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JP2006060173A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2006060173A
JP2006060173A JP2004243372A JP2004243372A JP2006060173A JP 2006060173 A JP2006060173 A JP 2006060173A JP 2004243372 A JP2004243372 A JP 2004243372A JP 2004243372 A JP2004243372 A JP 2004243372A JP 2006060173 A JP2006060173 A JP 2006060173A
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Japan
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gate electrode
insulating film
semiconductor substrate
semiconductor device
sidewall
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Application number
JP2004243372A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Fujimoto
裕雅 藤本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】同一の半導体基板上に、2種類以上のゲート絶縁膜及びゲート電極を有するMIS型トランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板11の第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAには、ハフニウム酸化膜のような金属酸化膜からなるゲート絶縁膜21aとタングステン膜のような金属膜からなるゲート電極22aを有する第1のNMISトランジスタを形成する。また、半導体基板11の第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCには、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13とポリシリコン膜のような半導体材料からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタを形成する。ゲート電極22aは、ゲート電極14cと同時に形成した第1のダミーゲート電極14aを除去して設けられたゲート電極形成用開口20a内に金属膜を埋め込んで形成されたダマシン構造を有する。
【選択図】図1
A semiconductor device including a MIS transistor having two or more types of gate insulating films and gate electrodes on the same semiconductor substrate and a method for manufacturing the same are provided.
A first NMIS transistor formation area AreaA of a semiconductor substrate 11 includes a gate insulating film 21a made of a metal oxide film such as a hafnium oxide film and a gate electrode 22a made of a metal film such as a tungsten film. One NMIS transistor is formed. In the second NMIS transistor formation area AreaC of the semiconductor substrate 11, a second NMIS transistor having a gate insulating film 13 made of a silicon oxide film and a gate electrode 14c made of a semiconductor material such as a polysilicon film is formed. . The gate electrode 22a has a damascene structure formed by embedding a metal film in a gate electrode formation opening 20a provided by removing the first dummy gate electrode 14a formed simultaneously with the gate electrode 14c.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に同一半導体基板上にゲート電極材料の異なる複数種類のMIS型トランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a plurality of types of MIS transistors having different gate electrode materials on the same semiconductor substrate and a manufacturing method thereof.

MIS型トランジスタにおいて、素子の高性能化を図るためにはゲート寸法の短縮が必須である。しかし、ゲート絶縁膜として現在用いられているシリコン酸化膜では、誘電率が低く限界に達している。また、ゲート電極として用いられているポリシリコンも抵抗率が高く、ゲート電極の低抵抗化を実現できないという問題がある。   In the MIS transistor, it is essential to shorten the gate dimension in order to improve the performance of the element. However, the silicon oxide film currently used as the gate insulating film has a low dielectric constant and has reached its limit. In addition, the polysilicon used as the gate electrode has a high resistivity, and there is a problem that the resistance of the gate electrode cannot be reduced.

そこで、近年、これらの問題点に対して、ゲート絶縁膜として高誘電体材料を使用し、ゲート電極として金属材料を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in recent years, it has been proposed to use a high dielectric material for the gate insulating film and a metal material for the gate electrode in order to solve these problems (for example, see Patent Document 1).

以下、従来のダマシンゲート技術を用いた半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device using a conventional damascene gate technique will be described with reference to the drawings.

図5(a)〜図5(f)は、従来のダマシンゲート技術を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、左側領域はNMISトランジスタ形成領域AreaAを示し、右側領域はPMISトランジスタ形成領域AreaBを示している。   FIG. 5A to FIG. 5F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device using a conventional damascene gate technique. In the drawing, the left region shows the NMIS transistor formation region AreaA, and the right region shows the PMIS transistor formation region AreaB.

まず、図5(a)に示す工程で、半導体基板101のNMISトランジスタ形成領域AreaAにPウェル領域101aを形成し、半導体基板101のPMISトランジスタ形成領域AreaBにNウェル領域101bを形成する。そして、半導体基板101に、各素子形成領域の活性領域を囲むトレンチ型の素子分離領域102を形成する。   First, in the step shown in FIG. 5A, the P well region 101a is formed in the NMIS transistor formation region AreaA of the semiconductor substrate 101, and the N well region 101b is formed in the PMIS transistor formation region AreaB of the semiconductor substrate 101. Then, a trench type element isolation region 102 surrounding the active region of each element formation region is formed on the semiconductor substrate 101.

次に、図5(b)に示す工程で、半導体基板101上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜103とポリシリコン膜を順次形成する。その後、ポリシリコン膜をパターニングして、NMISトランジスタ形成領域AreaAに第1のダミーゲート電極104aを形成し、PMISトランジスタ形成領域AreaBに第2のダミーゲート電極104bを形成する。その後、NMISトランジスタ形成領域AreaAに、第1のダミーゲート電極104a及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、n型LDD領域105aを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極104b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型LDD領域105bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 5B, an insulating film 103 made of a silicon oxide film and a polysilicon film are sequentially formed on the semiconductor substrate 101. Thereafter, the polysilicon film is patterned to form a first dummy gate electrode 104a in the NMIS transistor formation area AreaA, and a second dummy gate electrode 104b in the PMIS transistor formation area AreaB. Thereafter, ion implantation of n-type impurities is performed in the NMIS transistor formation area AreaA using the first dummy gate electrode 104a and a resist (not shown) as a mask to form an n-type LDD region 105a. In the PMIS transistor formation area AreaB, p-type LDD regions 105b are formed by ion implantation of p-type impurities using the second dummy gate electrode 104b and a resist (not shown) as a mask.

次に、図5(c)に示す工程で、基板上の全面に、シリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜をエッチバックすることにより、第1のダミーゲート電極104a及び第2のダミーゲート電極104bの側面上に、絶縁性のサイドウォール106a、106bを形成する。その後、NMISトランジスタ形成領域AreaAに、第1のダミーゲート電極104a、サイドウォール106a及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、n型ソース・ドレイン領域107aを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極104b、サイドウォール106b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型ソース・ドレイン領域107bを形成する。その後、基板に対して熱処理を行って、イオン注入された不純物を活性化する。   Next, in the step shown in FIG. 5C, after the silicon oxide film is formed on the entire surface of the substrate, the silicon oxide film is etched back to thereby form the first dummy gate electrode 104a and the second dummy gate. Insulating sidewalls 106a and 106b are formed on the side surfaces of the electrode 104b. After that, n-type impurity ions are implanted into the NMIS transistor formation area AreaA by using the first dummy gate electrode 104a, the sidewall 106a, and a resist (not shown) as a mask to form the n-type source / drain region 107a. Form. Further, in the PMIS transistor formation area AreaB, p-type impurity ions are implanted using the second dummy gate electrode 104b, the sidewall 106b, and a resist (not shown) as a mask to form a p-type source / drain region 107b. Form. Thereafter, heat treatment is performed on the substrate to activate the implanted impurities.

次に、図5(d)に示す工程で、半導体基板101上の全面にシリコン酸化膜を形成した後、CMP法によって、第1のダミーゲート電極104a及び第2のダミーゲート電極104bの上面が露出するまでシリコン酸化膜の平坦化を行って、NMISトランジスタ形成領域AreaA及びPMISトランジスタ形成領域AreaBに層間絶縁膜108を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 5D, after the silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101, the upper surfaces of the first dummy gate electrode 104a and the second dummy gate electrode 104b are formed by CMP. The silicon oxide film is planarized until it is exposed, and an interlayer insulating film 108 is formed in the NMIS transistor formation area AreaA and the PMIS transistor formation area AreaB.

次に、図5(e)に示す工程で、上面が露出している第1のダミーゲート電極104a及び第2のダミーゲート電極104bとその直下に形成してある絶縁膜103を選択的に除去して、ゲート電極形成用開口109a、109bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 5E, the first dummy gate electrode 104a and the second dummy gate electrode 104b whose upper surfaces are exposed and the insulating film 103 formed immediately below the first dummy gate electrode 104a are selectively removed. Thus, gate electrode formation openings 109a and 109b are formed.

次に、図5(f)に示す工程で、半導体基板101上の全面に、絶縁膜及び金属膜を順次形成する。その後、CMP法によって、層間絶縁膜108上の不要な金属膜及び絶縁膜を除去して、ゲート電極形成用開口109a内には絶縁膜からなるゲート絶縁膜110aと金属膜からなるゲート電極111aを形成し、ゲート電極形成用開口109b内には絶縁膜からなるゲート絶縁膜110bと金属膜からなるゲート電極111bを形成する。   Next, in the process shown in FIG. 5F, an insulating film and a metal film are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. Thereafter, unnecessary metal films and insulating films on the interlayer insulating film 108 are removed by CMP, and a gate insulating film 110a made of an insulating film and a gate electrode 111a made of a metal film are formed in the gate electrode forming opening 109a. A gate insulating film 110b made of an insulating film and a gate electrode 111b made of a metal film are formed in the gate electrode forming opening 109b.

この方法によれば、高温熱処理となるソース・ドレイン領域の活性化アニール工程後に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成することができる。
特開2000−315789号公報
According to this method, the gate insulating film and the gate electrode can be formed after the activation annealing step of the source / drain region which is a high temperature heat treatment.
JP 2000-315789 A

しかしながら、上記のような従来のダマシンゲート技術を用いた半導体装置の製造方法では、2種類以上の膜厚を有するゲート絶縁膜を同一基板上に形成する場合、ゲート電極形成用開口を形成した状態でフォトリソグラフィー工程を用いて形成するため、微小なゲート電極形成用開口内にレジスト残りが発生するという問題点がある。   However, in the method of manufacturing a semiconductor device using the conventional damascene gate technology as described above, when a gate insulating film having two or more kinds of film thickness is formed on the same substrate, a state in which an opening for forming a gate electrode is formed Therefore, there is a problem that a resist residue is generated in a minute opening for forming a gate electrode.

また、従来の製造方法で、絶縁材料の異なる2種類のゲート絶縁膜を形成する場合、一方のゲート絶縁膜は単層膜で構成されるが、他方のゲート絶縁膜は積層膜で構成される。このため、積層膜からなるゲート絶縁膜の場合、単層膜からなるゲート絶縁膜に比べて信頼性が劣るという問題が生じる。   In addition, when two types of gate insulating films having different insulating materials are formed by a conventional manufacturing method, one gate insulating film is formed of a single layer film, while the other gate insulating film is formed of a laminated film. . For this reason, in the case of a gate insulating film made of a laminated film, there arises a problem that the reliability is inferior compared to a gate insulating film made of a single layer film.

