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JP2014078661A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2014078661A
JP2014078661A JP2012226845A JP2012226845A JP2014078661A JP 2014078661 A JP2014078661 A JP 2014078661A JP 2012226845 A JP2012226845 A JP 2012226845A JP 2012226845 A JP2012226845 A JP 2012226845A JP 2014078661 A JP2014078661 A JP 2014078661A
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JP
Japan
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film
semiconductor substrate
gate electrode
polysilicon
insulating film
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Application number
JP2012226845A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Kikuchi
武 菊地
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】容量素子を有する半導体装置の信頼性の向上を実現する。
【解決手段】半導体基板SBの主面に沿う第2方向に延在し、互いにONO膜MFを介して絶縁されたポリシリコン膜P1、P2を、第2方向に直交する第1方向に交互に複数並べて配置することで、ポリシリコン膜P1、P2からなる容量素子CPDを形成する。第1方向において隣り合うポリシリコン膜P1同士の間にポリシリコン膜P2を埋め込み、ポリシリコン膜P1、P2上に、容量素子CPDを構成する他の導体膜を形成しないことで、容量素子CPDと他の半導体素子との高さを揃える。
【選択図】図2
An object of the present invention is to improve the reliability of a semiconductor device having a capacitor.
Polysilicon films P1 and P2 extending in a second direction along a main surface of a semiconductor substrate SB and insulated from each other via an ONO film MF are alternately arranged in a first direction orthogonal to the second direction. A capacitor element CPD composed of the polysilicon films P1 and P2 is formed by arranging a plurality of them side by side. By embedding a polysilicon film P2 between the polysilicon films P1 adjacent in the first direction and not forming other conductor films constituting the capacitor element CPD on the polysilicon films P1 and P2, the capacitor element CPD and Align the height with other semiconductor elements.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、容量素子を有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having a capacitive element.

発振回路の負荷容量などとして用いられる素子として、導体膜同士の間に絶縁膜を介在させた構造を有する容量素子がある。容量素子の構造としては、半導体基板の主面に対して垂直な方向において、ポリシリコン膜上に絶縁膜を介して他のポリシリコン膜を積層したPIP(Poly-Insulator-Poly)容量素子が知られている。   As an element used as a load capacitor of an oscillation circuit, there is a capacitive element having a structure in which an insulating film is interposed between conductor films. As a structure of the capacitive element, there is known a PIP (Poly-Insulator-Poly) capacitive element in which another polysilicon film is laminated on a polysilicon film through an insulating film in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate. It has been.

また、不揮発性メモリの一つとして、FET(Field Effect Transistor)の構造を有し、ゲート電極と基板との間に形成されたONO(Oxide Nitride Oxide)膜に電荷を蓄積することで情報を記憶するMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)メモリが知られている。また、MONOSメモリには、メモリセルの選択用に用いられる選択ゲート電極と、当該選択ゲートに絶縁膜を介して隣接して形成され、情報の記憶用に用いられるメモリゲート電極とを有する、スプリットゲート型の不揮発性メモリがある。   In addition, as one of the non-volatile memories, it has a FET (Field Effect Transistor) structure and stores information by accumulating charges in an ONO (Oxide Nitride Oxide) film formed between the gate electrode and the substrate. MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) memory is known. The MONOS memory has a split gate having a select gate electrode used for selecting a memory cell and a memory gate electrode formed adjacent to the select gate via an insulating film and used for storing information. There is a gate type non-volatile memory.

特許文献1(特開平5−226662号公報)には、半導体基板上に並べた二つのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)からなる不揮発性記憶装置を形成することが記載されている。ここでは、半導体基板上に二つのゲート電極を形成した後、それらのゲート電極同士の間に絶縁膜を埋め込むことが記載されている。ただし、このような構造を容量素子に用いることは示唆されておらず、また、上記二つのゲート電極のうち一方はフローティングゲートであるため、上記構造を容量素子として用いることはできない。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-22662) describes forming a nonvolatile memory device composed of two MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) arranged on a semiconductor substrate. Here, it is described that after two gate electrodes are formed on a semiconductor substrate, an insulating film is embedded between the gate electrodes. However, it is not suggested to use such a structure for a capacitor element, and since one of the two gate electrodes is a floating gate, the structure cannot be used as a capacitor element.

特許文献2(特開平6−232407号公報)には、二つのMOSFETを直列に接続して一つのMOSFETの機能を持たせることが記載されている。ここでは、半導体基板上に二つのゲート電極を形成した後、それらのゲート電極同士の間に絶縁膜を埋め込むことが記載されている。ただし、ゲート電極間に絶縁膜を埋め込む場合、当該ゲート電極間の距離をある程度大きくする必要があるため、特許文献2に記載の方法で形成した構造を容量素子に応用したとしてもその容量は小さいものとなる。   Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-232407) describes that two MOSFETs are connected in series to have the function of one MOSFET. Here, it is described that after two gate electrodes are formed on a semiconductor substrate, an insulating film is embedded between the gate electrodes. However, when an insulating film is embedded between the gate electrodes, the distance between the gate electrodes needs to be increased to some extent. Therefore, even if the structure formed by the method described in Patent Document 2 is applied to a capacitor, the capacitance is small. It will be a thing.

特開平5−226662号公報JP-A-5-226661 特開平6−232407号公報JP-A-6-232407

半導体基板上には、容量素子の他に、FETまたは不揮発性メモリなどの半導体素子を形成することが考えられる。しかし、これらの複数の種類の素子を同一基板上に混載しようとすると、容量素子と、その他のFETなどの素子との高さの差に起因して、これらの素子を覆う層間膜の上面の平坦化が困難になり、リソグラフィの精度の悪化などの問題が生じる。   On the semiconductor substrate, it is conceivable to form a semiconductor element such as an FET or a nonvolatile memory in addition to the capacitor element. However, when these multiple types of elements are mixedly mounted on the same substrate, due to the difference in height between the capacitive element and other elements such as FETs, Planarization becomes difficult, and problems such as deterioration of lithography accuracy occur.

その他の課題と新規な特徴は、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。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、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 embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

一実施の形態である半導体装置は、半導体基板の主面に沿って延在し、互いに絶縁されて隣り合う複数の導体膜により容量素子を構成するものである。   A semiconductor device according to an embodiment is configured such that a capacitive element is formed by a plurality of conductive films that extend along a main surface of a semiconductor substrate and are insulated from each other.

本願において開示される一実施の形態によれば、同一基板上の素子同士の高さを揃えることができ、高さの差に起因するプロセス上の様々な問題を回避でき、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to one embodiment disclosed in the present application, the heights of elements on the same substrate can be made uniform, various problems in the process due to the difference in height can be avoided, and as a result, the reliability of the semiconductor device can be avoided. Can be improved.

本発明の一実施の形態である半導体装置を示す平面レイアウトである。1 is a plan layout showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施の形態である半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図3に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 3. 図4に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 4. 図5に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8. 図9に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 11; 本発明の一実施の形態である半導体装置の変形例を示す平面レイアウトである。It is a plane layout which shows the modification of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置の変形例を示す平面レイアウトである。It is a plane layout which shows the modification of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置の変形例を示す平面レイアウトである。It is a plane layout which shows the modification of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 比較例である半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which is a comparative example. 比較例である半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is a comparative example. 図18に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 18;

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見やすくするために部分的にハッチングを付す場合がある。   In the drawings used in the following embodiments, even a plan view may be partially hatched to make the drawings easy to see.

なお、本願でいう高さとは、半導体基板の主面に対して垂直な方向において、半導体基板の主面から、対象の膜または素子の上面までの距離をいうものである。   Note that the height in the present application refers to the distance from the main surface of the semiconductor substrate to the upper surface of the target film or element in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate.

本実施の形態の半導体装置は、半導体基板上に形成する容量素子の高さを、他の半導体素子の高さと揃えることにより、半導体装置の信頼性を向上させるものである。   In the semiconductor device of this embodiment, the reliability of a semiconductor device is improved by aligning the height of a capacitor formed over a semiconductor substrate with the height of another semiconductor element.

以下に、本実施の形態の半導体装置の構造を、図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置を示す平面レイアウトであり、図2は、本実施の形態の半導体装置を示す断面図である。図2の中央に示す容量素子を形成した領域の図は、図1のA−A線における断面図である。   The structure of the semiconductor device of this embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan layout showing the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of this embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1.

図1には、半導体基板(図示しない)上に配置され、半導体基板の主面に沿う第2方向に延在する複数のポリシリコン膜P1(第1導体膜)、および第2方向に延在する複数のポリシリコン膜P2(第2導体膜)からなる容量素子CPDの平面レイアウトを示している。図1に示すように、第2方向に直交する方向であって、半導体基板の主面に沿う第1方向において、ポリシリコン膜P1、P2は交互に並んで配置されている。つまり、第1方向において、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間にポリシリコン膜P2が配置されており、隣り合うポリシリコン膜P2同士の間にポリシリコン膜P1が配置されている。   In FIG. 1, a plurality of polysilicon films P1 (first conductor films) disposed on a semiconductor substrate (not shown) and extending in the second direction along the main surface of the semiconductor substrate, and extending in the second direction. 2 shows a planar layout of a capacitive element CPD composed of a plurality of polysilicon films P2 (second conductor films). As shown in FIG. 1, the polysilicon films P <b> 1 and P <b> 2 are alternately arranged in a direction orthogonal to the second direction and in the first direction along the main surface of the semiconductor substrate. That is, in the first direction, the polysilicon film P2 is disposed between the adjacent polysilicon films P1, and the polysilicon film P1 is disposed between the adjacent polysilicon films P2.

対向するポリシリコン膜P1の側壁およびポリシリコン膜P2の側壁の間には、ポリシリコン膜P1側から順にポリシリコン膜P2側に向かって酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を積層した積層膜であるONO膜(第1ONO膜)MFが形成されている。なお、図1にはONO膜MFの形状を示していない。   A laminate in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are stacked in this order from the polysilicon film P1 side to the polysilicon film P2 side between the side walls of the opposing polysilicon film P1 and the polysilicon film P2. An ONO film (first ONO film) MF, which is a film, is formed. Note that FIG. 1 does not show the shape of the ONO film MF.

ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上面には、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれに所定の電位を供給するための導電体であるコンタクトプラグCPが接続されている。コンタクトプラグCPは、例えば主にW(タングステン)膜からなる。コンタクトプラグCPは、ここではポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの長手方向(第2方向)の一方の端部の上面に電気的に接続されている。   A contact plug CP, which is a conductor for supplying a predetermined potential to each of the polysilicon films P1 and P2, is connected to the upper surface of each of the polysilicon films P1 and P2. The contact plug CP is mainly made of, for example, a W (tungsten) film. Here, the contact plug CP is electrically connected to the upper surface of one end in the longitudinal direction (second direction) of each of the polysilicon films P1 and P2.

また、半導体基板(図示しない)に電位を供給するためのコンタクトプラグが、第1方向において容量素子CPDの横に設けられている。ただし図1には、図2に示すコンタクトプラグCPであって、第1方向において容量素子CPDの横に設けられ、半導体基板SBに電気的に接続されたコンタクトプラグCPを示していない。   In addition, a contact plug for supplying a potential to a semiconductor substrate (not shown) is provided beside the capacitive element CPD in the first direction. However, FIG. 1 does not show the contact plug CP shown in FIG. 2 that is provided beside the capacitive element CPD in the first direction and is electrically connected to the semiconductor substrate SB.

図1および図2に示すように、容量素子CPDの第1方向における端部のポリシリコン膜P2は、ポリシリコン膜P1の側壁にONO膜MFを介してサイドウォール状に形成された膜であり、他のポリシリコン膜P2よりも第1方向における幅が狭い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the polysilicon film P2 at the end of the capacitive element CPD in the first direction is a film formed in a sidewall shape on the sidewall of the polysilicon film P1 via the ONO film MF. The width in the first direction is narrower than other polysilicon films P2.

図2に示す断面図では、図の左側にMONOSメモリQ1を形成した領域を示し、図の中央に容量素子CPDを形成した領域を示し、図の右側にnチャネル型の低耐圧MOSFETQ2を形成した領域を示している。MONOSメモリQ1、容量素子CPDおよび低耐圧MOSFETQ2はいずれも同一の半導体基板SB上に設けられた半導体素子である。半導体基板SBは、例えば単結晶シリコンからなる。なお、MONOSメモリQ1および低耐圧MOSFETQ2は、半導体基板SBの上面にp型の不純物(例えばB(ホウ素))が打ち込まれて形成されたp型のウエル上に形成されている。また、容量素子CPDは、半導体基板SBの上面にn型の不純物(例えばヒ素(As))が打ち込まれて形成されたn型のウエル上に形成されている。   In the cross-sectional view shown in FIG. 2, the region where the MONOS memory Q1 is formed is shown on the left side of the drawing, the region where the capacitive element CPD is formed is shown in the center of the drawing, and the n-channel type low breakdown voltage MOSFET Q2 is formed on the right side of the drawing. Indicates the area. The MONOS memory Q1, the capacitive element CPD, and the low breakdown voltage MOSFET Q2 are all semiconductor elements provided on the same semiconductor substrate SB. The semiconductor substrate SB is made of, for example, single crystal silicon. The MONOS memory Q1 and the low breakdown voltage MOSFET Q2 are formed on a p-type well formed by implanting a p-type impurity (for example, B (boron)) on the upper surface of the semiconductor substrate SB. The capacitive element CPD is formed on an n-type well formed by implanting an n-type impurity (for example, arsenic (As)) on the upper surface of the semiconductor substrate SB.

まず、図2の左側に示すMONOSメモリQ1について説明する。図2の左側の断面図において、半導体基板SB上には、ゲート絶縁膜GF1を介してコントロールゲート電極CGが形成されている。コントロールゲート電極CGの両側の側壁には、ONO膜(第2ONO膜)MFを介して、メモリゲート電極MGが形成されている。メモリゲート電極MGは自己整合的に形成され、サイドウォール状の形状を有している。メモリゲート電極MGの直下には、半導体基板SBとの間にONO膜MFが介在しており、メモリゲート電極MGおよび半導体基板SB間、ならびにメモリゲート電極MGおよびコントロールゲート電極CG間のそれぞれに形成されたONO膜MFは、一体となって連続的に形成されている。つまり、ONO膜MFはメモリゲート電極MGの側壁および底面を覆うように形成され、その断面形状はL字型となっている。   First, the MONOS memory Q1 shown on the left side of FIG. 2 will be described. In the left sectional view of FIG. 2, a control gate electrode CG is formed on the semiconductor substrate SB via a gate insulating film GF1. Memory gate electrodes MG are formed on the sidewalls on both sides of the control gate electrode CG via an ONO film (second ONO film) MF. The memory gate electrode MG is formed in a self-aligned manner and has a sidewall shape. An ONO film MF is interposed between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate SB, and is formed between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate SB, and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The ONO film MF thus formed is integrally formed continuously. That is, the ONO film MF is formed so as to cover the side wall and the bottom surface of the memory gate electrode MG, and its cross-sectional shape is L-shaped.

ONO膜MFは半導体基板SBの上面から上方に向かって酸化シリコン膜(第1酸化シリコン膜)X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜(第2酸化シリコン膜)X2を順に形成した積層膜からなる。したがって、互いに隣接するメモリゲート電極MGおよびコントロールゲート電極CG間においては、コントロールゲート電極CG側からメモリゲート電極MG側に向かって順に酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2が形成されている。メモリゲート電極MGの側壁であって、コントロールゲート電極CGと隣接しない方の側壁には、サイドウォールSWが自己整合的に形成されている。酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2のそれぞれの膜厚は、例えば6nmである。また、第1方向におけるメモリゲート電極MGの幅は、例えば50nmである。   The ONO film MF is composed of a laminated film in which a silicon oxide film (first silicon oxide film) X1, a silicon nitride film N1, and a silicon oxide film (second silicon oxide film) X2 are formed in this order from the upper surface of the semiconductor substrate SB. . Accordingly, between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG adjacent to each other, the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 are formed in order from the control gate electrode CG side to the memory gate electrode MG side. ing. A side wall SW is formed in a self-aligned manner on the side wall of the memory gate electrode MG that is not adjacent to the control gate electrode CG. Each film thickness of the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 is, for example, 6 nm. Further, the width of the memory gate electrode MG in the first direction is, for example, 50 nm.

ゲート絶縁膜GF1は、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜である。コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、例えばポリシリコン膜からなる。窒化シリコン膜N1は、MONOSメモリQ1を動作させる際に、電荷蓄積膜として機能する絶縁膜である。サイドウォールSWは、例えば酸化シリコン膜を含む絶縁膜である。   The gate insulating film GF1 is an insulating film made of, for example, a silicon oxide film. The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are made of, for example, a polysilicon film. The silicon nitride film N1 is an insulating film that functions as a charge storage film when the MONOS memory Q1 is operated. The sidewall SW is an insulating film including, for example, a silicon oxide film.

メモリゲート電極MGの直下およびコントロールゲート電極CGの直下の半導体基板SBの上面は、MONOSメモリQ1の動作時にチャネル領域となる領域であり、半導体基板SBの主面には、第1方向(図2の断面および半導体基板SBの主面に沿う方向)において当該チャネル領域を挟むように一対のソース・ドレイン領域が形成されている。一対のソース・ドレイン領域のそれぞれは、例えばヒ素(As)が打ち込まれたn型の半導体層であるエクステンション領域EXと、例えばヒ素(As)がエクステンション領域EXよりも高い濃度で打ち込まれた半導体層である拡散層DFとからなる。エクステンション領域EXは拡散層DFよりも上記チャネル領域に近い領域に、拡散層DFよりも浅い接合深さで形成されている。   The upper surface of the semiconductor substrate SB immediately below the memory gate electrode MG and immediately below the control gate electrode CG is a region that becomes a channel region during the operation of the MONOS memory Q1, and the main surface of the semiconductor substrate SB has a first direction (FIG. 2). A pair of source / drain regions are formed so as to sandwich the channel region in a direction along the main surface of the semiconductor substrate SB. Each of the pair of source / drain regions includes an extension region EX which is an n-type semiconductor layer into which arsenic (As) is implanted, for example, and a semiconductor layer into which arsenic (As) is implanted at a higher concentration than the extension region EX, for example. And a diffusion layer DF. The extension region EX is formed in a region closer to the channel region than the diffusion layer DF with a junction depth shallower than that of the diffusion layer DF.

このように、ソース・ドレイン領域は、不純物濃度が比較的高い拡散層DFと、不純物濃度が拡散層DFよりも低いエクステンション領域EXとを有するLDD(Lightly Doped Drain)構造を有している。ここでは、エクステンション領域EXは、主にサイドウォールSWの直下の半導体基板SBの上面に形成され、拡散層DFはメモリゲート電極MG、コントロールゲート電極CG、ONO膜MFおよびサイドウォールSWから露出する半導体基板SBの上面に形成されている。   Thus, the source / drain region has an LDD (Lightly Doped Drain) structure having the diffusion layer DF having a relatively high impurity concentration and the extension region EX having a lower impurity concentration than the diffusion layer DF. Here, the extension region EX is mainly formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB immediately below the sidewall SW, and the diffusion layer DF is a semiconductor exposed from the memory gate electrode MG, the control gate electrode CG, the ONO film MF, and the sidewall SW. It is formed on the upper surface of the substrate SB.

MONOSメモリQ1は、記憶用のメモリゲート電極MG、選択用のコントロールゲート電極CG、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1およびソース・ドレイン領域を含み、電界効果トランジスタの形状を有するスプリットゲート型の不揮発性メモリである。MONOSメモリは、メモリゲート電極MGの直下の窒化シリコン膜N1中に電荷を蓄積することで情報を記憶することができる。窒化シリコン膜N1へ電荷を出し入れする方法には、以下の2通りがある。一つは、メモリゲート電極MGの下の窒化シリコン膜N1の全面に、トンネル電流で電子を出し入れすることにより書き込み、消去を行なう方法であり、もう一つはホットキャリアを用いる方法である。図2には、コントロールゲート電極CGの両側の側壁にメモリゲート電極MGを形成した構造を示しているが、情報として電荷を蓄積するONO膜MFは、コントロールゲート電極CGの一方の側壁のメモリゲート電極MGの直下のONO膜MFのみであってもよく、また、コントロールゲート電極CGの両方の側壁のメモリゲート電極MGの直下のONO膜MFのそれぞれであってもよい。   The MONOS memory Q1 includes a memory gate electrode MG for storage, a control gate electrode CG for selection, a silicon oxide film X1, a silicon nitride film N1, and a source / drain region, and is a split gate nonvolatile memory having the shape of a field effect transistor. Memory. The MONOS memory can store information by accumulating charges in the silicon nitride film N1 directly below the memory gate electrode MG. There are the following two methods for putting charge into and out of the silicon nitride film N1. One is a method of writing and erasing by putting electrons in and out with a tunnel current on the entire surface of the silicon nitride film N1 under the memory gate electrode MG, and the other is a method using hot carriers. FIG. 2 shows a structure in which the memory gate electrode MG is formed on the side walls on both sides of the control gate electrode CG. The ONO film MF for storing charges as information is formed on the memory gate on one side wall of the control gate electrode CG. It may be only the ONO film MF directly below the electrode MG, or may be each of the ONO film MF immediately below the memory gate electrode MG on both side walls of the control gate electrode CG.

