JP2004247633A - Semiconductor device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce structural steps generated in manufacturing for consolidating a nonvolatile memory cell in a semiconductor device using a fine MOS type transistor and to prevent short circuit defect inside a nonvolatile memory cell in silicide formation which is essential for a logical semiconductor device. <P>SOLUTION: A gate insulating film formation process of a plurality of standard film thicknesses which requires multistage cleaning is carried out before shallow groove isolation structure formation for preventing generation of structural level difference. Either a storing MOS tyep transistor or a memory cell selecting MOS type transistor constituting a nonvolatile memory cell is formed to a sidewall spacer shape for preventing generation of structural steps. In order to prevent generation of short circuit defect due to silicide, if a gate electrode of the storing MOS type transistor is sidewall spacer-like in the storing MOS type transistor and the memory cell selecting MOS type transistor constituting the nonvolatile memory cell, the electrode is not turned to silicide. When a gate electrode of the memory cell selecting MOS type transistor is sidewall spacer-like, only the memory cell selecting MOS type transistor is turned to silicide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【表２】

具体的な実施の諸形態を説明するに先立って、図面で用いる主な符号を説明しておく。これらは、便宜的に用いた符号である。これらの符号は、以下に示す諸実施の形態において同様である。
（１）主な構成部材或いは部位に関する符号
ＰＳＵＢ：Ｐ型シリコン基板、ＰＡＤＯＸ：熱酸化膜、ＰＡＤＳＩＮシリコン窒化膜
（２）半導体集積回路の各素子領域に関する符号
ＬＶＰＭＯＳ：論理用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域
ＬＶＮＭＯＳ：論理用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域
ＨＶＰＭＯＳ：不揮発性情報書換え用の高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域
ＨＶＮＭＯＳ：不揮発性情報書換え用の高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域
ＣＡＰ：静電容量形成領域
ＣＥＬＬ：不揮発性記憶素子形成領域
ＬＮＷＬ：ＬＶＰＭＯＳ用Ｎ型ウェル
ＬＰＷＬ：ＬＶＮＭＯＳ用Ｐ型ウェル
ＨＮＷＬ：ＨＶＰＭＯＳ用Ｎ型ウェル
ＨＰＷＬ：ＨＶＮＭＯＳ用Ｐ型ウェル
ＭＰＷＬ：ＣＥＬＬ用Ｐ型ウェル
＜実施の形態１＞
図３から図２２を用いて、本発明の実施形態を示す。標準的な浅溝素子分離構造を用い、メモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタを、記憶用ＭＯＳ型トランジスタより先に形成する工程順序である。尚、浅溝素子分離構造とは、基板ないしは基体に設けた浅い溝によって、この半導体装置に搭載される各素子部を分離する構造である。そして、この溝内には通例絶縁物が充填される。
【００１２】
先ず、図３を説明する。Ｐ型シリコン基板（ＰＳＵＢ）上に、将来、所望の素子を形成する領域を決めておくこととする。図中では、論理用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＬＶＰＭＯＳ、論理用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＬＶＮＭＯＳ、不揮発性情報書換え用の高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＨＶＰＭＯＳ、不揮発性情報書換え用の高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＨＶＮＭＯＳ、静電容量形成領域をＣＡＰ、不揮発性記憶素子形成領域をＣＥＬＬとする。
【００１３】
その後、全面に熱酸化膜（ＰＡＤＯＸ）、シリコン窒化膜（ＰＡＤＳＩＮ）を被着する。
【００１４】
図４は、図３に続く工程である。フォトリソグラフィと異方性ドライエッチング技術を用い、Ｐ型シリコン基板（ＰＳＵＢ）上に浅溝素子分離領域（前述の素子を分離するための浅い溝の領域）となる溝１を開口する。その後、全面に酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を堆積し、開口した溝内を全て充填する。溝内充填に用いる酸化膜は、ＴＥＯＳを原料に用いた堆積酸化膜などが用いられる。こうして浅溝素子分離領域２が形成される。尚、ＴＥＯＳは当該分野で用いられているテトラエトキシシランあるいはテトラエトキシオルソシリケイトなどを指す。
【００１５】
図５は、図４に続く工程である。化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｉｎｇと称される）を用いて、シリコン窒化膜（ＰＡＤＳＩＮ）が露出するまで研磨を進め、浅溝内に充填されたシリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）以外の、不要な堆積酸化膜を除去する。その後、それぞれの領域に対応して、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）用Ｎ型ウェル（ＬＮＷＬ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）用Ｐ型ウェル（ＬＰＷＬ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）用Ｎ型ウェル（ＨＮＷＬ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）用Ｐ型ウェル（ＨＰＷＬ）、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）用Ｐ型ウェル（ＭＰＷＬ）、及び領域ＣＥＬＬを他の素子領域から電気的に分離するＮ型不純物層（ＮＩＳＯ）を設ける。これらの不純物層は、フォトリソグラフィ技術を用いて、選択的なイオン打込みを行うことで、設ける事が出来る。
【００１６】
図６は、図５に続く工程である。浅溝素子分離領域（ＳＧＩ：ＳｈａｌｌｏｗＧｒｏｏｖｅ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を形成し終えたので、エッチングによりシリコン窒化膜（ＰＡＤＳＩＮ）を完全に除去する。残った熱酸化膜（ＰＡＤＯＸ）を介して高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のしきい電圧調整のための不純物層（ＨＰＥ）、及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）のしきい電圧調整のための不純物層（ＨＮＥ）を、イオン打込みで形成する。この不純物層ＨＰＥの形成にはリン、不純物層ＨＮＥの形成にはボロンを用いる。その後、熱酸化膜（ＰＡＤＯＸ）をフッ酸で完全に除去し、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）用及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）用のゲート酸化膜（ＨＶＯＸ）を熱酸化で形成する。その膜厚は２０ナノメートルとする。
【００１７】
図７は、図６に続く工程である。フォトリソグラフィ技術を用いて、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ領域（ＨＶＰＭＯＳ）及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ領域（ＨＶＮＭＯＳ）のみをレジスト（ＲＥＳＧＯＸ）で覆い、露出したＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ領域（ＬＶＰＭＯＳ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ領域（ＬＶＮＭＯＳ）、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）のゲート酸化膜（ＨＶＯＸ）をフッ酸で除去する。
【００１８】
図８は、図７に続く工程である。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）のしきい電圧調整用不純物層（ＬＰＥ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のしきい電圧調整用不純物層（ＬＮＥ）、メモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのしきい電圧調整用不純物層（ＳＥ）を、それぞれイオン打込みで選択的に形成した後、論理用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域（ＬＶＰＭＯＳ）、論理用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域（ＬＶＮＭＯＳ）及びメモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのゲート酸化膜（ＬＶＯＸ）を熱酸化で形成する。
【００１９】
図９は、図８に続く工程である。全面に、ノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）を堆積し、その直上にシリコン酸化膜（ＳＧＣＡＰＯＸ）を堆積する。フォトリソグラフィ技術を用いて、キャパシタ領域（ＣＡＰ）、及び不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）以外をフォトレジスト（ＲＥＳＳＧ）で覆い、露出しているノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）部に、リンをイオン打込みで導入し、Ｎ型ポリシリコンとする。
【００２０】
図１０は、図９に続く工程である。不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）のノンドープのポリシリコン層（ＰＯＬＹＳＧ）を、フォトリソグラフィ技術と異方性ドライエッチングを用いて、電極ＳＧ０とする。電極ＳＧ０は、さらに加工を進めることで、具体的なメモリセル選択ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極となるが、これは後の工程説明で明らかになるであろう。電極ＳＧ０を除去して露出したＣＥＬＬ用Ｐ型ウェル（ＭＰＷＬ）中に、メモリセルの記憶用ＭＯＳ型トランジスタしきい値調整用不純物層ＭＥを、イオン打込みで導入する。記憶用ＭＯＳ型トランジスタの中性しきい値は負にしておくことが望ましいため、不純物層ＭＥには、Ｎ型であるリンあるいはヒ素を打込む。尚、この打ち込みに際して、ＬＶＰＭＯＳの領域からＣＡＰの領域までの間をフォトレジストで覆って行なわれる。このフォトレジストは図示されていない。
【００２１】
図１１は、図１０に続く工程である。前記イオン打ち込み用のフォトレジストを除去した上で、まず、熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）を形成する。この膜は記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート絶縁膜の最下層に用いられる。同時に、露出したままの層ＳＧ０の側壁も酸化され、熱酸化膜（ＢＯＴＯＸＳＷ）となる。
【００２２】
続いて、全面に、記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）を被着する。再び熱酸化を行い、シリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）の上部を酸化し、酸化膜（ＴＯＰＯＸ）とする。このようにして、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート絶縁膜兼記憶用膜を形成する。図１に相当するメモリセルを製造する場合の膜厚構成例として、ここでは熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）を５ナノメートル、シリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）を１０ナノメートル、酸化膜（ＴＯＸ）を２ナノメートルとする。この膜厚構成は、メモリセルの動作方式によって変わるため、本発明の主眼ではないことを明記しておく。また、トラップ膜としては、シリコン窒化膜を例にするが、電荷の注入・放出が可能であれば、他の膜でも良い。その後、全面に、Ｎ型ポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）を堆積する。
【００２３】
図１２は、図１１に続く工程である。フォトレジスト（ＲＥＳＣＡＰＣ）を形成し、これをマスクにして、異方性ドライエッチングを行うと、このフォトレジスト（ＲＥＳＣＡＰＣ）の直下にはＮ型ポリシリコン層（ＴＣＡＰＣ）が形成される。このＮ型ポリシリコン層（ＴＣＡＰＣ）はキャパシタの上部電極として用いるが、詳細は後述する。異方性ドライエッチングにより、電極（ＳＧ０）の側壁段差部分には、サイドウォール状のエッチ残りＮ型ポリシリコン層ＭＧ１、Ｎ型ポリシリコン層ＭＧ２が生じる。本発明では、これらを記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極として使用する。尚、Ｎ型ポリシリコン層ＭＧ０も形成されるが、これは不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）外に存在するので、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極としては用いない。
【００２４】
図１３は、図１２の状態を見た斜視図であり、不揮発性記憶素子形領域（ＣＥＬＬ）部分だけを示し、更に、基板上の酸化物層より上部のみを示している。ポリシリコン層ＭＧ１及びポリシリコン層ＭＧ２は、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極であるため、配線を接続する為の領域が必要になる。フォトレジスト（ＲＥＳＣＡＰＣ）がポリシリコン層ＭＧ１及びポリシリコン層ＭＧ２の一部を覆うことで、エッチングされない領域、即ち、サイドウォールではない平面的な領域（平坦領域）を残す事が出来る。その領域で、ポリシリコン層ＭＧ１及びポリシリコン層ＭＧ２を金属配線層と接続する。図１３に平坦領域と付した領域は、ポリシリコン層ＭＧ１或いはポリシリコン層ＭＧ２から延在されるポリシリコン層である。この領域は、メモリセル１６個毎あるいは８個毎などに設けるが、ポリシリコン層ＭＧ１或いはポリシリコン層ＭＧ２の寄生抵抗が大きいほど、設ける頻度を高くすることで、配線層の裏打ちによる抵抗低減を適切に行う事が出来る。
【００２５】
図１４は、図１２に続く工程である。全面に被着しているシリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）の内、不要な部分を除去するため、記憶用トラップ膜となるシリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）を除去する領域と、残す領域とを、フォトレジスト（ＲＥＳＭＲＶＭＳＩＮ）で分ける。露出した領域の記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）を熱リン酸あるいは、ドライエッチングで除去する。Ｎ型ポリシリコン層（ＴＣＡＰＣ）の直下にあるシリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）は、静電容量を製造するために必要なので除去しない。
【００２６】
図１５は、図１４に続く工程である。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）の各領域にあるノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）には、Ｐ型ゲート形成のためのニフッ化ボロンを導入し、他方、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）の各領域にあるノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）には、Ｎ型ゲート形成のためのリンを導入する。これらは、フォトリソグラフィとイオン打込み技術を用いて行う。尚、図１５では、上記リンイオン打ち込みのためのレジスト（ＲＥＳＮＳＧ）を形成した状態を示している。
【００２７】
図１６は、図１５に続く工程である。未加工のポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）を、ゲート電極に加工することを目的とする。フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト（ＲＥＳＧＡＴＥ）を形成し、異方性ドライエッチングを施す事で、ＬＶＰＭＯＳ用ゲート電極（ＬＶＰＧ）、ＬＶＮＭＯＳ用ゲート電極（ＬＶＮＧ）、ＨＶＰＭＯＳ用ゲート電極（ＨＶＰＧ）、ＨＶＮＭＯＳ用ゲート電極（ＨＶＮＧ）を形成する。この工程で、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）の領域に対応するポリシリコンＳＧ０を分断し、電極となるポリシリコンＭＧ１、ＭＧ２に対応する選択ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極であるＳＧ１及びＳＧ２を形成する。さらに、キャパシタの下部電極（ＢＣＡＰＣ）をも形成する。キャパシタ（ＣＡＰ）は、上部電極（ＴＣＡＰＣ）、下部電極（ＢＣＡＰＣ）、それら２つの電極間絶縁膜であるＳＧＯＸ、ＭＳＩＮ、ＴＯＰＯＸの積層膜からなる。この加工時に、不要な層ＭＧ０を除去する。
【００２８】
図１７は、図１６に続く工程である。夫々のＭＯＳ型トランジスタのソース及びドレインの浅い接合領域を形成する。これらの各浅い接合領域は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）にはＬＶＰＭ、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）にはＬＶＮＭ、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）にはＨＶＰＭ、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）にはＨＶＮＭとなる。メモリセルの選択ＭＯＳトランジスタに対しては、層ＳＧＮＭとなる。メモリセルの選択ＭＯＳトランジスタ用の浅い接合領域（ＳＧＮＭ）はＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ用の浅い接合領域（ＬＶＮＭ）と同一としても良い。この工程での浅接合領域形成には、既存のフォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術を用いる。また、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのＮ型拡散層（ＭＮ）も、フォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術で形成する。
【００２９】
図１８は、図１７に続く工程である。全面にシリコンの酸化膜を堆積し、それを異方性ドライエッチングで削る。各々のゲート電極の側壁には、シリコン酸化膜から成るサイドウォール・スペーサ（ＳＷＬＤＤ）が形成される。この後、全てのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタの高濃度不純物領域（ソース或いはドレイン）（ＳＤＰ）、全てのＮチャネルＭＯＳ型トランジスタの高濃度不純物領域（ソース或いはドレイン）（ＳＤＮ）を、フォトリソグラフィとイオン打込みで形成する。高濃度不純物領域（ＳＤＰ）はＰ型ウェル引き上げ領域に、高濃度不純物領域ＳＤＮはＮ型ウェルの引き上げ領域にも打込まれる。
【００３０】
図１９は、図１８に続く工程である。メモリセルの自己整合型電極（ここでは記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極）、及びそのゲート電極に隣接する拡散層を、フォトレジスト（ＲＥＳＲＭＶＯＸ）で覆う。そして、露出したゲート電極上部、ソース・ドレインの上部に存在する絶縁膜を除去し、ポリシリコン及びシリコン基板を露出させる。露出した領域にだけ、シリサイドを形成するための準備工程である。詳細は図２０で述べる。
【００３１】