更に、従来の製造方法では、静電気放電(ESD)保護回路などで使用される高抵抗なゲート電極を持ったMISトランジスタを同一基板上に形成することが困難であるという課題がある。   Furthermore, the conventional manufacturing method has a problem that it is difficult to form a MIS transistor having a high-resistance gate electrode used in an electrostatic discharge (ESD) protection circuit or the like on the same substrate.

本発明の目的は、同一の半導体基板上に、2種類以上のゲート絶縁膜及びゲート電極を有するMIS型トランジスタを容易に形成することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of easily forming a MIS transistor having two or more types of gate insulating films and gate electrodes on the same semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same.

本発明の半導体装置は、半導体基板上の第1のトランジスタ形成領域に形成された第1のMIS型トランジスタと、半導体基板上の第2のトランジスタ形成領域に形成された第2のMIS型トランジスタを備えた半導体装置において、第1のMIS型トランジスタは、半導体基板上に形成された第1の絶縁膜からなる第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜上に形成された金属材料からなる第1のゲート電極とを備え、第2のMIS型トランジスタは、半導体基板上に形成された第2の絶縁膜からなる第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート絶縁膜上に形成された半導体材料からなる第2のゲート電極とを備えている。   A semiconductor device according to the present invention includes a first MIS type transistor formed in a first transistor formation region on a semiconductor substrate and a second MIS type transistor formed in a second transistor formation region on the semiconductor substrate. In the semiconductor device provided, the first MIS transistor includes a first gate insulating film made of the first insulating film formed on the semiconductor substrate and a metal material formed on the first gate insulating film. The second MIS type transistor is formed on the second gate insulating film made of the second insulating film formed on the semiconductor substrate, and on the second gate insulating film. And a second gate electrode made of a semiconductor material.

上記半導体装置において、第1のMIS型トランジスタは、第1のゲート電極の側面上に形成された第1のサイドウォールと、第1のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成された第1の層間絶縁膜とをさらに備え、第2のMIS型トランジスタは、第2のゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールと、第2のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第2のゲート電極及び第2のサイドウォールの上面を覆うように形成された第2の層間絶縁膜とをさらに備えている。   In the semiconductor device, the first MIS transistor includes a first sidewall formed on a side surface of the first gate electrode, and a semiconductor substrate in the first transistor formation region. A first interlayer insulating film formed at substantially the same height as the upper surface, and the second MIS transistor includes a second sidewall formed on the side surface of the second gate electrode, A second interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the second transistor formation region so as to cover the upper surfaces of the second gate electrode and the second sidewall is further provided.

上記半導体装置において、第1のMIS型トランジスタは、第1のゲート電極の下部側面上に形成された第1のサイドウォールと、第1のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成された層間絶縁膜とをさらに備え、第2のMIS型トランジスタは、第2のゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールと、第2のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第2のゲート電極及び第2のサイドウォールの上面を覆うように形成された層間絶縁膜とをさらに備え、第1のゲート電極の上面は、第2のゲート電極の上面よりも高く形成されており、第1のサイドウォール及び第2のサイドウォールは、第2のゲート電極の上面と同等以下の高さで形成されている。   In the semiconductor device, the first MIS transistor includes a first gate electrode formed on a first sidewall formed on a lower side surface of the first gate electrode and a semiconductor substrate in a first transistor formation region. And an interlayer insulating film formed at substantially the same height as the upper surface of the second MIS transistor. The second MIS transistor includes a second sidewall formed on the side surface of the second gate electrode, And an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the transistor formation region so as to cover the upper surfaces of the second gate electrode and the second sidewall, and the upper surface of the first gate electrode is The first sidewall and the second sidewall are formed at a height equal to or lower than the upper surface of the second gate electrode.

上記半導体装置において、第1のMIS型トランジスタは、第1のゲート電極の下部側面上に形成された第1のサイドウォールと、第1のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成されている層間絶縁膜とをさらに備え、第2のMIS型トランジスタは、第2のゲート電極を浮遊ゲート電極とするフラッシュメモリトランジスタであり、浮遊ゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールと、浮遊ゲート電極上に形成された第1の絶縁膜からなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜上に形成された金属材料からなる制御ゲート電極と、第2のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、制御ゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成されている層間絶縁膜とをさらに備え、第1のゲート電極の上面は、制御ゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成されており、第1のサイドウォール及び第2のサイドウォールは、浮遊ゲート電極の上面と同等以下の高さで形成されている。   In the semiconductor device, the first MIS transistor includes a first gate electrode formed on a first sidewall formed on a lower side surface of the first gate electrode and a semiconductor substrate in a first transistor formation region. The second MIS transistor is a flash memory transistor in which the second gate electrode is a floating gate electrode, and is provided with a floating gate electrode. A second sidewall formed on the side surface of the capacitor, a capacitor insulating film made of the first insulating film formed on the floating gate electrode, and a control gate electrode made of a metal material formed on the capacitor insulating film; And an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the second transistor formation region at substantially the same height as the upper surface of the control gate electrode. The first gate electrode The upper surface is formed at substantially the same height as the upper surface of the control gate electrode, and the first sidewall and the second sidewall are formed at a height equal to or lower than the upper surface of the floating gate electrode. .

上記半導体装置において、第1のゲート電極は、第1のサイドウォールに挟まれている下部領域に比べて、第1のサイドウォールの上方に位置する上部領域のパターン幅が広くなっている。   In the semiconductor device, the first gate electrode has a wider pattern width in the upper region located above the first sidewall than in the lower region sandwiched between the first sidewalls.

上記半導体装置において、第1のゲート電極と第1のサイドウォールとの間に、第1のゲート絶縁膜が形成されている。   In the semiconductor device, a first gate insulating film is formed between the first gate electrode and the first sidewall.

上記半導体装置において、第1のゲート絶縁膜は、高誘電体膜である。   In the semiconductor device, the first gate insulating film is a high dielectric film.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の第1のトランジスタ形成領域に形成された第1のゲート電極を有する第1のMIS型トランジスタと、半導体基板上の第2のトランジスタ形成領域に形成された第2のゲート電極を有する第2のMIS型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程(a)と、第1のトランジスタ形成領域の第2の絶縁膜上に半導体材料からなるダミーゲート電極を形成するとともに、第2のトランジスタ形成領域の第2の絶縁膜上に半導体材料からなる第2のゲート電極を形成する工程(b)と、工程(b)の後に、第1のトランジスタ形成領域のダミーゲート電極及びその下に位置する第2の絶縁膜を選択的に除去する工程(c)と、工程(c)の後に、第2の絶縁膜が除去された第1のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第1の絶縁膜からなる第1のゲート絶縁膜を形成する工程(d)と、第1のゲート絶縁膜上に金属材料からなる第1のゲート電極を形成する工程(e)とを備え、第2のゲート電極の下には、第2の絶縁膜からなる第2のゲート絶縁膜が形成されている。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first MIS transistor having a first gate electrode formed in a first transistor formation region on a semiconductor substrate, and a second transistor formation region on a semiconductor substrate. In a method for manufacturing a semiconductor device including a second MIS transistor having a formed second gate electrode, a step (a) of forming a second insulating film on a semiconductor substrate, and a first transistor formation region Forming a dummy gate electrode made of a semiconductor material on the second insulating film and forming a second gate electrode made of a semiconductor material on the second insulating film in the second transistor formation region (b) Then, after the step (b), the step (c) of selectively removing the dummy gate electrode in the first transistor formation region and the second insulating film located thereunder, and the step (c) (D) forming a first gate insulating film made of the first insulating film on the semiconductor substrate of the first transistor formation region from which the second insulating film has been removed; And a step (e) of forming a first gate electrode made of a metal material on the film, and a second gate insulating film made of the second insulating film is formed under the second gate electrode. Yes.

上記半導体装置の製造方法において、工程(b)の後で工程(c)の前に、ダミーゲート電極の側面上に第1のサイドウォールを形成するとともに、第2のゲート電極の側面上に第2のサイドウォールを形成する第1の工程と、第1の工程の後に、第2のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第2のゲート電極及び第2のサイドウォールの上面を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の工程の後に、第1のトランジスタ形成領域の半導体基板上に、第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さを有する第1の層間絶縁膜を形成する第3の工程とを備えている。   In the method of manufacturing the semiconductor device, after the step (b) and before the step (c), the first sidewall is formed on the side surface of the dummy gate electrode, and the first side wall is formed on the side surface of the second gate electrode. A first step of forming the second sidewall, and after the first step, the second gate electrode and the second sidewall are covered on the semiconductor substrate in the second transistor formation region so as to cover the upper surface of the second sidewall. A second step of forming the second interlayer insulating film, and a second step having a height substantially the same as the upper surface of the first gate electrode on the semiconductor substrate in the first transistor formation region after the second step. And a third step of forming one interlayer insulating film.

上記半導体装置の製造方法において、工程(b)の後で工程(c)の前に、ダミーゲート電極の側面上に第1のサイドウォールを形成するとともに、第2のゲート電極の側面上に第2のサイドウォールを形成する第1の工程と、第1の工程の後に、半導体基板上に、ダミーゲート電極及び第2のゲート電極の上面を覆うように層間絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の工程の後に、ダミーゲート電極上の層間絶縁膜を除去して、ダミーゲート電極に到達する第1の開口を形成する第3の工程とを備えている。   In the method of manufacturing the semiconductor device, after the step (b) and before the step (c), the first sidewall is formed on the side surface of the dummy gate electrode, and the first side wall is formed on the side surface of the second gate electrode. A first step of forming the second sidewall, and a second step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the upper surfaces of the dummy gate electrode and the second gate electrode after the first step. And a third step of forming a first opening reaching the dummy gate electrode by removing the interlayer insulating film on the dummy gate electrode after the second step.

