JP2016165010A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】スプリットゲート型のMONOSメモリを有する半導体装置の信頼性の向上を提供する。【解決手段】ポリシリコン膜P1と、ダミーゲート電極との間を埋め込むように、ONO膜およびポリシリコン膜P2を順に形成した後、ダミーゲート電極を除去する。その後、ポリシリコン膜P1、P2の上面を研磨することで、ポリシリコン膜P1からなるコントロールゲート電極の側壁に、ONO膜を介して、ポリシリコン膜P2からなるメモリゲート電極を形成する。これにより、側壁の垂直性が高く、膜厚が一様なメモリゲート電極を形成する。【選択図】図11An object of the present invention is to improve the reliability of a semiconductor device having a split gate type MONOS memory. An ONO film and a polysilicon film P2 are sequentially formed so as to fill a space between a polysilicon film P1 and a dummy gate electrode, and then the dummy gate electrode is removed. Thereafter, by polishing the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2, a memory gate electrode made of the polysilicon film P2 is formed on the side wall of the control gate electrode made of the polysilicon film P1 via the ONO film. As a result, a memory gate electrode having a highly uniform sidewall and a uniform film thickness is formed. [Selection] Figure 11
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、スプリットゲート型の不揮発性メモリ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 more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having a split gate nonvolatile memory.
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。 MONOS that stores information by accumulating electric charge in an ONO (Oxide Nitride Oxide) film formed between a gate electrode and a substrate, and having a FET (Field Effect Transistor) structure as one of nonvolatile memories (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(国際特許公開WO2009/104688号パンフレット)には、スプリットゲート型の不揮発性メモリ素子を形成する工程において、コントロールゲート電極を構成するパターンの開口部内に、メモリゲート電極を構成する半導体層を埋め込むことが記載されている。ただし、ここではダミーゲート電極(完成した半導体装置に残らない犠牲パターン)を形成することは記載されていない。また、容量素子に関する記載はされていない。 Patent Document 1 (International Patent Publication WO2009 / 104688 pamphlet) describes a semiconductor layer that constitutes a memory gate electrode in an opening of a pattern that constitutes a control gate electrode in a step of forming a split gate type nonvolatile memory element. Is described as embedding. However, the formation of a dummy gate electrode (sacrificial pattern that does not remain in the completed semiconductor device) is not described here. Further, there is no description regarding the capacitive element.
特許文献2(特開2009−302269号公報)には、選択ゲート電極およびメモリゲート電極の高さを低くすることに起因して、イオン注入によりONO膜にダメージが生じることを防ぐため、ソース・ドレイン領域を形成した後にONO膜およびメモリゲート電極を形成することが記載されている。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-302269), in order to prevent damage to the ONO film due to ion implantation caused by reducing the height of the selection gate electrode and the memory gate electrode, It is described that an ONO film and a memory gate electrode are formed after forming a drain region.
半導体装置の微細化のために、スプリットゲート型のMONOSメモリセルにおいて、選択ゲート電極およびメモリゲート電極の高さを低くすることが考えられるが、この場合、メモリゲート電極に必要とされる形状の確保が困難になり、半導体装置の特性および信頼性が悪化する問題が生じる。 In a split gate type MONOS memory cell, it is conceivable to reduce the height of the selection gate electrode and the memory gate electrode in order to reduce the size of the semiconductor device. In this case, however, the shape required for the memory gate electrode is reduced. As a result, it becomes difficult to ensure, and the characteristics and reliability of the semiconductor device deteriorate.
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、第1ポリシリコン膜とダミーゲート電極との間に、ONO膜を介して第2ポリシリコン膜のパターンを形成した後、ダミーゲート電極を除去することで、コントロールゲート電極の側壁にONO膜を介して、側壁の垂直性が高く、膜厚が一様なメモリゲート電極を形成するものである。 The semiconductor device according to one embodiment forms a pattern of the second polysilicon film via the ONO film between the first polysilicon film and the dummy gate electrode, and then removes the dummy gate electrode, A memory gate electrode is formed on the side wall of the control gate electrode through the ONO film so that the side wall is highly perpendicular and the film thickness is uniform.
本願において開示される一実施の形態によれば、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 reliability of a semiconductor device can be improved.
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.
(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置は、半導体基板上に形成するスプリットゲート型の不揮発性メモリセルであるMONOSメモリセルを微細化するとともに、半導体装置の信頼性を向上させるものである。
(Embodiment 1)
The semiconductor device according to the present embodiment refines a MONOS memory cell, which is a split gate type nonvolatile memory cell formed on a semiconductor substrate, and improves the reliability of the semiconductor device.
以下に、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図1〜図26を用いて説明する。図1〜図5、図7、図8、図11〜図15、図17〜図23および図26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2〜図5、図7、図8、図11〜図15、図17〜図23および図26では、図の左側から順に、MONOSメモリ形成領域A1、給電部形成領域B1、容量素子形成領域C1、および低耐圧素子形成領域D1を示している。
Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this Embodiment is demonstrated using FIGS. 1 to 5, 7, 8, 11 to 15, 17 to 23, and 26 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 2 to 5, 7, 8, 11 to 15, 17 to 23, and 26, in order from the left side of the drawing, the MONOS memory
また、図6、図9、図16および図25は、製造工程中の半導体装置のうち、容量素子形成領域の平面レイアウトを示している。また、図10および図24は、製造工程中の半導体装置のうち、給電部形成領域の平面レイアウトを示している。 6, FIG. 9, FIG. 16, and FIG. 25 show a planar layout of the capacitor element formation region in the semiconductor device during the manufacturing process. 10 and 24 show a planar layout of a power feeding portion forming region in the semiconductor device during the manufacturing process.
まず、図1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EIを形成する。素子分離領域EIは、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)であるものとする。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。ウエルが形成される深さは、素子分離領域EIよりも深いものとする。 First, as shown in FIG. 1, 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 a silicon oxide film or the like is embedded in the trench, thereby forming an element isolation region EI. The element isolation region EI is, for example, STI (Shallow Trench Isolation). 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). The depth at which the well is formed is deeper than the element isolation region EI.
次に、図2に示すように、半導体基板SBの主面上に、絶縁膜IFおよびポリシリコン膜P1を順次形成する。絶縁膜IFは例えば酸化シリコン膜からなり、絶縁膜IF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。ここでは、低耐圧素子形成領域D1のポリシリコン膜P1上をフォトレジスト膜PR1により覆った状態でイオン注入を行うことで、MONOSメモリ形成領域A1、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1のポリシリコン膜P1に不純物イオンを打ち込む。 Next, as shown in FIG. 2, an insulating film IF and a polysilicon film P1 are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The insulating film IF is made of, for example, a silicon oxide film, and the insulating film IF 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 photolithography technology. Here, by performing ion implantation in a state where the polysilicon film P1 in the low breakdown voltage element formation region D1 is covered with the photoresist film PR1, the MONOS memory formation region A1, the power feeding portion formation region B1, and the capacitive element formation region C1 Impurity ions are implanted into the polysilicon film P1.
なお、図2に示すMONOSメモリ形成領域A1および低耐圧素子形成領域D1は、図1を用いて説明した工程において、素子分離領域EIを形成しなかった領域、すなわち半導体基板の主面が素子分離領域EIから露出している活性領域である。また、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1は、図1を用いて説明した工程において、素子分離領域EIを形成した領域である。 Note that the MONOS memory formation region A1 and the low breakdown voltage element formation region D1 shown in FIG. 2 are the regions where the element isolation region EI was not formed in the process described with reference to FIG. This is an active region exposed from the region EI. In addition, the power supply portion formation region B1 and the capacitor element formation region C1 are regions in which the element isolation region EI is formed in the process described with reference to FIG.
次に、図3に示すように、フォトレジスト膜PR1を除去した後に、ポリシリコン膜P1の上面の全面上にCVD法などを用いて窒化シリコン膜N2を形成(堆積)する。 Next, as shown in FIG. 3, after removing the photoresist film PR1, a silicon nitride film N2 is formed (deposited) on the entire upper surface of the polysilicon film P1 using a CVD method or the like.
次に、図4に示すように、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜PR2のパターンを窒化シリコン膜N2上に形成した後、フォトレジスト膜PR2をマスクとしたドライエッチング法により、窒化シリコン膜N2、ポリシリコン膜P1、および絶縁膜IFを一部除去することで、半導体基板SBの上面および素子分離領域EIの上面を露出させる。これにより、MONOSメモリ形成領域A1には、ポリシリコン膜P1からなるダミーゲート電極DPと、絶縁膜IFからなるゲート絶縁膜GFとが形成される。 Next, as shown in FIG. 4, after the pattern of the photoresist film PR2 is formed on the silicon nitride film N2 by the photolithography technique, the silicon nitride film N2, by the dry etching method using the photoresist film PR2 as a mask, By partially removing the polysilicon film P1 and the insulating film IF, the upper surface of the semiconductor substrate SB and the upper surface of the element isolation region EI are exposed. Thereby, the dummy gate electrode DP made of the polysilicon film P1 and the gate insulating film GF made of the insulating film IF are formed in the MONOS memory formation region A1.
ポリシリコン膜P1とダミーゲート電極DPは、互いに間隔を空けて離れて隣り合って設けられている。このとき、図4の断面に沿う方向、すなわち、ダミーゲート電極DP、ポリシリコン膜P1が並ぶ方向において、ダミーゲート電極DPの幅は例えば100nm、ポリシリコン膜P1の幅は例えば60nmとする。また、同方向において、ダミーゲート電極DPおよびポリシリコン膜P1との間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の幅は、例えば80〜90nmとする。 The polysilicon film P1 and the dummy gate electrode DP are provided adjacent to each other with a space therebetween. At this time, in the direction along the cross section of FIG. 4, that is, the direction in which the dummy gate electrode DP and the polysilicon film P1 are arranged, the width of the dummy gate electrode DP is, for example, 100 nm, and the width of the polysilicon film P1 is, for example, 60 nm. In the same direction, the width of the polysilicon film P2 buried between the dummy gate electrode DP and the polysilicon film P1 is, for example, 80 to 90 nm.
ここで、図4に示すように、MONOSメモリ形成領域A1では、半導体基板SBの主面に沿う方向に並ぶ絶縁膜IFからなるパターンを複数形成したとき、一つの絶縁膜IFに隣り合う絶縁膜であって、当該絶縁膜IFを挟むように配置された一対の絶縁膜をゲート絶縁膜GFとする。また、MONOSメモリ形成領域A1では、半導体基板SBの主面に沿う方向に並ぶポリシリコン膜P1からなるパターンを複数形成したとき、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間には、ダミーゲート電極DPが形成される。このとき、MONOSメモリ形成領域A1では、ゲート絶縁膜GF上にはポリシリコン膜P1が形成されており、絶縁膜IF上にはダミーゲート電極DPが形成されている。 Here, as shown in FIG. 4, in the MONOS memory formation region A1, when a plurality of patterns made of the insulating film IF arranged in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB are formed, an insulating film adjacent to one insulating film IF is formed. A pair of insulating films arranged so as to sandwich the insulating film IF is referred to as a gate insulating film GF. In the MONOS memory formation region A1, when a plurality of patterns made of the polysilicon film P1 aligned in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB are formed, the dummy gate electrode DP is formed between the adjacent polysilicon films P1. It is formed. At this time, in the MONOS memory formation region A1, the polysilicon film P1 is formed on the gate insulating film GF, and the dummy gate electrode DP is formed on the insulating film IF.
つまり、隣り合うゲート絶縁膜GFの間に、絶縁膜IFが配置されており、隣り合うゲート絶縁膜GFのそれぞれの上面に接して形成されたポリシリコン膜P1のそれぞれの間には、ゲート絶縁膜GFの上面に接するダミーゲート電極DPが形成されている。ダミーゲート電極DPは、後の工程で除去され、その後完成する半導体装置には残らない犠牲パターンである。 That is, the insulating film IF is disposed between the adjacent gate insulating films GF, and the gate insulating film is interposed between the polysilicon films P1 formed in contact with the upper surfaces of the adjacent gate insulating films GF. A dummy gate electrode DP in contact with the upper surface of the film GF is formed. The dummy gate electrode DP is a sacrificial pattern that is removed in a later process and does not remain in a semiconductor device completed thereafter.
次に、図5に示すように、フォトレジスト膜PR2を除去した後に、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。これにより、絶縁膜IF、ポリシリコン膜P1および窒化シリコン膜N2の積層膜からなるパターンの上面および側壁は酸化シリコン膜X1により覆われる。また、絶縁膜IF、ダミーゲート電極DPおよび窒化シリコン膜N2の積層膜からなるパターンの上面および側壁は酸化シリコン膜X1により覆われる。また、ゲート絶縁膜GF、ポリシリコン膜P1および窒化シリコン膜N2の積層膜からなるパターンの上面および側壁は酸化シリコン膜X1により覆われる。なお、以下では酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1、酸化シリコン膜X2からなる積層膜を、単にONO膜と呼ぶ場合がある。 Next, as shown in FIG. 5, after removing the photoresist film PR2, the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film are formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by using, for example, the CVD method. X2 and the polysilicon film P2 are sequentially formed. Thereby, the upper surface and the side wall of the pattern formed of the laminated film of the insulating film IF, the polysilicon film P1, and the silicon nitride film N2 are covered with the silicon oxide film X1. Further, the upper surface and side walls of the pattern made of the laminated film of the insulating film IF, the dummy gate electrode DP, and the silicon nitride film N2 are covered with the silicon oxide film X1. Further, the upper surface and the side wall of the pattern made of the laminated film of the gate insulating film GF, the polysilicon film P1, and the silicon nitride film N2 are covered with the silicon oxide film X1. In the following, a laminated film composed of the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 may be simply referred to as an ONO film.
このとき、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により完全に埋め込まれる。ただし、ポリシリコン膜P1同士の間隔が大きい箇所では、ポリシリコン膜P1間は完全には埋まらない。ダミーゲート電極DPとポリシリコン膜P1との間の溝は、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により完全に埋め込まれる。 At this time, a pattern of a plurality of polysilicon films P1 is formed on the semiconductor substrate SB, and the grooves between the adjacent polysilicon films P1 are formed in the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2. And completely filled with the polysilicon film P2. However, the portion between the polysilicon films P1 is not completely filled at a place where the distance between the polysilicon films P1 is large. The trench between the dummy gate electrode DP and the polysilicon film 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.
次に、図6および図7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。図6は、製造工程中の半導体装置の平面レイアウトであり、図7の容量素子形成領域C1は、図6のC−C線における断面を示すものである。つまり、図6は、本実施の形態の半導体装置のうち、容量素子を形成する領域を示す平面レイアウトである。なお、図6のC−C線は5本のポリシリコン膜P1および6本のポリシリコン膜P2を横切っているが、図7では、図を簡略化するために、容量素子形成領域C1において、ポリシリコン膜P1、P2の本数を省略して示している。 Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the polysilicon film P2 is partially removed using a dry etching method to expose the upper surface of the silicon oxide film X2. 6 is a plan layout of the semiconductor device during the manufacturing process, and the capacitor element formation region C1 in FIG. 7 shows a cross section taken along the line CC in FIG. That is, FIG. 6 is a planar layout showing a region where a capacitor element is formed in the semiconductor device of this embodiment. 6 crosses the five polysilicon films P1 and the six polysilicon films P2. In FIG. 7, in order to simplify the drawing, in the capacitor element formation region C1, The number of polysilicon films P1 and P2 is omitted.