図２０は、図１９に続く工程である。一般に、プロセッサーに代表される論理ＬＳＩの製造工程では、サリサイデーション（自己整合でのシリサイド化）技術を用いて、ゲート電極上部、ソース及びドレイン上部に低抵抗のシリサイド（シリコンと高融点金属の合金）層を形成する手法が用いられる。これは、電極の寄生抵抗を低減し、高速で動作するＬＳＩを実現するために欠かせない工程である。本発明の製造工程で形成される不揮発性メモリセルの選択ＭＯＳ型トランジスタは、読出しの際に高速で駆動されるものである。従って、そのゲート電極であるＳＧ１、ＳＧ２の表面にシリサイドを設け、寄生抵抗を低減せねばならない。しかし、電極ＳＧ１と自己整合型ゲート電極ＭＧ１、あるいは電極ＳＧ２と自己整合型ゲート電極ＭＧ２との距離は、シリコン酸化膜（ＢＯＴＯＸＳＷ）、タラップ膜（ＭＳＩＮ）、シリコン酸化膜（ＴＯＰＯＸ）の積層膜の厚さ分だけしかない。双方のゲート電極上部にシリサイドを形成した場合、ゲート間に短絡箇所を生じるおそれがある。シリサイド化は、どちらか一方の電極だけを対象とせざるを得ない。サイドウォール型の自己整合ゲート電極は、その側壁に絶縁用サイドウォールスペーサーを設け難いことから、拡散層との間にもシリサイド起因の短絡箇所を生じる可能性がある。これらのことから、自己整合サイドウォール構造ではない、電極ＳＧ１、ＳＧ２のみをシリサイド化することで、読出し時の高速動作に向き且つ製造不良が発生しない構造とすることができる。スパッタ法を用いて金属コバルトＣＯを被着した後、シリサイドを形成する領域をフォトレジスト（ＲＥＳＲＭＶＣＯ）で覆う。ウェットエッチングを行って、自己整合型ゲート電極ＭＧ１、ＭＧ２及びそれらのゲート電極に隣接する拡散層上にある金属コバルトＣＯを除去する。
【００３２】
図２１は、図２０に続く工程である。窒素雰囲気中で、７５０度、２分程度の熱処理を施し、金属コバルトとシリコンが接触した部分にコバルトシリサイドを形成する。その後、不要な未反応の金属コバルトを、ウェットエッチングで除去する。窒素雰囲気中で、７８０度、２分程度の熱処理を追加すると、所望のゲート電極上部、キャパシタ電極上部、拡散層上部に、低抵抗のコバルトシリサイド（ＣＯＳＩ）が形成される。自己整合型ゲート電極ＭＧ１、ＭＧ２及びそれらのゲート電極に隣接する拡散層上には、コバルトシリサイド層（ＣＯＳＩ）は形成されない。
【００３３】
図２２は、図２１に続く工程である。全面に配線層間絶縁膜（ＩＮＳ１）を堆積する。フォトリソグラフィとドライエッチング技術を用いて、各々のゲート電極、ソース、ドレイン、ウェル上にコンタクトホールを開口し、第１の配線層となる金属層を堆積する。その後、フォトリソグラフィと異方性ドライエッチング技術を用いて、所望の回路を構成する配線層Ｍ１を形成する。絶縁膜（ＩＮＳ２）は、配線層Ｍ１と第２の配線層とを絶縁するための、第２の配線層間絶縁膜である。以降、必要な配線を順次形成してゆく。以降の工程は、基本的に通例の半導体装置の製法に従って十分である。従って、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
＜実施の形態２＞
図２３から図３４を用いて、本発明の第２の実施形態を示す。これは、トラップ膜を有する記憶用ＭＯＳ型トランジスタ部を、周辺の通常ＭＯＳ型トランジスタやメモリセル選択ＭＯＳ型トランジスタよりも先に製造する手法である。第１の実施形態と重複する部分の説明は、適宜、省略する。
【００３５】
図２３を説明する。Ｐ型シリコン基板（ＰＳＵＢ）上に、将来、所望の素子を形成する領域を決めておくこととする。論理用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＬＶＰＭＯＳ、論理用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＬＶＮＭＯＳ、不揮発性情報書換え用の高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＨＶＰＭＯＳ、不揮発性情報書換え用の高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ形成領域をＨＶＮＭＯＳ、不揮発性記憶素子形成領域をＣＥＬＬとする。
【００３６】
先ず、シリコン基板（ＰＳＵＢ）の所定領域の全面に熱酸化膜（ＰＡＤＯＸ）、シリコン窒化膜（ＰＡＤＳＩＮ）を被着する。
【００３７】
図２４は、図２３に続く工程である。フォトリソグラフィと異方性ドライエッチング技術を用い、シリコン基板（ＰＳＵＢ）上に、浅溝素子分離領域となる溝を開口する。その後、全面に酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を堆積し、開口した溝内を全て充填する。
【００３８】
図２５は、図２４に続く工程である。化学的機械研磨法を用いて、シリコン窒化膜（ＰＡＤＳＩＮ）が露出するまで研磨を進め、浅溝１内に充填されたシリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）以外の、不要な堆積酸化膜を除去する。その後、それぞれの領域に対応して、ＬＶＰＭＯＳ用Ｎ型ウェル（ＬＮＷＬ）、ＬＶＮＭＯＳ用Ｐ型ウェル（ＬＰＷＬ）、ＨＶＰＭＯＳ用Ｎ型ウェル（ＨＮＷＬ）、ＨＶＮＭＯＳ用Ｐ型ウェル（ＨＰＷＬ）、ＣＥＬＬ用Ｐ型ウェル（ＭＰＷＬ）、及びＣＥＬＬ領域を他の素子領域から電気的に分離するＮ型不純物層（ＮＩＳＯ
）を設ける。
【００３９】
図２６は、図２５に続く工程である。不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）の記憶用ＭＯＳ型トランジスタのしきい値調整用不純物層（ＭＥ）を設ける。その後、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート絶縁膜の最下層の熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）、記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）、記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）の上部に酸化膜（ＴＯＰＯＸ）を形成する。シリコン酸化膜（ＴＯＰＯＸ）直上に、ノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）を堆積し、このポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）の直上にシリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）を堆積する。ＣＥＬＬ領域以外をフォトレジスト（ＲＥＳＮＭＧ）で覆い、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）のポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）にのみリンイオンを打ち込み、Ｎ型ポリシリコンとする。ここではノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）をＮ型にする工程を示したが、当初よりＮ型ドープト・ポリシリコンを用いる事もできる。
【００４０】
図２７は、図２６に続く工程である。フォトリソグラフィとドライエッチングを用いて、不揮発性メモリセルの選択ＭＯＳ型トランジスタの領域を除いて、ポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）を選択的に除去し、記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）が露出したところで止める。
【００４１】
その後、記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）が露出した前記領域の記憶用トラップ膜（ＭＳＩＮ）を熱リン酸で除去し、フッ酸でゲート絶縁膜の最下層熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）を除去する。
【００４２】
この段階で、層ＭＧ０の形状が出来る。層ＭＧ０の側壁に、シリコン酸化膜からなるサイドウォール・スペーサ（ＳＷＯＸ）を形成する。これは、シリコン酸化膜の堆積後に異方性ドライエッチングを施す事で形成する。フォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術を用いて、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のしきい値調整用不純物層ＨＰＥ、及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）のしきい値調整用不純物層（ＨＮＥ）を形成する。その後、洗浄を経て、熱酸化を行い、シリコン酸化膜（ＨＶＯＸＡ）を形成する。その膜厚は３ナノメートルより５ナノメートルとする。続いて、シリコン酸化膜（ＨＶＯＸＡ）直上にシリコン酸化膜（ＨＶＯＸＢ）を堆積する。シリコン酸化膜（ＨＶＯＸＡ）とシリコン酸化膜（ＨＶＯＸＢ）の積層膜は、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）及び高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のゲート絶縁膜になるので、十分な絶縁耐圧が出るような膜厚にする。ここでは、積層膜厚を２０ナノメートルとする。
【００４３】
図２８は、図２７に続く工程である。高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）領域及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）領域を、フォトレジスト（ＲＥＳＨＶＧ）で覆う。フッ酸処理を施して、前記ＨＶＰＭＯＳ領域及び前記ＨＶＮＭＯＳ領域以外に存在する、シリコン酸化膜（ＨＶＯＸＡ）及びシリコン酸化膜（ＨＶＯＸＢ）からなる積層膜を除去する。
【００４４】
図２９は、図２８に続く工程である。フォトリソグラフィとイオン打込み技術を用いて、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）のメモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのしきい値調整不純物層（ＳＥ）、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタＬＶＰＭＯＳ用のしきい値調整不純物層（ＬＰＥ）及びＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のしきい値調整用の不純物層（ＬＮＥ）を形成する。その後、熱酸化膜（ＬＶＯＸ）を形成する。熱酸化膜（ＬＶＯＸ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）及びメモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのゲート絶縁膜として用いる。
【００４５】
全面にノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）、及びシリコン酸化膜（ＳＧＣＡＰＯＸ）を堆積する。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）領域と高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）領域をフォトレジスト（ＲＥＳＮＳＧ）で覆い、それ以外の領域にリンイオンを打込んで、ノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）をＮ型ポリシリコンとする。フォトレジスト（ＲＥＳＮＳＧ）で覆われた領域にあるノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）には、ニフッ化ボロンを選択的に打込んでＰ型ポリシリコンにする。
【００４６】
図３０は図２９に続く工程である。不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）以外をフォトレジスト（ＲＥＳＳＧ）で覆う。そして、異方性ドライエッチングを施して、シリコン酸化膜（ＳＧＣＡＰＯＸ）及びポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）を除去する。この時、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）のポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）をサイドウオール・スペーサ（ＳＷＯＸ）の外側にサイドウォール・スペーサ状になるように加工する。
【００４７】
図３１は、図３０の工程を斜め上から見た斜視図である。尚、図は不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）だけを示し、更に、基板上の酸化物層より上部のみを示している。電極ＳＧ１及び電極ＳＧ２は、メモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極であるため、配線を接続する為の領域が必要になる。フォトレジストＲＥＳＳＧを電極ＳＧ１及び電極ＳＧ２の一部を覆うことで、エッチングされない、即ち、サイドウォールではない平面的な領域を残す事が出来る。その領域でＳＧ１及びＳＧ２を金属配線層と接続する。
【００４８】
図３２は、図３０に続く工程である。フォトリソグラフィ技術を用いて、フォトレジスト（ＲＥＳＧＡＴＥ）を、所望のゲート部位に対応する形状にパターニングし、異方性ドライエッチを施してゲート電極を形成する。各ゲート電極は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）用ゲート電極（ＬＶＰＧ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）用ゲート電極（ＬＶＮＧ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）用ゲート電極（ＨＶＰＧ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）用ゲート電極（ＨＶＮＧ）である。このとき、層ＭＧ０を２分割して、各々を独立したゲート電極ＭＧ１及びＭＧ２とする。
【００４９】
図３３は、図３２に続く工程である。夫々のＭＯＳ型トランジスタのソース及びドレインの浅い接合領域を形成する。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）にはＬＶＰＭ、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）にはＬＶＮＭ、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）にはＨＶＰＭ、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）にはＨＶＮＭとなる。メモリセルの選択ＭＯＳトランジスタに対してはＬＶＮＭである。この工程での浅い接合領域形成には、既存のフォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術を用いる。また、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのＮ型拡散層ＭＮも、フォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術で形成する。
【００５０】
その後、ゲート電極側壁に、シリコン酸化膜からなるサイドウォール・スペーサ（ＳＷＬＤＤ）を形成する。この後、全てのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタの高濃度ソース或いは高濃度ドレイン（ＳＤＰ）、全てのＮチャネルＭＯＳ型トランジスタの高濃度ソース或いは高濃度ドレイン（ＳＤＮ）を、フォトリソグラフィとイオン打込みで形成する。高濃度不純物領域（ＳＤＰ）はＰ型ウェル引き上げ領域に、高濃度不純物領域（ＳＤＮ）はＮ型ウェルの引き上げ領域にも打込む。
【００５１】
図３４は、図３３に続く工程である。電極ＳＧ１、電極ＳＧ２はＭＧ１及びＭＧ２に対して自己整合的に形成されたゲート電極であるが、その形状はサイドウォール・スペーサ状である。これをシリサイド化すると、隣接する拡散層と短絡する可能性が非常に高い。また、電極ＭＧ１、電極ＭＧ２をシリサイド化しても、読出し時の高速化には寄与しない。従って、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）にはシリサイドを設けないこととする。全面に金属ＣＯ層を被着した後、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）以外をフォトレジストＲＥＳＣＯで覆う。そして、この不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）にあるＣＯ層を除去して、シリサイドが形成されないようにする。
【００５２】
図３５は、図３４に続く工程である。窒素雰囲気中で、７５０度、２分程度の熱処理を施し、金属コバルトとシリコンが接触した部分にコバルトシリサイドを形成する。その後、不要な未反応の金属コバルトを、ウェットエッチングで除去する。窒素雰囲気中で、７８０度、２分程度の熱処理を追加すると、所望のゲート電極上部、キャパシタ電極上部、拡散層上部に、低抵抗のコバルトシリサイド（ＣＯＳＩ）が形成される。
【００５３】
図３６は、図３５に続く工程である。全面に配線層間絶縁膜ＩＮＳ１を堆積する。フォトリソグラフィとドライエッチング技術を用いて、各々のゲート電極、ソース、ドレイン、ウェル上にコンタクトホールを開口し、第１の配線層となる金属層を堆積する。その後、フォトリソグラフィと異方性ドライエッチング技術を用いて、所望の回路を構成する配線層Ｍ１を形成する。配線層間絶縁膜ＩＮＳ２は、Ｍ１と第２の配線層とを絶縁するための、第２の配線層間絶縁膜である。以降の配線工程は通例のものと同様であるので、その詳細説明を省略する。
【００５４】
＜実施の形態３＞
図３７から図５１を用いて、本発明の第３の実施形態を示す。記憶用ＭＯＳ型トランジスタ部を、周辺の通常ＭＯＳ型トランジスタやメモリセル選択ＭＯＳ型トランジスタよりも後に製造する手法であるが、前述の第１及び第２の実施形態と異なり、記憶用ＭＯＳ型トランジスタ以外のゲート酸化膜を形成した後に、浅溝素子分離構造を形成する。説明文中で、適宜、数値を開示するが、これらは一例であり、本発明を特に限定するものではない。
【００５５】
図３７を説明する。シリコン基板（ＰＳＵＢ）表面に、熱酸化膜（ＰＲＥＯＸ）を形成する。ここでの厚さは２０ナノメートルとする。熱酸化膜（ＰＲＥＯＸ）を通じて、論理用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）、論理用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）、静電容量形成領域（ＣＡＰ）、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）に対応したウェルＬＮＷＬ、ＬＰＷＬ、ＨＮＷＬ、ＨＰＷＬ、ＭＰＷＬを、イオン打込みで形成する。これらの記号が示す意味は、第１乃至第２の実施形態で説明したものと同一である。
【００５６】
図３８は、図３７に続く工程である。高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のしきい値調整用不純物層ＨＰＥ及び、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）のしきい値調整用不純物層（ＨＮＥ）を、フォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術を用いて形成する。
【００５７】
その後、熱酸化膜（ＰＲＥＯＸ）を除去した後に熱酸化を行い、全面に熱酸化膜ＨＶＯＸを形成する。熱酸化膜（ＨＶＯＸ）の膜厚は２０ナノメートルとする。その後、フォトレジスト（ＲＥＳＧＯＸ）で高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）領域を覆う。フッ酸ウェットエッチングを施せば、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）と高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）領域のみに熱酸化膜（ＨＶＯＸ）が残る。他の領域にあった熱酸化膜（ＨＶＯＸ）は、フッ酸で全て除去される。
【００５８】
図３９は、図３８に続く工程である。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）のしきい値調整用不純物層（ＬＰＥ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のしきい値調整用不純物層（ＬＮＥ）、及びメモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタしきい値調整用不純物層ＳＥを、フォトリソグラフィとイオン打ち込みを用いて形成する。熱酸化を行い、図３８の工程で露出したシリコン基板表面に、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）及びメモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのゲート酸化膜となる、シリコン酸化膜（ＬＶＯＸ）を形成する。ここまでの工程で、記憶用ＭＯＳ型トランジスタ以外のゲート酸化膜は、全て形成された。次に、将来、ゲート電極の一部となるポリシリコンＰＯＬＹ１を、全面に堆積する。ポリシリコン（ＰＯＬＹ１）はノンドープであり、その膜厚は３０ナノメートルとする。ポリシリコン（ＰＯＬＹ１）の直上に、シリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）を堆積する。この厚さを３０ナノメートルとする。シリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）は、浅溝素子分離構造を形成するための研磨時に、酸化膜よりも研磨レートが低い事を利用して、後述するシリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）の研磨量を調整するストッパーの役割を有する。なお、研磨を高精度に制御する事が可能な場合は、シリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）は無くても構わない。
【００５９】
図４０は、図３９に続く工程である。フォトリソグラフィ技術と、異方性ドライエッチングを用いて、浅溝素子分離構造の溝１を、シリコン基板上に開口する。全面に、シリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を堆積して、全ての開口部を充填する。
【００６０】
図４１は、図４０に続く工程である。化学的機械研磨法を用いて、シリコン基板上に存在するシリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）が露出するまで、シリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を除去する。ポリシリコン（ＰＯＬＹ１）は、将来、ゲート電極の構成要素になるので、研磨の際に、熱酸化膜（ＨＶＯＸ）やシリコン酸化膜（ＬＶＯＸ）が見えるまでに除去してはならない。図３９の述べた、シリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）が無い場合には、ポリシリコン（ＰＯＬＹ１）が露出するまで酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を除去することとする。削り過ぎて、シリコン酸化膜（ＬＶＯＸ）や熱酸化膜（ＨＶＯＸ）が露出してはならないことは同一である。