次に、図2の中央に示す容量素子CPDについて説明する。図2の中央の断面図において、半導体基板SB上には、絶縁膜IF1を介して形成されたポリシリコン膜P1が、第1方向に複数並んで配置されている。また、半導体基板SB上には、ONO膜MFを介して形成されたポリシリコン膜P2が、第1方向に複数並んで配置されている。それぞれのポリシリコン膜P1は第2方向(図2の奥行き方向)に延在する膜であり、コントロールゲート電極CGおよび後述するゲート電極GEと同層の膜である。それぞれのポリシリコン膜P2は第2方向に延在する膜であり、メモリゲート電極MGと同層の膜である。また、MONOSメモリQ1に形成されたONO膜MFと、容量素子CPDに形成されたONO膜MFとは同層の膜である。   Next, the capacitive element CPD shown in the center of FIG. 2 will be described. In the central cross-sectional view of FIG. 2, a plurality of polysilicon films P1 formed via the insulating film IF1 are arranged side by side in the first direction on the semiconductor substrate SB. Further, a plurality of polysilicon films P2 formed via the ONO film MF are arranged side by side in the first direction on the semiconductor substrate SB. Each polysilicon film P1 is a film extending in the second direction (the depth direction in FIG. 2), and is a film in the same layer as the control gate electrode CG and a gate electrode GE described later. Each polysilicon film P2 is a film extending in the second direction, and is a film in the same layer as the memory gate electrode MG. The ONO film MF formed in the MONOS memory Q1 and the ONO film MF formed in the capacitor element CPD are the same layer.

ポリシリコン膜P1、P2は、図1を用いて説明したように、第1方向において交互に一つずつ配置されており、隣り合うポリシリコン膜P1、P2間にはONO膜MFが介在している。ONO膜MFは半導体基板SBの上面から上方に向かって酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2を順に形成した積層膜からなる。したがって、互いに隣接するポリシリコン膜P1、P2間においては、ポリシリコン膜P1側からポリシリコン膜P2側に向かって順に酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2が形成されている。   As described with reference to FIG. 1, the polysilicon films P1 and P2 are alternately arranged one by one in the first direction, and the ONO film MF is interposed between the adjacent polysilicon films P1 and P2. Yes. The ONO film MF is a laminated film in which a silicon oxide film X1, a silicon nitride film N1, and a silicon oxide film X2 are formed in this order from the upper surface of the semiconductor substrate SB. Accordingly, between the polysilicon films P1 and P2 adjacent to each other, a silicon oxide film X1, a silicon nitride film N1, and a silicon oxide film X2 are formed in order from the polysilicon film P1 side to the polysilicon film P2 side.

第1方向に交互に並び、ONO膜MFにより互いに絶縁されたポリシリコン膜P1、P2により容量素子CPDが構成されている。なお、後述するように、容量素子CPDは、半導体基板SBと、ポリシリコン膜P1またはP2のいずれか一方との間に容量を発生させることで、容量素子を構成することもできる。つまり、容量素子CPDは少なくとも半導体基板SBの上のポリシリコン膜P1、P2を有し、このポリシリコン膜P1、P2間に容量を発生させることで使用することができる素子であり、さらに、半導体基板SBとの間で容量を発生させることで、より大きな容量を得ることができる素子である。   Capacitance element CPD is constituted by polysilicon films P1 and P2 that are alternately arranged in the first direction and insulated from each other by ONO film MF. As will be described later, the capacitive element CPD can also constitute a capacitive element by generating a capacitance between the semiconductor substrate SB and the polysilicon film P1 or P2. That is, the capacitive element CPD has at least polysilicon films P1 and P2 on the semiconductor substrate SB, and is an element that can be used by generating a capacitance between the polysilicon films P1 and P2. It is an element that can obtain a larger capacitance by generating a capacitance with the substrate SB.

第1方向における容量素子の両端部には、自己整合的に形成されたサイドウォール状のポリシリコン膜P2が形成されている。後述するように、ポリシリコン膜P2およびメモリゲート電極MGは同一のポリシリコン膜を同一のエッチング工程により自己整合的に形成した同層の膜であるため、それぞれの形状は同様の形状となっている。   Sidewall-shaped polysilicon films P2 formed in a self-aligned manner are formed at both ends of the capacitive element in the first direction. As will be described later, since the polysilicon film P2 and the memory gate electrode MG are the same film formed by self-aligning the same polysilicon film by the same etching process, the shapes thereof are the same. Yes.

したがって、第1方向におけるメモリゲート電極MGの幅、すなわちメモリゲート電極MGのゲート長と、第1方向における容量素子の端部のサイドウォール状のポリシリコン膜P2の第1方向の幅とは、同一の大きさとなっている。上述したように第1方向におけるメモリゲート電極MGの幅は50nmである場合、同方向におけるサイドウォール状のポリシリコン膜P2の幅は50nmである。また、メモリゲート電極MGと同様に、容量素子CPDの端部のサイドウォール状のポリシリコン膜P2の底面と、当該ポリシリコン膜P2の側壁であってポリシリコン膜P1と隣接する方の側壁は、L字型の断面形状を有するONO膜MFにより連続的に覆われている。   Therefore, the width of the memory gate electrode MG in the first direction, that is, the gate length of the memory gate electrode MG, and the width in the first direction of the sidewall-shaped polysilicon film P2 at the end of the capacitive element in the first direction are: It is the same size. As described above, when the width of the memory gate electrode MG in the first direction is 50 nm, the width of the sidewall-like polysilicon film P2 in the same direction is 50 nm. Similarly to the memory gate electrode MG, the bottom surface of the sidewall-like polysilicon film P2 at the end of the capacitive element CPD and the side wall of the polysilicon film P2 adjacent to the polysilicon film P1 are The ONO film MF having an L-shaped cross-sectional shape is continuously covered.

また、上記サイドウォール状のポリシリコン膜P2以外のポリシリコン膜P2、すなわち第1方向における容量素子CPDの端部以外に形成されたポリシリコン膜P2は、隣り合うポリシリコン膜P1間を完全に埋めるように形成されており、第1方向に沿う断面において矩形の形状を有している。上記した矩形のポリシリコン膜P2と、当該ポリシリコン膜P2に隣り合うポリシリコン膜P1との間には、当該ポリシリコン膜P2の底面から連続的に形成されたONO膜MFが形成されている。したがって、二つのポリシリコン膜P1に挟まれたポリシリコン膜P2の両側の側壁および底面は、U字型の断面形状を有するONO膜MFにより覆われている。   In addition, the polysilicon film P2 other than the sidewall-like polysilicon film P2, that is, the polysilicon film P2 formed on the other side than the end of the capacitor element CPD in the first direction, is completely between the adjacent polysilicon films P1. It is formed so as to be buried, and has a rectangular shape in a cross section along the first direction. An ONO film MF formed continuously from the bottom surface of the polysilicon film P2 is formed between the rectangular polysilicon film P2 and the polysilicon film P1 adjacent to the polysilicon film P2. . Therefore, the side walls and the bottom surface of the polysilicon film P2 sandwiched between the two polysilicon films P1 are covered with the ONO film MF having a U-shaped cross-sectional shape.

複数のポリシリコン膜間を絶縁膜で隔てて容量素子を形成する場合、当該絶縁膜には例えば酸化シリコン膜を用いることが考えられるが、ここではONO膜MFを介在させてポリシリコン膜P1、P2を互いに絶縁させることにより、高耐圧かつ大容量の容量素子CPDを形成することを可能としている。つまり、ONO膜MFを構成する窒化シリコン膜N1は酸化シリコン膜よりも誘電率が高いため酸化膜換算膜厚(EOT:Equivalent Oxide Thickness)が小さい。よって、ONO膜MFの酸化膜換算膜厚を、酸化シリコン膜のみを絶縁膜に用いた場合と同じとすると、窒化シリコン膜N1の物理的な膜厚を大きくすることができる。このため、ポリシリコン膜P1、P2間をONO膜MFで絶縁することで、ポリシリコン膜P1、P2間の耐圧を高めることができ、かつ、容量素子CPDの容量が低下すること防ぐことができる。   When a capacitive element is formed by separating a plurality of polysilicon films with an insulating film, for example, a silicon oxide film may be used as the insulating film, but here, the polysilicon film P1, with an ONO film MF interposed therebetween, may be used. By insulating P2 from each other, it is possible to form a capacitive element CPD having a high breakdown voltage and a large capacity. That is, since the silicon nitride film N1 constituting the ONO film MF has a higher dielectric constant than the silicon oxide film, the equivalent oxide thickness (EOT) is small. Therefore, when the equivalent oxide thickness of the ONO film MF is the same as when only the silicon oxide film is used as the insulating film, the physical thickness of the silicon nitride film N1 can be increased. Therefore, by insulating the polysilicon films P1 and P2 with the ONO film MF, the breakdown voltage between the polysilicon films P1 and P2 can be increased, and the capacitance of the capacitive element CPD can be prevented from decreasing. .

具体的に、容量素子のポリシリコン間の絶縁に、膜厚が15nmの酸化シリコン膜のみを用いた場合と、それぞれ5nmの膜厚を有する酸化シリコン膜X1、X2および10nmの膜厚を有する窒化シリコン膜N1からなるONO膜MFを用いた場合とを比較してみる。このとき、それぞれの場合で酸化膜換算膜厚はほぼ同じであるため、容量素子の容量は変わらないが、物理的膜厚はONO膜MFの方が厚いため、ONO膜MFを用いた容量素子は高耐圧となる。   Specifically, only the silicon oxide film having a thickness of 15 nm is used for the insulation between the polysilicons of the capacitor element, and the silicon oxide films X1, X2 having a thickness of 5 nm and the nitride having a thickness of 10 nm, respectively. The case where the ONO film MF made of the silicon film N1 is used will be compared. At this time, since the equivalent oxide thickness is almost the same in each case, the capacitance of the capacitive element does not change, but since the physical thickness is larger in the ONO film MF, the capacitive element using the ONO film MF is used. Has a high breakdown voltage.

ここでは、ポリシリコン膜P1と、上記した矩形の断面形状を有するポリシリコン膜P2とのそれぞれの第1方向における幅は、例えば70〜80nmとする。隣り合うポリシリコン膜P1間に形成されたポリシリコン膜P2の第1方向の幅は、上記サイドウォール状のポリシリコン膜P2の第1方向における幅の2倍以下の大きさである。   Here, the width in the first direction of each of the polysilicon film P1 and the polysilicon film P2 having the above-described rectangular cross section is, for example, 70 to 80 nm. The width in the first direction of the polysilicon film P2 formed between the adjacent polysilicon films P1 is not more than twice the width in the first direction of the sidewall-like polysilicon film P2.

上記したサイドウォール状のポリシリコン膜P2の一方の側壁であって、ポリシリコン膜P1に隣接しない方の側壁には、サイドウォールSWが自己整合的に形成されている。サイドウォールSWは、例えば酸化シリコン膜を含む絶縁膜である。MONOSメモリQ1と同様に、容量素子CPDの横の半導体基板SBの上面には、エクステンション領域EXおよび拡散層DFが形成されている。エクステンション領域EXおよび拡散層DFはいずれもn型の半導体層であり、拡散層DFの方がエクステンション領域EXよりもn型の不純物(例えばAs(ヒ素))の濃度が高い。   A side wall SW is formed in a self-aligned manner on one side wall of the above-described side wall-like polysilicon film P2 that is not adjacent to the polysilicon film P1. The sidewall SW is an insulating film including, for example, a silicon oxide film. Similar to the MONOS memory Q1, an extension region EX and a diffusion layer DF are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB next to the capacitive element CPD. The extension region EX and the diffusion layer DF are both n-type semiconductor layers, and the diffusion layer DF has a higher concentration of n-type impurities (for example, As (arsenic)) than the extension region EX.

なお、容量素子CPDが形成されている領域の近傍の半導体基板SBの上面にはn型のウエルが形成されているため、MONOSメモリQ1と異なり、半導体基板SBの上面と、拡散層DFおよびエクステンション領域EXとの間にPN接合は形成されない。容量素子CPDが形成されている領域において、半導体基板SBの上面のウエルには、コンタクトプラグCP、シリサイド層S1、拡散層DFおよびエクステンション領域EXを介して電位が供給されることで、半導体基板SBと、ポリシリコン膜P1、P2のいずれか一方との間においても容量を発生させることができる。   Since an n-type well is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the vicinity of the region where the capacitive element CPD is formed, unlike the MONOS memory Q1, the upper surface of the semiconductor substrate SB, the diffusion layer DF, and the extension A PN junction is not formed between the region EX. In the region where the capacitive element CPD is formed, a potential is supplied to the well on the upper surface of the semiconductor substrate SB via the contact plug CP, the silicide layer S1, the diffusion layer DF, and the extension region EX, thereby the semiconductor substrate SB. And a capacitance can be generated between the polysilicon films P1 and P2.

容量素子CPDは、半導体基板SBの主面に沿う方向において、近接する複数の導体膜からなる横型の容量素子である。つまり、半導体基板SB上において、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの直上または直下に、容量素子CPDを構成する導体膜は形成されていない。このため容量素子CPDの高さは、MONOSメモリQ1および低耐圧MOSFETQ2のそれぞれの高さと同じである。   The capacitive element CPD is a lateral capacitive element composed of a plurality of conductor films adjacent to each other in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB. That is, on the semiconductor substrate SB, the conductor film constituting the capacitive element CPD is not formed immediately above or directly below the polysilicon films P1 and P2. For this reason, the height of the capacitive element CPD is the same as the height of each of the MONOS memory Q1 and the low breakdown voltage MOSFET Q2.

次に、図2の右側に示す低耐圧MOSFETQ2について説明する。図2の右側の断面図において、半導体基板SB上には、ゲート絶縁膜GF2を介してゲート電極GEが形成されている。低耐圧MOSFETQ2は、ONO膜MFおよびメモリゲート電極MGが無い点以外は、上述したMONOSメモリQ1と同様の構造を有している。つまり、ゲート電極GEの側壁にはサイドウォールSWを有しており、第1方向においてゲート電極GEの横の半導体基板SBの主面には、n型の半導体層である拡散層DFおよびエクステンション領域EXからなるソース・ドレイン領域が形成されている。   Next, the low voltage MOSFET Q2 shown on the right side of FIG. 2 will be described. In the cross-sectional view on the right side of FIG. 2, the gate electrode GE is formed on the semiconductor substrate SB via the gate insulating film GF2. The low breakdown voltage MOSFET Q2 has the same structure as the above-described MONOS memory Q1 except that the ONO film MF and the memory gate electrode MG are not provided. That is, the side wall of the gate electrode GE has a side wall SW, and the main surface of the semiconductor substrate SB next to the gate electrode GE in the first direction has an n-type semiconductor layer diffusion layer DF and extension region. Source / drain regions made of EX are formed.

低耐圧MOSFETQ2はゲート電極GEおよび上記ソース・ドレイン領域を含み、MONOSメモリQ1などの高耐圧素子よりも低い電圧で駆動する電界効果トランジスタである。例えば、低耐圧MOSFETQ2は、半導体装置のコア部のロジック回路、スイッチング回路などに用いられる。   The low breakdown voltage MOSFET Q2 is a field effect transistor that includes the gate electrode GE and the source / drain regions and is driven at a lower voltage than a high breakdown voltage element such as the MONOS memory Q1. For example, the low breakdown voltage MOSFET Q2 is used for a logic circuit, a switching circuit, or the like in the core portion of the semiconductor device.

コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ポリシリコン膜P1、P2、ゲート電極GEおよび拡散層DFのそれぞれの上面には、例えばCoSi(コバルトシリサイド)からなるシリサイド層S1が形成されている。また、半導体基板SB上には、MONOSメモリQ1、容量素子CPD、低耐圧MONOSメモリQ2およびシリサイド層S1を覆うように、エッチングストッパ膜ESおよび層間絶縁膜L1が形成されている。層間絶縁膜L1の上面は、MONOSメモリQ1、容量素子CPDおよび低耐圧MONOSメモリQ2のそれぞれの形成領域の上部において、平坦化された均一な高さを有している。すなわち、層間絶縁膜L1の上面と、半導体基板SBの主面との距離は、MONOSメモリQ1、容量素子CPDまたは低耐圧MONOSメモリQ2を形成したいずれの領域においても一定であり、層間絶縁膜L1の上面に凹凸または高低差は無い。   A silicide layer S1 made of, for example, CoSi (cobalt silicide) is formed on the respective upper surfaces of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the polysilicon films P1 and P2, the gate electrode GE, and the diffusion layer DF. On the semiconductor substrate SB, an etching stopper film ES and an interlayer insulating film L1 are formed so as to cover the MONOS memory Q1, the capacitive element CPD, the low breakdown voltage MONOS memory Q2, and the silicide layer S1. The upper surface of the interlayer insulating film L1 has a flattened and uniform height above the formation regions of the MONOS memory Q1, the capacitive element CPD, and the low breakdown voltage MONOS memory Q2. That is, the distance between the upper surface of the interlayer insulating film L1 and the main surface of the semiconductor substrate SB is constant in any region where the MONOS memory Q1, the capacitive element CPD, or the low breakdown voltage MONOS memory Q2 is formed, and the interlayer insulating film L1. There is no unevenness or height difference on the upper surface of the plate.

層間絶縁膜L1には、層間絶縁膜L1およびエッチングストッパ膜ESのそれぞれの上面から下面を貫通して、各シリサイド層S1の上面を露出するコンタクトホールが形成されている。複数のコンタクトホールのそれぞれの内部には、例えばTi(チタン)を含むバリア導体膜を介して、例えばW(タングステン)からなる主導体膜が形成され、当該バリア導体膜および主導体膜からなるコンタクトプラグCPが形成されている。コンタクトホールを完全に埋め込んでいるコンタクトプラグCPは、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ポリシリコン膜P1、P2、ゲート電極GEおよび拡散層DFのそれぞれに所定の電位を供給するために形成された導電体である。エッチングストッパ膜ESは例えば窒化シリコン膜からなり、層間絶縁膜L1は、例えば酸化シリコン膜からなる。   In the interlayer insulating film L1, contact holes are formed through the upper surface and lower surface of the interlayer insulating film L1 and the etching stopper film ES to expose the upper surface of each silicide layer S1. A main conductor film made of, for example, W (tungsten) is formed inside each of the plurality of contact holes via a barrier conductor film containing, for example, Ti (titanium), and the contact made of the barrier conductor film and the main conductor film. A plug CP is formed. The contact plug CP that completely fills the contact hole is formed to supply a predetermined potential to each of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the polysilicon films P1 and P2, the gate electrode GE, and the diffusion layer DF. Conductor. The etching stopper film ES is made of, for example, a silicon nitride film, and the interlayer insulating film L1 is made of, for example, a silicon oxide film.

層間絶縁膜L1上には、例えば酸化シリコン膜よりも誘電率が低いLow−k膜であるSiOC膜などからなる層間絶縁膜L2が形成されている。層間絶縁膜L2には、層間絶縁膜L2の上面から下面を貫通し、層間絶縁膜L1の上面およびコンタクトプラグCPの上面を露出する配線溝が複数形成されており、各配線溝内には、主にCu(銅)からなる配線W1が完全に埋め込まれて形成されている。   On the interlayer insulating film L1, an interlayer insulating film L2 made of, for example, a SiOC film which is a low-k film having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film is formed. The interlayer insulating film L2 includes a plurality of wiring grooves that penetrate from the upper surface to the lower surface of the interlayer insulating film L2 and expose the upper surface of the interlayer insulating film L1 and the upper surface of the contact plug CP. A wiring W1 mainly made of Cu (copper) is completely embedded.

