JP2006319089A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2006319089A JP2005139483A JP2005139483A JP2006319089A JP 2006319089 A JP2006319089 A JP 2006319089A JP 2005139483 A JP2005139483 A JP 2005139483A JP 2005139483 A JP2005139483 A JP 2005139483A JP 2006319089 A JP2006319089 A JP 2006319089A
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Makoto Idei
誠 出井
Akio Nishida
彰男 西田
Hisakazu Otoi
尚和 音居
Yusuke Kawase
祐介 川瀬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device of high dimension accuracy in pattern. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises a semiconductor substrate 50, a trench formed in a p-well 70 on the main surface of the semiconductor substrate 50, a separation region 40 which is formed in the trench and comprises a defective embedding point 41, and an assist gate electrode 12 whose one part is formed on the separation region 40 and comprises an end on the defective embedding point 41. The assist gate electrode 12 comprises a thick wall T which is formed ticker than other part as embedded in the defective embedding point 41. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、溝部に埋め込まれた埋込みパターンを有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a buried pattern embedded in a groove and a manufacturing method thereof.

半導体デバイスの分野において、トレンチ内に設けられた埋込みパターンが従来から知られている。たとえば、トレンチ内に絶縁膜を埋込むことにより形成された分離領域や、導電膜を埋込むことにより形成された埋込み配線などが知られている。   In the field of semiconductor devices, a buried pattern provided in a trench is conventionally known. For example, an isolation region formed by embedding an insulating film in a trench, a buried wiring formed by embedding a conductive film, and the like are known.

特開2005−85903号公報においては、溝部に埋め込まれた「埋込みパターン」としての絶縁膜上に達するように形成された「他のパターン」としてのゲート電極を有する半導体装置が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-85903 discloses a semiconductor device having a gate electrode as “another pattern” formed so as to reach an insulating film as an “embedded pattern” embedded in a trench.

ところで、フォトマスクの残しパターン(遮光パターン)の幅をその終端部において大きくすることが従来から行なわれている。このような技術は、たとえば、特開平9−127676号公報、特開平9−292701号公報および特開平11−258770号公報などに記載されている。
特開2005−85903号公報 特開平9−127676号公報 特開平9−292701号公報 特開平11−258770号公報
By the way, it has been conventionally performed to increase the width of the remaining pattern (light-shielding pattern) of the photomask at the end portion thereof. Such techniques are described in, for example, JP-A-9-127676, JP-A-9-292701, and JP-A-11-258770.
JP 2005-85903 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-127676 Japanese Patent Laid-Open No. 9-292701 JP 11-258770 A

特開2005−85903号公報に示すように、溝部内に埋め込まれた埋込みパターン上に他のパターン(上層パターン)が形成され、エッチングによって該上層パターンを形成する場合において、エッチングにより、上層パターンの長さが縮む場合がある。この際、1つの半導体装置上で、上記縮み量(パターン後退量)にばらつきが生じる。したがって、半導体装置の特性にばらつきが生じる。また、パターン後退に対するマージンを設定する必要があり、結果として、半導体装置の小型化が阻害される。   As shown in JP-A-2005-85903, when another pattern (upper layer pattern) is formed on the embedded pattern embedded in the groove and the upper layer pattern is formed by etching, the upper layer pattern is formed by etching. The length may shrink. At this time, the shrinkage amount (pattern retraction amount) varies on one semiconductor device. Therefore, the characteristics of the semiconductor device vary. Further, it is necessary to set a margin for pattern receding, and as a result, downsizing of the semiconductor device is hindered.

なお、特開平9−127676号公報、特開平9−292701号公報および特開平11−258770号公報は、フォトマスクにおける遮光パターンの幅を調整するものであり、埋込みパターンにおける埋込み不良部に上層パターンを埋込むことにより、エッチング時の上層パターンの長さ方向の縮みを抑制するものではない。   JP-A-9-127676, JP-A-9-292701, and JP-A-11-258770 adjust the width of a light-shielding pattern in a photomask, and an upper layer pattern is formed in a defective portion of the embedded pattern. Embedding does not suppress shrinkage in the length direction of the upper layer pattern during etching.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、パターンの寸法精度が高い半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having high pattern dimensional accuracy.