なお、図6では、ポリシリコン膜P1、P2の配置を分かりやすくするため、ポリシリコン膜P1上の窒化シリコン膜N2およびONO膜の図示を省略している。また、ポリシリコン膜P1、P2に覆われていない領域の素子分離領域EI上のONO膜の図示を一部省略している。 In FIG. 6, illustration of the silicon nitride film N2 and the ONO film on the polysilicon film P1 is omitted for easy understanding of the arrangement of the polysilicon films P1 and P2. Further, the ONO film on the element isolation region EI in the region not covered with the polysilicon films P1 and P2 is partially omitted.
図7に示すように、ダミーゲート電極DPの直上のポリシリコン膜P2は除去される。また、隣り合うポリシリコン膜P1同士の間、または隣り合うポリシリコン膜P1とダミーゲート電極DPとの間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の上面の高さは、窒化シリコン膜N2上の酸化シリコン膜X2の上面の高さとほぼ同様の高さとなる。このとき、ポリシリコン膜および窒化シリコン膜N2の積層膜の側壁であって、図5を用いて説明した成膜工程で前記積層膜の横の領域がポリシリコン膜P2により完全に埋め込まれなかった方の側壁には、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自己整合的に形成されている。 As shown in FIG. 7, the polysilicon film P2 immediately above the dummy gate electrode DP is removed. The height of the upper surface of the polysilicon film P2 buried between the adjacent polysilicon films P1 or between the adjacent polysilicon film P1 and the dummy gate electrode DP is determined by the silicon oxide on the silicon nitride film N2. The height is almost the same as the height of the upper surface of the film X2. At this time, the side region of the stacked film of the polysilicon film and the silicon nitride film N2 and the lateral region of the stacked film was not completely filled with the polysilicon film P2 in the film forming process described with reference to FIG. On the other side wall, a polysilicon film P2 is formed in a self-aligned manner in a sidewall shape via a silicon oxide film X1, a silicon nitride film N1, and a silicon oxide film X2.
なお、ダミーゲート電極DPとポリシリコン膜P1との間の溝は、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により完全に埋め込まれたままであり、当該ポリシリコン膜P2はサイドウォール状にはなっていない。 Note that the trench between the dummy gate electrode DP and the polysilicon film P1 remains completely filled with the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, the silicon oxide film X2, and the polysilicon film P2. The film P2 does not have a sidewall shape.
図6に示すように、容量素子の形成領域では、素子分離領域EI上に形成されたポリシリコン膜P2に囲まれるようにポリシリコン膜P1が配置されている。ポリシリコン膜P1、P2間には酸化シリコン膜X1、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X2からなるONO膜が形成されているため、ポリシリコン膜P1、P2は互いに絶縁されている。 As shown in FIG. 6, in the capacitor element formation region, the polysilicon film P1 is disposed so as to be surrounded by the polysilicon film P2 formed on the element isolation region EI. Since the ONO film composed of the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 is formed between the polysilicon films P1 and P2, the polysilicon films P1 and P2 are insulated from each other.
ポリシリコン膜P2のパターンは、ポリシリコン膜P1のパターンを二つ囲んでいる。二つのポリシリコン膜P1のパターンのうち、一方の櫛型のポリシリコン膜P1のパターンはポリシリコン膜P2との間に容量を発生させるために用いられるものであり、もう一方の一方向に延在するポリシリコン膜P1のパターンは、ポリシリコン膜P2に確実にコンタクトプラグ(接続部材)を接続するために設けられているものである。容量を発生させるために設けられたポリシリコン膜P1は、第1方向に延在するパターンと、第1方向に直交する第2方向に延在し、第1方向に並ぶ複数のパターンとを含む櫛型の形状を有している。第2方向に延在する複数のパターン同士の間には、第2方向に延在するポリシリコン膜P2が形成されており、第1方向において、ポリシリコン膜P1、P2は交互に形成されている。このように、ポリシリコン膜P2も、第2方向に延在する複数のパターンを含む櫛型の形状を有している。 The pattern of the polysilicon film P2 surrounds two patterns of the polysilicon film P1. Of the two polysilicon film P1 patterns, one comb-shaped polysilicon film P1 pattern is used to generate capacitance between the polysilicon film P2 and extends in the other direction. The existing pattern of the polysilicon film P1 is provided in order to securely connect the contact plug (connection member) to the polysilicon film P2. The polysilicon film P1 provided for generating the capacitance includes a pattern extending in the first direction and a plurality of patterns extending in the second direction orthogonal to the first direction and arranged in the first direction. It has a comb shape. A polysilicon film P2 extending in the second direction is formed between the plurality of patterns extending in the second direction, and the polysilicon films P1 and P2 are alternately formed in the first direction. Yes. As described above, the polysilicon film P2 also has a comb shape including a plurality of patterns extending in the second direction.
次に、図8に示すように、半導体基板SB上にフォトリソグラフィ技術により形成したフォトレジスト膜PR3をマスクとして使用した等方性のドライエッチング法により、ポリシリコン膜P1の側壁にONO膜を介してサイドウォール状に形成されたポリシリコン膜P2を除去する。このとき、MONOSメモリ形成領域A1では、ポリシリコン膜P1とダミーゲート電極DPとの間に埋め込まれたポリシリコン膜P2は、フォトレジスト膜PR3に覆われているため除去されないが、ポリシリコン膜P1の側壁のサイドウォール状のポリシリコン膜P2は除去され、酸化シリコン膜X2の表面が露出する。 Next, as shown in FIG. 8, by using an isotropic dry etching method using a photoresist film PR3 formed on the semiconductor substrate SB by photolithography as a mask, an ONO film is interposed on the sidewall of the polysilicon film P1. Then, the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape is removed. At this time, in the MONOS memory formation region A1, the polysilicon film P2 buried between the polysilicon film P1 and the dummy gate electrode DP is not removed because it is covered with the photoresist film PR3, but the polysilicon film P1. The side wall-like polysilicon film P2 is removed, and the surface of the silicon oxide film X2 is exposed.
また、給電部形成領域B1、容量素子形成領域C1、および低耐圧素子形成領域D1はフォトレジスト膜PR3に覆われているため、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1に形成されたサイドウォール状のポリシリコン膜P2の一部は除去されずに残る。ただし、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1であっても、図8に図示していない領域では、後に用いる図9および図10に示すように、図8のエッチング工程において、フォトレジスト膜PR3から露出していることで、サイドウォール状のポリシリコン膜P2が除去される箇所もある。 Further, since the power feeding portion forming region B1, the capacitive element forming region C1, and the low breakdown voltage element forming region D1 are covered with the photoresist film PR3, the sidewalls formed in the power feeding portion forming region B1 and the capacitive element forming region C1. A portion of the shaped polysilicon film P2 remains without being removed. However, even in the power supply portion forming region B1 and the capacitive element forming region C1, in the region not shown in FIG. 8, as shown in FIGS. 9 and 10 used later, in the etching process of FIG. There are also places where the sidewall-like polysilicon film P2 is removed by being exposed from PR3.
次に、図9、図10および図11に示すように、フォトレジスト膜PR3を除去した後、ウェットエッチング法を用いて、ONO膜のうちの上部の酸化シリコン膜X2の一部および窒化シリコン膜N1の一部を除去することで、酸化シリコン膜X1の表面を露出させる。 Next, as shown in FIGS. 9, 10, and 11, after removing the photoresist film PR <b> 3, a part of the silicon oxide film X <b> 2 on the upper part of the ONO film and the silicon nitride film are formed using a wet etching method. By removing a part of N1, the surface of the silicon oxide film X1 is exposed.
図9は、図6と同様に、製造工程中の半導体装置のうち、容量素子の形成領域を示す平面レイアウトであり、図11の容量素子形成領域C1は、図9のC−C線における断面である。図10は、製造工程中の半導体装置のうち、MONOSメモリの形成領域およびそのMONOSメモリの給電部の形成領域を示す平面レイアウトである。図11のMONOSメモリ形成領域A1は、図10のA−A線における断面であり、図11の給電部形成領域B1は、図10のB−B線における断面である。なお、図9および図10では、ポリシリコン膜P1、P2の配置を分かりやすくするため、ポリシリコン膜P1上の酸化シリコン膜X1および窒化シリコン膜N2の図示を省略している。また、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は、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの側壁に形成されたもの以外図示していない。 9 is a plan layout showing a capacitor element formation region in the semiconductor device in the manufacturing process, as in FIG. 6, and the capacitor element formation region C1 in FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. It is. FIG. 10 is a plan layout showing a MONOS memory formation region and a MONOS memory power supply portion formation region in the semiconductor device during the manufacturing process. The MONOS memory formation area A1 in FIG. 11 is a cross section taken along the line AA in FIG. 10, and the power feeding part formation area B1 in FIG. 11 is a cross section taken along the line BB in FIG. In FIGS. 9 and 10, the silicon oxide film X1 and the silicon nitride film N2 on the polysilicon film P1 are not shown for easy understanding of the arrangement of the polysilicon films P1 and P2. Further, the silicon oxide film X1, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X2 are not shown except those formed on the respective sidewalls of the polysilicon films P1 and P2.
図9、図10および図11に示すように、ポリシリコン膜P2により覆われていない領域では、上記ウェットエッチング工程により、酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1が除去され、酸化シリコン膜X1が露出している。つまり、ポリシリコン膜P1の側壁および底面に隣接する酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1を残して、その他の領域の酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1が除去されている。 As shown in FIGS. 9, 10, and 11, in the region not covered with the polysilicon film P2, the silicon oxide film X2 and the silicon nitride film N1 are removed by the wet etching process, and the silicon oxide film X1 is exposed. doing. That is, the silicon oxide film X2 and the silicon nitride film N1 in other regions are removed while leaving the silicon oxide film X2 and the silicon nitride film N1 adjacent to the sidewall and the bottom of the polysilicon film P1.
図9、図10に示す平面レイアウトでは、一部のポリシリコン膜P1の側壁は、酸化シリコン膜X1のみにより覆われ、ポリシリコン膜P2、酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1により覆われていない。ポリシリコン膜P1と同様に、ダミーゲート電極DPの側壁も、ポリシリコン膜P2、酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1により覆われていない領域がある。 In the planar layouts shown in FIGS. 9 and 10, the side wall of a part of the polysilicon film P1 is covered only with the silicon oxide film X1, and is not covered with the polysilicon film P2, the silicon oxide film X2, and the silicon nitride film N1. . Similar to the polysilicon film P1, the side wall of the dummy gate electrode DP also includes a region that is not covered by the polysilicon film P2, the silicon oxide film X2, and the silicon nitride film N1.
このように、ポリシリコン膜P1、ダミーゲート電極DPの側壁であって、ポリシリコン膜P2、酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1により覆われていない領域は、図8を用いて説明したドライエッチング工程により、サイドウォール状のポリシリコン膜P2が除去された領域である。ここで、酸化シリコン膜X2および窒化シリコン膜N1を除去した領域で、酸化シリコン膜X1を除去せず残しているのは、後に図12を用いて説明する工程において、フォトレジスト膜PR4を形成し、その後フォトレジスト膜PR4を除去することにより、半導体基板SBがダメージを受けることを防ぐためである。 As described above, the regions of the sidewalls of the polysilicon film P1 and the dummy gate electrode DP that are not covered with the polysilicon film P2, the silicon oxide film X2, and the silicon nitride film N1 are dry-etched as described with reference to FIG. This is the region where the sidewall-like polysilicon film P2 has been removed by the process. Here, in the region from which the silicon oxide film X2 and the silicon nitride film N1 have been removed, the silicon oxide film X1 is left without being removed in the process described later with reference to FIG. Then, the photoresist film PR4 is removed thereafter to prevent the semiconductor substrate SB from being damaged.
図9に示すように、前述した櫛型のポリシリコン膜P1のうち、第1方向に延在するパターンの側壁のポリシリコン膜P2は除去し、第2方向に延在する複数のパターンの側壁のポリシリコン膜P2は除去しない。このように、第1方向に延在するパターンの側壁のポリシリコン膜P2のみを除去するのは、後述するように、櫛型のポリシリコン膜P1にコンタクトプラグを接続する際に、コンタクトプラグの接続箇所の位置ずれ、またはシリサイド層の接触などによりポリシリコン膜P1とポリシリコン膜P2とが電気的に導通することを防ぐためである。 As shown in FIG. 9, among the comb-shaped polysilicon film P1, the polysilicon film P2 on the side wall of the pattern extending in the first direction is removed, and the side walls of the plurality of patterns extending in the second direction are removed. The polysilicon film P2 is not removed. Thus, only the polysilicon film P2 on the side wall of the pattern extending in the first direction is removed when the contact plug is connected to the comb-shaped polysilicon film P1, as will be described later. This is to prevent electrical conduction between the polysilicon film P1 and the polysilicon film P2 due to misalignment of connection locations or contact of a silicide layer.
図10に示すように、ポリシリコン膜P1、P2、およびダミーゲート電極DPは同一方向に延在し、当該延在方向と直交する方向に並んで配置されている。図11に示すMONOSメモリ形成領域A1のポリシリコン膜P1と、給電部形成領域B1のポリシリコン膜P1とは、図10に示すように一体となって形成されており、同様に、図11に示すMONOSメモリ形成領域A1のポリシリコン膜P2と、給電部形成領域B1のポリシリコン膜P2とは、図10に示すように一体となって形成されている。ただし、ダミーゲート電極DPは、給電部にまで延在していない。 As shown in FIG. 10, the polysilicon films P1 and P2 and the dummy gate electrode DP extend in the same direction, and are arranged side by side in a direction orthogonal to the extending direction. The polysilicon film P1 in the MONOS memory formation region A1 shown in FIG. 11 and the polysilicon film P1 in the power feeding portion formation region B1 are integrally formed as shown in FIG. The polysilicon film P2 in the MONOS memory formation region A1 and the polysilicon film P2 in the power feeding portion formation region B1 are integrally formed as shown in FIG. However, the dummy gate electrode DP does not extend to the power feeding unit.
図10に示すMONOSメモリの形成領域において、ダミーゲート電極DPは、前記延在方向と直交する方向において、ONO膜を介して一対のポリシリコン膜P1に挟まれるように配置されている。また、ダミーゲート電極DPと、ダミーゲート電極DPを挟む一対のポリシリコン膜P1とは、同方向において、一対のポリシリコン膜P1に挟まれるように配置されている。ポリシリコン膜P1とポリシリコン膜P2との間にはONO膜が介在している。図11の給電部形成領域B1には、前述した一対のポリシリコン膜P1のうちの一方と、一対のポリシリコン膜P2のうちの一方とが図示されている。もう一方のポリシリコン膜P1、P2は図11には示されていない。 In the formation region of the MONOS memory shown in FIG. 10, the dummy gate electrode DP is disposed so as to be sandwiched between the pair of polysilicon films P1 via the ONO film in the direction orthogonal to the extending direction. Further, the dummy gate electrode DP and the pair of polysilicon films P1 sandwiching the dummy gate electrode DP are arranged so as to be sandwiched between the pair of polysilicon films P1 in the same direction. An ONO film is interposed between the polysilicon film P1 and the polysilicon film P2. In the power feeding portion forming region B1 in FIG. 11, one of the pair of polysilicon films P1 and one of the pair of polysilicon films P2 are illustrated. The other polysilicon films P1 and P2 are not shown in FIG.