配線W1は、上記配線溝の側壁および底面に形成された、例えばTa(タンタル)を含むバリア導体膜と、配線溝内に当該バリア導体膜を介して形成されたCu(銅)膜からなる、所謂シングルダマシン配線である。配線W1はその底部がコンタクトプラグCPに接続されており、コンタクトプラグCPを介して、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ポリシリコン膜P1、P2、ゲート電極GEおよび拡散層DFのそれぞれに所定の電位を供給する役割を有している。   The wiring W1 includes a barrier conductor film containing, for example, Ta (tantalum) formed on the side wall and bottom surface of the wiring groove, and a Cu (copper) film formed in the wiring groove via the barrier conductor film. This is so-called single damascene wiring. The bottom of the wiring W1 is connected to the contact plug CP, and is connected to the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the polysilicon films P1, P2, the gate electrode GE, and the diffusion layer DF via the contact plug CP. It has the role of supplying the potential.

なお、図2に示していない領域において、ポリシリコン膜P1、P2、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEのそれぞれの上部には、シリサイド層S1を介してコンタクトプラグCPおよび配線W1が形成されている。図示は省略しているが、配線W1上には、さらに複数の層間絶縁膜と、当該複数の層間絶縁膜のそれぞれに形成された溝内または孔内に埋め込まれた複数の配線を含む配線層が積層されている。本願では、層間絶縁膜L2および配線W1のように、層間絶縁膜および当該層間絶縁膜と同じ高さに形成された配線とを含む層を配線層と呼ぶ。配線層は、下地である層間絶縁膜L1の上面に沿って形成されている。   In a region not shown in FIG. 2, contact plugs CP and wirings W1 are formed on the polysilicon films P1, P2, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE via the silicide layer S1. Is formed. Although not shown, a wiring layer including a plurality of interlayer insulating films and a plurality of wirings embedded in grooves or holes formed in each of the plurality of interlayer insulating films on the wiring W1. Are stacked. In the present application, a layer including an interlayer insulating film and a wiring formed at the same height as the interlayer insulating film, such as the interlayer insulating film L2 and the wiring W1, is referred to as a wiring layer. The wiring layer is formed along the upper surface of the underlying interlayer insulating film L1.

以上に本実施の形態の半導体装置を説明したが、MONOSメモリQ1は上記のように、コントロールゲート電極CGの両側の側壁にメモリゲート電極MGを有する構造ではなく、コントロールゲート電極CGの両側の側壁のうち、一方の側壁に隣接するONO膜MFおよびメモリゲート電極MGが無い構造であってもよい。つまり図16を用いて後述するように、メモリゲート電極MGは、コントロールゲート電極CGの少なくとも一方の側壁にONO膜MFを介して形成されていればよい。この場合、メモリゲート電極MGが接していない方のコントロールゲート電極CGの側壁にはサイドウォールSWが形成される。   Although the semiconductor device according to the present embodiment has been described above, the MONOS memory Q1 does not have the structure having the memory gate electrode MG on the side walls on both sides of the control gate electrode CG as described above, but on the side walls on both sides of the control gate electrode CG. Of these, a structure without the ONO film MF and the memory gate electrode MG adjacent to one side wall may be employed. That is, as will be described later with reference to FIG. 16, the memory gate electrode MG may be formed on at least one side wall of the control gate electrode CG via the ONO film MF. In this case, a sidewall SW is formed on the side wall of the control gate electrode CG that is not in contact with the memory gate electrode MG.

また、第1方向における容量素子CPDの両端のサイドウォール状のポリシリコン膜P2は無くてもよい。この場合、第1方向における容量素子CPDの両端にはポリシリコン膜P1が形成され、その側壁にはONO膜MFではなくサイドウォールSWが形成されることとなる。   Further, the sidewall-like polysilicon films P2 at both ends of the capacitive element CPD in the first direction may be omitted. In this case, the polysilicon film P1 is formed on both ends of the capacitive element CPD in the first direction, and the sidewall SW is formed on the sidewall instead of the ONO film MF.

また、ここでは半導体基板SBの上面の活性領域上に容量素子CPDを形成した構造について説明したが、容量素子CPDは半導体基板SBの上面に形成された絶縁膜からなる素子分離領域の直上に形成されていてもよい。   In addition, here, the structure in which the capacitor element CPD is formed on the active region on the upper surface of the semiconductor substrate SB has been described. However, the capacitor element CPD is formed immediately above the element isolation region made of an insulating film formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB. May be.

以下に、本実施の形態の半導体装置の効果を、比較例の半導体装置を示す図17を用いて説明する。図17は、MONOSメモリおよび容量素子を含む比較例の半導体装置を示す断面図であり、図の左側にMONOSメモリを示し、図の右側に容量素子を示している。   The effects of the semiconductor device of this embodiment will be described below with reference to FIG. 17 showing a semiconductor device of a comparative example. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a comparative semiconductor device including a MONOS memory and a capacitor element. The left side of the figure shows the MONOS memory, and the right side of the figure shows the capacitor element.

半導体基板上に、互いに絶縁膜を介して近接する2種類の導体膜を形成し、当該導体膜同士の間に生じる容量を利用する容量素子を形成する場合、容量素子の構造としては、例えば、半導体基板上に、半導体基板の主面に沿う方向に延在する導体膜を形成し、その導体膜上に、絶縁膜を介して、半導体基板の主面に沿う方向に延在する導体膜をさらに形成することが考えられる。このような比較例の構造を、図17に示す。なお、図17の左側に示すMONOSメモリQ1は、図2に示すMONOSメモリQ1と同様の構造を有している。   When two types of conductor films that are close to each other via an insulating film are formed on a semiconductor substrate and a capacitor element that uses a capacitance generated between the conductor films is formed, the structure of the capacitor element is, for example, A conductor film extending in a direction along the main surface of the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate, and a conductor film extending in a direction along the main surface of the semiconductor substrate is formed on the conductor film via an insulating film. Further formation is conceivable. The structure of such a comparative example is shown in FIG. Note that the MONOS memory Q1 shown on the left side of FIG. 17 has the same structure as the MONOS memory Q1 shown in FIG.

図17に示すように、容量素子CPDaは、半導体基板SBの主面と平行な面状に広がり、図17の断面の横方向および奥行き方向に延在するポリシリコン膜P1a、P2aを有している。半導体基板SB上に絶縁膜IF1を介して形成されたポリシリコン膜P1aの直上には、順に積層された酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2からなるONO膜MFを介してポリシリコン膜P2aが形成されている。比較例の容量素子CPDaは、上記のように、半導体基板SBの主面に対して垂直な方向(上下方向)において向かい合い、互いに絶縁されたポリシリコン膜P1a、P2a間に容量を生じさせる素子である。   As shown in FIG. 17, the capacitive element CPDa has polysilicon films P1a and P2a extending in a plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate SB and extending in the lateral direction and the depth direction of the cross section of FIG. Yes. Directly above the polysilicon film P1a formed on the semiconductor substrate SB via the insulating film IF1, the polysilicon film P1a is formed via the ONO film MF composed of the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 that are sequentially stacked. A silicon film P2a is formed. As described above, the capacitive element CPDa of the comparative example is an element that generates a capacitance between the polysilicon films P1a and P2a that face each other in the direction (vertical direction) perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB and are insulated from each other. is there.

このように、容量素子CPDaは導体膜の積層構造を有するため、容量素子の高さ、すなわち半導体基板SBの主面に対して垂直な方向における、半導体基板SBの主面から容量素子CPDaの最上面までの距離は、半導体基板SBの主面からポリシリコン膜P1aの最上面までの高さではなく、半導体基板SBの主面からポリシリコン膜P2aの最上面までの高さとなる。ここで、ポリシリコン膜P1aの上面の高さと、ポリシリコン膜P2aの高さには、距離H1の差がある。なお、ここではポリシリコン膜P2aの上面に形成されたシリサイド層S1を含めた構造体の高さをポリシリコン膜P2aの高さとする。   Thus, since the capacitive element CPDa has a laminated structure of conductor films, the height of the capacitive element, that is, the direction perpendicular to the major surface of the semiconductor substrate SB, the uppermost of the capacitive element CPDa from the main surface of the semiconductor substrate SB The distance to the upper surface is not the height from the main surface of the semiconductor substrate SB to the uppermost surface of the polysilicon film P1a, but the height from the main surface of the semiconductor substrate SB to the uppermost surface of the polysilicon film P2a. Here, there is a difference in distance H1 between the height of the upper surface of the polysilicon film P1a and the height of the polysilicon film P2a. Here, the height of the structure including the silicide layer S1 formed on the upper surface of the polysilicon film P2a is defined as the height of the polysilicon film P2a.

ONO膜MFは、ポリシリコン膜P1aの上面、側壁および半導体基板SBの上面のそれぞれの面に沿って、連続的に形成されている。同様に、ポリシリコン膜P2aは、ポリシリコン膜P1aの上面、側壁および半導体基板SBの上面のそれぞれの面に沿って、ONO膜MF上に形成されている。ポリシリコン膜P2aの側壁には、サイドウォールSWが形成されており、ポリシリコン膜P1aの横のポリシリコン膜P2aの上面には、シリサイド層S1を介してコンタクトプラグCPが接続されている。また、ポリシリコン膜P1aの直上のポリシリコン膜P2aの上面にも、シリサイド層S1が形成されている。   The ONO film MF is continuously formed along each of the upper surface, the side wall, and the upper surface of the semiconductor substrate SB of the polysilicon film P1a. Similarly, the polysilicon film P2a is formed on the ONO film MF along each of the upper surface, the side wall, and the upper surface of the semiconductor substrate SB of the polysilicon film P1a. A sidewall SW is formed on the side wall of the polysilicon film P2a, and a contact plug CP is connected to the upper surface of the polysilicon film P2a next to the polysilicon film P1a via a silicide layer S1. A silicide layer S1 is also formed on the upper surface of the polysilicon film P2a immediately above the polysilicon film P1a.

ここでは、ポリシリコン膜P2aの表面であって、ポリシリコン膜P1aの側壁の近傍の上面および側壁は、サイドウォールSWおよび絶縁膜IF2により覆われており、シリサイド層S1は形成されていない。このようにポリシリコン膜P2aの一部の表面にシリサイド層S1が形成されることを防いでいるのは、ポリシリコン膜P2aが折れ曲がる領域、すなわち角部において、ポリシリコン膜P2aの表面は曲線上に曲がっており、このように曲がった領域にシリサイド層S1を形成することは、不良が発生する原因となるためである。   Here, the upper surface and the side wall of the polysilicon film P2a near the side wall of the polysilicon film P1a are covered with the side wall SW and the insulating film IF2, and the silicide layer S1 is not formed. In this way, the silicide layer S1 is prevented from being formed on a part of the surface of the polysilicon film P2a. In the region where the polysilicon film P2a is bent, that is, at the corner, the surface of the polysilicon film P2a is curved. This is because the formation of the silicide layer S1 in such a bent region causes a defect.

絶縁膜IF2は例えば酸化シリコン膜からなり、ポリシリコン膜P1aの上方のポリシリコン膜P2aの端部の上面と、ポリシリコン膜P1aの側壁に沿うポリシリコン膜P2aの側壁とを連続的に覆うように形成されている。絶縁膜IF2は、例えば半導体基板SBの主面にn型またはp型の不純物を打ち込んだ半導体層からなる抵抗素子を形成した場合に、当該抵抗素子の上面の一部にシリサイド層が形成されて抵抗素子の低効率が低下することを防ぐために、抵抗素子の上面の一部を覆うことにも使用される膜である。   The insulating film IF2 is made of, for example, a silicon oxide film, and continuously covers the upper surface of the end of the polysilicon film P2a above the polysilicon film P1a and the side wall of the polysilicon film P2a along the side wall of the polysilicon film P1a. Is formed. For example, when a resistance element made of a semiconductor layer in which an n-type or p-type impurity is implanted is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB, the insulating film IF2 has a silicide layer formed on a part of the upper surface of the resistance element. In order to prevent the low efficiency of the resistance element from being lowered, the film is also used to cover a part of the upper surface of the resistance element.

容量素子CPDaは、エッチングストッパ膜ESおよび層間絶縁膜L1により覆われており、複数のコンタクトプラグCPが層間絶縁膜を貫通して形成され、ポリシリコン膜P1a、P2aおよび半導体基板SBにシリサイド層S1を介して電気的に接続されている。なお、ポリシリコン膜P1aは、図17の奥行き方向においてポリシリコン膜P2aよりも長い幅を有しており、その端部が平面視においてポリシリコン膜P2aから露出している。このように露出したポリシリコン膜P1aの上面にはシリサイド層S1(図示しない)が形成されており、その上面にはコンタクトプラグCP(図示しない)が接続されている。ここで、ポリシリコン膜P1aの上面であって、ポリシリコン膜P2aに覆われている領域にはシリサイド層S1は形成されていない。   The capacitive element CPDa is covered with an etching stopper film ES and an interlayer insulating film L1, a plurality of contact plugs CP are formed through the interlayer insulating film, and the silicide layer S1 is formed on the polysilicon films P1a and P2a and the semiconductor substrate SB. It is electrically connected via. The polysilicon film P1a has a width longer than that of the polysilicon film P2a in the depth direction of FIG. 17, and an end portion thereof is exposed from the polysilicon film P2a in plan view. A silicide layer S1 (not shown) is formed on the upper surface of the exposed polysilicon film P1a, and a contact plug CP (not shown) is connected to the upper surface. Here, the silicide layer S1 is not formed on the upper surface of the polysilicon film P1a and in the region covered with the polysilicon film P2a.

層間絶縁膜L1上には、図2に示す半導体装置と同様に、層間絶縁膜L2および配線W1が形成されている。また、図示は省略しているが、配線W1上には複数の配線を含む配線層が積層されている。ここで、図17の左側のMONOSメモリQ1を覆う層間絶縁膜L1の上面の高さよりも、図17の右側の容量素子CPDaを覆う層間絶縁膜L1の上面の高さの方が高くなっており、それらの層間絶縁膜L1を貫通するコンタクトプラグも高さに差(距離H2)が生じている。このため、層間絶縁膜L1上の層間絶縁膜L2および配線W1のそれぞれの高さも、MONOSメモリQ1の直上と容量素子CPDaの直上とで同様の差(距離H2)が生じている。   On the interlayer insulating film L1, an interlayer insulating film L2 and a wiring W1 are formed as in the semiconductor device shown in FIG. Although not shown, a wiring layer including a plurality of wirings is stacked on the wiring W1. Here, the height of the upper surface of the interlayer insulating film L1 covering the capacitive element CPDa on the right side in FIG. 17 is higher than the height of the upper surface of the interlayer insulating film L1 covering the left MONOS memory Q1 in FIG. The contact plugs that penetrate the interlayer insulating film L1 also have a difference in height (distance H2). For this reason, the same difference (distance H2) between the height of each of the interlayer insulating film L2 and the wiring W1 on the interlayer insulating film L1 occurs between the MONOS memory Q1 and the capacitor CPDa.

これは、MONOSメモリQ1と、MONOSメモリQ1よりも距離H1だけ高さが高い容量素子CPDaとのそれぞれの上に同じ膜厚のエッチングストッパ膜ESおよび層間絶縁膜L1を形成しているためである。層間絶縁膜L1は、形成後にその上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などを用いて平坦化されるが、層間絶縁膜L1の上面の高低差が大き過ぎる場合、平坦化工程により層間絶縁膜L1の上面を完全に平坦化して半導体基板SBの主面と並行にすることは困難である。   This is because the etching stopper film ES and the interlayer insulating film L1 having the same film thickness are formed on each of the MONOS memory Q1 and the capacitive element CPDa whose height is higher than the MONOS memory Q1 by the distance H1. . After the formation of the interlayer insulating film L1, the upper surface thereof is planarized by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like. However, if the height difference of the upper surface of the interlayer insulating film L1 is too large, the interlayer insulating film L1 is subjected to a planarization process. It is difficult to completely planarize the upper surface of the semiconductor substrate SB in parallel with the main surface of the semiconductor substrate SB.

上記のように、ポリシリコン膜P2aがポリシリコン膜P1a上に形成されているために、素子の高さはMONOSメモリQ1より容量素子CPDaの方が高い。このため、MONOSメモリQ1が形成された領域に比べて、容量素子CPDaが形成された領域の方が、層間絶縁膜L1、L2、コンタクトプラグCPおよび配線W1の高さが高くなる。図示はしていないが、同様に、図2に示す低耐圧MOSFETQ2のようなMOSFETが形成されている場合も、当該MOSFETが形成された領域の直上の層間絶縁膜の上面より、容量素子CPDaが形成された領域の直上の層間絶縁膜L1の上面の方が距離H2だけ高くなる。距離H2は、上記平坦化工程により距離H1よりも小さくなっていることが考えられるが、ここではH1およびH2は同じ大きさであるものとする。   As described above, since the polysilicon film P2a is formed on the polysilicon film P1a, the height of the element is higher in the capacitive element CPDa than in the MONOS memory Q1. Therefore, the height of the interlayer insulating films L1, L2, the contact plug CP, and the wiring W1 is higher in the region where the capacitive element CPDa is formed than in the region where the MONOS memory Q1 is formed. Although not shown, similarly, when a MOSFET such as the low breakdown voltage MOSFET Q2 shown in FIG. 2 is formed, the capacitive element CPDa is formed from the upper surface of the interlayer insulating film immediately above the region where the MOSFET is formed. The upper surface of the interlayer insulating film L1 immediately above the formed region is higher by the distance H2. It is conceivable that the distance H2 is smaller than the distance H1 due to the flattening step, but here, H1 and H2 are assumed to be the same size.

上記の理由により層間絶縁膜L1の上面が平坦化されずに凹凸が生じると、その後の製造プロセスの精度が低下し、難易度が上昇する。例えば、容量素子CPDaの高さが、同一半導体基板SB上のMONOSメモリQ1または他のMOSFETなどの高さよりも高いことにより、容量素子CPDaの近傍を覆う層間絶縁膜L1の膜厚が大きくなるため、容量素子CPDaの近傍に形成して半導体基板SBを露出するコンタクトホールの上下方向の長さが長くなる。   If the upper surface of the interlayer insulating film L1 is not flattened for the above reason and unevenness occurs, the accuracy of the subsequent manufacturing process decreases and the difficulty increases. For example, since the height of the capacitive element CPDa is higher than the height of the MONOS memory Q1 or other MOSFET on the same semiconductor substrate SB, the film thickness of the interlayer insulating film L1 covering the vicinity of the capacitive element CPDa is increased. The vertical length of the contact hole that is formed in the vicinity of the capacitive element CPDa and exposes the semiconductor substrate SB is increased.

この場合、コンタクトホールの直径を、MONOSメモリQ1または他のMOSFETなどの近傍のコンタクトホールの直径と同等に保とうとすると、容量素子CPDaの近傍ではコンタクトホールの直径に対してその上下方向の長さが長くなり、エッチング法によるコンタクトホールの形成が困難となる。コンタクトホールが適切に形成されなければ、半導体素子の導通不良が起こるなどして、半導体装置の信頼性が低下する問題が生じる。   In this case, if it is attempted to keep the diameter of the contact hole equal to the diameter of the contact hole in the vicinity of the MONOS memory Q1 or other MOSFET, the length in the vertical direction with respect to the diameter of the contact hole in the vicinity of the capacitive element CPDa. Becomes longer and it becomes difficult to form a contact hole by an etching method. If the contact hole is not properly formed, there is a problem in that the reliability of the semiconductor device is lowered due to, for example, poor conduction of the semiconductor element.

また、上下方向に長く、直径が細いコンタクトホールを形成すると、コンタクトホール内の側壁に、上述したTi(チタン)などからなるバリア導体膜を形成することが困難となり、また、タングステン膜を埋め込むことが困難になる。このようにコンタクトプラグCPを構成する膜の形成不良が生じると、半導体素子の導通不良の発生、または層間絶縁膜の低耐圧化などの問題が生じ、半導体装置の信頼性が低下する。   Also, if a contact hole that is long in the vertical direction and has a small diameter is formed, it becomes difficult to form a barrier conductor film made of Ti (titanium) or the like on the side wall in the contact hole, and a tungsten film is embedded. Becomes difficult. When the formation failure of the film constituting the contact plug CP occurs in this way, problems such as the occurrence of a conduction failure of the semiconductor element or a lower breakdown voltage of the interlayer insulating film occur, and the reliability of the semiconductor device decreases.

