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JP5538828B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、スプリットゲート型メモリセルを有する半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a semiconductor device having a split gate type memory cell and a technique effective when applied to the manufacturing thereof.

半導体装置として、例えば電気的に書き込み・消去が可能な不揮発性半導体記憶素子を有する半導体装置が知られている。また、不揮発性半導体記憶素子のメモリセル構造として、例えば選択 MIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタとメモリMISトランジスタとを直列に接続したスプリットゲート型メモリセルが知られている。   As a semiconductor device, for example, a semiconductor device having a nonvolatile semiconductor memory element that can be electrically written and erased is known. Further, as a memory cell structure of a nonvolatile semiconductor memory element, for example, a split gate type memory cell in which a selection MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor and a memory MIS transistor are connected in series is known.

上記スプリットゲート型メモリセルのうち、特に、選択MISトランジスタのゲート電極(以下、制御ゲート電極という)の側壁に自己整合技術を利用してメモリMISトランジスタのゲート電極(以下、メモリゲート電極という)を配置したメモリセル構造は、メモリゲート電極のゲート長をリソグラフィの最小解像寸法以下に縮小できるので、フォトレジスト膜をマスクにしたエッチングで選択ゲートとメモリゲートを個別に形成するメモリセル構造に比べて、微細なメモリセルを実現できることが知られている。   Among the split gate type memory cells, in particular, the gate electrode of the memory MIS transistor (hereinafter referred to as the memory gate electrode) is applied to the side wall of the gate electrode (hereinafter referred to as the control gate electrode) of the selected MIS transistor using a self-alignment technique. The arranged memory cell structure can reduce the gate length of the memory gate electrode to less than the minimum resolution dimension of lithography, so that the selection gate and the memory gate are individually formed by etching using a photoresist film as a mask. It is known that a fine memory cell can be realized.

また、上記スプリットゲート型メモリセルを構成する2種類のMISトランジスタのうち、メモリMISトランジスタは、そのゲート絶縁膜に電荷を保持させることによって情報を記憶するが、この電荷の保持方式には、主として2種類ある。1つは、ゲート絶縁膜の一部に電気的に孤立した導電性多結晶シリコン膜を用いるフローティングゲート方式であり、もう1つは、窒化シリコン膜のような電荷を蓄積する性質を持った絶縁膜に電荷を蓄えるMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)方式である。   Of the two types of MIS transistors constituting the split gate type memory cell, the memory MIS transistor stores information by holding charges in its gate insulating film. There are two types. One is a floating gate method using a conductive polycrystalline silicon film that is electrically isolated as a part of the gate insulating film, and the other is an insulating material having a property of accumulating electric charges like a silicon nitride film. This is a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) system that stores charges in the film.

上記した2種類の電荷保持方式のいずれにおいても、電荷を蓄積する絶縁膜(窒化シリコン膜)と半導体基板との間には、電位障壁膜として絶縁性に優れた酸化シリコン膜が挿入される。例えばMONOS方式では、電荷保持膜を2層の酸化シリコン膜で挟み込んだONO膜と呼ばれる3層の積層絶縁膜が使用される。フローティングゲート方式では、この電位障壁膜に局所的なリークパスが発生した場合、電荷保持膜中の電荷がこのリークパスを通って基板側に漏洩するために、電荷を保持できなくなるという問題がある。これに対して、MONOS方式は、電荷保持膜中で離散的なトラップ準位に蓄積され、電荷が空間的に離散化されて保持されているために、リークパス周囲の電荷だけがリークするに過ぎず、極端な電荷保持寿命の低下がないという利点がある。   In either of the two types of charge holding methods described above, a silicon oxide film having excellent insulating properties is inserted as a potential barrier film between the insulating film (silicon nitride film) for accumulating charges and the semiconductor substrate. For example, in the MONOS method, a three-layer stacked insulating film called an ONO film in which a charge holding film is sandwiched between two silicon oxide films is used. In the floating gate method, when a local leak path is generated in the potential barrier film, the charge in the charge holding film leaks to the substrate side through the leak path, so that the charge cannot be held. On the other hand, in the MONOS method, since charges are accumulated at discrete trap levels in the charge holding film and the charges are spatially discretized and held, only the charges around the leak path leak. Therefore, there is an advantage that there is no extreme decrease in the charge retention life.

スプリットゲート型メモリセルを有する半導体装置については、例えば特許文献1〜4などに記載がある。   For example, Patent Documents 1 to 4 describe a semiconductor device having a split gate type memory cell.

特許文献1(特開2008−159650号公報)は、メモリゲート電極および制御ゲート電極のそれぞれの上部をシリサイド化したメモリセルにおいて、メモリゲート電極とONO膜との間の上部を電気絶縁層で被覆する構造を開示している。この構造によれば、メモリゲート電極の上部と制御ゲート電極の上部との距離がONO膜の膜厚に相当する距離よりも長くなるので、メモリセルを微細化しても、ゲート電極をシリサイド化する際に用いた金属層の残渣に起因するゲート電極同士の短絡が起こり難くなる。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-159650) discloses a memory cell in which the upper portions of a memory gate electrode and a control gate electrode are silicided, and the upper portion between the memory gate electrode and the ONO film is covered with an electrical insulating layer. The structure to be disclosed is disclosed. According to this structure, since the distance between the upper part of the memory gate electrode and the upper part of the control gate electrode is longer than the distance corresponding to the film thickness of the ONO film, the gate electrode is silicided even if the memory cell is miniaturized. Short-circuiting between the gate electrodes due to the residue of the metal layer used at the time hardly occurs.

特許文献2(特開2008−294088号公報)は、メモリゲート電極と制御ゲート電極との間に介在するONO膜を、通常のONO膜(2層の酸化シリコン膜とその間に介在する窒化シリコン膜)の上部に絶縁膜(例えば膜厚5〜20nmの窒化シリコン膜)を積層した4層膜で構成する構造を開示している。この構造によれば、メモリゲート電極用多結晶シリコン膜のエッチング時に上記絶縁膜がエッチングストッパ層として機能し、ONO膜の損傷が防止されるので、メモリセルの電荷保持特性の劣化を回避することができる。   Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-294088) discloses that an ONO film interposed between a memory gate electrode and a control gate electrode is replaced with a normal ONO film (two silicon oxide films and a silicon nitride film interposed therebetween). ), A structure constituted by a four-layer film in which an insulating film (for example, a silicon nitride film having a thickness of 5 to 20 nm) is stacked is disclosed. According to this structure, when the polycrystalline silicon film for the memory gate electrode is etched, the insulating film functions as an etching stopper layer, and the ONO film is prevented from being damaged. Therefore, deterioration of the charge retention characteristics of the memory cell can be avoided. Can do.

特許文献3(特開2007−109800号公報)は、メモリゲート電極および制御ゲート電極のそれぞれの上部をシリサイド化する際に、メモリゲート電極をONO膜よりも低く形成し、メモリゲート電極上部のONO膜側面に側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ)を形成することによって、ゲート電極同士の短絡を防止する技術を開示している。   In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-109800), when siliciding the upper portions of the memory gate electrode and the control gate electrode, the memory gate electrode is formed lower than the ONO film, and the ONO on the upper portion of the memory gate electrode is formed. A technique for preventing a short circuit between gate electrodes by forming a sidewall insulating film (sidewall spacer) on the side surface of the film is disclosed.

特許文献4(特開2007−258497号公報)は、メモリゲート電極の上部と制御ゲート電極の上部との間にバーズビーク形状の絶縁膜を形成し、メモリゲート電極の上部と制御ゲート電極との距離を制御ゲート電極と半導体基板との距離よりも長くすることによって、ゲート電極同士の短絡を回避する技術を開示している。   In Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-258497), a bird's beak-shaped insulating film is formed between the upper portion of the memory gate electrode and the upper portion of the control gate electrode, and the distance between the upper portion of the memory gate electrode and the control gate electrode. Discloses a technique for avoiding a short circuit between the gate electrodes by making the length longer than the distance between the control gate electrode and the semiconductor substrate.

特開2008−159650号公報JP 2008-159650 A 特開2008−294088号公報JP 2008-294088 A 特開2007−109800号公報JP 2007-109800 A 特開2007−258497号公報JP 2007-258497 A

前述したスプリットゲート型メモリセルは、制御ゲート電極の一方の側壁に電荷保持膜を2層の電位障壁膜で挟んだ積層ゲート絶縁膜を介してサイドウォール状のメモリゲート電極を配置した構造にすることにより、メモリセルの微細化を実現している。しかし、微細化に伴って、制御ゲート電極とメモリゲート電極との間の距離が近接することになる。そして、制御ゲート電極とメモリゲート電極とは、ポリシリコン膜から形成されているが、どちらも低抵抗化を図るため、制御ゲート電極の表面およびメモリゲート電極の表面にシリサイド層を形成している。この場合、制御ゲート電極の表面と、メモリゲート電極の表面は、積層ゲート絶縁膜分だけしか離れていないため、制御ゲート電極に形成されるシリサイド層と、メモリゲート電極に形成されるシリサイド層が接触して、制御ゲート電極とメモリゲート電極が短絡してしまう恐れがある。   The above-described split gate type memory cell has a structure in which a side wall-like memory gate electrode is disposed on one side wall of a control gate electrode via a stacked gate insulating film in which a charge holding film is sandwiched between two potential barrier films. Thus, miniaturization of the memory cell is realized. However, with the miniaturization, the distance between the control gate electrode and the memory gate electrode becomes closer. The control gate electrode and the memory gate electrode are formed of a polysilicon film, and both have a silicide layer formed on the surface of the control gate electrode and the surface of the memory gate electrode in order to reduce the resistance. . In this case, since the surface of the control gate electrode and the surface of the memory gate electrode are separated from each other only by the stacked gate insulating film, the silicide layer formed on the control gate electrode and the silicide layer formed on the memory gate electrode There is a possibility that the control gate electrode and the memory gate electrode are short-circuited due to contact.

その対策として、例えば前記特許文献4では、メモリゲート電極の上部と制御ゲート電極の上部との間にバーズビーク形状の絶縁膜を形成することによって、2つのゲート電極の上部の実効的な距離を長くしている。しかし、メモリゲート電極の上部と制御ゲート電極の上部との間にバーズビーク形状の絶縁膜を形成するためには、半導体基板を高温で熱処理する工程が必要となる。そのため、この方法では、半導体基板の熱処理時に半導体基板中の不純物の再拡散が生じ、特に微細なメモリセルでは、動作特性がばらつき易くなるという問題がある。   As a countermeasure, for example, in Patent Document 4, an effective distance between the upper portions of the two gate electrodes is increased by forming a bird's beak-shaped insulating film between the upper portion of the memory gate electrode and the upper portion of the control gate electrode. doing. However, in order to form a bird's beak-shaped insulating film between the upper portion of the memory gate electrode and the upper portion of the control gate electrode, a step of heat-treating the semiconductor substrate at a high temperature is required. Therefore, in this method, there is a problem that re-diffusion of impurities in the semiconductor substrate occurs during the heat treatment of the semiconductor substrate, and the operation characteristics are likely to vary particularly in a fine memory cell.

また、他の課題として、メモリゲート電極の上部と制御ゲート電極の上部との間に形成された積層ゲート絶縁膜が、ソース・ドレイン領域を形成する際のイオン注入等によりダメージを受けるため、メモリゲート電極と制御ゲート電極の間の絶縁耐性が劣化する恐れがある。   Another problem is that the stacked gate insulating film formed between the upper part of the memory gate electrode and the upper part of the control gate electrode is damaged by ion implantation or the like when forming the source / drain regions. The insulation resistance between the gate electrode and the control gate electrode may be deteriorated.

本実施の形態の目的は、半導体装置の信頼性を向上させることである。以下に本実施の形態に記載される目的のうち、主要なものを例示する。   An object of this embodiment is to improve the reliability of a semiconductor device. The main ones of the objects described in this embodiment will be exemplified below.

本実施の形態の主要な目的の1つは、スプリットゲート型メモリセルを有する半導体装置において、スプリットゲート型メモリセルの制御ゲート電極の表面に形成されているシリサイド層と、メモリゲート電極の表面に形成されているシリサイド層の接触による短絡不良を防止する技術を提供することにある。   One of the main objects of the present embodiment is that in a semiconductor device having a split gate type memory cell, the silicide layer formed on the surface of the control gate electrode of the split gate type memory cell and the surface of the memory gate electrode An object of the present invention is to provide a technique for preventing a short-circuit failure caused by contact of a formed silicide layer.

本実施の形態の他の主要な目的は、スプリットゲート型メモリセルを有する半導体装置において、メモリゲート電極と制御ゲート電極の間の絶縁耐性を保持する技術を提供することにある。   Another main object of the present embodiment is to provide a technique for maintaining insulation resistance between a memory gate electrode and a control gate electrode in a semiconductor device having a split gate type memory cell.

本実施の形態の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present embodiment will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

(1)本実施の形態の好ましい一態様である半導体装置は、メモリセルを有する半導体装置であって、前記メモリセルは、半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成された制御ゲート電極と、前記制御ゲート電極の一方の側壁上および前記半導体基板上に形成され、且つ、前記制御ゲート電極側から順に形成された第1電位障壁膜、電荷保持膜、および第2電位障壁膜の積層構造となる第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜を介して前記制御ゲート電極および前記半導体基板と絶縁されたメモリゲート電極と、前記制御ゲート電極の近傍の前記半導体基板に形成された半導体領域からなるソース領域と、前記メモリゲート電極の近傍の前記半導体基板に形成された半導体領域からなるドレイン領域とを含み、前記制御ゲート電極および前記メモリゲート電極の上部にはシリサイド層が形成されている。また、前記制御ゲート電極の一方の側壁に形成された前記第2ゲート絶縁膜と前記メモリゲート電極との間には、側壁絶縁膜が形成されており、前記側壁絶縁膜と前記制御ゲート電極の側壁に形成された前記第2電位障壁膜との膜厚の和は、前記メモリゲート電極の下部に形成された前記第2電位障壁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とするものである。   (1) A semiconductor device which is a preferable aspect of the present embodiment is a semiconductor device having a memory cell, and the memory cell includes a first gate insulating film formed on a semiconductor substrate, and the first gate. A control gate electrode formed on the semiconductor substrate via an insulating film, a first gate formed on one side wall of the control gate electrode and on the semiconductor substrate, and formed in order from the control gate electrode side A second gate insulating film having a stacked structure of a potential barrier film, a charge holding film, and a second potential barrier film; and a memory gate electrode insulated from the control gate electrode and the semiconductor substrate via the second gate insulating film A source region composed of a semiconductor region formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the control gate electrode, and a semiconductor region formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the memory gate electrode. And a drain region made of the upper part of the control gate electrode and the memory gate electrode is a silicide layer is formed. Further, a sidewall insulating film is formed between the second gate insulating film formed on one side wall of the control gate electrode and the memory gate electrode, and the sidewall insulating film and the control gate electrode The sum of the thickness of the second potential barrier film formed on the side wall is larger than the thickness of the second potential barrier film formed below the memory gate electrode.

(2)本実施の形態の好ましい一態様である半導体装置の製造方法は、上記(1)の構成を有する半導体装置を製造する方法であって、以下の工程(a)〜(k)を含むものである。
(a)前記半導体基板中にウエルを形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第1ゲート絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、
(d)前記(b)工程の後、前記半導体基板上に第1電位障壁膜、電荷保持膜、および第2電位障壁膜を順次形成し、前記第1電位障壁膜、前記電荷保持膜、および前記第2電位障壁膜の積層膜からなる第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(e)前記第2ゲート絶縁膜上に第1絶縁膜を堆積する工程と、
(f)前記第1絶縁膜をパターニングすることによって、前記制御ゲート電極の両側壁に前記第1絶縁膜からなる側壁絶縁膜を形成する工程と、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板上に第1導電膜を堆積する工程と、
(h)前記第1導電膜をパターニングすることによって、前記制御ゲート電極の両側壁に前記第1導電膜からなるメモリゲート電極を形成する工程と、
(i)前記メモリゲート電極、前記側壁絶縁膜、および前記第2ゲート絶縁膜をパターニングすることによって、前記メモリゲート電極および前記側壁絶縁膜を前記制御ゲート電極の一方の側壁にのみ残し、前記第2ゲート絶縁膜を前記制御ゲート電極の一方の側壁および前記メモリゲート電極の下部に残す工程と、
(j)前記(i)工程の後、前記半導体基板に不純物を導入することによって、前記制御ゲート電極の近傍の前記半導体基板にソース領域を形成し、前記メモリゲート電極の近傍の前記半導体基板にドレイン領域を形成する工程と、
(k)前記制御ゲート電極上および前記メモリゲート電極上にシリサイド層を形成する工程と、
を含み、
前記側壁絶縁膜と前記制御ゲート電極の側壁に形成された前記第2電位障壁膜との膜厚の和は、前記メモリゲート電極の下部に形成された前記第2電位障壁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とするものである。
(2) A method for manufacturing a semiconductor device, which is a preferred embodiment of the present embodiment, is a method for manufacturing a semiconductor device having the configuration of (1) above, and includes the following steps (a) to (k). It is a waste.
(A) forming a well in the semiconductor substrate;
(B) forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate;
(C) forming a control gate electrode on the first gate insulating film;
(D) After the step (b), a first potential barrier film, a charge holding film, and a second potential barrier film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the first potential barrier film, the charge holding film, and Forming a second gate insulating film comprising a laminated film of the second potential barrier film;
(E) depositing a first insulating film on the second gate insulating film;
(F) forming a sidewall insulating film made of the first insulating film on both side walls of the control gate electrode by patterning the first insulating film;
(G) After the step (f), a step of depositing a first conductive film on the semiconductor substrate;
(H) forming a memory gate electrode made of the first conductive film on both side walls of the control gate electrode by patterning the first conductive film;
(I) patterning the memory gate electrode, the sidewall insulating film, and the second gate insulating film to leave the memory gate electrode and the sidewall insulating film only on one sidewall of the control gate electrode; Leaving two gate insulating films on one side wall of the control gate electrode and below the memory gate electrode;
(J) After the step (i), by introducing impurities into the semiconductor substrate, a source region is formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the control gate electrode, and in the semiconductor substrate in the vicinity of the memory gate electrode Forming a drain region;
(K) forming a silicide layer on the control gate electrode and the memory gate electrode;
Including
The sum of the film thicknesses of the sidewall insulating film and the second potential barrier film formed on the sidewall of the control gate electrode is larger than the film thickness of the second potential barrier film formed below the memory gate electrode. It is characterized by being thick.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。   The effects obtained by the representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.

