する効果が高い。したがって、ゲート絶縁膜GOXのホットキャリア耐性を向上でき、絶縁耐性を向上させることができる。また、酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて不純物が貫通しにくい。このため、ゲート絶縁膜GOXに酸窒化シリコン膜を用いることにより、ゲート電極中の不純物が半導体基板1S側に拡散することに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。酸窒化シリコン膜を形成するのは、例えば、半導体基板1SをNO、NOまたはNHといった窒素を含む雰囲気中で熱処理すればよい。また、半導体基板1Sの表面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOXを形成した後、窒素を含む雰囲気中で半導体基板1Sを熱処理し、ゲート絶縁膜GOXと半導体基板1Sとの界面に窒素を偏析させることによっても同様の効果を得ることができる。 Subsequently, as shown in FIG. 7, after removing the patterned resist film FR1, a gate insulating film GOX is formed on the semiconductor substrate 1S. The gate insulating film GOX is a film that becomes a gate insulating film of a memory cell, which will be described later, and a gate insulating film of a MISFET formed in the peripheral circuit region. Therefore, the gate insulating film GOX is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using, for example, a thermal oxidation method. However, the gate insulating film GOX is not limited to the silicon oxide film and can be variously changed. For example, the gate insulating film GOX may be a silicon oxynitride film (SiON). That is, a structure in which nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film GOX and the semiconductor substrate 1S may be employed. The silicon oxynitride film has a higher effect of suppressing generation of interface states in the film and reducing electron traps than the silicon oxide film. Therefore, the hot carrier resistance of the gate insulating film GOX can be improved, and the insulation resistance can be improved. In addition, the silicon oxynitride film is less likely to penetrate impurities than the silicon oxide film. For this reason, by using a silicon oxynitride film as the gate insulating film GOX, it is possible to suppress a variation in threshold voltage due to diffusion of impurities in the gate electrode toward the semiconductor substrate 1S. For example, the silicon oxynitride film may be formed by heat-treating the semiconductor substrate 1S in an atmosphere containing nitrogen such as NO, NO 2, or NH 3 . Further, after forming a gate insulating film GOX made of a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate 1S, the semiconductor substrate 1S is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen, and nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film GOX and the semiconductor substrate 1S. The same effect can be obtained also by making it.

また、ゲート絶縁膜GOXは、例えば酸化シリコン膜より誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。従来、絶縁耐性が高い、シリコン−酸化シリコン界面の電気的・物性的安定性などが優れているとの観点から、ゲート絶縁膜GOXとして酸化シリコン膜が使用されている。しかし、素子の微細化に伴い、ゲート絶縁膜GOXの膜厚について、極薄化が要求されるようになってきている。このように薄い酸化シリコン膜をゲート絶縁膜GOXとして使用すると、MISFETのチャネルを流れる電子が酸化シリコン膜によって形成される障壁をトンネルしてゲート電極に流れる、いわゆるトンネル電流が発生してしまう。   Further, the gate insulating film GOX may be formed of a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of a silicon oxide film, for example. Conventionally, a silicon oxide film has been used as the gate insulating film GOX from the viewpoint of high insulation resistance and excellent electrical and physical stability at the silicon-silicon oxide interface. However, with the miniaturization of elements, the thickness of the gate insulating film GOX is required to be extremely thin. When such a thin silicon oxide film is used as the gate insulating film GOX, a so-called tunnel current is generated in which electrons flowing through the channel of the MISFET tunnel through the barrier formed by the silicon oxide film and flow to the gate electrode.

そこで、酸化シリコン膜より誘電率の高い材料を使用することにより、容量が同じでも物理的膜厚を増加させることができる高誘電率膜が使用されるようになってきている。高誘電体膜によれば、容量を同じにしても物理的膜厚を増加させることができるので、リーク電流を低減することができる。   Therefore, by using a material having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film, a high dielectric constant film capable of increasing the physical film thickness even when the capacitance is the same has been used. According to the high dielectric film, since the physical film thickness can be increased even if the capacitance is the same, the leakage current can be reduced.

例えば、高誘電体膜として、ハフニウム酸化物の一つである酸化ハフニウム膜(HfO膜)が使用されるが、酸化ハフニウム膜に変えて、ハフニウムアルミネート膜、HfON膜(ハフニウムオキシナイトライド膜)、HfSiO膜(ハフニウムシリケート膜)、HfSiON膜(ハフニウムシリコンオキシナイトライド膜)、HfAlO膜のような他のハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。さらに、これらのハフニウム系絶縁膜に酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化イットリウムなどの酸化物を導入したハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。ハフニウム系絶縁膜は、酸化ハフニウム膜と同様、酸化シリコン膜や酸窒化シリコン膜より誘電率が高いので、酸化ハフニウム膜を用いた場合と同様の効果が得られる。 For example, a hafnium oxide film (HfO 2 film), which is one of hafnium oxides, is used as the high dielectric film. Instead of the hafnium oxide film, a hafnium aluminate film, an HfON film (hafnium oxynitride film) is used. ), HfSiO films (hafnium silicate films), HfSiON films (hafnium silicon oxynitride films), HfAlO films, and other hafnium-based insulating films can also be used. Further, a hafnium-based insulating film in which an oxide such as tantalum oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, or yttrium oxide is introduced into these hafnium-based insulating films can also be used. Since the hafnium-based insulating film has a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film or the silicon oxynitride film, like the hafnium oxide film, the same effect as that obtained when the hafnium oxide film is used can be obtained.

次に、半導体基板1S上にポリシリコン膜PF1を形成する。ポリシリコン膜PF1は、例えば、CVD法により形成することができる。ポリシリコン膜PF1にリンなどのn型不純物を導入した後、ポリシリコン膜PF1上にレジスト膜FR2を形成し、このレジスト膜FR2に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、メモリセルアレイ領域を開口し、周辺回路領域を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR2をマスクにしたエッチングにより、ポリシリコン膜PF1を加工する。このとき、メモリセルアレイ領域では、ポリシリコン膜PF1が異方性エッチングされ、ダミー絶縁膜DIの側壁にだけポリシリコン膜PF1が残る。このダミー絶縁膜DIの側壁に形成されたポリシリコン膜PF1がサイドウォール形状のコントロールゲート電極となる。これにより、フォトリソグラフィ技術による最小加工寸法に規定されることなくサイドウォール形状のコントロールゲート電極を形成することができる。したがって、メモリセルの小型化を推進することができる。なお、周辺回路領域はレジスト膜FR2に覆われているため、ポリシリコン膜PF1はエッチングされずに残存したままである。   Next, a polysilicon film PF1 is formed on the semiconductor substrate 1S. The polysilicon film PF1 can be formed by, for example, a CVD method. After introducing an n-type impurity such as phosphorus into the polysilicon film PF1, a resist film FR2 is formed on the polysilicon film PF1, and the resist film FR2 is subjected to patterning by exposure and development. The patterning is performed so as to open the memory cell array region and cover the peripheral circuit region. Then, the polysilicon film PF1 is processed by etching using the patterned resist film FR2 as a mask. At this time, in the memory cell array region, the polysilicon film PF1 is anisotropically etched, and the polysilicon film PF1 remains only on the sidewall of the dummy insulating film DI. The polysilicon film PF1 formed on the side wall of the dummy insulating film DI serves as a side wall-shaped control gate electrode. As a result, the sidewall-shaped control gate electrode can be formed without being defined by the minimum processing dimension by the photolithography technique. Therefore, it is possible to promote downsizing of the memory cell. Since the peripheral circuit region is covered with the resist film FR2, the polysilicon film PF1 remains without being etched.

ここで、コントロールゲート電極を構成するポリシリコン膜PF1中にn型不純物が導入されている。このため、コントロールゲート電極の仕事関数値をシリコンの伝導帯近傍(4.15eV)の値にすることができるので、nチャネル型MISFETである選択トランジスタのしきい値電圧を低減することができる。   Here, n-type impurities are introduced into the polysilicon film PF1 constituting the control gate electrode. For this reason, the work function value of the control gate electrode can be set to a value in the vicinity of the conduction band of silicon (4.15 eV), so that the threshold voltage of the selection transistor that is an n-channel MISFET can be reduced.

次に、図8に示すように、パターニングしたレジスト膜FR2および窒化シリコン膜よりなるダミー絶縁膜DIを除去した後、コントロールゲート電極CG1、CG2、CG上を覆う半導体基板1S上に積層絶縁膜MIFを形成する。積層絶縁膜MIFは、例えば、酸化シリコン膜と、この酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜上に形成される酸化シリコン膜から形成される(ONO膜)。これらの積層絶縁膜は、例えば、CVD法を使用して形成することができる。そして、例えば、下層の酸化シリコン膜の膜厚は5nm、窒化シリコン膜の膜厚は10nm、上層の酸化シリコン膜の膜厚は5nmである。   Next, as shown in FIG. 8, after the patterned resist film FR2 and the dummy insulating film DI made of the silicon nitride film are removed, the laminated insulating film MIF is formed on the semiconductor substrate 1S covering the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. Form. The laminated insulating film MIF is formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film formed on the silicon oxide film, and a silicon oxide film formed on the silicon nitride film (ONO film). These laminated insulating films can be formed using, for example, a CVD method. For example, the thickness of the lower silicon oxide film is 5 nm, the thickness of the silicon nitride film is 10 nm, and the thickness of the upper silicon oxide film is 5 nm.

この積層絶縁膜MIFのうち窒化シリコン膜は、メモリセルアレイ領域において、メモリトランジスタの電荷蓄積膜となる膜である。本実施の形態1では、電荷蓄積膜として窒化シリコン膜を使用しているが、電荷蓄積膜としてトラップ準位を有する他の絶縁膜から形成してもよい。例えば、電荷蓄積膜として酸化アルミニウム膜(アルミナ膜)を使用することもできる。   Of the stacked insulating film MIF, the silicon nitride film is a film that becomes a charge storage film of the memory transistor in the memory cell array region. In the first embodiment, a silicon nitride film is used as the charge storage film, but the charge storage film may be formed of another insulating film having a trap level. For example, an aluminum oxide film (alumina film) can be used as the charge storage film.