また、上記問題に対して、容量素子CPDaの近傍の層間絶縁膜L1の厚膜化に応じてコンタクトホールの直径を広げようとすると、コンタクトホール内に形成するコンタクトプラグCPの直径が大きくなるため、半導体装置の微細化が困難となる。また、コンタクトプラグCPを形成するために必要な金属の量が多くなるため、製造コストが増加する問題が生じる。   Further, with respect to the above problem, if the diameter of the contact hole is increased in accordance with the increase in the thickness of the interlayer insulating film L1 in the vicinity of the capacitive element CPDa, the diameter of the contact plug CP formed in the contact hole increases. Therefore, it becomes difficult to miniaturize the semiconductor device. Further, since the amount of metal necessary for forming the contact plug CP increases, there arises a problem that the manufacturing cost increases.

また、仮に層間絶縁膜L1の上面の全面に凹凸が形成されず高低差が生じなかったとしても、導体膜を積層する構造の容量素子を形成しようとすると、容量素子CPDaと、層間絶縁膜L1上の配線との耐圧を保つために、層間絶縁膜L1の厚さをある程度大きくする必要がある。つまり、容量素子CPDaの高さが高いと、その近傍の層間絶縁膜L1の膜厚も大きくしなければならないため、上記のように層間絶縁膜L1の上面から下面を貫通するコンタクトプラグCPの上下方向の長さが長くなる。したがって、コンタクトプラグCPの直径を大きくしなければ、コンタクトプラグCPの形成不良が発生する虞が高くなり、また、コンタクトプラグCPの直径を大きくすると、半導体装置の微細化が困難となり、製造コストが増加する問題が生じる。   Even if unevenness is not formed on the entire upper surface of the interlayer insulating film L1 and there is no difference in height, when a capacitor element having a structure in which conductor films are stacked is to be formed, the capacitor element CPDa and the interlayer insulating film L1 are formed. In order to maintain a withstand voltage with respect to the upper wiring, it is necessary to increase the thickness of the interlayer insulating film L1 to some extent. That is, if the height of the capacitive element CPDa is high, the film thickness of the interlayer insulating film L1 in the vicinity thereof must be increased. The length of the direction becomes longer. Therefore, if the diameter of the contact plug CP is not increased, there is a high possibility that a formation failure of the contact plug CP will occur. If the diameter of the contact plug CP is increased, it becomes difficult to miniaturize the semiconductor device, and the manufacturing cost is increased. An increasing problem arises.

また、上記のように層間絶縁膜L1の上面に高低差が生じると、層間絶縁膜L1上に形成する他の層間絶縁膜(例えば層間絶縁膜L2)に溝または貫通孔を形成するためのリソグラフィ工程において、露光時にフォトレジスト膜の全面に焦点を合わせることができず、リソグラフィの精度が低下する問題が生じる。つまり、上面に高低差がある層間絶縁膜L1上に形成する絶縁膜または配線などの加工精度が低下する。   Further, when a difference in height occurs on the upper surface of the interlayer insulating film L1 as described above, lithography for forming a groove or a through hole in another interlayer insulating film (for example, the interlayer insulating film L2) formed on the interlayer insulating film L1. In the process, the entire surface of the photoresist film cannot be focused at the time of exposure, and there is a problem that the accuracy of lithography is lowered. That is, the processing accuracy of the insulating film or the wiring formed on the interlayer insulating film L1 having a height difference on the upper surface is lowered.

また、上記のように層間絶縁膜L1の上面に凹凸があると、その上の層間絶縁膜(例えば層間絶縁膜L2)に形成した配線溝に金属膜を埋め込み、続いて当該層間絶縁膜上の余計な金属膜をCMP法などにより除去して、配線溝内を埋め込む金属膜からなる配線(例えば配線W1)を形成しようとしたとき、配線間で短絡が生じる虞がある。これは、上記凹凸により、層間絶縁膜L1上に形成した層間絶縁膜にも高低差が生じる結果、当該層間絶縁膜の上面の凹んだ領域に上記金属膜が残ることで、互いに絶縁されるべき配線同士が当該金属膜を介して一体となり短絡することに起因する。   Further, when the upper surface of the interlayer insulating film L1 is uneven as described above, a metal film is buried in the wiring trench formed in the interlayer insulating film (for example, the interlayer insulating film L2) thereover, and then on the interlayer insulating film When an unnecessary metal film is removed by a CMP method or the like to form a wiring (eg, wiring W1) made of a metal film that fills the wiring groove, there is a possibility that a short circuit may occur between the wirings. This is because, due to the unevenness, a difference in height also occurs in the interlayer insulating film formed on the interlayer insulating film L1, and as a result, the metal film remains in the recessed region on the upper surface of the interlayer insulating film, and should be insulated from each other. This is because the wirings are integrated and short-circuited via the metal film.

上記の各種の問題は、導体膜を積層した構造を有する容量素子CPDaの高さが、他のMONOSメモリQ1またはMOSFETなどの高さよりも高いために生じるものである。したがって、容量素子および他の半導体素子の高さが一定の高さに揃っていれば、上記の問題の発生を防ぐことができる。   The various problems described above occur because the height of the capacitive element CPDa having a structure in which conductor films are stacked is higher than the height of other MONOS memories Q1 or MOSFETs. Therefore, the occurrence of the above-described problem can be prevented if the heights of the capacitor element and the other semiconductor elements are uniform.

そこで、本実施の形態では、上下方向に導体膜を積層する構造ではなく、半導体基板の主面に沿う方向に、互いに絶縁膜を介して近接する複数の導体膜を有する容量素子を形成することで、容量素子と、同一基板上のMONOSメモリおよびMOSFETなどの半導体素子との高さを均一にしている。すなわち、図2に示すように、容量素子CPDを構成するポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上方には、容量素子を構成する導体膜(例えばポリシリコン膜)は形成されておらず、容量素子CPDは半導体基板SBの主面に沿う方向(第1方向)において絶縁膜(ONO膜MF)を介して配置されたポリシリコン膜P1、P2により構成されている。   Therefore, in this embodiment, instead of a structure in which conductor films are stacked in the vertical direction, a capacitor element having a plurality of conductor films adjacent to each other via an insulating film is formed in a direction along the main surface of the semiconductor substrate. Thus, the heights of the capacitive elements and the semiconductor elements such as the MONOS memory and the MOSFET on the same substrate are made uniform. That is, as shown in FIG. 2, no conductor film (for example, polysilicon film) constituting the capacitive element is formed above each of the polysilicon films P1 and P2 constituting the capacitive element CPD. The CPD is composed of polysilicon films P1 and P2 arranged via an insulating film (ONO film MF) in a direction (first direction) along the main surface of the semiconductor substrate SB.

このため、コントロールゲート電極CGおよびゲート電極GEと同層の膜であるポリシリコン膜P1と、複数のポリシリコン膜P1間に埋め込まれたポリシリコン膜P2と、ポリシリコン膜P1の側壁に自己整合的に形成されたポリシリコン膜P2とからなる容量素子CPDは、MONOSメモリQ1および低耐圧MOSFETQ2と同じ高さを有している。したがって、これらの半導体素子を覆うように半導体基板SB上に形成された層間絶縁膜L1の上面高さは、上記各半導体素子のそれぞれの形成領域の直上において均一であり、図17の比較例に示すように、各半導体素子の形成領域によって高低差が生じることがない。   Therefore, the control gate electrode CG and the polysilicon film P1 which is the same layer as the gate electrode GE, the polysilicon film P2 buried between the plurality of polysilicon films P1, and the side walls of the polysilicon film P1 are self-aligned. The capacitive element CPD formed of the polysilicon film P2 formed in the same manner has the same height as the MONOS memory Q1 and the low breakdown voltage MOSFET Q2. Therefore, the height of the upper surface of the interlayer insulating film L1 formed on the semiconductor substrate SB so as to cover these semiconductor elements is uniform immediately above the respective formation regions of the respective semiconductor elements, which is a comparative example of FIG. As shown, there is no difference in height depending on the formation region of each semiconductor element.

これにより、容量素子CPDの近傍の層間絶縁膜L1の膜厚はMONOSメモリQ1または低耐圧MOSFETQ2を形成した領域の層間絶縁膜L1の膜厚と同等になるため、容量素子CPDの近傍の層間絶縁膜L1の膜厚が過度に厚くなることに起因して、コンタクトホールおよびコンタクトプラグCPの形成が困難になることを防ぐことができる。したがって、コンタクトプラグCPの導通不良の発生を防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、容量素子CPDの近傍に形成するコンタクトホールの直径を、MONOSメモリQ1または低耐圧MOSFETQ2の近傍のコンタクトプラグの直径に合わせて小さくすることができ、半導体装置の微細化を容易にすることができる。   As a result, the film thickness of the interlayer insulating film L1 in the vicinity of the capacitive element CPD is equal to the film thickness of the interlayer insulating film L1 in the region where the MONOS memory Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q2 is formed. It is possible to prevent the formation of the contact hole and the contact plug CP from being difficult due to the film L1 being excessively thick. Therefore, the occurrence of a conduction failure of the contact plug CP can be prevented, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, the diameter of the contact hole formed in the vicinity of the capacitive element CPD can be reduced according to the diameter of the contact plug in the vicinity of the MONOS memory Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q2, thereby facilitating the miniaturization of the semiconductor device. it can.

また、容量素子CPDの高さが他の半導体素子の高さと揃っているため、上記比較例の積層構造を有する容量素子に比べて、半導体基板SB上の層間絶縁膜L1の膜厚を薄くしても、容量素子CPDとその上の配線W1との間の耐圧を保つことができる。したがって、層間絶縁膜L1を厚膜化することを防ぐことができ、コンタクトプラグCPの上下方向の長さが長くなることを防ぐことができるため、コンタクトプラグCPの直径を大きくする必要がない。   Further, since the height of the capacitive element CPD is equal to that of other semiconductor elements, the thickness of the interlayer insulating film L1 on the semiconductor substrate SB is made thinner than that of the capacitive element having the laminated structure of the comparative example. However, the breakdown voltage between the capacitive element CPD and the wiring W1 thereon can be maintained. Accordingly, it is possible to prevent the interlayer insulating film L1 from being thickened and to prevent the contact plug CP from increasing in length in the vertical direction, and thus it is not necessary to increase the diameter of the contact plug CP.

また、層間絶縁膜L1の上面が、半導体基板SB上の全面に亘って均一となるため、層間絶縁膜L1の上面の凹凸に起因して、層間絶縁膜L1上に形成する膜を加工する際のフォトリソグラフィの露光精度が低下する問題、または配線W1の短絡が発生する問題の発生を防ぐことができる。これにより、配線層の形成精度が向上する。   Further, since the upper surface of the interlayer insulating film L1 is uniform over the entire surface of the semiconductor substrate SB, the film formed on the interlayer insulating film L1 is processed due to the unevenness of the upper surface of the interlayer insulating film L1. It is possible to prevent the occurrence of the problem that the exposure accuracy of the photolithography is lowered or the problem that the wiring W1 is short-circuited. Thereby, the formation accuracy of the wiring layer is improved.

以上に述べたように、本実施の形態では、層間絶縁膜L1の形成後の製造プロセスの精度が低下すること、および当該製造プロセスの難易度が上がることを防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to prevent the accuracy of the manufacturing process after the formation of the interlayer insulating film L1 from being lowered and the difficulty of the manufacturing process from being increased. Reliability can be improved.

また、本実施の形態では、容量素子CPDを構成し、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間の距離を過度に離し過ぎないことで、隣り合うポリシリコン膜P1間に一つのポリシリコン膜P2を埋め込んでいる。隣り合うポリシリコン膜P1同士の間が大きく離れている場合、各ポリシリコン膜P1の両側の側壁にサイドウォール状のポリシリコン膜P2が形成されることになるが、このような構造でも容量素子として使用することは可能である。   In the present embodiment, the capacitor element CPD is formed, and the distance between the adjacent polysilicon films P1 is not excessively separated, so that one polysilicon film P2 is formed between the adjacent polysilicon films P1. Embedded. When the adjacent polysilicon films P1 are largely separated from each other, sidewall-like polysilicon films P2 are formed on the sidewalls on both sides of each polysilicon film P1. It is possible to use as

これに対し、本実施の形態では、ポリシリコン膜P1同士を近接させ、その間をポリシリコン膜P2により埋め込むことで、半導体基板SB上において容量素子CPDが占める面積を縮小することを可能としている。これにより、高い容量を発生させることができる容量素子を、小さい面積で形成することができるため、半導体装置を微細化することが可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, the area occupied by the capacitive element CPD on the semiconductor substrate SB can be reduced by bringing the polysilicon films P1 close to each other and filling the space with the polysilicon film P2. Accordingly, a capacitor element capable of generating a high capacitance can be formed with a small area, and thus the semiconductor device can be miniaturized.

なお、図17に示すように導体膜を積層する場合に比べて、平面視における容量素子が占める面積が同等であれば、図17に示す容量素子CPDaと図2に示す容量素子CPDとが蓄えることができる容量は同等となる。本実施の形態の容量素子CPDのように、第2方向に延在する導体膜を第1方向に並べて容量を発生させる素子では、要求される容量の大きさに応じる場合、ポリシリコン膜P1、P2の本数または第2方向の長さなどを変更することで対応が可能となる。   As shown in FIG. 17, the capacitive element CPDa shown in FIG. 17 and the capacitive element CPD shown in FIG. 2 are stored as long as the area occupied by the capacitive element in plan view is equal to that in the case where the conductor films are stacked. Capable capacity is equivalent. In an element that generates a capacitance by arranging conductor films extending in the second direction in the first direction, such as the capacitance element CPD of the present embodiment, the polysilicon film P1, This can be handled by changing the number of P2 or the length in the second direction.

また、隣り合うポリシリコン膜P1間をポリシリコン膜P2により埋め込むため、当該ポリシリコン膜P1間の、対抗するONO膜MF間の第1方向における距離は、同方向におけるサイドウォール状のポリシリコン膜P2の幅の2倍以下の大きさである必要がある。   Further, since the space between the adjacent polysilicon films P1 is filled with the polysilicon film P2, the distance between the polysilicon films P1 in the first direction between the opposing ONO films MF is the sidewall-like polysilicon film in the same direction. The size needs to be not more than twice the width of P2.

また、図17に示す比較例の容量素子CPDaでは、ポリシリコン膜P2aに覆われたポリシリコン膜P1aの上面にシリサイド層が形成されないため、ポリシリコン膜P1aが高抵抗となる。この場合、高速動作が求められる半導体装置では、容量素子CPDaの応答性が悪くなる問題が生じる。この問題は、比較例の容量素子CPDaが、ポリシリコン膜P1aの上面をポリシリコン膜P2aにより覆った状態でシリサイド層S1を形成しているために生じるものである。   In the capacitive element CPDa of the comparative example shown in FIG. 17, since the silicide layer is not formed on the upper surface of the polysilicon film P1a covered with the polysilicon film P2a, the polysilicon film P1a has a high resistance. In this case, in a semiconductor device that requires high-speed operation, there arises a problem that the responsiveness of the capacitive element CPDa is deteriorated. This problem occurs because the capacitance element CPDa of the comparative example forms the silicide layer S1 in a state where the upper surface of the polysilicon film P1a is covered with the polysilicon film P2a.

これに対し、本実施の形態では、図2に示すように第1方向に交互に並ぶポリシリコン膜P1、P2を形成しているため、容量素子CPDを構成するそれぞれのポリシリコン膜の上面が露出した状態でシリサイド層S1を形成することができる。このため、完成した容量素子CPDを構成するポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上面の全面にシリサイド層S1を形成することができ、ポリシリコン膜P1、P2を低抵抗化することができる。これにより、高速動作が求められる場合であっても、容量素子CPDの応答性を高めることができる。   On the other hand, in the present embodiment, since the polysilicon films P1 and P2 alternately arranged in the first direction are formed as shown in FIG. 2, the upper surfaces of the respective polysilicon films constituting the capacitive element CPD are The silicide layer S1 can be formed in an exposed state. Therefore, the silicide layer S1 can be formed on the entire upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2 constituting the completed capacitive element CPD, and the resistance of the polysilicon films P1 and P2 can be reduced. Thereby, even when high-speed operation is required, the responsiveness of the capacitive element CPD can be improved.

以下に、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図3〜図12を用いて説明する。図3〜図12は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。図3〜図12では、図の左側から順に、MONOSメモリ形成領域(第1領域)1Aおよび容量素子形成領域(第2領域)1Bを示している。   Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this Embodiment is demonstrated using FIGS. 3 to 12 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 3 to 12, a MONOS memory formation region (first region) 1A and a capacitor element formation region (second region) 1B are shown in order from the left side of the drawing.

図2では半導体基板SB上にMOSFETQ2が形成されている場合について説明したが、以下の製造工程の説明では、ロジック回路などにおいて用いられるMOSFETの製造工程の説明については省略する。本実施の形態の半導体装置は、半導体基板SB上に上記低耐圧MOSFETが形成されていてもよく、その製造工程は周知の方法を用いるものである。なお、上記低耐圧MOSFETのゲート電極は、後述するポリシリコン膜P1と同層の膜により形成する。   In FIG. 2, the case where the MOSFET Q2 is formed on the semiconductor substrate SB has been described. However, in the following description of the manufacturing process, description of the manufacturing process of the MOSFET used in the logic circuit or the like is omitted. In the semiconductor device of this embodiment, the low breakdown voltage MOSFET may be formed on the semiconductor substrate SB, and the manufacturing process uses a known method. The gate electrode of the low breakdown voltage MOSFET is formed of a film in the same layer as a polysilicon film P1 described later.

まず、図3に示すように、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板SBを準備する。続いて、半導体基板SBの主面に溝を形成し、溝内に酸化シリコン膜などを埋め込むことにより、素子分離領域(図示しない)を形成する。素子分離領域は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)であり、半導体基板上の各半導体素子を電気的に絶縁し、分離するために形成する絶縁領域である。その後、半導体基板SBの主面にイオン注入法などにより不純物を打ち込み、ウエル(図示しない)を形成する。このとき、MONOSメモリ形成領域1Aでは、半導体基板SBの上面にp型の不純物(例えばB(ホウ素))を打ち込むことでp型のウエルを形成し、容量素子形成領域1Bでは、半導体基板SBの上面にn型の不純物(例えばAs(ヒ素))を打ち込むことでn型のウエルを形成する。このような打ち分けは、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したフォトレジスト膜をマスクとして使用することで行う。   First, as shown in FIG. 3, a semiconductor substrate SB made of, for example, single crystal silicon is prepared. Subsequently, a trench is formed in the main surface of the semiconductor substrate SB, and an element isolation region (not shown) is formed by embedding a silicon oxide film or the like in the trench. The element isolation region is, for example, STI (Shallow Trench Isolation) or LOCOS (Local Oxidization of Silicon), and is an insulating region formed to electrically insulate and isolate each semiconductor element on the semiconductor substrate. Thereafter, impurities are implanted into the main surface of the semiconductor substrate SB by an ion implantation method or the like to form a well (not shown). At this time, in the MONOS memory formation region 1A, a p-type well (for example, B (boron)) is implanted into the upper surface of the semiconductor substrate SB to form a p-type well. In the capacitive element formation region 1B, the semiconductor substrate SB An n-type well is formed by implanting an n-type impurity (for example, As (arsenic)) on the upper surface. Such placement is performed by using a photoresist film formed by photolithography as a mask.

次に、図4に示すように、半導体基板SBの主面上に、絶縁膜IF1およびポリシリコン膜P1を順次形成する。絶縁膜IF1は例えば酸化シリコン膜からなり、絶縁膜IF1およびポリシリコン膜P1は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用い、イオン注入法により、ポリシリコン膜P1の一部にn型の不純物(例えばAs(ヒ素))を打ち込む。   Next, as shown in FIG. 4, an insulating film IF1 and a polysilicon film P1 are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The insulating film IF1 is made of, for example, a silicon oxide film, and the insulating film IF1 and the polysilicon film P1 are formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Thereafter, an n-type impurity (for example, As (arsenic)) is implanted into part of the polysilicon film P1 by ion implantation using a photolithography technique.

その後、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜のパターンをポリシリコン膜P1上に形成した後、当該フォトレジスト膜をマスクとしたドライエッチング法により、ポリシリコン膜P1および絶縁膜IF1を一部除去することで、半導体基板SBの上面を露出させる。これにより、MONOSメモリ形成領域1Aには、ポリシリコン膜P1からなるコントロールゲート電極CGと、絶縁膜IF1からなるゲート絶縁膜GF1とが形成される。   Thereafter, after a photoresist film pattern is formed on the polysilicon film P1 by photolithography, a part of the polysilicon film P1 and the insulating film IF1 is removed by a dry etching method using the photoresist film as a mask. Thus, the upper surface of the semiconductor substrate SB is exposed. Thereby, the control gate electrode CG made of the polysilicon film P1 and the gate insulating film GF1 made of the insulating film IF1 are formed in the MONOS memory forming region 1A.