上記半導体装置の製造方法において、第2のMIS型トランジスタは、第2のゲート電極を浮遊ゲート電極とするフラッシュメモリトランジスタであり、工程(b)の後で工程(c)の前に、ダミーゲート電極の側面上に第1のサイドウォールを形成するとともに、第2のゲート電極の側面上に第2のサイドウォールを形成する第1の工程と、第1の工程の後に、半導体基板上に、ダミーゲート電極及び第2のゲート電極の上面を覆うように層間絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の工程の後に、ダミーゲート電極上の層間絶縁膜を除去して、ダミーゲート電極に到達する第1の開口を形成する第3の工程とを備え、工程(c)では、第1の開口内に露出するダミーゲート電極及びその下に位置する第2の絶縁膜を選択的に除去し、工程(c)の後で、工程(d)の前に、第2のゲート電極上の層間絶縁膜を除去して、第2のゲート電極に到達する第2の開口を形成する工程を有し、工程(d)では、第1の開口内に露出する半導体基板上に、第1の絶縁膜からなる第1のゲート絶縁膜を形成するとともに、第2の開口内に露出する第2のゲート電極上に第1の絶縁膜からなる容量絶縁膜を形成し、工程(e)では、第1のゲート絶縁膜上に金属材料からなる第1のゲート電極を形成するとともに、容量絶縁膜上に金属材料からなる制御ゲート電極を形成する。   In the semiconductor device manufacturing method, the second MIS transistor is a flash memory transistor having the second gate electrode as a floating gate electrode, and a dummy gate is provided after step (b) and before step (c). A first step of forming a first sidewall on the side surface of the electrode and a second sidewall on the side surface of the second gate electrode; and after the first step, on the semiconductor substrate, A second step of forming an interlayer insulating film so as to cover the upper surfaces of the dummy gate electrode and the second gate electrode; and after the second step, the interlayer insulating film on the dummy gate electrode is removed and the dummy gate electrode Forming a first opening reaching the first opening, and in the step (c), a dummy gate electrode exposed in the first opening and a second insulating film located thereunder are selectively formed. Remove and process ( ) And before the step (d), there is a step of removing the interlayer insulating film on the second gate electrode to form a second opening reaching the second gate electrode, In d), a first gate insulating film made of the first insulating film is formed on the semiconductor substrate exposed in the first opening, and on the second gate electrode exposed in the second opening. A capacitor insulating film made of a first insulating film is formed. In step (e), a first gate electrode made of a metal material is formed on the first gate insulating film, and a metal material is formed on the capacitor insulating film. A control gate electrode is formed.

本発明によれば、ダマシン構造の第1のゲート電極を形成するためのダミーゲート電極と同時に、第2のゲート電極を形成することによって、同一の半導体基板上に、2種類以上のゲート絶縁膜及びゲート電極を有するMIS型トランジスタを容易に形成することができる。   According to the present invention, two or more types of gate insulating films are formed on the same semiconductor substrate by forming the second gate electrode simultaneously with the dummy gate electrode for forming the first gate electrode having the damascene structure. In addition, a MIS transistor having a gate electrode can be easily formed.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)〜図1(f)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、左側領域は第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAを示し、中央領域はPMISトランジスタ形成領域AreaBを示し、右側領域は第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCを示している。   FIG. 1A to FIG. 1F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the left region shows the first NMIS transistor formation region AreaA, the central region shows the PMIS transistor formation region AreaB, and the right region shows the second NMIS transistor formation region AreaC.

まず、図1(a)に示す工程で、半導体基板11の第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにPウェル領域11aを形成し、半導体基板11のPMISトランジスタ形成領域AreaBにNウェル領域11bを形成する。そして、半導体基板11に、各素子形成領域の活性領域を囲むトレンチ型の素子分離領域12を形成する。   First, in the step shown in FIG. 1A, the P well region 11a is formed in the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC of the semiconductor substrate 11, and the PMIS transistor formation area of the semiconductor substrate 11 is formed. An N well region 11b is formed in AreaB. Then, a trench type element isolation region 12 surrounding the active region of each element formation region is formed in the semiconductor substrate 11.

次に、図1(b)に示す工程で、半導体基板11上に、厚さ7nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜13と厚さ200nmのポリシリコン膜を順次形成する。その後、ポリシリコン膜をパターニングして、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAに第1のダミーゲート電極14aを形成し、PMISトランジスタ形成領域AreaBに第2のダミーゲート電極14bを形成し、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにゲート電極14cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに、第1のダミーゲート電極14a、ゲート電極14c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、n型LDD領域又はn型エクステンション領域となる第1のn型拡散領域15a及び第2のn型拡散領域15cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極14b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型LDD領域又はp型エクステンション領域となるp型拡散領域15bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 1B, an insulating film 13 made of a silicon oxide film having a thickness of 7 nm and a polysilicon film having a thickness of 200 nm are sequentially formed on the semiconductor substrate 11. Thereafter, the polysilicon film is patterned to form the first dummy gate electrode 14a in the first NMIS transistor formation area AreaA, the second dummy gate electrode 14b in the PMIS transistor formation area AreaB, and the second dummy gate electrode 14b. A gate electrode 14c is formed in the NMIS transistor formation region AreaC. Thereafter, n-type impurity ions are implanted into the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC using the first dummy gate electrode 14a, the gate electrode 14c, and a resist (not shown) as a mask. To form a first n-type diffusion region 15a and a second n-type diffusion region 15c to be an n-type LDD region or an n-type extension region. The PMIS transistor formation area AreaB becomes a p-type LDD region or a p-type extension region by ion implantation of p-type impurities using the second dummy gate electrode 14b and a resist (not shown) as a mask. A p-type diffusion region 15b is formed.

次に、図1(c)に示す工程で、基板上の全面に、厚さ15nmのシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜をエッチバックすることにより、第1のダミーゲート電極14a、第2のダミーゲート電極14b及びゲート電極14cの側面上に、絶縁性のサイドウォール16a、16b、16cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに、第1のダミーゲート電極14a、ゲート電極14c、サイドウォール16a、16c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、第1のn型ソース・ドレイン領域17a及び第2のn型ソース・ドレイン領域17cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極14b、サイドウォール16b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型ソース・ドレイン領域17bを形成する。その後、基板に対して1000℃の熱処理を行って、イオン注入された不純物を活性化する。   Next, in the step shown in FIG. 1C, a silicon oxide film having a thickness of 15 nm is formed on the entire surface of the substrate, and then the silicon oxide film is etched back, whereby the first dummy gate electrode 14a, Insulating sidewalls 16a, 16b, and 16c are formed on the side surfaces of the second dummy gate electrode 14b and the gate electrode 14c. Thereafter, the first dummy gate electrode 14a, the gate electrode 14c, the sidewalls 16a and 16c, and a resist (not shown) are used as a mask in the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC. N-type impurity ions are implanted to form the first n-type source / drain region 17a and the second n-type source / drain region 17c. Further, in the PMIS transistor formation area AreaB, ion implantation of p-type impurities is performed using the second dummy gate electrode 14b, the sidewall 16b, and a resist (not shown) as a mask to form a p-type source / drain region 17b. Form. Thereafter, the substrate is heat-treated at 1000 ° C. to activate the implanted impurities.

次に、図1(d)に示す工程で、半導体基板11上の全面に厚さ300nmのシリコン窒化膜を形成した後、CMP法などによってシリコン窒化膜表面の平坦化を行う。その後、シリコン窒化膜上に、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCを覆い、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及びPMISトランジスタ形成領域AreaBに開口を有するレジスト(図示せず)を形成する。その後、レジストをマスクにして、シリコン窒化膜を選択的にエッチングして、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに第1の層間絶縁膜18を形成する。その後、半導体基板11上の全面に厚さ600nmのBPSG膜19Aを形成する。   Next, in a step shown in FIG. 1D, after a silicon nitride film having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11, the surface of the silicon nitride film is planarized by CMP or the like. Thereafter, a resist (not shown) is formed on the silicon nitride film, covering the second NMIS transistor formation area AreaC and having openings in the first NMIS transistor formation area AreaA and the PMIS transistor formation area AreaB. Thereafter, using the resist as a mask, the silicon nitride film is selectively etched to form a first interlayer insulating film 18 in the second NMIS transistor formation area AreaC. Thereafter, a BPSG film 19A having a thickness of 600 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11.

次に、図1(e)に示す工程で、CMP法によって、第1の層間絶縁膜18上のBPSG膜19Aを除去するとともに、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bの上面が露出するまでBPSG膜19Aの平坦化を行って、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及びPMISトランジスタ形成領域AreaBに第2の層間絶縁膜19を形成する。このCMPでは、シリコン窒化膜に比べてBPSG膜の方が研磨レートの早い条件で行うことによって、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bの上面が露出しても、ゲート電極14c上には第1の層間絶縁膜18を残存させることができる。その後、上面が露出している第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bとその直下に形成してある絶縁膜13を選択的に除去して、ゲート電極形成用開口20a、20bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 1E, the BPSG film 19A on the first interlayer insulating film 18 is removed by CMP and the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b are removed. The BPSG film 19A is planarized until the upper surface is exposed, and the second interlayer insulating film 19 is formed in the first NMIS transistor formation area AreaA and the PMIS transistor formation area AreaB. In this CMP, even if the upper surfaces of the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b are exposed by performing the BPSG film at a higher polishing rate than the silicon nitride film, the gate electrode The first interlayer insulating film 18 can remain on 14c. Thereafter, the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b whose upper surfaces are exposed and the insulating film 13 formed immediately below the gate electrode formation openings 20a and 20b are selectively removed. Form.

次に、図1(f)に示す工程で、半導体基板11上の全面に、厚さ5nmのハフニウム酸化膜を形成した後、ハフニウム酸化膜上に厚さ250nmのタングステン膜を形成する。その後、CMP法によって、第1の層間絶縁膜18及び第2の層間絶縁膜19上の不要なタングステン膜及びハフニウム酸化膜を除去して、ゲート電極形成用開口20a内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜21aとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極22aを形成し、ゲート電極形成用開口20b内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜21bとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極22bを形成する。なお、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCでは、残存している絶縁膜13のうちゲート電極14c下に位置する絶縁膜13がそのままゲート絶縁膜となる。   Next, in the step shown in FIG. 1F, a 5 nm-thick hafnium oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11, and then a 250-nm-thick tungsten film is formed on the hafnium oxide film. Thereafter, unnecessary tungsten film and hafnium oxide film on the first interlayer insulating film 18 and the second interlayer insulating film 19 are removed by CMP, and the gate electrode forming opening 20a is made of a hafnium oxide film. A gate electrode 22a having a damascene structure made of a gate insulating film 21a and a tungsten film is formed, and a gate insulating film 21b made of a hafnium oxide film and a damascene gate electrode 22b made of a tungsten film are formed in the gate electrode formation opening 20b. To do. In the second NMIS transistor formation area AreaC, the insulating film 13 located under the gate electrode 14c among the remaining insulating film 13 becomes the gate insulating film as it is.

