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JP2009253037A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2009253037A JP2008099467A JP2008099467A JP2009253037A JP 2009253037 A JP2009253037 A JP 2009253037A JP 2008099467 A JP2008099467 A JP 2008099467A JP 2008099467 A JP2008099467 A JP 2008099467A JP 2009253037 A JP2009253037 A JP 2009253037A
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Mutsumi Okajima
嶋 睦 岡
Murato Kawai
合 武蘭人 川
Hideyuki Kinoshita
下 英 之 木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device, capable of reducing the manufacturing cost and increasing the capacitance of a capacitance element portion, without increasing the chip size. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises a floating gate and a control gate. In the semiconductor device, the capacitance element portion comprises a gate insulating film 101, formed on a semiconductor substrate; a lower electrode 102c, formed on the gate insulating film 101; a cap insulating film 103, having an opening part formed on the lower electrode 102c which exposes the lower electrode 102c; an inter-gate insulating film 106, formed on the side surface of the cap insulating film 103 and on the lower electrode 102c exposed by the opening part; and a upper electrode 108 formed on the inter-gate insulating film 106. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、フローティングゲートの両側にゲート間絶縁膜を介して設けられたコントロールゲートを備える半導体装置及び半導体装置の製造方法の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device including a control gate provided on both sides of a floating gate via an inter-gate insulating film, and a method for manufacturing the semiconductor device.

従来のNAND型不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルにおいて、フローティングゲート上にゲート間絶縁膜を挟んでコントロールゲートが形成された構造(以下、「スタックトゲート型構造」という)を採用している。   Conventional NAND-type nonvolatile semiconductor memory devices employ a structure in which a control gate is formed on a floating gate with an inter-gate insulating film interposed therebetween (hereinafter referred to as a “stacked gate type structure”). .

スタックトゲート型構造のNAND型不揮発性半導体記憶装置では、メモリセルの両端に選択ゲートが形成されている。選択ゲートは、フローティングゲートとコントロールゲートとがゲート間絶縁膜の一部の開口部に形成されるコンタクトを介して接続され、その結果、スタックトゲート構造ではなくトランジスタとして機能する。   In a NAND type nonvolatile semiconductor memory device having a stacked gate type structure, select gates are formed at both ends of a memory cell. In the selection gate, the floating gate and the control gate are connected through a contact formed in a part of the opening of the inter-gate insulating film, and as a result, the selection gate functions as a transistor instead of a stacked gate structure.

スタックトゲート型構造のNAND型不揮発性半導体記憶装置では、面積効率の高い容量素子部を形成するために、選択ゲートと同様にゲート間絶縁膜の一部の開口部に形成されるコンタクトを用いてフローティングゲートに接続されたコントロールゲートを第1電極とし、更に第1電極として用いられたコントロールゲートの一部が分断されたコントロールゲートを第2電極とし、半導体基板にコンタクトを形成することにより、半導体基板を第3電極とすることによって、フローティングゲートとコントロールゲートの間の容量及びフローティングゲートと半導体基板の間の容量として用いる容量素子両方が形成される。   In a NAND type nonvolatile semiconductor memory device having a stacked gate type structure, a contact formed in a part of an opening of an inter-gate insulating film is used in the same manner as a selection gate in order to form a capacitive element portion with high area efficiency. By forming a control gate connected to the floating gate as the first electrode and further forming a contact on the semiconductor substrate as the second electrode, the control gate partially cut off from the control gate used as the first electrode, By using the semiconductor substrate as the third electrode, both the capacitance between the floating gate and the control gate and the capacitance element used as the capacitance between the floating gate and the semiconductor substrate are formed.

しかし、スタックトゲート型構造のNAND型不揮発性半導体記憶装置では、コントロールゲートを分断する工程がメモリセルを形成する工程とは別に行われるので、製造コストが増加する。   However, in the NAND-type nonvolatile semiconductor memory device having a stacked gate type structure, the process of dividing the control gate is performed separately from the process of forming the memory cell, so that the manufacturing cost increases.

一方、コントロールゲートがフローティングゲートの側面に形成される構造のメモリセルを有するNAND型不揮発性半導体記憶装置が知られている(特許文献1,2)。   On the other hand, NAND-type nonvolatile semiconductor memory devices having memory cells having a structure in which a control gate is formed on a side surface of a floating gate are known (Patent Documents 1 and 2).

このNAND型不揮発性半導体記憶装置では、メモリセルにおいてフローティングゲートの高さを高くすることによって、フローティングゲートとコントロールゲートの間の容量(以下、「カップリング容量」という)を大きくすることができる。   In this NAND type nonvolatile semiconductor memory device, the capacitance between the floating gate and the control gate (hereinafter referred to as “coupling capacitance”) can be increased by increasing the height of the floating gate in the memory cell.

しかし、コントロールゲートがフローティングゲート上に存在しないため、容量素子部ではフローティングゲートと半導体基板の間にのみ容量が形成される。従って、容量素子部の容量を大きくするためには容量素子部の面積を大きくする必要がある。その結果、容量素子部の容量を大きくした場合にチップサイズが大きくなる。
特開2002−141469号公報 特開2004−319948号公報
However, since the control gate does not exist on the floating gate, a capacitance is formed only between the floating gate and the semiconductor substrate in the capacitive element portion. Therefore, in order to increase the capacitance of the capacitive element portion, it is necessary to increase the area of the capacitive element portion. As a result, the chip size increases when the capacitance of the capacitive element portion is increased.
JP 2002-141469 A JP 2004-319948 A

本発明の目的は、製造コストを低減し且つチップサイズを大きくすることなく容量素子部の容量を大きくすることである。   An object of the present invention is to reduce the manufacturing cost and increase the capacitance of the capacitive element portion without increasing the chip size.

本発明の第1態様によれば、
フローティングゲート及びコントロールゲートを備える半導体装置であって、
容量素子部において、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された、前記下部電極を露出する開口部を有するキャップ絶縁膜と、
前記キャップ絶縁膜の側面上及び前記開口部により露出された前記下部電極上に形成されたゲート間絶縁膜と、
前記ゲート間絶縁膜上に形成された上部電極と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
According to the first aspect of the present invention,
A semiconductor device comprising a floating gate and a control gate,
In the capacitive element portion, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A lower electrode formed on the gate insulating film;
A cap insulating film formed on the lower electrode and having an opening exposing the lower electrode;
An inter-gate insulating film formed on a side surface of the cap insulating film and on the lower electrode exposed by the opening;
And a top electrode formed on the inter-gate insulating film. A semiconductor device is provided.