【００６１】
図４２は、図４１に続く工程である。残ったシリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）を熱リン酸で除去すると、その直下のポリシリコン（ＰＯＬＹ１）が露出する。フッ酸洗浄を行った後、全面にノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹ２）を堆積する。この２つのポリシリコン層を合わせてゲート電極に供するため、ポリシリコンＰＯＬＹ１とＰＯＬＹ２は電気的に接触している必要がある。ポリシリコン（ＰＯＬＹ２）堆積前にフッ酸洗浄を行うのは、表面に形成された自然酸化膜を除去して、電気的接触を高めるためである。ポリシリコン（ＰＯＬＹ２）堆積後、その直上に、シリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）を堆積する。シリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）の膜厚は３０ナノメートルとする。
【００６２】
図４３は、図４２に続く工程である。メモリセルを構成する、記憶用ＭＯＳ型トランジスタを形成する領域及び不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）に対応するウェル引き上げ領域に存在するシリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）、ポリシリコン（ＰＯＬＹ２）、ポリシリコン（ＰＯＬＹ１）を、フォトリソグラフィ−技術と異方性ドライエッチングを用いて除去する。領域ＣＥＬＬにあるシリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）、ポリシリコン（ＰＯＬＹ２）、ポリシリコン（ＰＯＬＹ１）は、将来、メモリセルの選択用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極として使用される。この段階ではそれらをＳＧ０と呼び表す。ＳＧ０に隣接する基板表面で、将来、記憶用ＭＯＳ型トランジスタを形成する領域に、記憶用ＭＯＳ型トランジスタしきい値調整用不純物層ＭＥを形成する。その中性しきい値は負になるいことが望ましい。
【００６３】
図４４は、図４３に続く工程である。熱酸化を施し、図４３で露出させたシリコン基板表面に、厚さ１．５ナノメートルのシリコン酸化膜（ＢＯＴＯＸ）を形成する。このとき、ＳＧ０及び他のポリシリコン層ＰＯＬＹ２、ＰＯＬＹ１からなる積層ポリシリコン層の側壁も、同時に酸化される。全面に電荷トラップ用膜（ＭＳＩＮ）を堆積する。電荷トラップ用膜（ＭＳＩＮ）はシリコン窒化膜とし、その膜厚を１０ナノメートルとする。その後、電荷トラップ用膜（ＭＳＩＮ）表面に、厚さ４ナノメートルの酸化膜（ＴＯＰＯＸ）を形成する。酸化膜（ＴＯＰＯＸ）は、電荷トラップ用膜（ＭＳＩＮ）表面を熱酸化した膜か、堆積酸化膜を用いる。その後、全面にＮ型ポリシリコン（ＰＯＬＹＭＧ）を堆積する。堆積時の膜厚は、ＳＧ０の高さと同等とする。
【００６４】
図４５は、図４４に続く工程である。ＣＡＰ領域の所望位置に形成されたフォトレジスト（ＲＥＳＣＡＰＣ）をマスクにして、異方性ドライエッチングを行うと、フォトレジスト（ＲＥＳＣＡＰＣ）直下にはポリシリコン層（ＴＣＡＰＣ）が形成される。このポリシリコン層（ＴＣＡＰＣ）はキャパシタの上部電極として用いるが、これは第１の実施形態で述べたものと同じである。異方性ドライエッチングにより、ＳＧ０の側壁段差部分には、サイドウォール状のポリシリコン層のエッチ残りＭＧ１、ＭＧ２が生じる。本発明では、これらを記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極として使用する。尚、ＭＧ０は不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）外に存在するので、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極としては用いない。又、第１の実施形態と同様に、ポリシリコン層ＭＧ１及びＭＧ２の一部に配線層と接続する領域を設けるため、サイドウォール・スペーサ状にならないようにフォトレジスト（ＲＥＳＣＡＰＣ）で覆っておく。
【００６５】
図４６は、図４５に続く工程である。フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト（ＲＥＳＧＡＴＥ）を形成し、異方性ドライエッチングを施す事で、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）用ゲート電極（ＬＶＰＧ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）用ゲート電極（ＬＶＮＧ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）用ゲート電極（ＨＶＰＧ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）用ゲート電極（ＨＶＮＧ）を形成する。この工程でＣＧ０を分断し、ＭＧ１、ＭＧ２に対応する選択ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極である電極ＣＧ１及び電極ＣＧ２を形成する。更に、キャパシタの下部電極であるポリシリコン層（ＢＣＡＰＣ）をも形成する。キャパシタ（ＣＡＰ）は、上部電極（ＴＣＡＰＣ）、下部電極（ＢＣＡＰＣ）、それら２つの電極間絶縁膜である、シリコン酸化膜（ＳＧＯＸ）、シリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）、シリコン酸化膜（ＴＯＰＯＸ）の積層膜からなる。この加工時に、ＭＧ０の不要な部分を除去する。
【００６６】
図４７は、図４６に続く工程である。夫々のＭＯＳ型トランジスタのソース及びドレイン浅接合領域を形成する。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）には不純物領域（ＬＶＰＭ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）には不純物領域（ＬＶＮＭ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）には不純物領域（ＨＶＰＭ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）には不純物領域（ＨＶＮＭ）となる。メモリセルの選択ＭＯＳトランジスタに対しては、不純物領域（ＬＶＮＭ）である。記憶用ＭＯＳ型トランジスタのＮ型拡散層はＭＮである。これらの工程での浅接合領域形成には、既存のフォトリソグラフィ技術とイオン打込み技術を用いる。
【００６７】
その後、全面にシリコンの酸化膜を堆積し、異方性ドライエッチングを施して、サイドウォール・スペーサ（ＳＷＬＤＤ）を形成する。この後、全てのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタの高濃度ソース或いはドレイン（ＳＤＰ）、全てのＮチャネルＭＯＳ型トランジスタの高濃度ソース或いはドレイン（ＳＤＮ）を、フォトリソグラフィとイオン打込みで形成する。高濃度の不純物領域（ＳＤＰ）はＰ型ウェル引き上げ領域に、高濃度の不純物領域（ＳＤＮ）はＮ型ウェルの引き上げ領域にも打込む。
【００６８】
図４８は、図４７に続く工程である。メモリセルの自己整合型電極（ここでは記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極）、及びそのゲート電極に隣接する拡散層を、フォトレジスト（ＲＥＳＲＭＶＯＸ）で覆う。そして、露出したゲート電極（ＣＧ１、ＣＧ２）の上部、ソース或いはドレインの上部に存在する絶縁膜（自然酸化膜）を除去し、ポリシリコン層（ＣＧ１、ＣＧ２）或いはソース、ドレイン、ウエル引き上げ部を露出させる。ここは、第１の実施形態と同じである。前記自然酸化膜は、特に符号を付さなかったが、該当個所を太い横線として示した。
【００６９】
図４９は、図４８に続く工程である。スパッタ法を用いて金属コバルト層（ＣＯ）を被着した後、シリサイドを形成する領域をフォトレジスト（ＲＥＳＲＭＶＣＯ）で覆う。ウェットエッチングを行って、ＭＧ１、ＭＧ２及びそれらのゲート電極に隣接する拡散層（ＳＤＮ）上にある金属コバルト層（ＣＯ）を除去する。
【００７０】
図５０は、図４９に続く工程である。窒素雰囲気中で、７５０度、２分程度の熱処理を施し、金属コバルトとシリコンが接触した部分にコバルトシリサイドを形成する。その後、不要な未反応の金属コバルトを、ウェットエッチングで除去する。窒素雰囲気中で、７８０度、２分程度の熱処理を追加すると、所望のゲート電極上部、キャパシタ電極上部、拡散層上部に、低抵抗のコバルトシリサイド（ＣＯＳＩ）が形成される。
【００７１】
図５１は、図５０に続く工程である。配線層間絶縁膜（ＩＮＳ１）、第１の配線層となる金属層Ｍ１、Ｍ１と第２の配線層とを絶縁するための、第２の配線層間絶縁膜（ＩＮＳ２）を形成する。これらは第１の実施形態と同一である。
【００７２】
＜実施の形態４＞
図５２から図６７を用いて、第４の実施形態を説明する。この実施形態は、トラップ膜を被着した後に、浅溝素子分離構造を形成する方法であり、且つ記憶用ＭＯＳ型トランジスタを、メモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタより先に形成するものである。説明文中で、適宜、数値を開示するが、これらは一例であり、本発明を特に限定するものではない。
【００７３】
図５２を説明する。Ｐ型シリコン基板（ＰＳＵＢ）表面に、熱酸化膜（ＰＲＥＯＸ）を形成する。ここでの厚さは２０ナノメートルとするが、本発明の実施に当たっては、この数値に限定するものではない。熱酸化膜（ＰＲＥＯＸ）を通じて、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）、静電容量形成領域（ＣＡＰ）、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）に対応したウェルＬＮＷＬ、ＬＰＷＬ、ＨＮＷＬ、ＨＰＷＬ、ＮＩＳＯ、ＭＰＷＬを、イオン打込みで形成する。これらの記号が示す意味は、第１の実施形態で説明したものと同一である。
【００７４】
図５３は、図５２に続く工程である。ここでＭＥを形成する（ウエル形成時の熱処理後、ＰＲＥＯＸ除去前にＭＥは形成される）、熱酸化膜（ＰＲＥＯＸ）をフッ酸で全て除去した後、熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）を形成する。その膜厚は１．５ナノメートルとする。その直上に、トラップ膜（ＭＳＩＮ）を堆積する。その膜厚は１０ナノメートルとする。更に、トラップ膜（ＭＳＩＮ）の直上に、酸化膜（ＴＯＰＯＸ）を堆積する。その膜厚は５ナノメートルとする。
【００７５】
図５４は、図５３に続く工程である。フォトリソグラフィ技術とウェットエッチングを用いて、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）以外の酸化膜（ＴＯＰＯＸ）、トラップ膜（ＭＳＩＮ）、熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）を選択的に除去する。高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のしきい値調整用の不純物層ＨＰＥ及び高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）のしきい値調整用の不純物層（ＨＮＥ）をイオン打込みで形成する。その後、露出したシリコン基板表面に、膜厚２０ナノメートルの熱酸化膜（ＨＶＯＸ）を形成する。領域（ＣＥＬＬ）には、熱酸化を防ぐシリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）があるため、熱酸化膜（ＢＯＴＯＸ）の膜厚が増加する事は無い。
【００７６】
図５５は、図５４に続く工程である。既知の手法を用いて、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）及びＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）を形成する領域から、熱酸化膜（ＨＶＯＸ）を選択的に除去する。ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）のしきい値調整用の不純物層（ＬＰＥ）、及びＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のしきい値調整用の不純物層（ＬＮＥ）を、イオン打込みで形成する。熱処理を施した後に熱酸化を行い、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）及びＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）を形成する領域に、熱酸化膜（ＬＶＯＸ）を形成する。その後、全面にノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹ１）を堆積する。その膜厚は３０ナノメートルとする。その直上に、研磨量調整用のシリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）を堆積する。その膜厚は３０ナノメートルとする。研磨を高精度に制御する事が可能な場合、研磨量調整用のシリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）は無くても構わない。
【００７７】
図５６は、図５５に続く工程である。フォトリソグラフィー技術とドライエッチングを用いて、素子分離用の浅溝１を開口する。その後、全面にシリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を堆積して、開口した浅溝１を全て充填する。
【００７８】
図５７は、図５６に続く工程である。化学的機械研磨法を用いて、シリコン基板上に存在するシリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）が露出するまで、シリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を除去する。図６０の説明で示した、シリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）が無い場合には、ノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹ１）が露出するまでシリコン酸化膜（ＳＧＩＯＸ）を除去することとする。削り過ぎて、熱酸化膜ＬＶＯＸやＨＶＯＸが露出してはならない。
【００７９】
図５８は、図５７に続く工程である。残ったシリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）を熱リン酸で除去すると、その直下のポリシリコン（ＰＯＬＹ１）が露出する。このポリシリコン（ＰＯＬＹ１）は、将来、ゲート電極の構成要素になるので、研磨の際に、熱酸化膜ＨＶＯＸやＬＶＯＸが見えるまでに除去してはならない。シリコン窒化膜（ＳＧＩＳＩＮ）を熱リン酸で除去し、フッ酸洗浄を行った後、全面にノンドープのポリシリコン層（ＰＯＬＹ２）を堆積する。この２つのポリシリコン層を合わせてゲート電極に供するため、ポリシリコン層ＰＯＬＹ１とＰＯＬＹ２は電気的に接触している必要がある。ポリシリコン層（ＰＯＬＹ２）の堆積前にフッ酸洗浄を行うのは、表面に形成された自然酸化膜を除去して、電気的接触を高めるためである。ポリシリコン層（ＰＯＬＹ２）の堆積後、その直上に、シリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）を堆積する。シリコン酸化膜（ＭＧＣＡＰＯＸ）の膜厚は３０ナノメートルとする。フォトリソグラフィ技術により、領域ＣＥＬＬ以外に、フォトレジスト（ＲＥＳＮＭＧ）を残す。これをマスクにして、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）にあるＰＯＬＹ１及びＰＯＬＹ２のポリシリコン積層膜中に、リンイオンを打込んで、それらをＮ型ポリシリコンにする。
【００８０】
図５９は、図５８に続く工程である。全面にシリコン酸化膜を堆積し、それをフォトリソグラフィと技術とフッ酸処理を用いて、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）だけに残し、シリコン酸化膜（ＭＣＡＰＯＸ）とする。その後、全面にシリコン酸化膜（ＧＣＡＰＯＸ）を堆積する。不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）のみ、ポリシリコン層（ＰＯＬＹ２）上の酸化膜を厚くすることを目的とした工程である。ゲート電極の低抵抗化工程にて、詳述する。
【００８１】
図６０は、図５９に続く工程である。フォトリソグラフィ技術とドライエッチングを用いて、メモリセルの選択用ＭＯＳ型トランジスタ及びウェル引き上げ領域にあるポリシリコン層ＰＯＬＹ１、ＰＯＬＹ２、及びそれらの直上に存在する酸化膜ＧＣＡＰＯＸ、ＭＣＡＰＯＸなどを全て除去する。ドライエッチングは、シリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）が露出した時点で停止する。領域ＣＥＬＬに残ったポリシリコン層ＰＯＬＹ１、ポリシリコン層ＰＯＬＹ２、酸化膜ＭＣＡＰＯＸ、酸化膜ＧＣＡＰＯＸからなる積層部を、層ＭＧ０とする。
【００８２】
図６１は、図６０に続く工程である。図６０で露出したシリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）を熱リン酸で除去する。その直下にある熱酸化膜（ＬＶＯＸ）もフッ酸で除去し、シリコン基板を露出させる。全面に、シリコン酸化膜５０ナノメートルを堆積し、異方性ドライエッチングを施して、サイドウォール・スペーサ（ＳＷＯＸ）を形成する。先にシリコン窒化膜（ＭＳＩＮ）と熱酸化膜（ＬＶＯＸ）を除去した領域に、新たな熱酸化膜（ＳＧＯＸ）を形成する。この熱酸化膜（ＳＧＯＸ）の膜厚は、熱酸化膜ＬＶＯＸと同じで良い。続いて、ノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）を全面に堆積する。続いて、フォトリソグラフィ技術を用いて、不揮発性記憶素子形成領域（ＣＥＬＬ）以外をフォトレジスト（ＲＥＳＮＭＧ）で覆い、イオン打込みを用いて領域ＣＥＬＬにあるノンドープのポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）にリンイオンを導入し、Ｎ型ポリシリコンとする。
【００８３】
図６２は、図６１に続く工程である。ポリシリコン（ＰＯＬＹＳＧ）を異方性ドライエッチング技術によりエッチバックして、サイドウォール・スペーサ（ＳＷＯＸ）の外壁に、ポリシリコンのサイドウォール・スペーサＣＧ０、ＣＧ１、ＣＧ２を形成する。サイドウォール・スペーサ（ＣＧ０）は、この加工の際に生じる不要なサイドウォール・スペーサであるので、後で取り去ることとする。その後、領域ＣＥＬＬ以外に存在するＰＯＬＹ１及びＰＯＬＹ２の積層からなるポリシリコンで、将来のＰ型ゲート電極になる部分にはボロンイオンを、Ｎ型ゲート電極になる部分にはリンイオンを打ち込んで、夫々をＰ型ポリシリコン、Ｎ型ポリシリコンとする。尚、ここでも、サイドウォール・スペーサＣＧ１及びＣＧ２の一部の領域をフォトレジストで覆い、サイドウォール・スペーサを形成しない平坦領域を残す。図３１と同じであるので、図を用いての説明は略す。
【００８４】
図６３は図６２に続く工程である。フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、層ＭＧ０を電極ＭＧ１とＭＧ２に分離する。同時に、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）のＰ型ゲート電極（ＬＶＰＧ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のＮ型ゲート電極（ＬＶＮＧ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のＰ型ゲート電極（ＨＶＰＧ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）のＮ型ゲート電極（ＨＶＮＧ）を形成する。イオン打ち込みにより、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）のＬＤＤ構造（ＬＶＰＭ）、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のＬＤＤ構造（ＬＶＮＭ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のＬＤＤ構造（ＨＶＰＭ）、高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のＬＤＤ構造（ＨＶＰＭ）を形成する。この工程は、通常のＭＯＳ型トランジスタと同じである。同様のイオン打ち込みによって、記憶用ＭＯＳ型トランジスタのＮ型ソース領域（ＭＳＮ）、選択用ＭＯＳ型トランジスタのドレイン領域（ＬＶＮＭ）を形成する。選択用ＭＯＳ型トランジスタのドレインは、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）のＬＤＤ構造（ＬＶＮＭ）と同じものを用いるので、同時に形成して良い。
【００８５】
図６４は図６３に続く工程である。前面にシリコン酸化膜を堆積した後、異方性ドライエッチングを施して、夫々のゲート電極側壁に、シリコン酸化膜からなるサイドウォール・スペーサ（ＳＷＬＤＤ）を形成する。続いて、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＰＭＯＳ）及び高耐圧用ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＰＭＯＳ）のＰ型ソース・ドレイン領域ＳＤＰ、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＬＶＮＭＯＳ）、高耐圧用ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ（ＨＶＮＭＯＳ）及びメモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタのドレインとなるＮ型拡散層ＳＤＮを、フォトリソグラフィ技術とイオン打ち込み技術を用いて選択的に形成する。メモリセルの記憶用ＭＯＳ型トランジスタのソースには、Ｎ型拡散層ＭＮを設ける。また、領域ＣＥＬＬのウェル引き上げを行う領域にも、不純物領域ＳＤＮ用不純物を打ち込んでおくが、他のウェル引き上げ領域も同様、すなわち、Ｐ型ウェル引き上げ部には不純物領域ＳＤＰ用不純物を、Ｎ型ウェル引き上げ部には不純物領域ＳＤＮ用不純物を打ち込んでおく。
【００８６】