続いて、半導体基板1S上にポリシリコン膜PF2を形成する。さらに、このポリシリコン膜PF2にリンなどのn型不純物を導入する。そして、ポリシリコン膜PF2に対して異方性エッチングを施す。これにより、メモリセルアレイ領域では、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの側壁にサイドウォール形状のポリシリコン膜PF2が形成される。一方、周辺回路領域ではポリシリコン膜PF2がすべて除去されて積層絶縁膜MIFが露出している。   Subsequently, a polysilicon film PF2 is formed on the semiconductor substrate 1S. Further, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the polysilicon film PF2. Then, anisotropic etching is performed on the polysilicon film PF2. Thereby, in the memory cell array region, a sidewall-shaped polysilicon film PF2 is formed on the side walls of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. On the other hand, in the peripheral circuit region, the polysilicon film PF2 is completely removed, and the laminated insulating film MIF is exposed.

その後、図9に示すように、半導体基板1S上にレジスト膜FR3を形成し、このレジスト膜FR3に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、メモリセルアレイ領域に形成されているコントロールゲート電極CG1、CG2、CGの片側の側壁を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR3をマスクにしたエッチングにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGのレジスト膜FR3で覆われていないサイドウォール状のポリシリコン膜PF2を除去する。これにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの片側の側壁にだけサイドウォール形状のメモリゲート電極MG1、MG2、MGを形成することができる。このメモリゲート電極MG1、MG2、MGは、ポリシリコン膜PF2から形成されていることになる。   Thereafter, as shown in FIG. 9, a resist film FR3 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR3 is subjected to exposure / development processing for patterning. The patterning is performed so as to cover the side wall on one side of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG formed in the memory cell array region. Then, the sidewall-like polysilicon film PF2 not covered with the resist film FR3 of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG is removed by etching using the patterned resist film FR3 as a mask. As a result, the sidewall-shaped memory gate electrodes MG1, MG2, and MG can be formed only on one side wall of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. The memory gate electrodes MG1, MG2, and MG are formed from the polysilicon film PF2.

次に、図10に示すように、パターニングしたレジスト膜FR3を除去した後、半導体基板1S上にレジスト膜FR4を形成し、このレジスト膜FR4に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGに挟まれた領域を露出するように行なわれる。そして、このパターニングしたレジスト膜FR4をマスクにして露出している積層絶縁膜MIFを除去して半導体基板1Sの表面を露出する。その後、イオン注入法を使用することにより、レジスト膜FR4によるマスクから露出している半導体基板1S内に浅い低濃度不純物拡散領域EX1を形成する。浅い低濃度不純物拡散領域EX1は、n型半導体領域であり、半導体基板1S内にリンなどのn型不純物を導入することにより形成される。   Next, as shown in FIG. 10, after removing the patterned resist film FR3, a resist film FR4 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR4 is subjected to exposure / development processing for patterning. The patterning is performed so as to expose a region sandwiched between the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. Then, the exposed laminated insulating film MIF is removed using the patterned resist film FR4 as a mask to expose the surface of the semiconductor substrate 1S. Thereafter, by using an ion implantation method, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is formed in the semiconductor substrate 1S exposed from the mask made of the resist film FR4. The shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is an n-type semiconductor region, and is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus into the semiconductor substrate 1S.

続いて、図11に示すように、パターニングしたレジスト膜FR4を除去した後、半導体基板1S上に酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜は、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。そして、この酸化シリコン膜に対して異方性エッチングを施すことにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGおよびメモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁にサイドウォール(サイドウォール絶縁膜)SWを形成する。その後、半導体基板1S上にレジスト膜FR5を形成し、このレジスト膜FR5に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、互いに対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGで挟まれる領域を開口するように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR5をマスクにしたイオン注入法により、メモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して半導体基板1S内に深い高濃度不純物拡散領域MSを形成する。深い高濃度不純物拡散領域MSはn型半導体領域であり、浅い低濃度不純物拡散領域EX1よりも高濃度にn型不純物が導入されている領域である。この深い高濃度不純物拡散領域MSと浅い低濃度不純物拡散領域EX1によってメモリセルのソース領域が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 11, after removing the patterned resist film FR4, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S. The silicon oxide film can be formed by using, for example, a CVD method. Then, by performing anisotropic etching on the silicon oxide film, sidewalls (sidewall insulating films) SW are formed on the side walls of the control gate electrodes CG1, CG2, CG and the memory gate electrodes MG1, MG2, MG. . Thereafter, a resist film FR5 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR5 is patterned by performing exposure and development processing. Patterning is performed so as to open a region sandwiched between the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG facing each other. Then, by ion implantation using the patterned resist film FR5 as a mask, a deep high-concentration impurity diffusion region MS is formed in the semiconductor substrate 1S in alignment with the sidewall SW formed on the sidewall of the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. Form. The deep high-concentration impurity diffusion region MS is an n-type semiconductor region, and is a region into which n-type impurities are introduced at a higher concentration than the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1. The source region of the memory cell is formed by the deep high concentration impurity diffusion region MS and the shallow low concentration impurity diffusion region EX1.

次に、図12に示すように、パターニングしたレジスト膜FR5を除去した後、半導体基板1S上に再びレジスト膜FR6を形成する。そして、このレジスト膜FR6に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGを覆うように行なわれる。このパターニングしたレジスト膜FR6をマスクにしたエッチングにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの側壁に形成されているサイドウォールSWを除去する。   Next, as shown in FIG. 12, after removing the patterned resist film FR5, a resist film FR6 is formed again on the semiconductor substrate 1S. Then, the resist film FR6 is patterned by performing an exposure / development process. The patterning is performed so as to cover the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. The side wall SW formed on the side walls of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG is removed by etching using the patterned resist film FR6 as a mask.

続いて、図13に示すように、パターニングしたレジスト膜FR6を除去した後、半導体基板1S上にポリシリコン膜PF3を形成する。その後、このポリシリコン膜PF3を途中までエッチングする。これにより、ポリシリコン膜PF3の高さをメモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁に形成されているサイドウォールSWの高さよりも低くする。   Subsequently, as shown in FIG. 13, after removing the patterned resist film FR6, a polysilicon film PF3 is formed on the semiconductor substrate 1S. Thereafter, the polysilicon film PF3 is etched partway. Thereby, the height of the polysilicon film PF3 is made lower than the height of the sidewall SW formed on the sidewalls of the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG.

次に、図14に示すように、半導体基板1S上にレジスト膜FR7を形成し、このレジスト膜FR7に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MG間を覆うように実施される。このパターニングしたレジスト膜FR7をマスクにしてポリシリコン膜PF3をエッチングする。これにより、レジスト膜FR7で覆われているメモリゲート電極MG1、MG2、MG間に形成されているポリシリコン膜PF3だけが残存し、このポリシリコン膜PF3からなるソース配線SLが形成される。つまり、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁に形成されているサイドウォールSWに整合してソース配線SLを形成することができる。このソース配線SLは下層にあるソース領域(浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域MS)と電気的に接続されている。   Next, as shown in FIG. 14, a resist film FR7 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR7 is subjected to exposure / development processing for patterning. The patterning is performed so as to cover the space between the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. The polysilicon film PF3 is etched using the patterned resist film FR7 as a mask. As a result, only the polysilicon film PF3 formed between the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG covered with the resist film FR7 remains, and the source wiring SL made of the polysilicon film PF3 is formed. That is, the source line SL can be formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewalls of the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. This source line SL is electrically connected to the underlying source region (the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region MS).

続いて、図15に示すように、パターニングしたレジスト膜FR7を除去した後、半導体基板1S上に露出している積層絶縁膜MIFを除去する。このとき、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGとメモリゲート電極MG1、MG2、MGの間、および、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと半導体基板1Sの間に形成されている積層絶縁膜MIFは露出していないため残存することになる。   Subsequently, as shown in FIG. 15, after removing the patterned resist film FR7, the laminated insulating film MIF exposed on the semiconductor substrate 1S is removed. At this time, the stacked insulating film MIF formed between the control gate electrodes CG1, CG2, CG and the memory gate electrodes MG1, MG2, MG and between the memory gate electrodes MG1, MG2, MG and the semiconductor substrate 1S is exposed. Because it is not, it will remain.

次に、図16に示すように、半導体基板1S上にレジスト膜FR8を形成する。そして、このレジスト膜FR8に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、メモリセルアレイ領域を覆うとともに、周辺回路領域のゲート電極形成領域にレジスト膜FR8が残るように行なわれる。その後、図17に示すように、このパターニングしたレジスト膜FR8をマスクにしたエッチングにより、周辺回路領域にポリシリコン膜PF1よりなるゲート電極Gを形成する。この後、パターニングしたレジスト膜FR8を除去しておく。   Next, as shown in FIG. 16, a resist film FR8 is formed on the semiconductor substrate 1S. Then, the resist film FR8 is patterned by performing an exposure / development process. The patterning is performed so as to cover the memory cell array region and leave the resist film FR8 in the gate electrode formation region in the peripheral circuit region. Thereafter, as shown in FIG. 17, a gate electrode G made of the polysilicon film PF1 is formed in the peripheral circuit region by etching using the patterned resist film FR8 as a mask. Thereafter, the patterned resist film FR8 is removed.

続いて、図18に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、メモリセルアレイ領域の半導体基板1S内に浅い低濃度不純物拡散領域EX2を形成し、周辺回路領域の半導体基板1S内に浅い低濃度不純物拡散領域EX3を形成する。具体的には、メモリセルアレイ領域において、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGに整合してn型半導体領域である浅い低濃度不純物拡散領域EX2を形成する。一方、周辺回路領域においては、ゲート電極Gに整合してn型半導体領域である浅い低濃度不純物拡散領域EX3を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 18, by using a photolithography technique and an ion implantation method, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 is formed in the semiconductor substrate 1S in the memory cell array region, and the semiconductor substrate 1S in the peripheral circuit region is formed. A shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 is formed therein. Specifically, in the memory cell array region, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 that is an n-type semiconductor region is formed in alignment with the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. On the other hand, in the peripheral circuit region, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 that is an n-type semiconductor region is formed in alignment with the gate electrode G.