本発明の第2態様によれば、フローティングゲート及びコントロールゲートを備える半導体装置の製造方法であって、
容量素子部において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に下部電極を形成し、
前記下部電極上にキャップ絶縁膜を形成し、
前記キャップ絶縁膜に少なくとも1つの開口部を形成し、
前記キャップ絶縁膜上及び前記開口部にゲート間絶縁膜を形成し、
前記ゲート間絶縁膜上に上部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が提供される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device comprising a floating gate and a control gate,
In the capacitive element portion, a gate insulating film is formed on the semiconductor substrate,
Forming a lower electrode on the gate insulating film;
Forming a cap insulating film on the lower electrode;
Forming at least one opening in the cap insulating film;
Forming an inter-gate insulating film on the cap insulating film and in the opening;
A method of manufacturing a semiconductor device is provided, wherein an upper electrode is formed on the inter-gate insulating film.

本発明によれば、製造コストを低減し且つチップサイズを大きくすることなく容量素子部の容量を大きくすることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the manufacturing cost and increase the capacitance of the capacitive element portion without increasing the chip size.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施の一形態であって、本発明の範囲を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following examples are one embodiment of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

はじめに、本発明の実施例1について説明する。本発明の実施例1は、容量素子部の下部電極と上部電極の間に層間絶縁膜を形成する例である。   First, Example 1 of the present invention will be described. Embodiment 1 of the present invention is an example in which an interlayer insulating film is formed between a lower electrode and an upper electrode of a capacitive element portion.

以下、本発明の実施例1では、浮遊ゲートと、制御対象となる浮遊ゲートの両側に設けられた2つの制御ゲートと、を備えるNAND型不揮発性半導体メモリのメモリセル領域、選択ゲート領域及び容量素子部の例を説明する。   Hereinafter, in Example 1 of the present invention, a memory cell region, a select gate region, and a capacitor of a NAND-type nonvolatile semiconductor memory including a floating gate and two control gates provided on both sides of the floating gate to be controlled An example of the element portion will be described.

図1は、側壁ゲート型の不揮発性半導体メモリのメモリセルアレイと、その周辺回路の一部とを示す回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a memory cell array of a sidewall gate type nonvolatile semiconductor memory and a part of its peripheral circuit.

図1に示すように、側壁ゲート型の不揮発性半導体メモリ11は、メモリセルアレイ領域12とメモリセルアレイ領域12に隣接する選択ゲート領域13とメモリセルアレイ領域12及び選択ゲート領域13の周辺部に配置された周辺回路領域14とを備えている。図1では、図面の煩雑化を防ぐため、周辺回路領域14についてはその一部、例えば、ロウデコーダのうち、そのトランスファゲートトランジスタの部分のみを示すことにする。   As shown in FIG. 1, the sidewall gate type nonvolatile semiconductor memory 11 is arranged in the memory cell array region 12, the selection gate region 13 adjacent to the memory cell array region 12, the memory cell array region 12, and the periphery of the selection gate region 13. Peripheral circuit region 14. In FIG. 1, in order to prevent complication of the drawing, only a part of the peripheral circuit region 14, for example, a part of the transfer gate transistor in the row decoder is shown.

周辺回路領域14、例えば、ロウデコーダは、図示せぬアドレス信号に従って、ワード線(制御ゲート)WL1〜WL9のうちの2本と、選択ゲート線SGD、SGSを選択する。これらを選択する信号は、ワード線WL1〜WL9、選択ゲート線SGD、及びSGSに、ロウデコーダ13に設けられたトランジスタTR1〜TR9、トランスファゲートトランジスタTGTD、TGTSを介して伝えられる。トランジスタTR1〜TR9、TGTD、TGTSは、例えば、書き込み時においては、書き込み電位を通すために、高電圧系のトランジスタとして形成される。   The peripheral circuit region 14, for example, the row decoder, selects two of the word lines (control gates) WL1 to WL9 and the selection gate lines SGD and SGS according to an address signal (not shown). Signals for selecting these are transmitted to the word lines WL1 to WL9, the selection gate lines SGD, and SGS via transistors TR1 to TR9 and transfer gate transistors TGTD and TGTS provided in the row decoder 13. The transistors TR1 to TR9, TGTD, and TGTS are formed as high-voltage transistors in order to pass the write potential at the time of writing, for example.

また、周辺回路領域13には、書き込み時に必要な高電圧を発生させるために用いられる電圧容量素子部も含まれている。   The peripheral circuit region 13 also includes a voltage capacitor element portion used for generating a high voltage necessary for writing.

メモリセル領域12は、ビット線BL1〜BL6のいずれかに共通に接続された9個のメモリセルトランジスタMTを含み、選択ゲート領域13は選択トランジスタST1、ST2を含んでいる。尚、メモリセルトランジスタMTの個数は、8個に限らず、例えば、16個、32個等であってもよく、選択トランジスタST1、ST2は必ずしも両方必要ではない。   The memory cell region 12 includes nine memory cell transistors MT commonly connected to any of the bit lines BL1 to BL6, and the selection gate region 13 includes selection transistors ST1 and ST2. Note that the number of memory cell transistors MT is not limited to 8, and may be, for example, 16 or 32, and both the selection transistors ST1 and ST2 are not necessarily required.

図2は、本発明の実施例1に係る半導体装置のメモリセル領域、選択ゲート領域及び容量素子部の構造を示す平面図である。図3(A)は、図2の線B−B線に沿った断面を示し、図3(B)は、図2の線B−B線に沿った断面を示している。   FIG. 2 is a plan view showing the structure of the memory cell region, the select gate region, and the capacitor element portion of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 3A shows a cross section taken along line BB in FIG. 2, and FIG. 3B shows a cross section taken along line BB in FIG.

はじめに、本発明の実施例1に係る半導体装置の平面図について説明する。   First, a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.

メモリセル領域においては、マトリクス状にメモリセルMCが配置されている。このメモリセルMC間には図中縦方向に延びる選択ゲート109及び図中横方向に延びる素子分離104が形成されている。   In the memory cell region, memory cells MC are arranged in a matrix. A selection gate 109 extending in the vertical direction in the drawing and an element isolation 104 extending in the horizontal direction in the drawing are formed between the memory cells MC.

選択ゲート領域においては、図中縦方向に一定の間隔をおいて選択ゲートトランジスタSTが配置されている。また、これら選択ゲートトランジスタST間は素子分離104で分離されており、図中縦方向に延びる選択ゲート109により選択ゲートトランジスタSTのゲート電極102bが接続されている。   In the select gate region, select gate transistors ST are arranged at regular intervals in the vertical direction in the drawing. These selection gate transistors ST are separated by element isolation 104, and a gate electrode 102b of the selection gate transistor ST is connected by a selection gate 109 extending in the vertical direction in the drawing.

容量素子部においては、キャップ絶縁膜103中に形成された開口の中に形成された上部電極108が形成され、この上部電極108に接続されるコンタクト111c、下部電極102cに接続されるコンタクト111b及び半導体基板1に接続されるコンタクト111aがそれぞれ形成されている。   In the capacitive element portion, an upper electrode 108 formed in an opening formed in the cap insulating film 103 is formed, and a contact 111c connected to the upper electrode 108, a contact 111b connected to the lower electrode 102c, and Contacts 111a connected to the semiconductor substrate 1 are formed.