図６５は図６４に続く工程である。全面をフッ酸洗浄して、夫々のゲート電極及び拡散層上に存在するシリコン酸化膜を除去する。但し、層ＭＧ１及びＭＧ２の上部は、図６４で説明したとおり、酸化膜を厚く形成してあるために、酸化膜は除去されずに残る。全面に金属コバルトを被着した後に、シリサイドを形成しない領域ＣＥＬＬ以外をフォトレジスト（ＲＥＳＲＭＶＣＯ）で覆い、露出した金属コバルトＣＯをウエット除去する。
【００８７】
図６６は、図６５に続く工程である。窒素雰囲気中で７５０度程度の熱処理を行うと、シリコンとコバルトが接触した部分にシリサイド（ＣＯＳＩ）が形成される。未反応の金属コバルトを、アンモニアと過酸化水素水の混合液で除去すれば、夫々のゲート電極及び拡散層上に、低抵抗のシリサイド（ＣＯＳＩ）のみが残る。層ＭＧ１及びＭＧ２上部にはシリサイド（ＣＯＳＩ）が出来ないが、これにより、層ＭＧ１とＣＧ１、層ＭＧ２とＣＧ２との間に、シリサイド（ＣＯＳＩ）の架橋現象による短絡が生じるのを防ぐことができる。
【００８８】
図６７は図６６に続く工程である。全面に配線層間絶縁膜（ＩＮＳ１）を堆積する。フォトリソグラフィとドライエッチング技術を用いて、各々のゲート電極、ソース、ドレイン、ウェル上にコンタクトホールを開口し、第１の配線層となる金属層を堆積する。その後、フォトリソグラフィと異方性ドライエッチング技術を用いて、所望の回路を構成する配線層Ｍ１を形成する。層ＩＮＳ２は、配線層Ｍ１と第２の配線層とを絶縁するための、第２の配線層間絶縁膜である。以降、必要な配線を順次形成していくが、通例の半導体装置における工程を採用して十分であるので、その詳細説明は省略する。
【００８９】
本発明により、読出し動作周波数が高く且つ総面積の小さな半導体不揮発性メモリを混載した、半導体論理演算装置を提供することが出来る。本発明の技術を用いた半導体集積回路装置を用いれば、高性能情報機器を、低コストで実現することが可能になる。組み込み型マイクロコンピュータ等で有用である。
【００９０】
本発明の主な観点をまとめて列挙すれば、下記の通りである。
（１）同一のシリコン基板上に、論理回路用のＭＯＳ型トランジスタと、不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタと、その不揮発性メモリセルを選択するＭＯＳ型トランジスタと、不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタに書込みと消去を行うための高耐圧ＭＯＳ型トランジスタとを有し、前記論理回路用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極とソース・ドレイン、前記高耐圧ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極とソース・ドレイン、及び前記不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタを選択するＭＯＳ型トランジスタのゲート電極に、低抵抗の層が形成されたことを特徴とする半導体装置。
（２）前記不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極が、その不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタを選択するＭＯＳ型トランジスタのゲート電極の側壁に自己整合的に形成されたサイドウォール・スペーサ状であることを特徴とする前項（１）に記載の半導体装置。
（３）同一のシリコン基板上に、論理回路用のＭＯＳ型トランジスタと、不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタと、その不揮発性メモリセルを選択するＭＯＳ型トランジスタと、不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタに書込みと消去を行うための高耐圧ＭＯＳ型トランジスタを有し、論理回路用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極とソース・ドレイン、高耐圧ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極とソース・ドレインに低抵抗の層が被着され、不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極・ソース・ドレイン、その不揮発性メモリセルを選択するＭＯＳ型トランジスタのゲート電極・ソース・ドレインには、低抵抗層が被着されていないことを特徴とする半導体装置。
（４）前記不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタを選択するＭＯＳ型トランジスタのゲート電極が、前記不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極の側壁に自己整合的に形成されたサイドウォール・スペーサ状であることを特徴とする前項（３）に記載の半導体装置。
（５）サイドウォール・スペーサ状のゲート電極の一部に、ドライエッチングを施さない領域を設け、その領域で金属配線層に接続することを特徴とする半導体素子。
（６）前項（５）に記載のドライエッチングを施さない領域を１本のゲート電極に複数箇所設け、そのゲート電極と金属配線層を、その領域を介して並列に接続することを特徴とする半導体装置。
（７）前項（５）乃至前項（６）に記載の半導体素子を同一基板上の構成要素に含む半導体装置。
（８）前項（５）乃至前項（６）に記載の半導体素子が、不揮発性メモリセルを選択するＭＯＳ型トランジスタである半導体装置。
（９）不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極を形成する工程が、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程の組み合わせ２回から成り、一方の工程が論理用ＭＯＳ型トランジスタ及び不揮発メモリセル書込・消去用高耐圧トランジスタのゲート電極形成を兼ねる、前項（１）乃至前項（４）に記載の半導体装置。
（１０）不揮発性記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極を形成する１回目の工程では、論理用ＭＯＳ型トランジスタ及び不揮発メモリセル書込・消去用高耐圧トランジスタのゲート電極形成を行わない、前項（９）に記載の半導体装置。
（１１）前項（９）及び（１０）に記載の半導体装置の製造方法。
（１２）ゲート絶縁膜厚が相異なるＭＯＳ型トランジスタを同一基板上の構成要素に含み、浅溝素子分離構造の形成後に１種類のゲート絶縁膜を形成することを特徴とする、半導体装置。
（１３）前項（１２）に記載の半導体装置の製造方法。
（１４）前項（１２）に記載の浅溝素子分離構造の形成後に形成する１種類のゲート絶縁膜が、堆積絶縁膜を構成要素に含む事を特徴とする半導体装置。
（１５）前項（１４）に記載の半導体装置の製造方法。
（１６）前項（１２）に記載の浅溝素子分離構造の形成後に形成する１種類のゲート絶縁膜が、熱酸化膜のみであることを特徴とする半導体装置。
（１７）前項（１６）に記載の半導体装置の製造方法。
（１８）ゲート絶縁膜厚が相異なるＭＯＳ型トランジスタを同一基板上の構成要素に含み、浅溝素子分離構造の形成後に１種類のゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜を用いるＭＯＳ型トランジスタが、不揮発性メモリセルの構成要素であることを特徴とする半導体装置。
（１９）前項（１８）に記載の半導体装置の製造方法。
（２０）前項（１９）に記載の不揮発性メモリセルの構成要素であるＭＯＳ型トランジスタが、メモリセル選択用ＭＯＳ型トランジスタであることを特徴とする、半導体装置。
（２１）前項（２０）に記載の半導体装置の製造方法。
（２２）前項（１８）に記載の、不揮発性メモリセルの構成要素であるＭＯＳ型トランジスタが、記憶用ＭＯＳ型トランジスタであることを特徴とする半導体装置。
（２３）前項（２２）に記載の半導体装置の製造方法。
【００９１】
【発明の効果】
微細なＭＯＳ型トランジスタを用いた半導体装置に不揮発性メモリセルを混載するため、製造中に発生する構造段差を低減することが出来る。
【００９２】
又、論理用半導体装置に必須なシリサイド形成の際に、不揮発性メモリセル内で短絡不良を防ぐことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明を適用する不揮発性メモリセルの例を示す断面図である。
【図２】図２は本発明を適用する不揮発性メモリセルの例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１２】図１２は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１３】図１３は図１２の状態における装置の部分的な斜視図である。
【図１４】図１４は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１６】図１６は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１８】図１８は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図１９】図１９は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２０】図２０は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２１】図２１は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２２】図２２は本発明の第１の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２３】図２３は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２４】図２４は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２５】図２５は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２６】図２６は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２７】図２７は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２８】図２８は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図２９】図２９は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３０】図３０は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３１】図３１は図３０の状態における装置の部分的な斜視図である。
【図３２】図３２は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３３】図３３は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３４】図３４は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３５】図３５は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３６】図３６は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３７】図３７は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３８】図３８は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図３９】図３９は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４０】図４０は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４１】図４１は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４２】図４２は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４３】図４３は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４４】図４４は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４５】図４５は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４６】図４６は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４７】図４７は本発明の第２の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４８】図４８は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図４９】図４９は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５０】図５０は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５１】図５１は本発明の第３の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５２】図５２は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５３】図５３は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５４】図５４は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５５】図５５は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５６】図５６は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５７】図５７は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５８】図５８は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図５９】図５９は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６０】図６０は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６１】図６１は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６２】図６２は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６３】図６３は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６４】図６４は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６５】図６５は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６６】図６６は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【図６７】図６７は本発明の第４の実施形態を製造工程順に示す装置の断面図である。
【符号の説明】
ＬＶＰＭＯＳ…論理演算用の低圧ＰＭＯＳ型トランジスタ、ＬＶＮＭＯＳ…論理演算用の低圧ＮＭＯＳ型トランジスタ、ＨＶＰＭＯＳ…不揮発性メモリセル書込み・消去用の高耐圧ＰＭＯＳ型トランジスタ、ＨＶＮＭＯＳ…不揮発性メモリセル書込み・消去用の高耐圧ＮＭＯＳ型トランジスタ、ＭＧ１…不揮発性メモリセルを構成する記憶用ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極、ＳＧ１…不揮発性メモリセルを構成する記憶用ＭＯＳ型トランジスタを選択するためのＭＯＳ型トランジスタのゲート電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a manufacturing technique of a nonvolatile semiconductor memory device mounted on the same substrate as a semiconductor device having a logical operation function represented by a microcomputer. .
[0002]
[Prior art]
By mounting semiconductor nonvolatile memory cells on the same silicon substrate as the logic semiconductor device, a high-performance semiconductor device can be realized. They are widely used as built-in microcomputers in industrial machines, home appliances, and on-vehicle devices. Generally, a program required by the microcomputer is stored in the embedded nonvolatile memory, and read out and used at any time. As a non-volatile memory which is mounted together with the logic semiconductor device, there is a split gate type cell including a selection MOS type transistor and a storage MOS type transistor. This method has become mainstream in mixed applications because the area of peripheral circuits for controlling the memory can be small. Related technical literatures include: IE IE, VLSI Technology Symposium (IEEE, VLSI Technology Symposium), 1994 Preprints, pp. 71-72 (Non-Patent Document 1), and JP-A-5-48113. (Patent Document 1) and JP-A-5-121700 (Patent Document 2). The present invention is deeply concerned with a memory cell structure that can independently drive the gate electrodes of both a selection MOS transistor and a storage MOS transistor. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-181319 (Patent Document 1) 3) and the like.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-48113
[Patent Document 2]
JP-A-5-121700
[Patent Document 3]
JP-A-6-181319
[Non-patent document 1]
IE, VLSI Technology Symposium (IEEE, VLSI Technology Symposium), Proceedings 1994, pp. 71-72
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art The miniaturization and lowering of the voltage of semiconductor devices have been increasingly advanced, and the performance has been continuously improved. On the other hand, the difficulty of processing has increased, and it has also become difficult to form a fine pattern on a step formed on a substrate, that is, a region having a height difference generated by processing. For example, in the photolithography technology, it is possible to form an ideal focus on a certain plane to form a fine pattern with high precision, but as the distance from the focal plane in the vertical direction increases, the pattern is sufficiently resolved. Disappears. It is known that this tendency becomes more remarkable as the pattern becomes finer. Therefore, it is important how to reduce the step due to the element structure. In particular, in the case of a semiconductor device in which different types of elements such as a nonvolatile memory cell and a high-voltage MOS transistor for controlling the nonvolatile memory cell must be formed on the same substrate in addition to the logic MOS transistor, Serious. These steps occur due to cleaning for forming the gate oxide film over a plurality of levels and the height of the gate electrode itself. It is necessary to provide a manufacturing method that minimizes generation of a plurality of steps.