次に、図19に示すように、半導体基板1S上に、例えば、CVD法を使用して酸化シリコン膜を形成した後、この酸化シリコン膜に対して異方性エッチングを施すことにより、サイドウォールSWを形成する。具体的には、メモリセルアレイ領域において、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの片側の側壁にサイドウォールSWを形成する。一方、周辺回路領域においては、ゲート電極Gの両側の側壁にサイドウォールSWを形成する。   Next, as shown in FIG. 19, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S by using, for example, a CVD method, and then anisotropic etching is performed on the silicon oxide film to thereby form a sidewall. SW is formed. Specifically, a side wall SW is formed on one side wall of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG in the memory cell array region. On the other hand, in the peripheral circuit region, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G.

その後、イオン注入法を使用することにより、半導体基板1S内に深い高濃度不純物拡散領域MDおよび深い高濃度不純物拡散領域S1、D1を形成する。具体的には、メモリセルアレイ領域においては、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域MDを形成する。一方、周辺回路領域においては、ゲート電極Gの側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域S1、D1を形成する。メモリセルアレイ領域では、この深い高濃度不純物拡散領域MDと浅い低濃度不純物拡散領域EX2によってメモリセルのドレイン領域が形成される。同様に、周辺回路領域では、深い高濃度不純物拡散領域S1、D1と浅い低濃度不純物拡散領域EX3によってMISFETのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにして、深い高濃度不純物拡散領域MD、S1、D1を形成した後、1000℃程度の熱処理を行なう。これにより、導入した不純物の活性化が行なわれる。   Thereafter, the deep high concentration impurity diffusion region MD and the deep high concentration impurity diffusion regions S1 and D1 are formed in the semiconductor substrate 1S by using an ion implantation method. Specifically, in the memory cell array region, a deep high-concentration impurity diffusion region MD is formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewalls of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. On the other hand, in the peripheral circuit region, deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1 are formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewall of the gate electrode G. In the memory cell array region, the drain region of the memory cell is formed by the deep high concentration impurity diffusion region MD and the shallow low concentration impurity diffusion region EX2. Similarly, in the peripheral circuit region, the source region or the drain region of the MISFET is formed by the deep high concentration impurity diffusion regions S1 and D1 and the shallow low concentration impurity diffusion region EX3. Thus, after forming the deep high-concentration impurity diffusion regions MD, S1, and D1, heat treatment at about 1000 ° C. is performed. Thereby, the introduced impurities are activated.

次に、シリサイド工程について図20を参照しながら説明する。半導体基板1S上にコバルト膜を形成する。このとき、メモリセルアレイ領域では、露出しているコントロールゲート電極CG1、CG2、CGと、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと、ソース配線SLに直接接するようにコバルト膜が形成される。同様に、深い高濃度不純物拡散領域MDにもコバルト膜が直接接する。一方、周辺回路領域でも、ゲート電極Gおよび深い高濃度不純物拡散領域S1、D1にコバルト膜が接触する。   Next, the silicide process will be described with reference to FIG. A cobalt film is formed on the semiconductor substrate 1S. At this time, in the memory cell array region, a cobalt film is formed so as to be in direct contact with the exposed control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG, and the source line SL. Similarly, the cobalt film is also in direct contact with the deep high-concentration impurity diffusion region MD. On the other hand, also in the peripheral circuit region, the cobalt film contacts the gate electrode G and the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1.

その後、半導体基板1Sに対して熱処理を実施する。これにより、メモリセルアレイ領域においては、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGと、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと、ソース配線SLを構成するポリシリコン膜PF1、PF2、PF3とコバルト膜を反応させて、コバルトシリサイド膜CSを形成する。これにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGと、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと、ソース配線SLはそれぞれポリシリコン膜PF1、PF2、PF3とコバルトシリサイド膜CSの積層構造となる。コバルトシリサイド膜CSは、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGやメモリゲート電極MG1、MG2、MGやソース配線SLの低抵抗化のために形成される。同様に、上述した熱処理により、深い高濃度不純物拡散領域MDの表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。このため深い高濃度不純物拡散領域MDにおいても低抵抗化を図ることができる。   Thereafter, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1S. As a result, in the memory cell array region, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG, the polysilicon films PF1, PF2, and PF3 constituting the source line SL and the cobalt film are reacted. Then, a cobalt silicide film CS is formed. As a result, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG, and the source line SL have a stacked structure of the polysilicon films PF1, PF2, and PF3 and the cobalt silicide film CS, respectively. The cobalt silicide film CS is formed to reduce the resistance of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG and the source line SL. Similarly, by the heat treatment described above, the cobalt silicide film CS is formed by the reaction between silicon and the cobalt film on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region MD. Therefore, it is possible to reduce the resistance even in the deep high-concentration impurity diffusion region MD.

同様に、周辺回路領域においても、ゲート電極Gを構成するポリシリコン膜PF1とコバルト膜を反応させて、コバルトシリサイド膜CSを形成する。これにより、ゲート電極Gはそれぞれポリシリコン膜PF1とコバルトシリサイド膜CSの積層構造となる。コバルトシリサイド膜CSは、ゲート電極Gの低抵抗化のために形成される。上述した熱処理により、深い高濃度不純物拡散領域S1、D1の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。このため、深い高濃度不純物拡散領域S1、D1においても低抵抗化を図ることができる。   Similarly, also in the peripheral circuit region, the polysilicon film PF1 constituting the gate electrode G and the cobalt film are reacted to form the cobalt silicide film CS. As a result, each gate electrode G has a laminated structure of the polysilicon film PF1 and the cobalt silicide film CS. The cobalt silicide film CS is formed to reduce the resistance of the gate electrode G. By the heat treatment described above, the cobalt silicide film CS is formed by the reaction between the silicon and the cobalt film on the surfaces of the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1. For this reason, it is possible to reduce the resistance even in the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1.

そして、未反応のコバルト膜は、半導体基板1S上から除去される。なお、本実施の形態1では、コバルトシリサイド膜CSを形成するように構成しているが、例えば、コバルトシリサイド膜CSに代えてニッケルシリサイド膜やチタンシリサイド膜を形成するようにしてもよい。以上のようにして、半導体基板1Sのメモリセルアレイ領域に複数のメモリセルを形成し、周辺回路領域にMISFETを形成することができる。   Then, the unreacted cobalt film is removed from the semiconductor substrate 1S. In the first embodiment, the cobalt silicide film CS is formed. However, for example, a nickel silicide film or a titanium silicide film may be formed instead of the cobalt silicide film CS. As described above, a plurality of memory cells can be formed in the memory cell array region of the semiconductor substrate 1S, and a MISFET can be formed in the peripheral circuit region.

次に、配線工程についても図20を参照しながら説明する。図20に示すように、半導体基板1Sの主面上に層間絶縁膜ILを形成する。この層間絶縁膜ILは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、例えばTEOS(tetra ethyl ortho silicate)を原料としたCVD法を使用して形成することができる。その後、層間絶縁膜ILの表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用して平坦化する。   Next, the wiring process will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 20, an interlayer insulating film IL is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S. The interlayer insulating film IL is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using, for example, a CVD method using TEOS (tetraethyl orthosilicate) as a raw material. Thereafter, the surface of the interlayer insulating film IL is planarized using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、層間絶縁膜ILにコンタクトホールCNTを形成する。このコンタクトホールCNTはメモリセルアレイ領域や周辺回路領域に複数形成される。そして、コンタクトホールCNTの底面および内壁を含む層間絶縁膜IL上にチタン/窒化チタン膜を形成する。チタン/窒化チタン膜は、チタン膜と窒化チタン膜の積層膜から構成され、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。このチタン/窒化チタン膜は、例えば、後の工程で埋め込む膜の材料であるタングステンがシリコン中へ拡散するのを防止する、いわゆるバリア性を有する。   Subsequently, contact holes CNT are formed in the interlayer insulating film IL by using a photolithography technique and an etching technique. A plurality of contact holes CNT are formed in the memory cell array region and the peripheral circuit region. Then, a titanium / titanium nitride film is formed on interlayer insulating film IL including the bottom surface and inner wall of contact hole CNT. The titanium / titanium nitride film is composed of a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film, and can be formed by using, for example, a sputtering method. This titanium / titanium nitride film has a so-called barrier property that prevents, for example, tungsten, which is a material of a film to be embedded in a later process, from diffusing into silicon.

続いて、コンタクトホールCNTを埋め込むように、半導体基板1Sの主面の全面にタングステン膜を形成する。このタングステン膜は、例えばCVD法を使用して形成することができる。そして、層間絶縁膜IL上に形成された不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を例えばCMP法を使用して除去することにより、プラグPLG1、PLG2、PLGを形成することができる。   Subsequently, a tungsten film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1S so as to fill the contact holes CNT. This tungsten film can be formed using, for example, a CVD method. Then, unnecessary plugs PLG1, PLG2, and PLG can be formed by removing unnecessary titanium / titanium nitride films and tungsten films formed on the interlayer insulating film IL by using, for example, a CMP method.

次に、図21に示すように、プラグPLG1、PLG2、PLGを形成した層間絶縁膜IL上に層間絶縁膜IL2を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜IL2に溝を形成する。その後、溝内を含む層間絶縁膜IL2上にタンタル/窒化タンタル膜を形成する。このタンタル/窒化タンタル膜は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。続いて、タンタル/窒化タンタル膜上に薄い銅膜よりなるシード膜を、例えば、スパッタリング法で形成した後、このシード膜を電極とする電解めっき法により、溝を形成した層間絶縁膜IL2上に銅膜を形成する。その後、溝の内部以外の層間絶縁膜IL2上に露出している銅膜を、例えば、CMP法で研磨して除去することにより、層間絶縁膜IL2に形成された溝内にだけ銅膜を残す。これにより、配線L1を形成することができる。さらに、配線L1の上層に多層配線を形成するが、ここでの説明は省略する。このようにして、最終的に本実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 21, an interlayer insulating film IL2 is formed on the interlayer insulating film IL on which the plugs PLG1, PLG2, and PLG are formed. Then, a trench is formed in the interlayer insulating film IL2 by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a tantalum / tantalum nitride film is formed on the interlayer insulating film IL2 including the inside of the trench. This tantalum / tantalum nitride film can be formed by sputtering, for example. Subsequently, after a seed film made of a thin copper film is formed on the tantalum / tantalum nitride film by, for example, a sputtering method, an electrolytic plating method using this seed film as an electrode is formed on the interlayer insulating film IL2 in which the groove is formed. A copper film is formed. Thereafter, the copper film exposed on the interlayer insulating film IL2 other than the inside of the trench is removed by polishing, for example, by CMP, thereby leaving the copper film only in the trench formed in the interlayer insulating film IL2. . Thereby, the wiring L1 can be formed. Furthermore, a multilayer wiring is formed in the upper layer of the wiring L1, but the description here is omitted. In this manner, the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment can be finally formed.