次に、本発明の実施例1に係る半導体装置の断面図について説明する。   Next, a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.

メモリセル領域においては、半導体基板1上に形成されたゲート絶縁膜101を介して形成された浮遊ゲート電極102aと、浮遊ゲート電極102a上に形成されたキャップ絶縁膜103と、から形成されている。このメモリセル間には、ゲート間絶縁膜106を介してメモリセルMCを制御する制御ゲート電極107が形成されている。この制御ゲート電極107に電圧を加えることによりメモリセルMCに電荷を蓄積したり、メモリセルMCに蓄積された電荷の状態を読み出したりすることができる。また、ゲート間絶縁膜106は、制御ゲート電極107とゲート絶縁膜101との間にも形成されている。この構成により制御ゲート電極107と半導体基板1との間の耐圧を向上させている。   In the memory cell region, a floating gate electrode 102a formed via a gate insulating film 101 formed on the semiconductor substrate 1 and a cap insulating film 103 formed on the floating gate electrode 102a are formed. . A control gate electrode 107 for controlling the memory cell MC is formed between the memory cells via an inter-gate insulating film 106. By applying a voltage to the control gate electrode 107, charges can be accumulated in the memory cells MC, and the state of the charges accumulated in the memory cells MC can be read out. The intergate insulating film 106 is also formed between the control gate electrode 107 and the gate insulating film 101. With this configuration, the breakdown voltage between the control gate electrode 107 and the semiconductor substrate 1 is improved.

選択ゲート領域においては、選択ゲートトランジスタSTは、半導体基板1上に形成されたゲート絶縁膜101を介して形成され、浮遊ゲート電極102aと同じ材質からなるゲート電極102bと、このゲート電極102b上に形成されたキャップ絶縁膜103と、から形成されている。このキャップ絶縁膜103中には、溝の中に制御ゲート電極109が形成されている。また、制御ゲートトランジスタのメモリセル側の側面には、ゲート間絶縁膜106が形成され、他方の側面には層間絶縁膜105が形成されている。   In the selection gate region, the selection gate transistor ST is formed through a gate insulating film 101 formed on the semiconductor substrate 1, and a gate electrode 102b made of the same material as the floating gate electrode 102a is formed on the gate electrode 102b. And a cap insulating film 103 formed. In the cap insulating film 103, a control gate electrode 109 is formed in the trench. An inter-gate insulating film 106 is formed on the side surface of the control gate transistor on the memory cell side, and an interlayer insulating film 105 is formed on the other side surface.

容量素子部においては、ゲート絶縁膜101を介して浮遊ゲート電極102aと同じ材質からなる下部ゲート電極102cが形成されている。この下部ゲート電極102c上には開口を有するキャップ絶縁膜103が形成されている。この開口の中にはゲート間絶縁膜106を介して上部電極108が形成されている。   In the capacitive element portion, a lower gate electrode 102c made of the same material as that of the floating gate electrode 102a is formed via the gate insulating film 101. A cap insulating film 103 having an opening is formed on the lower gate electrode 102c. An upper electrode 108 is formed in the opening via an inter-gate insulating film 106.

また、図3(B)に示されるように、下部ゲート電極102cと接続されるコンタクト111bはキャップ絶縁膜103に形成された開口の中に形成された導電体から構成されている。また、半導体基板1と接続されるコンタクト111aは層間絶縁膜105に形成された開口の中に形成された導電体から構成されている。なお、コンタクト111bは選択ゲート109と同じ材質であっても良い。   As shown in FIG. 3B, the contact 111b connected to the lower gate electrode 102c is composed of a conductor formed in an opening formed in the cap insulating film 103. The contact 111 a connected to the semiconductor substrate 1 is made of a conductor formed in an opening formed in the interlayer insulating film 105. The contact 111b may be made of the same material as the selection gate 109.

例えば、コンタクト111a,111cに0Vを与え、コンタクト111bに5Vを与えることにより、ゲート絶縁膜101とゲート間絶縁膜106を絶縁膜とする容量素子ができる。   For example, by applying 0 V to the contacts 111a and 111c and 5V to the contact 111b, a capacitor element using the gate insulating film 101 and the inter-gate insulating film 106 as insulating films can be formed.

図4は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図及び断面図である。図4(B)は、図4(A)のA−A線に沿った断面を示している。   4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. FIG. 4B shows a cross section taken along the line AA in FIG.

はじめに、図示されない半導体基板上にゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)101を形成する。次に、化学気相成長法(以下、「CVD(Chemical Vapor Deposition)法」という)を用いて、ゲート絶縁膜101上に、例えば、ドープトポリシリコン102及びキャップ絶縁膜(例えば、シリコン窒化膜)103を順次堆積する。次に、リソグラフィー技術を用いて、図4(A)のメモリセル領域及び選択ゲート領域において横方向に延びる素子分離104用のレジストパターンを形成し、例えば、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、ドープトポリシリコン膜102、ゲート絶縁膜101及び半導体基板をエッチングし、例えば、アッシング法を用いてレジストパターンを除去することによって、半導体基板の中にまで至る素子分離104用の溝パターンを形成する。次に、CVD法又は塗布法を用いて、素子分離104用の溝パターンに図示されない、例えば、シリコン酸化膜を埋め込み、例えば、化学的機械的研磨法(以下、「CMP(Chemical Mechanical Polish)法」という)を用いて、キャップ絶縁膜103をストッパーとして余分なシリコン酸化膜を除去する。以上の工程の後に、図4の構造が形成される。   First, a gate insulating film (tunnel insulating film) 101 is formed on a semiconductor substrate (not shown). Next, using a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as “CVD (Chemical Vapor Deposition) method”), for example, a doped polysilicon 102 and a cap insulating film (for example, a silicon nitride film) are formed on the gate insulating film 101. ) 103 are sequentially deposited. Next, using a lithography technique, a resist pattern for the element isolation 104 extending in the lateral direction is formed in the memory cell region and the select gate region in FIG. 4A. For example, a cap insulating film is formed using a dry etching method. 103, the doped polysilicon film 102, the gate insulating film 101, and the semiconductor substrate are etched, and the resist pattern is removed using, for example, an ashing method to form a groove pattern for the element isolation 104 that reaches the semiconductor substrate. Form. Next, using a CVD method or a coating method, for example, a silicon oxide film (not shown) is embedded in the groove pattern for the element isolation 104, for example, a chemical mechanical polishing method (hereinafter referred to as “CMP (Chemical Mechanical Polish) method”). The excess silicon oxide film is removed using the cap insulating film 103 as a stopper. After the above steps, the structure of FIG. 4 is formed.