[0005]
In the manufacturing method of a logic semiconductor device, it is necessary to reduce the parasitic resistance of a diffusion layer such as a gate electrode and a source / drain in order to improve the degree of freedom of wiring and the speed of operation. In general, a self-aligned silicidation process for forming a self-aligned silicide, which is an alloy of silicon and a refractory metal, is used. When information stored in a nonvolatile memory cell is read at a high speed, the salicidation step cannot be omitted for the memory cell portion. However, in the case of a split gate type in which a selection MOS type transistor exists for each memory cell and the distance between the selection MOS type transistor or the storage MOS type transistor is very short, or when either gate electrode has a self-aligned structure It is difficult to perform salicidation in the usual way. This is because there is a high possibility that a short-circuit between the two gate electrodes or between the gate electrode and the diffusion layer due to silicide will occur. A short-circuit failure is less likely to occur, and a manufacturing method that is compatible with the MOS transistor for logic is required.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to reduce the occurrence of a step, the entire gate oxide film of a normal MOS transistor is formed, and an element isolation structure is formed later. This process sequence prevents the cleaning for removing the unnecessary gate oxide film from affecting the element isolation structure, and as a result, suppresses the occurrence of steps on the semiconductor substrate.
[0007]
When a self-aligned electrode of a nonvolatile memory cell is formed, a side wall portion where the self-aligned electrode is to be formed is first exposed to form a self-aligned electrode. By forming a side wall on which the self-aligned electrode is not formed later, an unnecessary self-aligned electrode is prevented from being formed. This process sequence prevents short circuits and other defects due to unnecessary gate electrodes.
[0008]
Of the gate electrodes of the non-volatile memory cell including the selection MOS transistor and the storage MOS transistor, the gate electrode of the storage MOS transistor is not silicided. Since the selection MOS transistor needs to operate at a high speed for calling a program, the selection MOS transistor is silicided. The resistance of the gate electrode of the storage MOS transistor is reduced by lining it with a wiring layer. With this method, a short circuit between two types of gate electrodes due to silicide is suppressed.
[0009]
The self-aligned electrode where the sidewall spacer cannot be formed on the side wall, and the diffusion layer adjacent to the electrode are not silicided. With this method, a short circuit between the gate and the diffusion layer due to silicide is suppressed.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 and FIG. 2 show an example of a semiconductor nonvolatile memory cell which is a premise when applying the manufacturing method of the present invention. These are characterized by using a trap film for storing information. As an operation method, hot electron injection called source side injection and tunnel erasing using an electric field generated by applying a voltage to a memory gate can be used. In the figures, the hatched portions without character display indicate oxide layers. Tables 1 and 2 also show the voltage application method during operation. Table 1 relates to the apparatus of FIG. 1, and Table 2 relates to the apparatus of FIG. Hereinafter, the structure of FIG. 1 or FIG. 2 will be used in describing the manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
[0011]
[Table 1]

[Table 2]

Prior to describing specific embodiments, main reference numerals used in the drawings will be described. These are symbols used for convenience. These symbols are the same in the following embodiments.
(1) Signs related to main components or parts
PSUB: P-type silicon substrate, PADOX: Thermal oxide film, PADSIN silicon nitride film
(2) Code for each element region of the semiconductor integrated circuit
LVPMOS: P-channel MOS transistor formation region for logic
LVNMOS: N-channel MOS transistor formation region for logic
HVPMOS: High-breakdown-voltage P-channel MOS transistor formation region for rewriting nonvolatile information
HVNMOS: N-channel MOS transistor formation region for high breakdown voltage for rewriting nonvolatile information
CAP: Capacitance forming area
CELL: nonvolatile memory element formation area
LNWL: N-type well for LVPMOS
LPWL: P-type well for LVNMOS
HNWL: N-type well for HVPMOS
HPWL: P-type well for HVNMOS
MPWL: P-type well for CELL
<Embodiment 1>
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is a process sequence of forming a memory cell selecting MOS transistor prior to a storage MOS transistor using a standard shallow trench element isolation structure. Note that the shallow groove element isolation structure is a structure in which each element portion mounted on the semiconductor device is separated by a shallow groove provided in a substrate or a base. The groove is usually filled with an insulator.
[0012]
First, FIG. 3 will be described. On the P-type silicon substrate (PSUB), a region where a desired element is to be formed will be determined in the future. In the figure, the logic P-channel MOS transistor formation region is LVPMOS, the logic N-channel MOS transistor formation region is LVNMOS, the high breakdown voltage P-channel MOS transistor formation region for rewriting nonvolatile information is HVPMOS, and the nonvolatile information is HVPMOS. The N-channel MOS transistor formation region for rewriting high withstand voltage is HVNMOS, the capacitance formation region is CAP, and the nonvolatile memory element formation region is CELL.
[0013]
Thereafter, a thermal oxide film (PADOX) and a silicon nitride film (PADSIN) are deposited on the entire surface.
[0014]
FIG. 4 is a step following FIG. Using photolithography and anisotropic dry etching technology, a trench 1 serving as a shallow trench device isolation region (shallow trench region for isolating the above-described device) is opened on a P-type silicon substrate (PSUB). Thereafter, an oxide film (SGIOX) is deposited on the entire surface, and the inside of the opened groove is completely filled. As an oxide film used for filling in the trench, a deposited oxide film using TEOS as a raw material is used. Thus, a shallow trench isolation region 2 is formed. Note that TEOS refers to tetraethoxysilane or tetraethoxyorthosilicate used in the art.
[0015]
FIG. 5 is a step following FIG. Polishing is performed using a chemical mechanical polishing method (CMP: referred to as Chemical Mechanical Polishing) until the silicon nitride film (PADSIN) is exposed, and the silicon oxide film (SGIOX) other than the silicon oxide film (SGIOX) filled in the shallow groove is formed. Unnecessary deposited oxide films are removed. Thereafter, corresponding to the respective regions, an N-type well (LNWL) for a P-channel MOS transistor (LVPMOS), a P-type well (LPWL) for an N-channel MOS transistor (LVNMOS), and a P-channel MOS transistor for high withstand voltage (HVPMOS) N-type well (HNWL), High voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) P-type well (HPWL), Non-volatile memory element formation region (CELL) P-type well (MPWL), and region CELL Is provided with an N-type impurity layer (NISO) for electrically isolating the element from other element regions. These impurity layers can be provided by performing selective ion implantation using a photolithography technique.
[0016]
FIG. 6 is a step following FIG. Since the shallow groove isolation region (SGI: Shallow Groove Isolation) has been formed, the silicon nitride film (PADSIN) is completely removed by etching. An impurity layer (HPE) for adjusting the threshold voltage of a high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) and a high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) are formed via the remaining thermal oxide film (PADOX). An impurity layer (HNE) for threshold voltage adjustment is formed by ion implantation. Phosphorus is used for forming the impurity layer HPE, and boron is used for forming the impurity layer HNE. Thereafter, the thermal oxide film (PADOX) is completely removed with hydrofluoric acid, and the gate oxide film (HVOX) for the high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) and the high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) is removed. Formed by thermal oxidation. Its film thickness is 20 nanometers.
[0017]
FIG. 7 is a step following FIG. Using photolithography technology, only the high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor region (HVPMOS) and the high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor region (HVNMOS) are covered with a resist (RESGOX), and the exposed P-channel MOS transistor region ( The gate oxide film (HVOX) in the LVPMOS), the N-channel MOS transistor region (LVNMOS), and the nonvolatile memory element formation region (CELL) is removed with hydrofluoric acid.
[0018]
FIG. 8 is a step following FIG. P-channel MOS transistor (LVPMOS) threshold voltage adjustment impurity layer (LPE), N-channel MOS transistor (LVNMOS) threshold voltage adjustment impurity layer (LNE), memory cell selection MOS transistor threshold After selectively forming the voltage adjustment impurity layers (SE) by ion implantation, respectively, the logic P-channel MOS transistor formation region (LVVPMOS), the logic N-channel MOS transistor formation region (LVNMOS) and the memory cell selection A gate oxide film (LVOX) of the MOS type transistor is formed by thermal oxidation.
[0019]
FIG. 9 is a step following FIG. Non-doped polysilicon (POLYSG) is deposited on the entire surface, and a silicon oxide film (SGCAPOX) is deposited immediately above. Using photolithography technology, the area other than the capacitor area (CAP) and the non-volatile memory element formation area (CELL) is covered with a photoresist (RESSG), and phosphorus is ion-exposed to the exposed non-doped polysilicon (POLYSG). It is implanted to form N-type polysilicon.
[0020]
FIG. 10 is a step following FIG. 9. The non-doped polysilicon layer (POLYSG) in the nonvolatile memory element formation region (CELL) is used as an electrode SG0 by using a photolithography technique and anisotropic dry etching. The electrode SG0 becomes a gate electrode of a specific memory cell selection MOS transistor by further processing, which will be clarified in a later step description. An impurity layer ME for adjusting the threshold value of the MOS transistor for storage of the memory cell is introduced into the P-type well for cell (MPWL) exposed by removing the electrode SG0 by ion implantation. Since it is desirable that the neutral threshold value of the storage MOS transistor be negative, N-type phosphorus or arsenic is implanted into the impurity layer ME. At the time of this implantation, the region from the LVPMOS region to the CAP region is covered with a photoresist. This photoresist is not shown.
[0021]
FIG. 11 is a step following FIG. After removing the photoresist for ion implantation, first, a thermal oxide film (BOTOX) is formed. This film is used as the lowermost layer of the gate insulating film of the storage MOS transistor. At the same time, the side walls of the exposed layer SG0 are also oxidized to become a thermal oxide film (BOTOXSW).
[0022]
Subsequently, a storage trap film (MSIN) is deposited on the entire surface. Thermal oxidation is performed again to oxidize the upper portion of the silicon nitride film (MSIN) to form an oxide film (TOPOX). Thus, a gate insulating film and a storage film of the storage MOS transistor are formed. As a film thickness configuration example when manufacturing the memory cell corresponding to FIG. 1, here, a thermal oxide film (BOTOX) is 5 nm, a silicon nitride film (MSIN) is 10 nm, and an oxide film (TOX) is 2 nm. Meters. It should be noted that this film thickness configuration is not the focus of the present invention because it depends on the operation mode of the memory cell. Further, as the trap film, a silicon nitride film is taken as an example, but any other film may be used as long as charge injection / release is possible. Thereafter, N-type polysilicon (POLYMG) is deposited on the entire surface.
[0023]
FIG. 12 is a step following FIG. 11. When a photoresist (RESCAPC) is formed and anisotropic dry etching is performed using the photoresist as a mask, an N-type polysilicon layer (TCAPC) is formed immediately below the photoresist (RESCAPC). This N-type polysilicon layer (TCAPC) is used as an upper electrode of the capacitor, and will be described later in detail. As a result of the anisotropic dry etching, a sidewall-shaped etched remaining N-type polysilicon layer MG1 and an N-type polysilicon layer MG2 are formed at the side wall steps of the electrode (SG0). In the present invention, these are used as a gate electrode of a storage MOS transistor. Note that an N-type polysilicon layer MG0 is also formed, but is not used as the gate electrode of the storage MOS transistor because it exists outside the nonvolatile memory element formation region (CELL).
[0024]
FIG. 13 is a perspective view of the state of FIG. 12, showing only the nonvolatile memory element type region (CELL), and further showing only the upper part of the oxide layer on the substrate. Since the polysilicon layer MG1 and the polysilicon layer MG2 are gate electrodes of the MOS transistor for storage, a region for connecting wiring is required. By covering a part of the polysilicon layer MG1 and the polysilicon layer MG2 with the photoresist (RESCAPC), a region that is not etched, that is, a planar region (flat region) that is not a sidewall can be left. In that region, the polysilicon layer MG1 and the polysilicon layer MG2 are connected to the metal wiring layer. The region denoted as a flat region in FIG. 13 is a polysilicon layer extending from the polysilicon layer MG1 or the polysilicon layer MG2. This region is provided every 16 memory cells or every 8 memory cells. The higher the parasitic resistance of the polysilicon layer MG1 or the polysilicon layer MG2, the more frequently the area is provided. I can do it properly.
[0025]
FIG. 14 is a step following FIG. In order to remove unnecessary portions of the silicon nitride film (MSIN) deposited on the entire surface, a region where the silicon nitride film (MSIN) serving as a storage trap film is removed and a region where the silicon nitride film (MSIN) is left are formed by a photoresist ( RESMRVMSIN). The exposed region of the storage trap film (MSIN) is removed by hot phosphoric acid or dry etching. The silicon nitride film (MSIN) immediately below the N-type polysilicon layer (TCAPC) is not removed because it is necessary for manufacturing the capacitance.
[0026]
FIG. 15 is a step following FIG. 14. Non-doped polysilicon (POLYSG) in each region of the P-channel MOS transistor (LVPMOS) and the high breakdown voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) is doped with boron difluoride for forming a P-type gate. , N-channel MOS transistor (LVNMOS) and non-doped polysilicon (POLYSG) in each region of the high breakdown voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) are doped with phosphorus for forming an N-type gate. These are performed using photolithography and ion implantation technology. FIG. 15 shows a state in which a resist (RESSNSG) for the above-described phosphorus ion implantation is formed.
[0027]
FIG. 16 is a step following FIG. An object is to process unprocessed polysilicon (POLYSG) into a gate electrode. A photoresist (RESGATE) is formed by a photolithography technique, and anisotropic dry etching is performed to form a gate electrode for LVVPMOS (LVPG), a gate electrode for LVNMOS (LVNG), a gate electrode for HVPMOS (HVPG), and a gate for HVNMOS. An electrode (HVNG) is formed. In this step, the polysilicon SG0 corresponding to the region of the nonvolatile memory element formation region (CELL) is divided, and the gate electrodes SG1 and SG2 of the select MOS type transistors corresponding to the polysilicon MG1 and MG2 serving as the electrodes are formed. I do. Further, a lower electrode (BCAPC) of the capacitor is also formed. The capacitor (CAP) includes an upper electrode (TCAPC), a lower electrode (BCAPC), and a laminated film of SGOX, MSIN, and TOPOX, which are insulating films between these two electrodes. During this processing, the unnecessary layer MG0 is removed.
[0028]
FIG. 17 is a step following FIG. 16. A shallow junction region between the source and the drain of each MOS transistor is formed. These shallow junction regions are LVPM for a P-channel MOS transistor (LVPMOS), LVNM for an N-channel MOS transistor (LVNMOS), HVPM for a high-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS), and high-voltage for a high-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS). HVNM is set for an N-channel MOS transistor (HVNMOS). For the selection MOS transistor of the memory cell, it becomes the layer SGNM. The shallow junction region (SGNM) for the select MOS transistor of the memory cell may be the same as the shallow junction region (LVNM) for the N-channel MOS transistor. The existing photolithography technology and ion implantation technology are used for forming the shallow junction region in this step. Also, the N-type diffusion layer (MN) of the storage MOS transistor is formed by a photolithography technique and an ion implantation technique.
[0029]
FIG. 18 is a step following FIG. 17. A silicon oxide film is deposited on the entire surface, and is etched by anisotropic dry etching. A sidewall spacer (SWLDD) made of a silicon oxide film is formed on a side wall of each gate electrode. Thereafter, the high-concentration impurity regions (source or drain) (SDP) of all the P-channel MOS transistors and the high-concentration impurity regions (source or drain) (SDN) of all the N-channel MOS transistors are subjected to photolithography and ion implantation. It is formed by implantation. The high-concentration impurity region (SDP) is implanted in the P-type well pulling region, and the high-concentration impurity region SDN is also implanted in the N-type well pulling region.
[0030]
FIG. 19 is a step following FIG. 18. The self-aligned electrode of the memory cell (here, the gate electrode of the storage MOS transistor) and the diffusion layer adjacent to the gate electrode are covered with a photoresist (RESRMVOX). Then, the insulating film existing above the exposed gate electrode and above the source / drain is removed to expose the polysilicon and the silicon substrate. This is a preparation process for forming silicide only in the exposed region. Details will be described with reference to FIG.