本実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to this embodiment, the reliability of the semiconductor device can be improved.

本発明の実施の形態1である半導体装置のメモリアレイを示す要部平面図である。1 is a plan view of a principal part showing a memory array of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention; 図1のA−A線に沿った要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view along the AA line of FIG. 図2のメモリセルを示す要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the memory cell of FIG. 2. 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 図4に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 9 is an essential part enlarged cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 10; 図10に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 11 is an essential part enlarged cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 10; 半導体装置の製造方法の別例を示す半導体基板の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the semiconductor substrate which shows another example of the manufacturing method of a semiconductor device. 半導体装置の製造方法の別例を示す半導体基板の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the semiconductor substrate which shows another example of the manufacturing method of a semiconductor device. 図12に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 12; 図16に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 17 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 18; 図18に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 19 is an essential part enlarged cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 19; 図21に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 22 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 21; 図22に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 22; 図23に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 24 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 23; 図23に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 24 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 23; 図24に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 25 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 24; 図24に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 25 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 24; 図26に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 27 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 26; 図26に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 27 is an essential part enlarged cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 26; 図28に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 28; 図28に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 29 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 28; 図30に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 31 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 30; 図30に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 31 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 30; 図32に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 33 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 32; 図32に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 33 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 32; 半導体装置の製造方法の別例を示す半導体基板の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the semiconductor substrate which shows another example of the manufacturing method of a semiconductor device. 本発明の実施の形態2である半導体装置のメモリセルを示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the memory cell of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 図37のメモリセルをさらに拡大して示す断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view showing the memory cell of FIG. 37 in a further enlarged manner. 本発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 図39に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 40 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 39; 図40に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 41 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 40; 図41に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 42 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 41; 図42に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 43 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 42; 図43に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 44 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 43; 図43に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 44 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 43; 図44に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 45 is a main part cross-sectional view of the semiconductor substrate, showing the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 44; 図44に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部拡大断面図である。FIG. 45 is an essential part enlarged cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 44; 図46に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 47 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 46; 図48に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 49 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 48; 図49に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 50 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 49; 図50に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 52 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 50; 図51に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 52 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 51; 図52に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 53 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 52; 図53に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 54 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 53; 図54に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 55 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 54; 図55に続く半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。FIG. 56 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor substrate, which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. 55; 半導体装置の製造方法の別例を示す半導体基板の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the semiconductor substrate which shows another example of the manufacturing method of a semiconductor device.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、以下の実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary. Further, in the drawings for explaining the following embodiments, hatching may be given even in a plan view for easy understanding of the configuration.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態である半導体装置のメモリアレイを示す要部平面図、図2は、図1のA−A線に沿った断面図、図3は、図2におけるメモリセルを示す要部拡大断面図である。
(Embodiment 1)
1 is a plan view of a principal part showing a memory array of a semiconductor device according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 shows a memory cell in FIG. It is a principal part expanded sectional view.

本実施の形態の半導体装置は、メモリセルとしてスプリットゲート型メモリセルを有しており、図2は、シリコン基板のメモリアレイに形成された複数のメモリセルのうち、ビット線(BL)の延在方向に隣接する2個のメモリセル(MC、MC)を示している。 The semiconductor device of this embodiment has a split gate type memory cell as a memory cell. FIG. 2 shows an extension of a bit line (BL) among a plurality of memory cells formed in a memory array on a silicon substrate. Two memory cells (MC 1 , MC 2 ) adjacent in the current direction are shown.

メモリセル(MC、MC)のそれぞれは、例えばp型の単結晶シリコン基板1(以下、単に基板という)のp型ウエル4に形成された1個の選択MISトランジスタと1個のメモリMISトランジスタとで構成されている。 Each of the memory cells (MC 1 , MC 2 ) includes, for example, one selection MIS transistor and one memory MIS formed in a p-type well 4 of a p-type single crystal silicon substrate 1 (hereinafter simply referred to as a substrate). It consists of a transistor.

選択MISトランジスタは、p型ウエル4の表面に形成されたゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)7と、このゲート絶縁膜7上に形成された制御ゲート電極8を備えている。選択MISトランジスタのゲート絶縁膜7は、例えば酸化シリコン膜からなり、制御ゲート電極8は、リン(P)がドープされたn型多結晶シリコン膜からなる。   The selection MIS transistor includes a gate insulating film (first gate insulating film) 7 formed on the surface of the p-type well 4 and a control gate electrode 8 formed on the gate insulating film 7. The gate insulating film 7 of the selection MIS transistor is made of, for example, a silicon oxide film, and the control gate electrode 8 is made of an n-type polycrystalline silicon film doped with phosphorus (P).

メモリMISトランジスタは、一部が上記制御ゲート電極8の一方の側壁に形成され、他部がp型ウエル4の表面に形成された断面L字状の積層ゲート絶縁膜9と、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成され、積層ゲート絶縁膜9を介して制御ゲート電極8およびp型ウエル4と電気的に分離されたメモリゲート電極10を備えている。   The memory MIS transistor has an L-shaped laminated gate insulating film 9 partly formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the other part formed on the surface of the p-type well 4, and the control gate electrode 8. And a memory gate electrode 10 that is electrically separated from the control gate electrode 8 and the p-type well 4 through the laminated gate insulating film 9.

メモリMISトランジスタの積層ゲート絶縁膜9は、第1電位障壁膜9a、第2電位障壁膜9c、およびそれらの間に形成された電荷保持膜9bとからなる。第1電位障壁膜9aおよび第2電位障壁膜9cは、例えば酸化シリコン膜から形成されており、メモリゲート電極10と基板1との間に形成されるゲート絶縁膜として機能する。   The stacked gate insulating film 9 of the memory MIS transistor includes a first potential barrier film 9a, a second potential barrier film 9c, and a charge holding film 9b formed therebetween. The first potential barrier film 9 a and the second potential barrier film 9 c are formed of, for example, a silicon oxide film, and function as a gate insulating film formed between the memory gate electrode 10 and the substrate 1.

この酸化シリコン膜からなる電位障壁膜(9a、9c)は、トンネル絶縁膜としての機能も有する。例えばメモリセルの記憶部は、基板1から第1電位障壁膜9aを介して電荷保持膜9bに電子を注入したり、電荷保持膜9bに正孔を注入したりして情報の記憶や消去を行なうため、第1電位障壁膜9aは、トンネル絶縁膜として機能する。この第1電位障壁膜9a上に形成されている電荷保持膜9bは、電荷を保持する機能を有している。具体的に、本実施の形態では、電荷保持膜9bを窒化シリコン膜から形成している。   The potential barrier films (9a, 9c) made of the silicon oxide film also have a function as a tunnel insulating film. For example, the memory unit of the memory cell stores and erases information by injecting electrons from the substrate 1 into the charge holding film 9b through the first potential barrier film 9a or injecting holes into the charge holding film 9b. Therefore, the first potential barrier film 9a functions as a tunnel insulating film. The charge holding film 9b formed on the first potential barrier film 9a has a function of holding charges. Specifically, in the present embodiment, the charge holding film 9b is formed from a silicon nitride film.

メモリゲート電極10はn型多結晶シリコン膜からなる。図示は省略するが、制御ゲート電極8は選択ゲート線に接続されており、メモリゲート電極10はワード線に接続されている。   The memory gate electrode 10 is made of an n-type polycrystalline silicon film. Although not shown, the control gate electrode 8 is connected to the selection gate line, and the memory gate electrode 10 is connected to the word line.

制御ゲート電極8の近傍のp型ウエル4には、2個のメモリセル(MC、MC)に共通のドレイン領域として機能するn型半導体領域17dが形成されている。このn型半導体領域17dは、ビット線BLに接続されている。ビット線BLは、メモリセル(MC、MC)を覆う層間絶縁膜23上に形成されており、層間絶縁膜23およびその下層の絶縁膜22に形成されたコンタクトホール24内のプラグ31を介してn型半導体領域17dと電気的に接続されている。ビット線BLは、例えばCu(銅)を主体とする金属膜からなり、プラグ31は、例えばW(タングステン)を主体とする金属膜からなる。また、層間絶縁膜23は、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなり、その下層の絶縁膜22は、絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜からなる。 In the p-type well 4 in the vicinity of the control gate electrode 8, an n + -type semiconductor region 17d that functions as a drain region common to two memory cells (MC 1 , MC 2 ) is formed. The n + type semiconductor region 17d is connected to the bit line BL. The bit line BL is formed on the interlayer insulating film 23 that covers the memory cells (MC 1 , MC 2 ), and the plug 31 in the contact hole 24 formed in the interlayer insulating film 23 and the insulating film 22 therebelow is connected to the bit line BL. And is electrically connected to the n + type semiconductor region 17d. The bit line BL is made of a metal film mainly composed of Cu (copper), for example, and the plug 31 is made of a metal film mainly composed of W (tungsten), for example. The interlayer insulating film 23 is made of, for example, a silicon oxide film as an insulating film, and the underlying insulating film 22 is made of, for example, a silicon nitride film as an insulating film.

メモリゲート電極10の近傍のp型ウエル4には、メモリセルのソース領域として機能するn型半導体領域17sが形成されている。このn型半導体領域17sは、共通ソース線SLに接続されている。図1に示す共通ソース線SLは、p型ウエル4に形成されたn型半導体領域17sで構成されており、ソース領域と一体に形成されている。 In the p-type well 4 in the vicinity of the memory gate electrode 10, an n + -type semiconductor region 17s that functions as a source region of the memory cell is formed. The n + type semiconductor region 17s is connected to the common source line SL. The common source line SL shown in FIG. 1 includes an n + type semiconductor region 17s formed in the p-type well 4, and is formed integrally with the source region.

型半導体領域(ドレイン領域)17dに隣接した領域のp型ウエル4には、n型半導体領域17dよりも不純物濃度が低いn型半導体領域13dが形成されている。n型半導体領域13dは、n型半導体領域17dの端部の高電界を緩和し、選択MISトランジスタをLDD(Lightly Doped Drain)構造にするためのエクステンション領域である。また、n型半導体領域(ソース領域)17sに隣接した領域のp型ウエル4には、n型半導体領域17sよりも不純物濃度が低いn型半導体領域13sが形成されている。n型半導体領域13sは、n型半導体領域17sの端部の高電界を緩和し、メモリMISトランジスタをLDD構造にするためのエクステンション領域である。 An n type semiconductor region 13d having an impurity concentration lower than that of the n + type semiconductor region 17d is formed in the p type well 4 in a region adjacent to the n + type semiconductor region (drain region) 17d. The n type semiconductor region 13d is an extension region for relaxing the high electric field at the end of the n + type semiconductor region 17d and making the selection MIS transistor have an LDD (Lightly Doped Drain) structure. Further, an n type semiconductor region 13s having an impurity concentration lower than that of the n + type semiconductor region 17s is formed in the p type well 4 in a region adjacent to the n + type semiconductor region (source region) 17s. The n type semiconductor region 13s is an extension region for relaxing the high electric field at the end of the n + type semiconductor region 17s and making the memory MIS transistor have an LDD structure.

制御ゲート電極8、メモリゲート電極10およびn型半導体領域17d、17sのそれぞれの表面には、シリサイド層として、例えばCo(コバルト)シリサイド層18が形成されている。Coシリサイド層18は、制御ゲート電極8、メモリゲート電極10およびn型半導体領域17d、17sのそれぞれを低抵抗化し、メモリセル(MC、MC)を高速で動作させるために形成されている。シリサイド層としてCoシリサイド層18以外に、ニッケル(Ni)シリサイド層、プラチナ(Pt)を含むニッケルシリサイド層、チタン(Ti)シリサイド層などで構成してもよいのは勿論である。 For example, a Co (cobalt) silicide layer 18 is formed as a silicide layer on the surface of each of the control gate electrode 8, the memory gate electrode 10, and the n + -type semiconductor regions 17d and 17s. The Co silicide layer 18 is formed to reduce the resistance of each of the control gate electrode 8, the memory gate electrode 10, and the n + -type semiconductor regions 17d and 17s and operate the memory cells (MC 1 and MC 2 ) at high speed. Yes. Of course, the silicide layer may be composed of a nickel (Ni) silicide layer, a nickel silicide layer containing platinum (Pt), a titanium (Ti) silicide layer, etc. in addition to the Co silicide layer 18.

図3に示すように、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間には、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなる側壁絶縁膜11が形成されている。すなわち、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10は、この側壁絶縁膜11と積層ゲート絶縁膜9によって互いに電気的に分離されている。   As shown in FIG. 3, between the stacked gate insulating film 9 formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10, a side wall insulating film 11 made of, for example, a silicon oxide film is formed as an insulating film. Is formed. That is, the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 are electrically separated from each other by the sidewall insulating film 11 and the laminated gate insulating film 9.

このように、本実施の形態のメモリセル(MC、MC)は、制御ゲート電極8の側壁に形成された積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間に側壁絶縁膜11を設けている。これにより、メモリセルサイズが微細化されるに伴って、積層ゲート絶縁膜9の膜厚が薄くなり、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との距離が接近した場合においても、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の表面に形成されるCoシリサイド層18の距離が離れるため、Coシリサイド層18の接触による制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との短絡を確実に回避することができるという第1の効果を有する。 As described above, in the memory cell (MC 1 , MC 2 ) of the present embodiment, the sidewall insulating film 11 is provided between the stacked gate insulating film 9 formed on the sidewall of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. ing. As a result, as the memory cell size is reduced, the thickness of the stacked gate insulating film 9 is reduced, and even when the distance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 approaches, the control gate electrode 8 Since the distance between the Co silicide layer 18 formed on the surface of the memory gate electrode 10 is increased, a short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 due to the contact of the Co silicide layer 18 can be reliably avoided. 1 effect.

制御ゲート電極8のもう一方の側壁およびメモリゲート電極10の一方の側壁(側壁絶縁膜11と接している側壁とは反対側の側壁)には、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなる側壁絶縁膜12が形成されている。これらの側壁絶縁膜12は、制御ゲート電極8とn型半導体領域17d、メモリゲート電極10とn型半導体領域17sをそれぞれ所定の距離だけ離間させるために形成されている。 On the other side wall of the control gate electrode 8 and one side wall of the memory gate electrode 10 (side wall opposite to the side wall in contact with the side wall insulating film 11), side wall insulation made of, for example, a silicon oxide film is used as an insulating film. A film 12 is formed. These sidewall insulating films 12 are formed to separate the control gate electrode 8 from the n + type semiconductor region 17d and the memory gate electrode 10 from the n + type semiconductor region 17s by a predetermined distance.

以下では、具体的に、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の間に形成される側壁絶縁膜11の条件を考える。図3に示すように、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚と、側壁絶縁膜11の膜厚との和をaとし、メモリゲート電極10の下側に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚をbとする。このとき、a>bの関係が成立するように、側壁絶縁膜11を形成することが望ましい。すなわち、電荷保持膜9bとメモリゲート電極10との間に形成される酸化膜の膜厚を、メモリゲート電極10の下側における電荷保持膜9bとメモリゲート電極10との間の酸化膜の膜厚よりも厚く形成することが望ましい。例えばデザインルールが90nmの半導体装置の場合、a=5〜10nm程度とする。また、第2電位障壁膜9cの膜厚は3〜5nm程度である。これにより、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の間の距離が長くなるため、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10のそれぞれの表面に形成されるCoシリサイド層18間の距離も長くなり、Coシリサイド層18の接触による制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との短絡を確実に回避することができる。   Hereinafter, specifically, conditions of the sidewall insulating film 11 formed between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 are considered. As shown in FIG. 3, the sum of the thickness of the second potential barrier film 9c formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the thickness of the side wall insulating film 11 is a, The film thickness of the second potential barrier film 9c formed on the side is defined as b. At this time, it is desirable to form the sidewall insulating film 11 so that the relationship of a> b is established. That is, the film thickness of the oxide film formed between the charge holding film 9b and the memory gate electrode 10 is set to the film thickness of the oxide film between the charge holding film 9b and the memory gate electrode 10 on the lower side of the memory gate electrode 10. It is desirable to form it thicker than the thickness. For example, in the case of a semiconductor device with a design rule of 90 nm, a = about 5 to 10 nm. The thickness of the second potential barrier film 9c is about 3 to 5 nm. As a result, the distance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is increased, so that the distance between the Co silicide layers 18 formed on the respective surfaces of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is also increased. A short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 due to the contact of the silicide layer 18 can be reliably avoided.