また、上記ドライエッチング法によりポリシリコン膜P1および絶縁膜IF1を加工することで、容量素子形成領域1Bの半導体基板SB上には、半導体基板SBの主面に沿う方向であって、図4の奥行き方向(第2方向)に延在する複数のポリシリコン膜P1およびそれらの直下の絶縁膜IF1からなる積層パターンを形成する。容量素子形成領域1Bでは、ポリシリコン膜P1の延在方向(第2方向)に直交する方向であって、半導体基板SBの主面に沿う方向(第1方向)に並べてポリシリコン膜P1および絶縁膜IF1からなる上記積層パターンを複数形成する。   Further, by processing the polysilicon film P1 and the insulating film IF1 by the above-described dry etching method, on the semiconductor substrate SB in the capacitor element formation region 1B, the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB is shown in FIG. A stacked pattern including a plurality of polysilicon films P1 extending in the depth direction (second direction) and the insulating film IF1 immediately below them is formed. In the capacitive element formation region 1B, the polysilicon film P1 and the insulating film are arranged in the direction (first direction) perpendicular to the extending direction (second direction) of the polysilicon film P1 and along the main surface of the semiconductor substrate SB. A plurality of the laminated patterns made of the film IF1 are formed.

次に、図5に示すように、例えばCVD法を用いて、半導体基板SBの主面の全面上に、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2、およびポリシリコン膜P2を順次形成する。ここでは、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2のそれぞれの膜厚は6nmであり、ポリシリコン膜P2の膜厚は50nmである。これにより、絶縁膜IF1およびポリシリコン膜P1からなるパターンと、ゲート絶縁膜GF1およびコントロールゲート電極CGからなるパターンのそれぞれの上面および側壁は、酸化シリコン膜X1により覆われる。酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2からなる積層膜は、ONO膜MFを構成している。   Next, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film X1, a silicon nitride film N1, a silicon oxide film X2, and a polysilicon film P2 are sequentially formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by using, for example, a CVD method. Form. Here, the thickness of each of the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 is 6 nm, and the thickness of the polysilicon film P2 is 50 nm. Thereby, the upper surface and the side walls of the pattern made of the insulating film IF1 and the polysilicon film P1 and the pattern made of the gate insulating film GF1 and the control gate electrode CG are covered with the silicon oxide film X1. The laminated film composed of the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 constitutes an ONO film MF.

このとき、容量素子形成領域1Bの半導体基板SB上には複数のポリシリコン膜P1のパターンが形成されており、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間の溝は、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2、およびポリシリコン膜P2により埋め込まれる。ここでは、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間の溝が、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2、およびポリシリコン膜P2により完全に埋め込まれる場合について説明するが、当該溝は完全に埋め込まれなくてもよい。つまり、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間において、埋め込まれたポリシリコン膜P2の上面に凹部が形成され、当該凹部の底面の高さが、当該凹部を挟むポリシリコン膜P1の高さより低い位置に形成されていてもよい。   At this time, a pattern of a plurality of polysilicon films P1 is formed on the semiconductor substrate SB in the capacitor element formation region 1B, and the grooves between the adjacent polysilicon films P1 are formed of the silicon oxide film X1 and the silicon nitride film. It is filled with N1, silicon oxide film X2, and polysilicon film P2. Here, a case where a groove between adjacent polysilicon films P1 is completely filled with the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, the silicon oxide film X2, and the polysilicon film P2 will be described. It does not have to be completely embedded. That is, a recess is formed on the upper surface of the buried polysilicon film P2 between adjacent polysilicon films P1, and the height of the bottom surface of the recess is lower than the height of the polysilicon film P1 sandwiching the recess. It may be formed.

ただし、上記凹部の底面の高さ、すなわち、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間のONO膜MFの最も低い上面から、ポリシリコン膜P2の最も低い上面までの距離は、第1方向に並ぶ複数のポリシリコン膜P1の外側に、半導体基板SBの上面に沿って形成されたポリシリコン膜P2の膜厚よりも大きくする。   However, the height of the bottom surface of the concave portion, that is, the distance from the lowest upper surface of the ONO film MF between the adjacent polysilicon films P1 to the lowest upper surface of the polysilicon film P2 is a plurality in the first direction. The thickness of the polysilicon film P2 is larger than the thickness of the polysilicon film P2 formed along the upper surface of the semiconductor substrate SB outside the polysilicon film P1.

これは、当該凹部の底面の高さが低すぎると、図6を用いて後述するエッチング工程により、ポリシリコン膜P2を一部除去してONO膜MFの上面を露出させる際に、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間のポリシリコン膜P2が二つに分離してしまうため、これを避けることが、半導体装置の微細化を容易にするために重要となるからである。すなわち、ポリシリコン膜P1およびポリシリコン膜P2は、後の工程により容量素子を構成する二種類の導体膜となるが、ポリシリコン膜P1間のポリシリコン膜P2が分離せず一体となっていれば、容量を低下させずに、より面積が小さい容量素子を形成することができる。したがって、図6を用いて後述するエッチング工程により、ポリシリコン膜P1間のONO膜MFが露出しない程度に、ポリシリコン膜P1間の距離を縮めて、隣り合うポリシリコン膜P1間をポリシリコン膜P2で埋め込む必要がある。   This is because if the bottom surface of the concave portion is too low, the polysilicon film P2 is partially removed and the upper surface of the ONO film MF is exposed by an etching process described later with reference to FIG. This is because, since the polysilicon film P2 between the silicon films P1 is separated into two, it is important to avoid this, in order to facilitate miniaturization of the semiconductor device. That is, the polysilicon film P1 and the polysilicon film P2 become two types of conductor films that form a capacitive element in a later process, but the polysilicon film P2 between the polysilicon films P1 can be integrated without being separated. For example, a capacitive element with a smaller area can be formed without reducing the capacitance. Therefore, the etching process described later with reference to FIG. 6 reduces the distance between the polysilicon films P1 to such an extent that the ONO film MF between the polysilicon films P1 is not exposed. It is necessary to embed with P2.

次に、図6に示すように、ドライエッチング法を用いてポリシリコン膜P2を一部除去し、酸化シリコン膜X2の上面を露出させる。異方性のドライエッチングにより、ポリシリコン膜P2をエッチバックすることで、コントロールゲート電極CGおよびポリシリコン膜P1のそれぞれの側壁にのみポリシリコン膜P2を残す。これにより、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の上面の高さは、ポリシリコン膜P1の上面の高さとほぼ同様の高さとなる。   Next, as shown in FIG. 6, the polysilicon film P2 is partially removed using a dry etching method to expose the upper surface of the silicon oxide film X2. The polysilicon film P2 is etched back by anisotropic dry etching to leave the polysilicon film P2 only on the side walls of the control gate electrode CG and the polysilicon film P1. Thereby, the height of the upper surface of the polysilicon film P2 buried between the adjacent polysilicon films P1 is substantially the same as the height of the upper surface of the polysilicon film P1.

このとき、容量素子形成領域1Bのポリシリコン膜P1の側壁であって、他のポリシリコン膜P1が隣接していない方の側壁には、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2を介して、ポリシリコン膜P2がサイドウォール状に残る。つまり、容量素子形成領域1Bにおいて、第1方向に並ぶ複数のポリシリコン膜P1のうち、最端のポリシリコン膜P1の側壁であって、他のポリシリコン膜P1が隣接していない方の側壁には、サイドウォール状のポリシリコン膜P2が自己整合的に形成される。同様に、MONOSメモリ形成領域1Aにおいて、コントロールゲート電極CGの両側の側壁には、ONO膜MFを介してサイドウォール状のポリシリコン膜P2からなるメモリゲート電極MGが自己整合的に形成される。   At this time, the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 are formed on the side wall of the polysilicon film P1 in the capacitor element formation region 1B and not adjacent to the other polysilicon film P1. As a result, the polysilicon film P2 remains in a sidewall shape. That is, in the capacitive element formation region 1B, of the plurality of polysilicon films P1 arranged in the first direction, the sidewall of the outermost polysilicon film P1 that is not adjacent to the other polysilicon film P1. In this, a sidewall-like polysilicon film P2 is formed in a self-aligned manner. Similarly, in the MONOS memory formation region 1A, the memory gate electrode MG made of the sidewall-like polysilicon film P2 is formed on the side walls on both sides of the control gate electrode CG via the ONO film MF in a self-aligned manner.

なお、容量素子形成領域1Bの隣り合うポリシリコン膜P1同士の間の溝は、酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2、およびポリシリコン膜P2により埋め込まれたままであり、当該溝内のポリシリコン膜P2はサイドウォール状になっていない。これにより、容量素子形成領域1Bに、互いにONO膜MFを介して絶縁され、第1方向に交互にならぶ複数のポリシリコン膜P1、P2からなる容量素子CPDを形成する。   Note that the trench between the adjacent polysilicon films P1 in the capacitive element formation region 1B is still filled with the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, the silicon oxide film X2, and the polysilicon film P2, and the trench The inner polysilicon film P2 does not have a sidewall shape. Thus, a capacitive element CPD composed of a plurality of polysilicon films P1 and P2 that are insulated from each other via the ONO film MF and alternately arranged in the first direction is formed in the capacitive element formation region 1B.

隣接するポリシリコン膜P1、P2間には、ONO膜MFが介在しており、ポリシリコン膜P1、P2は互いに絶縁されている。容量素子CPDは、複数のポリシリコン膜間を絶縁することで形成したPIP容量素子である。PIP容量素子は、互いにONO膜MFを介して絶縁された、近接するポリシリコン膜P1とポリシリコン膜P2との間に容量を発生させる素子である。   An ONO film MF is interposed between the adjacent polysilicon films P1 and P2, and the polysilicon films P1 and P2 are insulated from each other. The capacitive element CPD is a PIP capacitive element formed by insulating a plurality of polysilicon films. The PIP capacitor element is an element that generates a capacitance between the adjacent polysilicon film P1 and polysilicon film P2, which are insulated from each other via the ONO film MF.

また、隣り合うポリシリコン膜P1間をポリシリコン膜P2により埋め込むため、当該ポリシリコン膜P1間の、対抗するONO膜MF間の第1方向における距離は、同方向におけるサイドウォール状のポリシリコン膜P2の幅の2倍以下の大きさである必要がある。   Further, since the space between the adjacent polysilicon films P1 is filled with the polysilicon film P2, the distance between the polysilicon films P1 in the first direction between the opposing ONO films MF is the sidewall-like polysilicon film in the same direction. The size needs to be not more than twice the width of P2.

次に、図7に示すように、ウェットエッチング法を用いて、ONO膜MFを一部除去することで、半導体基板SBの上面、コントロールゲート電極CGの上面およびポリシリコン膜P1の上面を露出させる。これにより、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MGポリシリコン膜P1およびP2により覆われていない領域では、ONO膜MFが除去され、半導体基板SBが露出している。つまり、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MGポリシリコン膜P1およびP2のそれぞれの側壁および底面に接するONO膜MFを残して、その他の領域のONO膜MFが除去されている。   Next, as shown in FIG. 7, by partially removing the ONO film MF using a wet etching method, the upper surface of the semiconductor substrate SB, the upper surface of the control gate electrode CG, and the upper surface of the polysilicon film P1 are exposed. . Thus, the ONO film MF is removed and the semiconductor substrate SB is exposed in a region not covered with the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG polysilicon films P1 and P2. That is, the ONO film MF in other regions is removed while leaving the ONO film MF in contact with the side walls and the bottom surface of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG polysilicon films P1 and P2.

この後、図8を用いて説明する工程を行う前に、コントロールゲート電極CGの一方の側壁のONO膜MFおよびメモリゲート電極MGを除去してもよいが、ここではコントロールゲート電極CGの両側の側壁にメモリゲート電極MGを残してMONOSメモリを形成する場合について説明する。   Thereafter, the ONO film MF and the memory gate electrode MG on one side wall of the control gate electrode CG may be removed before performing the process described with reference to FIG. A case where the MONOS memory is formed while leaving the memory gate electrode MG on the side wall will be described.

次に、図8に示すように、イオン注入法を用いて、半導体基板SBの上面にn型の不純物(例えばAs(ヒ素))を比較的低濃度で打ち込む。これにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面に、エクステンション領域EXを形成する。MONOSメモリ形成領域1Aでは、ONO膜MFを介して接するコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを含む構造体の横に露出する半導体基板SBの上面にエクステンション領域EXが形成される。   Next, as shown in FIG. 8, an n-type impurity (for example, As (arsenic)) is implanted into the upper surface of the semiconductor substrate SB at a relatively low concentration by using an ion implantation method. Thereby, the extension region EX is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory forming region 1A. In the MONOS memory formation region 1A, an extension region EX is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB exposed beside the structure including the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG that are in contact with each other via the ONO film MF.

その後、半導体基板SBの主面の全面上に、例えばCVD法を用いて絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いて当該絶縁膜を一部除去し、半導体基板SBの上面を露出させることで、当該絶縁膜からなるサイドウォールSWを形成する。サイドウォールSWは、メモリゲート電極MGの一方の露出している側壁および容量素子CPDの側壁に、自己整合的に形成される。サイドウォールSWの材料は、例えば酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜などとすることができる。   Thereafter, an insulating film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB using, for example, a CVD method, and then the insulating film is partially removed using a dry etching method to expose the upper surface of the semiconductor substrate SB. Thus, the sidewall SW made of the insulating film is formed. Sidewall SW is formed in a self-aligned manner on one exposed side wall of memory gate electrode MG and the side wall of capacitive element CPD. The material of the sidewall SW can be, for example, a silicon oxide film or a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film.

その後、イオン注入法を用いて、半導体基板SBの上面にn型の不純物(例えばAs(ヒ素))を、エクステンション領域EXを形成するために行ったイオン注入よりも高い濃度で打ち込む。これにより、MONOSメモリ形成領域1Aおよび容量素子形成領域1Bの半導体基板SBの主面に、エクステンション領域EXよりも不純物濃度が高い拡散層DFを形成する。拡散層DFは、エクステンション領域EXよりも深さが深い半導体領域である。   Thereafter, using an ion implantation method, an n-type impurity (for example, As (arsenic)) is implanted into the upper surface of the semiconductor substrate SB at a higher concentration than the ion implantation performed for forming the extension region EX. Thereby, a diffusion layer DF having an impurity concentration higher than that of the extension region EX is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory forming region 1A and the capacitive element forming region 1B. The diffusion layer DF is a semiconductor region that is deeper than the extension region EX.

なお、本実施の形態では一度のイオン注入工程によりMONOSメモリ形成領域1Aおよび容量素子形成領域1Bのエクステンション領域EXを形成し、また、一度のイオン注入工程によりMONOSメモリ形成領域1Aおよび容量素子形成領域1Bの拡散層DFを形成している。ただし、実際には、素子の種類または素子の導電型などの違いなどにより、イオン注入工程を分けてエクステンション領域EXまたは拡散層DFの形成を行うことが考えられる。   In the present embodiment, the MONOS memory formation region 1A and the extension region EX of the capacitor element formation region 1B are formed by a single ion implantation process, and the MONOS memory formation region 1A and the capacitor element formation region are formed by a single ion implantation process. A 1B diffusion layer DF is formed. However, in actuality, it may be considered that the extension region EX or the diffusion layer DF is formed by dividing the ion implantation process depending on the type of element or the conductivity type of the element.

MONOSメモリ形成領域1Aでは、ONO膜MFを介して接するコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを含む構造体ならびにその側壁のサイドウォールSWから露出する半導体基板SBの上面に拡散層DFが形成される。容量素子形成領域1Bでは、ONO膜を介して接するポリシリコン膜P1、P2を含む容量素子CPD、およびその側壁のサイドウォールSWから露出する半導体基板SBの上面に拡散層DFが形成される。   In the MONOS memory formation region 1A, the diffusion layer DF is formed on the structure including the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG that are in contact with each other via the ONO film MF, and the upper surface of the semiconductor substrate SB exposed from the sidewall SW on the side wall. . In the capacitive element formation region 1B, the diffusion layer DF is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB exposed from the capacitive element CPD including the polysilicon films P1 and P2 that are in contact with each other via the ONO film and the sidewall SW on the sidewall.

拡散層DFを形成することにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの上面に、エクステンション領域EXおよびエクステンション領域EXに隣接する拡散層DFからなる一対のソース・ドレイン領域が形成される。当該ソース・ドレイン領域は、不純物濃度が比較的高い拡散層DFと、不純物濃度が拡散層DFよりも低いエクステンション領域EXとを含むLDD構造を有している。   By forming the diffusion layer DF, a pair of source / drain regions including the extension region EX and the diffusion layer DF adjacent to the extension region EX are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A. The source / drain regions have an LDD structure including a diffusion layer DF having a relatively high impurity concentration and an extension region EX having an impurity concentration lower than that of the diffusion layer DF.

以上の工程により、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SB上には、コントロールゲート電極CGと、コントロールゲート電極CGの側壁にONO膜MFを介して隣接するメモリゲート電極MGと、コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを挟むように半導体基板SBの上面に形成されたソース・ドレイン領域とを有するMONOSメモリQ1が形成される。MONOSメモリQ1はONO膜MFのうち、少なくとも酸化シリコン膜X1と、電荷蓄積膜として機能する窒化シリコン膜N1とを有している。   Through the above steps, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG adjacent to the side wall of the control gate electrode CG via the ONO film MF, the control gate electrode CG, and the control gate electrode CG are formed on the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A. A MONOS memory Q1 having source / drain regions formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB so as to sandwich the memory gate electrode MG is formed. The MONOS memory Q1 has at least a silicon oxide film X1 and a silicon nitride film N1 functioning as a charge storage film in the ONO film MF.

ここで、MONOSメモリQ1の高さはコントロールゲート電極CGの上面の高さであり、容量素子CPDの高さはポリシリコン膜P1の上面の高さである。コントロールゲート電極CGは容量素子形成領域1Bのポリシリコン膜P1と同一の工程で形成された同層の膜であるため、MONOSメモリQ1の高さおよび容量素子CPDの高さは同じとなる。   Here, the height of the MONOS memory Q1 is the height of the upper surface of the control gate electrode CG, and the height of the capacitive element CPD is the height of the upper surface of the polysilicon film P1. Since the control gate electrode CG is a film in the same layer formed in the same process as the polysilicon film P1 in the capacitive element formation region 1B, the height of the MONOS memory Q1 and the height of the capacitive element CPD are the same.

次に、図9に示すように、周知のサリサイド技術を用いて、拡散層DF、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上面にシリサイド層S1を形成する。シリサイド層S1は、例えばコバルトシリサイド(CoSi)からなる導電膜である。シリサイド層S1は、半導体基板SB上にCo(コバルト)などの金属膜を形成した後、熱処理により当該金属膜とシリコン膜とを反応させて形成する。このとき容量素子形成領域1Bでは、ポリシリコン膜P1、P2の上面はいずれも他の絶縁膜などから露出しているため、上記金属膜をポリシリコン膜P1、P2の上面に接して形成した後に熱処理を行うことで、ポリシリコン膜P1、P2の上面の全面にシリサイド層S1が形成される。   Next, as shown in FIG. 9, a silicide layer S1 is formed on the upper surfaces of the diffusion layer DF, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the polysilicon films P1 and P2, using a known salicide technique. The silicide layer S1 is a conductive film made of, for example, cobalt silicide (CoSi). The silicide layer S1 is formed by forming a metal film such as Co (cobalt) on the semiconductor substrate SB and then reacting the metal film and the silicon film by heat treatment. At this time, since the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2 are both exposed from other insulating films or the like in the capacitor element formation region 1B, the metal film is formed in contact with the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2. By performing the heat treatment, a silicide layer S1 is formed on the entire upper surface of the polysilicon films P1 and P2.

その後、半導体基板SBの上面の全面上に、CVD法などを用いて、例えば窒化シリコン膜からなるエッチングストッパ膜ESと、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜L1とを順次形成する。このとき、層間絶縁膜L1の上面には、半導体基板SBの上面上に形成された素子の有無またはその素子の高さに影響を受けて凹凸が形成される。素子間の高さの差が大きい場合、上記凹凸の高低差も大きくなるが、上述したようにMONOSメモリQ1の高さおよび容量素子CPDの高さは同じであるので、MONOSメモリQ1および容量素子CPDのそれぞれの直上の層間絶縁膜L1の上面の高さは同じとなる。   Thereafter, an etching stopper film ES made of, for example, a silicon nitride film and an interlayer insulating film L1 made of, for example, a silicon oxide film are sequentially formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB by using a CVD method or the like. At this time, unevenness is formed on the upper surface of the interlayer insulating film L1 due to the presence or absence of an element formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB or the height of the element. When the height difference between the elements is large, the height difference of the unevenness is also large. However, since the height of the MONOS memory Q1 and the height of the capacitive element CPD are the same as described above, the MONOS memory Q1 and the capacitive element are the same. The height of the upper surface of the interlayer insulating film L1 immediately above each CPD is the same.