以上のような方法によって、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜21a上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極22aを有する第1のNMISトランジスタが形成され、PMISトランジスタ形成領域AreaBにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜21b上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極22bを有するPMISトランジスタが形成され、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにはシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13上に形成されたポリシリコン膜からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタが形成される。   By the method as described above, the first NMIS transistor having the damascene gate electrode 22a made of the tungsten film formed on the gate insulating film 21a made of the hafnium oxide film is formed in the first NMIS transistor formation region AreaA. A PMIS transistor having a damascene gate electrode 22b made of a tungsten film formed on a gate insulating film 21b made of a hafnium oxide film is formed in the PMIS transistor formation area AreaB, and is formed in the second NMIS transistor formation area AreaC. A second NMIS transistor having a gate electrode 14c made of a polysilicon film formed on the gate insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed.

本実施形態によれば、同一の半導体基板11上に、ハフニウム酸化膜のような金属酸化膜からなるゲート絶縁膜21aとタングステン膜のような金属膜からなるゲート電極22aを有する第1のNMISトランジスタと、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13とポリシリコン膜のような半導体膜からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタとを備えた半導体装置を形成することができる。しかも、ゲート絶縁膜21a、21bとなるハフニウム酸化膜のような金属酸化膜は、高温熱処理となるソース・ドレイン領域17a、17b、17cの注入不純物を活性化させるための活性化アニール後に形成するため、高温熱処理による金属酸化膜の劣化を回避することができる。また、金属膜からなるゲート電極22a、22bを形成するためのダミーゲート電極14a、14bと同時に、半導体膜からなるゲート電極14cを形成するため、製造工程の増加を抑制することができる。さらに、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13を形成する工程とは別に、金属酸化膜からなるゲート絶縁膜21a、21bを形成するため、ゲート絶縁膜の信頼性向上を図ることができる。   According to the present embodiment, the first NMIS transistor having the gate insulating film 21a made of a metal oxide film such as a hafnium oxide film and the gate electrode 22a made of a metal film such as a tungsten film on the same semiconductor substrate 11. And a second NMIS transistor having a gate insulating film 13 made of a silicon oxide film and a gate electrode 14c made of a semiconductor film such as a polysilicon film can be formed. In addition, a metal oxide film such as a hafnium oxide film that becomes the gate insulating films 21a and 21b is formed after activation annealing for activating the implanted impurities in the source / drain regions 17a, 17b, and 17c that are subjected to high-temperature heat treatment. Degradation of the metal oxide film due to high-temperature heat treatment can be avoided. In addition, since the gate electrode 14c made of a semiconductor film is formed simultaneously with the dummy gate electrodes 14a, 14b for forming the gate electrodes 22a, 22b made of a metal film, an increase in manufacturing steps can be suppressed. Furthermore, since the gate insulating films 21a and 21b made of a metal oxide film are formed separately from the step of forming the gate insulating film 13 made of a silicon oxide film, the reliability of the gate insulating film can be improved.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2(a)〜図2(f)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、左側領域は第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAを示し、中央領域はPMISトランジスタ形成領域AreaBを示し、右側領域は第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCを示している。なお、第1の実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付している。   FIG. 2A to FIG. 2F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the left region shows the first NMIS transistor formation region AreaA, the central region shows the PMIS transistor formation region AreaB, and the right region shows the second NMIS transistor formation region AreaC. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment.

まず、図2(a)に示す工程で、半導体基板11の第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにPウェル領域11aを形成し、半導体基板11のPMISトランジスタ形成領域AreaBにNウェル領域11bを形成する。そして、半導体基板11に、各素子形成領域の活性領域を囲むトレンチ型の素子分離領域12を形成する。   First, in the step shown in FIG. 2A, the P well region 11a is formed in the first NMIS transistor forming area AreaA and the second NMIS transistor forming area AreaC of the semiconductor substrate 11, and the PMIS transistor forming area of the semiconductor substrate 11 is formed. An N well region 11b is formed in AreaB. Then, a trench type element isolation region 12 surrounding the active region of each element formation region is formed in the semiconductor substrate 11.

次に、図2(b)に示す工程で、半導体基板11上に、厚さ7nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜13と厚さ200nmのポリシリコン膜を順次形成する。その後、ポリシリコン膜をパターニングして、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAに第1のダミーゲート電極14aを形成し、PMISトランジスタ形成領域AreaBに第2のダミーゲート電極14bを形成し、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにゲート電極14cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに、第1のダミーゲート電極14a、ゲート電極14c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、n型LDD領域又はn型エクステンション領域となる第1のn型拡散領域15a及び第2のn型拡散領域15cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極14b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型LDD領域又はp型エクステンション領域となるp型拡散領域15bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2B, an insulating film 13 made of a silicon oxide film having a thickness of 7 nm and a polysilicon film having a thickness of 200 nm are sequentially formed on the semiconductor substrate 11. Thereafter, the polysilicon film is patterned to form the first dummy gate electrode 14a in the first NMIS transistor formation area AreaA, the second dummy gate electrode 14b in the PMIS transistor formation area AreaB, and the second dummy gate electrode 14b. A gate electrode 14c is formed in the NMIS transistor formation region AreaC. Thereafter, n-type impurity ions are implanted into the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC using the first dummy gate electrode 14a, the gate electrode 14c, and a resist (not shown) as a mask. To form a first n-type diffusion region 15a and a second n-type diffusion region 15c to be an n-type LDD region or an n-type extension region. The PMIS transistor formation area AreaB becomes a p-type LDD region or a p-type extension region by ion implantation of p-type impurities using the second dummy gate electrode 14b and a resist (not shown) as a mask. A p-type diffusion region 15b is formed.

次に、図2(c)に示す工程で、基板上の全面に、厚さ15nmのシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜をエッチバックすることにより、第1のダミーゲート電極14a、第2のダミーゲート電極14b及びゲート電極14cの側面上に、絶縁性のサイドウォール16a、16b、16cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに、第1のダミーゲート電極14a、ゲート電極14c、サイドウォール16a、16c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、第1のn型ソース・ドレイン領域17a及び第2のn型ソース・ドレイン領域17cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極14b、サイドウォール16b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型ソース・ドレイン領域17bを形成する。その後、基板に対して1000℃の熱処理を行って、イオン注入された不純物を活性化する。   Next, in the step shown in FIG. 2C, a silicon oxide film having a thickness of 15 nm is formed on the entire surface of the substrate, and then the silicon oxide film is etched back, whereby the first dummy gate electrode 14a, Insulating sidewalls 16a, 16b, and 16c are formed on the side surfaces of the second dummy gate electrode 14b and the gate electrode 14c. Thereafter, the first dummy gate electrode 14a, the gate electrode 14c, the sidewalls 16a and 16c, and a resist (not shown) are used as a mask in the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC. N-type impurity ions are implanted to form the first n-type source / drain region 17a and the second n-type source / drain region 17c. Further, in the PMIS transistor formation area AreaB, ion implantation of p-type impurities is performed using the second dummy gate electrode 14b, the sidewall 16b, and a resist (not shown) as a mask to form a p-type source / drain region 17b. Form. Thereafter, the substrate is heat-treated at 1000 ° C. to activate the implanted impurities.

次に、図2(d)に示す工程で、半導体基板11上の全面に厚さ500nmのBPSG膜を形成した後、CMP法などによってBPSG膜表面の平坦化を行って層間絶縁膜23を形成する。その後、層間絶縁膜23上に、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14b上に開口を有するレジスト(図示せず)を形成する。その後、レジストをマスクにして、層間絶縁膜23を選択的にエッチングして、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bに到達する開口部24A、24Bを形成する。このとき、開口部24A、24Bは、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bとほぼ同一のパターン幅で形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2D, after forming a BPSG film having a thickness of 500 nm on the entire surface of the semiconductor substrate 11, the surface of the BPSG film is planarized by CMP or the like to form an interlayer insulating film 23. To do. Thereafter, a resist (not shown) having an opening is formed on the interlayer insulating film 23 on the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b. Thereafter, using the resist as a mask, the interlayer insulating film 23 is selectively etched to form openings 24A and 24B reaching the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b. At this time, the openings 24A and 24B are formed with substantially the same pattern width as that of the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b.

次に、図2(e)に示す工程で、開口部24A、24B内に露出している第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bとその直下に形成してある絶縁膜13を選択的に除去して、ゲート電極形成用開口24a、24bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2E, the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b exposed in the openings 24A and 24B and the insulating film 13 formed immediately below the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b. Are selectively removed to form gate electrode formation openings 24a and 24b.

次に、図2(f)に示す工程で、半導体基板11上の全面に、厚さ5nmのハフニウム酸化膜を形成した後、ハフニウム酸化膜上に厚さ250nmのタングステン膜を形成する。その後、CMP法によって、層間絶縁膜23上の不要なタングステン膜及びハフニウム酸化膜を除去して、ゲート電極形成用開口24a内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25aとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26aを形成し、ゲート電極形成用開口24b内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25bとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26bを形成する。なお、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCでは、残存している絶縁膜13のうちゲート電極14c下に位置する絶縁膜13がそのままゲート絶縁膜となる。   Next, in a step shown in FIG. 2F, a 5 nm-thick hafnium oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11, and then a 250-nm-thick tungsten film is formed on the hafnium oxide film. Thereafter, an unnecessary tungsten film and hafnium oxide film on the interlayer insulating film 23 are removed by CMP, and a gate insulating film 25a made of a hafnium oxide film and a damascene structure made of a tungsten film are formed in the gate electrode formation opening 24a. The gate electrode 26a is formed, and a gate insulating film 25b made of a hafnium oxide film and a damascene gate electrode 26b made of a tungsten film are formed in the gate electrode formation opening 24b. In the second NMIS transistor formation area AreaC, the insulating film 13 located under the gate electrode 14c among the remaining insulating film 13 becomes the gate insulating film as it is.

以上のような方法によって、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25a上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26aを有する第1のNMISトランジスタが形成され、PMISトランジスタ形成領域AreaBにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25b上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26bを有するPMISトランジスタが形成され、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにはシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13上に形成されたポリシリコン膜からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタが形成される。   By the above method, the first NMIS transistor having the damascene gate electrode 26a made of the tungsten film formed on the gate insulating film 25a made of the hafnium oxide film is formed in the first NMIS transistor formation region AreaA. A PMIS transistor having a damascene gate electrode 26b made of a tungsten film formed on a gate insulating film 25b made of a hafnium oxide film is formed in the PMIS transistor formation area AreaB, and is formed in the second NMIS transistor formation area AreaC. A second NMIS transistor having a gate electrode 14c made of a polysilicon film formed on the gate insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed.