本発明に係る半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、その主表面上に形成された溝部と、溝部内に形成され、ボイドを有する埋込みパターンと、少なくとも一部が埋込みパターン上に形成され、ボイド上に終端部を有する他のパターンとを備え、他のパターンは、ボイドに埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部を有する。   A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface, a groove formed on the main surface, an embedded pattern formed in the groove and having a void, and at least a part of the embedded pattern formed on the embedded pattern. , And another pattern having an end portion on the void, and the other pattern has a thick portion formed thicker than the other portion by being embedded in the void.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の主表面上に溝部を形成する工程と、溝部内に、ボイドを有する埋込みパターンを形成する工程と、ボイド内から埋込みパターン上に上層膜を堆積する工程と、上層膜をパターニングして、ボイド上に終端部を有する他のパターンを形成する工程とを備える。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove on a main surface of a semiconductor substrate, a step of forming an embedded pattern having a void in the groove, and an upper layer film on the embedded pattern from the void. Depositing, and patterning the upper layer film to form another pattern having a terminal portion on the void.

本発明によれば、エッチングによるパターンの後退を抑制することができる。結果として、半導体装置の特性のばらつきを抑制することができる。また、半導体装置のパターンの寸法精度を向上させ、半導体装置を小型化することができる。   According to the present invention, the recession of the pattern due to etching can be suppressed. As a result, variation in characteristics of the semiconductor device can be suppressed. Further, the dimensional accuracy of the pattern of the semiconductor device can be improved and the semiconductor device can be miniaturized.

以下に、本発明に基づく半導体装置およびその製造方法の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。   Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below. Note that the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す上面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a top view showing a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.

本実施の形態に係る半導体装置1は、AG(Assist Gate)−AND型のフラッシュメモリ(不揮発性半導体記憶装置)であって、メモリセルアレイ部10を有するメモリセル領域と周辺回路部とを備える。メモリセルアレイ部10には、ワード線としてのコントロールゲート電極11と、アシストゲート電極12とが互いにほぼ直交するように形成されている。ここで、アシストゲート電極12の延在方向に並ぶコントロールゲート電極11のうち、最外部に位置するものは、ダミーゲート電極(ダミーワード線)1100である。   The semiconductor device 1 according to the present embodiment is an AG (Assist Gate) -AND type flash memory (nonvolatile semiconductor memory device), and includes a memory cell region having a memory cell array unit 10 and a peripheral circuit unit. In the memory cell array portion 10, a control gate electrode 11 as a word line and an assist gate electrode 12 are formed so as to be substantially orthogonal to each other. Here, among the control gate electrodes 11 arranged in the extending direction of the assist gate electrode 12, the outermost one is a dummy gate electrode (dummy word line) 1100.

アシストゲート電極12に電圧が印加されると、半導体基板上におけるアシストゲート電極12の直下に反転層(図示せず)が形成される。メモリセルアレイ部10の周辺には、共通ドレイン20および選択MOS部30が設けられており、選択MOS部30がON状態になることにより、共通ドレイン20とアシストゲート電極12下部の反転層とが電気的に接続される。アシストゲート電極12と、共通ドレイン20と、選択MOS部30におけるゲート電極31とは、それぞれコンタクト部12A,20A,31Aを介して上層配線と接続されている。選択MOS部30においては、該トランジスタのソース/ドレインとなる不純物領域と分離領域40とがゲート電極31が延びる方向に交互に並んで形成されている。分離領域40は、STI(Shallow Trench Isolation)またはSGI(Shallow Groove Isolation)と称される溝型の分離領域である。   When a voltage is applied to the assist gate electrode 12, an inversion layer (not shown) is formed immediately below the assist gate electrode 12 on the semiconductor substrate. A common drain 20 and a selection MOS unit 30 are provided around the memory cell array unit 10. When the selection MOS unit 30 is turned on, the common drain 20 and the inversion layer below the assist gate electrode 12 are electrically connected. Connected. The assist gate electrode 12, the common drain 20, and the gate electrode 31 in the selection MOS portion 30 are connected to the upper layer wiring via the contact portions 12A, 20A, 31A, respectively. In the selection MOS section 30, impurity regions serving as the source / drain of the transistor and isolation regions 40 are formed alternately in the direction in which the gate electrode 31 extends. The isolation region 40 is a groove-type isolation region called STI (Shallow Trench Isolation) or SGI (Shallow Groove Isolation).

