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WO2000060661A1 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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WO2000060661A1
WO2000060661A1 PCT/JP1999/001731 JP9901731W WO0060661A1 WO 2000060661 A1 WO2000060661 A1 WO 2000060661A1 JP 9901731 W JP9901731 W JP 9901731W WO 0060661 A1 WO0060661 A1 WO 0060661A1
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WO
WIPO (PCT)
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forming
gate
insulating film
conductive layer
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP1999/001731
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Fumio Naito
Hisaya Imai
Hidenori Mochizuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Priority to JP26982597A priority Critical patent/JP3556079B2/en
Application filed by Asahi Kasei Microsystems Co Ltd, Asahi Kasei Microdevices Corp filed Critical Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Priority to PCT/JP1999/001731 priority patent/WO2000060661A1/en
Priority to KR10-2000-7013616A priority patent/KR100383703B1/en
Priority to DE1999183274 priority patent/DE19983274B4/en
Priority to US09/701,633 priority patent/US6472259B1/en
Publication of WO2000060661A1 publication Critical patent/WO2000060661A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/40Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/40Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region
    • H10B41/42Simultaneous manufacture of periphery and memory cells
    • H10B41/49Simultaneous manufacture of periphery and memory cells comprising different types of peripheral transistor

Definitions

  • the present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory transistor having a stacked gate structure including a floating gate and a control gate and a MOS transistor having a single gate structure are mixed.
  • a method of manufacturing an EPROM with a high voltage transistor is described, for example, in US Pat. No. 4,851,3,61.
  • a high voltage transistor eg, a MOS transistor can be used
  • an active region is formed in a semiconductor substrate, a thin tunnel region of a nonvolatile memory cell is formed, and then a first polysilicon layer is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate.
  • the first polysilicon layer is processed to form a floating gate electrode of the nonvolatile memory cell.
  • a first passivation film is formed on the entire surface of the oxide film.
  • a second polysilicon layer is deposited, and the second polysilicon layer is processed to form a control gate of a memory cell, a gate electrode of a high-voltage transistor, and a gate electrode of a logic circuit. Disclosure of the invention
  • the second polysilicon layer thus formed has a step due to the first polysilicon layer, and the second polysilicon deposited on the step sidewall of the first polysilicon layer during the etching of the second polysilicon layer.
  • the polysilicon must be removed, and conditions must be set to cause excessive etching and side etch.
  • the dimensional accuracy of the gate formed of the second polysilicon layer is reduced, and it is difficult to form a fine gate.
  • the gate oxide film of the high-voltage transistor and the gate oxide film of the logic circuit portion are formed at the same time, the gate oxide film must be formed relatively thick, and it is difficult to make the logic circuit portion finer. For this reason, a method of forming a relatively thick oxide film on the gate oxide film of the high-voltage MOS transistor and forming a thin gate oxide film on the open circuit portion may be considered. However, this method is not preferable because the number of steps is increased. .
  • the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a logic circuit are mixedly mounted, and a method of forming a finer gate electrode in a logic circuit portion without increasing the number of manufacturing steps.
  • the purpose is to provide.
  • a first embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a nonvolatile memory transistor having a stack gate structure composed of a floating gate and a control gate, and a MOS transistor having a single gate structure.
  • Forming a region for separating the floating gate from the first conductive layer by removing a region extending in a direction perpendicular to a direction in which the control gate is formed by extension from the first conductive layer.
  • a method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming the stack gate structure and the single gate structure.
  • a second embodiment of the present invention is directed to the first embodiment, wherein the MOS transistor having the single gate structure is a MOS transistor forming a high-voltage transistor and a peripheral circuit. It is a method for manufacturing the described semiconductor device.
  • the step of forming the first insulating film includes the step of forming a gate insulating film of the high-voltage transistor, and the step of forming a gate insulating film between the floating gate and the substrate. Forming a tunnel oxide film and, at the same time, forming a gate insulating film of the MOS transistor.
  • the second conductive layer constituting the control gate is used as a mask, and is self-aligned.
  • a fifth embodiment of the present invention is the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are made of polysilicon. It is.
  • the sixth embodiment of the present invention is the first embodiment, further comprising a step of forming a side wall on the side surface of the control gate after patterning the second conductive layer. It is a manufacturing method of the semiconductor device described.
  • a first metal silicide is provided on the second conductive layer.
  • the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment further comprising a step of forming a 4-layer.
  • An eighth embodiment of the present invention is directed to an eighth aspect of the present invention, wherein a step of forming a third insulating film on the first metal silicide layer, the third insulating film other than the control gate portion of the stack gate structure, Removing the first metal silicide layer, the second conductive layer, and the second insulating film to form a control gate portion; and forming a side wall in the control gate portion Forming a second metal silicide layer on the exposed first conductive layer and the third insulating film; and forming a fourth insulating film on the second metal silicide layer. Forming the fourth insulating film, the second metal silicide layer, and the first conductive layer to form an MS transistor having a single gate structure, and to form the control gate.
  • the first conductive layer is Forming the stack gate structure in a self-aligned manner by etching.
  • a ninth embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a nonvolatile memory cell, a capacitor and / or a resistor, and a logic circuit, wherein the tunnel oxide film of the memory cell and the logic circuit Forming a gate oxide film of the MOS transistor at the same time; forming a first polysilicon layer on the entire surface of the oxide film; and forming a floating gate of the memory cell on the first polysilicon layer. Removing a region for isolating the gate, forming a first insulating film on the first polysilicon layer, and forming a second polysilicon layer on the entire surface of the first insulating film.
  • FIGS. 1 to 13 are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a top view in which a field oxide film 2, a relatively thick gate oxide film 3, and a tunnel oxide film 4 are formed on a surface of a semiconductor substrate 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the site II shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram in which a polysilicon layer 6 is deposited as a first conductive layer on the entire surface of the substrate.
  • FIG. 4 is a top view showing a structure in which the polysilicon layer 6 at a predetermined position is removed by etching.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the site V shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing that a first insulating film is formed on the polysilicon layer 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing that a second conductive layer is formed on first insulating film 7.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view at the stage shown in FIG. 7, cut along a portion corresponding to the portion V in FIG.
  • Figure 9 shows that the control gate 11 is provided at the part corresponding to the stack gate.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the site X shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a top view of a semiconductor device manufactured according to the first embodiment of the present invention using the control gate portion as a mask.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the site XII I shown in FIG. 14 to 23 illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing that a field oxide film and a gate oxide film are formed on the semiconductor substrate 21.
  • FIG. 15 shows that the photo-resist is used to remove the gate oxide film 23 corresponding to the gate of the non-volatile memory cell and the gate of the MOS transistor of the open-circuit circuit. It is sectional drawing.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the formation of a stack oxide film 25a of a stack gate of a nonvolatile memory cell and a gate oxide film 25b of a portion corresponding to a gate of a MOS transistor of an open circuit.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a stage in which a polysilicon layer 26 doped with phosphorus is formed on the entire surface of the substrate to form a first conductive layer.
  • the entire surface of the substrate is a sectional view showing a step of forming the S i 0 2 / S i 3 N 4 ONO film 2 7 comprising three layers of ZS i 0 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a stage in which a stack gate and a capacitor of a volatile memory cell are formed.
  • 2 0 is a sectional view showing a step of forming a C VD S i 0 2 film 3 2 on the entire surface of the substrate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stage where a door 34 is formed.
  • Figure 22 shows the metal silicide layer over the entire surface of the substrate
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a stage in which a floating gate is formed in a self-aligned manner using the upper structure of the ONO film 27 or more and the side wall 34 formed on the side as a mask.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured according to the second embodiment of the present invention.
  • 25 to 26 are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stage in which a laminated structure made of zero is formed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a stage in which a is formed.
  • This method is a method for manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a MOS transistor are mixedly mounted.
  • the non-volatile memory cell has a stack gate in which a floating gate and a control gate are stacked on a tunnel oxide film via an insulating film, and a select gate formed of a high-voltage transistor for selecting a desired stack gate.
  • FIG. 1 is a top view in which a field oxide film 2, a relatively thick gate oxide film 3, and a tunnel oxide film 4 are formed on a surface of a semiconductor substrate 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the site II shown in FIG. At this stage, the source, drain and stack gate of the transistor to be the memory, the select gate and the channel region of the MOS transistor have already been formed on the semiconductor substrate 1, but in order to maintain the clarity of the drawing, Not shown.
  • a field oxide film 2 and a relatively thick gate oxide film 3 are formed by thermal oxidation.
  • the thickness of the field oxide film is 450 nm, and the thickness of the gate oxide film is, for example, 41.5 nm.
  • the gate oxide film 3 at the position corresponding to the tunnel oxide film 4 of the nonvolatile memory cell and the position corresponding to the gate oxide film 5 of the logic circuit is removed by etching. 4 and the gate oxide film 5 of the MOS transistor, respectively. Formed to a thickness of 1 O nm.
  • a region i is a region of a nonvolatile memory cell
  • a region ii is a region of an MS transistor.
  • FIG. 3 is a diagram in which a polysilicon layer 6 is deposited as a first conductive layer on the entire surface of the substrate.
  • the polysilicon layer 6 constituting the floating gate of the nonvolatile memory cell is separated.
  • FIG. 4 is a top view showing a structure in which the polysilicon layer 6 at a predetermined position is removed by etching.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a portion V shown in FIG. 4, and this cutting line is orthogonal to the cutting line in FIG. This shows a state where a groove is formed by etching a predetermined position of the polysilicon layer 6 and the field oxide film 2 is exposed at the bottom of the groove.
  • a groove is formed only in the X direction perpendicular to the y direction, where the control gate is extended later. If this groove is not formed, the floating gate cannot be separated in a later step if the control gate is extended and formed without breaks.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing that a first insulating film is formed on the polysilicon layer 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing that a second conductive layer is formed on first insulating film 7.
  • a polysilicon layer 8 was deposited as a second conductive layer.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view in a state where the polysilicon layer 8 is formed, which is cut at a portion corresponding to the portion V in FIG.
  • FIG. 9 is a top view showing that a control gate is provided in a portion corresponding to the stack gate
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along a portion X shown in FIG.
  • An insulating film 10 is formed on the entire surface of the polysilicon layer 8, and a mask is provided on a portion corresponding to the stack gate of the nonvolatile memory cell, and a portion other than the portion corresponding to the stack gate is formed by reactive ion etching.
  • the second of A state in which the insulating layer 10, the polysilicon layer 8 and the first insulating film 7 are removed by etching to form a polysilicon layer (control gate) 11 is shown.
  • an insulating film 12 is deposited, and the entire surface is subjected to reactive ion etching to form a side wall 13 on the side of the control gate 11.
  • a floating gate 14 forming a part of the stack gate 9 of the nonvolatile memory cell is formed in a self-aligned manner.
  • the selection gate 16 of the nonvolatile memory cell and the gate electrode 17 of the MOS transistor can be formed simultaneously.
  • an insulating film 15 is deposited, and then a mask is provided on a portion corresponding to the selection gate of the nonvolatile memory cell and the gate electrode of the MOS transistor.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured as described above. i indicates a nonvolatile memory cell area, and i i is an M ⁇ S transistor area.
  • FIG. 9 the control gate portion shown in FIG. 9 (that is, the first insulating film 7, the control gate 11 and the second insulating film 10) is used. ) Can be used as a mask to etch the polysilicon layer 6 to form the floating gate 14.
  • the selection gate electrode 16 and the like of the nonvolatile memory cell are formed in the same manner as described above.
  • the gate electrode 17 of the MOS transistor can be formed simultaneously.
  • FIG. 12 shows a top view of the semiconductor device thus manufactured.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the site XIII shown in FIG.
  • the gate oxide film 5 of the MOS transistor can be formed thinner together with the tunnel oxide film 4 of the stack gate 9 of the nonvolatile memory cell. Since the floating gate 14 is formed in a self-aligned manner, the gate can be miniaturized without increasing the number of steps.
  • FIGS. A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • This embodiment corresponds to the seventh and eighth embodiments of the present invention, and is a manufacturing example of a semiconductor device having a nonvolatile memory cell having a stack gate structure, a MOS transistor of an open circuit, and a resistor and a capacitor. It is.
  • the formation of the active region below both the gate of the non-volatile memory cell and the gate of the MOS transistor, and the formation of the channel, source, and drain are well known and will not be described.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing that a field oxide film and a gate oxide film have been formed on the semiconductor substrate 21.
  • a field oxide film 22 having a thickness of 45 O nm and a thick gate oxide film 23 having a thickness of 41.5 nm were formed on the surface of the semiconductor substrate 21 by thermal oxidation.
  • the semiconductor substrate 21 has the stack gate source, drain and stack gate of the non-volatile memory cell, the selection gate and the channel region of the MOS transistor already formed. Omitted.
  • FIG. 15 shows the gate oxidation of the gate corresponding to the gate of the non-volatile memory cell and the gate of the M ⁇ S transistor of the logic circuit using the photo-resist.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing that a film 23 has been removed.
  • Huotre Using the gate 24, a thick gate oxide corresponding to the tunnel oxide film 25a of the stack gate of the nonvolatile memory cell and the gate oxide film 25b of the M0S transistor of the logic circuit is used.
  • the film 23 was removed by a wet etch.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view in which a tunnel oxide film 25a of a stack gate of a nonvolatile memory cell and a gate oxide film 25b of a portion corresponding to a gate of a MOS transistor of a logic circuit are formed. is there.
  • a 1-nm-thick tunnel oxide film 25a and a MOS transistor gate oxide film 25b were formed by thermal oxidation.
  • a polysilicon layer 26 having a thickness of 25 Onm is formed on the entire surface of the oxide film (with a thickness of 0, and is doped with phosphorus to form a predetermined polysilicon layer 26).
  • the first conductive layer was removed, and the resulting phosphorus glass was removed using a hydrofluoric acid solution, and then, as described above, a predetermined portion of the polysilicon layer 26 was formed. Was removed by dry etching to separate the floating gate.
  • the thickness 1 onm of S i 0 2 a thickness of 1 Onm S i 3 N 4, 3 layers of S i 0 2 thickness 5 nm ONO
  • the film 27 is formed by thermal oxidation of S i 0 2 and C 3 V 4 by C VD, and a polysilicon layer 28 of 250 nm thickness is formed thereon.
  • the second conductive layer was given a predetermined conductivity. At that time, the phosphorus glass generated on the surface was removed using a hydrofluoric acid solution.
  • a metal silicide layer in this example, a tungsten (W) silicide layer 29, was formed on the polysilicon layer 28 to a thickness of 15 Onm by sputtering.
  • the S i 0 2 film 3 0 thick 2 3 0 nm was due connection formed by CVD CV D thereon (hereinafter, referred to as C VD S i 0 2 film).
  • a follower Torejisu bets 3 1 provided at a predetermined position, CVDS i 0 2 film 3 0 by dry etching Then, the W silicide layer 29, the polysilicon layer 28 and the 0N0 film 27 were removed. At this stage, a stacked structure for a stack gate superstructure and a capacitor is formed.
  • a metal silicide layer in this example, a W silicide layer 35 is formed on the entire surface by sputtering to a thickness of 15 Onm. Formed on it, thickness 2 3 om
  • the opening gate (polysilicon layer) 26 of the stack gate 37 is formed by the upper structure above the ONO film 27 and the side wall 34 formed on the side. By using it as a mask, it was formed in a self-aligned manner. Further, the select gate and the source and drain of the MOS transistor were formed by a known method.
  • FIG. 24 shows a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured as described above. In FIG. 24, ch indicates a channel, d indicates a drain, and s indicates a source. Although not shown, the structure of the channel, source, and drain below each gate of the semiconductor device shown in FIG. 13 is the same as that in FIG.
  • a third embodiment in which the metal silicide layer is omitted can be adopted.
  • the third embodiment corresponds to a ninth embodiment of the present invention.
  • the polysilicon layer in the manufacture of a semiconductor device having a nonvolatile memory cell, a MOS transistor of a logic circuit, and a resistor and a capacitor, the polysilicon layer is not used without using the metal silicide layers 29 and 35. 26 and the polysilicon layer 28 can be used as electrodes. That is, without forming the W silicide layers 29 and 35, the polysilicon layer as shown in FIG. 25 is placed at the position corresponding to the nonvolatile memory cell, the MOS transistor, the capacitor and the resistor. 2 6, ⁇ N ⁇ film 2 7, O 0 066
  • FIG. 15 Create a laminated structure consisting of the silicon layer 28 and the CVD Si 2 film 30.
  • FIG. 25 corresponds to the stage of FIG. 19 of the second embodiment. Then, the whole forming a CVDS i 0 2 film 3 2 on the structure, as shown in FIG. 2 6, all while leaving the CVDS i 0 2 film 3 and second region of the resistor and the lower electrode region of the Capacity evening
  • a side wall 34 may be formed on the side surface of the upper structure of the stack gate by anisotropically etching the surface.
  • FIG. 26 corresponds to the stage of FIG. 21 of the second embodiment. Even with this method, the floating gate can be formed in a self-aligned manner. The subsequent steps are the same as in the second embodiment. Industrial applicability
  • the first conductive layer (polysilicon layer 6) except for the region where the floating gate is separated is provided. , The flatness of the surface is maintained. Therefore, processing in subsequent steps such as the etching step of the second conductive layer and the like can be facilitated, dimensional accuracy can be increased, and miniaturization can be achieved. Since excessive etching is not required when etching the gate electrode of the logic circuit, a finer gate electrode can be formed. Furthermore, the stack oxide tunnel film of the nonvolatile memory cell and the gate oxide film of the MOS transistor of the logic circuit can be formed thin, and the floating gate of the stack gate can be self-aligned.
  • the dimensional accuracy of a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a MOS transistor are mixedly mounted can be improved, and the miniaturization can be improved.
  • the number of steps can be reduced because the stacked gate and single-gate MOS transistors, resistors, and capacitors can be formed with two conductive layers. It is easy to mix with analog circuits.