次に、図10に示すように、例えばCMP法を用いて層間絶縁膜L1の上面を研磨して平坦化する。上述したように、半導体基板SBに形成した複数の素子同士の高さの差が大きい場合、層間絶縁膜L1の上面に形成される凹凸の高低差も大きくなる。この場合、層間絶縁膜L1の上面をCMP法などにより平坦化しようとしても、層間絶縁膜L1の上面に高低差が残る虞がある。本実施の形態では、MONOSメモリQ1の高さおよび容量素子CPDの高さを同じにしているため、それらの半導体素子の上方の層間絶縁膜L1の上面を容易に平坦化することができる。   Next, as shown in FIG. 10, the upper surface of the interlayer insulating film L1 is polished and flattened by using, for example, a CMP method. As described above, when the difference in height between the plurality of elements formed on the semiconductor substrate SB is large, the difference in height of the unevenness formed on the upper surface of the interlayer insulating film L1 also increases. In this case, even if it is attempted to planarize the upper surface of the interlayer insulating film L1 by a CMP method or the like, there is a risk that a difference in height remains on the upper surface of the interlayer insulating film L1. In the present embodiment, since the height of the MONOS memory Q1 and the height of the capacitive element CPD are the same, the upper surface of the interlayer insulating film L1 above those semiconductor elements can be easily flattened.

次に、図11に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用いて、層間絶縁膜L1およびエッチングストッパ膜ESを貫通するコンタクトホールを複数形成する。   Next, as shown in FIG. 11, a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film L1 and the etching stopper film ES are formed by using a photolithography technique and a dry etching method.

MONOSメモリ形成領域1Aでは、層間絶縁膜L1およびエッチングストッパ膜ESを貫通するコンタクトホールを複数開口することで、拡散層DF、コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGのそれぞれの上部のシリサイド層S1の上面を露出する。容量素子形成領域1Bでは、層間絶縁膜L1およびエッチングストッパ膜ESを貫通するコンタクトホールを複数開口することで、ポリシリコン膜P1、P2および拡散層DFのそれぞれの上部のシリサイド層S1の上面を露出させる。なお、図11では、ポリシリコン膜P1、P2、コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGのそれぞれの直上に形成されたコンタクトホールを図示していない。これらのコンタクトホールは、図11に示していない領域に形成されている。   In the MONOS memory formation region 1A, a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film L1 and the etching stopper film ES are opened, so that the diffusion layer DF, the control gate electrode CG, and the silicide layer S1 above the memory gate electrode MG are formed. Expose the top surface. In the capacitor element formation region 1B, a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film L1 and the etching stopper film ES are opened, so that the upper surfaces of the silicide layers S1 above the polysilicon films P1, P2 and the diffusion layer DF are exposed. Let In FIG. 11, the contact holes formed immediately above the polysilicon films P1, P2, the control gate electrode CG, and the memory gate electrode MG are not shown. These contact holes are formed in a region not shown in FIG.

続いて、上記複数のコンタクトホールのそれぞれの内部に、例えばTi(チタン)を含むバリア導体膜を介して、例えばW(タングステン)膜を埋め込み、層間絶縁膜L1上の余計な導電膜を除去することで、各コンタクトホール内に埋め込まれた前記バリア導体膜とタングステン膜とを含むコンタクトプラグ(接続部材)CPを形成する。複数のコンタクトプラグCPのそれぞれは、拡散層DF、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ポリシリコン膜P1およびP2に所定の電位を供給するために形成される導電体である。   Subsequently, for example, a W (tungsten) film is buried in each of the plurality of contact holes via a barrier conductor film containing, for example, Ti (titanium), and an unnecessary conductive film on the interlayer insulating film L1 is removed. Thus, a contact plug (connection member) CP including the barrier conductor film and the tungsten film embedded in each contact hole is formed. Each of the plurality of contact plugs CP is a conductor formed to supply a predetermined potential to the diffusion layer DF, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the polysilicon films P1 and P2.

具体的なコンタクトプラグCPの形成工程では、まず、半導体基板SBの上面の全面上にスパッタリング法などを用いて上記バリア導体膜(図示しない)を形成し、コンタクトホール内の表面をバリア導体膜により覆う。その後、スパッタリング法などを用いて半導体基板SB上にタングステン膜を形成し、複数のコンタクトホールのそれぞれの内部をタングステン膜により完全に埋め込む。続いて、CMP法などを用いて、層間絶縁膜L1上の余分なバリア導体膜およびタングステン膜を除去することで、層間絶縁膜L1の上面を露出させる。これにより、層間絶縁膜L1およびタングステン膜との上面を平坦化させ、各コンタクトホール内に、バリア導体膜およびタングステン膜からなるコンタクトプラグCPを形成する。   In a specific step of forming the contact plug CP, first, the barrier conductor film (not shown) is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB by using a sputtering method or the like, and the surface in the contact hole is formed with the barrier conductor film. cover. Thereafter, a tungsten film is formed on the semiconductor substrate SB by using a sputtering method or the like, and each of the plurality of contact holes is completely filled with the tungsten film. Subsequently, the upper surface of the interlayer insulating film L1 is exposed by removing the excess barrier conductor film and the tungsten film on the interlayer insulating film L1 by using a CMP method or the like. Thereby, the upper surfaces of the interlayer insulating film L1 and the tungsten film are flattened, and the contact plug CP made of the barrier conductor film and the tungsten film is formed in each contact hole.

次に、図12に示すように、層間絶縁膜L1上に、例えばCVD法を用いて、SiOCなどからなる層間絶縁膜L2を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用いて、層間絶縁膜L2を貫通してコンタクトプラグCPの上面を露出させる配線溝を複数形成する。続いて、各配線溝の側壁および底面を覆うように、スパッタ法および電解めっき法などを用いて形成した金属膜により各配線溝を完全に埋め込んだ後、層間絶縁膜L2上の余分な当該金属膜を除去して層間絶縁膜L2の上面を露出させることで、各配線溝のそれぞれの内部に残された当該金属膜からなる配線W1を形成する。   Next, as shown in FIG. 12, an interlayer insulating film L2 made of SiOC or the like is formed on the interlayer insulating film L1 by using, for example, a CVD method. Thereafter, a plurality of wiring trenches that penetrate the interlayer insulating film L2 and expose the upper surface of the contact plug CP are formed by using a photolithography technique and a dry etching method. Subsequently, each wiring groove is completely filled with a metal film formed by sputtering or electrolytic plating so as to cover the side wall and bottom surface of each wiring groove, and then the excess metal on the interlayer insulating film L2 is filled. By removing the film and exposing the upper surface of the interlayer insulating film L2, the wiring W1 made of the metal film left inside each wiring trench is formed.

具体的な配線W1の形成工程では、まず、上述したように層間絶縁膜L2および層間絶縁膜L2を貫通する複数の配線溝を形成した後、半導体基板SBの上面の全面上にスパッタリング法などを用いて、例えばTa(タンタル)を含むバリア導体膜(図示しない)を形成し、各配線溝および層間絶縁膜L2の表面をバリア導体膜により覆う。その後、スパッタリング法を用いて、半導体基板SB上にCu(銅)からなる薄いシード膜を形成した後、電解めっき法を用いて、配線W1の主導体膜となるCu(銅)膜を形成し、各配線溝内を完全に埋め込む。続いて、CMP法などを用いて、層間絶縁膜L2上の余分なバリア導体膜およびCu(銅)膜を除去することで、各配線溝内に、バリア導体膜、シード膜および主導体膜からなる配線W1を形成する。   In a specific process of forming the wiring W1, first, as described above, after forming the interlayer insulating film L2 and a plurality of wiring grooves penetrating the interlayer insulating film L2, a sputtering method or the like is performed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB. For example, a barrier conductor film (not shown) containing Ta (tantalum) is formed, and the surface of each wiring groove and the interlayer insulating film L2 is covered with the barrier conductor film. Then, after forming a thin seed film made of Cu (copper) on the semiconductor substrate SB using a sputtering method, a Cu (copper) film serving as a main conductor film of the wiring W1 is formed using an electrolytic plating method. Then, each wiring groove is completely embedded. Subsequently, by removing the excess barrier conductor film and Cu (copper) film on the interlayer insulating film L2 using a CMP method or the like, the barrier conductor film, the seed film, and the main conductor film are formed in each wiring groove. A wiring W1 is formed.

配線W1を形成する上記CMP工程により、層間絶縁膜L2の上面が露出し、層間絶縁膜L2および配線W1のそれぞれの上面は平坦化される。その後の工程では、層間絶縁膜と、それらの層間絶縁膜に開口された配線溝内の配線およびビアホール内のビアとを含む配線層を層間絶縁膜L2上に複数積層することで上層配線(図示しない)を形成し、本実施の形態の半導体装置が完成する。容量素子CPDは平面視において、図1を用いて説明したように、第2方向に延在するポリシリコン膜P1、P2が第1方向に交互に複数並ぶ構造を有している。   By the CMP process for forming the wiring W1, the upper surface of the interlayer insulating film L2 is exposed, and the upper surfaces of the interlayer insulating film L2 and the wiring W1 are planarized. In the subsequent process, a plurality of wiring layers including interlayer insulating films, wiring in the wiring trenches opened in the interlayer insulating films and vias in the via holes are stacked on the interlayer insulating film L2 to form upper layer wiring (illustrated). No) is completed, and the semiconductor device of this embodiment is completed. As described with reference to FIG. 1, the capacitive element CPD has a structure in which a plurality of polysilicon films P1 and P2 extending in the second direction are alternately arranged in the first direction, as described with reference to FIG.

なお、容量素子形成領域1Bの近傍の半導体基板SBの上面にはn型のウエルが形成されているため、MONOSメモリQ1と異なり、半導体基板SBの上面と、拡散層DFおよびエクステンション領域EXとの間にPN接合は形成されない。半導体基板SBは、絶縁膜IF1を介してポリシリコン膜P1と絶縁されており、ONO膜MFを介してポリシリコン膜P2と絶縁されている。したがって、容量素子形成領域1Bにおいて、半導体基板SBの上面のウエルに、コンタクトプラグCP、シリサイド層S1、拡散層DFおよびエクステンション領域EXを介して電位が供給されることで、半導体基板SBと、ポリシリコン膜P1、P2のいずれか一方との間においても容量を発生させることができる。   Since an n-type well is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the vicinity of the capacitive element formation region 1B, unlike the MONOS memory Q1, the upper surface of the semiconductor substrate SB, the diffusion layer DF, and the extension region EX No PN junction is formed between them. The semiconductor substrate SB is insulated from the polysilicon film P1 through the insulating film IF1, and is insulated from the polysilicon film P2 through the ONO film MF. Therefore, in the capacitive element formation region 1B, the potential is supplied to the well on the upper surface of the semiconductor substrate SB via the contact plug CP, the silicide layer S1, the diffusion layer DF, and the extension region EX. Capacitance can also be generated between one of the silicon films P1 and P2.

以下に、本実施の形態の半導体装置の製造方法の効果について、図17〜図19に示す比較例を用いて説明する。図18および図19は、比較例である半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。図18および図19では、図3〜図12と同様に、図の左側にMONOSメモリ形成領域1Aを示し、図の右側に容量素子形成領域1Cを示している。ただし、図3〜図12と異なり、図18および図19では、それぞれの図においてMONOSメモリ形成領域1Aと容量素子形成領域1Cとを分割して示さず、互いの領域の間の半導体基板SBの上面に素子分離領域EIを形成した構造を示している。また、図示はしていないが、半導体基板SB上にはMONOSメモリの他にMOSFETなどの他の半導体素子も形成している。   Below, the effect of the manufacturing method of the semiconductor device of this Embodiment is demonstrated using the comparative example shown in FIGS. 18 and 19 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor device as a comparative example. 18 and 19, similarly to FIGS. 3 to 12, the MONOS memory formation region 1A is shown on the left side of the drawing, and the capacitive element formation region 1C is shown on the right side of the drawing. However, unlike FIGS. 3 to 12, in FIGS. 18 and 19, the MONOS memory formation region 1 </ b> A and the capacitor element formation region 1 </ b> C are not shown separately in the respective drawings, and the semiconductor substrate SB between the regions is not shown. A structure in which an element isolation region EI is formed on the upper surface is shown. Although not shown, other semiconductor elements such as MOSFETs are formed on the semiconductor substrate SB in addition to the MONOS memory.

半導体基板上に形成する容量素子としては、導体膜上に絶縁膜を介して他の導体膜を、半導体基板の主面に対して垂直な方向に積層した構造を有する容量素子が考えられる。この場合、容量素子は導体膜上にさらに導体膜を積層する構造を有するため、容量素子の高さは他のMONOSメモリまたはMOSFETなどの半導体素子よりも高くなる。   As a capacitive element formed on a semiconductor substrate, a capacitive element having a structure in which another conductor film is stacked on a conductor film via an insulating film in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate can be considered. In this case, since the capacitive element has a structure in which a conductive film is further laminated on the conductive film, the height of the capacitive element is higher than other semiconductor elements such as MONOS memories or MOSFETs.

比較例として、以下に導体膜の積層構造を有する容量素子と、MONOSメモリとを形成する場合の製造工程を説明する。   As a comparative example, a manufacturing process in the case of forming a capacitor element having a laminated structure of conductor films and a MONOS memory will be described below.

まず、図18に示すように、図3〜図5を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SB上に、ゲート絶縁膜GF1を介してコントロールゲート電極CGを形成し、容量素子形成領域1Cの半導体基板SB上に、絶縁膜IF1を介してポリシリコン膜P1aを形成し、それらをポリシリコン膜P2aにより覆う。   First, as shown in FIG. 18, the control gate is formed on the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A via the gate insulating film GF1 by performing the same process as that described with reference to FIGS. An electrode CG is formed, and a polysilicon film P1a is formed on the semiconductor substrate SB in the capacitor element formation region 1C via the insulating film IF1, and these are covered with the polysilicon film P2a.

比較例の半導体装置は、半導体基板SBの主面に沿って平面状に延在する導体膜上に、同様に半導体基板SBの主面に沿って平面状に延在する導体膜を積層するものであるため、図18に示すポリシリコン膜P1aは、位置方向に延在するパターンではなく、半導体基板SBの主面に沿って平面状に延在するパターンとして形成する。   The semiconductor device of the comparative example is obtained by laminating a conductor film extending in a planar manner along the main surface of the semiconductor substrate SB on a conductor film extending in a planar shape along the main surface of the semiconductor substrate SB. Therefore, the polysilicon film P1a shown in FIG. 18 is formed not as a pattern extending in the position direction but as a pattern extending in a planar shape along the main surface of the semiconductor substrate SB.

また、半導体基板SBの上面の全面上に形成(堆積)されたポリシリコン膜P2aは、本実施の形態のように、隣り合うポリシリコン膜同士の間を埋め込むように形成されてはおらず、ポリシリコン膜P1aの上面および側壁に沿って形成されている。   Further, the polysilicon film P2a formed (deposited) on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB is not formed so as to be embedded between adjacent polysilicon films as in the present embodiment. It is formed along the upper surface and side wall of the silicon film P1a.

その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、容量素子形成領域1Cのポリシリコン膜P2aのみを覆うフォトレジスト膜PR1を形成する。具体的に、フォトレジスト膜PR1は、ポリシリコン膜P1aの直上およびポリシリコン膜P1aの近傍の半導体基板SBを覆うように連続的に形成する。ただし、後の工程でポリシリコン膜P1aの上面にシリサイド層を介してコンタクトプラグを接続する領域(図示しない)はフォトレジスト膜PR1から露出させておく。フォトレジスト膜PR1は、ポリシリコン膜P1a上にポリシリコン膜P2aを残すために形成するものである。   Thereafter, a photoresist film PR1 that covers only the polysilicon film P2a in the capacitor element formation region 1C is formed by using a photolithography technique. Specifically, the photoresist film PR1 is continuously formed so as to cover the semiconductor substrate SB immediately above the polysilicon film P1a and in the vicinity of the polysilicon film P1a. However, a region (not shown) where a contact plug is connected to the upper surface of the polysilicon film P1a via a silicide layer in a later step is exposed from the photoresist film PR1. The photoresist film PR1 is formed to leave the polysilicon film P2a on the polysilicon film P1a.

次に、図19に示すように、フォトレジスト膜PR1をマスクとして、図6を用いて説明したエッチング工程を行うことで、MONOSメモリ形成領域1Aのコントロールゲート電極CGの側壁にONO膜MFを介してメモリゲート電極MGを形成し、容量素子形成領域1Cの容量素子の周囲のポリシリコン膜P2aを除去し、ONO膜MFの表面を露出させる。このとき、容量素子形成領域1Cのポリシリコン膜P1aの上面および側壁を覆うポリシリコン膜P2aは、フォトレジスト膜PR1により覆われているため、上記エッチング工程により除去されない。続いて、フォトレジスト膜PR1を除去する。その後の工程は、図7〜図10を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、図19に示す構造を得る。   Next, as shown in FIG. 19, the etching process described with reference to FIG. 6 is performed using the photoresist film PR1 as a mask, so that the ONO film MF is interposed on the side wall of the control gate electrode CG in the MONOS memory formation region 1A. Then, the memory gate electrode MG is formed, the polysilicon film P2a around the capacitive element in the capacitive element forming region 1C is removed, and the surface of the ONO film MF is exposed. At this time, since the polysilicon film P2a covering the upper surface and the side wall of the polysilicon film P1a in the capacitor element formation region 1C is covered with the photoresist film PR1, it is not removed by the etching process. Subsequently, the photoresist film PR1 is removed. The subsequent steps are the same as those described with reference to FIGS. 7 to 10 to obtain the structure shown in FIG.

つまり、ポリシリコン膜P2aから露出するONO膜MFを除去した後、エクステンション領域EX、サイドウォールSWおよび拡散層DFを順に形成し、続いてエッチングストッパ膜ESおよび層間絶縁膜L1を形成し、その後層間絶縁膜L1の上面を平坦化する。これにより、MONOSメモリQ1と、ポリシリコン膜P1aおよびP2aからなる容量素子CPDaとが形成される。   That is, after the ONO film MF exposed from the polysilicon film P2a is removed, the extension region EX, the sidewall SW, and the diffusion layer DF are sequentially formed, followed by the etching stopper film ES and the interlayer insulating film L1, and then the interlayer The top surface of the insulating film L1 is planarized. As a result, the MONOS memory Q1 and the capacitive element CPDa formed of the polysilicon films P1a and P2a are formed.

図19に示すMONOSメモリQ1は、図10に示すMONOSメモリQ1と同様の構造を有しているが、図19の容量素子CPDaは図10の容量素子CPDとは異なり、ポリシリコン膜P1aと、その上にONO膜MFを介して積層したポリシリコン膜P2aとを有している。図19において、ポリシリコン膜P2aに覆われている領域のポリシリコン膜P1aの上面にはシリサイド層は形成されていない。ポリシリコン膜P2aの上面には、サイドウォールSWおよび絶縁膜IF2により覆われている領域を除いて、シリサイド層S1が形成されている。前述したように、絶縁膜IF2は、ポリシリコン膜P2aの角部の近傍の表面にシリサイド層が形成されることに起因して不良が生じることを防ぐために設けられたものである。   The MONOS memory Q1 shown in FIG. 19 has the same structure as the MONOS memory Q1 shown in FIG. 10, but the capacitive element CPDa in FIG. 19 is different from the capacitive element CPD in FIG. A polysilicon film P2a laminated thereover via an ONO film MF is provided. In FIG. 19, no silicide layer is formed on the upper surface of the polysilicon film P1a in the region covered with the polysilicon film P2a. A silicide layer S1 is formed on the upper surface of the polysilicon film P2a except for a region covered with the sidewall SW and the insulating film IF2. As described above, the insulating film IF2 is provided to prevent a defect from occurring due to the formation of a silicide layer on the surface in the vicinity of the corner of the polysilicon film P2a.