(実施の形態2)
図22は、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す断面図である。本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置と前記実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置はほぼ同様の構成をしており、その相違点はコントロールゲート電極CG1、CG2、CGの形状にある。具体的に、前記実施の形態1では、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGをサイドウォール形状にしていたのに対し、本実施の形態2では、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGを矩形形状にしている点が相違する。ただし、本実施の形態2でも、図22に示すように、メモリセルMC1を構成するメモリゲート電極MG1と、メモリセルMC2を構成するメモリゲート電極MG2の間に、サイドウォールSWを挟んでソース配線SLを形成している。つまり、メモリセルMC1とメモリセルMC2に挟むように形成されるソース配線SLは、サイドウォールSWを介して自己整合的に形成されている。このため、メモリセルMC1とメモリセルMC2との間の距離を最小限にすることができるのである。したがって、本実施の形態2でも前記実施の形態1と同様に、不揮発性半導体記憶装置を構成するメモリセルの縮小化および高密度化を実現することができ、製品となる不揮発性半導体記憶装置のさらなる小型化を達成できる顕著な効果を得ることができる。
(Embodiment 2)
FIG. 22 is a sectional view showing a sectional structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device in the second embodiment and the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment have substantially the same configuration, and the difference is in the shape of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. Specifically, in the first embodiment, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG have a sidewall shape. In the second embodiment, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG have a rectangular shape. Is different. However, also in the second embodiment, as shown in FIG. 22, the source wiring is sandwiched between the memory gate electrode MG1 constituting the memory cell MC1 and the memory gate electrode MG2 constituting the memory cell MC2. SL is formed. That is, the source line SL formed so as to be sandwiched between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 is formed in a self-aligned manner via the sidewall SW. For this reason, the distance between the memory cell MC1 and the memory cell MC2 can be minimized. Therefore, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the memory cells constituting the nonvolatile semiconductor memory device can be reduced and the density thereof can be increased, and the nonvolatile semiconductor memory device as a product can be realized. The remarkable effect which can achieve further size reduction can be acquired.

本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置は上記のように構成されており、以下に、図23〜図37を参照しながら、本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。   The nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment is configured as described above. Hereinafter, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. To do.

まず、前記実施の形態1と同様にして、半導体基板1Sに素子分離領域STIを形成し、その後、メモリセルアレイ領域の半導体基板1S内に不純物を導入してウェル分離層NISOを形成する。ウェル分離層NISOは、半導体基板1S内にリンや砒素などのn型不純物を導入することにより形成される。そして、半導体基板1Sに不純物を導入してp型ウェルPWL1〜PWL2を形成する。p型ウェルPWL1〜PWL2は、例えばホウ素などのp型不純物をイオン注入法により半導体基板1Sに導入することで形成される。具体的に、メモリセルアレイ領域にp型ウェルPWL1を形成し、周辺回路領域にp型ウェルPWL2を形成する。   First, in the same manner as in the first embodiment, the element isolation region STI is formed in the semiconductor substrate 1S, and then the impurity is introduced into the semiconductor substrate 1S in the memory cell array region to form the well isolation layer NISO. The well isolation layer NISO is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 1S. Then, impurities are introduced into the semiconductor substrate 1S to form p-type wells PWL1 to PWL2. The p-type wells PWL1 to PWL2 are formed by introducing a p-type impurity such as boron into the semiconductor substrate 1S by an ion implantation method. Specifically, the p-type well PWL1 is formed in the memory cell array region, and the p-type well PWL2 is formed in the peripheral circuit region.

次に、図23に示すように、半導体基板1S上にゲート絶縁膜GOXを形成し、その後、ゲート絶縁膜GOX上にポリシリコン膜PF1を形成する。ポリシリコン膜PF1は、例えば、CVD法により形成することができる。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成されるが、前記実施の形態1と同様に、酸窒化シリコン膜や、酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜を使用してもよい。ポリシリコン膜PF1にリンなどのn型不純物を導入した後、ポリシリコン膜PF1上にレジスト膜FR10を形成する。そして、このレジスト膜FR10に対して、露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、周辺回路領域を覆うとともに、メモリセルアレイ領域では、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGを形成する領域にレジスト膜FR10が残るように行なわれる。   Next, as shown in FIG. 23, a gate insulating film GOX is formed on the semiconductor substrate 1S, and then a polysilicon film PF1 is formed on the gate insulating film GOX. The polysilicon film PF1 can be formed by, for example, a CVD method. The gate insulating film GOX is formed of, for example, a silicon oxide film. However, as in the first embodiment, a silicon oxynitride film or a high dielectric constant film having a higher dielectric constant than the silicon oxide film may be used. Good. After introducing an n-type impurity such as phosphorus into the polysilicon film PF1, a resist film FR10 is formed on the polysilicon film PF1. Then, the resist film FR10 is patterned by performing exposure / development processing. The patterning is performed so as to cover the peripheral circuit region and to leave the resist film FR10 in the region where the control gate electrodes CG1, CG2, and CG are formed in the memory cell array region.

続いて、パターニングしたレジスト膜FR10をマスクにしたエッチングによりポリシリコン膜PF1とゲート絶縁膜GOXを加工する。これにより、メモリセルアレイ領域において、ポリシリコン膜PF1よりなるコントロールゲート電極CG1、CG2、CGを形成することができる。このとき形成されるコントロールゲート電極CG1、CG2、CGは、通常のフォトリソグラフィ技術を使用して形成されるので、矩形形状に加工される。   Subsequently, the polysilicon film PF1 and the gate insulating film GOX are processed by etching using the patterned resist film FR10 as a mask. Thereby, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG made of the polysilicon film PF1 can be formed in the memory cell array region. Since the control gate electrodes CG1, CG2, and CG formed at this time are formed using a normal photolithography technique, they are processed into a rectangular shape.

ここで、コントロールゲート電極を構成するポリシリコン膜PF1中にn型不純物が導入されている。このため、コントロールゲート電極の仕事関数値をシリコンの伝導帯近傍(4.15eV)の値にすることができるので、nチャネル型MISFETである選択トランジスタのしきい値電圧を低減することができる。   Here, n-type impurities are introduced into the polysilicon film PF1 constituting the control gate electrode. For this reason, the work function value of the control gate electrode can be set to a value in the vicinity of the conduction band of silicon (4.15 eV), so that the threshold voltage of the selection transistor that is an n-channel MISFET can be reduced.

続いて、図24に示すように、パターニングしたレジスト膜FR10を除去した後、コントロールゲート電極CG1、CG2、CG上を覆う半導体基板1S上に積層絶縁膜MIFを形成する。積層絶縁膜MIFは、例えば、酸化シリコン膜と、この酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜上に形成される酸化シリコン膜から形成される(ONO膜)。これらの積層絶縁膜は、例えば、CVD法を使用して形成することができる。そして、例えば、下層の酸化シリコン膜の膜厚は5nm、窒化シリコン膜の膜厚は10nm、上層の酸化シリコン膜の膜厚は5nmである。   Subsequently, as shown in FIG. 24, after removing the patterned resist film FR10, a laminated insulating film MIF is formed on the semiconductor substrate 1S covering the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. The laminated insulating film MIF is formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film formed on the silicon oxide film, and a silicon oxide film formed on the silicon nitride film (ONO film). These laminated insulating films can be formed using, for example, a CVD method. For example, the thickness of the lower silicon oxide film is 5 nm, the thickness of the silicon nitride film is 10 nm, and the thickness of the upper silicon oxide film is 5 nm.

この積層絶縁膜MIFのうち窒化シリコン膜は、メモリセルアレイ領域において、メモリトランジスタの電荷蓄積膜となる膜である。本実施の形態2では、電荷蓄積膜として窒化シリコン膜を使用しているが、電荷蓄積膜としてトラップ準位を有する他の絶縁膜から形成してもよい。例えば、電荷蓄積膜として酸化アルミニウム膜(アルミナ膜)を使用することもできる。   Of the stacked insulating film MIF, the silicon nitride film is a film that becomes a charge storage film of the memory transistor in the memory cell array region. In the second embodiment, a silicon nitride film is used as the charge storage film, but the charge storage film may be formed of another insulating film having a trap level. For example, an aluminum oxide film (alumina film) can be used as the charge storage film.

次に、半導体基板1S上にポリシリコン膜PF2を形成する。さらに、このポリシリコン膜PF2にリンなどのn型不純物を導入する。そして、ポリシリコン膜PF2に対して異方性エッチングを施す。これにより、メモリセルアレイ領域では、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの側壁にサイドウォール形状のポリシリコン膜PF2が形成される。一方、周辺回路領域ではポリシリコン膜PF2がすべて除去されて積層絶縁膜MIFが露出している。   Next, a polysilicon film PF2 is formed on the semiconductor substrate 1S. Further, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the polysilicon film PF2. Then, anisotropic etching is performed on the polysilicon film PF2. Thereby, in the memory cell array region, a sidewall-shaped polysilicon film PF2 is formed on the side walls of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. On the other hand, in the peripheral circuit region, the polysilicon film PF2 is completely removed, and the laminated insulating film MIF is exposed.