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Abstract

A method of manufacturing a semiconductor device provided with a nonvolatile memory transistor having a stacked gate structure made up of a floating gate and a control gate and a MOS transistor having a single gate structure, characterized by comprising forming a first insulating film to serve as a gate oxide film of a transistor on a semiconductor substrate, forming a first conductive layer on the first insulating layer, removing a region for isolation of the floating gate from the first conductive layer perpendicularly to the direction in which the control gate is to be extended and formed, forming a second insulating film on the first conductive layer, forming a second conductive layer on the second insulating film, patterning the second conductive layer so as to form the control gate, and patterning the first conductive layer so as to form the stacked gate structure and the single gate structure.

Description

明 細 書  Specification

半導体装置の製造方法 技術分野  Manufacturing method of semiconductor device

本発明は不揮発性半導体記憶装置、 特にフローティ ングゲ一トおよび制 御ゲートから成るスタックゲ一ト構造の不揮発性メモリ トランジスタ と単 ーゲート構造の M O S トランジス夕とが混載されている半導体装置の製造 方法に関する。 背景技術  The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory transistor having a stacked gate structure including a floating gate and a control gate and a MOS transistor having a single gate structure are mixed. Background art

高電圧トランジスタ (たとえば M 0 S トランジスタを用いることができ る) を備えた E E P R O Mの製造方法が、 例えば米国特許第 4, 8 5 1 , 3 6 1号に記載されている。 この従来法によれば、 半導体基板にァクティ ブ領域を形成し、 不揮発性メモリセルの薄いト ンネル領域を形成した後、 第 1のポリシリコン層を半導体基板の全面に堆積する。 次いで、 第 1のポ リシリコン層を加工して不揮発性メモリセルのフローティ ングゲ一ト電極 を形成する。 さらに、 容量絶縁膜、 高電圧トランジスタのゲー ト酸化膜、 およびロジック回路部分のゲート酸化膜を生成した後、 酸化膜の全面に第 A method of manufacturing an EPROM with a high voltage transistor (eg, a MOS transistor can be used) is described, for example, in US Pat. No. 4,851,3,61. According to this conventional method, an active region is formed in a semiconductor substrate, a thin tunnel region of a nonvolatile memory cell is formed, and then a first polysilicon layer is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate. Next, the first polysilicon layer is processed to form a floating gate electrode of the nonvolatile memory cell. Furthermore, after forming a capacitor insulating film, a gate oxide film of a high-voltage transistor, and a gate oxide film of a logic circuit portion, a first passivation film is formed on the entire surface of the oxide film.