図3においては、膜厚aが、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚と、側壁絶縁膜11下部における膜厚との和として図示しているが、Coシリサイド層18の接触による制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との短絡防止という観点から考えると、制御ゲート電極8の表面に形成されたCoシリサイド層18とメモリゲート電極10の表面に形成されたCoシリサイド層18との間においても、a>bの関係が成立することが望ましいといえる。この場合、膜厚aは、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚と、側壁絶縁膜11上部における膜厚との和となる。言い換えれば、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間の領域における電荷保持膜9bと第2電位障壁膜9cとの界面からCoシリサイド層18への最短距離が、基板1とメモリゲート電極10との間の領域における電荷保持膜9bと第2電位障壁膜9cとの界面からメモリゲート電極10への距離よりも大きくなるように形成している。   In FIG. 3, the film thickness a is shown as the sum of the film thickness of the second potential barrier film 9 c formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the film thickness below the side wall insulating film 11. From the viewpoint of preventing a short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 due to contact of the Co silicide layer 18, the Co silicide layer 18 formed on the surface of the control gate electrode 8 and the surface of the memory gate electrode 10 are formed. It can be said that it is desirable that the relationship of a> b is also established with the Co silicide layer 18 formed. In this case, the film thickness a is the sum of the film thickness of the second potential barrier film 9 c formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the film thickness on the side wall insulating film 11. In other words, the shortest distance from the interface between the charge retention film 9b and the second potential barrier film 9c to the Co silicide layer 18 in the region between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is the substrate 1 and the memory gate electrode 10. Is formed so as to be larger than the distance from the interface between the charge holding film 9b and the second potential barrier film 9c to the memory gate electrode 10 in the region between the two.

次に、上記メモリセル(MC、MC)の動作を簡単に説明する。ここでは、電荷保持膜9bへの電子の注入を「書き込み」、電荷保持膜9bへの正孔(ホール)の注入を「消去」と定義する。 Next, the operation of the memory cells (MC 1 , MC 2 ) will be briefly described. Here, injection of electrons into the charge holding film 9b is defined as “writing”, and injection of holes into the charge holding film 9b is defined as “erasing”.

まず、書き込み動作は、いわゆるソースサイド注入方式(ソースサイドインジェクション方式)と呼ばれるホットエレクトロン書き込みによって行なわれる。書き込み時には、例えばn型半導体領域(ソース領域)17sに印加する電圧を5V、メモリゲート電極10に印加する電圧を10V、制御ゲート電極8に印加する電圧を1Vとする。n型半導体領域17dに印加する電圧は、書き込み時のチャネル電流がある設定値となるように制御する。このときの電圧は、チャネル電流の設定値と制御ゲート電極8を有する選択トランジスタのしきい値電圧とによって決まり、例えば0.5V程度となる。p型ウエル4(基板1)に印加される電圧は0Vである。メモリゲート電極10に基板1よりも高いゲートオーバードライブ電圧を加えることにより、メモリゲート電極10下のチャネルをオン状態にする。ここで、制御ゲート電極8の電位をしきい値電圧よりも高い値とすることでオン状態にする。 First, the writing operation is performed by hot electron writing called a so-called source side injection method (source side injection method). At the time of writing, for example, the voltage applied to the n + -type semiconductor region (source region) 17s is 5V, the voltage applied to the memory gate electrode 10 is 10V, and the voltage applied to the control gate electrode 8 is 1V. The voltage applied to the n + type semiconductor region 17d is controlled so that the channel current at the time of writing becomes a certain set value. The voltage at this time is determined by the set value of the channel current and the threshold voltage of the selection transistor having the control gate electrode 8, and is about 0.5 V, for example. The voltage applied to the p-type well 4 (substrate 1) is 0V. By applying a gate overdrive voltage higher than that of the substrate 1 to the memory gate electrode 10, the channel under the memory gate electrode 10 is turned on. Here, the potential of the control gate electrode 8 is turned on by setting the potential higher than the threshold voltage.

上述したように、n型半導体領域17sに印加する電圧とn型半導体領域17dに印加する電圧との間に電位差を与えることにより、ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域を電子(エレクトロン)が流れる。このとき、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との境界付近のチャネル領域で、チャネルを流れる電子が加速されてホットエレクトロンになる。そして、メモリゲート電極10に印加した正電圧による垂直方向電界で、メモリゲート電極10下の電荷保持膜9b中にホットエレクトロンが注入される。その結果、電荷保持膜9b中に電子が蓄積されてメモリMISトランジスタのしきい値電圧が上昇する。このようにして書き込み動作が行なわれる。 As described above, the channel region formed between the source region and the drain region by applying a potential difference between the voltage applied to the n + type semiconductor region 17s and the voltage applied to the n + type semiconductor region 17d. Electrons flow through. At this time, electrons flowing through the channel are accelerated into hot electrons in the channel region near the boundary between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. Then, hot electrons are injected into the charge holding film 9 b under the memory gate electrode 10 by a vertical electric field by a positive voltage applied to the memory gate electrode 10. As a result, electrons are accumulated in the charge holding film 9b and the threshold voltage of the memory MIS transistor is increased. In this way, the write operation is performed.

消去動作は、例えば、バンド間トンネル現象を使用したBTBT(Band to Band Tunnel)消去で行なわれる。BTBT消去時には、例えば、メモリゲート電極10に印加する電圧を−6V、n型半導体領域17sに印加する電圧を6V、制御ゲート電極8に印加する電圧を0Vとし、n型半導体領域17dはオープンとする。、n型半導体領域17sの端部で強反転が生じるようにすることで、バンド間トンネル現象により正孔が生成される。n型半導体領域(ソース領域)17sに印加されている高電圧によって生成された正孔が加速されてホットホールとなる。発生したホットホールが、メモリゲート電極10のバイアスにより引かれて電荷保持膜9b中に注入されることで、メモリMISトランジスタのしきい値電圧が低下し、消去動作が行なわれる。 The erasing operation is performed by, for example, BTBT (Band to Band Tunnel) erasing using a band-to-band tunnel phenomenon. At the time of BTBT erase, for example, the voltage applied to the memory gate electrode 10 is −6 V, the voltage applied to the n + type semiconductor region 17 s is 6 V, the voltage applied to the control gate electrode 8 is 0 V, and the n + type semiconductor region 17 d is Open. By causing strong inversion at the end of the n + type semiconductor region 17s, holes are generated by the band-to-band tunneling phenomenon. The holes generated by the high voltage applied to the n + type semiconductor region (source region) 17s are accelerated to become hot holes. The generated hot holes are attracted by the bias of the memory gate electrode 10 and injected into the charge holding film 9b, whereby the threshold voltage of the memory MIS transistor is lowered and an erasing operation is performed.

読み出し時には、例えば制御ゲート電極8に印加する電圧を1.5V、n型半導体領域17dに印加する電圧を1V、n型半導体領域17sに印加する電圧を0V、メモリゲート電極10に印加する電圧を0Vとし、制御ゲート電極8下のチャネルをオン状態にする。ここで、書き込み、消去状態により与えられるメモリゲート電極10のしきい値電圧差を判別できる適当なメモリゲート電位、(すなわち、書き込み状態のしきい値電圧と消去状態のしきい値電圧との中間電位)を与えると、保持していた電荷情報を電流として読み出す。メモリセルが書き込み状態にあり、しきい値電圧が高い場合には、メモリセルに電流が流れず、メモリセルが消去状態にあり、しきい値電圧が低い場合には、メモリセルに電流が流れる。読み出し電流と基準電流とを比較した結果、基準電流よりも読み出し電流が小さい場合、メモリセルは書き込み状態にあると判断できる。 At the time of reading, for example, a voltage applied to the control gate electrode 8 is 1.5 V, a voltage applied to the n + type semiconductor region 17 d is 1 V, a voltage applied to the n + type semiconductor region 17 s is 0 V, and the memory gate electrode 10 is applied. The voltage is set to 0 V, and the channel below the control gate electrode 8 is turned on. Here, an appropriate memory gate potential capable of discriminating the threshold voltage difference of the memory gate electrode 10 given by the write and erase states (that is, between the threshold voltage in the write state and the threshold voltage in the erase state) When the potential is applied, the stored charge information is read as a current. When the memory cell is in a write state and the threshold voltage is high, no current flows through the memory cell, and when the memory cell is in an erase state and the threshold voltage is low, a current flows through the memory cell. . As a result of comparing the read current with the reference current, if the read current is smaller than the reference current, it can be determined that the memory cell is in the write state.

ここで、例えば、書き込み動作を例にとると、スプリットゲート型メモリセルの制御ゲート電極8には1Vの電圧が印加され、メモリゲート電極10には10Vの電圧が印加される。つまり、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の電位差が大きくなる。このとき、スプリットゲート型メモリセルでは、制御ゲート電極8の側壁にメモリゲート電極10が形成されており、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10とは近接することになる。従って、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間に発生する電界強度が大きくなる。この結果、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の間に形成されている積層ゲート絶縁膜9(第1電位障壁膜9a、電荷保持膜9b、第2電位障壁膜9c)に印加される電界強度が大きくなり、この積層ゲート絶縁膜9を介して制御ゲート電極8とメモリゲート電極10間を流れるリーク電流が増加することになる。   Here, for example, taking a write operation as an example, a voltage of 1 V is applied to the control gate electrode 8 of the split gate type memory cell, and a voltage of 10 V is applied to the memory gate electrode 10. That is, the potential difference between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is increased. At this time, in the split gate type memory cell, the memory gate electrode 10 is formed on the side wall of the control gate electrode 8, and the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 are close to each other. Accordingly, the electric field strength generated between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is increased. As a result, the electric field strength applied to the stacked gate insulating film 9 (the first potential barrier film 9a, the charge holding film 9b, and the second potential barrier film 9c) formed between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. As a result, the leakage current flowing between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 through the stacked gate insulating film 9 increases.

リーク電流が増加すると、メモリ全体の消費電力が大きくなると共に、正常な動作を確保することができなくなる恐れが生じる。つまり、スプリットゲート型メモリセルでは、制御ゲート電極8の側壁にメモリゲート電極10を形成することにより微細化を進めることができるが、一方で、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10とが近接することになるため、書き込み時のように、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の間に大きな電位差が発生する場合、積層ゲート絶縁膜9にかかる電界強度が増大し、積層ゲート絶縁膜9を介して制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間に生じるリーク電流が増加することになる。   When the leakage current increases, the power consumption of the entire memory increases and there is a risk that normal operation cannot be ensured. That is, in the split gate type memory cell, the miniaturization can be promoted by forming the memory gate electrode 10 on the side wall of the control gate electrode 8, but the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 are close to each other. Therefore, when a large potential difference is generated between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 as in writing, the electric field strength applied to the stacked gate insulating film 9 is increased and the stacked gate insulating film 9 is interposed. As a result, the leakage current generated between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 increases.

しかし、本実施の形態におけるスプリットゲート型メモリセルでは、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間に、積層ゲート絶縁膜9に加えて側壁絶縁膜11が形成されているため、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間の距離が大きくなっている。電界強度は、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間の距離が大きくなればなるほど小さくなるので、側壁絶縁膜11が形成されることにより電界強度が緩和され、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間を流れるリーク電流を低減することができるという第2の効果も有する。   However, in the split gate type memory cell according to the present embodiment, since the sidewall insulating film 11 is formed in addition to the laminated gate insulating film 9 between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10, the control gate electrode The distance between 8 and the memory gate electrode 10 is increased. Since the electric field strength becomes smaller as the distance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 becomes larger, the formation of the sidewall insulating film 11 reduces the electric field strength, and the control gate electrode 8 and the memory gate are reduced. There is also a second effect that leakage current flowing between the electrodes 10 can be reduced.

次に、図4〜図35を参照しながら、上記メモリセル(MC、MC)を有する半導体装置の製造方法を工程順に説明する。この半導体装置は、メモリアレイと周辺回路とからなり、周辺回路は、さらに低耐圧相補型MISFETで構成される周辺回路と、高耐圧相補型MISFETで構成される周辺回路とからなる。低耐圧相補型MISFETのゲート電極またはドレイン領域には、例えば3.3Vの第1の電源電圧が印加され、高耐圧相補型MISFETのゲート電極またはドレイン領域には、第1の電源電圧よりも高い、例えば5.0Vの第2の電源電圧が印加される。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device having the memory cells (MC 1 , MC 2 ) will be described in the order of steps with reference to FIGS. This semiconductor device is composed of a memory array and a peripheral circuit, and the peripheral circuit is further composed of a peripheral circuit composed of a low breakdown voltage complementary MISFET and a peripheral circuit composed of a high breakdown voltage complementary MISFET. For example, a first power supply voltage of 3.3 V is applied to the gate electrode or drain region of the low withstand voltage complementary MISFET, and higher than the first power supply voltage is applied to the gate electrode or drain region of the high withstand voltage complementary MISFET. For example, a second power supply voltage of 5.0 V is applied.

低耐圧相補型MISFETで構成される周辺回路は、例えばCPUなどのプロセッサ、制御回路、センスアンプ、カラムデコーダ、ロウデコーダなどであり、高耐圧相補型MISFETで構成される周辺回路は、例えば入出力回路である。従って、図にはメモリアレイ領域の他に、周辺回路領域として、低耐圧MISFET形成領域および高耐圧MISFET形成領域を示す。また、メモリアレイ領域と周辺回路領域との間に位置するシャント領域は、制御ゲート電極8およびメモリゲート電極10のそれぞれを上層の配線と接続する領域である。なお、ここで説明する製造方法は、本発明の好ましい一態様を示すものであり、これによって本発明が限定されるものではない。   The peripheral circuit configured by the low-voltage complementary MISFET is, for example, a processor such as a CPU, a control circuit, a sense amplifier, a column decoder, or a row decoder. The peripheral circuit configured by the high-voltage complementary MISFET is, for example, an input / output Circuit. Therefore, the figure shows a low breakdown voltage MISFET formation region and a high breakdown voltage MISFET formation region as peripheral circuit regions in addition to the memory array region. In addition, the shunt region located between the memory array region and the peripheral circuit region is a region that connects each of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 to the upper layer wiring. In addition, the manufacturing method demonstrated here shows the preferable one aspect | mode of this invention, and this invention is not limited by this.

まず、図4に示すように、基板1の主面に素子分離部(STI:Shallow Trench Isolation)2を形成する。素子分離部2を形成するには、例えば窒化シリコン膜をマスクに用いたドライエッチングで基板1に溝を形成し、続いて基板1上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法で酸化シリコン膜を堆積した後、溝の外部の酸化シリコン膜を化学的機械研磨法で除去し、溝の内部に酸化シリコン膜を残せばよい。   First, as shown in FIG. 4, an element isolation part (STI: Shallow Trench Isolation) 2 is formed on the main surface of the substrate 1. In order to form the element isolation part 2, for example, a groove is formed in the substrate 1 by dry etching using a silicon nitride film as a mask, and then a silicon oxide film is deposited on the substrate 1 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Thereafter, the silicon oxide film outside the groove may be removed by chemical mechanical polishing to leave the silicon oxide film inside the groove.

次に、図5に示すように、メモリアレイ領域の基板1にB(ホウ素)をイオン注入してp型ウエル4を形成する。また、周辺回路領域のうち、nチャネル型MISFETを形成する領域の基板1にBをイオン注入してp型ウエル4を形成し、pチャネル型MISFETを形成する領域の基板1にP(リン)をイオン注入してn型ウエル5を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, B (boron) ions are implanted into the substrate 1 in the memory array region to form the p-type well 4. In the peripheral circuit region, B is ion-implanted into the substrate 1 in the region where the n-channel MISFET is to be formed to form the p-type well 4, and P (phosphorus) is applied to the substrate 1 in the region where the p-channel MISFET is to be formed. Are ion-implanted to form an n-type well 5.

次に、図6に示すように、高耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜6を形成する。また、メモリアレイ領域のp型ウエル4、低耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜7を形成する。ゲート絶縁膜6は、高耐圧MISFETの耐圧を確保するために、ゲート絶縁膜7よりも厚い膜厚で形成する。   Next, as shown in FIG. 6, a gate insulating film 6 made of, for example, a silicon oxide film is formed as an insulating film on each surface of the p-type well 4 and the n-type well 5 in the high breakdown voltage MISFET formation region. Further, a gate insulating film 7 made of, for example, a silicon oxide film is formed as an insulating film on each surface of the p-type well 4 in the memory array region, the p-type well 4 and the n-type well 5 in the low breakdown voltage MISFET formation region. The gate insulating film 6 is formed with a thickness greater than that of the gate insulating film 7 in order to ensure the withstand voltage of the high withstand voltage MISFET.

膜厚の異なる2種類のゲート絶縁膜6、7を形成するには、まず基板1の表面全体を熱酸化して酸化シリコン膜を形成し、次に、高耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面にこの酸化シリコン膜を残し、他の領域の酸化シリコン膜をエッチングで除去する。続いて、基板1の表面全体をもう一度熱酸化し、メモリアレイ領域のp型ウエル4、低耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面にゲート絶縁膜7を形成する。このとき、高耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に残った酸化シリコン膜は、その膜厚が増加し、ゲート絶縁膜7よりも厚いゲート絶縁膜6となる。   In order to form two types of gate insulating films 6 and 7 having different film thicknesses, the entire surface of the substrate 1 is first thermally oxidized to form a silicon oxide film, and then the p-type well 4 in the high breakdown voltage MISFET formation region. The silicon oxide film is left on the surface of each of the n-type wells 5 and the silicon oxide film in other regions is removed by etching. Subsequently, the entire surface of the substrate 1 is thermally oxidized once again, and a gate insulating film 7 is formed on each surface of the p-type well 4 in the memory array region, the p-type well 4 in the low breakdown voltage MISFET formation region, and the n-type well 5. . At this time, the silicon oxide film remaining on the surface of each of the p-type well 4 and the n-type well 5 in the high breakdown voltage MISFET formation region increases in thickness and becomes a gate insulating film 6 thicker than the gate insulating film 7. .