図5は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図4に続く工程を示す平面図及び断面図である。図5(B)は、図5(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 4 of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the invention. FIG. 5B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図4に続いて、図示されない周辺トランジスタ、選択ゲート領域及び容量素子部の間を加工するためのレジストパターンを形成し、例えば、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、素子分離104用の溝に埋め込まれたシリコン酸化膜の上部及びドープトポリシリコン膜102をエッチングし、例えば、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。以上の工程の後に、図5の構造が形成される。   Subsequently to FIG. 4, a resist pattern for processing between the peripheral transistor (not shown), the selection gate region, and the capacitor element portion is formed, and for example, a dry etching method is used to form the cap insulating film 103 and the element isolation 104. The upper portion of the silicon oxide film embedded in the trench and the doped polysilicon film 102 are etched, and the resist pattern is removed using, for example, an ashing method. After the above steps, the structure of FIG. 5 is formed.

図6は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図5に続く工程を示す平面図及び断面図である。図6(B)は、図6(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 5 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the invention. FIG. 6B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図5に続いて、周辺トランジスタを形成するためのイオン注入工程及び活性化工程を行い、CVD法又は塗布法を用いて、層間絶縁膜105として、例えば、シリコン酸化膜を堆積し、CMP法を用いて、キャップ絶縁膜103をストッパーとして平坦化を行う。以上の工程の後に、図6の構造が形成される。   5A and 5B, an ion implantation process and an activation process for forming peripheral transistors are performed, and a silicon oxide film, for example, is deposited as the interlayer insulating film 105 by using a CVD method or a coating method, and a CMP method is performed. Then, planarization is performed using the cap insulating film 103 as a stopper. After the above steps, the structure of FIG. 6 is formed.

図7は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図3に続く工程を示す平面図及び断面図である。図7(B)は、図7(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 3 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the invention. FIG. 7B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図6に続いて、メモリセルを加工するため、図7(A)のメモリセル領域において縦方向に延びるレジストパターンを形成し、例えば、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、素子分離104用の溝に埋め込まれた層間絶縁膜105の上部及びドープトポリシリコン膜102をエッチングし、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。以上の工程の後に、図7の構造が形成される。   6A and 6B, in order to process the memory cell, a resist pattern extending in the vertical direction is formed in the memory cell region of FIG. 7A. For example, the cap insulating film 103 and the element isolation 104 are formed by using a dry etching method. The upper portion of the interlayer insulating film 105 and the doped polysilicon film 102 embedded in the trench for etching are etched, and the resist pattern is removed using an ashing method. After the above steps, the structure of FIG. 7 is formed.

図8は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。図8(B)は、図8(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the invention. FIG. 8B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図7に続いて、容量素子部の上部のキャップ絶縁膜103を加工するためのレジストパターンを形成し、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103をエッチングし、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。以上の工程の後に、ドープトポリシリコン膜102の上面を露出する開口を有するキャップ絶縁膜103(図8の構造)が形成される。   Following FIG. 7, a resist pattern for processing the cap insulating film 103 on the upper part of the capacitor element portion is formed, the cap insulating film 103 is etched using a dry etching method, and the resist pattern is etched using an ashing method. Remove. After the above steps, a cap insulating film 103 (structure shown in FIG. 8) having an opening exposing the upper surface of doped polysilicon film 102 is formed.

図9は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図8に続く工程を示す平面図及び断面図である。図9(B)は、図9(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   9A and 9B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 8 of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the invention. FIG. 9B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図8に続いて、例えば、CVD法を用いて、全面にゲート間絶縁膜106を堆積した後に、メモリセルの浮遊ゲート電極102a、選択ゲートのゲート電極102b並びに容量素子部の下部電極102cが形成され、容量素子部の開口の内部を覆うように、例えば、ONO膜(シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の積層膜)からなるゲート間絶縁膜106(図9の構造)が形成される。   Following the deposition of the inter-gate insulating film 106 on the entire surface by using, for example, the CVD method, the floating gate electrode 102a of the memory cell, the gate electrode 102b of the selection gate, and the lower electrode 102c of the capacitive element portion are formed. Then, an inter-gate insulating film 106 (structure of FIG. 9) made of, for example, an ONO film (a laminated film of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film) is formed so as to cover the inside of the opening of the capacitive element portion. The

図10は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図9に続く工程を示す平面図及び断面図である。図10(B)は、図10(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   10A and 10B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 9 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 1 of the invention. FIG. 10B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図9に続いて、CVD法を用いて、例えば、ドープトポリシリコン膜を堆積し、CMP法又はドライエッチング法を用いて、ドープトポリシリコン膜の不要な部分を除去することによって、メモリセル領域の制御ゲート電極107を形成し、同時に、容量素子部の上部の開口の中にゲート間絶縁膜106を介して上部電極108を形成する。以上の工程の後に、図10の構造が形成される。   Subsequent to FIG. 9, for example, a doped polysilicon film is deposited using a CVD method, and unnecessary portions of the doped polysilicon film are removed using a CMP method or a dry etching method. The control gate electrode 107 in the region is formed, and at the same time, the upper electrode 108 is formed through the inter-gate insulating film 106 in the opening above the capacitor element portion. After the above steps, the structure of FIG. 10 is formed.

図11は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図10に続く工程を示す平面図及び断面図である。   11A and 11B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 10 in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

図10に続いて、選択ゲート109を形成するためのレジストパターンを形成する。例えば、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103をエッチングし、ドープトポリシリコン膜102(図10)を露出させる溝を形成した後に、例えば、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。その後、例えば、CVD法を用いて、ドープトポリシリコンを堆積し、CMP法又はドライエッチング法を用いて、溝の内部のドープトポリシリコンを残して余分な部分を除去することによって、選択ゲート領域のゲート電極102bをドープトポリシリコン配線で接続する選択ゲート109が形成される。また、この工程で、同時に容量素子部におけるキャップ絶縁膜103の一部を除去することによりコンタクト111bの下部も同時に形成することができる。   Subsequently to FIG. 10, a resist pattern for forming the selection gate 109 is formed. For example, after the cap insulating film 103 is etched using a dry etching method to form a groove exposing the doped polysilicon film 102 (FIG. 10), the resist pattern is removed using, for example, an ashing method. Then, for example, by depositing doped polysilicon using a CVD method, and using a CMP method or a dry etching method, leaving the doped polysilicon inside the trench and removing the excess portion, thereby selecting the gate. A selection gate 109 for connecting the gate electrode 102b in the region with a doped polysilicon wiring is formed. In this step, the lower portion of the contact 111b can be formed at the same time by removing a part of the cap insulating film 103 in the capacitor element portion at the same time.

なお、本発明の実施例1では、キャップ絶縁膜103上のゲート間絶縁膜106は除去した方が好ましい。隣接メモリセルトランジスタMT間のリーク電流を低減するためである。以上の工程の後に、図11の構造が形成される。   In Example 1 of the present invention, it is preferable to remove the inter-gate insulating film 106 on the cap insulating film 103. This is to reduce the leakage current between adjacent memory cell transistors MT. After the above steps, the structure of FIG. 11 is formed.