給電部の形成領域では、ポリシリコン膜P2のパターンが、孤立したポリシリコン膜P1のパターンを囲っている。これは、後述するように、サイドウォール状に形成され、幅が小さいポリシリコン膜P2に確実にコンタクトプラグを接続するために設けられている構造である。 In the region where the power feeding unit is formed, the pattern of the polysilicon film P2 surrounds the pattern of the isolated polysilicon film P1. As will be described later, this is a structure which is formed in a sidewall shape and is provided to securely connect the contact plug to the polysilicon film P2 having a small width.
次に、図12に示すように、フォトリソグラフィ技術により、半導体基板SB上にフォトレジスト膜PR4のパターンを形成する。フォトレジスト膜PR4は、給電部形成領域B1、容量素子形成領域C1、および低耐圧素子形成領域D1を覆っており、MONOSメモリ形成領域A1のダミーゲート電極DP(図11参照)の直上の酸化シリコン膜X1の上面を露出するものである。具体的には、フォトレジスト膜PR4は、MONOSメモリ形成領域A1のゲート絶縁膜GF、ポリシリコン膜P1、P2、窒化シリコン膜N1、N2、酸化シリコン膜X1およびX2の表面を覆い、ダミーゲート電極DP直上の酸化シリコン膜X1の上面を露出するパターンである。 Next, as shown in FIG. 12, a pattern of a photoresist film PR4 is formed on the semiconductor substrate SB by photolithography. The photoresist film PR4 covers the power supply portion formation region B1, the capacitor element formation region C1, and the low breakdown voltage element formation region D1, and is a silicon oxide immediately above the dummy gate electrode DP (see FIG. 11) in the MONOS memory formation region A1. The upper surface of the film X1 is exposed. Specifically, the photoresist film PR4 covers the surfaces of the gate insulating film GF, the polysilicon films P1, P2, the silicon nitride films N1, N2, the silicon oxide films X1 and X2 in the MONOS memory formation region A1, and the dummy gate electrode. In this pattern, the upper surface of the silicon oxide film X1 directly above DP is exposed.
その後、等方性のドライエッチング法により、ダミーゲート電極DPの直上の酸化シリコン膜X1、ダミーゲート電極DP直上の窒化シリコン膜N2およびダミーゲート電極DPを順に除去する。これにより、ダミーゲート電極DPの側壁に接していた酸化シリコン膜X1の側壁が露出し、ダミーゲート電極DPを除去した領域の直下の絶縁膜IFが露出する。 Thereafter, the silicon oxide film X1 immediately above the dummy gate electrode DP, the silicon nitride film N2 immediately above the dummy gate electrode DP, and the dummy gate electrode DP are sequentially removed by an isotropic dry etching method. As a result, the side wall of the silicon oxide film X1 in contact with the side wall of the dummy gate electrode DP is exposed, and the insulating film IF immediately below the region where the dummy gate electrode DP is removed is exposed.
ここで、さらに等方性のドライエッチング法により、ダミーゲート電極DPが形成されていた領域と、ポリシリコン膜P2との間のONO膜を構成する酸化シリコン膜X1および窒化シリコン膜N1を除去してもよい。MONOSメモリ形成領域A1の窒化シリコン膜N1は、後の工程で形成するMONOSメモリの電荷蓄積膜となる絶縁膜である。MONOSメモリを動作させるためには、後の工程でメモリゲートとなるポリシリコン膜P2の直下の窒化シリコン膜N1に電荷を溜めることが重要となるが、当該ポリシリコン膜P2の直下ではなく側壁に形成された窒化シリコン膜N1に電荷が蓄積、または移動すると、MONOSメモリの特性、または信頼性が低下する虞がある。 Here, the silicon oxide film X1 and the silicon nitride film N1 constituting the ONO film between the region where the dummy gate electrode DP is formed and the polysilicon film P2 are removed by a more isotropic dry etching method. May be. The silicon nitride film N1 in the MONOS memory formation region A1 is an insulating film that becomes a charge storage film of a MONOS memory formed in a later process. In order to operate the MONOS memory, it is important to store charges in the silicon nitride film N1 immediately below the polysilicon film P2 to be a memory gate in a later process, but it is not directly below the polysilicon film P2 but on the side wall. If charges are accumulated or moved in the formed silicon nitride film N1, the characteristics or reliability of the MONOS memory may be degraded.
そこで、上述したように、ダミーゲート電極DPが形成されていた領域と、ポリシリコン膜P2との間のONO膜を構成する酸化シリコン膜X1および窒化シリコン膜N1を除去すれば、ポリシリコン膜P2の直下の窒化シリコン膜N1以外の窒化シリコン膜N1に電荷が蓄積されることを防ぐことができる。ただし、本実施の形態では、ダミーゲート電極DPが形成されていた領域と、ポリシリコン膜P2との間のONO膜を構成する酸化シリコン膜X1、X2および窒化シリコン膜N1を除去せず残すものとして、半導体装置の製造方法を説明する。 Therefore, as described above, if the silicon oxide film X1 and the silicon nitride film N1 constituting the ONO film between the region where the dummy gate electrode DP is formed and the polysilicon film P2 are removed, the polysilicon film P2 is removed. It is possible to prevent electric charges from being accumulated in the silicon nitride film N1 other than the silicon nitride film N1 immediately below. However, in this embodiment, the silicon oxide films X1 and X2 and the silicon nitride film N1 constituting the ONO film between the region where the dummy gate electrode DP is formed and the polysilicon film P2 are left without being removed. A method for manufacturing a semiconductor device will be described.
次に、図13に示すように、フォトレジスト膜PR4を除去した後、ポリシリコン膜P2の側壁および底部に隣接して形成されたONO膜を残して、他の領域の酸化シリコン膜X1を除去し、半導体基板SBの主面を露出させる。これにより、ポリシリコン膜P1および窒化シリコン膜N2の側壁であって、ポリシリコン膜P2と隣接していない方の側壁が露出し、窒化シリコン膜N2の上面が露出する。また、ダミーゲート電極DPを除去した領域の直下の絶縁膜IFも同時に除去することで、半導体基板SBの上面を露出させる。 Next, as shown in FIG. 13, after removing the photoresist film PR4, the silicon oxide film X1 in other regions is removed, leaving the ONO film formed adjacent to the sidewall and bottom of the polysilicon film P2. Then, the main surface of the semiconductor substrate SB is exposed. As a result, the side walls of the polysilicon film P1 and the silicon nitride film N2 that are not adjacent to the polysilicon film P2 are exposed, and the upper surface of the silicon nitride film N2 is exposed. Further, the upper surface of the semiconductor substrate SB is exposed by simultaneously removing the insulating film IF immediately below the region where the dummy gate electrode DP is removed.
このように、本実施の形態では、図12を用いて説明した工程において、ダミーゲート電極DPを除去する工程に続いてMONOSメモリ形成領域A1の絶縁膜IFを除去せず、フォトレジスト膜PR4を除去してから、図13に示す工程において酸化シリコン膜X1の一部と共にMONOSメモリ形成領域A1の絶縁膜IFを除去している。このようにすることで、フォトレジスト膜PR4および酸化シリコン膜X1の一部を除去する工程により、基板が洗浄液、またはエッチング液などに晒されて削られるなどのダメージを受けることを防ぐことができる。 As described above, in this embodiment, in the process described with reference to FIG. 12, the photoresist film PR4 is formed without removing the insulating film IF in the MONOS memory formation region A1 following the process of removing the dummy gate electrode DP. After the removal, the insulating film IF in the MONOS memory formation region A1 is removed together with a part of the silicon oxide film X1 in the step shown in FIG. By doing so, it is possible to prevent the substrate from being damaged by being exposed to a cleaning solution, an etching solution, or the like by the step of removing a part of the photoresist film PR4 and the silicon oxide film X1. .
このとき、ダミーゲート電極DP(図11参照)が形成されていた領域と、ポリシリコン膜P2との間のONO膜の側面に露出する酸化シリコン膜X1も除去されることが考えられるが、ここでは当該酸化シリコン膜X1は除去されずに残るものとして説明する。ただし、当該酸化シリコン膜X1は除去しても構わない。 At this time, it is considered that the silicon oxide film X1 exposed on the side surface of the ONO film between the region where the dummy gate electrode DP (see FIG. 11) is formed and the polysilicon film P2 is also removed. In the following description, it is assumed that the silicon oxide film X1 remains without being removed. However, the silicon oxide film X1 may be removed.
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、低耐圧素子形成領域D1の窒化シリコン膜N2、ポリシリコン膜P1および絶縁膜IFを加工することで、絶縁膜IFからなるゲート絶縁膜GFを形成する。 Thereafter, the gate insulating film GF made of the insulating film IF is formed by processing the silicon nitride film N2, the polysilicon film P1, and the insulating film IF in the low breakdown voltage element forming region D1 using a photolithography technique and a dry etching method. To do.
次に、図14に示すように、半導体基板SBの上面の全面上に、例えばCVD法を用いて窒化シリコン膜を形成(堆積)した後、ドライエッチング法により当該窒化シリコン膜を一部除去して半導体基板SBの主面を露出させる。これにより、半導体基板SB上の各構造体の側壁に、上記窒化シリコン膜からなるオフセットスペーサOSを自己整合的に形成する。 Next, as shown in FIG. 14, a silicon nitride film is formed (deposited) on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB using, for example, a CVD method, and then the silicon nitride film is partially removed by a dry etching method. The main surface of the semiconductor substrate SB is exposed. Thus, the offset spacer OS made of the silicon nitride film is formed in a self-aligned manner on the side walls of the respective structures on the semiconductor substrate SB.
具体的には、MONOSメモリ形成領域A1では、ゲート絶縁膜GF、ポリシリコン膜P1および窒化シリコン膜N2からなる積層膜と、その積層膜の一方の側壁に接する、ONO膜およびポリシリコン膜P2の積層膜と、からなる構造体の両側の側壁のそれぞれにオフセットスペーサOSを形成する。 Specifically, in the MONOS memory formation region A1, a laminated film composed of the gate insulating film GF, the polysilicon film P1, and the silicon nitride film N2, and an ONO film and the polysilicon film P2 that are in contact with one side wall of the laminated film are formed. An offset spacer OS is formed on each of the side walls on both sides of the structure including the laminated film.
給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1では、絶縁膜IF、ポリシリコン膜P1および窒化シリコン膜N2からなる積層膜と、その積層膜の一方の側壁に接する、ONO膜およびポリシリコン膜P2の積層膜と、からなる構造体の両側の側壁のそれぞれにオフセットスペーサOSを形成する。なお、給電部形成領域B1では、上記構造体の一方の側壁にはサイドウォール状のポリシリコン膜P2が形成されているため、オフセットスペーサOSは、サイドウォール状のポリシリコン膜P2の側壁に形成される。また、容量素子形成領域C1では、上記構造体の両方の側壁にサイドウォール状のポリシリコン膜P2が形成されているため、オフセットスペーサOSは、各サイドウォール状のポリシリコン膜P2の側壁に形成される。 In the power feeding part forming region B1 and the capacitive element forming region C1, a laminated film composed of the insulating film IF, the polysilicon film P1, and the silicon nitride film N2, and an ONO film and a polysilicon film P2 that are in contact with one side wall of the laminated film An offset spacer OS is formed on each of the side walls on both sides of the structure including the laminated film. In the power supply portion forming region B1, since the sidewall-like polysilicon film P2 is formed on one side wall of the structure, the offset spacer OS is formed on the sidewall of the sidewall-like polysilicon film P2. Is done. In the capacitor element formation region C1, since the sidewall-like polysilicon film P2 is formed on both side walls of the structure, the offset spacer OS is formed on the side wall of each sidewall-like polysilicon film P2. Is done.
低耐圧素子形成領域D1では、ゲート絶縁膜GF、ポリシリコン膜P1および窒化シリコン膜N2からなる積層膜の両側の側壁にオフセットスペーサOSを形成する。 In the low breakdown voltage element formation region D1, offset spacers OS are formed on the sidewalls on both sides of the laminated film composed of the gate insulating film GF, the polysilicon film P1, and the silicon nitride film N2.
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))を比較的低濃度で打ち込む。これにより、MONOSメモリ形成領域A1および低耐圧素子形成領域D1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A1では、ONO膜を介して接するポリシリコン膜P1、P2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。したがって、隣り合うポリシリコン膜P2同士の間であって、ダミーゲート電極DP(図11参照)が形成されていた領域の直下の半導体基板SBの上面にも、エクステンション領域EXが形成される。 Thereafter, 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. Thus, the extension region EX is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region A1 and the low breakdown voltage element formation region D1. In the MONOS memory formation region A1, an extension region EX is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB exposed beside the structure including the polysilicon films P1 and P2 that are in contact with each other via the ONO film. Therefore, the extension region EX is also formed between the adjacent polysilicon films P2 and on the upper surface of the semiconductor substrate SB just below the region where the dummy gate electrode DP (see FIG. 11) was formed.
低耐圧素子形成領域D1では、ポリシリコン膜P1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。なお、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1の、素子分離領域EIおよびその直下の半導体基板SBにはエクステンション領域EXは形成されない。 In the low breakdown voltage element formation region D1, an extension region EX is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB exposed beside the polysilicon film P1. Note that the extension region EX is not formed in the element isolation region EI and the semiconductor substrate SB immediately below the element isolation region EI in the power feeding portion formation region B1 and the capacitor element formation region C1.
次に、図15に示すように、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、オフセットスペーサOSが露出している方の側壁に、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。 Next, as shown in FIG. 15, 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. By exposing the upper surface of the substrate SB, the sidewall SW made of the insulating film is formed. The sidewall SW is formed in a self-aligned manner on the side wall where the offset spacer OS is exposed. 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工程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A1および低耐圧素子形成領域D1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SLを形成する。拡散層SLは、エクステンション領域EXよりも接合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 step performed for forming the extension region EX. Thus, the diffusion layer SL 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 formation region A1 and the low breakdown voltage element formation region D1. The diffusion layer SL is a semiconductor region having a junction depth deeper than that of 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A1および低耐圧素子形成領域D1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A1および低耐圧素子形成領域D1の拡散層SLを形成している。ただし、実際には、素子の種類またはN型FET、P型FET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SLの形成を行うことが考えられる。 In this embodiment, the MONOS memory formation region A1 and the extension region EX of the low breakdown voltage element formation region D1 are formed by a single ion implantation process, and the MONOS memory formation region A1 and the low breakdown voltage element are formed by a single ion implantation process. A diffusion layer SL in the formation region D1 is formed. However, in practice, the extension region EX or the diffusion layer SL may be formed by dividing the ion implantation process depending on the type of element or the difference between the N-type FET, the P-type FET, and the like.