2のポリシリコン層を堆積し、 この第 2のポリシリコン層を加工してメモ リセルのコン ト ロールゲー ト と高電圧トランジスタのゲ一ト電極および口 ジック回路のゲート電極を形成する。 発明の開示 A second polysilicon layer is deposited, and the second polysilicon layer is processed to form a control gate of a memory cell, a gate electrode of a high-voltage transistor, and a gate electrode of a logic circuit. Disclosure of the invention

しかしながら、 上記のような、 E E P R O M等の不揮発性メモリセルと ロジック回路が混載されている半導体装置の従来の製造方法では、 堆積さ れた第 2のポリシリコン層には第 1のポリシリコン層による段差が生じて おり、 第 2のポリシリコン層のェッチング加工時に、 第 1のポリシリコン 層の段差側壁部に堆積した第 2のポリシリコンを除去する必要があり、 従つ て、 過剰なエッチングを行ってサイ ドエツチが生じるように条件を設定し なければならない。 しかし、 この場合、 第 2のポリシリ コン層で形成する ゲートの寸法精度が低下し、 微細なゲートの形成が困難である。 However, as described above, in a conventional method of manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a logic circuit are mixed, The second polysilicon layer thus formed has a step due to the first polysilicon layer, and the second polysilicon deposited on the step sidewall of the first polysilicon layer during the etching of the second polysilicon layer. The polysilicon must be removed, and conditions must be set to cause excessive etching and side etch. However, in this case, the dimensional accuracy of the gate formed of the second polysilicon layer is reduced, and it is difficult to form a fine gate.

また、 高電圧トランジスタのゲート酸化膜とロジック回路部のゲート酸 化膜を同時に形成するため、 ゲート酸化膜を比較的厚く形成する必要があ り、 ロジック回路部の微細化が困難である。 そのために、 高電圧 M O S ト ランジスタのゲート酸化膜に比較的厚い酸化膜を形成し、 口ジック回路部 のゲート酸化膜を薄く形成する方法も考えられる力 、 この方法では工程が 増加するので好ましくない。  In addition, since the gate oxide film of the high-voltage transistor and the gate oxide film of the logic circuit portion are formed at the same time, the gate oxide film must be formed relatively thick, and it is difficult to make the logic circuit portion finer. For this reason, a method of forming a relatively thick oxide film on the gate oxide film of the high-voltage MOS transistor and forming a thin gate oxide film on the open circuit portion may be considered. However, this method is not preferable because the number of steps is increased. .

従って、 本発明は、 E E P R O M等の不揮発性メモリセルとロジック回 路が混載されている半導体装置の製造方法において、 製造工程を増やすこ となく、 ロジック回路部ではより微細なゲート電極を形成する方法を提供 することを目的とする。  Therefore, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a logic circuit are mixedly mounted, and a method of forming a finer gate electrode in a logic circuit portion without increasing the number of manufacturing steps. The purpose is to provide.

本発明の第 1の実施の態様は、 フローティ ングゲ一トおよび制御ゲ一ト から成るスタックゲート構造を有する不揮発性メモリ ト ランジスタ と、 単 ーゲート構造を有する M O S トランジスタとを具えた半導体装置の製造方 法であって、 半導体基板上に前記不揮発性メモリ トランジスタおよび M O S トランジスタ双方のゲート酸化膜となる第 1の絶縁膜を形成する工程と、 前記第 1 の絶縁膜上に第 1 の導電層を形成する工程と、 前記制御ゲ一トが 延長して形成される方向と垂直の方向に伸びる領域を前記第 1の導電層か ら除去して、 前記フローティ ングゲー トを分離するための領域を形成する 工程と、 前記第 1 の導電層上に第 2の絶縁膜を形成する工程と、 前記第 2 の絶縁膜上に第 2の導電層を形成する工程と、 前記制御ゲー トを形成する ように前記第 2の導電層をバタ一ニングする工程と、 前記第 1 の導電層を パターニングして、 前記スタックゲ一ト構造と前記単一ゲート構造とを形 成する工程とを具えたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。 A first embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a nonvolatile memory transistor having a stack gate structure composed of a floating gate and a control gate, and a MOS transistor having a single gate structure. Forming a first insulating film to be a gate oxide film of both the nonvolatile memory transistor and the MOS transistor on a semiconductor substrate; and forming a first conductive layer on the first insulating film. Forming a region for separating the floating gate from the first conductive layer by removing a region extending in a direction perpendicular to a direction in which the control gate is formed by extension from the first conductive layer. Forming a second insulating film on the first conductive layer; and forming the second insulating film on the first conductive layer. Forming a second conductive layer on the insulating film, patterning the second conductive layer so as to form the control gate, and patterning the first conductive layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming the stack gate structure and the single gate structure.

本発明の第 2の実施の態様は、 前記単一ゲート構造を有する M O S トラ ンジスタは、 高電圧ト ランジスタと周辺回路を構成する M O S トランジス タであることを特徴とする第 1の実施の態様に記載の半導体装置の製造方 法である。  A second embodiment of the present invention is directed to the first embodiment, wherein the MOS transistor having the single gate structure is a MOS transistor forming a high-voltage transistor and a peripheral circuit. It is a method for manufacturing the described semiconductor device.

本発明の第 3の実施の態様は、 前記第 1の絶縁膜を形成する工程は、 前 記高電圧トランジスタのゲ一ト絶縁膜を形成する工程と、 前記フローティ ングゲ一トと基板の間にトンネル酸化膜を形成し、 同時に前記 M O S トラ ンジスタのゲ一ト絶縁膜を形成する工程とからなることを特徴とする第 2 の実施の態様に記載の半導体装置の製造方法である。  In a third embodiment of the present invention, the step of forming the first insulating film includes the step of forming a gate insulating film of the high-voltage transistor, and the step of forming a gate insulating film between the floating gate and the substrate. Forming a tunnel oxide film and, at the same time, forming a gate insulating film of the MOS transistor. The method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment,

本発明の第 4の実施の態様は、 前記第 1の導電層をパターニングして、 スタックゲ一ト構造を形成する工程において、 前記制御ゲートを構成する 前記第 2の導電層をマスクとして、 自己整合的に前記フローティ ングゲ一 トをパターニングすることを特徴とする第 1の実施の態様に記載の半導体 装置の製造方法である。  According to a fourth embodiment of the present invention, in the step of patterning the first conductive layer to form a stack gate structure, the second conductive layer constituting the control gate is used as a mask, and is self-aligned. The method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, characterized in that the floating gate is patterned.

本発明の第 5の実施の態様は、 前記第 1の導電層および前記第 2の導電 層がポリシリコンで構成されることを特徴とする第 1の実施の態様に記載 の半導体装置の製造方法である。  A fifth embodiment of the present invention is the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are made of polysilicon. It is.

本発明の第 6の実施の態様は、 前記第 2の導電層のパターニングの後に、 前記制御ゲートの側面にサイ ドウオールを形成する工程をさらに具えたこ とを特徴とする第 1の実施の態様に記載の半導体装置の製造方法である。  The sixth embodiment of the present invention is the first embodiment, further comprising a step of forming a side wall on the side surface of the control gate after patterning the second conductive layer. It is a manufacturing method of the semiconductor device described.

本発明の第 7の実施の態様は、 前記第 2の導電層上に第 1の金属シリサ 00/60661 According to a seventh embodiment of the present invention, a first metal silicide is provided on the second conductive layer. 00/60661

4 ィ ド層を形成する工程をさらに具えたことを特徴とする第 5の実施の態様 に記載の半導体装置の製造方法である。  The method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment, further comprising a step of forming a 4-layer.

本発明の第 8の実施の態様は、 前記第 1の金属シリサイ ド層上に第 3の 絶縁膜を形成する工程と、 前記スタックゲート構造の制御ゲー ト部分以外 の前記第 3の絶縁膜、 前記第 1の金属シリサイ ド層、 前記第 2の導電層、 および前記第 2の絶縁膜を除去して、 制御ゲート部分を形成する工程と、 前記制御ゲ一ト部分にサイ ドウオールを形成する工程と、 露出した前記第 1 の導電層および前記第 3の絶縁膜上に、 第 2の金属シリサイ ド層を形成 する工程と、 前記第 2の金属シリサイ ド層上に、 第 4の絶縁膜を形成する 工程と、 前記第 4の絶縁膜、 前記第 2の金属シリサイ ド層および前記第 1 の導電層をパターニングして、 単一ゲート構造の M〇 S トランジスタを形 成するとともに、 前記制御ゲ一ト部分をマスクとして前記第 1の導電層を エッチングすることによってスタ ックゲート構造を自己整合的に形成する 工程とをさらに具えたことを特徴とする第 7の実施の態様に記載の半導体 装置の製造方法である。  An eighth embodiment of the present invention is directed to an eighth aspect of the present invention, wherein a step of forming a third insulating film on the first metal silicide layer, the third insulating film other than the control gate portion of the stack gate structure, Removing the first metal silicide layer, the second conductive layer, and the second insulating film to form a control gate portion; and forming a side wall in the control gate portion Forming a second metal silicide layer on the exposed first conductive layer and the third insulating film; and forming a fourth insulating film on the second metal silicide layer. Forming the fourth insulating film, the second metal silicide layer, and the first conductive layer to form an MS transistor having a single gate structure, and to form the control gate. The first conductive layer is Forming the stack gate structure in a self-aligned manner by etching. The method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment, further comprising the step of:

本発明の第 9の実施の態様は、 不揮発性メモリセルと、 キャパシタおよ び/または抵抗と、 ロジック回路とを有する半導体装置の製造方法におい て、 前記メモリセルのトンネル酸化膜と前記ロジック回路の M O S トラン ジスタのゲ一ト酸化膜を同時に形成する工程と、 前記酸化膜の全面に第 1 のポリシリコン層を形成する工程と、 前記第 1のポリシリコン層の前記メ モリセルのフローティ ングゲ一トを分離する領域を除丟する工程と、 前記 第 1のポリシリコン層上に第 1の絶縁膜を形成する工程と、 前記第 1の絶 縁膜の全面に第 2のポリシリコン層を形成する工程と、 前記第 2のポリシ リコン層上に第 2の絶縁膜を形成する工程と、 前記メモリセルの所望の領 域と前記キヤパシタの上部電極領域を残して前記第 2の絶縁膜、 第 2のポ リシリコン層および第 1の絶縁膜を除去する工程と、 全面に第 3の絶縁膜 を形成する工程と、 前記第 3の絶縁膜の、 前記キャパシタの下部電極領域 および抵抗の領域の部分を残して、 その他の部分を除去する工程と、 全面 を異方性ェッチングして前記メモリセルのスタ ックゲー トのサイ ドウォ一 ルを形成する工程とを具えたことを特徴とする半導体装置の製造方法であ o 図面の簡単な説明 A ninth embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a nonvolatile memory cell, a capacitor and / or a resistor, and a logic circuit, wherein the tunnel oxide film of the memory cell and the logic circuit Forming a gate oxide film of the MOS transistor at the same time; forming a first polysilicon layer on the entire surface of the oxide film; and forming a floating gate of the memory cell on the first polysilicon layer. Removing a region for isolating the gate, forming a first insulating film on the first polysilicon layer, and forming a second polysilicon layer on the entire surface of the first insulating film. Forming a second insulating film on the second polysilicon layer; leaving the desired region of the memory cell and the upper electrode region of the capacitor, the second insulating film; 2 Po Removing the polysilicon layer and the first insulating film; forming a third insulating film over the entire surface; leaving the lower electrode region and the resistor region of the capacitor in the third insulating film. A process of removing other parts, and a step of forming a stack gate side wall of the memory cell by anisotropically etching the entire surface. o Brief description of drawings

図 1 〜 1 3は、 本発明の第 1の実施形態である半導体装置の製造方法を 説明する図である。  1 to 13 are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

図 1は、 半導体基板 1 の表面にフィ ールド酸化膜 2、 比較的厚いゲート 酸化膜 3、 およびトンネル酸化膜 4を形成した上面図である  FIG. 1 is a top view in which a field oxide film 2, a relatively thick gate oxide film 3, and a tunnel oxide film 4 are formed on a surface of a semiconductor substrate 1.

図 2は、 図 1に示した部位 I Iで切断した断面図である。  FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the site II shown in FIG.

図 3は、 基板の全面に第 1の導電層としてポリシリコン層 6を堆積した 図である。  FIG. 3 is a diagram in which a polysilicon layer 6 is deposited as a first conductive layer on the entire surface of the substrate.

図 4は、 所定の位置のポリシリコン層 6をエッチング除去した構造を示 す上面図である。  FIG. 4 is a top view showing a structure in which the polysilicon layer 6 at a predetermined position is removed by etching.

図 5は、 図 4に示した部位 Vで切断した断面図である。  FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the site V shown in FIG.

図 6は、 ポリシリコン層 6の上に第 1の絶縁膜を形成したことを示す断 面図である。  FIG. 6 is a cross-sectional view showing that a first insulating film is formed on the polysilicon layer 6.

図 7は、 第 1 の絶縁膜 7の上に第 2の導電層を形成したことを示す断面 図である。  FIG. 7 is a cross-sectional view showing that a second conductive layer is formed on first insulating film 7.

図 8は、 図 7に示した段階の、 図 4の部位 Vに相当する部位で切断した 断面図である。  FIG. 8 is a cross-sectional view at the stage shown in FIG. 7, cut along a portion corresponding to the portion V in FIG.

図 9は、 スタツクゲートに相当する部分に、 制御ゲート 1 1 を設けたこ とを示す断面図である。 Figure 9 shows that the control gate 11 is provided at the part corresponding to the stack gate. FIG.

図 1 0は、 図 9に示した部位 Xで切断した断面図である。  FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the site X shown in FIG.

図 1 1は、 本発明の第 1の実施形態により作製された半導体装置の断面 図である。  FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured according to the first embodiment of the present invention.

図 1 2は、 制御ゲート部をマスクとする本発明の第 1の実施形態によ り 作成された半導体装置の上面図である。  FIG. 12 is a top view of a semiconductor device manufactured according to the first embodiment of the present invention using the control gate portion as a mask.

図 1 3は、 図 1 2に示した部位 X I I Iで切断した断面図である。 図 14〜 23は、 本発明の第 2の実施形態である半導体装置の製造方法 を説明する図である。  FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the site XII I shown in FIG. 14 to 23 illustrate a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

図 14は、 半導体基板 2 1上にフィ—ルド酸化膜およびゲ—ト酸化膜を 形成したことを示す断面図である。  FIG. 14 is a cross-sectional view showing that a field oxide film and a gate oxide film are formed on the semiconductor substrate 21.

図 1 5は、 フォ ト レジス トを用いて、 不揮発性メモリセルのスタ ッ クゲ — トおよび口ジック回路の MO Sトランジスタのゲ一トに相当する部分の ゲート酸化膜 23を除去したことを示す断面図である。  FIG. 15 shows that the photo-resist is used to remove the gate oxide film 23 corresponding to the gate of the non-volatile memory cell and the gate of the MOS transistor of the open-circuit circuit. It is sectional drawing.

図 1 6は不揮発性メモリセルのスタ ックゲー トの ト ンネル酸化膜 25 a および口ジック回路の MO Sトランジス夕のゲートに相当する部分のゲー ト酸化膜 25 bを形成した断面図である。  FIG. 16 is a cross-sectional view showing the formation of a stack oxide film 25a of a stack gate of a nonvolatile memory cell and a gate oxide film 25b of a portion corresponding to a gate of a MOS transistor of an open circuit.

図 17は、 基板の全面にリンを ドープしたポリシリコン層 26を形成し、 第 1の導電層とした段階を示す断面図である。  FIG. 17 is a cross-sectional view showing a stage in which a polysilicon layer 26 doped with phosphorus is formed on the entire surface of the substrate to form a first conductive layer.

図 1 8は、 基板の全面に、 S i 02/S i 3N4ZS i 02の 3層から なる ONO膜 2 7を形成した段階を示す断面図である。 1 8, the entire surface of the substrate is a sectional view showing a step of forming the S i 0 2 / S i 3 N 4 ONO film 2 7 comprising three layers of ZS i 0 2.

図 1 9は、 所定の位置にフォ トレジス ト 3 1を設け、 ドライエッチング によって C V D S i 02膜 30、 Wシリサイ ド層 29、 ポリ シリ コン層 2 8および ON 0膜 27を除去して、 不揮発性メモリセルのスタックゲート およびキャパシタを形成した段階を示す断面図である。 図 2 0は、 基板の全面に C VD S i 02膜 3 2を形成した段階を示す断 面図である。 Figure 1 9, the follower Torejisu bets 3 1 provided at a predetermined position, CVDS i 0 2 film 30, W Shirisai de layer 29 by dry etching, the poly-silicon layer 2 8, and ON 0 film 27 is removed, the non-volatile FIG. 7 is a cross-sectional view showing a stage in which a stack gate and a capacitor of a volatile memory cell are formed. 2 0 is a sectional view showing a step of forming a C VD S i 0 2 film 3 2 on the entire surface of the substrate.

図 2 1は、 キャパシタおよび抵抗に相当する位置にフォ ト レジス ト 3 3 を設け、 ドライエッチによって CVD S i 02膜 3 2を除まし、 スタック ゲ一ト部の上部構造の側壁にはサイ ドウオール 3 4が形成した段階を示す 断面図である。 Figure 2 1 is a the Photo registry 3 3 provided at a position corresponding to the capacitor and the resistor, better dividing the CVD S i 0 2 film 3 2 by dry etching, rhinoceros the sidewall of the superstructure of the stack gate Ichito unit FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stage where a door 34 is formed.

図 2 2は、 基板の全面に金属シリサイ ド層、 およびその上に  Figure 22 shows the metal silicide layer over the entire surface of the substrate, and

C VD S i 02膜 3 6を形成した段階を示す断面図である。 It is a sectional view showing a C VD S i 0 2 film 3 6 to form a step.

図 2 3は、 ONO膜 2 7以上の上部構造物および側部に形成されたサイ ドウオール 34をマスクとして用いて、 フローティ ングゲートを自己整合 的に形成した段階を示す断面図である。  FIG. 23 is a cross-sectional view showing a stage in which a floating gate is formed in a self-aligned manner using the upper structure of the ONO film 27 or more and the side wall 34 formed on the side as a mask.

図 2 4は、 本発明の第 2の実施形態により作製された半導体装置の断面 図である。  FIG. 24 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured according to the second embodiment of the present invention.

図 2 5〜2 6は、 本発明の第 3の実施形態である半導体装置の製造方法 を説明する図である。  25 to 26 are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

図 2 5は、 不揮発性メモリセル、 MO S トランジスタ、 キャパシタおよ び抵抗に対応する位置に、 ポリシリ コン層 2 6、 0 NO膜 2 7、 ポリシリ コン層 2 8および CVD S i 02膜 3 0からなる積層構造を形成した段階 を示す断面図である。 2 5, the nonvolatile memory cell, MO S transistor, at a position corresponding to the capacitor and resistor, polysilicon con layer 2 6, 0 NO film 2 7, polysilicon con layer 2 8 and CVD S i 0 2 film 3 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stage in which a laminated structure made of zero is formed.