図12は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図11に続く工程を示す平面図及び断面図である。   12A and 12B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 11 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

図11に続いて、CVD法を用いて、シリコン酸化膜を層間絶縁膜として堆積し、シリコン基板1上、ドープトポリシリコン102上、図示されないドープトポリシリコン配線上及び上部電極108上に達するコンタクト111a〜cを形成する。以上の工程の後に、図12の構造が形成される。なお、選択ゲート109とコンタクト111bの下部を同時に形成した場合には、コンタクト111bの下部の上面に接続されるコンタクト111bの上部が形成される。   Subsequently to FIG. 11, a silicon oxide film is deposited as an interlayer insulating film by using the CVD method, and reaches the silicon substrate 1, the doped polysilicon 102, the not-shown doped polysilicon wiring, and the upper electrode 108. Contacts 111a-c are formed. After the above steps, the structure of FIG. 12 is formed. When the selection gate 109 and the lower part of the contact 111b are formed at the same time, the upper part of the contact 111b connected to the upper surface of the lower part of the contact 111b is formed.

図12に続いて、上層配線層を形成することによって、NAND型不揮発性半導体メモリが形成される。   Continuing to FIG. 12, an NAND type nonvolatile semiconductor memory is formed by forming an upper wiring layer.

本発明の実施例1によれば、メモリセル領域では、浮遊ゲート電極102aがその両側面に形成された制御ゲート電極107によって制御されるので、浮遊ゲート電極102aの膜厚を厚くすることによって浮遊ゲート電極102aと制御ゲート電極107との間に挟まれるゲート間絶縁膜106の面積を大きくすることができる。その結果、カップリング容量を大きくすることができる。   According to the first embodiment of the present invention, in the memory cell region, the floating gate electrode 102a is controlled by the control gate electrodes 107 formed on both side surfaces thereof, so that the floating gate electrode 102a is made thick by increasing its thickness. The area of the inter-gate insulating film 106 sandwiched between the gate electrode 102a and the control gate electrode 107 can be increased. As a result, the coupling capacity can be increased.

また、本発明の実施例1によれば、容量素子部では、下部電極102cと半導体基板1との間に挟まれるゲート絶縁膜101を容量とすることに加えて、下部電極102cと上部電極108との間に挟まれるゲート間絶縁膜106も容量として使用できるので、容量素子部の容量を確保するために必要な面積を小さくすることができ、ひいては、チップサイズを小さくし、コストを低減することができる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the capacitor element portion, in addition to the gate insulating film 101 sandwiched between the lower electrode 102c and the semiconductor substrate 1 serving as a capacitor, the lower electrode 102c and the upper electrode 108 are used. Since the inter-gate insulating film 106 sandwiched between the electrodes can also be used as a capacitor, the area necessary for securing the capacitance of the capacitor element portion can be reduced, thereby reducing the chip size and reducing the cost. be able to.

なお、本発明の実施例1では、全ての上部電極108を浮遊ゲート電極102a上に形成する例について説明したが、上部電極108の一部を素子分離104上に引き出し、上部電極108へのコンタクト111を取るようにしても良い。この場合には、上部電極108へのコンタクト111を形成するときに、加工のダメージがゲート間絶縁膜106及びゲート絶縁膜101に影響を与えることを防ぐことができる。   In the first embodiment of the present invention, an example in which all the upper electrodes 108 are formed on the floating gate electrode 102a has been described. However, a part of the upper electrode 108 is drawn on the element isolation 104 and contacted with the upper electrode 108. 111 may be taken. In this case, it is possible to prevent the processing damage from affecting the inter-gate insulating film 106 and the gate insulating film 101 when the contact 111 to the upper electrode 108 is formed.

次に、本発明の実施例2について説明する。本発明の実施例1は、容量素子部の下部電極と上部電極の間に層間絶縁膜を形成する例であるが、本発明の実施例2は、互いに接続された繰り返しパターンの上部電極と下部電極の間に層間絶縁膜を形成する例である。なお、本発明の実施例1と同様の内容についての説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The first embodiment of the present invention is an example in which an interlayer insulating film is formed between the lower electrode and the upper electrode of the capacitive element portion. However, the second embodiment of the present invention is the upper electrode and the lower electrode of the repeating pattern connected to each other. In this example, an interlayer insulating film is formed between electrodes. In addition, the description about the content similar to Example 1 of this invention is abbreviate | omitted.

はじめに、本発明の実施例2では、図4〜7と同様の工程が行われる。   First, in Example 2 of the present invention, the same processes as in FIGS.

図13は、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。図13(B)は、図13(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   13A and 13B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 2 of the invention. FIG. 13B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図7に続いて、容量素子部の上部のキャップ絶縁膜103を加工するためのレジストパターンを形成する。レジストパターンは、例えば、図13(A)においてレジストラインとレジストスペースが横方向に所定の間隔を置いて交互に形成される繰り返しパターンである。このレジストスペースは接続スペースにより互いに接続されている。その結果、このレジストパターンは少なくとも5つ以上の角を有する形状となっている。   Subsequently to FIG. 7, a resist pattern for processing the cap insulating film 103 on the upper part of the capacitive element portion is formed. The resist pattern is, for example, a repeated pattern in which resist lines and resist spaces are alternately formed at predetermined intervals in the horizontal direction in FIG. The resist spaces are connected to each other by a connection space. As a result, this resist pattern has a shape having at least five corners.

その後、本発明の実施例1と同様に、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、図示されない素子分離104用の溝に埋め込まれた層間絶縁膜105の上部及びドープトポリシリコン膜102をエッチングし、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。以上の工程の後に、図13の構造が形成される。   Thereafter, similarly to Example 1 of the present invention, the cap insulating film 103, the upper portion of the interlayer insulating film 105 buried in the trench for element isolation 104 (not shown), and the doped polysilicon film 102 are formed by using a dry etching method. Etching and removing the resist pattern using an ashing method. After the above steps, the structure of FIG. 13 is formed.

図13に続いて、本発明の実施例1と同様の工程(図8〜12)を行うことによって、図14に示されるようなNAND型不揮発性半導体メモリが形成される。   Subsequent to FIG. 13, the same processes (FIGS. 8 to 12) as in the first embodiment of the present invention are performed to form a NAND-type nonvolatile semiconductor memory as shown in FIG.