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、同一の半導体基板11上に、ハフニウム酸化膜のような金属酸化膜からなるゲート絶縁膜25aとタングステン膜のような金属膜からなるダマシン構造のゲート電極26aを有する第1のNMISトランジスタと、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13とポリシリコン膜のような半導体膜からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタとを備えた半導体装置を形成することができる。しかも、ゲート絶縁膜25a、25bとなるハフニウム酸化膜のような金属酸化膜は、高温熱処理となるソース・ドレイン領域17a、17b、17cの注入不純物を活性化させるための活性化アニール後に形成するため、高温熱処理による金属酸化膜の劣化を回避することができる。また、金属膜からなるゲート電極26a、26bを形成するためのダミーゲート電極14a、14bと同時に、半導体膜からなるゲート電極14cを形成するため、製造工程の増加を抑制することができる。さらに、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13を形成する工程とは別に、金属酸化膜からなるゲート絶縁膜25a、25bを形成するため、ゲート絶縁膜の信頼性向上を図ることができる。   According to this embodiment, as in the first embodiment, a damascene made of a gate insulating film 25a made of a metal oxide film such as a hafnium oxide film and a metal film such as a tungsten film on the same semiconductor substrate 11. A semiconductor device comprising a first NMIS transistor having a gate electrode 26a having a structure, and a second NMIS transistor having a gate insulating film 13 made of a silicon oxide film and a gate electrode 14c made of a semiconductor film such as a polysilicon film. Can be formed. Moreover, a metal oxide film such as a hafnium oxide film that becomes the gate insulating films 25a and 25b is formed after activation annealing for activating the implanted impurities in the source / drain regions 17a, 17b, and 17c, which are subjected to high-temperature heat treatment. Degradation of the metal oxide film due to high-temperature heat treatment can be avoided. Further, since the gate electrode 14c made of a semiconductor film is formed simultaneously with the dummy gate electrodes 14a, 14b for forming the gate electrodes 26a, 26b made of a metal film, an increase in the manufacturing process can be suppressed. Further, since the gate insulating films 25a and 25b made of a metal oxide film are formed separately from the step of forming the gate insulating film 13 made of a silicon oxide film, the reliability of the gate insulating film can be improved.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図3(a)〜図3(f)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、左側領域は第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAを示し、中央領域はPMISトランジスタ形成領域AreaBを示し、右側領域は第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCを示している。なお、第1の実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付している。   FIG. 3A to FIG. 3F are cross-sectional views showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the left region shows the first NMIS transistor formation region AreaA, the central region shows the PMIS transistor formation region AreaB, and the right region shows the second NMIS transistor formation region AreaC. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment.

まず、図3(a)に示す工程で、半導体基板11の第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにPウェル領域11aを形成し、半導体基板11のPMISトランジスタ形成領域AreaBにNウェル領域11bを形成する。そして、半導体基板11に、各素子形成領域の活性領域を囲むトレンチ型の素子分離領域12を形成する。   First, in the step shown in FIG. 3A, the P well region 11a is formed in the first NMIS transistor forming area AreaA and the second NMIS transistor forming area AreaC of the semiconductor substrate 11, and the PMIS transistor forming area of the semiconductor substrate 11 is formed. An N well region 11b is formed in AreaB. Then, a trench type element isolation region 12 surrounding the active region of each element formation region is formed in the semiconductor substrate 11.

次に、図3(b)に示す工程で、半導体基板11上に、厚さ7nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜13と厚さ200nmのポリシリコン膜を順次形成する。その後、ポリシリコン膜をパターニングして、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAに第1のダミーゲート電極14aを形成し、PMISトランジスタ形成領域AreaBに第2のダミーゲート電極14bを形成し、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにゲート電極14cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに、第1のダミーゲート電極14a、ゲート電極14c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、n型LDD領域又はn型エクステンション領域となる第1のn型拡散領域15a及び第2のn型拡散領域15cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極14b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型LDD領域又はp型エクステンション領域となるp型拡散領域15bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 3B, an insulating film 13 made of a silicon oxide film having a thickness of 7 nm and a polysilicon film having a thickness of 200 nm are sequentially formed on the semiconductor substrate 11. Thereafter, the polysilicon film is patterned to form the first dummy gate electrode 14a in the first NMIS transistor formation area AreaA, the second dummy gate electrode 14b in the PMIS transistor formation area AreaB, and the second dummy gate electrode 14b. A gate electrode 14c is formed in the NMIS transistor formation region AreaC. Thereafter, n-type impurity ions are implanted into the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC using the first dummy gate electrode 14a, the gate electrode 14c, and a resist (not shown) as a mask. To form a first n-type diffusion region 15a and a second n-type diffusion region 15c to be an n-type LDD region or an n-type extension region. The PMIS transistor formation area AreaB becomes a p-type LDD region or a p-type extension region by ion implantation of p-type impurities using the second dummy gate electrode 14b and a resist (not shown) as a mask. A p-type diffusion region 15b is formed.

次に、図3(c)に示す工程で、基板上の全面に、厚さ15nmのシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜をエッチバックすることにより、第1のダミーゲート電極14a、第2のダミーゲート電極14b及びゲート電極14cの側面上に、絶縁性のサイドウォール16a、16b、16cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及び第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCに、第1のダミーゲート電極14a、ゲート電極14c、サイドウォール16a、16c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、第1のn型ソース・ドレイン領域17a及び第2のn型ソース・ドレイン領域17cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極14b、サイドウォール16b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型ソース・ドレイン領域17bを形成する。その後、基板に対して1000℃の熱処理を行って、イオン注入された不純物を活性化する。   Next, in the step shown in FIG. 3C, a silicon oxide film having a thickness of 15 nm is formed on the entire surface of the substrate, and then the silicon oxide film is etched back, whereby the first dummy gate electrode 14a, Insulating sidewalls 16a, 16b, and 16c are formed on the side surfaces of the second dummy gate electrode 14b and the gate electrode 14c. Thereafter, the first dummy gate electrode 14a, the gate electrode 14c, the sidewalls 16a and 16c, and a resist (not shown) are used as a mask in the first NMIS transistor formation area AreaA and the second NMIS transistor formation area AreaC. N-type impurity ions are implanted to form the first n-type source / drain region 17a and the second n-type source / drain region 17c. Further, in the PMIS transistor formation area AreaB, ion implantation of p-type impurities is performed using the second dummy gate electrode 14b, the sidewall 16b, and a resist (not shown) as a mask to form a p-type source / drain region 17b. Form. Thereafter, the substrate is heat-treated at 1000 ° C. to activate the implanted impurities.

次に、図3(d)に示す工程で、半導体基板11上の全面に厚さ500nmのBPSG膜を形成した後、CMP法などによってBPSG膜表面の平坦化を行って層間絶縁膜27を形成する。その後、層間絶縁膜27上に、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14b上に開口を有するレジスト(図示せず)を形成する。その後、レジストをマスクにして、層間絶縁膜27を選択的にエッチングして、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bに到達する開口部28A、28Bを形成する。このとき、開口部28A、28Bは、第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bよりもパターン幅を広く形成する。   Next, in the step shown in FIG. 3D, after forming a BPSG film having a thickness of 500 nm on the entire surface of the semiconductor substrate 11, the surface of the BPSG film is planarized by CMP or the like to form the interlayer insulating film 27. To do. Thereafter, a resist (not shown) having openings on the first dummy gate electrode 14 a and the second dummy gate electrode 14 b is formed on the interlayer insulating film 27. Thereafter, using the resist as a mask, the interlayer insulating film 27 is selectively etched to form openings 28A and 28B reaching the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b. At this time, the openings 28A and 28B are formed to have a wider pattern width than the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b.

次に、図3(e)に示す工程で、開口部28A、28B内に露出している第1のダミーゲート電極14a及び第2のダミーゲート電極14bとその直下に形成してある絶縁膜13を選択的に除去して、ゲート電極形成用開口28a、28bを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 3E, the first dummy gate electrode 14a and the second dummy gate electrode 14b exposed in the openings 28A and 28B and the insulating film 13 formed immediately therebelow. Are selectively removed to form gate electrode formation openings 28a and 28b.

次に、図3(f)に示す工程で、半導体基板11上の全面に、厚さ5nmのハフニウム酸化膜を形成した後、ハフニウム酸化膜上に厚さ250nmのタングステン膜を形成する。その後、CMP法によって、層間絶縁膜27上の不要なタングステン膜及びハフニウム酸化膜を除去して、ゲート電極形成用開口28a内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜29aとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極30aを形成し、ゲート電極形成用開口28b内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜29bとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極30bを形成する。なお、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCでは、残存している絶縁膜13のうちゲート電極14c下に位置する絶縁膜13がそのままゲート絶縁膜となる。   Next, in the step shown in FIG. 3F, a 5 nm-thick hafnium oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11, and then a 250-nm-thick tungsten film is formed on the hafnium oxide film. Thereafter, unnecessary tungsten film and hafnium oxide film on the interlayer insulating film 27 are removed by CMP, and a gate insulating film 29a made of a hafnium oxide film and a damascene structure made of a tungsten film are formed in the gate electrode formation opening 28a. The gate electrode 30a is formed, and a gate insulating film 29b made of a hafnium oxide film and a damascene gate electrode 30b made of a tungsten film are formed in the gate electrode formation opening 28b. In the second NMIS transistor formation region AreaC, the insulating film 13 located under the gate electrode 14c among the remaining insulating film 13 becomes the gate insulating film as it is.

以上のような方法によって、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜29a上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極30aを有する第1のNMISトランジスタが形成され、PMISトランジスタ形成領域AreaBにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜29b上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極30bを有するPMISトランジスタが形成され、第2のNMISトランジスタ形成領域AreaCにはシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13上に形成されたポリシリコン膜からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタが形成される。   By the above method, the first NMIS transistor having the damascene gate electrode 30a made of the tungsten film formed on the gate insulating film 29a made of the hafnium oxide film is formed in the first NMIS transistor formation region AreaA. In the PMIS transistor formation area AreaB, a PMIS transistor having a damascene gate electrode 30b made of a tungsten film formed on the gate insulating film 29b made of a hafnium oxide film is formed, and is formed in the second NMIS transistor formation area AreaC. A second NMIS transistor having a gate electrode 14c made of a polysilicon film formed on the gate insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed.