図 2 6は、 キャパシタの下部電極領域と抵抗の領域の CVD S i 02膜 3 2を残した状態で全面を異方性ェツチングすることによってスタ ックゲ 一トの上部構造の側面にサイ ドウオール 3 を形成した段階を示す断面図 である。 発明を実施するための最良の形態 1 2 6, Sai Douoru 3 to the side of the superstructure of the static Kkuge Ichito by anisotropically Etsuchingu the entire surface, leaving a CVD S i 0 2 film 3 and second lower electrode region and the resistor region of the capacitor FIG. 5 is a cross-sectional view showing a stage in which a is formed. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 1

8 図 1〜図 1 3を参照して、 本発明の半導体装置の製造方法の第 1の実施 形態を説明する。 この第 1の実施形態は、 本発明の第 1から第 6の態様に 相当する。 この方法は、 E E P R O M等の不揮発性メモリセルと M O S ト ランジスタとが混載されている半導体装置の製造方法である。 不揮発性メ モリセルはトンネル酸化膜上にフローティ ングゲートとコン トロールゲー トとが絶縁膜を介して積層されたスタックゲートと希望するスタックゲー トを選択する高電圧トランジスタから成る選択ゲートとを有し、 ト ンネル 酸化膜を通して強制的に電荷を注入することによって、 スタックゲー トの トランジスタのしきい値電圧を制御してデータを記憶する。 別途、 高電圧 トランジスタから成る高電圧を発生し、 さらに制御する回路を内蔵する場 合もある。 本発明の方法は、 ゲートの形成法に特に特徴があるので、 ァク ティブ領域における公知のチャネル、 ソース、 ドレイ ンなどの形成につい ては説明を省略する。  8 A first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. The first embodiment corresponds to first to sixth aspects of the present invention. This method is a method for manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a MOS transistor are mixedly mounted. The non-volatile memory cell has a stack gate in which a floating gate and a control gate are stacked on a tunnel oxide film via an insulating film, and a select gate formed of a high-voltage transistor for selecting a desired stack gate. By controlling the threshold voltage of the stacked gate transistor by forcibly injecting charges through the tunnel oxide film, data is stored. Separately, there is a case where a circuit for generating a high voltage composed of a high-voltage transistor and further controlling it is built-in. Since the method of the present invention has a special feature in a method of forming a gate, a description of formation of a known channel, source, drain, and the like in an active region will be omitted.

図 1 は、 半導体基板 1 の表面にフィ ールド酸化膜 2、 比較的厚いゲート 酸化膜 3、 およびト ンネル酸化膜 4を形成した上面図である。 図 2は、 図 1 に示した部位 I Iで切断した断面図である。 この段階で、 半導体基板 1 に は、 メモリ となる トランジスタのソース、 ドレインおよぴスタックゲ一ト、 選択ゲートおよび M O S トランジスタのチャネル領域はすでに形成されて いるが、 図面の明瞭性を維持するために図示していない。  FIG. 1 is a top view in which a field oxide film 2, a relatively thick gate oxide film 3, and a tunnel oxide film 4 are formed on a surface of a semiconductor substrate 1. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the site II shown in FIG. At this stage, the source, drain and stack gate of the transistor to be the memory, the select gate and the channel region of the MOS transistor have already been formed on the semiconductor substrate 1, but in order to maintain the clarity of the drawing, Not shown.

最初に、 フィ ールド酸化膜 2および比較的厚いゲート酸化膜 3を熱酸化 によって形成する。 フィールド酸化膜の厚さは 4 5 0 nm、 ゲート酸化膜の 厚さは、 例えば 4 1 . 5 nmである。 次いで、 マスクを用いて、 不揮発性メ モリセルのトンネル酸化膜 4に相当する位置およびロジック回路のゲ一ト 酸化膜 5に相当する位置のゲート酸化膜 3をエッチング除去し、 さらに、 ト ンネル酸化膜 4および M 0 S トランジスタのゲート酸化膜 5をそれぞれ 1 O nmの厚さに形成する。 図 2 において、 領域 i は不揮発性メモリセルの 領域であり、 領域 i i は M〇 S トランジスタの領域である。 First, a field oxide film 2 and a relatively thick gate oxide film 3 are formed by thermal oxidation. The thickness of the field oxide film is 450 nm, and the thickness of the gate oxide film is, for example, 41.5 nm. Next, using a mask, the gate oxide film 3 at the position corresponding to the tunnel oxide film 4 of the nonvolatile memory cell and the position corresponding to the gate oxide film 5 of the logic circuit is removed by etching. 4 and the gate oxide film 5 of the MOS transistor, respectively. Formed to a thickness of 1 O nm. In FIG. 2, a region i is a region of a nonvolatile memory cell, and a region ii is a region of an MS transistor.

次に、 図 3は、 該基板の全面に第 1の導電層としてポリシリ コン層 6を 堆積した図である。 次に、 不揮発性メモリセルのフローティ ングゲートを 構成するポリシリ コン層 6を分離する。 図 4は、 所定の位置のポリシリ コン 層 6をエッチング除去した構造を示す上面図である。 図 5は、 図 4に示した 部位 Vで切断した断面図であり、 この切断線は図 1の切断線と直交している。 ポリシリコン層 6の所定の位置をエッチングして溝を形成し、 溝の底部に フィールド酸化膜 2が露出した様子を示したものである。 後に制御ゲート が延長して形成される y方向に垂直な X方向のみに溝が形成される。 この溝 が形成されないと、 後の工程で、 制御ゲー トを延長して切れ目無く形成し た場合にフローティ ングゲー トの分離ができなくなる。  Next, FIG. 3 is a diagram in which a polysilicon layer 6 is deposited as a first conductive layer on the entire surface of the substrate. Next, the polysilicon layer 6 constituting the floating gate of the nonvolatile memory cell is separated. FIG. 4 is a top view showing a structure in which the polysilicon layer 6 at a predetermined position is removed by etching. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a portion V shown in FIG. 4, and this cutting line is orthogonal to the cutting line in FIG. This shows a state where a groove is formed by etching a predetermined position of the polysilicon layer 6 and the field oxide film 2 is exposed at the bottom of the groove. A groove is formed only in the X direction perpendicular to the y direction, where the control gate is extended later. If this groove is not formed, the floating gate cannot be separated in a later step if the control gate is extended and formed without breaks.

次いで、 図 6は、 ポリシリ コン層 6の上に第 1の絶縁膜を形成したこと を示す断面図である。 ポリシリコン層 6上に絶縁膜 7を S i 0 2、 S i 3 N 4、 S i 0 2の 3層構成 (以下、 O N O膜という) として形成す る o Next, FIG. 6 is a cross-sectional view showing that a first insulating film is formed on the polysilicon layer 6. An insulating film 7 on the polysilicon layer 6 S i 0 2, S i 3 N 4, S i 0 2 three-layer structure (hereinafter, referred to as ONO film) you formed as o

図 7は、 第 1 の絶縁膜 7の上に第 2の導電層を形成したことを示す断面 図である。 第 2の導電層としてポリシリコン層 8を堆積した。 図 8は、 ポ リシリコン層 8を形成した状態の、 図 4の部位 Vに相当する部位で切断し た断面図である。  FIG. 7 is a cross-sectional view showing that a second conductive layer is formed on first insulating film 7. A polysilicon layer 8 was deposited as a second conductive layer. FIG. 8 is a cross-sectional view in a state where the polysilicon layer 8 is formed, which is cut at a portion corresponding to the portion V in FIG.

図 9は、 スタックゲートに相当する部分に、 制御ゲートを設けたことを 示す上面図であり、 および図 1 0は、 図 9に示した部位 Xで切断した断面 図である。 ポリシリ コン層 8の全面に絶縁膜 1 0を形成し、 さらに、 不揮 発性メモリセルのスタックゲ一トに相当する部分にマスクを設け、 反応性 イオンエッチングによって、 スタックゲー トに相当する部分以外の第 2の 絶縁層 1 0、 ポリシリ コン層 8および第 1の絶縁膜 7をエツチング除去し て、 ポリシリ コン層 (制御ゲート) 1 1 を形成した様子を示す。 FIG. 9 is a top view showing that a control gate is provided in a portion corresponding to the stack gate, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along a portion X shown in FIG. An insulating film 10 is formed on the entire surface of the polysilicon layer 8, and a mask is provided on a portion corresponding to the stack gate of the nonvolatile memory cell, and a portion other than the portion corresponding to the stack gate is formed by reactive ion etching. The second of A state in which the insulating layer 10, the polysilicon layer 8 and the first insulating film 7 are removed by etching to form a polysilicon layer (control gate) 11 is shown.

次いで、 絶縁膜 1 2を堆積し、 全面を反応性イオンエッチングすること で制御ゲート 1 1の側部にサイ ドウオール 1 3を形成する。 次に、 このサ イ ドウォールを利用してポリシリコン層 6をエッチングすることによ り、 不揮発性メモリセルのスタックゲー ト 9の一部をなすフローティ ングゲー ト 1 4を自己整合的に形成する。 フローティ ングゲ一ト 1 4を形成するエツ チングの際に、 不揮発性メモリセルの選択ゲート 1 6および M O S トラン ジスタのゲート電極 1 7を同時に形成することができる。 最初に絶縁膜 1 5を堆積し、 および次に不揮発性メモリセルの選択ゲートおよび M O S ト ランジスタのゲ一ト電極に相当する部分にマスクを設ける。 このマスク、 絶縁膜 1 2、 サイ ドウオール 1 3をエッチングマスクと して、 絶縁層 1 5 およびポリシリ コン層 6をエッチングすることにより、 フローティ ングゲ — ト 1 4 とともに、 不揮発性メモリセルの選択ゲート電極 1 6および M O S トランジスタのゲ一ト電極 1 7を形成する。 そして、 不揮発性メモリセ ルの選択ゲー トおよび M O S トランジスタのゲ一トに相当する位置のマス クを除去する。 続いて、 選択ゲートおよび M O S トランジス夕のソースお ょぴドレインを公知の方法によって形成する。 このようにして作製された 半導体装置の断面図を図 1 1に示す。 i は不揮発性メモリセル領域を示し、 および i i は M〇 S トランジスタ領域である。  Next, an insulating film 12 is deposited, and the entire surface is subjected to reactive ion etching to form a side wall 13 on the side of the control gate 11. Next, by using this side wall to etch the polysilicon layer 6, a floating gate 14 forming a part of the stack gate 9 of the nonvolatile memory cell is formed in a self-aligned manner. During the etching for forming the floating gate 14, the selection gate 16 of the nonvolatile memory cell and the gate electrode 17 of the MOS transistor can be formed simultaneously. First, an insulating film 15 is deposited, and then a mask is provided on a portion corresponding to the selection gate of the nonvolatile memory cell and the gate electrode of the MOS transistor. By etching the insulating layer 15 and the polysilicon layer 6 using this mask, the insulating film 12 and the side wall 13 as an etching mask, the floating gate 14 and the selection gate electrode of the nonvolatile memory cell are etched. 16 and the gate electrode 17 of the MOS transistor are formed. Then, the mask at the position corresponding to the selection gate of the nonvolatile memory cell and the gate of the MOS transistor is removed. Subsequently, a select gate and a source and a drain of the MOS transistor are formed by a known method. FIG. 11 is a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured as described above. i indicates a nonvolatile memory cell area, and i i is an M〇S transistor area.