MONOSメモリ形成領域A1では、ONO膜を介して接するポリシリコン膜P1、P2を含む構造体、当該構造体の側壁のオフセットスペーサOSおよびサイドウォールSWから露出する半導体基板SBの上面に拡散層SLが形成される。したがって、隣り合うポリシリコン膜P2同士の間であって、ダミーゲート電極DP(図11参照)が形成されていた領域の直下の半導体基板SBの上面にも、エクステンション領域EXに挟まれるように、拡散層SLが形成される。 In the MONOS memory formation region A1, the diffusion layer SL is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB exposed from the structure including the polysilicon films P1 and P2 that are in contact via the ONO film, the offset spacer OS on the side wall of the structure, and the side wall SW. It is formed. Therefore, between the adjacent polysilicon films P2 and immediately below the region where the dummy gate electrode DP (see FIG. 11) is formed, the upper surface of the semiconductor substrate SB is also sandwiched between the extension regions EX. Diffusion layer SL is formed.
低耐圧素子形成領域D1では、ポリシリコン膜P1、ポリシリコン膜P1の側壁のオフセットスペーサOSおよびサイドウォールSWの横に露出する半導体基板SBの上面に拡散層SLが形成される。なお、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1の、素子分離領域EIおよびその直下の半導体基板SBには拡散層SLは形成されない。 In the low breakdown voltage element formation region D1, the diffusion layer SL is formed on the upper surface of the polysilicon film P1, the offset spacer OS on the sidewall of the polysilicon film P1, and the semiconductor substrate SB exposed beside the sidewall SW. Note that the diffusion layer SL is not formed in the element isolation region EI and the semiconductor substrate SB immediately below the element isolation region EI in the power feeding portion formation region B1 and the capacitor element formation region C1.
拡散層SLを形成することにより、MONOSメモリ形成領域A1および低耐圧素子形成領域D1のそれぞれの半導体基板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SLからなるソース・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SLと、不純物濃度が拡散層SL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。 By forming the diffusion layer SL, a source / drain region comprising the extension region EX and the diffusion layer SL adjacent to the extension region EX on the upper surface of the semiconductor substrate SB of each of the MONOS memory formation region A1 and the low breakdown voltage element formation region D1. Is formed. The source / drain regions have an LDD (Lightly Doped Drain) structure having a diffusion layer SL having a relatively high impurity concentration and an extension region EX having an impurity concentration lower than that of the diffusion layer SL.
ここで、容量素子形成領域C1を囲む半導体基板SBの上面(図示しない)に、ウエルの給電部となる拡散層を形成してもよい。当該ウエル給電部は、例えば半導体基板SBの主面に、平面視において容量素子形成領域C1の素子分離領域EIの周囲を囲む環状に形成され、半導体基板に電位を供給する半導体領域である。ウエル給電部は、拡散層SLを形成する工程と同一のイオン注入工程で形成するか、または別のイオン注入工程を行うことにより形成することができる。ウエル給電部については、図25を用いて後述する。 Here, a diffusion layer serving as a well power feeding portion may be formed on the upper surface (not shown) of the semiconductor substrate SB surrounding the capacitive element formation region C1. The well power feeding unit is a semiconductor region that is formed in an annular shape surrounding the element isolation region EI of the capacitive element formation region C1 in a plan view on the main surface of the semiconductor substrate SB, for example, and supplies a potential to the semiconductor substrate. The well power feeding portion can be formed by the same ion implantation process as that for forming the diffusion layer SL, or can be formed by performing another ion implantation process. The well power feeding unit will be described later with reference to FIG.
次に、図16および図17に示すように、周知のサリサイド技術を用いて、拡散層SLの上面およびポリシリコン膜P2の上面にシリサイド層S1を形成する。図16は、製造工程中の半導体装置を示す平面レイアウトであり、図17の容量素子形成領域C1は、図16のC−C線における断面を示すものである。図16では、図を分かりやすくするため、ポリシリコン膜P1上の窒化シリコン膜N2(図17参照)を図示していない。 Next, as shown in FIGS. 16 and 17, a silicide layer S1 is formed on the upper surface of the diffusion layer SL and the upper surface of the polysilicon film P2 by using a known salicide technique. FIG. 16 is a plan layout showing the semiconductor device in the manufacturing process, and the capacitor element formation region C1 of FIG. 17 shows a cross section taken along the line CC of FIG. In FIG. 16, the silicon nitride film N2 (see FIG. 17) on the polysilicon film P1 is not shown for easy understanding of the drawing.
図16では、図9と異なり、ポリシリコン膜P2(図17参照)上にシリサイド層S1が形成されている。なお、図16に示すシリサイド層S1は、後述する研磨工程により除去される。 In FIG. 16, unlike FIG. 9, a silicide layer S1 is formed on the polysilicon film P2 (see FIG. 17). Note that the silicide layer S1 shown in FIG. 16 is removed by a polishing process described later.
図17に示すシリサイド層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。このときポリシリコン膜P1の上面は窒化シリコン膜N2により覆われているため、ポリシリコン膜P1の上面にはシリサイド層S1は形成されない。 The silicide layer S1 shown in FIG. 17 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 surface of the polysilicon film P1 is covered with the silicon nitride film N2, the silicide layer S1 is not formed on the upper surface of the polysilicon film P1.
次に、図18に示すように、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。 Next, as shown in FIG. 18, 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 formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB by using a CVD method or the like. Are sequentially formed.
次に、図19に示すように、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて半導体基板SB上の構造体の上面を研磨して後退させる。具体的には、層間絶縁膜L1、エッチングストッパ膜ES、シリサイド層S1、酸化シリコン膜X1、X2、窒化シリコン膜N1、N2、ポリシリコン膜P1、P2、オフセットスペーサOSおよびサイドウォールSWを研磨する。これにより、研磨された各膜の上面高さは、上記研磨工程前のポリシリコン膜P2の上面高さ以下であって、ポリシリコン膜P1、P2の底面よりも高い、一定の高さに揃い、平坦化される。これにより、ポリシリコン膜P2上のシリサイド層S1は除去され、ポリシリコン膜P1、P2の上面が露出する。 Next, as shown in FIG. 19, the upper surface of the structure on the semiconductor substrate SB is polished and retracted using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Specifically, the interlayer insulating film L1, the etching stopper film ES, the silicide layer S1, the silicon oxide films X1 and X2, the silicon nitride films N1 and N2, the polysilicon films P1 and P2, the offset spacer OS, and the sidewall SW are polished. . Thereby, the upper surface height of each polished film is equal to or lower than the upper surface height of the polysilicon film P2 before the polishing step and higher than the bottom surfaces of the polysilicon films P1 and P2. Flattened. As a result, the silicide layer S1 on the polysilicon film P2 is removed, and the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2 are exposed.
上記研磨工程により、MONOSメモリ形成領域A1および給電部形成領域B1では、ポリシリコン膜P1からなるコントロールゲート電極CGが形成され、ポリシリコン膜P2からなるメモリゲート電極MGが形成される。なお、給電部形成領域B1の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、後に形成するMONOSメモリを構成するnチャネル型のFET(Field Effect Transistor)のゲート電極として機能する導電層ではない。給電部形成領域B1の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、MONOSメモリ形成領域A1のコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGに所定の電位を供給するために用いられる導電層である。 By the above polishing process, in the MONOS memory formation region A1 and the power feeding portion formation region B1, the control gate electrode CG made of the polysilicon film P1 is formed, and the memory gate electrode MG made of the polysilicon film P2 is formed. Note that the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the power supply portion formation region B1 are not conductive layers that function as gate electrodes of n-channel FETs (Field Effect Transistors) constituting a MONOS memory to be formed later. The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the power feeding part formation region B1 are conductive layers used for supplying a predetermined potential to the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the MONOS memory formation region A1.
これにより、MONOSメモリ形成領域A1では、ゲート絶縁膜GF、コントロールゲート電極CG、ONO膜、メモリゲート電極MG、エクステンション領域EXおよび拡散層SLを含むMONOSメモリが形成される。ONO膜は、情報を保持する電荷蓄積膜である窒化シリコン膜N1と、窒化シリコン膜N1をコントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよび半導体基板SBから絶縁するための酸化シリコン膜X1、X2とを含んでいる。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不揮発性メモリである。窒化シリコン膜N1への電荷の出し入れの方法には2通りがあり、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。 Thereby, in the MONOS memory formation region A1, a MONOS memory including the gate insulating film GF, the control gate electrode CG, the ONO film, the memory gate electrode MG, the extension region EX, and the diffusion layer SL is formed. The ONO film includes a silicon nitride film N1 that is a charge storage film that holds information, and silicon oxide films X1 and X2 for insulating the silicon nitride film N1 from the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the semiconductor substrate SB. Contains. The MONOS memory is a non-volatile memory that can store information by accumulating charges in the silicon nitride film N1 immediately below the memory gate electrode MG. There are two methods for putting charge into and out of the silicon nitride film N1, and one is writing and erasing by putting electrons into and out of the entire surface of the silicon nitride film N1 under the memory gate electrode MG with a tunnel current. The other is a method using a hot carrier.
当該MONOSメモリは、コントロールゲート電極CGにONO膜を介して隣接するメモリゲート電極MGを有する、スプリットゲート型の構造を有している。なお、MONOSメモリ形成領域A1では、ダミーゲート電極DP(図11参照)が形成されていた領域を挟んで一対のMONOSメモリが形成されており、この一対のMONOSメモリは、その間の半導体基板SBの上面に形成されたソース・ドレイン領域(ここではソース領域とする)を共有している。 The MONOS memory has a split gate type structure having a memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG via an ONO film. In the MONOS memory formation region A1, a pair of MONOS memories are formed across the region where the dummy gate electrode DP (see FIG. 11) is formed. The pair of MONOS memories are formed on the semiconductor substrate SB between them. The source / drain regions (herein referred to as source regions) formed on the upper surface are shared.
また、上記研磨工程により、給電部形成領域B1に、互いにONO膜を介して絶縁されたコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを有する給電部を形成する。上述したように、給電部はMONOSメモリのコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGに所定の電位を供給するためのコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを有している。給電部を構成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の上面には、後の工程で形成するコンタクトプラグがシリサイド層(図示しない)を介して接続される。 In addition, the above-described polishing step forms a power supply unit having the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG that are insulated from each other via the ONO film in the power supply unit formation region B1. As described above, the power supply unit includes the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG for supplying a predetermined potential to the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG of the MONOS memory. A contact plug formed in a later step is connected to the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG constituting the power feeding unit via a silicide layer (not shown).
また、上記研磨工程により、容量素子形成領域C1に、互いにONO膜を介して絶縁されたポリシリコン膜P1、P2からなるPIP(Poly-Insulator-Poly)容量素子を形成する。PIP容量素子は、互いにONO膜を介して絶縁されたポリシリコン膜P1とポリシリコン膜P2との間に容量を発生させることで、容量素子として機能させることが可能である。 Further, by the polishing step, a PIP (Poly-Insulator-Poly) capacitive element made of polysilicon films P1 and P2 insulated from each other via the ONO film is formed in the capacitive element forming region C1. The PIP capacitor element can function as a capacitor element by generating a capacitance between the polysilicon film P1 and the polysilicon film P2 that are insulated from each other via the ONO film.
容量素子の構造としては、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、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用いることが考えられる。これに対し、本実施の形態では、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膜により絶縁させることで、PIP容量素子を形成している。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、半導体装置の微細化を容易にすることができる。このように、PIP容量素子を構成し、相互間に容量を発生させるポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上面の高さは、MONOSメモリを構成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のそれぞれの上面の高さと同じになっている。 As a structure of the capacitive element, it is conceivable to use a structure in which another polysilicon film is stacked on the polysilicon film through an insulating film in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate. On the other hand, in the present embodiment, 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 an ONO film, thereby forming a PIP capacitor element. 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. Therefore, miniaturization of the semiconductor device can be facilitated. As described above, the heights of the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2 that constitute the PIP capacitor element and generate capacitance between them are the respective heights of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG constituting the MONOS memory. It is the same as the height of the upper surface.
次に、図20に示すように、例えばCVD法を用いて半導体基板SBの上面の全面上に酸化シリコン膜X3を形成した後、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酸化シリコン膜X3を加工し、低耐圧素子形成領域D1のポリシリコン膜P1の上面を酸化シリコン膜X3から露出させる。その後、酸化シリコン膜X3をマスクとするウェットエッチング法を用いて、低耐圧素子形成領域D1のポリシリコン膜P1を除去し、当該ポリシリコン膜P1の直下のゲート絶縁膜GFを露出させる。ここでは、ポリシリコン膜P1を除去する際、その下地の膜がダメージを受けることを回避するために、ウェットエッチング法を用いる場合について説明したが、ポリシリコン膜P1の除去はドライエッチング法により行っても構わない。 Next, as shown in FIG. 20, after the silicon oxide film X3 is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB by using, for example, the CVD method, the silicon oxide film X3 is processed by using the photolithography technique and the dry etching method. Then, the upper surface of the polysilicon film P1 in the low breakdown voltage element forming region D1 is exposed from the silicon oxide film X3. Thereafter, using a wet etching method using the silicon oxide film X3 as a mask, the polysilicon film P1 in the low breakdown voltage element forming region D1 is removed, and the gate insulating film GF immediately below the polysilicon film P1 is exposed. Here, the case where the wet etching method is used to avoid damage to the underlying film when the polysilicon film P1 is removed has been described. However, the polysilicon film P1 is removed by the dry etching method. It doesn't matter.
なお、低耐圧素子形成領域D1のポリシリコン膜P1を除去した後に、熱処理を施すなどして低耐圧素子形成領域D1のゲート絶縁膜GFの膜厚を大きくしてもよい。 Note that the thickness of the gate insulating film GF in the low breakdown voltage element formation region D1 may be increased by performing a heat treatment after removing the polysilicon film P1 in the low breakdown voltage element formation region D1.
次に、図21に示すように、酸化シリコン膜X3をエッチバックするなどして除去した後、例えばスパッタリング法などを用いて、半導体基板SBの上面の全面上に、例えば窒化チタン(TiN)、アルミニウム(Al)、または窒化タンタル(TaN)などからなる金属膜を形成する。これにより、図20を用いて説明した工程において、低耐圧素子形成領域D1のポリシリコン膜P1を除去した領域に形成された溝に、上記金属膜を完全に埋め込む。 Next, as shown in FIG. 21, after the silicon oxide film X3 is removed by etching back or the like, for example, a sputtering method or the like is used to form, for example, titanium nitride (TiN), over the entire upper surface of the semiconductor substrate SB. A metal film made of aluminum (Al), tantalum nitride (TaN), or the like is formed. Thus, in the process described with reference to FIG. 20, the metal film is completely buried in the groove formed in the low breakdown voltage element formation region D1 in the region where the polysilicon film P1 is removed.