本実施形態によれば、第1及び第2の実施形態と同様に、同一の半導体基板11上に、ハフニウム酸化膜のような金属酸化膜からなるゲート絶縁膜29aとタングステン膜のような金属膜からなるダマシン構造のゲート電極30aを有する第1のNMISトランジスタと、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13とポリシリコン膜のような半導体膜からなるゲート電極14cを有する第2のNMISトランジスタとを備えた半導体装置を形成することができる。しかも、ゲート絶縁膜29a、29bとなるハフニウム酸化膜のような金属酸化膜は、高温熱処理となるソース・ドレイン領域17a、17b、17cの注入不純物を活性化させるための活性化アニール後に形成するため、高温熱処理による金属酸化膜の劣化を回避することができる。また、金属膜からなるゲート電極30a、30bを形成するためのダミーゲート電極14a、14bと同時に、半導体膜からなるゲート電極14cを形成するため、製造工程の増加を抑制することができる。さらに、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜13を形成する工程とは別に、金属酸化膜からなるゲート絶縁膜29a、29bを形成するため、ゲート絶縁膜の信頼性向上を図ることができる。   According to this embodiment, as in the first and second embodiments, the gate insulating film 29a made of a metal oxide film such as a hafnium oxide film and a metal film such as a tungsten film are formed on the same semiconductor substrate 11. A first NMIS transistor having a damascene gate electrode 30a, and a second NMIS transistor having a gate insulating film 13 made of a silicon oxide film and a gate electrode 14c made of a semiconductor film such as a polysilicon film. A semiconductor device can be formed. Moreover, a metal oxide film such as a hafnium oxide film that becomes the gate insulating films 29a and 29b is formed after activation annealing for activating the implanted impurities in the source / drain regions 17a, 17b, and 17c, which are subjected to high-temperature heat treatment. Degradation of the metal oxide film due to high-temperature heat treatment can be avoided. In addition, since the gate electrode 14c made of a semiconductor film is formed simultaneously with the dummy gate electrodes 14a, 14b for forming the gate electrodes 30a, 30b made of a metal film, an increase in manufacturing steps can be suppressed. Further, since the gate insulating films 29a and 29b made of the metal oxide film are formed separately from the step of forming the gate insulating film 13 made of the silicon oxide film, the reliability of the gate insulating film can be improved.

さらに、本実施形態のゲート電極30a、30bは、サイドウォール16a、16bに挟まれている下部領域に比べて、サイドウォール16a、16bの上方に位置する上部領域のパターン幅が広くなっているため、第2の実施形態に比べてゲート電極の低抵抗化を図ることができる。   Furthermore, the gate electrodes 30a and 30b of this embodiment have a wider pattern width in the upper region located above the sidewalls 16a and 16b than in the lower region sandwiched between the sidewalls 16a and 16b. As compared with the second embodiment, the resistance of the gate electrode can be reduced.

また、本実施形態と第2の実施形態を組み合わせることによって、同一の半導体基板上に、同一の製造工程でゲート電極の断面構造が異なる2種類のMISトランジスタを形成することができる。   Further, by combining this embodiment and the second embodiment, two types of MIS transistors having different gate electrode cross-sectional structures can be formed on the same semiconductor substrate in the same manufacturing process.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図4(a)〜図4(f)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図中において、左側領域は第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAを示し、中央領域はPMISトランジスタ形成領域AreaBを示し、右側領域はフラッシュメモリセル形成領域AreaDを示している。なお、第2の実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付している。   FIG. 4A to FIG. 4F are cross-sectional views showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In the drawing, the left side region shows the first NMIS transistor formation region AreaA, the central region shows the PMIS transistor formation region AreaB, and the right side region shows the flash memory cell formation region AreaD. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 2nd Embodiment.

まず、図4(a)に示す工程で、半導体基板11の第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及びフラッシュメモリセル形成領域AreaDにPウェル領域11aを形成し、半導体基板11のPMISトランジスタ形成領域AreaBにNウェル領域11bを形成する。そして、半導体基板11に、各素子形成領域の活性領域を囲むトレンチ型の素子分離領域12を形成する。   First, in the step shown in FIG. 4A, the P well region 11a is formed in the first NMIS transistor forming area AreaA and the flash memory cell forming area AreaD of the semiconductor substrate 11, and the PMIS transistor forming area AreaB of the semiconductor substrate 11 is formed. N well region 11b is formed. Then, a trench type element isolation region 12 surrounding the active region of each element formation region is formed in the semiconductor substrate 11.

次に、図4(b)に示す工程で、半導体基板11上に、厚さ9nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜31と厚さ200nmのn型ドープポリシリコン膜を順次形成する。その後、n型ドープポリシリコン膜をパターニングして、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAに第1のダミーゲート電極32aを形成し、PMISトランジスタ形成領域AreaBに第2のダミーゲート電極32bを形成し、フラッシュメモリセル形成領域AreaDに浮遊ゲート電極32cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及びフラッシュメモリセル形成領域AreaDに、第1のダミーゲート電極32a、浮遊ゲート電極32c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、n型LDD領域又はn型エクステンション領域となる第1のn型拡散領域15a及び第2のn型拡散領域15cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極32b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型LDD領域又はp型エクステンション領域となるp型拡散領域15bを形成する。   Next, in a step shown in FIG. 4B, an insulating film 31 made of a silicon oxide film having a thickness of 9 nm and an n-type doped polysilicon film having a thickness of 200 nm are sequentially formed on the semiconductor substrate 11. Thereafter, the n-type doped polysilicon film is patterned to form a first dummy gate electrode 32a in the first NMIS transistor formation area AreaA, and a second dummy gate electrode 32b in the PMIS transistor formation area AreaB. A floating gate electrode 32c is formed in the flash memory cell formation area AreaD. Thereafter, n-type impurity ions are implanted into the first NMIS transistor formation area AreaA and the flash memory cell formation area AreaD using the first dummy gate electrode 32a, the floating gate electrode 32c, and a resist (not shown) as a mask. As a result, a first n-type diffusion region 15a and a second n-type diffusion region 15c to be an n-type LDD region or an n-type extension region are formed. The PMIS transistor formation area AreaB becomes a p-type LDD region or a p-type extension region by ion implantation of p-type impurities using the second dummy gate electrode 32b and a resist (not shown) as a mask. A p-type diffusion region 15b is formed.

次に、図4(c)に示す工程で、基板上の全面に、厚さ15nmのシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜をエッチバックすることにより、第1のダミーゲート電極32a、第2のダミーゲート電極32b及び浮遊ゲート電極32cの側面上に、絶縁性のサイドウォール16a、16b、16cを形成する。その後、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaA及びフラッシュメモリセル形成領域AreaDに、第1のダミーゲート電極32a、浮遊ゲート電極32c、サイドウォール16a、16c及びレジスト(図示せず)をマスクにして、n型不純物のイオン注入を行って、第1のn型ソース・ドレイン領域17a及び第2のn型ソース・ドレイン領域17cを形成する。また、PMISトランジスタ形成領域AreaBには、第2のダミーゲート電極32b、サイドウォール16b及びレジスト(図示せず)をマスクにして、p型不純物のイオン注入を行って、p型ソース・ドレイン領域17bを形成する。その後、基板に対して1000℃の熱処理を行って、イオン注入された不純物を活性化する。   Next, in the step shown in FIG. 4C, a silicon oxide film having a thickness of 15 nm is formed on the entire surface of the substrate, and then the silicon oxide film is etched back, whereby the first dummy gate electrode 32a, Insulating sidewalls 16a, 16b, and 16c are formed on the side surfaces of the second dummy gate electrode 32b and the floating gate electrode 32c. Thereafter, the first dummy gate electrode 32a, the floating gate electrode 32c, the sidewalls 16a and 16c, and the resist (not shown) are used as masks in the first NMIS transistor formation area AreaA and the flash memory cell formation area AreaD. The first n-type source / drain region 17a and the second n-type source / drain region 17c are formed by ion implantation of the type impurity. Also, in the PMIS transistor formation area AreaB, p-type impurity ions are implanted using the second dummy gate electrode 32b, the sidewall 16b, and a resist (not shown) as a mask to form a p-type source / drain region 17b. Form. Thereafter, the substrate is heat-treated at 1000 ° C. to activate the implanted impurities.

次に、図4(d)に示す工程で、半導体基板11上の全面に厚さ400nmのBPSG膜を形成した後、CMP法などによってBPSG膜表面の平坦化を行って層間絶縁膜23を形成する。その後、層間絶縁膜23上に、第1のダミーゲート電極32a及び第2のダミーゲート電極32b上に開口を有するレジスト(図示せず)を形成する。その後、レジストをマスクにして、層間絶縁膜23を選択的にエッチングして、第1のダミーゲート電極32a及び第2のダミーゲート電極32bに到達する開口部24A、24Bを形成する。このとき、開口部24A、24Bは、第1のダミーゲート電極32a及び第2のダミーゲート電極32bとほぼ同一のパターン幅で形成する。   Next, in the step shown in FIG. 4D, after forming a BPSG film having a thickness of 400 nm on the entire surface of the semiconductor substrate 11, the surface of the BPSG film is planarized by CMP or the like to form the interlayer insulating film 23. To do. Thereafter, a resist (not shown) having an opening is formed on the interlayer insulating film 23 on the first dummy gate electrode 32a and the second dummy gate electrode 32b. Thereafter, using the resist as a mask, the interlayer insulating film 23 is selectively etched to form openings 24A and 24B reaching the first dummy gate electrode 32a and the second dummy gate electrode 32b. At this time, the openings 24A and 24B are formed with substantially the same pattern width as the first dummy gate electrode 32a and the second dummy gate electrode 32b.

次に、図4(e)に示す工程で、開口部24A、24B内に露出している第1のダミーゲート電極32a及び第2のダミーゲート電極32bを選択的に除去して、ゲート電極形成用開口24a、24bを形成する。このとき、第1のダミーゲート電極32a及び第2のダミーゲート電極32bの下に形成されている絶縁膜31はエッチングせずに、そのまま残存させる。その後、層間絶縁膜23上に、浮遊ゲート電極32c上に開口を有するレジスト(図示せず)を形成する。その後、レジストをマスクにして、層間絶縁膜23を選択的にエッチングして、浮遊ゲート電極32cに到達するゲート電極形成用開口24cを形成する。   Next, in the step shown in FIG. 4E, the first dummy gate electrode 32a and the second dummy gate electrode 32b exposed in the openings 24A and 24B are selectively removed to form a gate electrode. Openings 24a and 24b are formed. At this time, the insulating film 31 formed under the first dummy gate electrode 32a and the second dummy gate electrode 32b is left without being etched. Thereafter, a resist (not shown) having an opening on the floating gate electrode 32 c is formed on the interlayer insulating film 23. Thereafter, using the resist as a mask, the interlayer insulating film 23 is selectively etched to form a gate electrode formation opening 24c reaching the floating gate electrode 32c.