図2は、図1中のII−II断面を示す。図2を参照して、半導体基板50上にn型埋込み領域60およびpウエル70が形成される。アシストゲート電極12およびゲート電極31は、たとえば酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜80を介してpウエル70上に形成されている。pウエル70におけるゲート電極31の両側には、n−不純物領域71と、共通ドレイン20としてのn+不純物領域72およびn−不純物領域73とが設けられる。アシストゲート電極12およびゲート電極31上には、シリコン窒化膜90と、絶縁膜100とが堆積されている。メモリセルアレイ部においては、シリコン窒化膜90上にONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜構造を有する絶縁膜110が形成されている。絶縁膜110上に、導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bを含むコントロールゲート電極11が形成され、コントロールゲート電極11上に、絶縁膜120が形成されている。ゲート電極31、シリコン窒化膜90および絶縁膜100の側壁上と、コントロールゲート電極11および絶縁膜120の側壁上とに絶縁膜130が形成されている。絶縁膜100,120,130を覆うように層間絶縁膜140が形成されており、層間絶縁膜140上に上層配線12D,20D,31Dが形成されている。上層配線12D,20D,31Dは、それぞれコンタクト部12A,20A,31Aを介して、それぞれ、アシストゲート電極12,共通ドレイン20におけるn+不純物領域72およびゲート電極31と電気的に接続される。なお、コンタクト部12A,20A,31Aは、それぞれコンタクトホール12B,20B,31Bと該コンタクトホール内に設けられたプラグ12C,20C,31Cとを含む。   FIG. 2 shows a II-II cross section in FIG. Referring to FIG. 2, n type buried region 60 and p well 70 are formed on semiconductor substrate 50. Assist gate electrode 12 and gate electrode 31 are formed on p well 70 via a gate insulating film 80 made of, for example, silicon oxide. On both sides of the gate electrode 31 in the p-well 70, an n− impurity region 71 and an n + impurity region 72 and an n− impurity region 73 as the common drain 20 are provided. A silicon nitride film 90 and an insulating film 100 are deposited on the assist gate electrode 12 and the gate electrode 31. In the memory cell array portion, an insulating film 110 having an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film structure is formed on the silicon nitride film 90. A control gate electrode 11 including a conductive film 11A and a silicide film 11B is formed on the insulating film 110, and an insulating film 120 is formed on the control gate electrode 11. An insulating film 130 is formed on the sidewalls of the gate electrode 31, the silicon nitride film 90 and the insulating film 100 and on the sidewalls of the control gate electrode 11 and the insulating film 120. An interlayer insulating film 140 is formed so as to cover the insulating films 100, 120, and 130, and upper layer wirings 12 </ b> D, 20 </ b> D, and 31 </ b> D are formed on the interlayer insulating film 140. Upper layer wirings 12D, 20D, 31D are electrically connected to assist gate electrode 12, n + impurity region 72 in common drain 20, and gate electrode 31 through contact portions 12A, 20A, 31A, respectively. The contact portions 12A, 20A, and 31A include contact holes 12B, 20B, and 31B and plugs 12C, 20C, and 31C provided in the contact holes, respectively.