不揮発性メモリセルのフローティ ングゲ一ト 1 4を自己整合的に形成す るには、 図 9の制御ゲート部分 (すなわち第 1の絶縁膜 7、 制御ゲート 1 1、 および第 2の絶縁膜 1 0 ) をマスクとして、 ポリシリ コン層 6をエツ チングしてフローティ ングゲート 1 4を形成することもできる。 この際に も前述と同様の方法により、 不揮発性メモリセルの選択ゲ一ト電極 1 6お よび M O S トランジスタのゲート電極 1 7を同時に形成することができる。 このようにして作成された半導体装置の上面図を図 1 2に示す。 図 1 3は 図 1 2に示した部位 X I I Iで切断した断面図である。 To form the floating gate 14 of the non-volatile memory cell in a self-aligned manner, the control gate portion shown in FIG. 9 (that is, the first insulating film 7, the control gate 11 and the second insulating film 10) is used. ) Can be used as a mask to etch the polysilicon layer 6 to form the floating gate 14. At this time, the selection gate electrode 16 and the like of the nonvolatile memory cell are formed in the same manner as described above. And the gate electrode 17 of the MOS transistor can be formed simultaneously. FIG. 12 shows a top view of the semiconductor device thus manufactured. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the site XIII shown in FIG.

上述したように、 本発明によれば、 M O S トランジスタのゲー ト酸化膜 5を不揮発性メモリセルのスタ ックゲート 9のト ンネル酸化膜 4 とともに 薄く形成することができ、 さらに、 スタ ッ クゲー ト 9のフローティ ングゲ ー ト 1 4を自己整合的に形成するので、 工程数を増やすことなく、 ゲート の微細化が可能である。  As described above, according to the present invention, the gate oxide film 5 of the MOS transistor can be formed thinner together with the tunnel oxide film 4 of the stack gate 9 of the nonvolatile memory cell. Since the floating gate 14 is formed in a self-aligned manner, the gate can be miniaturized without increasing the number of steps.

図 1 4〜図 2 3を参照して本発明の第 2の実施形態を説明する。 この実 施形態は、 本発明の第 7および第 8の実施の態様に相当し、 スタックゲ一 ト構造を有する不揮発性メモリセルと口ジック回路の M O S トランジスタ と抵抗およびキャパシタを有する半導体装置の製造例である。 不揮発性メ モリセルのゲー トおよび M O S トランジスタのゲ一トの双方の下部の活性 領域の形成、 チャネルやソース、 ドレイ ンの形成については、 公知なので 説明を省略する。  A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment corresponds to the seventh and eighth embodiments of the present invention, and is a manufacturing example of a semiconductor device having a nonvolatile memory cell having a stack gate structure, a MOS transistor of an open circuit, and a resistor and a capacitor. It is. The formation of the active region below both the gate of the non-volatile memory cell and the gate of the MOS transistor, and the formation of the channel, source, and drain are well known and will not be described.

図 1 4は、 半導体基板 2 1上にフィ ールド酸化膜およびゲ一ト酸化膜を 形成したことを示す断面図である。 半導体基板 2 1の表面に厚さ 4 5 O nm のフィール ド酸化膜 2 2および厚さ 4 1 . 5 nmの厚いゲート酸化膜 2 3を 熱酸化によって形成した。 この段階で、 半導体基板 2 1 には、 不揮発性メ モリセルのスタ ックゲー トのソース、 ドレイ ンおよびスタ ックゲー ト、 選 択ゲー トおよび M O S トランジスタのチャネル領域はすでに形成されてい る力'、 図示を省略する。  FIG. 14 is a cross-sectional view showing that a field oxide film and a gate oxide film have been formed on the semiconductor substrate 21. A field oxide film 22 having a thickness of 45 O nm and a thick gate oxide film 23 having a thickness of 41.5 nm were formed on the surface of the semiconductor substrate 21 by thermal oxidation. At this stage, the semiconductor substrate 21 has the stack gate source, drain and stack gate of the non-volatile memory cell, the selection gate and the channel region of the MOS transistor already formed. Omitted.

次いで、 図 1 5は、 フォ ト レジス トを用いて、 不揮発性メモリセルのス タ ッ クゲー トおよび口ジッ ク回路の M〇 S トランジス夕のゲ一 トに相当す る部分のゲ一ト酸化膜 2 3を除去したことを示す断面図である。 フオ ト レ ジス ト 2 4を用いて、 不揮発性メモリセルのスタ ックゲー トの ト ンネル酸 化膜 2 5 aおよびロジック回路の M 0 S ト ランジスタのゲート酸化膜 2 5 bに相当する部分の厚いゲー ト酸化膜 2 3をゥヱッ トエッチによって除去 した。 Next, Fig. 15 shows the gate oxidation of the gate corresponding to the gate of the non-volatile memory cell and the gate of the M〇S transistor of the logic circuit using the photo-resist. FIG. 4 is a cross-sectional view showing that a film 23 has been removed. Huotre Using the gate 24, a thick gate oxide corresponding to the tunnel oxide film 25a of the stack gate of the nonvolatile memory cell and the gate oxide film 25b of the M0S transistor of the logic circuit is used. The film 23 was removed by a wet etch.

次いで、 図 1 6は、 不揮発性メモリセルのスタックゲートのトンネル酸 化膜 2 5 aおよびロジック回路の MO S トランジスタのゲ一トに相当する 部分のゲート酸化膜 2 5 bを形成した断面図である。 レジス ト 24を除丟 し、 必要な洗浄工程を経て、 厚さ 1 Onmのト ンネル酸化膜 2 5 aおよび M O S ト ランジスタのゲート酸化膜 2 5 bを熱酸化によつて形成した。 そし て、 図 1 7に示すように、 酸化膜の全面に厚さ 2 5 Onmのポリシリコン層 2 6を( 0にょって形成し、 リンを ドープしてポリシリコン層 2 6に所 定の伝導性を与えて、 第 1の導電層とした。 その際、 生じたリ ンガラスを フッ化水素酸液を用いて除去した。 次いで、 先に説明したように、 ポリシ リコン層 2 6の所定部分をドライエッチングによって除去してフローティ ングゲートの分離を行った。  Next, FIG. 16 is a cross-sectional view in which a tunnel oxide film 25a of a stack gate of a nonvolatile memory cell and a gate oxide film 25b of a portion corresponding to a gate of a MOS transistor of a logic circuit are formed. is there. After removing the resist 24 and performing necessary cleaning steps, a 1-nm-thick tunnel oxide film 25a and a MOS transistor gate oxide film 25b were formed by thermal oxidation. Then, as shown in FIG. 17, a polysilicon layer 26 having a thickness of 25 Onm is formed on the entire surface of the oxide film (with a thickness of 0, and is doped with phosphorus to form a predetermined polysilicon layer 26). By giving conductivity, the first conductive layer was removed, and the resulting phosphorus glass was removed using a hydrofluoric acid solution, and then, as described above, a predetermined portion of the polysilicon layer 26 was formed. Was removed by dry etching to separate the floating gate.

次に、 図 1 8に示すように、 全面に、 厚さ 1 Onmの S i 02、 厚さ 1 Onmの S i 3 N 4、 厚さ 5 nmの S i 02の 3層からなる ONO膜 2 7を、 S i 02は熱酸化で、 S i 3 N4は C VDで形成し、 その上に厚さ 2 5 0 nmのポリシリコン層 2 8を形成し、 リンをドープして所定の導電性を与え て、 第 2の導電層とした。 その際、 表面に生じたリ ンガラスをフッ化水素 酸液を用いて除去した。 必要な洗浄工程を経て、 ポリシリ コン層 2 8の上 に金属シリサイ ド層、 本例ではタングステン (W) シリサイ ド層 2 9をス パッタリ ングによって、 厚さ 1 5 Onmで形成した。 さらに、 その上に CV Dによって厚さ 2 3 0 nmの S i 02膜 3 0を CVDによつて形成した (以 下、 C VD S i 02膜という) 。 次に、 図 1 9に示すように、 不揮発性メモリセルのスタックゲートおよ びキャパシタを形成するために、 所定の位置にフォ トレジス ト 3 1 を設け、 ドライエッチングによって C V D S i 02膜 3 0、 Wシリサイ ド層 2 9、 ポリシリコン層 2 8および 0 N 0膜 2 7を除去した。 この段階でスタック ゲートの上部構造およびキャパシタのための積層構造が形成される。 次い で、 フォ ト レジス ト 3 1を除去した後に、 図 2 0に示すように、 全面に厚 さ 1 7 Onmの C VD S i 02膜 3 2を形成した。 Next, as shown in FIG. 1 8, consisting of the entire surface, the thickness 1 onm of S i 0 2, a thickness of 1 Onm S i 3 N 4, 3 layers of S i 0 2 thickness 5 nm ONO The film 27 is formed by thermal oxidation of S i 0 2 and C 3 V 4 by C VD, and a polysilicon layer 28 of 250 nm thickness is formed thereon. The second conductive layer was given a predetermined conductivity. At that time, the phosphorus glass generated on the surface was removed using a hydrofluoric acid solution. After a necessary cleaning step, a metal silicide layer, in this example, a tungsten (W) silicide layer 29, was formed on the polysilicon layer 28 to a thickness of 15 Onm by sputtering. In addition, the S i 0 2 film 3 0 thick 2 3 0 nm was due connexion formed by CVD CV D thereon (hereinafter, referred to as C VD S i 0 2 film). Next, as shown in FIG. 1 9, in order to form a stacked gate and a capacitor of the non-volatile memory cells, a follower Torejisu bets 3 1 provided at a predetermined position, CVDS i 0 2 film 3 0 by dry etching Then, the W silicide layer 29, the polysilicon layer 28 and the 0N0 film 27 were removed. At this stage, a stacked structure for a stack gate superstructure and a capacitor is formed. Followed by, after removal of the Photo registry 3 1, as shown in FIG. 2 0, to form a thick 1 7 Onm C VD S i 0 2 film 3 and second on the entire surface.