次に、図4(f)に示す工程で、ゲート電極形成用開口24a、24b内に露出している絶縁膜31を除去した後、半導体基板11上の全面に、厚さ5nmのハフニウム酸化膜を形成した後、ハフニウム酸化膜上に厚さ250nmのタングステン膜を形成する。その後、CMP法によって、層間絶縁膜23上の不要なタングステン膜及びハフニウム酸化膜を除去して、ゲート電極形成用開口24a内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25aとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26aを形成し、ゲート電極形成用開口24b内にはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25bとタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26bを形成し、ゲート電極形成用開口24c内にはハフニウム酸化膜からなる容量絶縁膜25cとタングステン膜からなるダマシン構造の制御ゲート電極26cを形成する。なお、フラッシュメモリセル形成領域AreaDでは、残存している絶縁膜31のうち浮遊ゲート電極32c下に位置する絶縁膜31がそのままトンネル絶縁膜となる。   4F, after removing the insulating film 31 exposed in the gate electrode formation openings 24a and 24b, a hafnium oxide film having a thickness of 5 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11. Then, as shown in FIG. Then, a tungsten film having a thickness of 250 nm is formed on the hafnium oxide film. Thereafter, an unnecessary tungsten film and hafnium oxide film on the interlayer insulating film 23 are removed by CMP, and a gate insulating film 25a made of a hafnium oxide film and a damascene structure made of a tungsten film are formed in the gate electrode formation opening 24a. A gate insulating film 25b made of a hafnium oxide film and a damascene gate electrode 26b made of a tungsten film are formed in the gate electrode forming opening 24b, and a gate electrode forming opening 24c is formed in the gate electrode forming opening 24c. A capacitive insulating film 25c made of a hafnium oxide film and a damascene control gate electrode 26c made of a tungsten film are formed. In the flash memory cell formation area AreaD, the insulating film 31 located below the floating gate electrode 32c among the remaining insulating film 31 is directly used as a tunnel insulating film.

以上のような方法によって、第1のNMISトランジスタ形成領域AreaAにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25a上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26aを有する第1のNMISトランジスタが形成され、PMISトランジスタ形成領域AreaBにはハフニウム酸化膜からなるゲート絶縁膜25b上に形成されたタングステン膜からなるダマシン構造のゲート電極26bを有するPMISトランジスタが形成され、フラッシュメモリセル形成領域AreaDにはシリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜31上に形成されたポリシリコン膜からなる浮遊ゲート電極32cとハフニウム酸化膜からなる容量絶縁膜25cとタングステン膜からなるダマシン構造の制御ゲート電極26cを有するフラッシュメモリセルが形成される。   By the above method, the first NMIS transistor having the damascene gate electrode 26a made of the tungsten film formed on the gate insulating film 25a made of the hafnium oxide film is formed in the first NMIS transistor formation region AreaA. A PMIS transistor having a damascene gate electrode 26b made of a tungsten film formed on a gate insulating film 25b made of a hafnium oxide film is formed in the PMIS transistor forming area AreaB, and a silicon memory is formed in the flash memory cell forming area AreaD. A flash memory cell having a floating gate electrode 32c formed of a polysilicon film, a capacitive insulating film 25c formed of a hafnium oxide film, and a control gate electrode 26c formed of a damascene structure formed of a tungsten film formed on the tunnel insulating film 31 formed of an oxide film. It is made.

本実施形態によれば、同一の半導体基板11上に、ハフニウム酸化膜のような金属酸化膜からなるゲート絶縁膜25aとタングステン膜のような金属膜からなるダマシン構造のゲート電極26aを有する第1のNMISトランジスタと、シリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜31とポリシリコン膜のような半導体膜からなる浮遊ゲート電極32cとハフニウム酸化膜のような金属酸化膜からなる容量絶縁膜25cとタングステン膜のような金属膜からなるダマシン構造の制御ゲート電極26cを有するフラッシュメモリセルとを備えた半導体装置を形成することができる。しかも、ゲート絶縁膜25a、25bあるいは容量絶縁膜25cとなるハフニウム酸化膜のような金属酸化膜は、高温熱処理となるソース・ドレイン領域17a、17b、17cの注入不純物を活性化させるための活性化アニール後に形成するため、高温熱処理による金属酸化膜の劣化を回避することができる。また、金属膜からなるゲート電極26a、26bを形成するためのダミーゲート電極32a、32bと同時に、半導体膜からなる浮遊ゲート電極32cを形成するため、製造工程の増加を抑制することができる。さらに、シリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜31を形成する工程とは別に、金属酸化膜からなるゲート絶縁膜25a、25bを形成するため、ゲート絶縁膜の信頼性向上を図ることができる。   According to the present embodiment, the first semiconductor substrate 11 includes the gate insulating film 25a made of a metal oxide film such as a hafnium oxide film and the gate electrode 26a having a damascene structure made of a metal film such as a tungsten film. NMIS transistor, tunnel insulating film 31 made of silicon oxide film, floating gate electrode 32c made of semiconductor film such as polysilicon film, capacitive insulating film 25c made of metal oxide film such as hafnium oxide film, and tungsten film A semiconductor device including a flash memory cell having a damascene control gate electrode 26c made of a simple metal film can be formed. In addition, the metal oxide film such as the hafnium oxide film that becomes the gate insulating films 25a and 25b or the capacitive insulating film 25c is activated to activate the implanted impurities in the source / drain regions 17a, 17b, and 17c that are subjected to high-temperature heat treatment. Since it is formed after annealing, deterioration of the metal oxide film due to high-temperature heat treatment can be avoided. In addition, since the floating gate electrode 32c made of a semiconductor film is formed at the same time as the dummy gate electrodes 32a and 32b for forming the gate electrodes 26a and 26b made of a metal film, an increase in manufacturing steps can be suppressed. Furthermore, since the gate insulating films 25a and 25b made of a metal oxide film are formed separately from the step of forming the tunnel insulating film 31 made of a silicon oxide film, the reliability of the gate insulating film can be improved.

また、本実施形態では、ゲート電極26a、26bのパターン幅は、上部領域と下部領域が同一になるように形成したが、第3の実施形態のように、下部領域に比べて上部領域のパターン幅を広く形成してもよい。さらに、第3の実施形態と組み合わせることによって、同一の半導体基板上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜とポリシリコン膜のような半導体膜からなるゲート電極を有するMISトランジスタを形成してもよい。   In the present embodiment, the pattern width of the gate electrodes 26a and 26b is formed so that the upper region and the lower region are the same. However, as in the third embodiment, the pattern of the upper region compared to the lower region. You may form wide. Furthermore, by combining with the third embodiment, a MIS transistor having a gate insulating film made of a silicon oxide film and a gate electrode made of a semiconductor film such as a polysilicon film may be formed on the same semiconductor substrate. .

第1〜第3の実施形態では、ダミーゲート電極と同時に形成したポリシリコン膜からなるゲート電極を有するn型MISトランジスタを用いて説明したが、同様な方法によって、ダミーゲート電極と同時に形成したポリシリコン膜からなるゲート電極を有するp型MISトランジスタを形成してもよい。   In the first to third embodiments, the description has been given using the n-type MIS transistor having the gate electrode made of the polysilicon film formed at the same time as the dummy gate electrode. However, by the same method, the polysilicon formed at the same time as the dummy gate electrode is used. A p-type MIS transistor having a gate electrode made of a silicon film may be formed.

以上説明したように、本発明は同一半導体基板上にゲート電極材料の異なる2種類以上のMIS型トランジスタの形成等に有用である。   As described above, the present invention is useful for forming two or more MIS type transistors having different gate electrode materials on the same semiconductor substrate.

(a)〜(f)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. (a)〜(f)は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

11 半導体基板
11a Pウェル領域
11b Nウェル領域
12 素子分離領域
13 絶縁膜
14a 第1のダミーゲート電極
14b 第2のダミーゲート電極
14c ゲート電極
15a 第1のn型拡散領域
15b p型拡散領域
15c 第2のn型拡散領域
16a、16b、16c サイドウォール
17a 第1のn型ソース・ドレイン領域
17b p型ソース・ドレイン領域
17c 第2のn型ソース・ドレイン領域
18 第1の層間絶縁膜
19 第2の層間絶縁膜
19A BPSG膜
20a、20b ゲート電極形成用開口
21a、21b ゲート絶縁膜
22a、22b ゲート電極
23 層間絶縁膜
24A、24B 開口部
24a、24b、24c ゲート電極形成用開口
25a、25b ゲート絶縁膜
25c 容量絶縁膜
26a、26b ゲート電極
26c 制御ゲート電極
27 層間絶縁膜
28A、28B 開口部
28a、28b ゲート電極形成用開口
29a、29b ゲート絶縁膜
30a、30b ゲート電極
31 絶縁膜
32a 第1のダミーゲート電極
32b 第2のダミーゲート電極
32c 浮遊ゲート電極
11 Semiconductor substrate 11a P well region 11b N well region 12 Element isolation region 13 Insulating film 14a First dummy gate electrode 14b Second dummy gate electrode 14c Gate electrode 15a First n type diffusion region 15b P type diffusion region 15c First 2 n-type diffusion regions 16a, 16b, 16c Side wall 17a First n-type source / drain region 17b P-type source / drain region 17c Second n-type source / drain region 18 First interlayer insulating film 19 Second Interlayer insulation film 19A BPSG film 20a, 20b Gate electrode formation opening 21a, 21b Gate insulation film 22a, 22b Gate electrode 23 Interlayer insulation film 24A, 24B Opening 24a, 24b, 24c Gate electrode formation opening 25a, 25b Gate insulation Film 25c Capacitance insulating film 26a, 26b Gate Electrode 26c Control gate electrode 27 Interlayer insulating film 28A, 28B Opening 28a, 28b Gate electrode forming opening 29a, 29b Gate insulating film 30a, 30b Gate electrode 31 Insulating film 32a First dummy gate electrode 32b Second dummy gate electrode 32c Floating gate electrode

Claims (11)