ただし、ゲート絶縁膜7は、酸化シリコン膜に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばゲート絶縁膜7を酸窒化シリコン膜(SiON)としてもよい。すなわち、ゲート絶縁膜7と基板1との界面に窒素を偏析させる構造としてもよい。酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて膜中における界面準位の発生を抑制したり、電子トラップを低減する効果が高い。従って、ゲート絶縁膜7のホットキャリア耐性を向上でき、絶縁耐性を向上させることができる。また、酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて不純物が貫通しにくい。このため、ゲート絶縁膜7に酸窒化シリコン膜を用いることにより、ゲート電極中の不純物が基板1側に拡散することに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。酸窒化シリコン膜を形成するのは、例えば、基板1をNO、NOまたはNHといった窒素を含む雰囲気中で熱処理すればよい。また、基板1の表面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜7を形成した後、窒素を含む雰囲気中で基板1を熱処理し、ゲート絶縁膜7と基板1との界面に窒素を偏析させることによっても同様の効果を得ることができる。 However, the gate insulating film 7 is not limited to the silicon oxide film and can be variously changed. For example, the gate insulating film 7 may be a silicon oxynitride film (SiON). That is, a structure in which nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film 7 and the substrate 1 may be employed. The silicon oxynitride film has a higher effect of suppressing generation of interface states in the film and reducing electron traps than the silicon oxide film. Therefore, the hot carrier resistance of the gate insulating film 7 can be improved, and the insulation resistance can be improved. Further, the silicon oxynitride film is less likely to penetrate impurities than the silicon oxide film. For this reason, by using a silicon oxynitride film for the gate insulating film 7, it is possible to suppress a variation in threshold voltage caused by diffusion of impurities in the gate electrode toward the substrate 1 side. The silicon oxynitride film may be formed by heat-treating the substrate 1 in an atmosphere containing nitrogen such as NO, NO 2 or NH 3 , for example. Further, after forming a gate insulating film 7 made of a silicon oxide film on the surface of the substrate 1, the substrate 1 is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen, and nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film 7 and the substrate 1. The same effect can be obtained.

また、ゲート絶縁膜7は、例えば酸化シリコン膜より誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。従来、絶縁耐性が高い、シリコン−酸化シリコン界面の電気的・物性的安定性などが優れているとの観点から、ゲート絶縁膜7として酸化シリコン膜が使用されている。しかし、素子の微細化に伴い、ゲート絶縁膜7の膜厚について、極薄化が要求されるようになってきている。このように、薄い酸化シリコン膜をゲート絶縁膜7として使用すると、MISFETのチャネルを流れる電子が酸化シリコン膜によって形成される障壁をトンネルしてゲート電極に流れる、いわゆるトンネル電流が発生してしまう。   Further, the gate insulating film 7 may be formed of, for example, a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film. Conventionally, a silicon oxide film has been used as the gate insulating film 7 from the viewpoint of high insulation resistance and excellent electrical and physical stability at the silicon-silicon oxide interface. However, with the miniaturization of elements, the thickness of the gate insulating film 7 is required to be extremely thin. Thus, when a thin silicon oxide film is used as the gate insulating film 7, a so-called tunnel current is generated in which electrons flowing through the channel of the MISFET tunnel through the barrier formed by the silicon oxide film and flow to the gate electrode.

そこで、酸化シリコン膜より誘電率の高い材料を使用することにより、容量が同じでも物理的膜厚を増加させることができる高誘電率膜が使用されるようになってきている。高誘電率膜を使用すれば、容量を同じにしても物理的膜厚を増加させることができるので、リーク電流を低減することができる。特に、窒化シリコン膜も酸化シリコン膜より誘電率の高い膜であるが、本実施の形態では、この窒化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜を使用することが望ましい。   Therefore, by using a material having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film, a high dielectric constant film capable of increasing the physical film thickness even when the capacitance is the same has been used. If a high dielectric constant film is used, the physical film thickness can be increased even if the capacitance is the same, so that the leakage current can be reduced. In particular, the silicon nitride film is also a film having a higher dielectric constant than the silicon oxide film, but in this embodiment, it is desirable to use a high dielectric constant film having a higher dielectric constant than the silicon nitride film.

例えば、窒化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜として、ハフニウム(Hf)酸化物の一つである酸化ハフニウム(HfO)膜が使用されるが、酸化ハフニウム膜に代えて、HfAlO膜(ハフニウムアルミネート膜)、HfON膜(ハフニウムオキシナイトライド膜)、HfSiO膜(ハフニウムシリケート膜)、HfSiON膜(ハフニウムシリコンオキシナイトライド膜)、HfAlO膜のような他のハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。さらに、これらのハフニウム系絶縁膜に酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化イットリウムなどの酸化物を導入したハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。これらのハフニウム系絶縁膜は、酸化ハフニウム膜と同様、酸化シリコン膜や酸窒化シリコン膜よりも誘電率が高いので、酸化ハフニウム膜を用いた場合と同様の効果が得られる。 For example, a hafnium oxide (HfO 2 ) film, which is one of hafnium (Hf) oxides, is used as a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of a silicon nitride film. Instead of the hafnium oxide film, an HfAlO film is used. Other hafnium-based insulating films such as (hafnium aluminate film), HfON film (hafnium oxynitride film), HfSiO film (hafnium silicate film), HfSiON film (hafnium silicon oxynitride film), and HfAlO film are used. You can also. Further, a hafnium-based insulating film in which an oxide such as tantalum oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, or yttrium oxide is introduced into these hafnium-based insulating films can also be used. These hafnium-based insulating films have a dielectric constant higher than that of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film, similarly to the hafnium oxide film, so that the same effect as that obtained when a hafnium oxide film is used can be obtained.

次に、図7に示すように、基板1上にCVD法でノンドープ多結晶シリコン膜(またはノンドープアモルファスシリコン膜)8aを堆積した後、周辺回路領域のノンドープ多結晶シリコン膜8aをフォトレジスト膜40で覆い、メモリアレイ領域およびシャント領域のノンドープ多結晶シリコン膜8aにPをイオン注入してn型多結晶シリコン膜8nとする。   Next, as shown in FIG. 7, after depositing a non-doped polycrystalline silicon film (or non-doped amorphous silicon film) 8a on the substrate 1 by a CVD method, the non-doped polycrystalline silicon film 8a in the peripheral circuit region is coated with a photoresist film 40. Then, P is ion-implanted into the non-doped polycrystalline silicon film 8a in the memory array region and the shunt region to form an n-type polycrystalline silicon film 8n.

次に、フォトレジスト膜40を除去した後、図8に示すように、フォトレジスト膜41をマスクにしてメモリアレイ領域およびシャント領域のn型多結晶シリコン膜8nをドライエッチングすることにより、メモリアレイ領域に制御ゲート電極8を形成し、シャント領域に、制御ゲート電極8に電位を供給する配線8sを形成する。シャント領域に形成された配線8sは、図示しない領域でメモリアレイ領域の制御ゲート電極8と電気的に接続されている。   Next, after the photoresist film 40 is removed, as shown in FIG. 8, the n-type polycrystalline silicon film 8n in the memory array region and the shunt region is dry-etched using the photoresist film 41 as a mask, thereby providing a memory array. A control gate electrode 8 is formed in the region, and a wiring 8 s for supplying a potential to the control gate electrode 8 is formed in the shunt region. The wiring 8s formed in the shunt region is electrically connected to the control gate electrode 8 in the memory array region in a region not shown.

次に、フォトレジスト膜41を除去した後、図9および図10に示すように、基板1の表面全体に絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなる第1電位障壁膜9a、窒化シリコン膜からなる電荷保持膜9b、および酸化シリコン膜からなる第2電位障壁膜9cの3層膜で構成された積層ゲート絶縁膜9を形成する。このとき、第1電位障壁膜9aの酸化シリコン膜は、熱酸化法、CVD法または両者を併用して堆積し、電荷保持膜9bの窒化シリコン膜はCVD法で堆積する。また、第2電位障壁膜9cの酸化シリコン膜は、電荷保持膜9bの窒化シリコン膜の表面を酸化することによって形成する。電荷保持膜9bである窒化シリコン膜の表面の酸化は、例えばISSG(In Situ Steam Generation)酸化法を用いて行う。なお、第1電位障壁膜9aの膜厚は3〜5nm程度であり、電荷保持膜9bの膜厚は8〜10nm程度であり、第2電位障壁膜9cの膜厚は3〜5nm程度である。   Next, after removing the photoresist film 41, as shown in FIGS. 9 and 10, the entire surface of the substrate 1 is made of a first potential barrier film 9a made of, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film as an insulating film. A laminated gate insulating film 9 composed of a three-layer film of a charge holding film 9b and a second potential barrier film 9c made of a silicon oxide film is formed. At this time, the silicon oxide film of the first potential barrier film 9a is deposited by a thermal oxidation method, a CVD method, or a combination of both, and the silicon nitride film of the charge retention film 9b is deposited by a CVD method. The silicon oxide film of the second potential barrier film 9c is formed by oxidizing the surface of the silicon nitride film of the charge holding film 9b. The oxidation of the surface of the silicon nitride film that is the charge holding film 9b is performed using, for example, an ISSG (In Situ Steam Generation) oxidation method. The first potential barrier film 9a has a thickness of about 3 to 5 nm, the charge holding film 9b has a thickness of about 8 to 10 nm, and the second potential barrier film 9c has a thickness of about 3 to 5 nm. .

本実施の形態においては、電荷保持膜9bを窒化シリコン膜で形成したが、窒化シリコン膜に限らず、離散的なトラップ準位を含むような膜を使用することにより、データ保持特性の向上を図ることができる。電荷保持膜9bとして、例えばシリコンを複数の粒状に形成したシリコン・ナノドットや、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ランタンおよびアルミニウムからなる群より選択されたいずれかの金属の酸化物膜または珪酸化物膜などで構成してもよい。   In the present embodiment, the charge retention film 9b is formed of a silicon nitride film. However, not only the silicon nitride film but also a film including discrete trap levels can be used to improve data retention characteristics. Can be planned. As the charge retention film 9b, for example, silicon nanodots in which silicon is formed into a plurality of grains, or an oxide film or a silicate film of any metal selected from the group consisting of tantalum, titanium, zirconium, hafnium, lanthanum, and aluminum It may be configured with such as.

次に、図11に示すように、積層ゲート絶縁膜9の上部にCVD法で絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜11aを堆積した後、この酸化シリコン膜11aを異方的にエッチングすることにより、図12および図13に示すように、制御ゲート電極8の側壁に側壁絶縁膜11を形成する。前述したように、この側壁絶縁膜11は、制御ゲート電極8と後の工程で形成されるメモリゲート電極10との短絡を防ぐための絶縁膜である。側壁絶縁膜11が形成されることによって、後の工程で積層ゲート絶縁膜9だけが形成される場合と比較して、側壁絶縁膜11の膜厚の分だけメモリゲート電極10を制御ゲート電極8から離して形成することができる。   Next, as shown in FIG. 11, by depositing, for example, a silicon oxide film 11a as an insulating film by a CVD method on the stacked gate insulating film 9, the silicon oxide film 11a is anisotropically etched. As shown in FIGS. 12 and 13, a sidewall insulating film 11 is formed on the sidewall of the control gate electrode 8. As described above, the sidewall insulating film 11 is an insulating film for preventing a short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 formed in a later process. By forming the sidewall insulating film 11, the memory gate electrode 10 is controlled by the control gate electrode 8 by the thickness of the sidewall insulating film 11 as compared with the case where only the stacked gate insulating film 9 is formed in a later step. It can be formed away from.

制御ゲート電極8の側壁に側壁絶縁膜11を形成する上記の構造では、後の工程で形成されるメモリゲート電極10とp型ウエル4との間に介在する積層ゲート絶縁膜9の膜厚(b)は厚くならないので、メモリセルの消去動作が低下することはない。すなわち、メモリセルに書き込まれた情報を消去する際には、n型半導体領域(ソース領域)17s側から積層ゲート絶縁膜9にホットホールを注入するが、積層ゲート絶縁膜9の膜厚(b)が厚くならないことにより、ホットホールの注入速度が低下することはない。また、ファウラー−ノードハイム(Fowler-Nordheim)トンネル電流を利用して消去を行う場合でも、積層ゲート絶縁膜9の膜厚(b)が厚くならないことにより、積層ゲート絶縁膜9からp型ウエル4への電子の放出速度が低下することはない。 In the above structure in which the side wall insulating film 11 is formed on the side wall of the control gate electrode 8, the thickness of the laminated gate insulating film 9 (between the memory gate electrode 10 and the p-type well 4 formed in a later step) Since b) does not increase in thickness, the erasing operation of the memory cell does not deteriorate. That is, when erasing information written in the memory cell, hot holes are injected into the stacked gate insulating film 9 from the n + -type semiconductor region (source region) 17s side, but the thickness of the stacked gate insulating film 9 ( Since b) does not become thick, the hot hole injection rate does not decrease. Even when erasing is performed using a Fowler-Nordheim tunnel current, the thickness (b) of the stacked gate insulating film 9 does not increase, so that the p-type well 4 is removed from the stacked gate insulating film 9. The rate of electron emission to the substrate does not decrease.

なお、酸化シリコン膜11aを異方的にエッチングして側壁絶縁膜11を形成する上記の工程では、図14に示すように、3層の絶縁膜(第1電位障壁膜9a、電荷保持膜9b、第2電位障壁膜9c)からなる積層ゲート絶縁膜9の表面部分に形成されている第2電位障壁膜9cも酸化シリコン膜であるため、側壁絶縁膜11を形成する際に同時にエッチングされ、第2電位障壁膜9cの膜厚が薄くなることがある。その場合は、図15に示すように、電荷保持膜9b上に新たに酸化シリコン膜を形成することによって、エッチングで薄くなった第2電位障壁膜9cの膜厚を所望の膜厚まで厚くすることが望ましい。このとき、酸化シリコン膜を形成するには、例えばISSG酸化法で電荷保持膜9bの表面を再酸化するか、CVD法により酸化シリコン膜を堆積すればよく、これにより形成された酸化膜を第2電位障壁膜9dとする。なお、第2電位障壁膜9dの膜厚は3〜5nm程度である。   In the above-described step of anisotropically etching the silicon oxide film 11a to form the sidewall insulating film 11, a three-layer insulating film (first potential barrier film 9a, charge holding film 9b is formed as shown in FIG. Since the second potential barrier film 9c formed on the surface portion of the laminated gate insulating film 9 made of the second potential barrier film 9c) is also a silicon oxide film, it is simultaneously etched when forming the sidewall insulating film 11, The film thickness of the second potential barrier film 9c may be reduced. In that case, as shown in FIG. 15, by newly forming a silicon oxide film on the charge retention film 9b, the thickness of the second potential barrier film 9c thinned by etching is increased to a desired thickness. It is desirable. At this time, in order to form the silicon oxide film, for example, the surface of the charge retention film 9b may be reoxidized by the ISSG oxidation method or the silicon oxide film may be deposited by the CVD method. A two-potential barrier film 9d is used. The film thickness of the second potential barrier film 9d is about 3 to 5 nm.

この場合には、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された第2電位障壁膜9dの膜厚と、側壁絶縁膜の膜厚との和をaとし、メモリゲート電極10の下側に形成された第2電位障壁膜9dの膜厚をbとする。このとき、a>bの関係が成立すれば、以下の工程で制御ゲート電極8とメモリゲート電極10のそれぞれの表面に形成されるCoシリサイド層18間の距離が長くなり、Coシリサイド層18との接触による制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との短絡を回避することができる。   In this case, the sum of the film thickness of the second potential barrier film 9d formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the film thickness of the side wall insulating film is a, and is formed below the memory gate electrode 10. The film thickness of the second potential barrier film 9d thus formed is b. At this time, if the relationship of a> b is established, the distance between the Co silicide layers 18 formed on the respective surfaces of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is increased in the following steps, and the Co silicide layer 18 It is possible to avoid a short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 due to the contact.

次に、図16に示すように、基板1上にCVD法でn型多結晶シリコン膜10nを堆積した後、図17に示すように、n型多結晶シリコン膜10nを異方的にドライエッチングすることにより、メモリアレイ領域に形成された制御ゲート電極8の両側壁にメモリゲート電極10を形成し、シャント領域にメモリゲート電極10に電位を供給する配線10sを形成する。シャント領域に形成された配線10sは、図示しない領域でメモリアレイ領域のメモリゲート電極10と電気的に接続されている。   Next, as shown in FIG. 16, after depositing an n-type polycrystalline silicon film 10n on the substrate 1 by CVD, the n-type polycrystalline silicon film 10n is anisotropically dry-etched as shown in FIG. Thus, the memory gate electrode 10 is formed on both side walls of the control gate electrode 8 formed in the memory array region, and the wiring 10s for supplying a potential to the memory gate electrode 10 is formed in the shunt region. The wiring 10s formed in the shunt region is electrically connected to the memory gate electrode 10 in the memory array region in a region not shown.

次に、図18に示すように、フォトレジスト膜42をマスクにして制御ゲート電極8の一方の側壁のメモリゲート電極10および側壁絶縁膜11を除去する。続いて、フォトレジスト膜42を除去した後、図19および図20に示すように、フッ酸およびリン酸を用いたウェットエッチングで不要な領域に残った積層ゲート絶縁膜9を除去する。   Next, as shown in FIG. 18, the memory gate electrode 10 and the sidewall insulating film 11 on one side wall of the control gate electrode 8 are removed using the photoresist film 42 as a mask. Subsequently, after removing the photoresist film 42, as shown in FIGS. 19 and 20, the stacked gate insulating film 9 remaining in an unnecessary region is removed by wet etching using hydrofluoric acid and phosphoric acid.

次に、図21に示すように、周辺回路領域のnチャネル型MISFET形成領域に形成されたノンドープ多結晶シリコン膜8aにPまたはAs(ヒ素)をイオン注入してn型多結晶シリコン膜8nを形成し、pチャネル型MISFET形成領域に形成されたノンドープ多結晶シリコン膜8aにBをイオン注入してp型多結晶シリコン膜8pを形成する。   Next, as shown in FIG. 21, P or As (arsenic) ions are implanted into the non-doped polycrystalline silicon film 8a formed in the n-channel type MISFET formation region in the peripheral circuit region to form the n-type polycrystalline silicon film 8n. Then, B is ion-implanted into the non-doped polycrystalline silicon film 8a formed in the p-channel type MISFET formation region to form a p-type polycrystalline silicon film 8p.