続いて、CMP法などを用いて、余分な上記金属膜を除去することにより、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、層間絶縁膜L1およびエッチングストッパ膜ESのそれぞれの上面を露出させる。これにより、低耐圧素子形成領域D1のゲート絶縁膜GF上に、上記金属膜からなるゲート電極G1を形成する。上記CMP法による研磨工程により、ゲート電極G1の上面の高さは、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、層間絶縁膜L1およびエッチングストッパ膜ESのそれぞれの上面の高さと同じになっている。 Subsequently, by removing the excess metal film by using a CMP method or the like, each of the polysilicon films P1, P2, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the interlayer insulating film L1, and the etching stopper film ES. Expose the top surface. Thereby, the gate electrode G1 made of the metal film is formed on the gate insulating film GF in the low breakdown voltage element formation region D1. By the polishing process by the CMP method, the height of the upper surface of the gate electrode G1 is set to the height of the upper surfaces of the polysilicon films P1, P2, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the interlayer insulating film L1, and the etching stopper film ES. Is the same.
これにより、低耐圧素子形成領域D1には、ゲート電極G1、拡散層SLおよびエクステンション領域EXを含むnチャネル型の低耐圧のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が形成される。当該MOSFETはMONOSメモリよりも低い電圧で駆動し、ロジック回路などにおいてスイッチングなどに使用される素子である。 As a result, an n-channel low breakdown voltage MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) including the gate electrode G1, the diffusion layer SL, and the extension region EX is formed in the low breakdown voltage element formation region D1. The MOSFET is an element that is driven at a voltage lower than that of the MONOS memory and is used for switching in a logic circuit or the like.
次に、図22に示すように、例えばCVD法を用いて半導体基板SBの上面の全面上に酸化シリコン膜X4を形成した後、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酸化シリコン膜X4からを加工し、給電部形成領域B1のコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGのそれぞれの上面を酸化シリコン膜X4から露出させる。その後、周知のサリサイド技術を用いて、給電部形成領域B1のコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGのそれぞれの上面に、例えばコバルトシリサイド(CoSi)からなるシリサイド層S2を形成する。シリサイド層S1、S2は、後の工程で形成するコンタクトプラグと、拡散層SL、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とを電気的に接続させる際に、接触抵抗を低減させるために設ける導電層である。 Next, as shown in FIG. 22, after the silicon oxide film X4 is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB using, for example, the CVD method, the silicon oxide film X4 is removed using the photolithography technique and the dry etching method. The upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the power feeding portion formation region B1 are exposed from the silicon oxide film X4. Thereafter, using a known salicide technique, a silicide layer S2 made of, for example, cobalt silicide (CoSi) is formed on the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the power supply portion formation region B1. The silicide layers S1 and S2 have a contact resistance when electrically connecting a contact plug formed in a later process to the diffusion layer SL, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the polysilicon films P1 and P2. This is a conductive layer provided for reduction.
なお、図22に示す断面図において、容量素子形成領域C1にはシリサイド層S2を形成していないが、図22に示していない領域では、図25を用いて後述するように、容量素子を構成するポリシリコン膜P1、P2上にシリサイド層S2を形成している。また、図22のMONOSメモリ形成領域A1のコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGには、給電部形成領域B1のコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGから電位が供給されるため、MONOSメモリ形成領域A1のコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGのそれぞれの上面にはシリサイド層S2を形成していない。 In the cross-sectional view shown in FIG. 22, the silicide layer S2 is not formed in the capacitor element formation region C1, but in the region not shown in FIG. 22, the capacitor element is configured as described later with reference to FIG. A silicide layer S2 is formed on the polysilicon films P1 and P2 to be formed. Further, since the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the MONOS memory formation region A1 in FIG. 22 are supplied with potentials from the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the power feeding portion formation region B1, the MONOS memory formation region No silicide layer S2 is formed on the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG of A1.
次に、図23に示すように、酸化シリコン膜X4を除去した後、半導体基板SBの上面の全面上に、CVD法などを用いて、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜L2を形成する。これにより、層間絶縁膜L1、エッチングストッパ膜ES、サイドウォールSW、オフセットスペーサOS、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、酸化シリコン膜X1、X2、窒化シリコン膜N1、シリサイド層S2、ポリシリコン膜P1、P2およびの上面を層間絶縁膜L2により覆う。 Next, as shown in FIG. 23, after the silicon oxide film X4 is removed, an interlayer insulating film L2 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate SB by using a CVD method or the like. Thereby, the interlayer insulating film L1, the etching stopper film ES, the sidewall SW, the offset spacer OS, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the silicon oxide films X1 and X2, the silicon nitride film N1, the silicide layer S2, and the polysilicon film The upper surfaces of P1 and P2 are covered with an interlayer insulating film L2.
続いて、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を貫通するコンタクトホールと、層間絶縁膜L1、L2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とをそれぞれ複数形成する。 Subsequently, a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film L1 and a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating films L1, L2 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A1では、層間絶縁膜L1、L2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開口することで、拡散層SLの上面のシリサイド層S1の上面を露出する。給電部形成領域B1では、層間絶縁膜L1を貫通するコンタクトホールを開口してコントロールゲート電極CGの上面のシリサイド層S2の上面を露出させ、また、層間絶縁膜L1、L2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開口することで、サイドウォール状に形成されたメモリゲート電極MGの上面のシリサイド層S2の上面を露出させる。給電部の端部のサイドウォール状のメモリゲート電極MG上のシリサイド層S2を露出させるコンタクトホールは、当該メモリゲート電極MGに隣接し、平面視においてメモリゲート電極MGに囲まれたコントロールゲート電極CGの上面のシリサイド層S2を露出していてもよい。 In the MONOS memory formation region A1, the upper surface of the silicide layer S1 on the upper surface of the diffusion layer SL is exposed by opening a contact hole that penetrates the interlayer insulating films L1 and L2 and the etching stopper film ES. In the power supply portion formation region B1, a contact hole penetrating the interlayer insulating film L1 is opened to expose the upper surface of the silicide layer S2 on the upper surface of the control gate electrode CG, and the interlayer insulating films L1 and L2 and the etching stopper film ES are formed. By opening a penetrating contact hole, the upper surface of the silicide layer S2 on the upper surface of the memory gate electrode MG formed in a sidewall shape is exposed. The contact hole that exposes the silicide layer S2 on the sidewall-like memory gate electrode MG at the end of the power feeding portion is adjacent to the memory gate electrode MG and is surrounded by the memory gate electrode MG in plan view. The silicide layer S2 on the upper surface of each may be exposed.
容量素子形成領域C1では、図23には示していない領域において、層間絶縁膜L1を貫通するコンタクトホールを開口してポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上面を露出させる。低耐圧素子形成領域D1では、層間絶縁膜L1、L2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開口することで、拡散層SLの上面のシリサイド層S1の上面を露出させ、また、図示していない領域において、層間絶縁膜L1を貫通するコンタクトホールを開口してゲート電極G1の上面を露出させる。 In the capacitor element formation region C1, in a region not shown in FIG. 23, a contact hole penetrating the interlayer insulating film L1 is opened to expose the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2. In the low breakdown voltage element formation region D1, the upper surface of the silicide layer S1 on the upper surface of the diffusion layer SL is exposed by opening a contact hole that penetrates the interlayer insulating films L1 and L2 and the etching stopper film ES. In a non-existing region, a contact hole penetrating the interlayer insulating film L1 is opened to expose the upper surface of the gate electrode G1.
次に、図24、図25および図26に示すように、上記複数のコンタクトホールのそれぞれの内部に、例えば主にW(タングステン)を含むコンタクトプラグ(接続部材)C2を形成することにより、本実施の形態の半導体装置が完成する。図24は、図10と同様に、製造工程中の半導体装置のうち、MONOSメモリの形成領域およびそのMONOSメモリの給電部の形成領域を示す平面レイアウトである。図26のMONOSメモリ形成領域A1は、図24のA−A線における断面であり、図26の給電部形成領域B1は、図24のB−B線における断面である。また、図25は、図6および図9と同様に、製造工程中の半導体装置のうち、容量素子の形成領域を示す平面レイアウトであり、図26の容量素子形成領域C1は、図25のC−C線における断面である。 Next, as shown in FIGS. 24, 25 and 26, a contact plug (connection member) C2 mainly containing W (tungsten), for example, is formed inside each of the plurality of contact holes. The semiconductor device of the embodiment is completed. FIG. 24 is a plan layout showing the formation region of the MONOS memory and the formation region of the power feeding portion of the MONOS memory in the semiconductor device in the manufacturing process, as in FIG. The MONOS memory forming area A1 in FIG. 26 is a cross section taken along the line AA in FIG. 24, and the power feeding part forming area B1 in FIG. 26 is a cross section taken along the line BB in FIG. 25 is a plan layout showing a capacitor element formation region in the semiconductor device in the manufacturing process, as in FIGS. 6 and 9, and the capacitor element formation region C1 in FIG. It is a cross section in the -C line.
複数のコンタクトプラグC2のそれぞれは、拡散層SL、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およびゲート電極G1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。 Each of the plurality of contact plugs C2 is a conductor formed to supply a predetermined potential to the diffusion layer SL, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the polysilicon films P1 and P2, and the gate electrode G1.
コンタクトプラグC2を形成する場合は、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バリアメタル膜(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メタル膜により覆う。その後、タングステン膜をスパッタリング法などを用いて形成し、複数のコンタクトホールのそれぞれの内部を完全に埋め込む。続いて、CMP法などを用いて、層間絶縁膜L2上の余分なバリアメタル膜およびタングステン膜を除去することで層間絶縁膜L2の上面を露出させ、層間絶縁膜L2とタングステン膜との上面を平坦化することで、各コンタクトホール内に、バリアメタル膜およびタングステン膜からなるコンタクトプラグC2を形成する。 When forming the contact plug C2, first, a barrier metal 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 covered with the barrier metal film. Thereafter, a tungsten film is formed by sputtering or the like, and each of the plurality of contact holes is completely buried. Subsequently, by using a CMP method or the like, the upper barrier metal film and the tungsten film on the interlayer insulating film L2 are removed to expose the upper surface of the interlayer insulating film L2, and the upper surfaces of the interlayer insulating film L2 and the tungsten film are exposed. By flattening, a contact plug C2 made of a barrier metal film and a tungsten film is formed in each contact hole.
図26の給電部形成領域B1に示すように、サイドウォール状に形成されたメモリゲート電極MG上にシリサイド層S2を介して接続されたコンタクトプラグC2は、当該メモリゲート電極MGに隣接するコントロールゲート電極CGにシリサイド層S2を介して電気的に接続されていてもよい。このコントロールゲート電極CGは、MONOSメモリ形成領域A1のコントロールゲート電極CGとは電気的に接続されておらず、図24の給電部に示すように、平面視において周囲をメモリゲート電極MGにより囲まれ、電気的に孤立している。 As shown in the power feeding part forming region B1 in FIG. 26, the contact plug C2 connected via the silicide layer S2 on the memory gate electrode MG formed in a sidewall shape is a control gate adjacent to the memory gate electrode MG. The electrode CG may be electrically connected via a silicide layer S2. The control gate electrode CG is not electrically connected to the control gate electrode CG in the MONOS memory formation region A1, and is surrounded by the memory gate electrode MG in plan view as shown in the power feeding section of FIG. Is electrically isolated.
このように、コンタクトプラグC2をメモリゲート電極MGに電気的に接続させる際、孤立したコントロールゲート電極CGの上面も覆うようにコンタクトプラグC2を形成するのは、メモリゲート電極MGがサイドウォール状に自己整合的に形成されていることに起因する。すなわち、メモリゲート電極MGの上面の面積、すなわち平面視における面積が小さいため、コンタクトプラグC2を精度良く確実にメモリゲート電極MGのみに接続することは困難である。そこで、ここでは、MONOSメモリから電気的に絶縁されたコントロールゲート電極CGを形成し、当該コントロールゲート電極CGに跨る幅の広いコンタクトプラグC2をメモリゲート電極MG上に形成することで、メモリゲート電極MGへの給電の確実性を高めている。 As described above, when the contact plug C2 is electrically connected to the memory gate electrode MG, the contact plug C2 is formed so as to cover the upper surface of the isolated control gate electrode CG because the memory gate electrode MG has a sidewall shape. This is due to the self-alignment. That is, since the area of the upper surface of the memory gate electrode MG, that is, the area in plan view, is small, it is difficult to connect the contact plug C2 only to the memory gate electrode MG accurately and reliably. Therefore, here, the control gate electrode CG electrically insulated from the MONOS memory is formed, and a wide contact plug C2 extending over the control gate electrode CG is formed on the memory gate electrode MG. The reliability of power supply to MG is increased.
このような構成は、図25に示すように、サイドウォール状に形成されたポリシリコン膜P2にコンタクトプラグC2を電気的に接続させる箇所にも用いられている。なお、図25では、ポリシリコン膜P1、P2に加えて、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれの上部に形成されたシリサイド層S2も図示している。コンタクトプラグC2は、シリサイド層S2に接続されることで、シリサイド層S2の直下のポリシリコン膜P1またはP2に電気的に接続されている。 As shown in FIG. 25, such a configuration is also used at a location where the contact plug C2 is electrically connected to the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape. In FIG. 25, in addition to the polysilicon films P1 and P2, a silicide layer S2 formed on each of the polysilicon films P1 and P2 is also illustrated. The contact plug C2 is electrically connected to the polysilicon film P1 or P2 immediately below the silicide layer S2 by being connected to the silicide layer S2.
ポリシリコン膜P2に電位を供給するためのコンタクトプラグC2は、ポリシリコン膜P2上のシリサイド層S2と、PIP容量素子において容量を発生させるポリシリコン膜P1から絶縁され、平面視においてポリシリコン膜P2に囲まれたポリシリコン膜P1(図示しない)の直上のシリサイド層S2とに跨って形成されている。これにより、上述したメモリゲート電極MG(図24参照)と同様に、サイドウォール状に形成され、平面視における幅が小さいポリシリコン膜P2に対し、コンタクトプラグC2を確実に接続させることができる。 The contact plug C2 for supplying a potential to the polysilicon film P2 is insulated from the silicide layer S2 on the polysilicon film P2 and the polysilicon film P1 that generates capacitance in the PIP capacitor element. Is formed so as to straddle the silicide layer S2 immediately above the polysilicon film P1 (not shown) surrounded by. As a result, like the memory gate electrode MG (see FIG. 24) described above, the contact plug C2 can be reliably connected to the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape and having a small width in plan view.