その後、図25に示すように、半導体基板1S上にレジスト膜FR11を形成し、このレジスト膜FR11に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、メモリセルアレイ領域に形成されているコントロールゲート電極CG1、CG2、CGの片側の側壁を覆うように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR11をマスクにしたエッチングにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGのレジスト膜FR11で覆われていないサイドウォール状のポリシリコン膜PF2を除去する。これにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの片側の側壁にだけサイドウォール形状のメモリゲート電極MG1、MG2、MGを形成することができる。このメモリゲート電極MG1、MG2、MGは、ポリシリコン膜PF2から形成されていることになる。   Thereafter, as shown in FIG. 25, a resist film FR11 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR11 is subjected to patterning by exposure and development. The patterning is performed so as to cover the side wall on one side of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG formed in the memory cell array region. Then, the sidewall-like polysilicon film PF2 not covered with the resist film FR11 of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG is removed by etching using the patterned resist film FR11 as a mask. As a result, the sidewall-shaped memory gate electrodes MG1, MG2, and MG can be formed only on one side wall of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. The memory gate electrodes MG1, MG2, and MG are formed from the polysilicon film PF2.

次に、図26に示すように、パターニングしたレジスト膜FR11を除去した後、半導体基板1S上にレジスト膜FR12を形成し、このレジスト膜FR12に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGに挟まれた領域を露出するように行なわれる。そして、このパターニングしたレジスト膜FR12をマスクにして露出している積層絶縁膜MIFを除去して半導体基板1Sの表面を露出する。その後、イオン注入法を使用することにより、レジスト膜FR12によるマスクから露出している半導体基板1S内に浅い低濃度不純物拡散領域EX1を形成する。浅い低濃度不純物拡散領域EX1は、n型半導体領域であり、半導体基板1S内にリンなどのn型不純物を導入することにより形成される。   Next, as shown in FIG. 26, after the patterned resist film FR11 is removed, a resist film FR12 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR12 is subjected to exposure and development processing for patterning. The patterning is performed so as to expose a region sandwiched between the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. Then, the exposed laminated insulating film MIF is removed using the patterned resist film FR12 as a mask to expose the surface of the semiconductor substrate 1S. Thereafter, by using an ion implantation method, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is formed in the semiconductor substrate 1S exposed from the mask made of the resist film FR12. The shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is an n-type semiconductor region, and is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus into the semiconductor substrate 1S.

続いて、図27に示すように、パターニングしたレジスト膜FR12を除去した後、半導体基板1S上に酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜は、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。そして、この酸化シリコン膜に対して異方性エッチングを施すことにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGおよびメモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁にサイドウォール(サイドウォール絶縁膜)SWを形成する。その後、半導体基板1S上にレジスト膜FR13を形成し、このレジスト膜FR13に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、互いに対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGで挟まれる領域を開口するように行なわれる。そして、パターニングしたレジスト膜FR13をマスクにしたイオン注入法により、メモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して半導体基板1S内に深い高濃度不純物拡散領域MSを形成する。深い高濃度不純物拡散領域MSはn型半導体領域であり、浅い低濃度不純物拡散領域EX1よりも高濃度にn型不純物が導入されている領域である。この深い高濃度不純物拡散領域MSと浅い低濃度不純物拡散領域EX1によってメモリセルのソース領域が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 27, after removing the patterned resist film FR12, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S. The silicon oxide film can be formed by using, for example, a CVD method. Then, by performing anisotropic etching on the silicon oxide film, sidewalls (sidewall insulating films) SW are formed on the side walls of the control gate electrodes CG1, CG2, CG and the memory gate electrodes MG1, MG2, MG. . Thereafter, a resist film FR13 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR13 is patterned by performing exposure and development processing. Patterning is performed so as to open a region sandwiched between the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG facing each other. Then, by ion implantation using the patterned resist film FR13 as a mask, a deep high-concentration impurity diffusion region MS is formed in the semiconductor substrate 1S in alignment with the sidewall SW formed on the sidewall of the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. Form. The deep high-concentration impurity diffusion region MS is an n-type semiconductor region, and is a region into which n-type impurities are introduced at a higher concentration than the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1. The source region of the memory cell is formed by the deep high concentration impurity diffusion region MS and the shallow low concentration impurity diffusion region EX1.

次に、図28に示すように、パターニングしたレジスト膜FR13を除去した後、半導体基板1S上に再びレジスト膜FR14を形成する。そして、このレジスト膜FR14に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGを覆うように行なわれる。このパターニングしたレジスト膜FR14をマスクにしたエッチングにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの側壁に形成されているサイドウォールSWを除去する。   Next, as shown in FIG. 28, after removing the patterned resist film FR13, a resist film FR14 is formed again on the semiconductor substrate 1S. Then, the resist film FR14 is patterned by performing exposure / development processing. The patterning is performed so as to cover the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. The side wall SW formed on the side walls of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG is removed by etching using the patterned resist film FR14 as a mask.

続いて、図29に示すように、パターニングしたレジスト膜FR14を除去した後、半導体基板1S上にポリシリコン膜PF3を形成する。その後、このポリシリコン膜PF3を途中までエッチングする。これにより、ポリシリコン膜PF3の高さをメモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁に形成されているサイドウォールSWの高さよりも低くする。   Subsequently, as shown in FIG. 29, after removing the patterned resist film FR14, a polysilicon film PF3 is formed on the semiconductor substrate 1S. Thereafter, the polysilicon film PF3 is etched partway. Thereby, the height of the polysilicon film PF3 is made lower than the height of the sidewall SW formed on the sidewalls of the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG.

次に、図30に示すように、半導体基板1S上にレジスト膜FR15を形成し、このレジスト膜FR15に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MG間を覆うように実施される。このパターニングしたレジスト膜FR15をマスクにしてポリシリコン膜PF3をエッチングする。これにより、レジスト膜FR15で覆われているメモリゲート電極MG1、MG2、MG間に形成されているポリシリコン膜PF3だけが残存し、このポリシリコン膜PF3からなるソース配線SLが形成される。つまり、対向するメモリゲート電極MG1、MG2、MGの側壁に形成されているサイドウォールSWに整合してソース配線SLを形成することができる。このソース配線SLは下層にあるソース領域(浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域MS)と電気的に接続されている。   Next, as shown in FIG. 30, a resist film FR15 is formed on the semiconductor substrate 1S, and the resist film FR15 is subjected to patterning by exposure and development processing. The patterning is performed so as to cover the space between the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. The polysilicon film PF3 is etched using the patterned resist film FR15 as a mask. As a result, only the polysilicon film PF3 formed between the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG covered with the resist film FR15 remains, and the source wiring SL made of the polysilicon film PF3 is formed. That is, the source line SL can be formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewalls of the opposing memory gate electrodes MG1, MG2, and MG. This source line SL is electrically connected to the underlying source region (the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region MS).

続いて、図31に示すように、パターニングしたレジスト膜FR15を除去した後、半導体基板1S上に露出している積層絶縁膜MIFを除去する。このとき、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGとメモリゲート電極MG1、MG2、MGの間、および、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと半導体基板1Sの間に形成されている積層絶縁膜MIFは露出していないため残存することになる。   Subsequently, as shown in FIG. 31, after removing the patterned resist film FR15, the laminated insulating film MIF exposed on the semiconductor substrate 1S is removed. At this time, the stacked insulating film MIF formed between the control gate electrodes CG1, CG2, CG and the memory gate electrodes MG1, MG2, MG and between the memory gate electrodes MG1, MG2, MG and the semiconductor substrate 1S is exposed. Because it is not, it will remain.

次に、図32に示すように、半導体基板1S上にレジスト膜FR16を形成する。そして、このレジスト膜FR16に対して露光・現像処理を施すことによりパターニングする。パターニングは、メモリセルアレイ領域を覆うとともに、周辺回路領域のゲート電極形成領域にレジスト膜FR16が残るように行なわれる。その後、図33に示すように、このパターニングしたレジスト膜FR16をマスクにしたエッチングにより、周辺回路領域にポリシリコン膜PF1よりなるゲート電極Gを形成する。その後、パターニングしたレジスト膜FR16を除去しておく。   Next, as shown in FIG. 32, a resist film FR16 is formed on the semiconductor substrate 1S. Then, the resist film FR16 is patterned by performing exposure / development processing. The patterning is performed so as to cover the memory cell array region and leave the resist film FR16 in the gate electrode formation region in the peripheral circuit region. Thereafter, as shown in FIG. 33, the gate electrode G made of the polysilicon film PF1 is formed in the peripheral circuit region by etching using the patterned resist film FR16 as a mask. Thereafter, the patterned resist film FR16 is removed.

続いて、図34に示すように、イオン注入法を使用することにより、メモリセルアレイ領域の半導体基板1S内に浅い低濃度不純物拡散領域EX2を形成し、周辺回路領域の半導体基板1S内に浅い低濃度不純物拡散領域EX3を形成する。具体的には、メモリセルアレイ領域において、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGに整合してn型半導体領域である浅い低濃度不純物拡散領域EX2を形成する。一方、周辺回路領域においては、ゲート電極Gに整合してn型半導体領域である浅い低濃度不純物拡散領域EX3を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 34, by using an ion implantation method, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 is formed in the semiconductor substrate 1S in the memory cell array region, and a shallow low concentration in the semiconductor substrate 1S in the peripheral circuit region. A concentration impurity diffusion region EX3 is formed. Specifically, in the memory cell array region, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 that is an n-type semiconductor region is formed in alignment with the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. On the other hand, in the peripheral circuit region, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 that is an n-type semiconductor region is formed in alignment with the gate electrode G.

次に、図35に示すように、半導体基板1S上に、例えば、CVD法を使用して酸化シリコン膜を形成した後、この酸化シリコン膜に対して異方性エッチングを施すことにより、サイドウォールSWを形成する。具体的には、メモリセルアレイ領域において、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの片側の側壁にサイドウォールSWを形成する。一方、周辺回路領域においては、ゲート電極Gの両側の側壁にサイドウォールSWを形成する。   Next, as shown in FIG. 35, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S by using, for example, a CVD method, and then the silicon oxide film is subjected to anisotropic etching to form a sidewall. SW is formed. Specifically, a side wall SW is formed on one side wall of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG in the memory cell array region. On the other hand, in the peripheral circuit region, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G.