次に、図22に示すように、フォトレジスト膜43をマスクにして周辺回路領域のn型多結晶シリコン膜8nおよびp型多結晶シリコン膜8pをドライエッチングすることにより、ゲート電極14n、14p、15n、15pを形成する。   Next, as shown in FIG. 22, the n-type polycrystalline silicon film 8n and the p-type polycrystalline silicon film 8p in the peripheral circuit region are dry-etched using the photoresist film 43 as a mask, whereby the gate electrodes 14n, 14p, 15n and 15p are formed.

次に、フォトレジスト膜43を除去した後、図23に示すように、周辺回路領域のp型ウエル4にPまたはAs(ヒ素)をイオン注入し、浅い低濃度不純物拡散領域としてn型半導体領域19nを形成する。また、メモリアレイ領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入し、浅い低濃度不純物拡散領域としてn型半導体領域13d、13sを形成する。さらに、周辺回路領域のn型ウエル5にBをイオン注入し、浅い低濃度不純物拡散領域としてp型半導体領域19pを形成する。 Next, after removing the photoresist film 43, as shown in FIG. 23, ions of P or As (arsenic) are implanted into the p-type well 4 in the peripheral circuit region to form an n type semiconductor as a shallow low-concentration impurity diffusion region. Region 19n is formed. Also, P or As is ion-implanted into the p-type well 4 in the memory array region to form n -type semiconductor regions 13d and 13s as shallow low-concentration impurity diffusion regions. Further, B is ion-implanted into the n-type well 5 in the peripheral circuit region to form a p -type semiconductor region 19p as a shallow low-concentration impurity diffusion region.

次に、図24および図25に示すように、周辺回路領域のゲート電極14n、14p、15n、15pのそれぞれの側壁、およびメモリアレイ領域の制御ゲート電極8、メモリゲート電極10のそれぞれの一方の側壁に側壁絶縁膜12を形成する。側壁絶縁膜12は、例えばCVD法で堆積した酸化シリコン膜を異方的にエッチングすることによって形成する。   Next, as shown in FIGS. 24 and 25, the side walls of the gate electrodes 14n, 14p, 15n, and 15p in the peripheral circuit region, and the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 in the memory array region, respectively. A sidewall insulating film 12 is formed on the sidewall. The sidewall insulating film 12 is formed by anisotropically etching a silicon oxide film deposited by, for example, a CVD method.

続いて、周辺回路領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入し、深い高濃度不純物拡散領域としてn型半導体領域20nを形成する。また、、メモリアレイ領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入し、n型半導体領域17d、17sを形成する。さらに、周辺回路領域のn型ウエル5にBをイオン注入し、深い高濃度不純物拡散領域としてp型半導体領域20pを形成する。n型半導体領域20nは、周辺回路領域のnチャネル型MISFETのソース、ドレイン領域として機能し、p型半導体領域20pは、pチャネル型MISFETのソース、ドレイン領域として機能する。 Subsequently, P or As is ion-implanted into the p-type well 4 in the peripheral circuit region to form an n + -type semiconductor region 20n as a deep high-concentration impurity diffusion region. Further, P + or As ions are implanted into the p-type well 4 in the memory array region to form n + -type semiconductor regions 17d and 17s. Further, B is ion-implanted into the n-type well 5 in the peripheral circuit region to form a p + -type semiconductor region 20p as a deep high-concentration impurity diffusion region. The n + type semiconductor region 20n functions as the source and drain regions of the n channel type MISFET in the peripheral circuit region, and the p + type semiconductor region 20p functions as the source and drain regions of the p channel type MISFET.

このように、ソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域と深い高濃度不純物拡散領域で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。ここで、メモリアレイ領域においては、p型ウエル4にPまたはAsをイオン注入するとき、制御ゲート電極8の上端部、メモリゲート電極10の上端部、および積層ゲート絶縁膜9の上端部にもPやAsなどのイオンが注入される。特に、絶縁膜から構成されている積層ゲート絶縁膜9の上端部にPまたはAsが注入されると、積層ゲート絶縁膜9の絶縁耐性が劣化する現象が生じる。すると、積層ゲート絶縁膜9で絶縁されている制御ゲート電極8の上端部とメモリゲート電極10の上端部との間に流れるリーク電流が増加する。   As described above, the source region and the drain region are formed by the shallow low-concentration impurity diffusion region and the deep high-concentration impurity diffusion region, so that the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure. Here, in the memory array region, when P or As is ion-implanted into the p-type well 4, the upper end of the control gate electrode 8, the upper end of the memory gate electrode 10, and the upper end of the stacked gate insulating film 9 are also formed. Ions such as P and As are implanted. In particular, when P or As is implanted into the upper end portion of the laminated gate insulating film 9 made of an insulating film, a phenomenon that the insulation resistance of the laminated gate insulating film 9 deteriorates occurs. Then, the leakage current flowing between the upper end portion of the control gate electrode 8 and the upper end portion of the memory gate electrode 10 that are insulated by the stacked gate insulating film 9 increases.

しかし、本実施の形態では、積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間に側壁絶縁膜11が形成されているため、制御ゲート電極8の上端部とメモリゲート電極10の上端部との距離を離すことができる。これは、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間に存在する積層ゲート絶縁膜9において、電界強度を緩和することができることを意味する。従って、積層ゲート絶縁膜9の上端部にPまたはAsが注入され、積層ゲート絶縁膜9の絶縁耐性が劣化しても、側壁絶縁膜11を形成することにより、積層ゲート絶縁膜9に発生する電界強度を緩和することができるので、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10とを流れるリーク電流を低減することができる。   However, in this embodiment, since the sidewall insulating film 11 is formed between the stacked gate insulating film 9 and the memory gate electrode 10, the upper end portion of the control gate electrode 8 and the upper end portion of the memory gate electrode 10 are The distance can be separated. This means that the electric field strength can be relaxed in the laminated gate insulating film 9 existing between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. Therefore, even if P or As is implanted into the upper end portion of the laminated gate insulating film 9 and the insulation resistance of the laminated gate insulating film 9 is deteriorated, the sidewall insulating film 11 is formed, and thus it is generated in the laminated gate insulating film 9. Since the electric field strength can be relaxed, the leakage current flowing through the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 can be reduced.

次に、図26および図27に示すように、メモリアレイ領域の制御ゲート電極8、メモリゲート電極10、n型半導体領域17d、17s、シャント領域の配線8s、10sおよび周辺回路領域のゲート電極14n、14p、15n、15p、n型半導体領域20n、p型半導体領域20pのそれぞれの表面に、シリサイド層としてCoシリサイド層18を形成する。Coシリサイド層18を形成するには、まず基板1上にスパッタリング法でCo膜を堆積し、続いて基板1を熱処理してCo膜とシリコン(基板1を構成する単結晶シリコン層およびゲート電極を構成する多結晶シリコン膜)とを反応させた後、未反応のCo膜をウェットエッチングで除去すればよい。 Next, as shown in FIGS. 26 and 27, the control gate electrode 8 in the memory array region, the memory gate electrode 10, the n + type semiconductor regions 17d and 17s, the wiring 8s and 10s in the shunt region, and the gate electrode in the peripheral circuit region A Co silicide layer 18 is formed as a silicide layer on the surface of each of 14n, 14p, 15n, 15p, n + type semiconductor region 20n, and p + type semiconductor region 20p. In order to form the Co silicide layer 18, first, a Co film is deposited on the substrate 1 by sputtering, and then the substrate 1 is heat-treated to form a Co film and silicon (a single crystal silicon layer and a gate electrode constituting the substrate 1). Then, the unreacted Co film may be removed by wet etching.

なお、本実施の形態では、Coシリサイド層18を形成するように構成しているが、例えば、Coシリサイド層18に代わるシリサイド層として、Niシリサイド層、Tiシリサイド層、Ptシリサイド層などを形成するようにしてもよい。   In this embodiment, the Co silicide layer 18 is formed. However, for example, a Ni silicide layer, a Ti silicide layer, a Pt silicide layer, or the like is formed as a silicide layer in place of the Co silicide layer 18. You may do it.

このとき、本実施の形態では、制御ゲート電極8の側壁に側壁絶縁膜11を形成しているので、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の上端部との間の距離を離すことができる。このことは、制御ゲート電極8の表面に形成されるCoシリサイド層18と、メモリゲート電極10の表面に形成されるCoシリサイド層18との間の距離を離すことができることを意味している。従って、メモリセルを微細化した場合であっても、制御ゲート電極8の表面に形成されているCoシリサイド層18と、メモリゲート電極10の表面に形成されているCoシリサイド層18とが接触してしまう短絡不良を抑制できる。   At this time, in this embodiment, since the sidewall insulating film 11 is formed on the sidewall of the control gate electrode 8, the distance between the control gate electrode 8 and the upper end of the memory gate electrode 10 can be increased. This means that the distance between the Co silicide layer 18 formed on the surface of the control gate electrode 8 and the Co silicide layer 18 formed on the surface of the memory gate electrode 10 can be increased. Therefore, even when the memory cell is miniaturized, the Co silicide layer 18 formed on the surface of the control gate electrode 8 and the Co silicide layer 18 formed on the surface of the memory gate electrode 10 are in contact with each other. It is possible to suppress short-circuit defects that occur.

ここまでの工程により、メモリアレイ領域の選択MISトランジスタとメモリMISトランジスタとが完成し、周辺回路領域のnチャネル型MISFETおよびpチャネル型MISFETが完成する。   Through the steps so far, the selection MIS transistor and the memory MIS transistor in the memory array region are completed, and the n-channel MISFET and the p-channel MISFET in the peripheral circuit region are completed.

次に、図28および図29に示すように、基板1上にCVD法で絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜22および酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜23を堆積する。続いて、層間絶縁膜23上に形成したフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして層間絶縁膜23および絶縁膜22をドライエッチングし、メモリアレイ領域のn型半導体領域17dの上部にコンタクトホール24を形成する。このとき、シャント領域の配線10sの上部にコンタクトホール25を形成し、配線8sの上部にコンタクトホール26を形成する。また、周辺回路領域のn型半導体領域20nの上部にコンタクトホール27、29を形成し、p型半導体領域20pの上部にコンタクトホール28、30を形成する。 Next, as shown in FIGS. 28 and 29, an insulating film 22 made of, for example, a silicon nitride film and an interlayer insulating film 23 made of a silicon oxide film are deposited as insulating films on the substrate 1 by CVD. Subsequently, using the photoresist film (not shown) formed on the interlayer insulating film 23 as a mask, the interlayer insulating film 23 and the insulating film 22 are dry-etched to contact the upper portion of the n + type semiconductor region 17d in the memory array region. Hole 24 is formed. At this time, the contact hole 25 is formed above the wiring 10s in the shunt region, and the contact hole 26 is formed above the wiring 8s. Further, contact holes 27 and 29 are formed above the n + type semiconductor region 20n in the peripheral circuit region, and contact holes 28 and 30 are formed above the p + type semiconductor region 20p.

次に、図30および図31に示すように、コンタクトホール24〜30の内部にプラグ31を形成する。プラグ31を形成するには、プラグ31の内部および層間絶縁膜23上にスパッタリング法で金属膜として例えばTi膜、TiN(窒化チタン)膜、W膜を堆積した後、プラグ31の外部のTi膜、TiN膜、W膜を化学的機械研磨法で除去すればよい。   Next, as shown in FIGS. 30 and 31, plugs 31 are formed in the contact holes 24 to 30. In order to form the plug 31, for example, a Ti film, a TiN (titanium nitride) film, or a W film is deposited as a metal film inside the plug 31 and on the interlayer insulating film 23 by a sputtering method, and then a Ti film outside the plug 31 is formed. The TiN film and the W film may be removed by a chemical mechanical polishing method.

従来、メモリゲート電極10に電位を供給するためには、配線10s部分を基板1上に引き延ばす形で、プラグを形成するためのパッドを形成することが行われていた。これは、サイドウォール形状に形成された配線10s上にプラグ31を形成しようとすると、配線10sと制御ゲート電極8は、積層ゲート絶縁膜9の膜厚分の距離しか離れていないため、メモリゲート電極10および制御ゲート電極8の上部に形成されたCoシリサイド層18同士がプラグ31を介して短絡することを防止するためである。   Conventionally, in order to supply a potential to the memory gate electrode 10, a pad for forming a plug has been formed by extending the wiring 10 s portion onto the substrate 1. This is because when the plug 31 is formed on the wiring 10 s formed in the sidewall shape, the wiring 10 s and the control gate electrode 8 are separated by a distance corresponding to the film thickness of the stacked gate insulating film 9. This is to prevent the Co silicide layers 18 formed above the electrode 10 and the control gate electrode 8 from being short-circuited via the plug 31.

しかし、本実施の形態においては、積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間に側壁絶縁膜11が形成されているため、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10のそれぞれの表面に形成されているCoシリサイド層18の距離が離れている。つまり、制御ゲート電極8と配線10sのそれぞれの表面に形成されたCoシリサイド層18が離れている。従って、図30に示されるように、パッドを形成せずに配線10s上に直接プラグ31を形成したとしても、プラグ31を介して配線10sと制御ゲート電極8のそれぞれの表面に形成されたCoシリサイド層18がプラグ31を介して短絡することを抑制することができる。また、配線10sに接続しているプラグ31は、素子分離部2上に形成されているため、図30に示すように、プラグ31が配線10sから基板1上に亘って形成された場合においても、基板1中に形成されたp型ウエル4と短絡することはない。   However, in the present embodiment, since the sidewall insulating film 11 is formed between the stacked gate insulating film 9 and the memory gate electrode 10, it is formed on the respective surfaces of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. The distance between the Co silicide layers 18 is large. That is, the Co silicide layers 18 formed on the surfaces of the control gate electrode 8 and the wiring 10s are separated from each other. Therefore, as shown in FIG. 30, even if the plug 31 is formed directly on the wiring 10 s without forming a pad, the Co formed on the surfaces of the wiring 10 s and the control gate electrode 8 through the plug 31. Short-circuiting of the silicide layer 18 via the plug 31 can be suppressed. Further, since the plug 31 connected to the wiring 10s is formed on the element isolation portion 2, as shown in FIG. 30, even when the plug 31 is formed over the substrate 1 from the wiring 10s. There is no short circuit with the p-type well 4 formed in the substrate 1.

なお、図30においては、説明の簡略化のため、周辺回路領域における低耐圧MISFETおよび高耐圧MISFETのソース領域あるいはドレイン領域の片方にだけプラグ31を形成する場合を例示している。   Note that FIG. 30 illustrates a case where the plug 31 is formed only in one of the source region or the drain region of the low withstand voltage MISFET and the high withstand voltage MISFET in the peripheral circuit region for the sake of simplicity of explanation.

次に、図32および図33に示すように、層間絶縁膜23上に第2層間絶縁膜32を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして第2層間絶縁膜32をドライエッチングすることにより、前記コンタクトホール24〜30のそれぞれの上部に配線溝33を形成する。第2層間絶縁膜32は、例えば絶縁膜として、CVD法で堆積したSiCN膜と酸化シリコン膜との積層膜で形成する。   Next, as shown in FIGS. 32 and 33, after the second interlayer insulating film 32 is deposited on the interlayer insulating film 23, the second interlayer insulating film 32 is dried using a photoresist film (not shown) as a mask. By etching, a wiring groove 33 is formed on each of the contact holes 24-30. The second interlayer insulating film 32 is formed of, for example, a laminated film of a SiCN film and a silicon oxide film deposited by a CVD method as an insulating film.

次に、図34および図35に示すように、メモリアレイ領域の配線溝33にビット線BLを形成し、シャント領域の配線溝33に第1層配線34、35を形成し、周辺回路領域の配線溝33に第1層配線36を形成する。ビット線BLおよび第1層配線34、35、36を形成するには、配線溝33の内部および第2層間絶縁膜32上にCuを主体とするメタル膜を堆積した後、配線溝33の外部のメタル膜を化学的機械研磨法で除去すればよい。   Next, as shown in FIGS. 34 and 35, the bit line BL is formed in the wiring groove 33 in the memory array region, the first layer wirings 34 and 35 are formed in the wiring groove 33 in the shunt region, and the peripheral circuit region A first layer wiring 36 is formed in the wiring groove 33. In order to form the bit line BL and the first layer wirings 34, 35, 36, a metal film mainly composed of Cu is deposited inside the wiring trench 33 and on the second interlayer insulating film 32, and then outside the wiring trench 33. The metal film may be removed by a chemical mechanical polishing method.

その後、層間絶縁膜の堆積、配線溝の形成および配線の形成を繰り返して複数層の上層配線を形成するが、その説明は省略する。   Thereafter, the deposition of the interlayer insulating film, the formation of the wiring trench and the formation of the wiring are repeated to form a plurality of layers of the upper layer wiring, but the description thereof is omitted.

本実施の形態においては、制御ゲート電極8の側壁に形成する短絡防止用の側壁絶縁膜11は、絶縁膜として酸化シリコンを用いて形成したが、酸化シリコンに限定されるものではなく、酸化シリコン膜に代え、例えば窒化シリコン膜で構成することもできる。すなわち、図9に示されている工程において、積層ゲート絶縁膜9を形成した後、積層ゲート絶縁膜9の上部にCVD法で窒化シリコン膜を堆積し、この窒化シリコン膜を異方的にエッチングして制御ゲート電極8の側壁に残してもよい。   In the present embodiment, the short-circuit prevention side wall insulating film 11 formed on the side wall of the control gate electrode 8 is formed using silicon oxide as the insulating film, but is not limited to silicon oxide, and silicon oxide For example, a silicon nitride film may be used instead of the film. That is, in the process shown in FIG. 9, after forming the laminated gate insulating film 9, a silicon nitride film is deposited on the laminated gate insulating film 9 by the CVD method, and this silicon nitride film is anisotropically etched. Then, it may be left on the side wall of the control gate electrode 8.