なお、図25に示すように、ポリシリコン膜P1、P2のそれぞれに給電する領域以外の領域、すなわちポリシリコン膜P1、P2が容量を発生させるために、ONO膜を介して隣接する領域には、シリサイド層S2を形成していない。これは、ポリシリコン膜P1、P2の上部にシリサイド層S2を形成した場合に、酸化シリコン膜X1、X2および窒化シリコン膜N2からなるONO膜を介して近接しているポリシリコン膜P1、P2同士が、その上部のシリサイド層S2同士の接触により短絡することを避けるためである。したがって、第2方向に延在する複数のポリシリコン膜P1と、第2方向に延在する複数のポリシリコン膜P2とが第1方向に交互に並ぶ領域、すなわち容量を発生させる領域では、ポリシリコン膜P1、P2の上部にシリサイド層S2を形成していない(図22参照)。 As shown in FIG. 25, the regions other than the regions supplying power to the polysilicon films P1 and P2, that is, the regions adjacent to each other through the ONO film in order for the polysilicon films P1 and P2 to generate capacitance. The silicide layer S2 is not formed. This is because when the silicide layer S2 is formed on the polysilicon films P1 and P2, the polysilicon films P1 and P2 that are close to each other through the ONO film composed of the silicon oxide films X1 and X2 and the silicon nitride film N2 However, this is for avoiding a short circuit due to contact between the silicide layers S2 on the upper side. Therefore, in a region where a plurality of polysilicon films P1 extending in the second direction and a plurality of polysilicon films P2 extending in the second direction are alternately arranged in the first direction, that is, in a region where capacitance is generated, The silicide layer S2 is not formed on the silicon films P1 and P2 (see FIG. 22).
また、ポリシリコン膜P1のパターンのうち、第1方向に延在するパターンには、ポリシリコン膜P1に電位を供給するためのコンタクトプラグC2が接続されており、ポリシリコン膜P1の第1方向に延在するパターン上には、コンタクトプラグC2との間にシリサイド層S2が形成されている。 A contact plug C2 for supplying a potential to the polysilicon film P1 is connected to a pattern extending in the first direction among the patterns of the polysilicon film P1, and the first direction of the polysilicon film P1 is connected to the pattern. A silicide layer S2 is formed between the contact plug C2 and the pattern extending to the contact plug C2.
ここで、図8を用いて説明した工程において、図8に示していない領域における容量素子形成領域C1のポリシリコン膜P2の一部を除去していない場合、図6に示すように、櫛型の形状を有するポリシリコン膜P1のうち、第1方向に延在するパターンに隣接してポリシリコン膜P2が残ることとなる。この場合、第1方向に延在するパターンと、それに隣接するポリシリコン膜P2との上面にシリサイド層S2を形成すると、ポリシリコン膜P1、P2同士が、その上部のシリサイド層S2同士が接触することにより短絡する虞がある。これを避けるため、本実施の形態では、図8を用いて説明した工程において、容量素子形成領域C1のポリシリコン膜P2の一部を除去し、ポリシリコン膜P1、P2間の短絡を防ぐことを可能としている。また、櫛型のポリシリコン膜P1上にコンタクトプラグC2を接続する際、コンタクトホールの形成の位置ずれにより、ポリシリコン膜P1、P2間の短絡を防ぐことができる。 Here, in the step described with reference to FIG. 8, when a part of the polysilicon film P2 in the capacitor element formation region C1 in the region not shown in FIG. 8 is not removed, as shown in FIG. In the polysilicon film P1 having the shape, the polysilicon film P2 remains adjacent to the pattern extending in the first direction. In this case, when the silicide layer S2 is formed on the upper surface of the pattern extending in the first direction and the polysilicon film P2 adjacent thereto, the polysilicon films P1 and P2 are in contact with each other and the silicide layer S2 in the upper part thereof. There is a risk of short circuit. In order to avoid this, in this embodiment, in the process described with reference to FIG. 8, a part of the polysilicon film P2 in the capacitor element formation region C1 is removed to prevent a short circuit between the polysilicon films P1 and P2. Is possible. Further, when the contact plug C2 is connected on the comb-shaped polysilicon film P1, a short circuit between the polysilicon films P1 and P2 can be prevented due to the displacement of the contact hole formation.
図25には、半導体基板SB(図示しない)の上面に形成されたウエルに電位を供給するために、半導体基板SBの上面に形成されたウエル給電部WSを示している。ウエル給電部WSは、半導体基板SBの上面に、例えばP型の不純物(例えばB(ホウ素))をイオン注入することで、上部にPIP容量素子が形成されている素子分離領域EIを平面視において囲むように、環状に形成されている。ウエル給電部WS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、ウエル給電部WS上にはシリサイド層S1を介してコンタクトプラグC2が形成されている。半導体基板SBに、コンタクトプラグC2、シリサイド層S1およびウエル給電部WSを介して電位を供給することで、PIP容量素子の下部の半導体基板SBの電位を固定することができる。 FIG. 25 shows a well power feeding portion WS formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in order to supply a potential to a well formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB (not shown). The well power supply unit WS is formed by ion-implanting, for example, a P-type impurity (for example, B (boron)) into the upper surface of the semiconductor substrate SB so that the element isolation region EI in which the PIP capacitor element is formed is seen in a plan view. It is formed in an annular shape so as to surround it. A silicide layer S1 (not shown) is formed on the upper surface of the well power supply portion WS, and a contact plug C2 is formed on the well power supply portion WS via the silicide layer S1. By supplying a potential to the semiconductor substrate SB via the contact plug C2, the silicide layer S1, and the well power feeding portion WS, the potential of the semiconductor substrate SB below the PIP capacitor element can be fixed.
図24に示すように、MONOSメモリが形成された領域では、図10と異なり、ダミーゲート電極DPは除去されており、ダミーゲート電極DPが形成されていた領域の直下の半導体基板SB(図26参照)の上面には、ソース・ドレイン領域を構成する拡散層SLが形成されている。なお、図24では図を分かりやすくするため、シリサイド層S1、S2の図示を省略している。シリサイド層S2は、MONOSメモリを構成する領域のメモリゲート電極MGおよびコントロールゲート電極CGのそれぞれの上面には形成されていないが、給電部においては、メモリゲート電極MGおよびコントロールゲート電極CGと、それらの上部のコンタクトプラグC2との間にシリサイド層S2(図示しない)が形成されている。 As shown in FIG. 24, in the region where the MONOS memory is formed, unlike in FIG. 10, the dummy gate electrode DP is removed, and the semiconductor substrate SB immediately below the region where the dummy gate electrode DP is formed (FIG. 26). The diffusion layer SL constituting the source / drain regions is formed on the upper surface of the reference). In FIG. 24, the silicide layers S1 and S2 are not shown for easy understanding of the drawing. The silicide layer S2 is not formed on the upper surfaces of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG in the region constituting the MONOS memory. However, in the power supply portion, the silicide gate SMG and the control gate electrode CG A silicide layer S2 (not shown) is formed between the upper and lower contact plugs C2.
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説明する。 The effects of the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described below.
スプリットゲート型のMONOSメモリの構造としては、図32および図33に示すように、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GFを介してコントロールゲート電極CGaを形成し、その側壁のうちの一方、または両方に、ONO膜を介して、自己整合的にサイドウォール状の形状で形成したメモリゲート電極MGaを形成することが考えられる。ONO膜は、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が順に形成された積層膜であり、窒化シリコン膜N1は、MONOSメモリの電荷蓄積膜として機能する絶縁膜である。 As shown in FIGS. 32 and 33, the split gate type MONOS memory has a structure in which a control gate electrode CGa is formed on a semiconductor substrate SB via a gate insulating film GF, and one or both of the side walls thereof are formed. In addition, it is conceivable to form the memory gate electrode MGa formed in a side wall shape in a self-aligned manner via the ONO film. The ONO film is a laminated film in which a silicon oxide film X1, a silicon nitride film N1, and a silicon oxide film X2 are sequentially formed. The silicon nitride film N1 is an insulating film that functions as a charge storage film of the MONOS memory.
図32および図33は、比較例として、MONOSメモリを含む半導体装置を示す断面図である。ここでは、上記コントロールゲート電極CGaおよびメモリゲート電極MGaに加えて、コントロールゲート電極CGa上の窒化シリコン膜N2と、半導体基板SBの上面に形成されたエクステンション領域EXおよび拡散層SLからなるソース・ドレイン領域とを示している。なお、窒化シリコン膜N2は形成されず、コントロールゲート電極CGaの上面の高さと、ONO膜およびメモリゲート電極MGaの最上面の高さが同等となっていてもよい。 32 and 33 are sectional views showing a semiconductor device including a MONOS memory as a comparative example. Here, in addition to the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa, a source / drain composed of a silicon nitride film N2 on the control gate electrode CGa, an extension region EX formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB, and a diffusion layer SL. Shows the area. Note that the silicon nitride film N2 is not formed, and the height of the upper surface of the control gate electrode CGa may be equal to the heights of the uppermost surfaces of the ONO film and the memory gate electrode MGa.
図32および図33に示すメモリゲート電極MGaは、半導体基板SB上に、ゲート絶縁膜GFを介してコントロールゲート電極CGaおよび窒化シリコン膜N2からなる積層膜のパターンを形成した後に、半導体基板上に当該積層膜を覆うONO膜およびポリシリコン膜をCVD法などにより形成(堆積)し、続いてドライエッチング法により当該ポリシリコン膜を一部除去して形成する。つまり、上記ポリシリコン膜の一部は、コントロールゲート電極CGaの側壁に、自己整合的にサイドウォール状の形状で残り、上記ポリシリコン膜からなるメモリゲート電極MGaが形成される。 The memory gate electrode MGa shown in FIG. 32 and FIG. 33 is formed on the semiconductor substrate SB after forming a laminated film pattern composed of the control gate electrode CGa and the silicon nitride film N2 via the gate insulating film GF. An ONO film and a polysilicon film that cover the stacked film are formed (deposited) by a CVD method or the like, and then the polysilicon film is partially removed by a dry etching method. That is, a part of the polysilicon film remains in a side wall shape in a self-aligned manner on the side wall of the control gate electrode CGa, and the memory gate electrode MGa made of the polysilicon film is formed.
上記比較例では、メモリゲート電極MGaはサイドウォール状に形成されているため、コントロールゲート電極CGaのゲート長方向において、メモリゲート電極MGaの上面の高さは、コントロールゲート電極CGaの側壁から離れる程低くなる。この場合のメモリゲート電極MGaの端部の、最も低い高さ(膜厚)を、図32に示すようにLとする。このような形状のメモリゲート電極MGaを有するMONOSメモリを微細化させようとすると、メモリゲート電極MGaを形成した後にソース・ドレイン領域など形成するために行うイオン注入工程において、注入する不純物がメモリゲート電極MGaを突き抜け、半導体基板SBの上面に打ち込まれる。この場合、半導体基板SBの上面に余計な不純物イオンが打ち込まれることにより、MONOSメモリの特性、すなわち情報の消去特性および書き込み特性などが変化し、半導体装置の信頼性が低下する問題がある。 In the comparative example, since the memory gate electrode MGa is formed in a sidewall shape, in the gate length direction of the control gate electrode CGa, the height of the upper surface of the memory gate electrode MGa increases as the distance from the side wall of the control gate electrode CGa increases. Lower. In this case, the lowest height (film thickness) of the end of the memory gate electrode MGa is L as shown in FIG. If the MONOS memory having the memory gate electrode MGa having such a shape is to be miniaturized, in the ion implantation process for forming the source / drain regions after the memory gate electrode MGa is formed, the impurity to be implanted becomes the memory gate. It penetrates the electrode MGa and is driven into the upper surface of the semiconductor substrate SB. In this case, since extra impurity ions are implanted into the upper surface of the semiconductor substrate SB, the characteristics of the MONOS memory, that is, information erasing characteristics, writing characteristics, and the like are changed, and the reliability of the semiconductor device is lowered.
不純物イオンの突き抜けを防ぐためには、メモリゲート電極MGaが所定の高さ(膜厚)Xを有している必要があるのに対し、メモリゲート電極MGaの高さは一定でなく、ゲート長方向において一方の端部の高さ(膜厚)Lが低くなっている。つまり、図32に示す比較例の半導体装置では、不純物イオンがメモリゲート電極MGaを突き抜けないために必要な高さXを保ったまま、MONOSメモリを微細化することができない。 In order to prevent the penetration of impurity ions, the memory gate electrode MGa needs to have a predetermined height (film thickness) X, whereas the height of the memory gate electrode MGa is not constant, and the gate length direction The height (film thickness) L of one end is low. That is, in the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 32, the MONOS memory cannot be miniaturized while maintaining the height X necessary for preventing impurity ions from penetrating the memory gate electrode MGa.
すなわち、メモリゲート電極MGaの一方の端部の高さ(膜厚)Lが、不純物イオンの突き抜けを防止できる高さ(膜厚)Xを保つようにMONOSメモリを微細化しようとしても、メモリゲート電極MGaは自己整合的に形成されているため、メモリゲート電極MGaの最上面の高さは、一方の端部の上面の高さLよりも高くなる。また、メモリゲート電極MGaの側壁にONO膜を介して隣接する積層膜、すなわちコントロールゲート電極CGaを含む積層膜の上面の高さは、メモリゲート電極MGaの端部の上面の高さLよりも高くなる。このため、メモリゲート電極MGaおよびメモリゲート電極MGaに隣接する積層膜のそれぞれの最上面の高さを、メモリゲート電極MGaが不純物イオンを突き抜けさせない程度の高さまで低くすることができない。 That is, even if an attempt is made to miniaturize the MONOS memory so that the height (film thickness) L of one end of the memory gate electrode MGa maintains the height (film thickness) X that can prevent the penetration of impurity ions, the memory gate Since the electrode MGa is formed in a self-aligned manner, the height of the uppermost surface of the memory gate electrode MGa is higher than the height L of the upper surface of one end portion. The height of the upper surface of the stacked film adjacent to the side wall of the memory gate electrode MGa via the ONO film, that is, the stacked film including the control gate electrode CGa is higher than the height L of the upper surface of the end portion of the memory gate electrode MGa. Get higher. For this reason, the height of the top surfaces of the memory gate electrode MGa and the stacked film adjacent to the memory gate electrode MGa cannot be lowered to such a level that the memory gate electrode MGa does not penetrate impurity ions.
このように、不純物イオンの突き抜けを防ごうとすると、メモリゲート電極MGaがサイドウォール状の形状を有していることに起因してMONOSメモリの微細化が困難となる問題がある。 Thus, when trying to prevent the penetration of impurity ions, there is a problem that it is difficult to miniaturize the MONOS memory due to the memory gate electrode MGa having a sidewall shape.
また、図33に示すように、自己整合的に形成したメモリゲート電極MGaの形状は、その底部において、裾が広がるように、コントロールゲート電極CGaから離れる方向に延在する傾向があり、この傾向は、MONOSメモリを微細化する程顕著になる。MONOSメモリの特性および信頼性は、メモリゲート電極MGaのゲート長方向の幅と、その垂直性に大きく影響を受ける。 Further, as shown in FIG. 33, the shape of the memory gate electrode MGa formed in a self-alignment tends to extend in the direction away from the control gate electrode CGa so that the bottom is widened at the bottom. Becomes more prominent as the MONOS memory becomes finer. The characteristics and reliability of the MONOS memory are greatly influenced by the width of the memory gate electrode MGa in the gate length direction and its perpendicularity.