その後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、半導体基板1S内に深い高濃度不純物拡散領域MDおよび深い高濃度不純物拡散領域S1、D1を形成する。具体的には、メモリセルアレイ領域においては、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGの側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域MDを形成する。一方、周辺回路領域においては、ゲート電極Gの側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域S1、D1を形成する。メモリセルアレイ領域では、この深い高濃度不純物拡散領域MDと浅い低濃度不純物拡散領域EX2によってメモリセルのドレイン領域が形成される。同様に、周辺回路領域では、深い高濃度不純物拡散領域S1、D1と浅い低濃度不純物拡散領域EX3によってMISFETのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにして、深い高濃度不純物拡散領域MD、S1、D1を形成した後、1000℃程度の熱処理を行なう。これにより、導入した不純物の活性化が行なわれる。   Thereafter, a deep high-concentration impurity diffusion region MD and deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1 are formed in the semiconductor substrate 1S by using a photolithography technique and an ion implantation method. Specifically, in the memory cell array region, a deep high-concentration impurity diffusion region MD is formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewalls of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG. On the other hand, in the peripheral circuit region, deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1 are formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewall of the gate electrode G. In the memory cell array region, the drain region of the memory cell is formed by the deep high concentration impurity diffusion region MD and the shallow low concentration impurity diffusion region EX2. Similarly, in the peripheral circuit region, the source region or the drain region of the MISFET is formed by the deep high concentration impurity diffusion regions S1 and D1 and the shallow low concentration impurity diffusion region EX3. Thus, after forming the deep high-concentration impurity diffusion regions MD, S1, and D1, heat treatment at about 1000 ° C. is performed. Thereby, the introduced impurities are activated.

次に、シリサイド工程について図36を参照しながら説明する。半導体基板1S上にコバルト膜を形成する。このとき、メモリセルアレイ領域では、露出しているコントロールゲート電極CG1、CG2、CGと、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと、ソース配線SLに直接接するようにコバルト膜が形成される。同様に、深い高濃度不純物拡散領域MDにもコバルト膜が直接接する。一方、周辺回路領域でも、ゲート電極Gおよび深い高濃度不純物拡散領域S1、D1にコバルト膜が接触する。   Next, the silicide process will be described with reference to FIG. A cobalt film is formed on the semiconductor substrate 1S. At this time, in the memory cell array region, a cobalt film is formed so as to be in direct contact with the exposed control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG, and the source line SL. Similarly, the cobalt film is also in direct contact with the deep high-concentration impurity diffusion region MD. On the other hand, also in the peripheral circuit region, the cobalt film contacts the gate electrode G and the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1.

その後、半導体基板1Sに対して熱処理を実施する。これにより、図36に示すように、メモリセルアレイ領域においては、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGと、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと、ソース配線SLを構成するポリシリコン膜PF1、PF2、PF3とコバルト膜を反応させて、コバルトシリサイド膜CSを形成する。これにより、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGと、メモリゲート電極MG1、MG2、MGと、ソース配線SLはそれぞれポリシリコン膜PF1、PF2、PF3とコバルトシリサイド膜CSの積層構造となる。コバルトシリサイド膜CSは、コントロールゲート電極CG1、CG2、CGやメモリゲート電極MG1、MG2、MGやソース配線SLの低抵抗化のために形成される。同様に、上述した熱処理により、深い高濃度不純物拡散領域MDの表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。このため深い高濃度不純物拡散領域MDにおいても低抵抗化を図ることができる。   Thereafter, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1S. Thus, as shown in FIG. 36, in the memory cell array region, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG, and the polysilicon films PF1, PF2, and PF3 constituting the source line SL. And a cobalt film are reacted to form a cobalt silicide film CS. As a result, the control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG, and the source line SL have a stacked structure of the polysilicon films PF1, PF2, and PF3 and the cobalt silicide film CS, respectively. The cobalt silicide film CS is formed to reduce the resistance of the control gate electrodes CG1, CG2, and CG, the memory gate electrodes MG1, MG2, and MG and the source line SL. Similarly, by the heat treatment described above, the cobalt silicide film CS is formed by the reaction between silicon and the cobalt film on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region MD. Therefore, it is possible to reduce the resistance even in the deep high-concentration impurity diffusion region MD.

同様に、周辺回路領域においても、ゲート電極Gを構成するポリシリコン膜PF1とコバルト膜を反応させて、コバルトシリサイド膜CSを形成する。これにより、ゲート電極Gはそれぞれポリシリコン膜PF1とコバルトシリサイド膜CSの積層構造となる。コバルトシリサイド膜CSは、ゲート電極Gの低抵抗化のために形成される。上述した熱処理により、深い高濃度不純物拡散領域S1、D1の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。このため、深い高濃度不純物拡散領域S1、D1においても低抵抗化を図ることができる。   Similarly, also in the peripheral circuit region, the polysilicon film PF1 constituting the gate electrode G and the cobalt film are reacted to form the cobalt silicide film CS. As a result, each gate electrode G has a laminated structure of the polysilicon film PF1 and the cobalt silicide film CS. The cobalt silicide film CS is formed to reduce the resistance of the gate electrode G. By the heat treatment described above, the cobalt silicide film CS is formed by the reaction between the silicon and the cobalt film on the surfaces of the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1. For this reason, it is possible to reduce the resistance even in the deep high-concentration impurity diffusion regions S1 and D1.

そして、未反応のコバルト膜は、半導体基板1S上から除去される。なお、本実施の形態2では、コバルトシリサイド膜CSを形成するように構成しているが、例えば、コバルトシリサイド膜CSに代えてニッケルシリサイド膜やチタンシリサイド膜を形成するようにしてもよい。以上のようにして、半導体基板1Sのメモリセルアレイ領域に複数のメモリセルを形成し、周辺回路領域にMISFETを形成することができる。   Then, the unreacted cobalt film is removed from the semiconductor substrate 1S. In the second embodiment, the cobalt silicide film CS is formed. However, for example, a nickel silicide film or a titanium silicide film may be formed instead of the cobalt silicide film CS. As described above, a plurality of memory cells can be formed in the memory cell array region of the semiconductor substrate 1S, and a MISFET can be formed in the peripheral circuit region.

次に、配線工程について図36を参照しながら説明する。図36に示すように、半導体基板1Sの主面上に層間絶縁膜ILを形成する。この層間絶縁膜ILは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、例えばTEOS(tetra ethyl ortho silicate)を原料としたCVD法を使用して形成することができる。その後、層間絶縁膜ILの表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用して平坦化する。   Next, the wiring process will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 36, an interlayer insulating film IL is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S. The interlayer insulating film IL is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using, for example, a CVD method using TEOS (tetraethyl orthosilicate) as a raw material. Thereafter, the surface of the interlayer insulating film IL is planarized using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、層間絶縁膜ILにコンタクトホールCNTを形成する。このコンタクトホールCNTはメモリセルアレイ領域や周辺回路領域に複数形成される。そして、コンタクトホールCNTの底面および内壁を含む層間絶縁膜IL上にチタン/窒化チタン膜を形成する。チタン/窒化チタン膜は、チタン膜と窒化チタン膜の積層膜から構成され、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。このチタン/窒化チタン膜は、例えば、後の工程で埋め込む膜の材料であるタングステンがシリコン中へ拡散するのを防止する、いわゆるバリア性を有する。   Subsequently, contact holes CNT are formed in the interlayer insulating film IL by using a photolithography technique and an etching technique. A plurality of contact holes CNT are formed in the memory cell array region and the peripheral circuit region. Then, a titanium / titanium nitride film is formed on interlayer insulating film IL including the bottom surface and inner wall of contact hole CNT. The titanium / titanium nitride film is composed of a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film, and can be formed by using, for example, a sputtering method. This titanium / titanium nitride film has a so-called barrier property that prevents, for example, tungsten, which is a material of a film to be embedded in a later process, from diffusing into silicon.

続いて、コンタクトホールCNTを埋め込むように、半導体基板1Sの主面の全面にタングステン膜を形成する。このタングステン膜は、例えばCVD法を使用して形成することができる。そして、層間絶縁膜IL上に形成された不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を例えばCMP法を使用して除去することにより、プラグPLG1、PLG2、PLGを形成することができる。   Subsequently, a tungsten film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1S so as to fill the contact holes CNT. This tungsten film can be formed using, for example, a CVD method. Then, unnecessary plugs PLG1, PLG2, and PLG can be formed by removing unnecessary titanium / titanium nitride films and tungsten films formed on the interlayer insulating film IL by using, for example, a CMP method.

次に、図37に示すように、プラグPLG1、PLG2、PLGを形成した層間絶縁膜IL上に層間絶縁膜IL2を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜IL2に溝を形成する。その後、溝内を含む層間絶縁膜IL2上にタンタル/窒化タンタル膜を形成する。このタンタル/窒化タンタル膜は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。続いて、タンタル/窒化タンタル膜上に薄い銅膜よりなるシード膜を、例えば、スパッタリング法で形成した後、このシード膜を電極とする電解めっき法により、溝を形成した層間絶縁膜IL2上に銅膜を形成する。その後、溝の内部以外の層間絶縁膜IL2上に露出している銅膜を、例えば、CMP法で研磨して除去することにより、層間絶縁膜IL2に形成された溝内にだけ銅膜を残す。これにより、配線L1を形成することができる。さらに、配線L1の上層に多層配線を形成するが、ここでの説明は省略する。このようにして、最終的に本実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 37, an interlayer insulating film IL2 is formed on the interlayer insulating film IL on which the plugs PLG1, PLG2, and PLG are formed. Then, a trench is formed in the interlayer insulating film IL2 by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a tantalum / tantalum nitride film is formed on the interlayer insulating film IL2 including the inside of the trench. This tantalum / tantalum nitride film can be formed by sputtering, for example. Subsequently, after a seed film made of a thin copper film is formed on the tantalum / tantalum nitride film by, for example, a sputtering method, an electrolytic plating method using this seed film as an electrode is formed on the interlayer insulating film IL2 in which the groove is formed. A copper film is formed. Thereafter, the copper film exposed on the interlayer insulating film IL2 other than the inside of the trench is removed by polishing, for example, by CMP, thereby leaving the copper film only in the trench formed in the interlayer insulating film IL2. . Thereby, the wiring L1 can be formed. Furthermore, a multilayer wiring is formed in the upper layer of the wiring L1, but the description here is omitted. In this manner, the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment can be finally formed.