半導体基板上の第1のトランジスタ形成領域に形成された第1のMIS型トランジスタと、前記半導体基板上の第2のトランジスタ形成領域に形成された第2のMIS型トランジスタを備えた半導体装置において、
前記第1のMIS型トランジスタは、
前記半導体基板上に形成された第1の絶縁膜からなる第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された金属材料からなる第1のゲート電極とを備え、
前記第2のMIS型トランジスタは、
前記半導体基板上に形成された第2の絶縁膜からなる第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された半導体材料からなる第2のゲート電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising: a first MIS transistor formed in a first transistor formation region on a semiconductor substrate; and a second MIS transistor formed in a second transistor formation region on the semiconductor substrate.
The first MIS transistor is
A first gate insulating film made of a first insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first gate electrode made of a metal material formed on the first gate insulating film,
The second MIS type transistor is:
A second gate insulating film made of a second insulating film formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising: a second gate electrode made of a semiconductor material formed on the second gate insulating film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1のMIS型トランジスタは、
前記第1のゲート電極の側面上に形成された第1のサイドウォールと、
前記第1のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成された第1の層間絶縁膜とをさらに備え、
前記第2のMIS型トランジスタは、
前記第2のゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールと、
前記第2のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第2のゲート電極及び前記第2のサイドウォールの上面を覆うように形成された第2の層間絶縁膜とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first MIS transistor is
A first sidewall formed on a side surface of the first gate electrode;
A first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the first transistor formation region and substantially at the same height as the upper surface of the first gate electrode;
The second MIS type transistor is:
A second sidewall formed on a side surface of the second gate electrode;
And a second interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the second transistor formation region so as to cover the upper surface of the second gate electrode and the second sidewall. A featured semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1のMIS型トランジスタは、
前記第1のゲート電極の下部側面上に形成された第1のサイドウォールと、
前記第1のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成された層間絶縁膜とをさらに備え、
前記第2のMIS型トランジスタは、
前記第2のゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールと、
前記第2のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第2のゲート電極及び前記第2のサイドウォールの上面を覆うように形成された前記層間絶縁膜とをさらに備え、
前記第1のゲート電極の上面は、前記第2のゲート電極の上面よりも高く形成されており、
前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールは、前記第2のゲート電極の上面と同等以下の高さで形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first MIS transistor is
A first sidewall formed on a lower side surface of the first gate electrode;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the first transistor formation region and substantially at the same height as the upper surface of the first gate electrode;
The second MIS type transistor is:
A second sidewall formed on a side surface of the second gate electrode;
The interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the second transistor formation region so as to cover the upper surfaces of the second gate electrode and the second sidewall;
The upper surface of the first gate electrode is formed higher than the upper surface of the second gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first sidewall and the second sidewall are formed at a height equal to or lower than an upper surface of the second gate electrode.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1のMIS型トランジスタは、
前記第1のゲート電極の下部側面上に形成された第1のサイドウォールと、
前記第1のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成されている層間絶縁膜とをさらに備え、
前記第2のMIS型トランジスタは、
前記第2のゲート電極を浮遊ゲート電極とするフラッシュメモリトランジスタであり、
前記浮遊ゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールと、
前記浮遊ゲート電極上に形成された前記第1の絶縁膜からなる容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜上に形成された前記金属材料からなる制御ゲート電極と、
前記第2のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記制御ゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成されている前記層間絶縁膜とをさらに備え、
前記第1のゲート電極の上面は、前記制御ゲート電極の上面と実質的に同じ高さで形成されており、
前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールは、前記浮遊ゲート電極の上面と同等以下の高さで形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first MIS transistor is
A first sidewall formed on a lower side surface of the first gate electrode;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the first transistor formation region and at substantially the same height as the upper surface of the first gate electrode;
The second MIS type transistor is:
A flash memory transistor having the second gate electrode as a floating gate electrode;
A second sidewall formed on a side surface of the floating gate electrode;
A capacitive insulating film made of the first insulating film formed on the floating gate electrode;
A control gate electrode made of the metal material formed on the capacitive insulating film;
The interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate in the second transistor formation region, substantially at the same height as the upper surface of the control gate electrode,
The upper surface of the first gate electrode is formed at substantially the same height as the upper surface of the control gate electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first sidewall and the second sidewall are formed at a height equal to or less than an upper surface of the floating gate electrode.
請求項3又は4記載の半導体装置において、
前記第1のゲート電極は、前記第1のサイドウォールに挟まれている下部領域に比べて、前記第1のサイドウォールの上方に位置する上部領域のパターン幅が広くなっていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3 or 4,
In the first gate electrode, the pattern width of the upper region located above the first sidewall is wider than the lower region sandwiched between the first sidewalls. Semiconductor device.
請求項2〜5のうちのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間に、前記第1のゲート絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 2 to 5,
The semiconductor device, wherein the first gate insulating film is formed between the first gate electrode and the first sidewall.
請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート絶縁膜は、高誘電体膜であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate insulating film is a high dielectric film.
半導体基板上の第1のトランジスタ形成領域に形成された第1のゲート電極を有する第1のMIS型トランジスタと、前記半導体基板上の第2のトランジスタ形成領域に形成された第2のゲート電極を有する第2のMIS型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程(a)と、
前記第1のトランジスタ形成領域の前記第2の絶縁膜上に半導体材料からなるダミーゲート電極を形成するとともに、前記第2のトランジスタ形成領域の前記第2の絶縁膜上に前記半導体材料からなる前記第2のゲート電極を形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記第1のトランジスタ形成領域の前記ダミーゲート電極及びその下に位置する前記第2の絶縁膜を選択的に除去する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記第2の絶縁膜が除去された前記第1のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、第1の絶縁膜からなる第1のゲート絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記第1のゲート絶縁膜上に金属材料からなる前記第1のゲート電極を形成する工程(e)とを備え、
前記第2のゲート電極の下には、前記第2の絶縁膜からなる第2のゲート絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first MIS transistor having a first gate electrode formed in a first transistor formation region on a semiconductor substrate; and a second gate electrode formed in a second transistor formation region on the semiconductor substrate. In a manufacturing method of a semiconductor device including a second MIS transistor having
A step (a) of forming a second insulating film on the semiconductor substrate;
A dummy gate electrode made of a semiconductor material is formed on the second insulating film in the first transistor formation region, and the semiconductor material is made on the second insulating film in the second transistor formation region. Forming a second gate electrode (b);
After the step (b), a step (c) of selectively removing the dummy gate electrode in the first transistor formation region and the second insulating film located thereunder;
After the step (c), a step of forming a first gate insulating film made of a first insulating film on the semiconductor substrate in the first transistor formation region from which the second insulating film has been removed ( d) and
And (e) forming the first gate electrode made of a metal material on the first gate insulating film,
2. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second gate insulating film made of the second insulating film under the second gate electrode.
請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(b)の後で前記工程(c)の前に、
前記ダミーゲート電極の側面上に第1のサイドウォールを形成するとともに、前記第2のゲート電極の側面上に第2のサイドウォールを形成する第1の工程と、
前記第1の工程の後に、前記第2のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第2のゲート電極及び前記第2のサイドウォールの上面を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、前記第1のトランジスタ形成領域の前記半導体基板上に、前記第1のゲート電極の上面と実質的に同じ高さを有する第1の層間絶縁膜を形成する第3の工程と
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
After the step (b) and before the step (c),
Forming a first sidewall on the side surface of the dummy gate electrode and forming a second sidewall on the side surface of the second gate electrode;
After the first step, a second interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate in the second transistor formation region so as to cover the upper surfaces of the second gate electrode and the second sidewall. A second step;
After the second step, a third interlayer insulating film having a height substantially the same as the upper surface of the first gate electrode is formed on the semiconductor substrate in the first transistor formation region. A method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(b)の後で前記工程(c)の前に、
前記ダミーゲート電極の側面上に第1のサイドウォールを形成するとともに、前記第2のゲート電極の側面上に第2のサイドウォールを形成する第1の工程と、
前記第1の工程の後に、前記半導体基板上に、前記ダミーゲート電極及び前記第2のゲート電極の上面を覆うように層間絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、前記ダミーゲート電極上の前記層間絶縁膜を除去して、前記ダミーゲート電極に到達する第1の開口を形成する第3の工程と
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
After the step (b) and before the step (c),
Forming a first sidewall on the side surface of the dummy gate electrode and forming a second sidewall on the side surface of the second gate electrode;
A second step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the upper surfaces of the dummy gate electrode and the second gate electrode after the first step;
And a third step of forming a first opening reaching the dummy gate electrode by removing the interlayer insulating film on the dummy gate electrode after the second step. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2のMIS型トランジスタは、前記第2のゲート電極を浮遊ゲート電極とするフラッシュメモリトランジスタであり、
前記工程(b)の後で前記工程(c)の前に、
前記ダミーゲート電極の側面上に第1のサイドウォールを形成するとともに、前記第2のゲート電極の側面上に第2のサイドウォールを形成する第1の工程と、
前記第1の工程の後に、前記半導体基板上に、前記ダミーゲート電極及び前記第2のゲート電極の上面を覆うように層間絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、前記ダミーゲート電極上の前記層間絶縁膜を除去して、前記ダミーゲート電極に到達する第1の開口を形成する第3の工程とを備え、
前記工程(c)では、前記第1の開口内に露出する前記ダミーゲート電極及びその下に位置する前記第2の絶縁膜を選択的に除去し、
前記工程(c)の後で、前記工程(d)の前に、前記第2のゲート電極上の前記層間絶縁膜を除去して、前記第2のゲート電極に到達する第2の開口を形成する工程を有し、
前記工程(d)では、第1の開口内に露出する前記半導体基板上に、前記第1の絶縁膜からなる前記第1のゲート絶縁膜を形成するとともに、前記第2の開口内に露出する前記第2のゲート電極上に前記第1の絶縁膜からなる容量絶縁膜を形成し、
前記工程(e)では、前記第1のゲート絶縁膜上に前記金属材料からなる前記第1のゲート電極を形成するとともに、前記容量絶縁膜上に前記金属材料からなる制御ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
The second MIS transistor is a flash memory transistor having the second gate electrode as a floating gate electrode,
After the step (b) and before the step (c),
Forming a first sidewall on the side surface of the dummy gate electrode and forming a second sidewall on the side surface of the second gate electrode;
A second step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the upper surfaces of the dummy gate electrode and the second gate electrode after the first step;
A third step of removing the interlayer insulating film on the dummy gate electrode and forming a first opening reaching the dummy gate electrode after the second step;
In the step (c), the dummy gate electrode exposed in the first opening and the second insulating film located under the dummy gate electrode are selectively removed,
After the step (c) and before the step (d), the interlayer insulating film on the second gate electrode is removed to form a second opening reaching the second gate electrode. And having a process of
In the step (d), the first gate insulating film made of the first insulating film is formed on the semiconductor substrate exposed in the first opening, and is exposed in the second opening. Forming a capacitor insulating film made of the first insulating film on the second gate electrode;
In the step (e), the first gate electrode made of the metal material is formed on the first gate insulating film, and the control gate electrode made of the metal material is formed on the capacitor insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device.
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