なお、ここでいう垂直性とは、半導体基板SBの主面に対し、メモリゲート電極MGaの側壁が如何に垂直に近い角度で形成されているかを示す程度を意味する。メモリゲート電極MGaの側壁の垂直性が高い程、MONOSメモリの特性を一定に保ち、MONOSメモリの信頼性を保つことが容易になる。つまり、メモリゲート電極MGaの側壁であって、メモリゲート電極MGaとコントロールゲート電極CGaとが接する側の反対側の側壁と、半導体基板SBとが成す角度が垂直に近ければ、半導体装置の信頼性が低下することを防ぐことができる。 Note that the term “perpendicularity” as used herein refers to a degree indicating how close the side walls of the memory gate electrode MGa are formed to the main surface of the semiconductor substrate SB. The higher the verticality of the sidewall of the memory gate electrode MGa, the easier it is to keep the characteristics of the MONOS memory constant and to maintain the reliability of the MONOS memory. That is, if the angle formed between the side wall of the memory gate electrode MGa and the side wall opposite to the side where the memory gate electrode MGa and the control gate electrode CGa are in contact with the semiconductor substrate SB is close to the vertical, the reliability of the semiconductor device Can be prevented from decreasing.
しかし、上述したように、サイドウォール状のメモリゲート電極MGaは、MONOSメモリが微細化すると、その底部が半導体基板の上面に沿って広がり、垂直性を保つことが困難となる。また、サイドウォール状のメモリゲート電極MGaは、その上面から下面に近付く程、ゲート長方向の幅が広くなるため、当該幅を一定に保ってメモリゲート電極MGaを形成することは、MONOSメモリを微細化する程困難となる。このため、MONOSメモリを微細化しようとすると、サイドウォール状のメモリゲート電極MGaの垂直性を保ち、ゲート長方向の幅を所望の一定の幅で形成することができないため、MONOSメモリの特性が変化し、半導体装置の信頼性が低下する虞がある。 However, as described above, when the MONOS memory is miniaturized, the bottom of the sidewall-like memory gate electrode MGa extends along the upper surface of the semiconductor substrate, and it becomes difficult to maintain the verticality. Further, since the sidewall-shaped memory gate electrode MGa becomes wider in the gate length direction as it approaches the lower surface from the upper surface, forming the memory gate electrode MGa while keeping the width constant is the same as the MONOS memory. The smaller the size, the more difficult it becomes. For this reason, if the MONOS memory is to be miniaturized, the sidewall-shaped memory gate electrode MGa is kept vertical, and the width in the gate length direction cannot be formed with a desired constant width. There is a risk that the reliability of the semiconductor device is lowered.
これに対し、本実施の形態では、コントロールゲート電極の側壁にサイドウォール状に形成したポリシリコン膜をメモリゲート電極として残す方法を用いていない。本実施の形態では、図5および図7を用いて説明したように、コントロール電極となるポリシリコン膜P1のパターンと、ダミーゲート電極DPのパターンとの間の溝に埋め込んだポリシリコン膜P2により、メモリゲート電極MGを形成している(図19参照)。このように、図7に示した工程において、サイドウォール状に形成されたポリシリコン膜P2は除去し、ゲート電極として使用していない。 In contrast, the present embodiment does not use a method of leaving a polysilicon film formed in a sidewall shape on the side wall of the control gate electrode as a memory gate electrode. In the present embodiment, as described with reference to FIGS. 5 and 7, the polysilicon film P2 embedded in the trench between the pattern of the polysilicon film P1 serving as the control electrode and the pattern of the dummy gate electrode DP is used. A memory gate electrode MG is formed (see FIG. 19). Thus, in the process shown in FIG. 7, the polysilicon film P2 formed in the side wall shape is removed and is not used as a gate electrode.
上記のように溝に埋め込まれて形成されたポリシリコン膜P2は、上記比較例のメモリゲート電極MGa(図32参照)のように、コントロールゲート電極CGaから離れる程にその高さおよび幅が変化するような断面形状を有しておらず、図26に示すように、メモリゲート電極MGの断面形状は矩形になっている。 The polysilicon film P2 formed in the trench as described above changes in height and width as the distance from the control gate electrode CGa is increased as in the memory gate electrode MGa (see FIG. 32) of the comparative example. The cross-sectional shape of the memory gate electrode MG is rectangular as shown in FIG.
したがって、本実施の形態の半導体装置の製造工程では、一つのメモリゲート電極MGの上面の高さを、いずれの領域においても一定とし、メモリゲート電極MGのゲート長方向の幅も、いずれの高さにおいても一定とすることができ、その側壁の垂直性を高めることができる。つまり、一つのメモリゲート電極MGは、隣接するコントロールゲート電極CGから離れるほど膜厚が薄くなることはなく、その膜厚が一様となっている。また、メモリゲート電極MGの側壁のうち、コントロールゲート電極CGと隣接していない方の側壁は、半導体基板SBの主面に対して垂直に形成されている。 Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, the height of the upper surface of one memory gate electrode MG is constant in any region, and the width of the memory gate electrode MG in the gate length direction is set to any height. Also, the thickness can be constant, and the verticality of the side wall can be improved. That is, the thickness of one memory gate electrode MG does not decrease as the distance from the adjacent control gate electrode CG increases, and the thickness is uniform. Of the side walls of the memory gate electrode MG, the side wall not adjacent to the control gate electrode CG is formed perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB.
このため、MONOSメモリを微細化しても、メモリゲート電極MGの高さがその端部において過度に低くなることはなく、ソース・ドレイン領域を形成する際などに行うイオン注入工程において、不純物イオンがメモリゲート電極MGを突き抜けることを防ぐことができる。これにより、MONOSメモリを微細化してもMONOSメモリの特性が変化することを防ぐことが可能となるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 For this reason, even if the MONOS memory is miniaturized, the height of the memory gate electrode MG is not excessively lowered at the end thereof, and impurity ions are not formed in the ion implantation process performed when forming the source / drain regions. It is possible to prevent the memory gate electrode MG from penetrating. As a result, even if the MONOS memory is miniaturized, it is possible to prevent the characteristics of the MONOS memory from changing, so that the reliability of the semiconductor device can be improved.
また、メモリゲート電極MGの幅は、図5に示すポリシリコン膜P1とダミーゲート電極DPとの間隔を調整することにより、容易に制御することが可能となる。また、図33に示した比較例の半導体装置と異なり、メモリゲート電極MGの底部がゲート長方向に広がることも防ぐことができるため、MONOSメモリの特性が変化することを防ぐことが可能となる。よって、メモリゲート電極MGの幅の制御を容易にし、メモリゲート電極MGの垂直性を高めることを可能とすることで、MONOSメモリの特性、すなわち情報の消去特性および書き込み特性の調整が容易になるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 Further, the width of the memory gate electrode MG can be easily controlled by adjusting the distance between the polysilicon film P1 and the dummy gate electrode DP shown in FIG. Also, unlike the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 33, it is possible to prevent the bottom of the memory gate electrode MG from spreading in the gate length direction, so that it is possible to prevent the characteristics of the MONOS memory from changing. . Therefore, the control of the width of the memory gate electrode MG is facilitated, and the perpendicularity of the memory gate electrode MG can be improved, so that the characteristics of the MONOS memory, that is, the information erasing characteristics and the writing characteristics can be easily adjusted. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved.
本実施の形態の製造方法により形成した半導体装置では、メモリゲート電極をサイドウォール状に形成する場合に比べて、一つのMONOSメモリに必要な面積を約半分にすることが可能である。 In the semiconductor device formed by the manufacturing method of the present embodiment, the area required for one MONOS memory can be reduced to about half compared with the case where the memory gate electrode is formed in a sidewall shape.
また、本実施の形態では、図26に示すように、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容量素子ではなく、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、ポリシリコン膜P1、P2間にONO膜を介在させることで、容量素子を形成している。このため、上述したように、PIP素子の高さを低くし、MONOSメモリまたはロジック回路に用いるFETなどと高さを揃えることができ、半導体装置を微細化することが可能である。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 26, different polysilicon films P1 and P2 are used instead of a PIP capacitor element in which another polysilicon film is laminated on a polysilicon film via an insulating film. Capacitance elements are formed by arranging ONO films between the polysilicon films P1 and P2 in the direction along the upper surface of the SB. For this reason, as described above, the height of the PIP element can be reduced, and the height of the PIP element can be made equal to that of the FET used for the MONOS memory or the logic circuit, so that the semiconductor device can be miniaturized.
また、上記PIP容量素子は、MONOSメモリと同様に、半導体基板SBの上面に沿う方向にポリシリコン膜P1、P2を並べて形成した構造を有しているため、MONOSメモリ等と同一の工程でPIP容量素子を形成することができる。したがって、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てPIP容量素子を形成する場合に比べて、半導体装置の製造工程を簡略化することができ、スループットを向上させることができる。 The PIP capacitor element has a structure in which polysilicon films P1 and P2 are formed side by side in the direction along the upper surface of the semiconductor substrate SB, similarly to the MONOS memory. A capacitor element can be formed. Accordingly, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified and the throughput can be improved as compared with the case where the PIP capacitor element is formed by stacking another polysilicon film on the polysilicon film via the insulating film. Can do.
本実施の形態のPIP容量素子のように、櫛型のパターンを向かい合わせ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、第2方向に延在し、第2方向に交互に並ぶポリシリコン膜P1、P2の複数のパターン、すなわち櫛の本数または長さなどを変更することで対応が可能となる。 An element that generates a capacitance by facing comb-shaped patterns facing each other like the PIP capacitance element of the present embodiment extends in the second direction and extends in the second direction, depending on the required capacitance. This can be dealt with by changing a plurality of patterns of the polysilicon films P1 and P2 alternately arranged, that is, the number or length of combs.
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、図19を用いて説明した工程において、シリサイド層S1を研磨して除去する工程を含む半導体装置の製造方法について説明した。これに対し、本実施の形態では、上記研磨工程において、シリサイド層を研磨しない場合の半導体装置の製造方法について、以下に図27〜図31を用いて説明する。図27〜図31は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するための、製造工程中の半導体装置を示す断面図である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the semiconductor device manufacturing method including the step of polishing and removing the silicide layer S1 in the step described with reference to FIG. 19 has been described. In contrast, in the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device when the silicide layer is not polished in the polishing step will be described below with reference to FIGS. 27 to 31 are cross-sectional views showing the semiconductor device in the manufacturing process for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.
本実施の形態の半導体装置の製造工程では、まず、前記実施の形態1において図1〜図12に示す工程を行うことで、半導体基板SB上に、ポリシリコン膜P1、P2を含むパターンを形成し、ダミーゲート電極DP(図11参照)を除去する。 In the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment, first, the pattern including the polysilicon films P1 and P2 is formed on the semiconductor substrate SB by performing the steps shown in FIGS. Then, the dummy gate electrode DP (see FIG. 11) is removed.
次に、図27に示すように、フォトレジスト膜PR4を除去した後、ドライエッチング法を用いて、酸化シリコン膜X1から露出するポリシリコン膜P2の上面を、選択的にエッチバックして後退させることで、MONOSメモリ形成領域A1、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1に、溝D2〜D4をそれぞれ形成する。つまり、MONOSメモリ形成領域A1のポリシリコン膜P2の直上に溝D2を形成し、給電部形成領域B1の隣り合うポリシリコン膜P1間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の直上に溝D3を形成し、容量素子形成領域C1の隣り合うポリシリコン膜P1間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の直上に溝D4を形成する。溝D2〜D4の側壁には酸化シリコン膜X2の側壁が露出し、溝D2〜D4の底面には、ポリシリコン膜P2が露出している。 Next, as shown in FIG. 27, after removing the photoresist film PR4, the upper surface of the polysilicon film P2 exposed from the silicon oxide film X1 is selectively etched back and retracted using a dry etching method. Thus, grooves D2 to D4 are formed in the MONOS memory formation region A1, the power feeding portion formation region B1, and the capacitor element formation region C1, respectively. That is, the trench D2 is formed immediately above the polysilicon film P2 in the MONOS memory formation region A1, and the trench D3 is formed immediately above the polysilicon film P2 buried between the adjacent polysilicon films P1 in the power feeding portion formation region B1. Then, a trench D4 is formed immediately above the polysilicon film P2 buried between the adjacent polysilicon films P1 in the capacitive element formation region C1. The side walls of the silicon oxide film X2 are exposed on the side walls of the grooves D2 to D4, and the polysilicon film P2 is exposed on the bottom surfaces of the grooves D2 to D4.
また、上記エッチバックにより、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1において、サイドウォール状に形成されたポリシリコン膜P2の上面も後退する。 Also, the etch back causes the upper surface of the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape to recede in the power supply portion formation region B1 and the capacitor element formation region C1.
なお、エッチバックしたポリシリコン膜P2の上面の高さは、例えばポリシリコン膜P1の上面と同等か、それよりも高くする。これにより、ポリシリコン膜P2の上面の高さは、その側壁に接する酸化シリコン膜X2、窒化シリコン膜N1および酸化シリコン膜X1からなるONO膜の上面の高さよりも低くなる。 The height of the upper surface of the etched back polysilicon film P2 is, for example, equal to or higher than the upper surface of the polysilicon film P1. As a result, the height of the upper surface of the polysilicon film P2 is lower than the height of the upper surface of the ONO film composed of the silicon oxide film X2, the silicon nitride film N1, and the silicon oxide film X1 in contact with the side walls thereof.
次に、図13〜図15を用いて説明した工程と同様の工程を行うことにより、図28に示す構造を得る。すなわち、露出している酸化シリコン膜X1を除去した後、オフセットスペーサOS、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SLを順次形成する。 Next, the structure shown in FIG. 28 is obtained by performing the same processes as those described with reference to FIGS. That is, after removing the exposed silicon oxide film X1, the offset spacer OS, the extension region EX, the sidewall SW, and the diffusion layer SL are sequentially formed.
ただし、前記実施の形態1と異なり、ポリシリコン膜P2の上面の高さは、その側壁に接するONO膜の上面の高さよりも低いため、ポリシリコン膜P2の直上の溝D2〜D4のそれぞれの側壁に、オフセットスペーサOSを介してサイドウォールSWが形成される。また、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1において、サイドウォール状に形成されたポリシリコン膜P2の直上の、酸化シリコン膜X2の側壁には、オフセットスペーサOSを介してサイドウォールSWが形成される。 However, unlike the first embodiment, the height of the upper surface of the polysilicon film P2 is lower than the height of the upper surface of the ONO film in contact with the side wall thereof, so that each of the grooves D2 to D4 immediately above the polysilicon film P2 is provided. A sidewall SW is formed on the sidewall via an offset spacer OS. Further, in the power feeding portion forming region B1 and the capacitive element forming region C1, a sidewall SW is formed on the sidewall of the silicon oxide film X2 immediately above the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape via an offset spacer OS. Is done.