[0031]
FIG. 20 is a step following FIG. 19. Generally, in a process of manufacturing a logic LSI represented by a processor, a low resistance silicide (silicon and high melting point metal) is formed on a gate electrode, a source, and a drain using a salicidation (silicidation by self-alignment) technique. An alloy) layer is formed. This is an essential step for reducing the parasitic resistance of the electrodes and realizing an LSI operating at high speed. The selection MOS transistor of the nonvolatile memory cell formed in the manufacturing process of the present invention is driven at a high speed at the time of reading. Therefore, it is necessary to reduce the parasitic resistance by providing silicide on the surfaces of the gate electrodes SG1 and SG2. However, the distance between the electrode SG1 and the self-aligned gate electrode MG1 or the distance between the electrode SG2 and the self-aligned gate electrode MG2 depends on the thickness of the stacked film of the silicon oxide film (BOTOXSW), the trap film (MSIN), and the silicon oxide film (TOPOX). There is only the thickness. When silicide is formed on both gate electrodes, there is a possibility that a short-circuit may occur between the gates. Silicidation must be performed on only one of the electrodes. Since it is difficult to provide an insulating side wall spacer on the side wall of the side wall type self-aligned gate electrode, there is a possibility that a short-circuit portion due to silicide may occur between the side wall and the diffusion layer. From these facts, by forming only the electrodes SG1 and SG2 into a silicide, which is not a self-aligned sidewall structure, a structure suitable for high-speed operation at the time of readout and without manufacturing defects can be obtained. After depositing metal cobalt CO by using the sputtering method, a region where silicide is to be formed is covered with a photoresist (RESRMVCO). Wet etching is performed to remove the metal cobalt CO on the self-aligned gate electrodes MG1 and MG2 and the diffusion layer adjacent to those gate electrodes.
[0032]
FIG. 21 is a step following FIG. 20. In a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 750 ° C. for about 2 minutes to form cobalt silicide in a portion where metal cobalt and silicon are in contact. Then, unnecessary unreacted metal cobalt is removed by wet etching. When a heat treatment at 780 ° C. for about 2 minutes is added in a nitrogen atmosphere, low-resistance cobalt silicide (COSI) is formed on desired gate electrodes, capacitor electrodes, and diffusion layers. No cobalt silicide layer (COSI) is formed on the self-aligned gate electrodes MG1 and MG2 and the diffusion layers adjacent to those gate electrodes.
[0033]
FIG. 22 is a step that follows the step of FIG. 21. A wiring interlayer insulating film (INS1) is deposited on the entire surface. Using photolithography and dry etching techniques, contact holes are opened on each gate electrode, source, drain, and well, and a metal layer serving as a first wiring layer is deposited. Thereafter, a wiring layer M1 forming a desired circuit is formed by using photolithography and anisotropic dry etching technology. The insulating film (INS2) is a second wiring interlayer insulating film for insulating the wiring layer M1 and the second wiring layer. Thereafter, necessary wirings are sequentially formed. The subsequent steps are basically sufficient according to a usual method for manufacturing a semiconductor device. Therefore, the detailed description is omitted.
[0034]
<Embodiment 2>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is a method of manufacturing a storage MOS transistor portion having a trap film before peripheral normal MOS transistors and memory cell selection MOS transistors. Description of the same parts as in the first embodiment will be omitted as appropriate.
[0035]
Referring to FIG. On the P-type silicon substrate (PSUB), a region where a desired element is to be formed will be determined in the future. The logic P-channel MOS transistor formation region is LVPMOS, the logic N-channel MOS transistor formation region is LVNMOS, the high breakdown voltage P-channel MOS transistor formation region for nonvolatile information rewriting is HVPMOS, and the nonvolatile information rewriting region is HVPMOS. The N-channel MOS transistor formation region for withstand voltage is HVNMOS, and the non-volatile memory element formation region is CELL.
[0036]
First, a thermal oxide film (PADOX) and a silicon nitride film (PADSIN) are deposited on the entire surface of a predetermined region of a silicon substrate (PSUB).
[0037]
FIG. 24 is a step following FIG. Using photolithography and anisotropic dry etching technology, a groove serving as a shallow groove element isolation region is opened on a silicon substrate (PSUB). Thereafter, an oxide film (SGIOX) is deposited on the entire surface, and the inside of the opened groove is completely filled.
[0038]
FIG. 25 is a step following FIG. 24. Polishing is performed using a chemical mechanical polishing method until the silicon nitride film (PADSIN) is exposed, and unnecessary deposited oxide films other than the silicon oxide film (SGIOX) filled in the shallow groove 1 are removed. Thereafter, corresponding to the respective regions, an N-type well for LVPMOS (LNWL), a P-type well for LVNMOS (LPWL), an N-type well for HVPMOS (HNWL), a P-type well for HVNMOS (HPWL), and a P-type for CELL N-type impurity layer (NISO) for electrically separating the well (MPWL) and the CELL region from other device regions
) Is provided.
[0039]
FIG. 26 is a step following FIG. 25. An impurity layer (ME) for adjusting a threshold value of a storage MOS transistor in a non-volatile storage element formation region (CELL) is provided. Thereafter, an oxide film (TOPOX) is formed on the lowermost thermal oxide film (BOTOX) of the gate insulating film of the storage MOS transistor, the storage trap film (MSIN), and the storage trap film (MSIN). Non-doped polysilicon (POLYMG) is deposited directly on the silicon oxide film (TOPOX), and a silicon oxide film (MGCAPOX) is deposited directly on the polysilicon (POLYMG). A region other than the cell region is covered with a photoresist (RESNMG), and phosphorus ions are implanted only into the polysilicon (POLYMG) in the non-volatile memory element formation region (CELL) to form N-type polysilicon. Here, the process of converting non-doped polysilicon (POLYMG) to N-type has been described, but N-type doped polysilicon may be used from the beginning.
[0040]
FIG. 27 is a step following FIG. 26. Using photolithography and dry etching, the polysilicon (POLYMG) is selectively removed except for the region of the selection MOS type transistor of the nonvolatile memory cell, and stopped when the storage trap film (MSIN) is exposed.
[0041]
Thereafter, the storage trap film (MSIN) in the region where the storage trap film (MSIN) is exposed is removed with hot phosphoric acid, and the lowermost thermal oxide film (BOTOX) of the gate insulating film is removed with hydrofluoric acid.
[0042]
At this stage, the shape of the layer MG0 is completed. A side wall spacer (SWOX) made of a silicon oxide film is formed on the side wall of the layer MG0. This is formed by performing anisotropic dry etching after depositing a silicon oxide film. Using photolithography technology and ion implantation technology, the impurity layer HPE for adjusting the threshold voltage of the P-channel MOS transistor for high breakdown voltage (HVPMOS) and for adjusting the threshold value of the N-channel MOS transistor for high breakdown voltage (HVNMOS) An impurity layer (HNE) is formed. Then, after cleaning, thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film (HVOXA). The film thickness is set to 5 nanometers rather than 3 nanometers. Subsequently, a silicon oxide film (HVOXB) is deposited directly on the silicon oxide film (HVOXA). The stacked film of the silicon oxide film (HVOXA) and the silicon oxide film (HVOXB) becomes a gate insulating film of the high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) and the high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS). The film thickness is such that a high dielectric strength is obtained. Here, the laminated film thickness is set to 20 nanometers.
[0043]
FIG. 28 is a step following FIG. 27. The high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) region and the high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) region are covered with a photoresist (RESHVG). A hydrofluoric acid treatment is performed to remove a stacked film composed of a silicon oxide film (HVOXA) and a silicon oxide film (HVOXB) existing outside the HVPMOS region and the HVNMOS region.
[0044]
FIG. 29 is a step following FIG. 28. Using photolithography and ion implantation techniques, a threshold adjustment impurity layer (SE) of a MOS transistor for selecting a memory cell in a nonvolatile memory element formation region (CELL), and a threshold adjustment for a P-channel MOS transistor LVPMOS An impurity layer (LPE) and an impurity layer (LNE) for adjusting the threshold value of the N-channel MOS transistor (LVNMOS) are formed. After that, a thermal oxide film (LVOX) is formed. The thermal oxide film (LVOX) is used as a gate insulating film of a P-channel MOS transistor (LVPMOS), an N-channel MOS transistor (LVNMOS), and a MOS transistor for selecting a memory cell.
[0045]
Non-doped polysilicon (POLYSG) and a silicon oxide film (SGCAPOX) are deposited on the entire surface. The P-channel MOS transistor (LVPMOS) region and the high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) region are covered with a photoresist (RESSNSG), and phosphorus ions are implanted into the other regions to make non-doped polysilicon (POLYSG). N-type polysilicon is used. Boron difluoride is selectively implanted into non-doped polysilicon (POLYSG) in a region covered with the photoresist (RESSNSG) to form P-type polysilicon.
[0046]
FIG. 30 is a step following FIG. 29. The area other than the non-volatile memory element formation area (CELL) is covered with a photoresist (RESSG). Then, anisotropic dry etching is performed to remove the silicon oxide film (SGCAPOX) and the polysilicon (POLYSG). At this time, the polysilicon (POLYSG) in the non-volatile memory element formation region (CELL) is processed outside the sidewall spacer (SWOX) so as to form a sidewall spacer.
[0047]
FIG. 31 is a perspective view of the step of FIG. 30 as viewed obliquely from above. Note that the figure shows only the non-volatile memory element formation region (CELL), and further shows only the upper part of the oxide layer on the substrate. Since the electrode SG1 and the electrode SG2 are gate electrodes of the MOS transistor for selecting a memory cell, an area for connecting wiring is required. By covering a part of the electrode SG1 and the electrode SG2 with the photoresist RESSG, a planar region which is not etched, that is, is not a sidewall can be left. SG1 and SG2 are connected to the metal wiring layer in that region.
[0048]
FIG. 32 is a step following FIG. 30. Using a photolithography technique, a photoresist (RESGATE) is patterned into a shape corresponding to a desired gate portion, and anisotropic dry etching is performed to form a gate electrode. Each gate electrode includes a gate electrode (LVPG) for a P-channel MOS transistor (LVPMOS), a gate electrode (LVNG) for an N-channel MOS transistor (LVNMOS), and a gate electrode (HVPMOS) for a high breakdown voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS). HVPG), and a gate electrode (HVNG) for a high breakdown voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS). At this time, the layer MG0 is divided into two portions, each of which is an independent gate electrode MG1 and MG2.
[0049]
FIG. 33 is a step following FIG. 32. A shallow junction region between the source and the drain of each MOS transistor is formed. LVPM for a P-channel MOS transistor (LVPMOS), LVNM for an N-channel MOS transistor (LVNMOS), HVPM for a high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS), and N-channel MOS transistor for high-breakdown voltage (HVNMOS) Becomes HVNM. It is LVNM for the select MOS transistor of the memory cell. An existing photolithography technique and an ion implantation technique are used to form a shallow junction region in this step. The N-type diffusion layer MN of the storage MOS transistor is also formed by a photolithography technique and an ion implantation technique.
[0050]
Thereafter, a sidewall spacer (SWLDD) made of a silicon oxide film is formed on the side wall of the gate electrode. Thereafter, the high-concentration source or high-concentration drain (SDP) of all P-channel MOS transistors and the high-concentration source or high-concentration drain (SDN) of all N-channel MOS transistors are formed by photolithography and ion implantation. . The high-concentration impurity region (SDP) is implanted in the P-type well pulling region, and the high-concentration impurity region (SDN) is implanted in the N-type well pulling region.
[0051]
FIG. 34 is a step following FIG. 33. The electrodes SG1 and SG2 are gate electrodes formed in a self-aligned manner with respect to MG1 and MG2, and have a shape of a sidewall spacer. When this is silicided, there is a very high possibility of short-circuiting with an adjacent diffusion layer. Further, even if the electrodes MG1 and MG2 are silicided, they do not contribute to speeding up in reading. Therefore, no silicide is provided in the nonvolatile memory element formation region (CELL). After depositing the metal CO layer on the entire surface, the area other than the nonvolatile memory element formation region (CELL) is covered with a photoresist RESCO. Then, the CO layer in the nonvolatile memory element formation region (CELL) is removed so that silicide is not formed.
[0052]
FIG. 35 is a step following FIG. 34. In a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 750 ° C. for about 2 minutes to form cobalt silicide in a portion where metal cobalt and silicon are in contact. Then, unnecessary unreacted metal cobalt is removed by wet etching. When a heat treatment at 780 ° C. for about 2 minutes is added in a nitrogen atmosphere, low-resistance cobalt silicide (COSI) is formed on desired gate electrodes, capacitor electrodes, and diffusion layers.
[0053]
FIG. 36 is a step following FIG. 35. A wiring interlayer insulating film INS1 is deposited on the entire surface. Using photolithography and dry etching techniques, contact holes are opened on each gate electrode, source, drain, and well, and a metal layer serving as a first wiring layer is deposited. Thereafter, a wiring layer M1 forming a desired circuit is formed by using photolithography and anisotropic dry etching technology. The wiring interlayer insulating film INS2 is a second wiring interlayer insulating film for insulating M1 from the second wiring layer. Subsequent wiring steps are the same as those in the usual case, and a detailed description thereof is omitted.
[0054]
<Embodiment 3>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is a method in which the storage MOS transistor is manufactured after the peripheral normal MOS transistor and the memory cell selection MOS transistor. However, unlike the first and second embodiments described above, a storage MOS transistor other than the storage MOS transistor is used. After the gate oxide film is formed, a shallow trench isolation structure is formed. In the description, numerical values are disclosed as appropriate, but these are only examples and do not particularly limit the present invention.
[0055]
Referring to FIG. A thermal oxide film (PREOX) is formed on the surface of the silicon substrate (PSUB). The thickness here is 20 nanometers. P-channel MOS transistor for logic (LVVPMOS), N-channel MOS transistor for logic (LVNMOS), P-channel MOS transistor for high voltage (HVPMOS), N-channel MOS transistor for high voltage through thermal oxide film (PREOX) (HVNMOS), wells LNWL, LPWL, HNWL, HPWL, and MPWL corresponding to the capacitance formation region (CAP) and the nonvolatile memory element formation region (CELL) are formed by ion implantation. The meanings of these symbols are the same as those described in the first and second embodiments.
[0056]
FIG. 38 is a step following FIG. 37. The threshold voltage adjusting impurity layer HPE of the high breakdown voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) and the threshold voltage adjusting impurity layer (HNE) of the high breakdown voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) are formed by photolithography technology. It is formed using an ion implantation technique.
[0057]
Then, after removing the thermal oxide film (PREOX), thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film HVOX on the entire surface. The thickness of the thermal oxide film (HVOX) is 20 nanometers. After that, the photoresist (RESGOX) covers the high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) and the high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) region. If hydrofluoric acid wet etching is performed, a thermal oxide film (HVOX) remains only in the high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) and the high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) region. The thermal oxide film (HVOX) in the other region is completely removed with hydrofluoric acid.
[0058]
FIG. 39 is a step following FIG. 38. Threshold adjustment impurity layer (LPE) for P-channel MOS transistor (LVPMOS), threshold adjustment impurity layer (LNE) for N-channel MOS transistor (LVNMOS), and MOS transistor threshold for memory cell selection The value adjustment impurity layer SE is formed using photolithography and ion implantation. Thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film serving as a gate oxide film of a P-channel MOS transistor (LVPMOS), an N-channel MOS transistor (LVNMOS), and a memory cell selection MOS transistor on the silicon substrate surface exposed in the step of FIG. An oxide film (LVOX) is formed. In the steps so far, all the gate oxide films other than the storage MOS transistor have been formed. Next, polysilicon POLY1, which will be a part of the gate electrode in the future, is deposited on the entire surface. Polysilicon (POLY1) is non-doped and has a thickness of 30 nanometers. A silicon nitride film (SGISIN) is deposited directly on the polysilicon (POLY1). This thickness is 30 nanometers. The silicon nitride film (SGISIN) is a stopper for adjusting a polishing amount of a silicon oxide film (SGIOX) to be described later by utilizing the fact that the polishing rate is lower than that of an oxide film during polishing for forming a shallow trench isolation structure. Has the role of. If the polishing can be controlled with high precision, the silicon nitride film (SGISIN) may not be provided.