次に、 図 2 1に示すように、 キャパシタおよび抵抗に相当する位置にフォ トレジス ト 3 3を設け、 ドライエッチによって C V D S i 02膜 3 2を除 去した。 ドライエッチによって、 C VD S i 02膜 3 2が露出しているス タックゲート部の上部構造の側壁にはサイ ドウオール 3 4が形成される力 ?、 フォ ト レジス ト 3 3に被われているキャパシタ部と抵抗部にはサイ ドウォ ールは形成されない。 Next, as shown in FIG. 2 1 a provided follower Torejisu preparative 3 3 at a position corresponding to the capacitor and the resistor, was removed by dividing the CVDS i 0 2 film 3 2 by dry etching. By dry etching, a force C VD S i 0 2 film 3 on the sidewalls of 2 superstructure stack gate portion which is exposed to cyclic Douoru 3 4 are formed?, Are covered in the Photo registry 3 3 No side wall is formed in the capacitor and resistor sections.

次に、 レジス トを除去し、 必要な洗浄工程を経て、 図 22に示すように、 全面に金属シリサイ ド層、 この例では Wシリサイ ド層 3 5をスパッタリン グによって厚さ 1 5 Onmで形成し、 その上に、 厚さ 2 3 Onmの  Next, the resist is removed, and after a necessary cleaning step, as shown in FIG. 22, a metal silicide layer, in this example, a W silicide layer 35 is formed on the entire surface by sputtering to a thickness of 15 Onm. Formed on it, thickness 2 3 om

CVD S i 02膜 3 6を CVDによつて形成した。 最後に、 The CVD S i 0 2 film 3 6 have been conducted under the form to CVD. Finally,

C VD S i 02膜 3 6上の、 選択ゲートおよびロジック回路の MO S トラ ンジスタのゲ一トに相当するそれぞれの位置にフォ トレジス トを設け、 ド ライエッチングして、 フォ ト レジス ト下部以外の CVD S i 02膜 3 6、 Wシリサイ ド層 3 5、 ポリシリコン層 2 6を除去し; ホ トレジス トを除去 した。 その結果、 図 2 3に示すように、 1 ) ポリシリコン層 (フローティ ングゲ一ト) 2 6、 0 N 0膜 2 7、 ポリシリ コン層 (制御ゲー ト) 2 8、 Wシリサイ ド層 2 9および CVD S i 02膜 3 0からなるスタックゲー ト 3 7と、 ポリシリ コン層 2 6、 Wシリサイ ド層 3 5および C V D S i 〇 2 膜 3 6からなる選択ゲ一 ト 3 8とを備えた不揮発性メモリセル、 および、 2 ) ポリシリ コン層 2 6、 Wシリサイ ド層 3 5および C V D S i 02膜 3 6からなる MO S トランジスタのゲー ト 3 9が形成される。 さらに、 3) ポリシリコン層 2 6、 0 N 0膜 2 7、 ポリシリコン層 2 8、 Wシリサイ ド 層 2 9、 CVD S i 02膜 3 0、 および CVD S i 02膜 3 2からなるキヤ パシタ 4 0、 および、 4 ) ポリ シリ コン層 2 6と第 2の C V D S i 02膜 3 2とからなる抵抗 4 1が同時に形成された。 Provide a photo resist on each of the C VD S i 02 film 36 corresponding to the gate of the select gate and the MOS transistor of the logic circuit, dry-etch, and excluding the bottom of the photo resist. of CVD S i 0 2 film 3 6, W Shirisai de layer 35, the polysilicon layer 2 6 removed; removing the host Torejisu bets. As a result, as shown in Fig. 23, 1) polysilicon layer (floating gate) 26, 0N0 film 27, polysilicon layer (control gate) 28, W silicon layer 29, and a stack gate 3 7 consisting of CVD S i 0 2 film 3 0, polysilicon con layer 2 6, W Shirisai de layer 35 and CVDS i 〇 2 Nonvolatile memory cell and a selection gate one bets 3 8 consisting film 3 6, and, 2) polysilicon consisting Con layer 2 6, W Shirisai de layer 35 and CVDS i 0 2 film 3 6 MO S transistor Gate 39 is formed. Furthermore, 3) made of a polycrystalline silicon layer 2 6, 0 N 0 film 2 7, the polysilicon layer 2 8, W Shirisai de layer 2 9, CVD S i 0 2 film 3 0, and CVD S i 0 2 film 3 2 Canon Pashita 4 0, and, 4) a poly silicon layer 2 6 and the second CVDS i 0 2 film 3 2 which resistor 4 1 are formed simultaneously.

図 2 3からわかるように、 スタックゲート 3 7のフ口一ティ ングゲ一 ト (ポリシリ コン層) 2 6は、 ONO膜 2 7以上の上部構造物および側部に 形成されたサイ ドウオール 3 4をマスクとして用いることによって、 自己 整合的に形成された。 さらに、 選択ゲートおよび MO S トランジスタのソ ースと ドレインを公知の方法によって形成した。 図 24に、 このようにし て作製された半導体装置の断面図を示す。 図 2 4において、 c hはチヤネ ル、 dはドレイ ン、 sはソースを示す。 なお、 図示を省略したが、 図 1 3 に示した半導体装置の各ゲートの下部のチャネル、 ソース、 ドレイ ンの構 成も図 2 4と同様である。  As can be seen from FIG. 23, the opening gate (polysilicon layer) 26 of the stack gate 37 is formed by the upper structure above the ONO film 27 and the side wall 34 formed on the side. By using it as a mask, it was formed in a self-aligned manner. Further, the select gate and the source and drain of the MOS transistor were formed by a known method. FIG. 24 shows a cross-sectional view of the semiconductor device manufactured as described above. In FIG. 24, ch indicates a channel, d indicates a drain, and s indicates a source. Although not shown, the structure of the channel, source, and drain below each gate of the semiconductor device shown in FIG. 13 is the same as that in FIG.

図 1 4〜図 2 3に示した第 2の実施形態に変えて、 金属シリサイ ド層を 省略した第 3の実施形態を採ることもできる。 第 3の実施形態は、 本発明 の第 9の実施の態様に相当する。 第 3の実施形態においては、 不揮発性メ モリセルと口ジック回路の M 0 S トランジスタと抵抗およびキャパシタを 有する半導体装置の製造に際して、 金属シリサイ ド層 2 9および 3 5を用 いず、 ポリシリ コン層 2 6およびポリシリコン層 2 8を電極とすることが できる。 すなわち、 Wシリサイ ド層 2 9および 3 5の形成工程なしで、 不 揮発性メモリセル、 MO S トランジスタ、 キャパシタおよぴ抵抗に対応す る位置に、 図 2 5に示すような、 ポリシリ コン層 2 6、 〇N〇膜 2 7、 ポ O 0 066 Instead of the second embodiment shown in FIGS. 14 to 23, a third embodiment in which the metal silicide layer is omitted can be adopted. The third embodiment corresponds to a ninth embodiment of the present invention. In the third embodiment, in the manufacture of a semiconductor device having a nonvolatile memory cell, a MOS transistor of a logic circuit, and a resistor and a capacitor, the polysilicon layer is not used without using the metal silicide layers 29 and 35. 26 and the polysilicon layer 28 can be used as electrodes. That is, without forming the W silicide layers 29 and 35, the polysilicon layer as shown in FIG. 25 is placed at the position corresponding to the nonvolatile memory cell, the MOS transistor, the capacitor and the resistor. 2 6, 〇N〇 film 2 7, O 0 066

15 リシリ コン層 2 8および C V D S i 〇 2膜 3 0からなる積層構造を作る。 図 2 5は、 第 2の実施形態の図 1 9の段階に対応する。 次いで、 その全体 構造上に C V D S i 0 2膜 3 2を形成し、 図 2 6に示すように、 キャパシ 夕の下部電極領域と抵抗の領域の C V D S i 0 2膜 3 2を残した状態で全 面を異方性ェツチングすることによってスタ ックゲー トの上部構造の側面 にサイ ドウオール 3 4を形成しても良い。 図 2 6は、 第 2の実施形態の図 2 1の段階に対応する。 この方法によっても、 フローティ ングゲートを自 己整合的に形成することができる。 以後の工程は第 2の実施形態と同じで ある。 産業上の利用可能性 15 Create a laminated structure consisting of the silicon layer 28 and the CVD Si 2 film 30. FIG. 25 corresponds to the stage of FIG. 19 of the second embodiment. Then, the whole forming a CVDS i 0 2 film 3 2 on the structure, as shown in FIG. 2 6, all while leaving the CVDS i 0 2 film 3 and second region of the resistor and the lower electrode region of the Capacity evening A side wall 34 may be formed on the side surface of the upper structure of the stack gate by anisotropically etching the surface. FIG. 26 corresponds to the stage of FIG. 21 of the second embodiment. Even with this method, the floating gate can be formed in a self-aligned manner. The subsequent steps are the same as in the second embodiment. Industrial applicability