これにより、MONOSメモリ形成領域A1のポリシリコン膜P2の上面、および給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1の、隣り合うポリシリコン膜P1間に埋め込まれたポリシリコン膜P2の上面は、サイドウォールSWにより完全に覆われるため、半導体基板SB上に露出していない。また、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1において、サイドウォール状に形成されたポリシリコン膜P2の上面も、オフセットスペーサOSおよびサイドウォールSWに覆われているため、露出していない。このような構造を得るため、図27を用いて説明したエッチバック工程では、後の図28に示す工程により、サイドウォールSWがポリシリコン膜P2の上面を覆うために必要な分だけ、ポリシリコン膜P2の上面高さを半導体基板SBの方向へ後退させる必要がある。 As a result, the upper surface of the polysilicon film P2 in the MONOS memory formation region A1 and the upper surface of the polysilicon film P2 embedded between the adjacent polysilicon films P1 in the power feeding portion formation region B1 and the capacitor element formation region C1 are Since it is completely covered with the wall SW, it is not exposed on the semiconductor substrate SB. In addition, in the power supply portion formation region B1 and the capacitive element formation region C1, the upper surface of the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape is not exposed because it is covered with the offset spacer OS and the sidewall SW. In order to obtain such a structure, in the etch-back process described with reference to FIG. 27, the polysilicon shown in FIG. 28 is used as much as necessary for the sidewall SW to cover the upper surface of the polysilicon film P2. It is necessary to recede the upper surface height of the film P2 toward the semiconductor substrate SB.
サイドウォールSWがポリシリコン膜P2の上面を完全に覆うための構造としては、例えば、以下の構造が考えられる。つまり、ポリシリコン膜P2とポリシリコン膜P1とが並べられた方向、すなわち、後の工程でポリシリコン膜P2により形成するメモリゲート電極のゲート長方向の、ポリシリコン膜P2の長さを、オフセットスペーサOSの膜厚と、サイドウォールSWを構成する絶縁膜の膜厚とを足した長さの2倍の長さ以下とすることが考えられる。これにより、同方向の溝D2〜D4の幅が、オフセットスペーサOSの膜厚と、サイドウォールSWを構成する絶縁膜の膜厚とを足した長さの2倍以下となるため、サイドウォールSWの形成により溝D2〜D4のそれぞれの底面が、溝D2〜D4のそれぞれの両側の側壁に形成されたオフセットスペーサOSおよびサイドウォールSWにより完全に覆われることとなる。 As the structure for the sidewall SW to completely cover the upper surface of the polysilicon film P2, for example, the following structure is conceivable. That is, the length of the polysilicon film P2 in the direction in which the polysilicon film P2 and the polysilicon film P1 are arranged, that is, in the gate length direction of the memory gate electrode formed by the polysilicon film P2 in a later process is offset. It can be considered that the length is equal to or less than twice the total length of the spacer OS and the insulating film constituting the sidewall SW. Accordingly, the width of the grooves D2 to D4 in the same direction is not more than twice the length obtained by adding the thickness of the offset spacer OS and the thickness of the insulating film constituting the sidewall SW. Thus, the bottom surfaces of the grooves D2 to D4 are completely covered with the offset spacers OS and the sidewalls SW formed on the side walls on both sides of the grooves D2 to D4.
次に、図16および図17を用いて説明した工程と同様の工程を行うことにより、図29に示す構造を得る。これにより、拡散層SLの上面にシリサイド層S1を形成する。ここで、前記実施の形態1と異なり、ポリシリコン膜P2の上面はサイドウォールSWにより覆われているため、MONOSメモリ形成領域A1、給電部形成領域B1および容量素子形成領域C1のポリシリコン膜P2の上面にシリサイド層は形成されない。つまり、ここでシリサイド層S1が形成されるのは、拡散層SLなどを含む、露出した半導体基板SBの上面のみである。 Next, the process shown in FIGS. 16 and 17 is performed to obtain the structure shown in FIG. Thereby, the silicide layer S1 is formed on the upper surface of the diffusion layer SL. Here, unlike the first embodiment, since the upper surface of the polysilicon film P2 is covered with the sidewall SW, the polysilicon film P2 in the MONOS memory forming region A1, the power feeding portion forming region B1, and the capacitive element forming region C1. No silicide layer is formed on the upper surface of the substrate. That is, the silicide layer S1 is formed only on the upper surface of the exposed semiconductor substrate SB including the diffusion layer SL and the like here.
次に、図18および図19を用いて説明した工程と同様の工程を行うことにより、図30に示す構造を得る。すなわち、エッチングストッパ膜ESおよび層間絶縁膜L1を形成した後、CMP法により、層間絶縁膜L1、エッチングストッパ膜ES、酸化シリコン膜X1、X2、窒化シリコン膜N1、N2、ポリシリコン膜P1、P2、オフセットスペーサOSおよびサイドウォールSWを研磨する。これにより、ポリシリコン膜P1、P2の上面を露出し、MONOSメモリ形成領域A1および給電部形成領域B1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、ポリシリコン膜P2からなるメモリゲート電極MGを形成する。 Next, the structure shown in FIG. 30 is obtained by performing the same process as that described with reference to FIGS. That is, after the etching stopper film ES and the interlayer insulating film L1 are formed, the interlayer insulating film L1, the etching stopper film ES, the silicon oxide films X1 and X2, the silicon nitride films N1 and N2, and the polysilicon films P1 and P2 are formed by CMP. Then, the offset spacer OS and the sidewall SW are polished. As a result, the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2 are exposed, and a control gate electrode CG made of the polysilicon film P1 and a memory gate electrode made of the polysilicon film P2 are formed in the MONOS memory forming region A1 and the power feeding portion forming region B1. MG is formed.
つまり、上記CMP法による研磨工程では、メモリゲート電極MGの直上の溝D2、D3のそれぞれの内側のサイドウォールSWは、研磨により完全に除去される。また、容量素子形成領域C1において、隣り合うポリシリコン膜P1間のポリシリコン膜P2の直上のサイドウォールSWは研磨により完全に除去される。これにより、メモリゲート電極MG、コントロールゲート電極CG、ポリシリコン膜P1およびP2のそれぞれの上面はいずれも露出する。このとき、サイドウォール状に形成されたメモリゲート電極MGおよびポリシリコン膜P2も露出する。 That is, in the polishing process by the CMP method, the sidewall SW inside each of the grooves D2 and D3 immediately above the memory gate electrode MG is completely removed by polishing. In the capacitor element formation region C1, the sidewall SW immediately above the polysilicon film P2 between the adjacent polysilicon films P1 is completely removed by polishing. As a result, the upper surfaces of the memory gate electrode MG, the control gate electrode CG, and the polysilicon films P1 and P2 are all exposed. At this time, the memory gate electrode MG and the polysilicon film P2 formed in a sidewall shape are also exposed.
本実施の形態の半導体装置の製造方法の主な特徴は、前記実施の形態1と異なり、図30を用いて説明した研磨工程において、シリサイド層が研磨されていないことにある。このように、シリサイド層を研磨しないことは、図27および図28を用いて説明した工程により、上面を後退させたポリシリコン膜P2の上面を、サイドウォールSWにより覆ったことにより、図29の工程においてポリシリコン膜P2上にシリサイド層が形成されることを防ぐことで実現できる。 Unlike the first embodiment, the main feature of the method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment is that the silicide layer is not polished in the polishing step described with reference to FIG. In this way, the fact that the silicide layer is not polished is that the upper surface of the polysilicon film P2 whose upper surface is receded by the process described with reference to FIGS. 27 and 28 is covered with the sidewall SW, as shown in FIG. This can be realized by preventing the silicide layer from being formed on the polysilicon film P2 in the process.
ここで、上述したようにポリシリコン膜P2(図29参照)の上面にシリサイド層を形成しないようにしているのは、上記研磨工程でシリサイド層を研磨することにより生じるシリサイド層の残渣が、後の製造工程に悪影響を及ぼすことを防ぐためである。すなわち、シリサイド層は、コバルトシリサイド(CoSi)など、金属を含む導体膜であり、それを研磨して生じた残渣は、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜などの絶縁膜または半導体層を研磨して生じた残渣に比べて、半導体基板SB、ポリシリコン膜P1またはP2などの半導体層を傷つけやすく、また、後の成膜工程で形成する膜に与える影響が大きい。シリサイド層の残渣の発生に起因して、半導体基板SBを含む半導体層がダメージを受け、また、この後の工程で成膜する層間絶縁膜などに成膜不良が生じた場合、半導体装置の信頼性が低下する問題が起こる。 Here, as described above, the silicide layer is not formed on the upper surface of the polysilicon film P2 (see FIG. 29) because the residue of the silicide layer generated by polishing the silicide layer in the polishing step is later This is to prevent adverse effects on the manufacturing process. That is, the silicide layer is a conductive film containing a metal such as cobalt silicide (CoSi), and the residue generated by polishing the conductive film is generated by polishing an insulating film or a semiconductor layer such as a silicon nitride film or a silicon oxide film. Compared with the residue, the semiconductor layer such as the semiconductor substrate SB and the polysilicon film P1 or P2 is easily damaged, and the influence on the film formed in the subsequent film formation process is large. If the semiconductor layer including the semiconductor substrate SB is damaged due to the generation of the residue of the silicide layer and the film formation failure occurs in the interlayer insulating film formed in the subsequent process, the reliability of the semiconductor device The problem that sex falls.
このため、図30を用いて説明したCMP法などによる研磨工程では、シリサイド層を研磨しないことが望ましい。そこで、本実施の形態では、ポリシリコン膜P1、P2の表面をサイドウォールSWなどの絶縁膜で覆い、図29を用いて説明した工程で、ポリシリコン膜P1、P2の上面にシリサイド層を形成しないようにすることで、後の研磨工程でシリサイド層が研磨され、半導体基板SB上にシリサイド層の残渣が生じることを防いでいる。 Therefore, it is desirable not to polish the silicide layer in the polishing process using the CMP method or the like described with reference to FIG. Therefore, in the present embodiment, the surfaces of the polysilicon films P1 and P2 are covered with an insulating film such as a sidewall SW, and a silicide layer is formed on the upper surfaces of the polysilicon films P1 and P2 in the process described with reference to FIG. By not doing so, the silicide layer is polished in a subsequent polishing step, thereby preventing the silicide layer residue from being formed on the semiconductor substrate SB.
これにより、半導体基板SBなどの半導体層がダメージを受けることを防ぐことができ、また、上記研磨工程後の成膜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。 Accordingly, the semiconductor layer such as the semiconductor substrate SB can be prevented from being damaged, and the film formation failure after the polishing step can be prevented, so that the reliability of the semiconductor device can be improved. it can.
この後の工程は、図20〜図26を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、図31に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。すなわち、金属膜からなるゲート電極G1を形成した後、給電部などの半導体層の上面にシリサイド層S2を形成し、続いて層間絶縁膜L2と、層間絶縁膜L2などを貫通するコンタクトプラグC2とを形成する。 Subsequent steps are similar to those described with reference to FIGS. 20 to 26, whereby the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 31 is completed. That is, after forming the gate electrode G1 made of a metal film, the silicide layer S2 is formed on the upper surface of the semiconductor layer such as the power feeding portion, and then the interlayer insulating film L2, the contact plug C2 penetrating the interlayer insulating film L2, etc. Form.
本実施の形態の半導体装置の製造方法では、前記実施の形態と同じ効果に加えて、上述したように、シリサイド層の研磨を防ぐことで、半導体装置の信頼性を向上させる効果を得ることができる。 In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, in addition to the same effect as that of the above embodiment, as described above, the effect of improving the reliability of the semiconductor device can be obtained by preventing the polishing of the silicide layer. it can.
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1、2では、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 first and second embodiments, the case where an n-channel MOSFET is formed on a semiconductor substrate has been described. However, the semiconductor element may be a p-channel MOSFET, or a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type. It may be an FET.
A1 MONOSメモリ形成領域
B1 給電部形成領域
C1 容量素子形成領域
C2 コンタクトプラグ
CG コントロールゲート電極
CGa コントロールゲート電極
D1 低耐圧素子形成領域
D2〜D4 溝
DP ダミーゲート電極
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
G1 ゲート電極
GF ゲート絶縁膜
IF 絶縁膜
L1、L2 層間絶縁膜
MG、MGa メモリゲート電極
N1、N2 窒化シリコン膜
OS オフセットスペーサ
P1、P2 ポリシリコン膜
PR1〜PR4 フォトレジスト膜
S1、S2 シリサイド層
SB 半導体基板
SL 拡散層
SW サイドウォール
WS ウエル給電部
X1〜X4 酸化シリコン膜
A1 MONOS memory formation region B1 Feeding portion formation region C1 Capacitance element formation region C2 Contact plug CG Control gate electrode CGa Control gate electrode D1 Low breakdown voltage element formation region D2 to D4 Groove DP Dummy gate electrode EI Element isolation region ES Etching stopper film EX Extension Region G1 Gate electrode GF Gate insulating film IF Insulating film L1, L2 Interlayer insulating film MG, MGa Memory gate electrode N1, N2 Silicon nitride film OS Offset spacer P1, P2 Polysilicon films PR1-PR4 Photoresist film S1, S2 Silicide layer SB Semiconductor substrate SL Diffusion layer SW Side wall WS Well feeding part X1 to X4 Silicon oxide film
Claims (6)
前記半導体基板上に形成された容量素子と、
を有し、
前記容量素子は、
前記半導体基板上に形成され、第1方向に延在する第1部分、および、前記第1方向に直交する第2方向に延在し、前記第1部分に接続された複数の第2部分を含む第1導体膜と、
前記半導体基板上に形成され、隣り合う前記第2部分同士の間に埋め込まれた第2導体膜と、
前記半導体基板上に形成され、互いに絶縁された前記第1導体膜および前記第2導体膜の間に介在する絶縁膜と、
を有する、半導体装置。 A semiconductor substrate;
A capacitive element formed on the semiconductor substrate;
Have
The capacitive element is
A first portion formed on the semiconductor substrate and extending in a first direction; and a plurality of second portions extending in a second direction orthogonal to the first direction and connected to the first portion. Including a first conductor film,
A second conductor film formed on the semiconductor substrate and embedded between the adjacent second portions;
An insulating film formed between the first conductor film and the second conductor film formed on the semiconductor substrate and insulated from each other;
A semiconductor device.
前記第1導体膜は、3つの前記第2部分を有し、
前記第2導体膜は、前記第1方向に延在する第3部分、および、前記第2方向に延在し、前記第3部分に接続された複数の第4部分を含む、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first conductor film has three second portions,
The second conductive film includes a third portion extending in the first direction and a plurality of fourth portions extending in the second direction and connected to the third portion.
前記第1導体膜から分離した、前記第1導体膜と同層の第3導体膜と、
前記第2導体膜を構成し、平面視において前記第3導体膜を囲む第5部分と、
前記第2導体膜および前記第3導体膜のそれぞれの上面上に跨がって形成され、前記第2導体膜に電気的に接続されたプラグと、
をさらに有する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A third conductor film separated from the first conductor film and in the same layer as the first conductor film;
Configuring the second conductor film, a fifth portion surrounding the third conductor film in plan view;
A plug formed over the respective upper surfaces of the second conductor film and the third conductor film and electrically connected to the second conductor film;
A semiconductor device further comprising:
前記絶縁膜は、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、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The insulating film includes a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film.
前記半導体基板上に形成された素子分離領域をさらに有し、
前記容量素子は、前記素子分離領域上に形成されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
An element isolation region formed on the semiconductor substrate;
The capacitor element is a semiconductor device formed on the element isolation region.
前記第2導体膜は、前記第1導体膜より高い部分を有していない、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the second conductor film does not have a portion higher than the first conductor film.
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