このとき、容量素子CPDaの高さは、ポリシリコン膜P2aおよびONO膜MFがポリシリコン膜P1aに形成されている分、MONOSメモリQ1の高さよりも高くなっている。つまり、図19に示すように、容量素子CPDaの高さは、MONOSメモリQ1よりも距離H1だけ高い。このため、これらの半導体素子の上部を覆う層間絶縁膜L1の上面は、MONOSメモリQ1の直上よりも容量素子CPDaの直上の方が高くなり、層間絶縁膜L1の上面に大きな高低差を有する凹凸が形成される。   At this time, the height of the capacitive element CPDa is higher than the height of the MONOS memory Q1 because the polysilicon film P2a and the ONO film MF are formed on the polysilicon film P1a. That is, as shown in FIG. 19, the height of the capacitive element CPDa is higher than the MONOS memory Q1 by the distance H1. For this reason, the upper surface of the interlayer insulating film L1 covering the upper portions of these semiconductor elements is higher immediately above the capacitor element CPDa than directly above the MONOS memory Q1, and the upper and lower surfaces of the interlayer insulating film L1 have irregularities having a large height difference. Is formed.

このような形状を有する層間絶縁膜L1の上面を平坦化することは困難であり、図19に示すように、CMP法などの研磨による平坦化工程後であっても、MONOSメモリ形成領域1Aと容量素子形成領域1Cとの間の層間絶縁膜L1の上面には段差が形成され、層間絶縁膜L1の上面は平坦にならない。これは、上面に大きな凹凸がある絶縁膜の上面を完全に平坦にすることは、技術的に困難であることによる。つまり、平坦化工程において、CMP法などにより研磨する対象の面の凹凸を極力少なくしなければ、研磨後の当該面の平坦性を高めることは困難である。   It is difficult to planarize the upper surface of the interlayer insulating film L1 having such a shape. As shown in FIG. 19, even after the planarization step by polishing such as CMP, the MONOS memory forming region 1A and A step is formed on the upper surface of the interlayer insulating film L1 between the capacitor element formation region 1C and the upper surface of the interlayer insulating film L1 is not flat. This is because it is technically difficult to completely flatten the upper surface of the insulating film having large irregularities on the upper surface. That is, in the planarization step, it is difficult to improve the flatness of the surface after polishing unless the unevenness of the surface to be polished is reduced as much as possible by the CMP method or the like.

このとき、MONOSメモリ形成領域1Aと容量素子形成領域1Cとの間において、層間絶縁膜L1の上面には、距離H3の大きさの高低差が生じている。距離H3は、距離H1と同じか、それよりも小さい値である。ここでは、距離H3は距離H1と同じ大きさであるものとする。   At this time, a difference in height of the distance H3 occurs between the upper surface of the interlayer insulating film L1 between the MONOS memory formation region 1A and the capacitor element formation region 1C. The distance H3 is the same as or smaller than the distance H1. Here, it is assumed that the distance H3 is the same size as the distance H1.

容量素子形成領域1Cの層間絶縁膜L1の上面の高さは、ポリシリコン膜P1aおよびP2aが平面的に重なっている領域の直上以外の、ポリシリコン膜P1aの近傍の直上においても高くなる。このように、MONOSメモリ形成領域1Aと容量素子形成領域1Cとでは、層間絶縁膜L1の膜厚に差が生じる。   The height of the upper surface of the interlayer insulating film L1 in the capacitor element formation region 1C is higher even immediately above the vicinity of the polysilicon film P1a, except immediately above the region where the polysilicon films P1a and P2a overlap in plan view. Thus, there is a difference in the film thickness of the interlayer insulating film L1 between the MONOS memory formation region 1A and the capacitor element formation region 1C.

次に、図11および図12を用いて説明したコンタクトプラグCPの形成工程および層間絶縁膜L1上の配線層の形成工程を行うことで、図17に示す比較例の半導体装置が完成する。層間絶縁膜L1上に層間絶縁膜L2および配線W1を形成するため、層間絶縁膜L2および配線W1も、MONOSメモリQ1が形成された領域と容量素子CPDaが形成された領域とで、距離H2の大きさの高低差が生じる。距離H1、H2およびH3はそれぞれほぼ同じ大きさである。   Next, by performing the contact plug CP forming step and the wiring layer forming step on the interlayer insulating film L1 described with reference to FIGS. 11 and 12, the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 17 is completed. In order to form the interlayer insulating film L2 and the wiring W1 on the interlayer insulating film L1, the interlayer insulating film L2 and the wiring W1 also have a distance H2 between the region where the MONOS memory Q1 is formed and the region where the capacitive element CPDa is formed. A difference in height occurs. The distances H1, H2, and H3 are approximately the same size.

上述したように、層間絶縁膜L1の上面が平坦化されずに凹凸が生じると、その後の製造プロセスの精度が低下し、難易度が上昇する。すなわち、容量素子CPDaが形成された領域において、半導体基板SBの上面のシリサイド層S1を露出するコンタクトホールの上下方向の長さが長くなり、コンタクトホールの形成が困難になる。また、上下方向に長く、直径が細いコンタクトホールを形成すると、コンタクトホール内にコンタクトプラグCPを形成することが困難となり、半導体素子の導通不良の発生、または層間絶縁膜の低耐圧化などの問題が生じ、半導体装置の信頼性が低下する。   As described above, when the upper surface of the interlayer insulating film L1 is not flattened and unevenness occurs, the accuracy of the subsequent manufacturing process decreases and the difficulty increases. That is, in the region where the capacitive element CPDa is formed, the vertical length of the contact hole that exposes the silicide layer S1 on the upper surface of the semiconductor substrate SB becomes long, and it becomes difficult to form the contact hole. In addition, if a contact hole that is long in the vertical direction and has a small diameter is formed, it becomes difficult to form a contact plug CP in the contact hole, which causes problems such as poor conduction of the semiconductor element or low breakdown voltage of the interlayer insulating film. As a result, the reliability of the semiconductor device decreases.

また、上記問題に対して、容量素子CPDaの近傍の層間絶縁膜L1の厚膜化に応じてコンタクトホールの直径を広げようとすると、コンタクトホール内に形成するコンタクトプラグCPの直径が大きくなるため、半導体装置の微細化が困難となり、また、製造コストが増加する問題が生じる。   Further, with respect to the above problem, if the diameter of the contact hole is increased in accordance with the increase in the thickness of the interlayer insulating film L1 in the vicinity of the capacitive element CPDa, the diameter of the contact plug CP formed in the contact hole increases. As a result, it is difficult to miniaturize the semiconductor device, and the manufacturing cost increases.

また、上記のように層間絶縁膜L1の上面に高低差が生じると、または層間絶縁膜L1上に形成する他の層間絶縁膜(例えば層間絶縁膜L2)に溝または貫通孔を形成するためのリソグラフィ工程において、露光時にフォトレジスト膜の全面に焦点を合わせることができず、リソグラフィの精度が低下する問題が生じる。つまり、上面に高低差がある層間絶縁膜L1上に形成する絶縁膜または配線などの加工精度が低下する。層間絶縁膜L1にコンタクトホールを開口する際にも、コンタクトホールの位置および開口部の形状などを規定するためにマスクとして用いるフォトレジスト膜を露光する際に、焦点を合わせることが困難になるため上記問題が生じる。   Further, when a difference in level occurs on the upper surface of the interlayer insulating film L1 as described above, or for forming a groove or a through hole in another interlayer insulating film (for example, the interlayer insulating film L2) formed on the interlayer insulating film L1. In the lithography process, it is impossible to focus on the entire surface of the photoresist film at the time of exposure, which causes a problem that the accuracy of lithography is lowered. That is, the processing accuracy of the insulating film or the wiring formed on the interlayer insulating film L1 having a height difference on the upper surface is lowered. Even when a contact hole is opened in the interlayer insulating film L1, it is difficult to focus when exposing a photoresist film used as a mask to define the position of the contact hole and the shape of the opening. The above problem occurs.

また、上記のように層間絶縁膜L1の上面に凹凸があると、その上の層間絶縁膜(例えば層間絶縁膜L2)に形成した複数の配線溝に形成した複数の金属膜間が短絡する虞がある。   Further, if the upper surface of the interlayer insulating film L1 is uneven as described above, a plurality of metal films formed in the plurality of wiring grooves formed in the interlayer insulating film (for example, the interlayer insulating film L2) thereon may be short-circuited. There is.

これに対し、本実施の形態では、図12に示すように、異なるポリシリコン膜P1、P2を、半導体基板SBの上面に沿う方向に並べ、互いをONO膜MFにより絶縁させることで、ポリシリコン膜P1、P2からなる容量素子CPDの高さを低くしている。本実施の形態のPIP容量素子は、異なるポリシリコン膜を半導体基板の主面に対して垂直な方向に積層する構造ではないため、素子の高さを低くすることができ、また、他のメモリ素子またはFETなどと素子の高さを揃えることができる。したがって、高さが揃っている容量素子CPDと他の半導体素子との上部に形成する層間絶縁膜L1の上面の平坦化を容易にすることができるため、上記した層間絶縁膜の厚膜化または上面の段差の形成に起因して半導体装置の信頼性が低下することを防ぎ、また、半導体装置の微細化を容易にすることができる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, different polysilicon films P1 and P2 are arranged in a direction along the upper surface of the semiconductor substrate SB and insulated from each other by the ONO film MF. The height of the capacitive element CPD composed of the films P1 and P2 is reduced. Since the PIP capacitor of this embodiment does not have a structure in which different polysilicon films are stacked in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate, the height of the element can be reduced, and other memories can be used. The height of the element can be aligned with that of the element or FET. Accordingly, the upper surface of the interlayer insulating film L1 formed above the capacitor element CPD having the same height and the other semiconductor elements can be easily flattened. It is possible to prevent the reliability of the semiconductor device from being lowered due to the formation of the step on the upper surface, and to facilitate miniaturization of the semiconductor device.

具体的には、容量素子CPDの近傍の層間絶縁膜L1の膜厚はMONOSメモリQ1または低耐圧MOSFETQ2を形成した領域の層間絶縁膜L1の膜厚と同等になるため、容量素子CPDの近傍の層間絶縁膜L1の膜厚が過度に厚くなることに起因して、コンタクトホールおよびコンタクトプラグCPの形成が困難になることを防ぐことができる。したがって、コンタクトプラグCPの導通不良の発生を防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、容量素子CPDの近傍に形成するコンタクトホールの直径を、MONOSメモリQ1または低耐圧MOSFETQ2の近傍のコンタクトプラグの直径に合わせて小さくすることができ、半導体装置の微細化を容易にすることができる。   Specifically, the film thickness of the interlayer insulating film L1 in the vicinity of the capacitive element CPD is equal to the film thickness of the interlayer insulating film L1 in the region where the MONOS memory Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q2 is formed. It can be prevented that the formation of the contact hole and the contact plug CP is difficult due to the film thickness of the interlayer insulating film L1 being excessively thick. Therefore, the occurrence of a conduction failure of the contact plug CP can be prevented, and the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, the diameter of the contact hole formed in the vicinity of the capacitive element CPD can be reduced according to the diameter of the contact plug in the vicinity of the MONOS memory Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q2, thereby facilitating the miniaturization of the semiconductor device. it can.

また、層間絶縁膜L1の上面が、半導体基板SB上の全面に亘って平坦となるため、層間絶縁膜L1の上面の凹凸に起因して、層間絶縁膜L1上に形成する膜を加工する際のフォトリソグラフィの露光精度が低下する問題、層間絶縁膜L1にコンタクトホールを形成する際のフォトリソグラフィの露光精度が低下する問題、または配線W1の短絡が発生する問題の発生を防ぐことができる。これにより、配線層の形成精度が向上する。   Further, since the upper surface of the interlayer insulating film L1 is flat over the entire surface of the semiconductor substrate SB, the film formed on the interlayer insulating film L1 is processed due to the unevenness of the upper surface of the interlayer insulating film L1. The problem that the exposure accuracy of photolithography decreases, the problem that the exposure accuracy of photolithography when the contact hole is formed in the interlayer insulating film L1, or the problem that the wiring W1 is short-circuited can be prevented. Thereby, the formation accuracy of the wiring layer is improved.

以上に述べたように、本実施の形態では、層間絶縁膜L1の形成後の製造プロセスの精度が低下すること、および当該製造プロセスの難易度が上がることを防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to prevent the accuracy of the manufacturing process after the formation of the interlayer insulating film L1 from being lowered and the difficulty of the manufacturing process from being increased. Reliability can be improved.

また、本実施の形態では、上述したように、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間の距離を過度に離し過ぎず、隣り合うポリシリコン膜P1間に一つのポリシリコン膜P2を埋め込むことで、半導体基板SB上において容量素子CPDが占める面積を縮小することを可能としている。これにより、高い容量を発生させることができる容量素子を、小さい面積で形成することができるため、半導体装置を微細化することが可能となる。   Further, in the present embodiment, as described above, the distance between the adjacent polysilicon films P1 is not excessively separated, and one polysilicon film P2 is embedded between the adjacent polysilicon films P1, It is possible to reduce the area occupied by the capacitive element CPD on the semiconductor substrate SB. Accordingly, a capacitor element capable of generating a high capacitance can be formed with a small area, and thus the semiconductor device can be miniaturized.

また、図17に示す比較例の容量素子CPDaでは、ポリシリコン膜P2aに覆われたポリシリコン膜P1aの上面にはシリサイド層が形成されないため、ポリシリコン膜P1aが高抵抗となり、容量素子CPDaの応答性が悪くなる問題が生じる。   In the capacitive element CPDa of the comparative example shown in FIG. 17, since the silicide layer is not formed on the upper surface of the polysilicon film P1a covered with the polysilicon film P2a, the polysilicon film P1a has a high resistance, and the capacitance element CPDa There arises a problem that the responsiveness deteriorates.

これに対し、本実施の形態では、図12に示すように第1方向に交互に並ぶポリシリコン膜P1、P2を形成し、容量素子CPDを構成するそれぞれのポリシリコン膜の上面が露出した状態でシリサイド層S1を形成することができるため、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上面の全面にシリサイド層S1を形成することができ、容量素子CPDの応答性を高めることができる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the polysilicon films P1 and P2 alternately arranged in the first direction are formed, and the upper surfaces of the respective polysilicon films constituting the capacitor element CPD are exposed. Since the silicide layer S1 can be formed in this manner, the silicide layer S1 can be formed on the entire upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2, and the responsiveness of the capacitive element CPD can be improved.

なお、容量素子の構造としては、半導体基板上に絶縁膜を介して導体膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法などを用いて当該導体膜を複数のパターンに加工し、当該複数のパターン同士の間に絶縁膜を埋め込むことで、互いに絶縁された当該複数のパターン同士の間で電荷を蓄積する構造が考えられる。しかし、容量素子を構成する導体膜同士の距離が近いほど、蓄積できる電荷の量が大きくなるのに対し、フォトリソグラフィ技術を用いて加工したパターン同士では、それらの間の距離を小さくすることができないため、容量の大きい容量素子を形成することは困難である。   As a structure of the capacitor element, after forming a conductor film on a semiconductor substrate via an insulating film, the conductor film is processed into a plurality of patterns using a photolithography technique, an etching method, or the like. A structure is conceivable in which charges are accumulated between the plurality of patterns insulated from each other by embedding an insulating film between them. However, the closer the distance between the conductor films constituting the capacitive element, the larger the amount of charge that can be accumulated, whereas the patterns processed using photolithography technology can reduce the distance between them. Therefore, it is difficult to form a capacitor with a large capacity.

これに対し、図12に示す本実施の形態の容量素子CPDは、容量素子CPDを構成するポリシリコン膜P1を形成した後、導体膜間を絶縁するための薄い絶縁膜であるONO膜MFを形成し、その後ポリシリコン膜P2を形成しているため、ポリシリコン膜P1、P2間の距離を、上記のように一つのパターンを加工して分離させる場合に比べて小さくすることができる。したがって、互いにより近接した複数の導体膜を形成することができるため、容量素子CPDの容量を大きくすることが可能である。   On the other hand, in the capacitive element CPD of the present embodiment shown in FIG. 12, after the polysilicon film P1 constituting the capacitive element CPD is formed, the ONO film MF, which is a thin insulating film for insulating the conductor films, is formed. Since the polysilicon film P2 is formed after that, the distance between the polysilicon films P1 and P2 can be reduced as compared with the case where one pattern is processed and separated as described above. Therefore, a plurality of conductor films that are closer to each other can be formed, so that the capacitance of the capacitor CPD can be increased.

また、図18を用いて説明したように、ポリシリコン膜P1a、P2aを積層して容量素子CPDaを形成する場合には、ポリシリコン膜P1a上にポリシリコン膜P2aを残すために、フォトレジスト膜PR1でポリシリコン膜P2aを覆う工程と、その工程の後にポリシリコン膜P2aの一部を除去してからフォトレジスト膜PR1を除去する工程とを行う必要が生じる。このため、上述した比較例の半導体装置の製造工程では、容量素子を形成するために製造工程が増加する問題がある。   In addition, as described with reference to FIG. 18, when the capacitor elements CPDa are formed by stacking the polysilicon films P1a and P2a, in order to leave the polysilicon film P2a on the polysilicon film P1a, a photoresist film It is necessary to perform a step of covering the polysilicon film P2a with PR1 and a step of removing the photoresist film PR1 after removing a part of the polysilicon film P2a after the step. For this reason, in the manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example described above, there is a problem that the manufacturing process increases in order to form the capacitive element.

これに対し、図3〜図12を用いて説明したように、容量素子CPDはMONOSメモリQ1と同様に、導体膜の側壁にONO膜を介して導体膜を形成することで形成することができるため、余計な工程を増やすことなく、MONOSメモリQ1の形成工程に合わせて容量素子CPDを形成することができる。したがって、半導体装置の製造工程が煩雑になり、半導体装置の製造コストが増加することを防ぐことができる。   On the other hand, as described with reference to FIGS. 3 to 12, the capacitive element CPD can be formed by forming a conductor film on the side wall of the conductor film via the ONO film, similarly to the MONOS memory Q1. Therefore, it is possible to form the capacitive element CPD in accordance with the formation process of the MONOS memory Q1 without increasing unnecessary processes. Therefore, it is possible to prevent the manufacturing process of the semiconductor device from becoming complicated and increasing the manufacturing cost of the semiconductor device.

以下に、本実施の形態の半導体装置の変形例について、図13〜図16を用いて説明する。図13〜図15は、本実施の形態の半導体装置の変形例を示す平面レイアウトである。図16は、本実施の形態の半導体装置の変形例を示す断面図である。   Hereinafter, modified examples of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 15 are plan layouts showing modifications of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a modification of the semiconductor device of the present embodiment.

図1に、容量素子CPDの平面レイアウトとして、1方向に延在する複数のポリシリコン膜P1、P2を第1方向に複数並べ、それぞれのポリシリコン膜P1、P2の端部の上面にコンタクトプラグCPを接続した構造を示したが、本実施の形態の容量素子CPDはこのような配置に限らず、図13〜図15に示すようなレイアウトであってもよい。   In FIG. 1, as a planar layout of the capacitive element CPD, a plurality of polysilicon films P1, P2 extending in one direction are arranged in the first direction, and contact plugs are formed on the upper surfaces of the end portions of the respective polysilicon films P1, P2. Although a structure in which CPs are connected is shown, the capacitor element CPD of the present embodiment is not limited to such an arrangement, and may have a layout as shown in FIGS.

図13に示す本実施の形態の変形例の一つである容量素子CPDを構成するポリシリコン膜P1は、第1方向に延在するパターンと、当該パターンの第2方向の一方の側壁から、第2方向に延在する複数のパターンが第1方向に並んで配置され、これらのパターンが一体となった櫛形の形状を有している。ポリシリコン膜P2は、平面視においてポリシリコン膜P1を囲むように、ポリシリコン膜P1の側壁に沿って形成されており、ポリシリコン膜P1、P2間にはONO膜MFが介在している。この容量素子CPDの容量は、主に第2方向に延在して第1方向に交互に複数並ぶポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの間で発生する。   The polysilicon film P1 constituting the capacitive element CPD which is one of the modifications of the present embodiment shown in FIG. 13 includes a pattern extending in the first direction and one side wall in the second direction of the pattern. A plurality of patterns extending in the second direction are arranged side by side in the first direction, and have a comb shape in which these patterns are integrated. The polysilicon film P2 is formed along the side wall of the polysilicon film P1 so as to surround the polysilicon film P1 in plan view, and the ONO film MF is interposed between the polysilicon films P1 and P2. The capacitance of the capacitive element CPD is generated between each of the polysilicon films P1 and P2 mainly extending in the second direction and alternately arranged in the first direction.