側壁絶縁膜11を窒化シリコンで形成した場合には、図36に示すように、側壁絶縁膜11の膜厚をa’とし、メモリゲート電極10の下側に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚をbとしたとき、a’>bの関係が成立するように、側壁絶縁膜11を形成することが望ましい。また、この場合は、窒化シリコン膜(側壁絶縁膜11)をエッチングする際に、積層ゲート絶縁膜9の表面部分(酸化シリコンからなる第2電位障壁膜9c)がエッチングされ難くなる。従って、側壁絶縁膜11を形成した後、上記したISSG酸化法で窒化シリコンからなる電荷保持膜9bの表面を再酸化する処理が不要となるか、または、この再酸化の処理時間を短縮することができる。   When the sidewall insulating film 11 is formed of silicon nitride, as shown in FIG. 36, the thickness of the sidewall insulating film 11 is a ′, and the second potential barrier film 9c formed under the memory gate electrode 10 is used. It is desirable to form the sidewall insulating film 11 so that the relationship of a ′> b is established, where b is the thickness of the film. In this case, when the silicon nitride film (sidewall insulating film 11) is etched, the surface portion of the laminated gate insulating film 9 (second potential barrier film 9c made of silicon oxide) is hardly etched. Therefore, after the sidewall insulating film 11 is formed, the process of re-oxidizing the surface of the charge holding film 9b made of silicon nitride by the above-described ISSG oxidation method becomes unnecessary, or the processing time of this re-oxidation is shortened. Can do.

このように、本実施の形態のスプリットゲート型メモリセルは、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間に側壁絶縁膜11を形成する。これにより、メモリゲート電極10と制御ゲート電極8は、側壁絶縁膜11と積層ゲート絶縁膜9とによって互いに電気的に分離され、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の上端部との間の距離を離すことができるので、メモリセルの微細化に伴って、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との距離が接近した場合でも、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との短絡を有効に回避することができる。   As described above, in the split gate type memory cell of the present embodiment, the sidewall insulating film 11 is formed between the stacked gate insulating film 9 formed on one sidewall of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. As a result, the memory gate electrode 10 and the control gate electrode 8 are electrically separated from each other by the sidewall insulating film 11 and the laminated gate insulating film 9, and the distance between the control gate electrode 8 and the upper end portion of the memory gate electrode 10. Therefore, even when the distance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 becomes closer with the miniaturization of the memory cell, the short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 can be effectively avoided. can do.

(実施の形態2)
図37は、本実施の形態のメモリセル(MC、MC)を示す断面図である。図37に示すように、メモリセル(MC、MC)のそれぞれは、基板1のp型ウエル4に形成された1個の選択MISトランジスタと1個のメモリMISトランジスタとで構成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 37 is a cross-sectional view showing the memory cells (MC 1 , MC 2 ) of the present embodiment. As shown in FIG. 37, each of the memory cells (MC 1 , MC 2 ) is composed of one selection MIS transistor and one memory MIS transistor formed in the p-type well 4 of the substrate 1. .

選択MISトランジスタは、p型ウエル4の表面に形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7上に形成された制御ゲート電極8を備えている。制御ゲート電極8上には、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなる第1キャップ絶縁膜3aが形成され、第1キャップ絶縁膜3a上には、絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜からなる第2キャップ絶縁膜3bが形成されている。   The selection MIS transistor includes a gate insulating film 7 formed on the surface of the p-type well 4 and a control gate electrode 8 formed on the gate insulating film 7. A first cap insulating film 3a made of, for example, a silicon oxide film is formed as an insulating film on the control gate electrode 8, and a second cap made of, for example, a silicon nitride film as the insulating film is formed on the first cap insulating film 3a. A cap insulating film 3b is formed.

また、メモリMISトランジスタは、一部が上記制御ゲート電極8、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の一方の側壁に形成され、他部がp型ウエル4の表面に形成された断面L字状の積層ゲート絶縁膜9と、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成され、積層ゲート絶縁膜9を介して制御ゲート電極8およびp型ウエル4と電気的に分離されたメモリゲート電極10を備えている。メモリMISトランジスタの積層ゲート絶縁膜9は、第1電位障壁膜9a、第2電位障壁膜9c、およびそれらの間に形成された電荷保持膜9bとからなる。第1電位障壁膜9aおよび第2電位障壁膜9cは、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜から形成されており、電荷保持膜9bは、電荷を保持する機能を有する膜として、例えば窒化シリコン膜から形成されている。   The memory MIS transistor is partly formed on one side wall of the laminated film including the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulating film 3b, and the other part is the p-type well 4. A laminated gate insulating film 9 having an L-shaped cross section formed on the surface and one side wall of the control gate electrode 8 are electrically connected to the control gate electrode 8 and the p-type well 4 via the laminated gate insulating film 9. A separated memory gate electrode 10 is provided. The stacked gate insulating film 9 of the memory MIS transistor includes a first potential barrier film 9a, a second potential barrier film 9c, and a charge holding film 9b formed therebetween. The first potential barrier film 9a and the second potential barrier film 9c are formed of, for example, a silicon oxide film as an insulating film, and the charge holding film 9b is formed of, for example, a silicon nitride film as a film having a function of holding charges. Is formed.

制御ゲート電極8の近傍のp型ウエル4には、2個のメモリセル(MC、MC)に共通のドレイン領域として機能するn型半導体領域17dが形成されている。このn型半導体領域17dは、ビット線BLに接続されている。ビット線BLは、メモリセル(MC、MC)を覆う層間絶縁膜23上に形成されており、層間絶縁膜23およびその下層の絶縁膜22に形成されたコンタクトホール24内のプラグ31を介してn型半導体領域17dと電気的に接続されている。 In the p-type well 4 in the vicinity of the control gate electrode 8, an n + -type semiconductor region 17d that functions as a drain region common to two memory cells (MC 1 , MC 2 ) is formed. The n + type semiconductor region 17d is connected to the bit line BL. The bit line BL is formed on the interlayer insulating film 23 that covers the memory cells (MC 1 , MC 2 ), and the plug 31 in the contact hole 24 formed in the interlayer insulating film 23 and the insulating film 22 therebelow is connected to the bit line BL. And is electrically connected to the n + type semiconductor region 17d.

メモリゲート電極10の近傍のp型ウエル4には、メモリセルのソース領域として機能するn型半導体領域17sが形成されている。このn型半導体領域17sは、図1に示した共通ソース線SLに接続されている。共通ソース線SLは、p型ウエル4に形成されたn型半導体領域17sで構成されており、ソース領域と一体に形成されている。 In the p-type well 4 in the vicinity of the memory gate electrode 10, an n + -type semiconductor region 17s that functions as a source region of the memory cell is formed. The n + type semiconductor region 17s is connected to the common source line SL shown in FIG. The common source line SL is composed of an n + type semiconductor region 17s formed in the p-type well 4, and is formed integrally with the source region.

型半導体領域(ドレイン領域)17dに隣接した領域のp型ウエル4には、n型半導体領域17dよりも不純物濃度が低いn型半導体領域13dが形成されている。また、n型半導体領域(ソース領域)17sに隣接した領域のp型ウエル4には、n型半導体領域17sよりも不純物濃度が低いn型半導体領域13sが形成されている。さらに、メモリゲート電極10およびn型半導体領域17d、17sのそれぞれの表面には、シリサイド層として、例えばCoシリサイド層18が形成されている。制御ゲート電極8上には、第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bが形成されているため、Coシリサイド層18は形成されない。このため、メモリゲート電極10の表面に形成されるCoシリサイド層18と制御ゲート電極8の上部との短絡を回避することができるという第1の効果を有する。 An n type semiconductor region 13d having an impurity concentration lower than that of the n + type semiconductor region 17d is formed in the p type well 4 in a region adjacent to the n + type semiconductor region (drain region) 17d. Further, an n type semiconductor region 13s having an impurity concentration lower than that of the n + type semiconductor region 17s is formed in the p type well 4 in a region adjacent to the n + type semiconductor region (source region) 17s. Further, for example, a Co silicide layer 18 is formed as a silicide layer on the surfaces of the memory gate electrode 10 and the n + -type semiconductor regions 17d and 17s. Since the first cap insulating film 3a and the second cap insulating film 3b are formed on the control gate electrode 8, the Co silicide layer 18 is not formed. This has the first effect that a short circuit between the Co silicide layer 18 formed on the surface of the memory gate electrode 10 and the upper portion of the control gate electrode 8 can be avoided.

一方、図38に示すように、制御ゲート電極8の一方の側壁に形成された積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間には、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなる側壁絶縁膜11が形成されている。また、制御ゲート電極8のもう一方の側壁およびメモリゲート電極10の一方の側壁(側壁絶縁膜11と接している側壁とは反対側の側壁)には、絶縁膜として、例えば酸化シリコン膜からなる側壁絶縁膜12が形成されている。   On the other hand, as shown in FIG. 38, between the stacked gate insulating film 9 formed on one side wall of the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10, as an insulating film, for example, a side wall insulating film made of a silicon oxide film 11 is formed. The other side wall of the control gate electrode 8 and one side wall of the memory gate electrode 10 (side wall opposite to the side wall in contact with the side wall insulating film 11) are made of, for example, a silicon oxide film as an insulating film. A sidewall insulating film 12 is formed.

後に詳述するが、メモリセルの製造過程において、積層ゲート絶縁膜9の上端部にPまたはAsが注入され、積層ゲート絶縁膜9の絶縁耐性が劣化する恐れがある。すなわち、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間の絶縁耐性が劣化する恐れがある。従って、側壁絶縁膜11を設けたことにより、書き込み動作などで制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の間の電位差が大きくなった場合においても、電界強度が緩和され、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の間を流れるリーク電流を低減することができるという第2の効果も得られる。なお、この第2の効果については、前記実施の形態1のメモリセルにおいても同様である。   As will be described in detail later, in the process of manufacturing the memory cell, P or As is implanted into the upper end portion of the stacked gate insulating film 9, which may deteriorate the insulation resistance of the stacked gate insulating film 9. That is, the insulation resistance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 may deteriorate. Therefore, the provision of the sidewall insulating film 11 reduces the electric field strength even when the potential difference between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is increased by a write operation or the like, and the control gate electrode 8 and the memory gate are reduced. A second effect that the leakage current flowing between the electrodes 10 can be reduced is also obtained. The second effect is the same in the memory cell of the first embodiment.

ここで、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間に形成される側壁絶縁膜11の条件を考える。図38に示すように、制御ゲート電極8、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の一方の側壁に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚と、側壁絶縁膜11の膜厚との和をaとし、メモリゲート電極10の下側に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚をbとする。このとき、a>bの関係が成立するように側壁絶縁膜11を形成することが望ましい。すなわち、電荷保持膜9bとメモリゲート電極10との間に形成される酸化膜の膜厚を、メモリゲート電極10の下側における電荷保持膜9bとメモリゲート電極10との間の酸化膜の膜厚よりも厚く形成することが望ましい。例えばデザインルールが90nmの半導体装置の場合、a=5〜10nm程度とする。また、第2電位障壁膜9cの膜厚は3〜5nm程度である。   Here, the condition of the sidewall insulating film 11 formed between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 is considered. As shown in FIG. 38, the thickness of the second potential barrier film 9c formed on one side wall of the laminated film composed of the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulating film 3b, and the side wall The sum of the film thickness of the insulating film 11 is a, and the film thickness of the second potential barrier film 9c formed below the memory gate electrode 10 is b. At this time, it is desirable to form the sidewall insulating film 11 so that the relationship of a> b is established. That is, the film thickness of the oxide film formed between the charge holding film 9b and the memory gate electrode 10 is set to the film thickness of the oxide film between the charge holding film 9b and the memory gate electrode 10 on the lower side of the memory gate electrode 10. It is desirable to form it thicker than the thickness. For example, in the case of a semiconductor device with a design rule of 90 nm, a = about 5 to 10 nm. The thickness of the second potential barrier film 9c is about 3 to 5 nm.

これにより、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間の距離が長くなるため、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間の電位差が大きくなった場合においても、電界強度が緩和され、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間を流れるリーク電流を低減することができる。   Thereby, since the distance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 becomes long, even when the potential difference between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 becomes large, the electric field strength is relaxed, Leakage current flowing between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 can be reduced.

次に、図39〜図56を参照しながら、上記メモリセル(MC、MC)を有する半導体装置の製造方法を工程順に説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device having the memory cells (MC 1 , MC 2 ) will be described in the order of steps with reference to FIGS.

まず、図39に示すように、基板1の主面に素子分離部2、p型ウエル4およびn型ウエル5を形成した後、高耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に厚いゲート絶縁膜6を形成し、メモリアレイ領域のp型ウエル4、低耐圧MISFET形成領域のp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に薄いゲート絶縁膜7を形成する。ここまでの工程は、前記実施の形態1の図4〜図6に示した工程と同一である。   First, as shown in FIG. 39, after the element isolation portion 2, the p-type well 4 and the n-type well 5 are formed on the main surface of the substrate 1, the p-type well 4 and the n-type well 5 in the high breakdown voltage MISFET formation region are formed. A thick gate insulating film 6 is formed on each surface, and a thin gate insulating film 7 is formed on each surface of the p-type well 4 in the memory array region, the p-type well 4 and the n-type well 5 in the low breakdown voltage MISFET formation region. . The steps so far are the same as the steps shown in FIGS. 4 to 6 of the first embodiment.

次に、図40に示すように、基板1上にCVD法でノンドープ多結晶シリコン膜(またはノンドープアモルファスシリコン膜)8aを堆積した後、周辺回路領域のノンドープ多結晶シリコン膜8aをフォトレジスト膜40で覆い、メモリアレイ領域のノンドープ多結晶シリコン膜8aにPをイオン注入してn型多結晶シリコン膜8nとする。   Next, as shown in FIG. 40, after depositing a non-doped polycrystalline silicon film (or non-doped amorphous silicon film) 8a on the substrate 1 by a CVD method, the non-doped polycrystalline silicon film 8a in the peripheral circuit region is coated with a photoresist film 40. Then, P is ion-implanted into the non-doped polycrystalline silicon film 8a in the memory array region to form an n-type polycrystalline silicon film 8n.

次に、フォトレジスト膜40を除去した後、図41に示すように、n型多結晶シリコン膜8nおよびノンドープ多結晶シリコン膜8aのそれぞれの上部に第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bを形成する。第1キャップ絶縁膜3aは、例えばISSG酸化法でn型多結晶シリコン膜8nおよびノンドープ多結晶シリコン膜8aの表面を酸化することにより形成し、第2キャップ絶縁膜3bは、例えば第1キャップ絶縁膜3aの上部にCVD法で窒化シリコン膜を堆積することにより形成する。   Next, after removing the photoresist film 40, as shown in FIG. 41, the first cap insulating film 3a and the second cap insulating film are formed on the n-type polycrystalline silicon film 8n and the non-doped polycrystalline silicon film 8a, respectively. 3b is formed. The first cap insulating film 3a is formed by oxidizing the surfaces of the n-type polycrystalline silicon film 8n and the non-doped polycrystalline silicon film 8a by, for example, the ISSG oxidation method, and the second cap insulating film 3b is formed by, for example, the first cap insulating film 3b. It is formed by depositing a silicon nitride film on the film 3a by the CVD method.

次に、図42に示すように、フォトレジスト膜41をマスクにしてメモリアレイ領域およびシャント領域のn型多結晶シリコン膜8n、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bをドライエッチングすることにより、メモリアレイ領域に制御ゲート電極8を形成する。また、シャント領域には、制御ゲート電極8に電位を供給する配線8sを形成する。   Next, as shown in FIG. 42, the photoresist film 41 is used as a mask to dry-etch the n-type polycrystalline silicon film 8n, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulating film 3b in the memory array region and the shunt region. As a result, the control gate electrode 8 is formed in the memory array region. Further, a wiring 8 s for supplying a potential to the control gate electrode 8 is formed in the shunt region.

次に、フォトレジスト膜41を除去した後、図43に示すように、メモリアレイ領域とシャント領域の一部とをフォトレジスト膜44で覆い、シャント領域の配線8sおよび周辺回路領域のノンドープ多結晶シリコン膜8aのそれぞれの上部の第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bをドライエッチングで除去する。この際、第1キャップ絶縁膜3aは、第2キャップ絶縁膜3bをエッチングするときのエッチングストッパとして機能する。   Next, after removing the photoresist film 41, as shown in FIG. 43, the memory array region and a part of the shunt region are covered with the photoresist film 44, and the wiring 8s in the shunt region and the non-doped polycrystal in the peripheral circuit region are covered. The first cap insulating film 3a and the second cap insulating film 3b on each of the silicon films 8a are removed by dry etching. At this time, the first cap insulating film 3a functions as an etching stopper when the second cap insulating film 3b is etched.

次に、フォトレジスト膜44を除去した後、図44および図45に示すように、基板1の表面全体に、絶縁膜として、例えば酸化シリコンからなる第1電位障壁膜9a、窒化シリコン膜からなる電荷保持膜9b、および酸化シリコン膜からなる第2電位障壁膜9cの3層膜で構成された積層ゲート絶縁膜9を形成する。第1電位障壁膜9a、電荷保持膜9b、および第2電位障壁膜9cの形成方法は、前記実施の形態1と同じでよい。また、前記実施の形態1と同様に、電荷保持膜9bとして、例えばシリコンを複数の粒状に形成したシリコン・ナノドットや、タンタル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ランタンおよびアルミニウムからなる群より選択されたいずれかの金属の酸化物膜または珪酸化物膜などを使用してもよい。   Next, after removing the photoresist film 44, as shown in FIGS. 44 and 45, the entire surface of the substrate 1 is made of, for example, a first potential barrier film 9a made of silicon oxide and a silicon nitride film as an insulating film. A laminated gate insulating film 9 composed of a three-layer film of a charge holding film 9b and a second potential barrier film 9c made of a silicon oxide film is formed. The method of forming the first potential barrier film 9a, the charge holding film 9b, and the second potential barrier film 9c may be the same as in the first embodiment. Similarly to the first embodiment, as the charge retention film 9b, for example, silicon nanodots in which silicon is formed into a plurality of particles, or any one selected from the group consisting of tantalum, titanium, zirconium, hafnium, lanthanum, and aluminum Such metal oxide film or silicate film may be used.