以上説明したように、 本発明によれば、 不揮発性メモリセルとロジック 回路を有する半導体装置の製造に際し、 フロ一ティ ングゲ一トを分離する 領域以外は第 1 の導電層 (ポリシリ コン層 6 ) が残されているため、 表面 の平坦性が維持されている。 したがって、 第 2の導電層のエッチング工程 等の、 後の工程の加工が容易となり、 寸法精度を高くすることができ、 か つ微細化が可能になる。 ロジック回路のゲート電極のエッチング時に過剰 なエッチングを必要としないため、 より微細なゲート電極を形成できる。 さらに、 不揮発性メモリセルのスタ ックゲー トの トンネル酸化膜と、 ロジッ ク回路の M O S トランジスタのゲ一ト酸化膜を薄く形成することができ、 また、 スタックゲートのフローティ ングゲ一トを自己整合的に形成できる ので、 E E P R O M等の不揮発性メモリセルと M O S トランジスタが混載 されている半導体装置の寸法精度を高め、 微細化を向上させることができ る。 また、 スタックゲート構造および単一ゲ一ト構造の M O S トランジス タ、 抵抗、 およびキャパシタを 2層の導電層で形成できるため、 工程が少 なく なり、 アナログ回路との混載も容易である。 As described above, according to the present invention, when manufacturing a semiconductor device having a nonvolatile memory cell and a logic circuit, the first conductive layer (polysilicon layer 6) except for the region where the floating gate is separated is provided. , The flatness of the surface is maintained. Therefore, processing in subsequent steps such as the etching step of the second conductive layer and the like can be facilitated, dimensional accuracy can be increased, and miniaturization can be achieved. Since excessive etching is not required when etching the gate electrode of the logic circuit, a finer gate electrode can be formed. Furthermore, the stack oxide tunnel film of the nonvolatile memory cell and the gate oxide film of the MOS transistor of the logic circuit can be formed thin, and the floating gate of the stack gate can be self-aligned. Since it can be formed, the dimensional accuracy of a semiconductor device in which a nonvolatile memory cell such as an EEPROM and a MOS transistor are mixedly mounted can be improved, and the miniaturization can be improved. In addition, the number of steps can be reduced because the stacked gate and single-gate MOS transistors, resistors, and capacitors can be formed with two conductive layers. It is easy to mix with analog circuits.

Claims

1 . フローティ ングゲートおよび制御ゲートから成るスタックゲート構 造を有する不揮発性メモリ トランジスタと、 単一ゲート構造を有する M O S トランジスタとを具えた半導体装置の製造方法であって、 1. A method of manufacturing a semiconductor device including a nonvolatile memory transistor having a stacked gate structure composed of a floating gate and a control gate, and a MOS transistor having a single gate structure, 半導体基板上に前記不揮発性メモリ トランジスタおよび M 0 S トランジ スタ双方のゲー ト酸化膜となる第 1の絶縁膜を形成する工程と、  Forming a first insulating film to be a gate oxide film of both the nonvolatile memory transistor and the MOS transistor on the semiconductor substrate; 前記第 1の絶縁膜上に第 1の導電層を形成する工程と、  Forming a first conductive layer on the first insulating film; 前記制御ゲートが延長して形成される方向と垂直の方向に伸びる領域を 前記第 1の導電層から除去して、 前記フローティ ングゲ一トを分離するた めの領域を形成する工程と、  Removing a region extending in a direction perpendicular to a direction in which the control gate is formed to extend from the first conductive layer to form a region for separating the floating gate; 前記第 1の導電層上に第 2の絶縁膜を形成する工程と、  Forming a second insulating film on the first conductive layer; 前記第 2の絶縁膜上に第 2の導電層を形成する工程と、  Forming a second conductive layer on the second insulating film; 前記制御ゲ一トを形成するように前記第 2の導電層をパターニングする 工程と、  Patterning the second conductive layer so as to form the control gate; 前記第 1の導電層をパターニングして、 前記スタックゲー ト構造と前記 単一ゲート構造とを形成する工程と  Patterning the first conductive layer to form the stack gate structure and the single gate structure; を具えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 2 . 前記単一ゲート構造を有する M O S トランジスタは、 高電圧トラン ジスタと周辺回路を構成する M O S トランジスタであることを特徴とする 請求項 1 に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method according to claim 1, wherein the MOS transistor having the single gate structure is a MOS transistor forming a high voltage transistor and a peripheral circuit. 3 . 前記第 1 の絶縁膜を形成する工程は、 前記高電圧トランジスタのゲ 一ト絶縁膜を形成する工程と、 前記フローティ ングゲ一トと基板の間にト ンネル酸化膜を形成し、 同時に前記 M O S トランジスタのゲート絶縁膜を 形成する工程とからなることを特徴とする請求項 2に記載の半導体装置の 製造方法。 3. The step of forming the first insulating film includes: forming a gate insulating film of the high-voltage transistor; and forming a gate between the floating gate and a substrate. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising the steps of forming a channel oxide film and simultaneously forming a gate insulating film of said MOS transistor. 4 . 前記第 1の導電層をパターニングして、 スタックゲート構造を形成 する工程において、 前記制御ゲ一トを構成する前記第 2の導電層をマスク として、 自己整合的に前記フローティ ングゲ一トをパターニングすること を特徴とする請求項 1 に記載の半導体装置の製造方法。 4. In the step of patterning the first conductive layer to form a stack gate structure, the floating gate is formed in a self-aligned manner using the second conductive layer constituting the control gate as a mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein patterning is performed. 5 . 前記第 1 の導電層および前記第 2の導電層がポリシリ コンで構成さ れることを特徴とする請求項 1 に記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are made of polysilicon. 6 . 前記第 2の導電層のパターニングの後に、 前記制御ゲートの側面に サイ ドウオールを形成する工程をさらに具えたことを特徴とする請求項 1 に記載の半導体装置の製造方法。 6. The method according to claim 1, further comprising, after patterning the second conductive layer, forming a side wall on a side surface of the control gate. 7 . 前記第 2の導電層上に第 1 の金属シリサイ ド層を形成する工程をさ らに具えたことを特徴とする請求項 5に記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming a first metal silicide layer on the second conductive layer. 8 . 前記第 1の金属シリサイ ド層上に第 3の絶縁膜を形成する工程と、 前記スタックゲ—ト構造の制御ゲート部分以外の前記第 3の絶縁膜、 前 記第 1 の金属シリサイ ド層、 前記第 2の導電層、 および前記第 2の絶縁膜 を除去して、 制御ゲート部分を形成する工程と、 8. a step of forming a third insulating film on the first metal silicide layer, the third insulating film other than the control gate portion of the stack gate structure, the first metal silicide layer Removing the second conductive layer and the second insulating film to form a control gate portion; 前記制御ゲ一ト部分にサイ ドウオールを形成する工程と、  Forming a side wall in the control gate portion; 露出した前記第 1の導電層および前記第 3の絶縁膜上に、 第 2の金属シ リサイ ド層を形成する工程と、 Forming a second metal layer on the exposed first conductive layer and the third insulating film; Forming a recycled layer; 前記第 2の金属シリサイ ド層上に、 第 4の絶縁膜を形成する工程と、 前記第 4の絶縁膜、 前記第 2の金属シリサイ ド層および前記第 1の導電 層をパターニングして、 単一ゲ一ト構造の M O S トランジスタを形成する とともに、 前記制御ゲート部分をマスクとして前記第 1の導電層をエッチ ングすることによってスタ ックゲート構造を自己整合的に形成する工程と をさらに具えたことを特徴とする請求項 7に記載の半導体装置の製造方法。  Forming a fourth insulating film on the second metal silicide layer; patterning the fourth insulating film, the second metal silicide layer, and the first conductive layer; Forming a MOS transistor having a single-gate structure, and forming the stack gate structure in a self-aligned manner by etching the first conductive layer using the control gate portion as a mask. 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein: 9 . 不揮発性メモリセルと、 キャパシタおよび Zまたは抵抗と、 ロジッ ク回路とを有する半導体装置の製造方法において、 9. In a method for manufacturing a semiconductor device having a nonvolatile memory cell, a capacitor and a Z or a resistor, and a logic circuit, 前記メモリセルのトンネル酸化膜と前記ロジック回路の M 0 S トランジ スタのゲート酸化膜を同時に形成する工程と、  Simultaneously forming a tunnel oxide film of the memory cell and a gate oxide film of an M 0 S transistor of the logic circuit; 前記酸化膜の全面に第 1のポリシリコン層を形成する工程と、 前記第 1 のポリシリ コン層の前記メモリセルのフローティ ングゲートを 分離する領域を除去する工程と、  Forming a first polysilicon layer over the entire surface of the oxide film; and removing a region of the first polysilicon layer separating the floating gate of the memory cell; 前記第 1 のポリシリコン層上に第 1 の絶縁膜を形成する工程と、 前記第 1の絶縁膜の全面に第 2のポリシリコン層を形成する工程と、 前記第 2のポリシリコン層上に第 2の絶縁膜を形成する工程と、 前記メモリセルの所望の領域と前記キャパシタの上部電極領域を残して 前記第 2の絶縁膜、 第 2のポリシリコン層および第 1の絶縁膜を除去する 工程と、  Forming a first insulating film on the first polysilicon layer; forming a second polysilicon layer on the entire surface of the first insulating film; and forming a second polysilicon layer on the second polysilicon layer. Forming a second insulating film; and removing the second insulating film, the second polysilicon layer, and the first insulating film while leaving a desired region of the memory cell and an upper electrode region of the capacitor. Process and 全面に第 3の絶縁膜を形成する工程と、  Forming a third insulating film on the entire surface; 前記第 3の絶縁膜の、 前記キヤパシタの下部電極領域および抵抗の領域 の部分を残して、 その他の部分を除去する工程と、  Removing the remaining portion of the third insulating film except for the lower electrode region and the resistor region of the capacitor; 全面を異方性ェッチングして前記メモリセルのスタ ックゲー トのサイ ド ゥオールを形成する工程と を具えたこ とを特徴とする半導体装置の製造方法。 Anisotropically etching the entire surface and stack gate size of the memory cell A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming an oar.
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