本発明の実施例2によれば、容量素子部の上部に本発明の実施例1よりも幅の狭い繰り返しパターンの上部電極108が形成されるので、この上部電極108を容易に形成することができる。具体的には、上部電極108のパターン幅が広い場合には、CMP法を用いて、上部電極108を形成するために堆積されたドープトポリシリコン膜を研磨する際に、ディッシングが発生して上部電極108のドープトポリシリコンが無くなってしまうという問題があるが、本発明の実施例2では、上部電極108の幅が狭いので、ディッシングの影響を低減することができる。また、CMP法に代えてドライエッチング法を用いて、ドープトポリシリコンをエッチングする場合に、上部電極108の幅が広い場合には、堆積されたドープトポリシリコンの膜厚を平坦化するまで厚く成膜しなければならないので、成膜及びエッチングのコストが増加し且つエッチングの制御が困難になるという問題があるが、本発明の実施例2では、上部電極108の幅が狭いので、これらの問題はない。   According to the second embodiment of the present invention, the upper electrode 108 having a repetitive pattern narrower than that of the first embodiment of the present invention is formed on the upper portion of the capacitive element portion. Therefore, the upper electrode 108 can be easily formed. it can. Specifically, when the pattern width of the upper electrode 108 is wide, dishing occurs when the doped polysilicon film deposited to form the upper electrode 108 is polished by CMP. Although there is a problem that the doped polysilicon of the upper electrode 108 is lost, in the second embodiment of the present invention, since the width of the upper electrode 108 is narrow, the influence of dishing can be reduced. In addition, when the doped polysilicon is etched by using a dry etching method instead of the CMP method, if the upper electrode 108 is wide, the deposited doped polysilicon film thickness is flattened. Since the film must be formed thick, there is a problem that the cost of film formation and etching increases and the control of etching becomes difficult. However, in the second embodiment of the present invention, the width of the upper electrode 108 is narrow. There is no problem.

また、本発明の実施例2によれば、上部電極108が幅の狭い繰り返しパターンであるので、上記問題を解決するために電極幅を狭くすることによって小さくなった容量を補填することができる。   Further, according to the second embodiment of the present invention, since the upper electrode 108 has a narrow repeated pattern, it is possible to compensate for the reduced capacitance by reducing the electrode width in order to solve the above problem.

すなわち、本発明の実施例2によれば、繰り返しパターンの上部電極108と下部電極102cとの間に層間絶縁膜105を形成することによって、浮遊ゲート電極102aと制御ゲート電極107との間の容量を大きくすることができ且つ上記問題を解決することができる。   That is, according to the second embodiment of the present invention, the capacitance between the floating gate electrode 102a and the control gate electrode 107 is formed by forming the interlayer insulating film 105 between the upper electrode 108 and the lower electrode 102c having a repetitive pattern. The above problem can be solved.

また、本発明の実施例2によれば、接続電極を有することにより、少数のコンタクトで複数の上部電極108に電位を供給することができる。   Further, according to the second embodiment of the present invention, by having the connection electrode, it is possible to supply a potential to the plurality of upper electrodes 108 with a small number of contacts.

なお、本発明の実施例2では、上部電極108のパターンを単純なラインとスペースの繰り返しパターンにすることによって、リソグラフィーマジンを向上させることもできる。この場合には、それぞれの上部電極108にコンタクト111が配置され、それらが図示されない上部配線によって接続される。   In the second embodiment of the present invention, the lithographic imaging can be improved by making the pattern of the upper electrode 108 a simple pattern of lines and spaces. In this case, a contact 111 is disposed on each upper electrode 108 and they are connected by an upper wiring (not shown).

次に、本発明の実施例3について説明する。本発明の実施例2は、シリコン窒化膜とドープトポリシリコンの境界までエッチングする例であるが、本発明の実施例3は、容量素子部の浮遊ゲートの途中までエッチングする例である。なお、本発明の実施例1,2と同様の内容についての説明は省略する。   Next, Embodiment 3 of the present invention will be described. The second embodiment of the present invention is an example of etching up to the boundary between the silicon nitride film and the doped polysilicon, but the third embodiment of the present invention is an example of etching to the middle of the floating gate of the capacitive element portion. In addition, the description about the content similar to Example 1, 2 of this invention is abbreviate | omitted.

はじめに、本発明の実施例3では、図4〜7と同様の工程が行われる。   First, in Example 3 of the present invention, the same processes as in FIGS.

図15は、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。図15(B)は、図15(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   15A and 15B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 3 of the invention. FIG. 15B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図7に続いて、本発明の実施例2と同様に、容量素子部の上部のキャップ絶縁膜103を加工するためのレジストパターンを形成する。レジストパターンは、レジストラインとレジストスペースが交互に形成される繰り返しパターン及び接続スペースである。その後、本発明の実施例1と同様に、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、素子分離104用の溝に埋め込まれた層間絶縁膜105の上部及びドープトポリシリコン膜102をエッチングし、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。このとき、容量素子部の浮遊ゲートのドープトポリシリコン膜102の途中まで掘り下げられる。以上の工程の後に、図15の構造が形成される。   Subsequent to FIG. 7, a resist pattern for processing the cap insulating film 103 on the upper part of the capacitive element portion is formed in the same manner as in the second embodiment of the present invention. The resist pattern is a repeated pattern and a connection space in which resist lines and resist spaces are alternately formed. Thereafter, the cap insulating film 103, the upper part of the interlayer insulating film 105 buried in the trench for element isolation 104, and the doped polysilicon film 102 are etched using the dry etching method, as in the first embodiment of the present invention. Then, the resist pattern is removed using an ashing method. At this time, it is dug down partway through the doped polysilicon film 102 of the floating gate of the capacitive element portion. After the above steps, the structure of FIG. 15 is formed.

図15に続いて、本発明の実施例1と同様の工程(図8〜12)を行うことによって、図16に示されるようなNAND型不揮発性半導体メモリが形成される。   Subsequent to FIG. 15, the same processes (FIGS. 8 to 12) as in the first embodiment of the present invention are performed to form a NAND-type nonvolatile semiconductor memory as shown in FIG.

本発明の実施例3によれば、容量素子部の浮遊ゲートのドープトポリシリコン膜102の途中まで(すなわち、キャップ絶縁膜103の下面より深く)掘り下げて上部電極108を形成するので、下部電極102cの側面に形成されたゲート間絶縁膜106も下部電極102cと上部電極108を電極とした容量素子の絶縁膜として用いることができる。その結果、容量素子の容量を本発明の実施例2よりも大きくすることができる。   According to the third embodiment of the present invention, the upper electrode 108 is formed by digging partway through the doped polysilicon film 102 of the floating gate of the capacitive element portion (that is, deeper than the lower surface of the cap insulating film 103). The inter-gate insulating film 106 formed on the side surface 102c can also be used as an insulating film of a capacitor element using the lower electrode 102c and the upper electrode 108 as electrodes. As a result, the capacitance of the capacitive element can be made larger than that of the second embodiment of the present invention.

次に、本発明の実施例4について説明する。本発明の実施例3は、容量素子部の浮遊ゲートの途中までエッチングする例であるが、本発明の実施例4は、容量素子部の浮遊ゲートのトンネル絶縁膜とドープトポリシリコン膜の境界までエッチングする例である。なお、本発明の実施例1〜3と同様の内容についての説明は省略する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The third embodiment of the present invention is an example of etching halfway through the floating gate of the capacitive element portion, but the fourth embodiment of the present invention is the boundary between the tunnel insulating film and the doped polysilicon film of the floating gate of the capacitive element portion. This is an example of etching. In addition, the description about the content similar to Examples 1-3 of this invention is abbreviate | omitted.