[0059]
FIG. 40 is a step following FIG. 39. Using photolithography technology and anisotropic dry etching, a trench 1 having a shallow trench isolation structure is opened on a silicon substrate. A silicon oxide film (SGIOX) is deposited on the entire surface to fill all the openings.
[0060]
FIG. 41 is a step following FIG. 40. The silicon oxide film (SGIOX) is removed using a chemical mechanical polishing method until the silicon nitride film (SGISIN) existing on the silicon substrate is exposed. Since the polysilicon (POLY1) will be a constituent element of the gate electrode in the future, it must not be removed by polishing until the thermal oxide film (HVOX) or silicon oxide film (LVOX) is visible. If there is no silicon nitride film (SGISIN) described in FIG. 39, the oxide film (SGIOX) is removed until the polysilicon (POLY1) is exposed. It is the same that the silicon oxide film (LVOX) and the thermal oxide film (HVOX) must not be exposed due to excessive shaving.
[0061]
FIG. 42 is a step that follows the step of FIG. 41. When the remaining silicon nitride film (SGISIN) is removed with hot phosphoric acid, the polysilicon (POLY1) immediately below is exposed. After performing hydrofluoric acid cleaning, non-doped polysilicon (POLY2) is deposited on the entire surface. In order to combine these two polysilicon layers to provide a gate electrode, the polysilicons POLY1 and POLY2 need to be in electrical contact. The reason for performing hydrofluoric acid cleaning before depositing the polysilicon (POLY2) is to remove the natural oxide film formed on the surface and increase the electrical contact. After depositing the polysilicon (POLY2), a silicon oxide film (MGCAPOX) is deposited immediately above the polysilicon (POLY2). The thickness of the silicon oxide film (MGCAPOX) is 30 nm.
[0062]
FIG. 43 is a step following FIG. 42. A silicon oxide film (MGCAPOX), polysilicon (POLY2), polysilicon (polysilicon) existing in a region where a storage MOS transistor is formed and a well pull-up region corresponding to a non-volatile storage element formation region (CELL) configuring a memory cell. POLY1) is removed using a photolithography technique and anisotropic dry etching. The silicon oxide film (MGCAPOX), polysilicon (POLY2), and polysilicon (POLY1) in the region CELL will be used as gate electrodes of MOS transistors for selecting memory cells in the future. At this stage, they are referred to as SG0. On the surface of the substrate adjacent to SG0, a storage MOS transistor threshold value adjusting impurity layer ME is formed in a region where a storage MOS transistor is to be formed in the future. It is desirable that the neutral threshold is not negative.
[0063]
FIG. 44 is a step following FIG. 43. Thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film (BOTOX) with a thickness of 1.5 nm on the surface of the silicon substrate exposed in FIG. At this time, the side walls of the stacked polysilicon layer composed of SG0 and the other polysilicon layers POLY2 and POLY1 are simultaneously oxidized. A charge trapping film (MSIN) is deposited on the entire surface. The charge trapping film (MSIN) is a silicon nitride film having a thickness of 10 nm. Thereafter, an oxide film (TOPOX) having a thickness of 4 nm is formed on the surface of the charge trapping film (MSIN). As the oxide film (TOPOX), a film obtained by thermally oxidizing the surface of the charge trapping film (MSIN) or a deposited oxide film is used. After that, N-type polysilicon (POLYMG) is deposited on the entire surface. The film thickness at the time of deposition is assumed to be equal to the height of SG0.
[0064]
FIG. 45 is a step that follows the step of FIG. 44. When anisotropic dry etching is performed using the photoresist (RESCAPC) formed at a desired position in the CAP region as a mask, a polysilicon layer (TCAPC) is formed immediately below the photoresist (RESCAPC). This polysilicon layer (TCAPC) is used as the upper electrode of the capacitor, which is the same as that described in the first embodiment. Due to the anisotropic dry etching, etch residues MG1 and MG2 of the sidewall-shaped polysilicon layer are generated at the side wall steps of SG0. In the present invention, these are used as a gate electrode of a storage MOS transistor. Since MG0 exists outside the nonvolatile memory element formation region (CELL), it is not used as the gate electrode of the storage MOS transistor. Similarly to the first embodiment, in order to provide a region to be connected to the wiring layer in a part of the polysilicon layers MG1 and MG2, the region is covered with a photoresist (RESCAPC) so as not to form a sidewall spacer.
[0065]
FIG. 46 is a step following FIG. 45. A photoresist (RESGATE) is formed by a photolithography technique, and anisotropic dry etching is performed to form a gate electrode (LVPG) for a P-channel MOS transistor (LVPMOS) and a gate electrode (LVNMOS) for an N-channel MOS transistor (LVNMOS). LVNG), a gate electrode (HVPG) for a high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS), and a gate electrode (HVNG) for a high-breakdown-voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS). In this step, CG0 is divided to form electrodes CG1 and CG2, which are the gate electrodes of the select MOS transistors corresponding to MG1 and MG2. Further, a polysilicon layer (BCAPC) which is a lower electrode of the capacitor is also formed. The capacitor (CAP) is a stack of an upper electrode (TCAPC), a lower electrode (BCAPC), a silicon oxide film (SGOX), a silicon nitride film (MSIN), and a silicon oxide film (TOPOX), which are insulating films between the two electrodes. Consists of a membrane. During this processing, unnecessary portions of MG0 are removed.
[0066]
FIG. 47 is a step following FIG. 46. The source and drain shallow junction regions of each MOS transistor are formed. Impurity region (LVPM) for a P-channel MOS transistor (LVPMOS), impurity region (LVNM) for an N-channel MOS transistor (LVNMOS), and impurity region (HVPM) for a high breakdown voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) On the other hand, the high breakdown voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) becomes an impurity region (HVNM). It is an impurity region (LVNM) for a select MOS transistor of a memory cell. The N-type diffusion layer of the storage MOS transistor is MN. The existing photolithography technology and ion implantation technology are used for forming the shallow junction region in these steps.
[0067]
Thereafter, a silicon oxide film is deposited on the entire surface and subjected to anisotropic dry etching to form a sidewall spacer (SWLDD). Thereafter, the high-concentration source or drain (SDP) of all P-channel MOS transistors and the high-concentration source or drain (SDN) of all N-channel MOS transistors are formed by photolithography and ion implantation. The high-concentration impurity region (SDP) is implanted into the P-type well pulling region, and the high-concentration impurity region (SDN) is also implanted into the N-type well pulling region.
[0068]
FIG. 48 is a step following FIG. 47. The self-aligned electrode of the memory cell (here, the gate electrode of the storage MOS transistor) and the diffusion layer adjacent to the gate electrode are covered with a photoresist (RESRMVOX). Then, the insulating film (natural oxide film) existing above the exposed gate electrodes (CG1, CG2), the source or the drain is removed, and the polysilicon layers (CG1, CG2) or the source, drain, and well pulling portions are removed. Expose. This is the same as in the first embodiment. Although the natural oxide film is not particularly denoted by a reference numeral, a corresponding portion is shown as a thick horizontal line.
[0069]
FIG. 49 is a step that follows the step of FIG. After depositing a metal cobalt layer (CO) by using a sputtering method, a region where silicide is to be formed is covered with a photoresist (RESRMVCO). Wet etching is performed to remove the metal cobalt layer (CO) on the diffusion layers (SDN) adjacent to MG1, MG2 and their gate electrodes.
[0070]
FIG. 50 is a step following FIG. 49. In a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 750 ° C. for about 2 minutes to form cobalt silicide in a portion where metal cobalt and silicon are in contact. Then, unnecessary unreacted metal cobalt is removed by wet etching. When a heat treatment at 780 ° C. for about 2 minutes is added in a nitrogen atmosphere, low-resistance cobalt silicide (COSI) is formed on desired gate electrodes, capacitor electrodes, and diffusion layers.
[0071]
FIG. 51 is a step that follows the step of FIG. 50. A wiring interlayer insulating film (INS1) and a second wiring interlayer insulating film (INS2) for insulating the metal layers M1 and M1 serving as the first wiring layer from the second wiring layer are formed. These are the same as in the first embodiment.
[0072]
<Embodiment 4>
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a shallow trench isolation structure is formed after a trap film is deposited, and a storage MOS transistor is formed before a memory cell selection MOS transistor. In the description, numerical values are disclosed as appropriate, but these are only examples and do not particularly limit the present invention.
[0073]
FIG. 52 will be described. A thermal oxide film (PREOX) is formed on the surface of a P-type silicon substrate (PSUB). Here, the thickness is set to 20 nanometers, but the present invention is not limited to this value in practice. Through a thermal oxide film (PREOX), a P-channel MOS transistor (LVPMOS), an N-channel MOS transistor (LVNMOS), a high breakdown voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS), a high breakdown voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS), Wells LNWL, LPWL, HNWL, HPWL, NISO, and MPWL corresponding to the capacitance formation region (CAP) and the nonvolatile memory element formation region (CELL) are formed by ion implantation. The meanings of these symbols are the same as those described in the first embodiment.
[0074]
FIG. 53 is a step following FIG. 52. Here, ME is formed (ME is formed before the removal of PREOX after the heat treatment at the time of forming the well). After removing the thermal oxide film (PREOX) entirely with hydrofluoric acid, a thermal oxide film (BOTOX) is formed. The film thickness is 1.5 nanometer. Immediately thereon, a trap film (MSIN) is deposited. Its thickness is 10 nanometers. Further, an oxide film (TOPOX) is deposited directly on the trap film (MSIN). The thickness is 5 nanometers.
[0075]
FIG. 54 is a step following FIG. 53. The oxide film (TOPOX), the trap film (MSIN), and the thermal oxide film (BOTOX) other than the nonvolatile memory element formation region (CELL) are selectively removed by using photolithography technology and wet etching. Impurity layer HPE for adjusting the threshold voltage of P-channel MOS transistor for high breakdown voltage (HVPMOS) and impurity layer (HNE) for adjusting the threshold value of N-channel MOS transistor for high breakdown voltage (HVNMOS) are formed by ion implantation. I do. Thereafter, a thermal oxide film (HVOX) having a thickness of 20 nm is formed on the exposed silicon substrate surface. Since the region (CELL) has a silicon nitride film (MSIN) for preventing thermal oxidation, the thickness of the thermal oxide film (BOTOX) does not increase.
[0076]
FIG. 55 is a step following FIG. 54. Using a known technique, the thermal oxide film (HVOX) is selectively removed from the region where the P-channel MOS transistor (LVPMOS) and the N-channel MOS transistor (LVNMOS) are formed. An impurity layer (LPE) for adjusting the threshold value of the P-channel MOS transistor (LVPMOS) and an impurity layer (LNE) for adjusting the threshold value of the N-channel MOS transistor (LVNMOS) are formed by ion implantation. After the heat treatment, thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film (LVOX) in a region where a P-channel MOS transistor (LVPMOS) and an N-channel MOS transistor (LVNMOS) are to be formed. Thereafter, non-doped polysilicon (POLY1) is deposited on the entire surface. Its thickness is 30 nanometers. Immediately thereon, a silicon nitride film (SGISIN) for polishing amount adjustment is deposited. Its thickness is 30 nanometers. If the polishing can be controlled with high precision, the silicon nitride film (SGISIN) for adjusting the polishing amount may be omitted.
[0077]
FIG. 56 is a step following FIG. 55. A shallow groove 1 for element isolation is opened using photolithography and dry etching. After that, a silicon oxide film (SGIOX) is deposited on the entire surface to fill all the opened shallow grooves 1.
[0078]
FIG. 57 is a step following FIG. 56. The silicon oxide film (SGIOX) is removed using a chemical mechanical polishing method until the silicon nitride film (SGISIN) existing on the silicon substrate is exposed. If there is no silicon nitride film (SGISIN) shown in the description of FIG. 60, the silicon oxide film (SGIOOX) is removed until the non-doped polysilicon (POLY1) is exposed. Excessive shaving should not expose the thermal oxide film LVOX or HVOX.
[0079]
FIG. 58 is a step following FIG. 57. When the remaining silicon nitride film (SGISIN) is removed with hot phosphoric acid, the polysilicon (POLY1) immediately below is exposed. Since this polysilicon (POLY1) will be a component of the gate electrode in the future, it must not be removed before the thermal oxide film HVOX or LVOX is seen during polishing. After removing the silicon nitride film (SGISIN) with hot phosphoric acid and performing hydrofluoric acid cleaning, a non-doped polysilicon layer (POLY2) is deposited on the entire surface. In order to combine the two polysilicon layers to provide a gate electrode, the polysilicon layers POLY1 and POLY2 need to be in electrical contact. The reason why the hydrofluoric acid cleaning is performed before the deposition of the polysilicon layer (POLY2) is to remove the natural oxide film formed on the surface and increase the electrical contact. After the deposition of the polysilicon layer (POLY2), a silicon oxide film (MGCAPOX) is deposited immediately thereon. The thickness of the silicon oxide film (MGCAPOX) is 30 nm. A photoresist (RESNMG) is left in the region other than the region CELL by a photolithography technique. Using this as a mask, phosphorus ions are implanted into the POLY1 and POLY2 polysilicon laminated films in the nonvolatile memory element formation region (CELL) to convert them into N-type polysilicon.
[0080]
FIG. 59 is a step following FIG. 58. A silicon oxide film is deposited on the entire surface, and is left only in the non-volatile memory element formation region (CELL) using photolithography, technology, and hydrofluoric acid treatment to form a silicon oxide film (MCAPOX). Thereafter, a silicon oxide film (GCAPOX) is deposited on the entire surface. This is a process aimed at increasing the thickness of the oxide film on the polysilicon layer (POLY2) only in the nonvolatile memory element formation region (CELL). This will be described in detail in the step of reducing the resistance of the gate electrode.
[0081]
FIG. 60 is a step following FIG. 59. Using a photolithography technique and dry etching, the MOS transistors for memory cell selection and the polysilicon layers POLY1 and POLY2 in the well pull-up region, and the oxide films GCAPOX and MCAPOX existing immediately above them are all removed. Dry etching is stopped when the silicon nitride film (MSIN) is exposed. A layered portion including the polysilicon layer POLY1, the polysilicon layer POLY2, the oxide film MCAPOX, and the oxide film GCAPOX remaining in the region CELL is referred to as a layer MG0.
[0082]
FIG. 61 is a step following FIG. 60. The silicon nitride film (MSIN) exposed in FIG. 60 is removed with hot phosphoric acid. The thermal oxide film (LVOX) immediately below is also removed with hydrofluoric acid to expose the silicon substrate. A silicon oxide film having a thickness of 50 nm is deposited on the entire surface and subjected to anisotropic dry etching to form a sidewall spacer (SWOX). A new thermal oxide film (SGOX) is formed in a region where the silicon nitride film (MSIN) and the thermal oxide film (LVOX) have been removed first. The thickness of the thermal oxide film (SGOX) may be the same as that of the thermal oxide film LVOX. Subsequently, non-doped polysilicon (POLYSG) is deposited on the entire surface. Subsequently, using a photolithography technique, the area other than the non-volatile memory element formation area (CELL) is covered with a photoresist (RESNMG), and phosphorus ions are introduced into non-doped polysilicon (POLYSG) in the area CELL using ion implantation. , N-type polysilicon.