次に、図46および図47に示すように、制御ゲート電極8の側壁に側壁絶縁膜11を形成する。側壁絶縁膜11を形成するには、前記実施の形態1と同じように、積層ゲート絶縁膜9の上部にCVD法で堆積した酸化シリコン膜を異方的にエッチングすればよい。このとき、制御ゲート電極8の上部には、第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bが形成されているため、側壁絶縁膜11は、制御ゲート電極8、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の側壁に形成される。   Next, as shown in FIGS. 46 and 47, a sidewall insulating film 11 is formed on the sidewall of the control gate electrode 8. In order to form the sidewall insulating film 11, the silicon oxide film deposited on the upper portion of the laminated gate insulating film 9 by the CVD method may be anisotropically etched as in the first embodiment. At this time, since the first cap insulating film 3a and the second cap insulating film 3b are formed on the control gate electrode 8, the sidewall insulating film 11 includes the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, And formed on the side wall of the laminated film made of the second cap insulating film 3b.

なお、前記実施の形態1で説明したように、酸化シリコン膜を異方的にエッチングして側壁絶縁膜11を形成する上記の工程では、3層の絶縁膜(第1電位障壁膜9a、電荷保持膜9b、第2電位障壁膜9c)からなる積層ゲート絶縁膜9の表面部分に形成されている第2電位障壁膜9cも酸化シリコン膜であるため、側壁絶縁膜11を形成する際に、同時にエッチングされ、第2電位障壁膜9cの膜厚が薄くなることがある。その場合は、前記実施の形態1と同じように、例えばISSG酸化法で電荷保持膜9b上に新たに酸化シリコン膜を形成するか、CVD法により酸化シリコン膜を堆積することによって、第2電位障壁膜9cの膜厚を厚くすることが望ましい。その場合、第2電位障壁膜9cの膜厚は、3〜5nm程度とする。   Note that, as described in the first embodiment, in the above step of forming the sidewall insulating film 11 by anisotropically etching the silicon oxide film, the three-layer insulating film (first potential barrier film 9a, charge Since the second potential barrier film 9c formed on the surface portion of the laminated gate insulating film 9 composed of the holding film 9b and the second potential barrier film 9c) is also a silicon oxide film, when the sidewall insulating film 11 is formed, At the same time, the second potential barrier film 9c may become thin. In that case, as in the first embodiment, a second potential is obtained by forming a new silicon oxide film on the charge retention film 9b by, for example, the ISSG oxidation method or by depositing a silicon oxide film by the CVD method. It is desirable to increase the thickness of the barrier film 9c. In that case, the film thickness of the second potential barrier film 9c is about 3 to 5 nm.

次に、図48に示すように、メモリアレイ領域に形成された制御ゲート電極8の両側壁にメモリゲート電極10を形成する。また、シャント領域にはメモリゲート電極10に電位を供給する配線10sを形成する。メモリゲート電極10および配線10sを形成するには、基板1上にCVD法でn型多結晶シリコン膜を堆積した後、このn型多結晶シリコン膜を異方的にドライエッチングすればよい。メモリゲート電極10は、側壁絶縁膜11と同様に、制御ゲート電極8、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の側壁に形成される。   Next, as shown in FIG. 48, the memory gate electrode 10 is formed on both side walls of the control gate electrode 8 formed in the memory array region. A wiring 10 s for supplying a potential to the memory gate electrode 10 is formed in the shunt region. In order to form the memory gate electrode 10 and the wiring 10s, an n-type polycrystalline silicon film is deposited on the substrate 1 by the CVD method, and then the n-type polycrystalline silicon film is anisotropically dry-etched. Similarly to the sidewall insulating film 11, the memory gate electrode 10 is formed on the sidewall of the laminated film including the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulating film 3b.

次に、図49に示すように、フォトレジスト膜42をマスクにしたドライエッチングにより、制御ゲート電極8、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の一方の側壁のメモリゲート電極10および側壁絶縁膜11を除去する。続いて、フォトレジスト膜42を除去した後、図50に示すように、フッ酸およびリン酸を用いたウェットエッチングにより、不要な領域に残った積層ゲート絶縁膜9を除去する。   Next, as shown in FIG. 49, by dry etching using the photoresist film 42 as a mask, one sidewall of the laminated film composed of the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulating film 3b is formed. The memory gate electrode 10 and the sidewall insulating film 11 are removed. Subsequently, after removing the photoresist film 42, as shown in FIG. 50, the stacked gate insulating film 9 remaining in an unnecessary region is removed by wet etching using hydrofluoric acid and phosphoric acid.

次に、図51に示すように、周辺回路領域のnチャネル型MISFET形成領域に形成されたノンドープ多結晶シリコン膜8aにPまたはAsをイオン注入してn型多結晶シリコン膜8nを形成し、pチャネル型MISFET形成領域に形成されたノンドープ多結晶シリコン膜8aにBをイオン注入してp型多結晶シリコン膜8pを形成する。   Next, as shown in FIG. 51, P or As is ion-implanted into the non-doped polycrystalline silicon film 8a formed in the n-channel MISFET forming region in the peripheral circuit region to form an n-type polycrystalline silicon film 8n. B is ion-implanted into the non-doped polycrystalline silicon film 8a formed in the p-channel type MISFET formation region to form a p-type polycrystalline silicon film 8p.

次に、図52に示すように、フォトレジスト膜43をマスクにして周辺回路領域のn型多結晶シリコン膜8nおよびp型多結晶シリコン膜8pをドライエッチングすることにより、ゲート電極14n、14p、15n、15pを形成する。   Next, as shown in FIG. 52, the n-type polycrystalline silicon film 8n and the p-type polycrystalline silicon film 8p in the peripheral circuit region are dry-etched using the photoresist film 43 as a mask, whereby the gate electrodes 14n, 14p, 15n and 15p are formed.

次に、フォトレジスト膜43を除去した後、図53に示すように、周辺回路領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入してn型半導体領域19nを形成し、メモリアレイ領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入してn型半導体領域13d、13sを形成する。また、周辺回路領域のn型ウエル5にBをイオン注入してp型半導体領域19pを形成する。 Next, after removing the photoresist film 43, as shown in FIG. 53, P or As is ion-implanted into the p-type well 4 in the peripheral circuit region to form an n -type semiconductor region 19n. N - type semiconductor regions 13d and 13s are formed by ion implantation of P or As into the p-type well 4. Further, p type semiconductor region 19p is formed by ion implantation of B into n type well 5 in the peripheral circuit region.

次に、図54に示すように、周辺回路領域のゲート電極14n、14p、15n、15pのそれぞれの側壁と、メモリアレイ領域の制御ゲート電極8、第1キャップ絶縁膜3a、および第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の一方の側壁と、メモリゲート電極10の一方の側壁とに側壁絶縁膜12を形成する。側壁絶縁膜12は、例えばCVD法により絶縁膜として、例えば酸化シリコンを堆積し、この酸化シリコン膜を異方的にエッチングすることによって形成する。   Next, as shown in FIG. 54, the side walls of the gate electrodes 14n, 14p, 15n, and 15p in the peripheral circuit region, the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulation in the memory array region. A sidewall insulating film 12 is formed on one side wall of the laminated film made of the film 3 b and one side wall of the memory gate electrode 10. The sidewall insulating film 12 is formed by depositing, for example, silicon oxide as an insulating film by, for example, a CVD method and anisotropically etching the silicon oxide film.

続いて、周辺回路領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入してn型半導体領域20nを形成し、メモリアレイ領域のp型ウエル4にPまたはAsをイオン注入してn型半導体領域17d、17sを形成する。また、周辺回路領域のn型ウエル5にBをイオン注入してp型半導体領域20pを形成する。 Subsequently, by ion implantation of P or As to form the n + -type semiconductor region 20n to p-type well 4 of the peripheral circuit region, n + -type by ion implanting P or As in the p-type well 4 in the memory array region Semiconductor regions 17d and 17s are formed. Further, B is ion-implanted into the n-type well 5 in the peripheral circuit region to form the p + -type semiconductor region 20p.

このとき、前記実施の形態1と同様に、積層ゲート絶縁膜9の上端部には、PまたはAsが注入される。しかし、その場合においても、積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間には側壁絶縁膜11が形成されているため、制御ゲート電極8の上端部とメモリゲート電極10の上端部との距離を離すことができる。これは、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間に存在する積層ゲート絶縁膜9において、電界強度を緩和することができることを意味する。従って、積層ゲート絶縁膜9の上端部にPまたはAsが注入され、積層ゲート絶縁膜9の絶縁耐性が劣化しても、側壁絶縁膜11を形成することで積層ゲート絶縁膜9に発生する電界強度を緩和することができるので、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との間を流れるリーク電流を低減することができる。   At this time, as in the first embodiment, P or As is implanted into the upper end portion of the laminated gate insulating film 9. However, even in that case, since the sidewall insulating film 11 is formed between the stacked gate insulating film 9 and the memory gate electrode 10, the upper end portion of the control gate electrode 8 and the upper end portion of the memory gate electrode 10 are The distance can be separated. This means that the electric field strength can be relaxed in the laminated gate insulating film 9 existing between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10. Therefore, even if P or As is implanted into the upper end portion of the laminated gate insulating film 9 and the insulation resistance of the laminated gate insulating film 9 is deteriorated, the electric field generated in the laminated gate insulating film 9 by forming the sidewall insulating film 11. Since the strength can be relaxed, the leakage current flowing between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 can be reduced.

次に、図55に示すように、メモリアレイ領域のメモリゲート電極10、n型半導体領域17d、17s、シャント領域の配線8s、10sおよび周辺回路領域のゲート電極14n、14p、15n、15p、n型半導体領域20n、p型半導体領域20pのそれぞれの表面にシリサイド層として、例えばCoシリサイド層18を形成する。このとき、制御ゲート電極8上には、第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bが形成されているため、Coシリサイド層18は形成されない。このため、メモリゲート電極10の表面に形成されるCoシリサイド層18と制御ゲート電極8の上部との短絡を回避することができる。 Next, as shown in FIG. 55, the memory gate electrode 10 in the memory array region, the n + type semiconductor regions 17d and 17s, the wirings 8s and 10s in the shunt region, and the gate electrodes 14n, 14p, 15n, and 15p in the peripheral circuit region For example, a Co silicide layer 18 is formed as a silicide layer on the surface of each of the n + type semiconductor region 20n and the p + type semiconductor region 20p. At this time, since the first cap insulating film 3a and the second cap insulating film 3b are formed on the control gate electrode 8, the Co silicide layer 18 is not formed. For this reason, a short circuit between the Co silicide layer 18 formed on the surface of the memory gate electrode 10 and the upper portion of the control gate electrode 8 can be avoided.

ここまでの工程により、メモリアレイ領域の選択MISトランジスタとメモリMISトランジスタとが完成し、周辺回路領域のnチャネル型MISFETおよびpチャネル型MISFETが完成する。   Through the steps so far, the selection MIS transistor and the memory MIS transistor in the memory array region are completed, and the n-channel MISFET and the p-channel MISFET in the peripheral circuit region are completed.

次に、図56に示すように、基板1上にCVD法で絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜22および酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜23を堆積する。続いて、層間絶縁膜23上に形成したフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして層間絶縁膜23および絶縁膜22をドライエッチングし、メモリアレイ領域のn型半導体領域17dの上部にコンタクトホール24を形成する。このとき、シャント領域の配線10sの上部にコンタクトホール25を形成し、配線8sの上部にコンタクトホール26を形成する。また、周辺回路領域のn型半導体領域20nの上部にコンタクトホール27、29を形成し、p型半導体領域20pの上部にコンタクトホール28、30を形成する。 Next, as shown in FIG. 56, an insulating film 22 made of, for example, a silicon nitride film and an interlayer insulating film 23 made of a silicon oxide film are deposited as insulating films on the substrate 1 by CVD. Subsequently, using the photoresist film (not shown) formed on the interlayer insulating film 23 as a mask, the interlayer insulating film 23 and the insulating film 22 are dry-etched to contact the upper portion of the n + type semiconductor region 17d in the memory array region. Hole 24 is formed. At this time, the contact hole 25 is formed above the wiring 10s in the shunt region, and the contact hole 26 is formed above the wiring 8s. Further, contact holes 27 and 29 are formed above the n + type semiconductor region 20n in the peripheral circuit region, and contact holes 28 and 30 are formed above the p + type semiconductor region 20p.

続いて、コンタクトホール24〜30の内部にプラグ31を形成する。プラグ31を形成するには、プラグ31の内部および層間絶縁膜23上にスパッタリング法で金属膜として例えばTi膜、TiN(窒化チタン)膜、W膜を堆積した後、プラグ31の外部のTi膜、TiN膜、W膜を化学的機械研磨法で除去する。   Subsequently, plugs 31 are formed inside the contact holes 24-30. In order to form the plug 31, for example, a Ti film, a TiN (titanium nitride) film, or a W film is deposited as a metal film inside the plug 31 and on the interlayer insulating film 23 by a sputtering method, and then a Ti film outside the plug 31 is formed. Then, the TiN film and the W film are removed by a chemical mechanical polishing method.

このとき、シャント領域の配線10sは、制御ゲート電極8と同層の導電膜、第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bからなる積層膜の一方の側壁に形成されている。このため、図56に示すように、配線10sに電力を供給するプラグ31を上記導電膜および配線10sの各上部の一部を覆うように形成しても、上記導電膜と配線10sは第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bで絶縁されるため、プラグ31を介して導電膜と配線10sが短絡することはない。   At this time, the wiring 10s in the shunt region is formed on one side wall of the laminated film including the conductive film in the same layer as the control gate electrode 8, the first cap insulating film 3a, and the second cap insulating film 3b. Therefore, as shown in FIG. 56, even when the plug 31 for supplying power to the wiring 10s is formed so as to cover a part of the conductive film and the upper part of the wiring 10s, the conductive film and the wiring 10s are in the first state. Since the cap insulating film 3 a and the second cap insulating film 3 b are insulated, the conductive film and the wiring 10 s are not short-circuited via the plug 31.

また、配線10sに接続しているプラグ31は、素子分離部2の上部に形成されているため、図56に示すように、プラグ31が配線10sから基板1上に亘って形成された場合においても、基板1に形成されたp型ウエル4と短絡することはない。一方、配線8sの上部に堆積した第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bは、前記図43に示される工程で除去される。そのため、配線8sの上部にはCoシリサイド層18が形成されるので、図56に示すように、配線8sの上面にプラグ31を接続することができる。   Further, since the plug 31 connected to the wiring 10s is formed above the element isolation portion 2, as shown in FIG. 56, when the plug 31 is formed over the substrate 1 from the wiring 10s. However, there is no short circuit with the p-type well 4 formed in the substrate 1. On the other hand, the first cap insulating film 3a and the second cap insulating film 3b deposited on the wiring 8s are removed in the step shown in FIG. Therefore, since the Co silicide layer 18 is formed on the wiring 8s, the plug 31 can be connected to the upper surface of the wiring 8s as shown in FIG.

なお、図56においては、説明の簡略化のため、周辺回路領域における低耐圧MISFETおよび高耐圧MISFETのソース領域あるいはドレイン領域の片方にだけプラグ31を形成する場合を例示している。また、これ以降の工程は、前記実施の形態1と同じであるため、その説明は省略する。   In FIG. 56, for simplification of description, the case where the plug 31 is formed only in one of the source region or the drain region of the low breakdown voltage MISFET and the high breakdown voltage MISFET in the peripheral circuit region is illustrated. Further, the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

本実施の形態においては、制御ゲート電極8の側壁に形成する短絡防止用の側壁絶縁膜11は、絶縁膜として酸化シリコンを用いて形成したが、酸化シリコンに限定されるものではなく、酸化シリコン膜に代え、例えば窒化シリコン膜で構成することもできる。すなわち、図44に示されている工程において、積層ゲート絶縁膜9を形成した後、積層ゲート絶縁膜9の上部にCVD法で窒化シリコン膜を堆積し、この窒化シリコン膜を異方的にエッチングして制御ゲート電極8の側壁に残してもよい。   In the present embodiment, the short-circuit prevention side wall insulating film 11 formed on the side wall of the control gate electrode 8 is formed using silicon oxide as the insulating film, but is not limited to silicon oxide, and silicon oxide For example, a silicon nitride film may be used instead of the film. That is, in the step shown in FIG. 44, after forming the laminated gate insulating film 9, a silicon nitride film is deposited on the laminated gate insulating film 9 by the CVD method, and this silicon nitride film is anisotropically etched. Then, it may be left on the side wall of the control gate electrode 8.

側壁絶縁膜11を窒化シリコンで形成した場合には、図57に示すように、側壁絶縁膜11の膜厚をa’とし、メモリゲート電極10の下側に形成された第2電位障壁膜9cの膜厚をbとしたとき、a’>bの関係が成立するように、側壁絶縁膜11を形成することが望ましい。また、この場合は、窒化シリコン膜(側壁絶縁膜11)をエッチングする際に、積層ゲート絶縁膜9の表面部分(第2電位障壁膜9c)がエッチングされ難くなる。従って、側壁絶縁膜11を形成した後、上記したISSG酸化法で電荷保持膜9bの表面を再酸化する処理が不要となるか、または、この再酸化の処理時間を短縮することができる。   When the sidewall insulating film 11 is formed of silicon nitride, as shown in FIG. 57, the thickness of the sidewall insulating film 11 is a ′, and the second potential barrier film 9c formed below the memory gate electrode 10 is used. It is desirable to form the sidewall insulating film 11 so that the relationship of a ′> b is established, where b is the thickness of the film. In this case, when the silicon nitride film (sidewall insulating film 11) is etched, the surface portion (second potential barrier film 9c) of the laminated gate insulating film 9 is hardly etched. Therefore, after the sidewall insulating film 11 is formed, the process of re-oxidizing the surface of the charge retention film 9b by the above-described ISSG oxidation method becomes unnecessary, or the re-oxidation processing time can be shortened.