はじめに、本発明の実施例4では、図4〜7と同様の工程が行われる。   First, in Example 4 of the present invention, the same processes as in FIGS.

図17は、本発明の実施例4に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。図17(B)は、図17(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the semiconductor device manufacturing method according to the fourth embodiment of the invention. FIG. 17B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図4に続いて、本発明の実施例2と同様に、容量素子部の上部のキャップ絶縁膜103を加工するためのレジストパターンを形成する。レジストパターンは、レジストラインとレジストスペースが交互に形成される繰り返しパターン及び接続スペースである。その後、本発明の実施例1と同様に、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、素子分離104用の溝に埋め込まれた層間絶縁膜105の上部及びドープトポリシリコン膜102をエッチングし、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。このとき、容量素子部の浮遊ゲートのゲート絶縁膜101の上面まで掘り下げられる。以上の工程の後に、図17の構造が形成される。   Subsequent to FIG. 4, a resist pattern for processing the cap insulating film 103 on the upper part of the capacitive element portion is formed as in the second embodiment of the present invention. The resist pattern is a repeated pattern and a connection space in which resist lines and resist spaces are alternately formed. Thereafter, the cap insulating film 103, the upper part of the interlayer insulating film 105 buried in the trench for element isolation 104, and the doped polysilicon film 102 are etched using the dry etching method, as in the first embodiment of the present invention. Then, the resist pattern is removed using an ashing method. At this time, the upper surface of the gate insulating film 101 of the floating gate of the capacitive element portion is dug down. After the above steps, the structure of FIG. 17 is formed.

図17に続いて、本発明の実施例1と同様の工程(図8〜12)を行うことによって、図18に示されるようなNAND型不揮発性半導体メモリが形成される。   Subsequent to FIG. 17, the same processes (FIGS. 8 to 12) as in the first embodiment of the present invention are performed to form a NAND-type nonvolatile semiconductor memory as shown in FIG.

本発明の実施例4によれば、ゲート絶縁膜101と容量素子部の浮遊ゲートの上面まで(すなわち、本発明の実施例3より深く)掘り下げて上部電極108を形成するので、下部電極102cの側面に形成され、この下部電極102cの膜厚と等しい幅を有するゲート間絶縁膜106も下部電極102cと上部電極108を電極とした容量素子の絶縁膜として用いることができる。その結果、本発明の実施例3よりも大きくすることができる。   According to the fourth embodiment of the present invention, the upper electrode 108 is formed by digging down to the upper surfaces of the gate insulating film 101 and the floating gate of the capacitive element portion (that is, deeper than the third embodiment of the present invention). The inter-gate insulating film 106 formed on the side surface and having a width equal to the film thickness of the lower electrode 102c can also be used as an insulating film of a capacitor element using the lower electrode 102c and the upper electrode 108 as electrodes. As a result, it can be made larger than that of the third embodiment of the present invention.

また、本発明の実施例4によれば、ゲート絶縁膜101と容量素子部の浮遊ゲートの上面まで掘り下げて上部電極108を形成する、すなわち、キャップ絶縁膜103の開口部における下部電極102cを全てエッチングするので、本発明の実施例3より容量値のバラツキを小さくすることができる。   Further, according to the fourth embodiment of the present invention, the upper electrode 108 is formed by digging down to the upper surfaces of the gate insulating film 101 and the floating gate of the capacitive element portion, that is, the lower electrode 102c in the opening of the cap insulating film 103 is entirely Since the etching is performed, the variation in the capacitance value can be reduced as compared with the third embodiment of the present invention.

次に、本発明の実施例5について説明する。本発明の実施例1〜4は、メモリを加工するためのレジストパターンと容量素子部の上部のシリコン窒化膜を加工するためのレジストパターンを別々に形成する例であるが、本発明の実施例5は、これらを同時に形成する例である。なお、本発明の実施例1〜4と同様の内容についての説明は省略する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Embodiments 1 to 4 of the present invention are examples in which a resist pattern for processing a memory and a resist pattern for processing a silicon nitride film on the upper part of the capacitive element portion are separately formed. 5 is an example of forming these simultaneously. In addition, the description about the content similar to Examples 1-4 of this invention is abbreviate | omitted.

はじめに、本発明の実施例5では、図4〜6と同様の工程が行われる。   First, in Example 5 of the present invention, the same steps as in FIGS.

図19は、本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の図6に続く工程を示す平面図及び断面図である。図19(B)は、図19(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   FIG. 19 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 6 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 5 of the present invention. FIG. 19B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図6に続いて、メモリセルを加工するためのレジストパターン及び容量素子部の上部のキャップ絶縁膜103を加工するためのレジストパターンを同時に形成する。キャップ絶縁膜103を加工するためのレジストパターンは、本発明の実施例2と同様に、レジストラインとレジストスペースが交互に形成される繰り返しパターンである。その後、本発明の実施例1と同様に、ドライエッチング法を用いて、キャップ絶縁膜103、素子分離104用の溝に埋め込まれた層間絶縁膜105の上部及びドープトポリシリコン膜102をエッチングし、アッシング法を用いて、レジストパターンを除去する。このとき、容量素子部の浮遊ゲートの上面まで掘り下げられる。以上の工程の後に、図19の構造が形成される。   Subsequently to FIG. 6, a resist pattern for processing the memory cell and a resist pattern for processing the cap insulating film 103 above the capacitor element portion are formed simultaneously. The resist pattern for processing the cap insulating film 103 is a repeated pattern in which resist lines and resist spaces are alternately formed, as in the second embodiment of the present invention. Thereafter, the cap insulating film 103, the upper part of the interlayer insulating film 105 buried in the trench for element isolation 104, and the doped polysilicon film 102 are etched using the dry etching method, as in the first embodiment of the present invention. Then, the resist pattern is removed using an ashing method. At this time, it is dug down to the upper surface of the floating gate of the capacitive element portion. After the above steps, the structure of FIG. 19 is formed.

図20は、本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の図19に続く工程を示す平面図及び断面図である。図20(B)は、図20(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   20 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 19 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 5 of the present invention. FIG. 20B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図19に続いて、CVD法を用いて、ゲート間絶縁膜106を堆積する。以上の工程の後に、図20の構造が形成される。   Subsequently to FIG. 19, an inter-gate insulating film 106 is deposited by CVD. After the above steps, the structure of FIG. 20 is formed.

図21は、本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の図20に続く工程を示す平面図及び断面図である。図21(B)は、図21(A)の線A−Aに沿った断面を示している。   21 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 20 of the method for manufacturing the semiconductor device according to Example 5 of the present invention. FIG. 21B shows a cross section taken along line AA in FIG.