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.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

本発明者が検討した比較例における不揮発性半導体記憶装置のレイアウト構成を示す図である。It is a figure which shows the layout structure of the non-volatile semiconductor memory device in the comparative example which this inventor examined. 本発明の実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置のレイアウト構成を示す図である。It is a figure which shows the layout structure of the non-volatile semiconductor memory device in Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の動作条件を示す図である。6 is a diagram showing operating conditions of the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in the first embodiment. 図5に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 5. 図6に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 6. 図7に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 7. 図8に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 8. 図9に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 9. 図10に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 10. 図11に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 11. 図12に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 12. 図13に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 13. 図14に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 14. 図15に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 15; 図16に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 16. 図17に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 17. 図18に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device subsequent to FIG. 18. 図19に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 19. 図20に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 20. 実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の断面構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device in a second embodiment. 実施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device in the second embodiment. FIG. 図23に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, following FIG. 23. 図24に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 24. 図25に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 25; 図26に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, following FIG. 26; 図27に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 27; 図28に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device subsequent to FIG. 28. 図29に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 29. 図30に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 30; 図31に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 31. 図32に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device following FIG. 32. 図33に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, following FIG. 33. 図34に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, following FIG. 34. 図35に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, following FIG. 35. 図36に続く不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device, following FIG. 36.

符号の説明Explanation of symbols

1S 半導体基板
Act アクティブ領域
Act1 アクティブ領域
Act2 アクティブ領域
Act3 アクティブ領域
CG コントロールゲート電極
CG1 コントロールゲート電極
CG2 コントロールゲート電極
CNT コンタクトホール
CS コバルトシリサイド膜
D1 深い高濃度不純物拡散領域
DI ダミー絶縁膜
EC 電荷蓄積膜
EV1 電位障壁膜
EV2 電位障壁膜
EX1 浅い低濃度不純物拡散領域
EX2 浅い低濃度不純物拡散領域
EX3 浅い低濃度不純物拡散領域
FR1〜FR16 レジスト膜
G ゲート電極
GOX ゲート絶縁膜
IF1 酸化シリコン膜
IF2 窒化シリコン膜
IF3 酸化シリコン膜
IL 層間絶縁膜
IL2 層間絶縁膜
L1 配線
MC1 メモリセル
MC2 メモリセル
MD 深い高濃度不純物拡散領域
MIF 積層絶縁膜
MIF1 積層絶縁膜
MIF2 積層絶縁膜
MG メモリゲート電極
MG1 メモリゲート電極
MG2 メモリゲート電極
MS 深い高濃度不純物拡散領域
NISO ウェル分離層
PF1 ポリシリコン膜
PF2 ポリシリコン膜
PF3 ポリシリコン膜
PLG プラグ
PLG1 プラグ
PLG2 プラグ
PWL1 p型ウェル
PWL2 p型ウェル
S1 深い高濃度不純物拡散領域
SL ソース配線
STI 素子分離領域
STI1 素子分離領域
STI2 素子分離領域
STI3 素子分離領域
STI4 素子分離領域
SW サイドウォール
1S semiconductor substrate Act active region Act1 active region Act2 active region Act3 active region CG control gate electrode CG1 control gate electrode CG2 control gate electrode CNT contact hole CS cobalt silicide film D1 deep high-concentration impurity diffusion region DI dummy insulating film EC charge storage film EV1 Potential barrier film EV2 Potential barrier film EX1 Shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 Shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 Shallow low-concentration impurity diffusion region FR1 to FR16 Resist film G Gate electrode GOX Gate insulating film IF1 Silicon oxide film IF2 Silicon nitride film IF3 Oxide Silicon film IL Interlayer insulating film IL2 Interlayer insulating film L1 wiring MC1 memory cell MC2 memory cell MD Deep high-concentration impurity diffusion region MI Multilayer insulation film MIF1 Multilayer insulation film MIF2 Multilayer insulation film MG Memory gate electrode MG1 Memory gate electrode MG2 Memory gate electrode MS Deep high-concentration impurity diffusion region NISO well isolation layer PF1 Polysilicon film PF2 Polysilicon film PF3 Polysilicon film PLG plug PLG1 plug PLG2 plug PWL1 p-type well PWL2 p-type well S1 deep high-concentration impurity diffusion region SL source wiring STI element isolation region STI1 element isolation region STI2 element isolation region STI3 element isolation region STI4 element isolation region SW sidewall

Claims (22)