このように、本実施の形態のスプリットゲート型メモリセルは、制御ゲート電極8の上部に第1キャップ絶縁膜3aおよび第2キャップ絶縁膜3bを積層し、制御ゲート電極8および第1、第2キャップ絶縁膜3a、3bからなる積層膜の一方の側壁に形成した積層ゲート絶縁膜9とメモリゲート電極10との間に側壁絶縁膜11を形成する。   As described above, in the split gate type memory cell of the present embodiment, the first cap insulating film 3a and the second cap insulating film 3b are stacked on the control gate electrode 8, and the control gate electrode 8 and the first and second cap gate films are stacked. A side wall insulating film 11 is formed between the stacked gate insulating film 9 formed on one side wall of the stacked film made of the cap insulating films 3 a and 3 b and the memory gate electrode 10.

これにより、メモリゲート電極10と制御ゲート電極8は、第1、第2キャップ絶縁膜3a、3b、積層ゲート絶縁膜9および側壁絶縁膜11によって互いに電気的に分離され、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10の上端部との間の距離を十分に離すことができる。従って、メモリセルの微細化に伴って、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との距離が接近した場合でも、制御ゲート電極8とメモリゲート電極10との短絡を有効に回避することができる。   As a result, the memory gate electrode 10 and the control gate electrode 8 are electrically separated from each other by the first and second cap insulating films 3a and 3b, the stacked gate insulating film 9 and the sidewall insulating film 11, and the control gate electrode 8 and the memory The distance from the upper end of the gate electrode 10 can be sufficiently separated. Therefore, even when the distance between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 becomes closer with the miniaturization of the memory cell, a short circuit between the control gate electrode 8 and the memory gate electrode 10 can be effectively avoided.

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

本発明は、スプリットゲート型メモリセルを有する半導体装置に適用することができる。   The present invention can be applied to a semiconductor device having a split gate type memory cell.

1 単結晶シリコン基板
2 素子分離部
3a 第1キャップ絶縁膜
3b 第2キャップ絶縁膜
4 p型ウエル
5 n型ウエル
6 ゲート絶縁膜(高耐圧)
7 ゲート絶縁膜
8 制御ゲート電極
8a ノンドープ多結晶シリコン膜
8s 配線
8n n型多結晶シリコン膜
8p p型多結晶シリコン膜
9 積層ゲート絶縁膜
9a 第1電位障壁膜
9b 電荷保持膜
9c 第2電位障壁膜
9d 第2電位障壁膜
10 メモリゲート電極
10n n型多結晶シリコン膜
10s 配線
11 側壁絶縁膜
11a 酸化シリコン膜
12 側壁絶縁膜
13d、13s n型半導体領域
14n、14p、15n、15p ゲート電極
17d n型半導体領域(ドレイン領域)
17s n型半導体領域(ソース領域)
18 Coシリサイド層
19n n型半導体領域
19p p型半導体領域
20n n型半導体領域(ソース、ドレイン領域)
20p p型半導体領域(ソース、ドレイン領域)
22 絶縁膜
23 層間絶縁膜
24〜30 コンタクトホール
31 プラグ
32 第2層間絶縁膜
33 配線溝
34、35、36 第1層配線
40、41、42、43、44 フォトレジスト膜
BL ビット線
MC、MC メモリセル
SL 共通ソース線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single crystal silicon substrate 2 Element isolation | separation part 3a 1st cap insulating film 3b 2nd cap insulating film 4 p-type well 5 n-type well 6 Gate insulating film (high withstand voltage)
7 gate insulating film 8 control gate electrode 8a non-doped polycrystalline silicon film 8s wiring 8n n-type polycrystalline silicon film 8p p-type polycrystalline silicon film 9 stacked gate insulating film 9a first potential barrier film 9b charge holding film 9c second potential barrier Film 9d Second potential barrier film 10 Memory gate electrode 10n N-type polycrystalline silicon film 10s Wiring 11 Side wall insulating film 11a Silicon oxide film 12 Side wall insulating film 13d, 13s n type semiconductor regions 14n, 14p, 15n, 15p Gate electrode 17d n + type semiconductor region (drain region)
17s n + type semiconductor region (source region)
18 Co silicide layer 19 n n type semiconductor region 19 p p type semiconductor region 20 n n + type semiconductor region (source, drain region)
20p p + type semiconductor region (source and drain regions)
22 insulating film 23 interlayer insulating film 24-30 contact hole 31 plug 32 second interlayer insulating film 33 wiring trenches 34, 35, 36 first layer wirings 40, 41, 42, 43, 44 photoresist film BL bit line MC 1 , MC 2 memory cell SL common source line

Claims (12)

メモリセルを有する半導体装置であって、
前記メモリセルは、
半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成された制御ゲート電極と、
前記制御ゲート電極の一方の側壁上および前記半導体基板上に形成され、且つ、前記制御ゲート電極側から順に形成された第1電位障壁膜、電荷保持膜、および第2電位障壁膜を含む第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜を介して前記制御ゲート電極および前記半導体基板と絶縁されたメモリゲート電極と、
前記制御ゲート電極の近傍の前記半導体基板に形成された半導体領域からなるソース領域と、
前記メモリゲート電極の近傍の前記半導体基板に形成された半導体領域からなるドレイン領域と、
を含み、
前記制御ゲート電極および前記メモリゲート電極の上部にはシリサイド層が形成され、
前記制御ゲート電極の前記一方の側壁に形成された前記第2ゲート絶縁膜と前記メモリゲート電極との間には、酸化シリコンからなる側壁絶縁膜が形成され
前記側壁絶縁膜と前記制御ゲート電極の側壁に形成された前記第2電位障壁膜との膜厚の和は、前記メモリゲート電極の下部に形成された前記第2電位障壁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a memory cell,
The memory cell is
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A control gate electrode formed on the semiconductor substrate via the first gate insulating film;
A second potential barrier film is formed on one side wall of the control gate electrode and on the semiconductor substrate, and includes a first potential barrier film, a charge holding film, and a second potential barrier film formed in this order from the control gate electrode side. A gate insulating film;
A memory gate electrode insulated from the control gate electrode and the semiconductor substrate through the second gate insulating film;
A source region comprising a semiconductor region formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the control gate electrode;
A drain region composed of a semiconductor region formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the memory gate electrode;
Including
A silicide layer is formed on the control gate electrode and the memory gate electrode,
Wherein between the second gate insulating film formed on one side wall of the control gate electrode and between the memory gate electrode, the sidewall insulating films made of silicon oxide is formed,
The sum of the film thicknesses of the sidewall insulating film and the second potential barrier film formed on the sidewall of the control gate electrode is larger than the film thickness of the second potential barrier film formed below the memory gate electrode. A semiconductor device characterized by being thick.
前記第1電位障壁膜および前記第2電位障壁膜は、酸化シリコン膜からなり、前記電荷保持膜は、窒化シリコン膜からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first potential barrier film and the second potential barrier film are made of a silicon oxide film, and the charge holding film is made of a silicon nitride film. メモリセルを有する半導体装置であって、
前記メモリセルは、
半導体基板上に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成された制御ゲート電極と、
前記制御ゲート電極の一方の側壁上および前記半導体基板上に形成され、且つ、前記半導体基板側から順に形成された第1電位障壁膜、電荷保持膜、および第2電位障壁膜を含む第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜を介して前記制御ゲート電極および前記半導体基板と絶縁されたメモリゲート電極と、
前記制御ゲート電極の近傍の前記半導体基板に形成された半導体領域からなるソース領域と、
前記メモリゲート電極の近傍の前記半導体基板に形成された半導体領域からなるドレイン領域と、
を含み、
前記制御ゲート電極および前記メモリゲート電極の上部にはシリサイド層が形成され、
前記制御ゲート電極の前記一方の側壁に形成された前記第2ゲート絶縁膜と前記メモリゲート電極との間には、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜が形成され
前記側壁絶縁膜の膜厚は、前記メモリゲート電極の下部に形成された前記第電位障壁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a memory cell,
The memory cell is
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A control gate electrode formed on the semiconductor substrate via the first gate insulating film;
A second gate including a first potential barrier film, a charge holding film, and a second potential barrier film formed on one side wall of the control gate electrode and on the semiconductor substrate, and formed sequentially from the semiconductor substrate side. An insulating film;
A memory gate electrode insulated from the control gate electrode and the semiconductor substrate through the second gate insulating film;
A source region comprising a semiconductor region formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the control gate electrode;
A drain region composed of a semiconductor region formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the memory gate electrode;
Including
A silicide layer is formed on the control gate electrode and the memory gate electrode,
Wherein between the control and the second gate insulating film formed on one side wall of the gate electrode of the memory gate electrode, the sidewall insulating film made of silicon nitride is formed,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the sidewall insulating film is larger than a thickness of the second potential barrier film formed under the memory gate electrode.
前記第1電位障壁膜および前記第2電位障壁膜は、酸化シリコン膜からなり、前記電荷保持膜は、窒化シリコン膜からなることを特徴とする請求項記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first potential barrier film and the second potential barrier film are made of a silicon oxide film, and the charge holding film is made of a silicon nitride film. メモリセルを有する半導体装置の製造方法であって、
前記メモリセルを形成する工程は、
(a)半導体基板中にウエルを形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第1ゲート絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、
(d)前記(b)工程の後、前記半導体基板上に第1電位障壁膜、電荷保持膜、および第2電位障壁膜を順次形成し、前記第1電位障壁膜、前記電荷保持膜、および前記第2電位障壁膜の積層膜からなる第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(e)前記第2ゲート絶縁膜上に酸化シリコンからなる第1絶縁膜を堆積する工程と、
(f)前記第1絶縁膜をパターニングすることによって、前記制御ゲート電極の両側壁に前記第1絶縁膜からなる側壁絶縁膜を形成する工程と、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板上に第1導電膜を堆積する工程と、
(h)前記第1導電膜をパターニングすることによって、前記制御ゲート電極の両側壁に前記第1導電膜からなるメモリゲート電極を形成する工程と、
(i)前記メモリゲート電極、前記側壁絶縁膜、および前記第2ゲート絶縁膜をパターニングすることによって、前記メモリゲート電極および前記側壁絶縁膜を前記制御ゲート電極の前記一方の側壁にのみ残し、前記第2ゲート絶縁膜を前記制御ゲート電極の一方の側壁および前記メモリゲート電極の下部に残す工程と、
(j)前記(i)工程の後、前記半導体基板に不純物を導入することによって、前記制御ゲート電極の近傍の前記半導体基板にソース領域を形成し、前記メモリゲート電極の近傍の前記半導体基板にドレイン領域を形成する工程と、
(k)前記制御ゲート電極上および前記メモリゲート電極上にシリサイド層を形成する工程と、
を含み、
前記側壁絶縁膜と前記制御ゲート電極の側壁に形成された前記第2電位障壁膜との膜厚の和は、前記メモリゲート電極の下部に形成された前記第2電位障壁膜の膜厚よりも厚い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 having a memory cell,
The step of forming the memory cell includes:
(A) forming a well in the semiconductor substrate;
(B) forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate;
(C) forming a control gate electrode on the first gate insulating film;
(D) After the step (b), a first potential barrier film, a charge holding film, and a second potential barrier film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the first potential barrier film, the charge holding film, and Forming a second gate insulating film comprising a laminated film of the second potential barrier film;
(E) depositing a first insulating film made of silicon oxide on the second gate insulating film;
(F) forming a sidewall insulating film made of the first insulating film on both side walls of the control gate electrode by patterning the first insulating film;
(G) After the step (f), a step of depositing a first conductive film on the semiconductor substrate;
(H) forming a memory gate electrode made of the first conductive film on both side walls of the control gate electrode by patterning the first conductive film;
(I) the memory gate electrode, the sidewall insulation film, and by patterning the second gate insulating film, leaving the memory gate electrode and the sidewall insulating film only on the one side wall of the control gate electrode, wherein Leaving a second gate insulating film on one side wall of the control gate electrode and a lower portion of the memory gate electrode;
(J) After the step (i), by introducing impurities into the semiconductor substrate, a source region is formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the control gate electrode, and in the semiconductor substrate in the vicinity of the memory gate electrode Forming a drain region;
(K) forming a silicide layer on the control gate electrode and the memory gate electrode;
Including
The sum of the film thicknesses of the sidewall insulating film and the second potential barrier film formed on the sidewall of the control gate electrode is larger than the film thickness of the second potential barrier film formed below the memory gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is thick.
前記(f)工程の後、前記(g)工程に先立って、
(l)前記第2電位障壁膜の膜厚を厚くする工程をさらに含むことを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。
After the step (f), prior to the step (g),
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 , further comprising the step of increasing the thickness of the second potential barrier film.
前記第2電位障壁膜の膜厚を厚くする処理は、ISSG酸化法によって前記第2電位障壁膜の表面を再酸化する処理であることを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 , wherein the process of increasing the thickness of the second potential barrier film is a process of reoxidizing the surface of the second potential barrier film by an ISSG oxidation method. 前記第1電位障壁膜および前記第2電位障壁膜は、酸化シリコン膜からなり、前記電荷保持膜は、窒化シリコン膜からなることを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first potential barrier film and the second potential barrier film are made of a silicon oxide film, and the charge retention film is made of a silicon nitride film. メモリセルを有する半導体装置の製造方法であって、
前記メモリセルを形成する工程は、
(a)半導体基板中にウエルを形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第1ゲート絶縁膜上に制御ゲート電極を形成する工程と、
(d)前記(b)工程の後、前記半導体基板上に第1電位障壁膜、電荷保持膜、および第2電位障壁膜を順次形成し、前記第1電位障壁膜、前記電荷保持膜、および前記第2電位障壁膜の積層膜からなる第2ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(e)前記第2ゲート絶縁膜上に窒化シリコンからなる第1絶縁膜を堆積する工程と、
(f)前記第1絶縁膜をパターニングすることによって、前記制御ゲート電極の両側壁に前記第1絶縁膜からなる側壁絶縁膜を形成する工程と、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板上に第1導電膜を堆積する工程と、
(h)前記第1導電膜をパターニングすることによって、前記制御ゲート電極の両側壁に前記第1導電膜からなるメモリゲート電極を形成する工程と、
(i)前記メモリゲート電極、前記側壁絶縁膜、および前記第2ゲート絶縁膜をパターニングすることによって、前記メモリゲート電極および前記側壁絶縁膜を前記制御ゲート電極の一方の側壁にのみ残し、前記第2ゲート絶縁膜を前記制御ゲート電極の前記一方の側壁および前記メモリゲート電極の下部に残す工程と、
(j)前記(i)工程の後、前記半導体基板に不純物を導入することによって、前記制御ゲート電極の近傍の前記半導体基板にソース領域を形成し、前記メモリゲート電極の近傍の前記半導体基板にドレイン領域を形成する工程と、
(k)前記制御ゲート電極上および前記メモリゲート電極上にシリサイド層を形成する工程と、
を含み、
前記側壁絶縁膜の厚は、前記メモリゲート電極の下部に形成された前記第2電位障壁膜の膜厚よりも厚い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 having a memory cell,
The step of forming the memory cell includes:
(A) forming a well in the semiconductor substrate;
(B) forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate;
(C) forming a control gate electrode on the first gate insulating film;
(D) After the step (b), a first potential barrier film, a charge holding film, and a second potential barrier film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the first potential barrier film, the charge holding film, and Forming a second gate insulating film comprising a laminated film of the second potential barrier film;
(E) depositing a first insulating film made of silicon nitride on the second gate insulating film;
(F) forming a sidewall insulating film made of the first insulating film on both side walls of the control gate electrode by patterning the first insulating film;
(G) After the step (f), a step of depositing a first conductive film on the semiconductor substrate;
(H) forming a memory gate electrode made of the first conductive film on both side walls of the control gate electrode by patterning the first conductive film;
(I) patterning the memory gate electrode, the sidewall insulating film, and the second gate insulating film to leave the memory gate electrode and the sidewall insulating film only on one sidewall of the control gate electrode; a step of leaving the second gate insulating film in the lower portion of said one side wall and the memory gate electrode of the control gate electrode,
(J) After the step (i), by introducing impurities into the semiconductor substrate, a source region is formed in the semiconductor substrate in the vicinity of the control gate electrode, and in the semiconductor substrate in the vicinity of the memory gate electrode Forming a drain region;
(K) forming a silicide layer on the control gate electrode and the memory gate electrode;
Including
The sidewall insulating film thickness of the film, a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that greater thickness than said second potential barrier layer formed in the lower portion of the memory gate electrode.
前記(f)工程の後、前記(g)工程に先立って、
(l)前記第2電位障壁膜の膜厚を厚くする工程をさらに含むことを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。
After the step (f), prior to the step (g),
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 , further comprising the step of increasing the thickness of the second potential barrier film.
前記第2電位障壁膜の膜厚を厚くする処理は、ISSG酸化法によって前記第2電位障壁膜の表面を再酸化する処理であることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10 , wherein the process of increasing the thickness of the second potential barrier film is a process of reoxidizing the surface of the second potential barrier film by an ISSG oxidation method. 前記第1電位障壁膜および前記第2電位障壁膜は、酸化シリコン膜からなり、前記電荷保持膜は、窒化シリコン膜からなることを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first potential barrier film and the second potential barrier film are made of a silicon oxide film, and the charge holding film is made of a silicon nitride film.
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