図20に続いて、CVD法を用いて、ドープトポリシリコン膜を堆積し、CMP法又はドライエッチング法を用いて、ドープトポリシリコン膜の不要な部分を除去することによって、メモリセル領域の制御ゲート電極107を形成し、同時に、容量素子部の側面にゲート間絶縁膜106を介して上部電極108を形成する。以上の工程の後に、図21の構造が形成される。   Following FIG. 20, a doped polysilicon film is deposited using a CVD method, and unnecessary portions of the doped polysilicon film are removed using a CMP method or a dry etching method. The control gate electrode 107 is formed, and at the same time, the upper electrode 108 is formed on the side surface of the capacitive element portion via the inter-gate insulating film 106. After the above steps, the structure of FIG. 21 is formed.

図21に続いて、本発明の実施例1と同様の工程(図11,12)を行うことによって、NAND型不揮発性半導体メモリが形成される。   Subsequent to FIG. 21, the same process (FIGS. 11 and 12) as in the first embodiment of the present invention is performed to form a NAND type nonvolatile semiconductor memory.

本発明の実施例5によれば、メモリを加工するためのレジストパターンと容量素子部の上部のシリコン窒化膜を加工するためのレジストパターンが同時に形成される(すなわち、容量素子部の上部電極108がメモリセル領域の制御ゲート電極107と同時に形成される)ので、容量素子部を形成するためのリソグラフィー工程を省略することができ、本発明の実施例1〜4に比べて製造コストを低減することができる。特に、容量素子部の上部電極108のピッチをメモリセル領域のピッチと同じピッチにすることによって、リソグラフィー時に2種類の配線ピッチを形成する必要がなくなるので、リソグラフィーのプロセスマージンを確保し易くなる。   According to the fifth embodiment of the present invention, the resist pattern for processing the memory and the resist pattern for processing the silicon nitride film on the upper portion of the capacitive element portion are simultaneously formed (that is, the upper electrode 108 of the capacitive element portion). Is formed at the same time as the control gate electrode 107 in the memory cell region), the lithography process for forming the capacitive element portion can be omitted, and the manufacturing cost is reduced as compared with the first to fourth embodiments of the present invention. be able to. In particular, by setting the pitch of the upper electrodes 108 of the capacitive element portion to be the same as the pitch of the memory cell region, it is not necessary to form two types of wiring pitches at the time of lithography, so that it becomes easy to ensure a lithography process margin.

側壁ゲート型の不揮発性半導体メモリのメモリセルアレイと、その周辺回路の一部とを示す回路図である。It is a circuit diagram showing a memory cell array of a sidewall gate type nonvolatile semiconductor memory and a part of its peripheral circuit. 本発明の実施例1に係る半導体装置のメモリセル領域、選択ゲート領域及び容量素子部の構造を示す平面図である。3 is a plan view showing structures of a memory cell region, a select gate region, and a capacitor element portion of the semiconductor device according to Example 1 of the invention. FIG. 図2の半導体装置の断面を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a section of the semiconductor device of FIG. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図4に続く工程を示す平面図及び断面図である。5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 4 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図5に続く工程を示す平面図及び断面図である。6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a process following the process shown in FIG. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図6に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 6 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。8A and 9B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 1 of the invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図8に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 8 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図9に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 9 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図10に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 10 of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の図11に続く工程を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the process following FIG. 11 of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 2 of the invention. 本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法の図13に続く工程を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the process following FIG. 13 of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 7 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 3 of the invention. 本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法の図15に続く工程を示す平面図及び断面図である。16A and 16B are a plan view and a cross-sectional view showing a process following the process shown in FIG. 15 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 3 of the invention. 本発明の実施例4に係る半導体装置の製造方法の図7に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 7 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施例4に係る半導体装置の製造方法の図17に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 18 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 17 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の図6に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 6 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 5 of the present invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の図19に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 20 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 19 of the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 5 of the present invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の図20に続く工程を示す平面図及び断面図である。FIG. 21 is a plan view and a cross-sectional view showing a step following the step of FIG. 20 in the method for manufacturing a semiconductor device according to Example 5 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
101 ゲート絶縁膜
102 ドープトポリシリコン
102a 浮遊ゲート電極
102b ゲート電極
102c 下部電極
103 キャップ絶縁膜
104 素子分離
105 層間絶縁膜
106 ゲート間絶縁膜
107 制御ゲート電極
108 上部電極
109 選択ゲート
111a〜c コンタクト
ST 選択ゲートトランジスタ
MC メモリセル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 101 Gate insulating film 102 Doped polysilicon 102a Floating gate electrode 102b Gate electrode 102c Lower electrode 103 Cap insulating film 104 Element isolation 105 Interlayer insulating film 106 Intergate insulating film 107 Control gate electrode 108 Upper electrode 109 Select gate 111a c Contact ST Select gate transistor MC Memory cell

Claims (5)

フローティングゲート及びコントロールゲートを備える半導体装置であって、
容量素子部において、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された、前記下部電極を露出する開口部を有するキャップ絶縁膜と、
前記キャップ絶縁膜の側面上及び前記開口部により露出された前記下部電極上に形成されたゲート間絶縁膜と、
前記ゲート間絶縁膜上に形成された上部電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a floating gate and a control gate,
In the capacitive element portion, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A lower electrode formed on the gate insulating film;
A cap insulating film formed on the lower electrode and having an opening exposing the lower electrode;
An inter-gate insulating film formed on a side surface of the cap insulating film and on the lower electrode exposed by the opening;
And a top electrode formed on the inter-gate insulating film.
前記キャップ絶縁膜の前記開口部は、少なくとも5つ以上の角を有する形状であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the opening of the cap insulating film has a shape having at least five corners. 前記開口部により露出された前記下部電極の上面は前記キャップ絶縁膜の下面より低いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the lower electrode exposed by the opening is lower than a lower surface of the cap insulating film. 前記ゲート絶縁膜上に形成され、所定の間隔をおいて配置されたフローティングゲートと、
前記フローティングゲートの間に前記ゲート間絶縁膜を介して形成されるコントロールゲートを有する請求項1乃至3の何れか1項に記載の半導体装置。
A floating gate formed on the gate insulating film and disposed at a predetermined interval;
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a control gate formed between the floating gates through the inter-gate insulating film. 5.
フローティングゲート及びコントロールゲートを備える半導体装置の製造方法であって、
容量素子部において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に下部電極を形成し、
前記下部電極上にキャップ絶縁膜を形成し、
前記キャップ絶縁膜に少なくとも1つの開口部を形成し、
前記キャップ絶縁膜上及び前記開口部にゲート間絶縁膜を形成し、
前記ゲート間絶縁膜上に上部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。
A method of manufacturing a semiconductor device including a floating gate and a control gate,
In the capacitive element portion, a gate insulating film is formed on the semiconductor substrate,
Forming a lower electrode on the gate insulating film;
Forming a cap insulating film on the lower electrode;
Forming at least one opening in the cap insulating film;
Forming an intergate insulating film on the cap insulating film and in the opening;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming an upper electrode on the inter-gate insulating film.
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