[0083]
FIG. 62 is a step following FIG. 61. The polysilicon (POLYSG) is etched back by an anisotropic dry etching technique to form polysilicon sidewall spacers CG0, CG1, and CG2 on the outer wall of the sidewall spacer (SWOX). The side wall spacer (CG0) is an unnecessary side wall spacer generated during this processing, and will be removed later. Thereafter, boron ions are implanted into a portion that will become a P-type gate electrode in the future, and phosphorus ions are implanted into a portion that will become an N-type gate electrode, using polysilicon formed of a stack of POLY1 and POLY2 existing outside the region CELL. P-type polysilicon and N-type polysilicon are used. Here, a part of the side wall spacers CG1 and CG2 is also covered with the photoresist to leave a flat region where the side wall spacer is not formed. Since it is the same as FIG. 31, the description using the figure is omitted.
[0084]
FIG. 63 is a step following FIG. 62. The layer MG0 is separated into the electrodes MG1 and MG2 by using a photolithography technique and a dry etching technique. At the same time, the P-type gate electrode (LVPG) of the P-channel MOS transistor (LVPMOS), the N-type gate electrode (LVNG) of the N-channel MOS transistor (LVNMOS), and the P-type of the high breakdown voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) A gate electrode (HVPG) and an N-type gate electrode (HVNG) of a high breakdown voltage N-channel MOS transistor (HVNMOS) are formed. By the ion implantation, the LDD structure (LVPM) of the P-channel MOS transistor (LVPMOS), the LDD structure (LVNM) of the N-channel MOS transistor (LVNMOS), and the LDD structure (HVPM) of the P-channel MOS transistor for high breakdown voltage (HVPMOS) ), An LDD structure (HVPM) of a high-breakdown-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS) is formed. This step is the same as that of a normal MOS transistor. By the same ion implantation, an N-type source region (MSN) of the storage MOS transistor and a drain region (LVNM) of the selection MOS transistor are formed. Since the drain of the selection MOS transistor is the same as the LDD structure (LVNM) of the N-channel MOS transistor (LVNMOS), it may be formed simultaneously.
[0085]
FIG. 64 is a step following FIG. 63. After depositing a silicon oxide film on the front surface, anisotropic dry etching is performed to form a sidewall spacer (SWLDD) made of a silicon oxide film on each gate electrode side wall. Subsequently, the P-type source / drain regions SDP of the P-channel MOS transistor (LVPMOS) and the high-voltage P-channel MOS transistor (HVPMOS), the N-channel MOS transistor (LVNMOS), and the high-voltage N-channel MOS transistor ( HVNMOS) and an N-type diffusion layer SDN serving as a drain of a memory cell selection MOS transistor are selectively formed using a photolithography technique and an ion implantation technique. An N-type diffusion layer MN is provided at the source of the storage MOS transistor of the memory cell. Also, the impurity for the impurity region SDN is implanted in the region of the region CELL where the well is to be pulled up. However, the same is applied to the other well pulled-up regions. The impurity for the impurity region SDN is implanted into the well pulling portion.
[0086]
FIG. 65 is a step following FIG. 64. The entire surface is washed with hydrofluoric acid to remove the silicon oxide film present on each gate electrode and diffusion layer. However, as described with reference to FIG. 64, since the oxide film is formed thick above the layers MG1 and MG2, the oxide film remains without being removed. After depositing metal cobalt on the entire surface, the area other than the region CELL where silicide is not formed is covered with a photoresist (RESRMVCO), and the exposed metal cobalt CO is wet-removed.
[0087]
FIG. 66 is a step following FIG. 65. When heat treatment at about 750 degrees is performed in a nitrogen atmosphere, silicide (COSI) is formed at a portion where silicon and cobalt are in contact. If unreacted metal cobalt is removed with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, only low-resistance silicide (COSI) remains on each gate electrode and diffusion layer. Although silicide (COSI) cannot be formed on the layers MG1 and MG2, a short circuit between the layers MG1 and CG1 and between the layers MG2 and CG2 due to the bridging phenomenon of silicide (COSI) can be prevented. .
[0088]
FIG. 67 is a step following FIG. A wiring interlayer insulating film (INS1) is deposited on the entire surface. Using photolithography and dry etching techniques, contact holes are opened on each gate electrode, source, drain, and well, and a metal layer serving as a first wiring layer is deposited. Thereafter, a wiring layer M1 forming a desired circuit is formed by using photolithography and anisotropic dry etching technology. The layer INS2 is a second wiring interlayer insulating film for insulating the wiring layer M1 from the second wiring layer. Thereafter, necessary wirings are sequentially formed. However, since the steps in a usual semiconductor device are sufficient, a detailed description thereof will be omitted.
[0089]
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor logical operation device in which a semiconductor nonvolatile memory having a high read operation frequency and a small total area is mounted. Use of a semiconductor integrated circuit device using the technology of the present invention makes it possible to realize high-performance information equipment at low cost. This is useful for an embedded microcomputer or the like.
[0090]
The main aspects of the present invention are summarized below.
(1) On the same silicon substrate, a MOS transistor for a logic circuit, a MOS transistor for nonvolatile storage, a MOS transistor for selecting the nonvolatile memory cell, and writing to the MOS transistor for nonvolatile storage And a high withstand voltage MOS transistor for erasing, the gate electrode and the source / drain of the logic circuit MOS transistor, the gate electrode and the source / drain of the high withstand voltage MOS transistor, and the nonvolatile memory A low-resistance layer is formed on a gate electrode of a MOS transistor for selecting a MOS transistor for use.
(2) The gate electrode of the non-volatile storage MOS transistor has a sidewall spacer shape formed in a self-aligned manner on the side wall of the gate electrode of the MOS transistor for selecting the non-volatile storage MOS transistor. The semiconductor device according to the above (1), wherein:
(3) On the same silicon substrate, write to a MOS transistor for a logic circuit, a MOS transistor for nonvolatile storage, a MOS transistor for selecting the nonvolatile memory cell, and writing to the MOS transistor for nonvolatile storage. And a high withstand voltage MOS transistor for erasing. A low resistance layer is applied to the gate electrode and source / drain of the MOS transistor for logic circuit, and the gate electrode and source / drain of the high withstand voltage MOS transistor. The low-resistance layer is not applied to the gate electrode, source, and drain of the non-volatile memory MOS transistor, and the gate electrode, source, and drain of the MOS transistor that selects the non-volatile memory cell. Semiconductor device.
(4) The gate electrode of the MOS transistor for selecting the non-volatile storage MOS transistor has a sidewall spacer shape formed in a self-aligned manner on the side wall of the gate electrode of the non-volatile storage MOS transistor. The semiconductor device according to the above (3), wherein:
(5) A semiconductor element characterized in that a region not subjected to dry etching is provided in a part of a side wall / spacer-like gate electrode, and the region is connected to a metal wiring layer.
(6) A plurality of regions which are not subjected to the dry etching described in (5) above are provided in one gate electrode, and the gate electrode and the metal wiring layer are connected in parallel through the region. Semiconductor device.
(7) A semiconductor device including the semiconductor element according to the above (5) to (6) as a component on the same substrate.
(8) A semiconductor device, wherein the semiconductor element according to the above (5) to (6) is a MOS transistor for selecting a nonvolatile memory cell.
(9) The step of forming the gate electrode of the non-volatile storage MOS transistor includes two times a combination of a photolithography step and a dry etching step, and one step is writing / erasing of the logic MOS transistor and the non-volatile memory cell. The semiconductor device according to the above (1) to (4), which also serves to form a gate electrode of the high breakdown voltage transistor.
(10) In the first step of forming the gate electrode of the non-volatile storage MOS transistor, the gate electrode of the logic MOS transistor and the non-volatile memory cell write / erase high breakdown voltage transistor is not formed. The semiconductor device according to the above.
(11) The method for manufacturing a semiconductor device according to the above (9) and (10).
(12) A semiconductor device comprising MOS transistors having different gate insulating film thicknesses as components on the same substrate, and forming one type of gate insulating film after forming a shallow trench isolation structure.
(13) The method for manufacturing a semiconductor device according to (12).
(14) A semiconductor device characterized in that one type of gate insulating film formed after the formation of the shallow groove element isolation structure according to (12) includes a deposited insulating film as a component.
(15) The method for manufacturing a semiconductor device according to (14).
(16) A semiconductor device in which one type of gate insulating film formed after the formation of the shallow trench element isolation structure according to (12) is only a thermal oxide film.
(17) The method for manufacturing a semiconductor device according to (16).
(18) A MOS transistor that includes MOS transistors having different gate insulating film thicknesses on the same substrate, forms one type of gate insulating film after forming a shallow trench isolation structure, and uses the gate insulating film. Is a component of a nonvolatile memory cell.
(19) The method for manufacturing a semiconductor device according to (18).
(20) A semiconductor device, wherein the MOS transistor as a component of the nonvolatile memory cell according to (19) is a memory cell selecting MOS transistor.
(21) The method for manufacturing a semiconductor device according to (20).
(22) A semiconductor device according to the above (18), wherein the MOS transistor as a component of the nonvolatile memory cell is a storage MOS transistor.
(23) The method for manufacturing a semiconductor device according to (22).
[0091]
【The invention's effect】
Since nonvolatile memory cells are mixedly mounted on a semiconductor device using a fine MOS transistor, structural steps occurring during manufacturing can be reduced.
[0092]
In addition, it is possible to prevent a short circuit failure in a nonvolatile memory cell when forming silicide which is essential for a logic semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a nonvolatile memory cell to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a nonvolatile memory cell to which the present invention is applied;
FIG. 3 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 13 is a partial perspective view of the device in the state of FIG. 12;
FIG. 14 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 15 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 16 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 19 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 20 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 21 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 22 is a cross-sectional view of the apparatus showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 23 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 24 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 25 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 26 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 27 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 28 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 29 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 30 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 31 is a partial perspective view of the device in the state of FIG. 30;
FIG. 32 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 33 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 34 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 35 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 36 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 37 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 38 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 39 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 40 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 41 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 42 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 43 is a sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 44 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 45 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 46 is a sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 47 is a cross-sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 48 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 49 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 50 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 51 is a cross-sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 52 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 53 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 54 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 55 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 56 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 57 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 58 is a sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 59 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 60 is a sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 61 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 62 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 63 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 64 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 65 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 66 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
FIG. 67 is a cross-sectional view of an apparatus showing a fourth embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
[Explanation of symbols]
LVPMOS: low-voltage PMOS transistor for logical operation; LVNMOS: low-voltage NMOS transistor for logical operation; HVPMOS: high-voltage PMOS transistor for writing / erasing nonvolatile memory cells; HVNMOS: for writing / erasing nonvolatile memory cells High-voltage NMOS transistor, MG1... Gate electrode of a storage MOS transistor constituting a nonvolatile memory cell, SG1... Gate electrode of a MOS transistor for selecting a storage MOS transistor constituting a nonvolatile memory cell.

Claims (17)

On the same silicon substrate,
A MOS transistor for a logic circuit;
A MOS transistor for nonvolatile storage;
A MOS transistor for selecting the nonvolatile memory cell;
A high-withstand-voltage MOS transistor for writing and erasing the nonvolatile storage MOS transistor;
The gate electrode and the source / drain of the MOS transistor for the logic circuit, the gate electrode and the source / drain of the high breakdown voltage MOS transistor, and the gate electrode of the MOS transistor for selecting the non-volatile storage MOS transistor, A semiconductor device having a resistance layer formed thereon. The gate electrode of the non-volatile storage MOS transistor has a sidewall spacer shape formed in a self-aligned manner on the side wall of the gate electrode of the MOS transistor that selects the non-volatile storage MOS transistor. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein: On the same silicon substrate,
A MOS transistor for a logic circuit;
A MOS transistor for nonvolatile storage;
A MOS transistor for selecting the nonvolatile memory cell;
A high-withstand-voltage MOS transistor for writing and erasing the non-volatile storage MOS transistor;
A low-resistance layer is applied to the gate electrode and the source / drain of the MOS transistor for a logic circuit and the gate electrode and the source / drain of the high-voltage MOS transistor, and the gate electrode / source / drain of the MOS transistor for a nonvolatile memory. A semiconductor device, wherein a low-resistance layer is not applied to a gate electrode, a source, and a drain of a MOS transistor that selects the nonvolatile memory cell. A gate electrode of a MOS transistor for selecting the non-volatile storage MOS transistor has a sidewall spacer shape formed in a self-aligned manner on a side wall of the gate electrode of the non-volatile storage MOS transistor. 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein The MOS transistor for selecting the non-volatile storage MOS transistor extends in a direction intersecting the side wall on which the sidewall spacer-shaped gate electrode is mounted on a part of the sidewall spacer-shaped gate electrode. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device has a region to be connected to the wiring layer in this region. A plurality of regions of the sidewall spacer-shaped gate electrode extending in a direction intersecting the side wall on which the sidewall spacer-shaped gate electrode is mounted are formed on the sidewall spacer-shaped gate electrode, 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein a wiring layer is connected to each of the plurality of extension regions. A semiconductor device, wherein at least one of the semiconductor devices according to claim 5 is included in a component on the same substrate. A semiconductor device comprising at least one of the semiconductor devices according to claim 6 as a component on the same substrate. On the same semiconductor substrate,
A MOS transistor for a logic circuit;
A MOS transistor for nonvolatile storage;
A MOS transistor for selecting the nonvolatile memory cell;
A method for manufacturing a semiconductor device having at least a high-voltage MOS transistor for writing and erasing data to and from a nonvolatile memory MOS transistor, wherein the nonvolatile memory MOS transistor prepared on the semiconductor substrate is provided. A first processing step of dry-processing one of the first end portions of the gate member of the transistor having a surface intersecting with the semiconductor substrate using a mask member; and a gate of the non-volatile storage MOS transistor. A second processing step of dry-processing the other second end of the member using a mask member, and the gate electrode is processed,
In addition, a gate electrode member of the high voltage MOS transistor for writing and erasing the MOS transistor for the logic circuit and the MOS transistor for nonvolatile storage is dry-processed into a desired shape using a mask member. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the steps are performed in the same step as one of the first and second processing steps. In the case of processing two gate electrodes using the gate member of the non-volatile storage MOS transistor prepared on the semiconductor substrate,
The first processing step is a first processing step in which the gate member is dry-processed using a mask member at first end portions located on both sides when the two gate electrodes are juxtaposed,
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the second step is a second processing step of separating the gate member processed in the first step into two gate electrodes. Method. A pair of gate electrodes is formed with the gate member formed in the first processing step, and the nonvolatile memory cell is formed on the opposite side of the gate member formed in the first processing step. In the case where the gate electrode of the MOS transistor to be selected is formed in a form in which the gate electrode is formed,
The second step is a second processing step of separating the gate member processed in the first step into two gate electrodes and forming the two gate electrodes. Item 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 9. A case in which the gate electrode of the MOS transistor that selects the nonvolatile memory cell is formed only on one side surface of the opposite side of the gate member formed in the first processing step. ,
A gate electrode member is prepared by integrating a first gate electrode and a second gate electrode different from the first gate electrode, and in the second step, the gate member processed in the first step is subjected to two steps. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, comprising a second processing step of separating into two gate electrodes and forming the two gate electrodes. After the second step, at least a side wall of a gate electrode of each of the MOS transistor for the logic circuit, a high-breakdown-voltage MOS transistor for writing and erasing the MOS transistor for nonvolatile storage, and 10. The method according to claim 9, further comprising the step of forming an insulating thin layer on the side walls of both gate electrodes that constitute a pair of the MOS transistor for nonvolatile storage and the MOS transistor for selecting the nonvolatile memory cell. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5. In a method of manufacturing a semiconductor device including a plurality of MOS transistors and MOS transistors having different gate insulating thicknesses as constituent elements on the same substrate, in order to separate the plurality of MOS transistors into a prepared semiconductor substrate, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of forming an isolation groove and a step of forming one kind of gate insulating film for a desired MOS transistor after the step of forming the isolation groove. 15. The method according to claim 14, wherein one type of gate insulating film formed after the step of forming the isolation groove is a deposited insulating film. 15. The method according to claim 14, wherein one type of gate insulating film formed after the step of forming the isolation trench is a thermal oxide film. 15. The method according to claim 14, wherein one type of gate insulating film formed after the step of forming the isolation trench is a component of a nonvolatile memory cell.

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