隣接する第1メモリセルと第2メモリセルとを備え、
前記第1メモリセルは、
(a1)半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜と、
(b1)前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1コントロールゲート電極と、
(c1)前記第1コントロールゲート電極の片側の側壁に形成された第1メモリゲート電極と、
(d1)前記第1コントロールゲート電極と前記第1メモリゲート電極の間、および、前記第1メモリゲート電極と前記半導体基板の間に形成された第1積層絶縁膜と、
(e1)前記第1メモリゲート電極の側壁に形成された第1サイドウォール絶縁膜と、
(f1)前記半導体基板内に形成され、前記第1コントロールゲート電極の前記第1メモリゲート電極が形成されていない側壁側に整合して形成された第1ドレイン領域と、
(g1)前記半導体基板内に形成され、前記第1メモリゲート電極の前記第1サイドウォール絶縁膜が形成されている側壁側に整合して形成された第1ソース領域とを有し、
前記第2メモリセルは、
(a2)前記半導体基板上に形成された第2ゲート絶縁膜と、
(b2)前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2コントロールゲート電極と、
(c2)前記第2コントロールゲート電極の片側の側壁に形成された第2メモリゲート電極と、
(d2)前記第2コントロールゲート電極と前記第2メモリゲート電極の間、および、前記第2メモリゲート電極と前記半導体基板の間に形成された第2積層絶縁膜と、
(e2)前記第2メモリゲート電極の側壁に形成された第2サイドウォール絶縁膜と、
(f2)前記半導体基板内に形成され、前記第2コントロールゲート電極の前記第2メモリゲート電極が形成されていない側壁側に整合して形成された第2ドレイン領域と、
(g2)前記半導体基板内に形成され、前記第2メモリゲート電極の前記第2サイドウォール絶縁膜が形成されている側壁側に整合して形成された第2ソース領域とを有し、
前記第1ソース領域と前記第2ソース領域は共通ソース領域となっている不揮発性半導体記憶装置であって、
前記共通ソース領域と電気的に接続するように前記半導体基板上に形成され、かつ、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜に接するように形成されたソース配線とを備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A first memory cell and a second memory cell adjacent to each other;
The first memory cell includes
(A1) a first gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
(B1) a first control gate electrode formed on the first gate insulating film;
(C1) a first memory gate electrode formed on one side wall of the first control gate electrode;
(D1) a first stacked insulating film formed between the first control gate electrode and the first memory gate electrode and between the first memory gate electrode and the semiconductor substrate;
(E1) a first sidewall insulating film formed on a sidewall of the first memory gate electrode;
(F1) a first drain region formed in the semiconductor substrate and formed in alignment with a side wall of the first control gate electrode where the first memory gate electrode is not formed;
(G1) a first source region formed in the semiconductor substrate and formed in alignment with a side wall of the first memory gate electrode on which the first sidewall insulating film is formed;
The second memory cell includes
(A2) a second gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
(B2) a second control gate electrode formed on the second gate insulating film;
(C2) a second memory gate electrode formed on one side wall of the second control gate electrode;
(D2) a second stacked insulating film formed between the second control gate electrode and the second memory gate electrode and between the second memory gate electrode and the semiconductor substrate;
(E2) a second sidewall insulating film formed on a sidewall of the second memory gate electrode;
(F2) a second drain region formed in the semiconductor substrate and formed in alignment with the side wall of the second control gate electrode where the second memory gate electrode is not formed;
(G2) a second source region formed in the semiconductor substrate and formed in alignment with a side wall of the second memory gate electrode on which the second sidewall insulating film is formed,
The first source region and the second source region are non-volatile semiconductor memory devices that are common source regions,
A source wiring formed on the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the common source region, and formed so as to be in contact with the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film; A non-volatile semiconductor memory device.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記ソース配線は、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜に整合するように形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the source wiring is formed to match the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1メモリゲート電極および前記第2メモリゲート電極は、サイドウォール形状をしていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the first memory gate electrode and the second memory gate electrode have a sidewall shape.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1コントロールゲート電極、前記第1メモリゲート電極、前記第2コントロールゲート電極、前記第2メモリゲート電極および前記ソース配線の表面には、シリサイド膜が形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
A nonvolatile film characterized in that a silicide film is formed on surfaces of the first control gate electrode, the first memory gate electrode, the second control gate electrode, the second memory gate electrode, and the source wiring. Semiconductor memory device.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1コントロールゲート電極および前記第2コントロールゲート電極は、サイドウォール形状をしていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the first control gate electrode and the second control gate electrode have a sidewall shape.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1積層絶縁膜および前記第2積層絶縁膜は、第1電位障壁膜と、前記第1電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、前記電荷蓄積膜上に形成された第2電位障壁膜から形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The first stacked insulating film and the second stacked insulating film include a first potential barrier film, a charge storage film formed on the first potential barrier film, and a second potential formed on the charge storage film. A non-volatile semiconductor memory device, comprising a barrier film.
請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1メモリセルあるいは前記第2メモリセルは、ソースサイドインジェクション方式で発生したホットエレクトロンを前記電荷蓄積膜に注入することで書き込み動作を行なうことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the first memory cell or the second memory cell performs a write operation by injecting hot electrons generated by a source side injection method into the charge storage film.
請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1メモリセルあるいは前記第2メモリセルは、バンド間トンネリング現象で発生したホットホールを前記電荷蓄積膜に注入することで消去動作を行なうことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6,
The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the first memory cell or the second memory cell performs an erasing operation by injecting hot holes generated by a band-to-band tunneling phenomenon into the charge storage film.
請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1電位障壁膜と前記第2電位障壁膜は酸化シリコン膜から形成され、前記電荷蓄積膜は窒化シリコン膜から形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6,
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first potential barrier film and the second potential barrier film are formed of a silicon oxide film, and the charge storage film is formed of a silicon nitride film.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記ソース配線はポリシリコン膜を含んでいることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the source wiring includes a polysilicon film.
請求項10記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1コントロールゲート電極、前記第1メモリゲート電極、前記第2コントロールゲート電極および前記第2メモリゲート電極はポリシリコン膜を含んでいることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10,
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first control gate electrode, the first memory gate electrode, the second control gate electrode, and the second memory gate electrode include a polysilicon film.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記半導体基板内には前記第1ドレイン領域、前記第2ドレイン領域および前記共通ソース領域が形成されるアクティブ領域と、
前記半導体基板内に形成される素子分離領域が形成されており、
前記アクティブ領域と前記素子分離領域とは互いに隣り合う状態で並行して第1方向に延在していることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
An active region in which the first drain region, the second drain region, and the common source region are formed in the semiconductor substrate;
An element isolation region formed in the semiconductor substrate is formed,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the active region and the element isolation region extend in the first direction in parallel while being adjacent to each other.
請求項12記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記第1コントロールゲート電極、前記第1メモリゲート電極、前記第2コントロールゲート電極、前記第2メモリゲート電極および前記ソース配線は、前記第1方向と交差する第2方向に延在していることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 12,
The first control gate electrode, the first memory gate electrode, the second control gate electrode, the second memory gate electrode, and the source line extend in a second direction that intersects the first direction. A non-volatile semiconductor memory device.
請求項13記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記アクティブ領域と前記素子分離領域は複数存在し、
複数の前記アクティブ領域と複数の前記素子分離領域は、前記半導体基板内にストライプ状に形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 13,
There are a plurality of the active region and the element isolation region,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the plurality of active regions and the plurality of element isolation regions are formed in stripes in the semiconductor substrate.
請求項14記載の不揮発性半導体記憶装置であって、
前記素子分離領域は、前記半導体基板に形成された溝に絶縁膜を埋め込むことにより形成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 14,
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the element isolation region is formed by embedding an insulating film in a groove formed in the semiconductor substrate.
(a)半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、
(b)前記半導体基板内にウェルを形成する工程と、
(c)前記半導体基板上に第1ダミー絶縁膜および第2ダミー絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第1ダミー絶縁膜の側壁において前記ゲート絶縁膜からなる第1ゲート絶縁膜を介した前記半導体基板上に第1コントロールゲート電極を形成し、前記第2ダミー絶縁膜の側壁において前記ゲート絶縁膜からなる第2ゲート絶縁膜を介した前記半導体基板上に第2コントロールゲート電極を形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1ダミー絶縁膜および前記第2ダミー絶縁膜を除去する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記半導体基板上に積層絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記(g)工程後、前記第1コントロールゲート電極の側壁および前記半導体基板上において前記積層絶縁膜からなる第1積層絶縁膜を介して第1メモリゲート電極を形成し、前記第2コントロールゲート電極の側壁および前記半導体基板上において前記積層絶縁膜からなる第2積層絶縁膜を介して第2メモリゲート電極を形成する工程と、
(i)前記(h)工程後、前記第1メモリゲート電極と前記第2メモリゲート電極で挟まれた前記半導体基板内に浅い第1半導体領域を形成する工程と、
(j)前記(i)工程後、前記第1メモリゲート電極の側壁に第1サイドウォール絶縁膜を形成し、前記第2メモリゲート電極の側壁に第2サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
(k)前記(j)工程後、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜で挟まれた前記半導体基板内に深い第1半導体領域を形成し、前記浅い第1半導体領域と前記深い第1半導体領域からなる共通ソース領域を形成する工程と、
(l)前記(k)工程後、前記共通ソース領域と電気的に接続するように前記半導体基板上であって、かつ、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜に接するようにソース配線を形成する工程と、
(m)前記(l)工程後、前記第1コントロールゲート電極の側壁に整合して前記半導体基板内に第1ドレイン領域を形成し、かつ、前記第2コントロールゲート電極の側壁に整合して前記半導体基板内に第2ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
(A) forming an element isolation region in a semiconductor substrate;
(B) forming a well in the semiconductor substrate;
(C) forming a first dummy insulating film and a second dummy insulating film on the semiconductor substrate;
(D) after the step (c), forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(E) After the step (d), a first control gate electrode is formed on the semiconductor substrate via the first gate insulating film made of the gate insulating film on the side wall of the first dummy insulating film, and the second Forming a second control gate electrode on the semiconductor substrate via a second gate insulating film made of the gate insulating film on the side wall of the dummy insulating film;
(F) After the step (e), a step of removing the first dummy insulating film and the second dummy insulating film;
(G) After the step (f), a step of forming a laminated insulating film on the semiconductor substrate;
(H) After the step (g), a first memory gate electrode is formed on a sidewall of the first control gate electrode and on the semiconductor substrate via a first stacked insulating film made of the stacked insulating film, and the second memory gate electrode is formed. Forming a second memory gate electrode on the side wall of the control gate electrode and the semiconductor substrate via the second laminated insulating film made of the laminated insulating film;
(I) after the step (h), forming a shallow first semiconductor region in the semiconductor substrate sandwiched between the first memory gate electrode and the second memory gate electrode;
(J) after the step (i), forming a first sidewall insulating film on the sidewall of the first memory gate electrode, and forming a second sidewall insulating film on the sidewall of the second memory gate electrode;
(K) After the step (j), a deep first semiconductor region is formed in the semiconductor substrate sandwiched between the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film, and the shallow first semiconductor region Forming a common source region comprising the deep first semiconductor region;
(L) After the step (k), on the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the common source region and to be in contact with the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film. Forming a source wiring in
(M) After the step (l), a first drain region is formed in the semiconductor substrate in alignment with the side wall of the first control gate electrode, and in alignment with the side wall of the second control gate electrode. Forming a second drain region in the semiconductor substrate. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
請求項16記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記第1コントロールゲート電極および前記第2コントロールゲート電極はサイドウォール形状をしていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 16,
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first control gate electrode and the second control gate electrode have sidewall shapes.
請求項17記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記第1メモリゲート電極および前記第2メモリゲート電極はサイドウォール形状をしていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 17,
The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first memory gate electrode and the second memory gate electrode have a sidewall shape.
請求項16記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記積層絶縁膜は、第1酸化シリコン膜と、前記第1酸化シリコン膜上に形成された窒化シリコン膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された第2酸化シリコン膜からなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 16,
The laminated insulating film includes a first silicon oxide film, a silicon nitride film formed on the first silicon oxide film, and a second silicon oxide film formed on the silicon nitride film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
(a)半導体基板に素子分離領域を形成する工程と、
(b)前記半導体基板内にウェルを形成する工程と、
(c)前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜からなる第1ゲート絶縁膜を介して第1コントロールゲート電極を形成し、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜からなる第2ゲート絶縁膜を介して第2コントロールゲート電極を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記半導体基板上に積層絶縁膜を形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1コントロールゲート電極の側壁および前記半導体基板上において前記積層絶縁膜からなる第1積層絶縁膜を介して第1メモリゲート電極を形成し、前記第2コントロールゲート電極の側壁および前記半導体基板上において前記積層絶縁膜からなる第2積層絶縁膜を介して第2メモリゲート電極を形成する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記第1メモリゲート電極と前記第2メモリゲート電極で挟まれた前記半導体基板内に浅い第1半導体領域を形成する工程と、
(h)前記(g)工程後、前記第1メモリゲート電極の側壁に第1サイドウォール絶縁膜を形成し、前記第2メモリゲート電極の側壁に第2サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
(i)前記(h)工程後、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜で挟まれた前記半導体基板内に深い第1半導体領域を形成し、前記浅い第1半導体領域と前記深い第1半導体領域からなる共通ソース領域を形成する工程と、
(j)前記(i)工程後、前記共通ソース領域と電気的に接続するように前記半導体基板上であって、かつ、前記第1サイドウォール絶縁膜と前記第2サイドウォール絶縁膜に接するようにソース配線を形成する工程と、
(k)前記(j)工程後、前記第1コントロールゲート電極の側壁に整合して前記半導体基板内に第1ドレイン領域を形成し、かつ、前記第2コントロールゲート電極の側壁に整合して前記半導体基板内に第2ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
(A) forming an element isolation region in a semiconductor substrate;
(B) forming a well in the semiconductor substrate;
(C) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(D) After the step (c), a first control gate electrode is formed on the semiconductor substrate via a first gate insulating film made of the gate insulating film, and the first insulating film made of the gate insulating film is formed on the semiconductor substrate. Forming a second control gate electrode through a two-gate insulating film;
(E) after the step (d), a step of forming a laminated insulating film on the semiconductor substrate;
(F) After the step (e), a first memory gate electrode is formed on a sidewall of the first control gate electrode and on the semiconductor substrate via a first stacked insulating film made of the stacked insulating film, and the second memory gate electrode is formed. Forming a second memory gate electrode on the side wall of the control gate electrode and the semiconductor substrate via the second laminated insulating film made of the laminated insulating film;
(G) after the step (f), forming a shallow first semiconductor region in the semiconductor substrate sandwiched between the first memory gate electrode and the second memory gate electrode;
(H) After the step (g), forming a first sidewall insulating film on the sidewall of the first memory gate electrode and forming a second sidewall insulating film on the sidewall of the second memory gate electrode;
(I) After the step (h), a deep first semiconductor region is formed in the semiconductor substrate sandwiched between the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film, and the shallow first semiconductor region Forming a common source region comprising the deep first semiconductor region;
(J) After the step (i), on the semiconductor substrate so as to be electrically connected to the common source region, and in contact with the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film. Forming a source wiring in
(K) After the step (j), a first drain region is formed in the semiconductor substrate in alignment with the side wall of the first control gate electrode, and in alignment with the side wall of the second control gate electrode Forming a second drain region in the semiconductor substrate. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
請求項20記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記第1メモリゲート電極および前記第2メモリゲート電極はサイドウォール形状をしていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20,
The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first memory gate electrode and the second memory gate electrode have a sidewall shape.
請求項20記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
前記積層絶縁膜は、第1酸化シリコン膜と、前記第1酸化シリコン膜上に形成された窒化シリコン膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された第2酸化シリコン膜からなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20,
The laminated insulating film includes a first silicon oxide film, a silicon nitride film formed on the first silicon oxide film, and a second silicon oxide film formed on the silicon nitride film. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
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