ポリシリコン膜P1に給電するコンタクトプラグCPは、第2方向に延在するポリシリコン膜P1の複数のパターンのうち、第1方向の端のパターンから、第1方向において容量素子CPDの外側の飛び出した2箇所のパターン(給電部)の上面のそれぞれに接続されている。上記2箇所のパターン(給電部)は第2方向に並び、それらの間には、ポリシリコン膜P2が埋め込まれている。   The contact plug CP that feeds power to the polysilicon film P1 protrudes from the end pattern in the first direction out of the plurality of patterns of the polysilicon film P1 extending in the second direction to the outside of the capacitive element CPD in the first direction. In addition, they are connected to the upper surfaces of the two patterns (feeding portions). The two patterns (feeding portions) are arranged in the second direction, and a polysilicon film P2 is embedded between them.

ポリシリコン膜P2に給電するコンタクトプラグCPは、第2方向において隣り合う、ポリシリコン膜P1を構成する上記2箇所のパターン(給電部)の間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の上面に接続されている。例えば、櫛形のポリシリコン膜P1を構成し、第1方向に延在するパターンの一方の側壁に沿って形成され、第1方向に延在するポリシリコン膜P2のように、サイドウォール状に形成された幅の狭いパターンの上面には、コンタクトプラグCPを精度よく接続することは困難である。   The contact plug CP that feeds power to the polysilicon film P2 is connected to the upper surface of the polysilicon film P2 that is embedded between the two patterns (feeding portions) that constitute the polysilicon film P1 that are adjacent in the second direction. ing. For example, a comb-shaped polysilicon film P1 is formed, formed along one side wall of a pattern extending in the first direction, and formed in a sidewall shape like the polysilicon film P2 extending in the first direction. It is difficult to accurately connect the contact plug CP to the upper surface of the narrow pattern.

しかし、上述したように2つの近接するパターンの間に埋め込まれたポリシリコン膜P2にコンタクトプラグCPを接続すれば、露光装置などの精度によってコンタクトプラグCPの形成位置がずれたとしても、ずれ幅に対する許容範囲が大きいため、ポリシリコン膜P2にコンタクトプラグCPを確実に接続することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   However, if the contact plug CP is connected to the polysilicon film P2 embedded between two adjacent patterns as described above, even if the contact plug CP formation position is displaced due to the accuracy of the exposure apparatus or the like, the displacement width Therefore, the contact plug CP can be reliably connected to the polysilicon film P2, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

また、図13に示すようにポリシリコン膜P1、P2に対してコンタクトプラグCPを接続する給電部を容量素子CPDの端部に設ければ、第2方向に延在して第1方向に複数並ぶポリシリコン膜P1、P2のそれぞれのパターンの、第1方向における幅を小さくすることができる。したがって、容量素子CPDを構成するポリシリコン膜P1、P2のレイアウト設計の自由度が向上する。   Further, as shown in FIG. 13, if a power feeding portion for connecting the contact plug CP to the polysilicon films P1 and P2 is provided at the end of the capacitive element CPD, the plurality of power feeding portions extend in the second direction and extend in the first direction. The width of each pattern of the polysilicon films P1 and P2 arranged in the first direction can be reduced. Therefore, the degree of freedom in layout design of the polysilicon films P1 and P2 constituting the capacitive element CPD is improved.

また、図14に示す本実施の形態の変形例の容量素子CPDは、第2方向に延在し、第1方向に複数並ぶポリシリコン膜P1の周りに、ONO膜MFを介してポリシリコン膜P2を形成した容量素子CPDであって、一部のポリシリコン膜P1の第2方向の端部を、隣り合うポリシリコン膜P1よりも第2方向に伸ばした構造を有している。隣り合うポリシリコン膜P1間にはポリシリコン膜P2が埋め込まれているため、第1方向において、ポリシリコン膜P1、P2は交互に複数並んで配置されている。   Further, the capacitive element CPD of the modification of the present embodiment shown in FIG. 14 has a polysilicon film extending around the polysilicon film P1 extending in the second direction and arranged in the first direction via the ONO film MF. The capacitive element CPD in which P2 is formed has a structure in which the end portion in the second direction of a part of the polysilicon film P1 is extended in the second direction from the adjacent polysilicon film P1. Since the polysilicon film P2 is buried between the adjacent polysilicon films P1, a plurality of polysilicon films P1 and P2 are alternately arranged in the first direction.

ポリシリコン膜P1に対するコンタクトプラグCPの接続の方法は図1と同様である。ただし、ポリシリコン膜P2に給電するコンタクトプラグCPは、平面視において矩形の形状を有するポリシリコン膜P1の角に沿うポリシリコン膜P2と、当該ポリシリコン膜P1と隣り合い、より第2方向に伸びたパターンを有するポリシリコン膜P1の第1方向の側壁に沿うポリシリコン膜P2との接点近傍のポリシリコン膜P2の上面に接続されている。   The method of connecting the contact plug CP to the polysilicon film P1 is the same as that in FIG. However, the contact plug CP that feeds power to the polysilicon film P2 is adjacent to the polysilicon film P2 along the corner of the polysilicon film P1 having a rectangular shape in plan view, and adjacent to the polysilicon film P1, and in the second direction. The polysilicon film P1 having the extended pattern is connected to the upper surface of the polysilicon film P2 in the vicinity of the contact point with the polysilicon film P2 along the side wall in the first direction.

このように、隣り合うポリシリコン膜P1の対抗する側壁間ではなく、ポリシリコン膜P1の角部の近傍のポリシリコン膜P2の上面は、ポリシリコン膜P2に対してコンタクトプラグCPを接続することができる領域が広い。このため、上記のような領域にコンタクトプラグCPを接続すれば、図13を用いて説明した理由により、コンタクトプラグCPをより確実にポリシリコン膜P2に接続することができる。また、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間に形成されるポリシリコン膜P2の形状が、コンタクトプラグCPを接続するための制約を受けることを防ぐことができるため、容量素子CPDのレイアウトの自由度を高めることができる。   In this way, the contact plug CP is connected to the polysilicon film P2 on the upper surface of the polysilicon film P2 in the vicinity of the corner of the polysilicon film P1, not between the opposing side walls of the adjacent polysilicon film P1. Wide area for Therefore, if the contact plug CP is connected to the region as described above, the contact plug CP can be more reliably connected to the polysilicon film P2 for the reason described with reference to FIG. In addition, since the shape of the polysilicon film P2 formed between the adjacent polysilicon films P1 can be prevented from being restricted to connect the contact plug CP, the degree of freedom in layout of the capacitor element CPD. Can be increased.

また、図15には、本実施の形態の容量素子CPDの変形例の一つとして、第2方向に延在し、第2方向において隣り合う二つのポリシリコン膜P1のパターンと、それぞれのポリシリコン膜P1の周囲をONO膜MFを介して囲むように形成されたポリシリコン膜P2とを示している。第2方向に隣り合うポリシリコン膜P1同士の間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の上面にはコンタクトプラグCPが接続されている。なお、図示はしていないが、ポリシリコン膜P1は、第1方向に複数並べて配置してもよい。この場合、第1方向において隣り合うポリシリコン膜P1間にもポリシリコン膜P2が埋め込まれる。   Further, FIG. 15 shows, as one modified example of the capacitive element CPD of the present embodiment, patterns of two polysilicon films P1 extending in the second direction and adjacent in the second direction, and the respective polycrystals. A polysilicon film P2 formed so as to surround the periphery of the silicon film P1 with an ONO film MF is shown. A contact plug CP is connected to the upper surface of the polysilicon film P2 buried between the polysilicon films P1 adjacent in the second direction. Although not shown, a plurality of polysilicon films P1 may be arranged in the first direction. In this case, the polysilicon film P2 is also buried between the polysilicon films P1 adjacent in the first direction.

図15に示す容量素子では、図14に示した変形例の容量素子と同様に、第1方向においてポリシリコン膜P1に隣接するポリシリコン膜P2の形状が、コンタクトプラグCPを接続するための制約を受けることを防ぐことができるため、容量素子CPDのレイアウトの自由度を高めることができる。   In the capacitive element shown in FIG. 15, the shape of the polysilicon film P2 adjacent to the polysilicon film P1 in the first direction is the restriction for connecting the contact plug CP, as in the capacitive element of the modification shown in FIG. Therefore, the degree of freedom in the layout of the capacitor CPD can be increased.

また、図16には、本実施の形態のMONOSメモリQ1の変形例として、コントロールゲート電極CGの一方の側壁のみにONO膜MFおよびメモリゲート電極MGが設けられている構造を示している。前述したように、メモリゲート電極MGおよびONO膜MFはコントロールゲート電極CGの一方の側壁に隣接して形成してあれば、MONOSメモリQ1は不揮発性メモリとして使用することができる。   FIG. 16 shows a structure in which the ONO film MF and the memory gate electrode MG are provided only on one side wall of the control gate electrode CG, as a modification of the MONOS memory Q1 of the present embodiment. As described above, if the memory gate electrode MG and the ONO film MF are formed adjacent to one side wall of the control gate electrode CG, the MONOS memory Q1 can be used as a nonvolatile memory.

このような構造を形成するためには、まず、図3〜図7を用いて説明した工程を行うことで、コントロールゲート電極CGの両側の側壁にサイドウォール状のメモリゲート電極MGを形成する。その後、フォトレジスト膜により、コントロールゲート電極CGの一方の側壁のメモリゲート電極MGおよび容量素子形成領域1Bを覆った後、エッチング法などにより、露出しているもう一方のメモリゲート電極MGを除去してから、当該フォトレジスト膜を除去すればよい。   In order to form such a structure, first, the steps described with reference to FIGS. 3 to 7 are performed, thereby forming the sidewall-like memory gate electrode MG on the side walls on both sides of the control gate electrode CG. Thereafter, the memory gate electrode MG on one side wall of the control gate electrode CG and the capacitor element formation region 1B are covered with a photoresist film, and then the other exposed memory gate electrode MG is removed by an etching method or the like. Then, the photoresist film may be removed.

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

例えば、前記実施の形態では、図2に示したように、半導体基板上にnチャネル型のMOSFETを形成する場合について説明したが、半導体素子はpチャネル型のMOSFETでもよく、また、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型のFETであってもよい。   For example, in the above embodiment, the case where an n-channel MOSFET is formed on a semiconductor substrate as shown in FIG. 2 has been described. However, the semiconductor element may be a p-channel MOSFET, and MIS (Metal Insulator Semiconductor) type FET may be used.

1A MONOSメモリ形成領域
1B 容量素子形成領域
CG コントロールゲート電極
CP コンタクトプラグ
CPD、CPDa 容量素子
EI 素子分離領域
ES エッチングストッパ膜
EX エクステンション領域
GE ゲート電極
GF1、GF2 ゲート絶縁膜
IF1、IF2 絶縁膜
L1、L2 層間絶縁膜
MG メモリゲート電極
MF ONO膜
N1 窒化シリコン膜
P1、P1a、P2、P2a ポリシリコン膜
PR1 フォトレジスト膜
Q1 MONOSメモリ
Q2 低耐圧MOSFET
S1 シリサイド層
SB 半導体基板
DF 拡散層
SW サイドウォール
W1 配線
X1、X2 酸化シリコン膜
1A MONOS memory formation region 1B capacitive element formation region CG control gate electrode CP contact plug CPD, CPDa capacitive element EI element isolation region ES etching stopper film EX extension region GE gate electrode GF1, GF2 gate insulating film IF1, IF2 insulating films L1, L2 Interlayer insulating film MG Memory gate electrode MF ONO film N1 Silicon nitride films P1, P1a, P2, P2a Polysilicon film PR1 Photoresist film Q1 MONOS memory Q2 Low breakdown voltage MOSFET
S1 Silicide layer SB Semiconductor substrate DF Diffusion layer SW Side wall W1 Wiring X1, X2 Silicon oxide film

Claims (14)

半導体基板上に形成された第1導体膜と、
前記半導体基板の主面に沿う第1方向において、前記第1導体膜と隣り合い、前記第1導体膜と絶縁された第2導体膜と、
を含む容量素子を有し、
前記第1導体膜と前記第2導体膜との間には、前記第1導体膜の側壁から前記第2導体膜の側壁に向かって順に形成された、第1酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2酸化シリコン膜を含む第1ONO膜が形成されている、半導体装置。
A first conductor film formed on a semiconductor substrate;
A second conductor film adjacent to the first conductor film and insulated from the first conductor film in a first direction along the main surface of the semiconductor substrate;
A capacitive element including
Between the first conductor film and the second conductor film, a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film formed in order from the side wall of the first conductor film toward the side wall of the second conductor film, and A semiconductor device in which a first ONO film including a second silicon oxide film is formed.
前記半導体基板上には、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の横の前記半導体基板の上面に形成されたソース・ドレイン領域とを含む電界効果トランジスタが形成されている、請求項1記載の半導体装置。
On the semiconductor substrate, a gate electrode formed through a gate insulating film,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a field effect transistor including a source / drain region formed on an upper surface of the semiconductor substrate beside the gate electrode is formed.
前記半導体基板上には、ゲート絶縁膜を介して形成された選択ゲート電極と、
前記選択ゲート電極の側壁に第2ONO膜を介して隣接し、前記半導体基板上に前記第2ONO膜を介して形成されたメモリゲート電極と、
前記選択ゲート電極および前記メモリゲート電極の横の前記半導体基板の上面に形成されたソース・ドレイン領域とを含む不揮発性メモリを有し、
前記第2ONO膜は前記第1ONO膜と同層の膜である、請求項1記載の半導体装置。
On the semiconductor substrate, a selection gate electrode formed through a gate insulating film,
A memory gate electrode adjacent to the side wall of the select gate electrode via a second ONO film and formed on the semiconductor substrate via the second ONO film;
A non-volatile memory including a source / drain region formed on an upper surface of the semiconductor substrate beside the select gate electrode and the memory gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second ONO film is a film in the same layer as the first ONO film.
前記選択ゲート電極および前記第1導体膜とは同層の膜であり、
前記メモリゲート電極および前記第2導体膜とは同層の膜である、請求項3記載の半導体装置。
The selection gate electrode and the first conductor film are films of the same layer,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the memory gate electrode and the second conductor film are films of the same layer.
前記容量素子と前記不揮発性メモリとは同じ高さを有している、請求項3記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the capacitive element and the nonvolatile memory have the same height. 前記第1方向における前記容量素子の端の前記第2導体膜はサイドウォール状の形状を有し、
前記第1方向における前記容量素子の端の前記第2導体膜の前記第1方向の幅と、前記メモリゲート電極のゲート長とは同じ大きさである、請求項3記載の半導体装置。
The second conductive film at the end of the capacitive element in the first direction has a sidewall shape;
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a width in the first direction of the second conductor film at an end of the capacitive element in the first direction and a gate length of the memory gate electrode are the same size.
前記半導体基板上に形成され、上面が平坦化された層間絶縁膜により、前記容量素子および前記不揮発性メモリは覆われており、
前記層間絶縁膜上には、前記層間絶縁膜の上面に沿って配線層が形成されている、請求項3記載の半導体装置。
The capacitor element and the nonvolatile memory are covered with an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate and having a flat upper surface.
The semiconductor device according to claim 3, wherein a wiring layer is formed on the interlayer insulating film along an upper surface of the interlayer insulating film.
前記第1導体膜と前記第2導体膜とは、前記第1方向に交互に複数並べて配置され、前記第1方向に直交する第2方向に延在している、請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the first conductor films and the second conductor films are alternately arranged in the first direction and extend in a second direction orthogonal to the first direction. . 前記第1方向に隣り合う第1導体膜間に埋め込まれた前記第2導体膜の、前記第1方向における幅は、
前記第1方向における前記容量素子の端に形成された、サイドウォール状の形状を有する前記第2導体膜の、前記第1方向における幅の2倍以下の大きさである、請求項8記載の半導体装置。
The width in the first direction of the second conductor film embedded between the first conductor films adjacent in the first direction is:
9. The size of the second conductor film having a sidewall shape formed at an end of the capacitive element in the first direction is not more than twice the width in the first direction. Semiconductor device.
前記半導体基板上に形成され、上面が平坦化された層間絶縁膜により、前記容量素子は覆われており、
前記層間絶縁膜を貫通する複数のコンタクトプラグが形成されている、請求項1記載の半導体装置。
The capacitor element is covered with an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate and having a flat upper surface.
The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of contact plugs penetrating the interlayer insulating film are formed.
前記半導体基板上であって、前記第1導体膜および前記第2導体膜のそれぞれの直上または直下に、前記容量素子を構成する導体膜は形成されていない、請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a conductor film constituting the capacitive element is not formed immediately above or immediately below each of the first conductor film and the second conductor film on the semiconductor substrate. (a1)半導体基板を準備する工程と、
(b1)前記半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1導体膜を形成する工程と、
(c1)前記第1導体膜を加工する工程と、
(d1)前記半導体基板上に、第1酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、第2酸化シリコン膜および第2導体膜を順に積層し、第1酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2酸化シリコン膜を含むONO膜を形成する工程と、
(e1)前記第2導体膜を一部除去して、前記第1導体膜の上面および前記ONO膜の上面を露出させることで、前記半導体基板の主面に沿う第1方向において隣り合い、互いに絶縁された前記第1導体膜および前記第2導体膜を含む容量素子を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
(A1) preparing a semiconductor substrate;
(B1) forming a first conductor film on the semiconductor substrate via a first insulating film;
(C1) processing the first conductor film;
(D1) A first silicon oxide film, a silicon nitride film, a second silicon oxide film, and a second conductor film are sequentially stacked on the semiconductor substrate, and the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second silicon oxide film are stacked. Forming an ONO film including:
(E1) The second conductor film is partially removed to expose the upper surface of the first conductor film and the upper surface of the ONO film, so that they are adjacent to each other in the first direction along the main surface of the semiconductor substrate. Forming a capacitive element including the insulated first conductor film and the second conductor film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(f1)前記(e1)工程の後、露出している前記ONO膜を除去する工程と、
(g1)前記容量素子を覆う層間絶縁膜を前記半導体基板上に形成する工程と、
(h1)前記層間絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
(i1)前記(h1)工程の後、前記層間絶縁膜を貫通するコンタクトプラグを形成する工程と、
(j1)前記(i1)工程の後、前記層間絶縁膜上に配線層を形成する工程と、
をさらに有する、請求項12記載の半導体装置の製造方法。
(F1) After the step (e1), a step of removing the exposed ONO film;
(G1) forming an interlayer insulating film covering the capacitive element on the semiconductor substrate;
(H1) planarizing the upper surface of the interlayer insulating film;
(I1) After the step (h1), forming a contact plug that penetrates the interlayer insulating film;
(J1) After the step (i1), forming a wiring layer on the interlayer insulating film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising:
前記(c1)工程では、前記半導体基板上の第1領域に前記第1導体膜からなる選択ゲート電極を形成する加工を行い、
前記半導体基板上の第2領域に、前記第1方向に直交する第2方向に延在する前記第1導体膜のパターンを、前記第1方向に並べて複数形成する加工を行い、
前記(e1)工程では、前記第2導体膜を一部除去することで、前記選択ゲート電極の側壁に、前記ONO膜を介して隣接する、前記第2導体膜からなるメモリゲート電極を形成し、
前記第2領域では、前記第1方向において隣り合う前記第1導体膜と、その間に埋め込まれた前記第2導体膜とを含む前記容量素子を形成し、
(f2)前記(e1)工程の後、前記(g1)工程の前に、前記選択ゲート電極および前記メモリゲート電極の横の前記半導体基板の上面に不純物を打ち込み、前記半導体基板の上面にソース・ドレイン領域を形成することで、
前記選択ゲート電極、前記メモリゲート電極、前記ONO膜および前記ソース・ドレイン領域を有する不揮発性メモリを形成する工程、
をさらに有する、請求項13記載の半導体装置の製造方法。
In the step (c1), a process of forming a selection gate electrode made of the first conductor film in the first region on the semiconductor substrate is performed.
The second region on the semiconductor substrate is processed to form a plurality of patterns of the first conductor film extending in the second direction perpendicular to the first direction in the first direction,
In the step (e1), by partially removing the second conductor film, a memory gate electrode made of the second conductor film is formed adjacent to the side wall of the selection gate electrode via the ONO film. ,
In the second region, the capacitor element including the first conductor film adjacent in the first direction and the second conductor film embedded therebetween is formed,
(F2) After the step (e1) and before the step (g1), impurities are implanted into the upper surface of the semiconductor substrate next to the selection gate electrode and the memory gate electrode, and source / By forming the drain region,
Forming a non-volatile memory having the select gate electrode, the memory gate electrode, the ONO film, and the source / drain regions;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising:
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