図3は、図2中のIII−III断面を示す。図3を参照して、アシストゲート電極12の側壁上には絶縁膜150が形成されている。また、各々のアシストゲート電極12間においては、pウエル70上にゲート絶縁膜80を介して孤立パターンであるフローティングゲート電極13が設けられている。フローティングゲート電極13と、コントロールゲート電極11における導電膜11Aとは絶縁膜110によって電気的に絶縁されている。   FIG. 3 shows a III-III cross section in FIG. Referring to FIG. 3, an insulating film 150 is formed on the sidewall of assist gate electrode 12. In addition, between each assist gate electrode 12, a floating gate electrode 13 that is an isolated pattern is provided on the p-well 70 via a gate insulating film 80. The floating gate electrode 13 and the conductive film 11A in the control gate electrode 11 are electrically insulated by the insulating film 110.

図4は、図1中のIV−IV断面を示す。なお、図4では、図1におけるA部周辺のみを図示している。図4を参照して、埋込みパターンである分離領域40の端部は、埋込み不良箇所41(凹部)を有する。アシストゲート電極12を構成する導電膜は、上記凹部内に達するように形成されている。換言すると、アシストゲート電極12は、その終端部において、埋込み不良箇所41に埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部Tを有する。また、分離領域40上には、導電膜1300が形成されている。導電膜1300は、典型的には、フローティングゲート電極13を構成する導電膜と同時に形成される。導電膜1300上には、層間絶縁膜140が形成されている。   FIG. 4 shows an IV-IV cross section in FIG. Note that FIG. 4 shows only the vicinity of portion A in FIG. Referring to FIG. 4, the end portion of isolation region 40 that is an embedding pattern has embedding failure portion 41 (concave portion). The conductive film constituting the assist gate electrode 12 is formed so as to reach the recess. In other words, the assist gate electrode 12 has a thick portion T that is formed thicker than other portions by being embedded in the poorly embedded portion 41 at the terminal portion thereof. A conductive film 1300 is formed on the isolation region 40. The conductive film 1300 is typically formed simultaneously with the conductive film constituting the floating gate electrode 13. An interlayer insulating film 140 is formed over the conductive film 1300.

次に、図3に示される構造の形成プロセスについて、図5〜図10を用いて説明する。
図5を参照して、よく用いられるイオン注入法などを用いて半導体基板50上にたとえばリン(P)が選択的に注入されることにより、n型埋込み領域60が形成される。そして、よく用いられるイオン注入法などにより、たとえばホウ素(B)が選択的に注入されることにより、pウエル70が形成される。さらに、所定のレジストパターンをマスクとして、たとえばヒ素が注入されることにより、メモリセルアレイ部と、選択MOS部30とを連結するn−不純物領域71(図2参照)が形成される。pウエル70上と、n−不純物領域71(図2参照)上とに、たとえば二酸化シリコン換算膜厚で8.5nm程度の厚さになるように、ゲート絶縁膜80が形成される。ゲート絶縁膜80は、たとえばISSG(In−Situ Steam Generation)酸化法などの熱酸化法により形成される。そして、ゲート絶縁膜80上に、50nm程度の厚さになるように、多結晶シリコンなどからなる導電膜1200がCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成される。この導電膜1200は、選択MOS部30におけるゲート電極31およびアシストゲート電極12となる。そして、導電膜1200上に、70nm程度の厚みを有する窒化シリコン膜90が形成される。窒化シリコン膜90は、CVD法などにより形成される。
Next, a process for forming the structure shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 5, for example, phosphorus (P) is selectively implanted onto semiconductor substrate 50 using a commonly used ion implantation method or the like, so that n-type buried region 60 is formed. Then, for example, boron (B) is selectively implanted by a commonly used ion implantation method or the like, whereby the p-well 70 is formed. Further, for example, arsenic is implanted using a predetermined resist pattern as a mask, thereby forming n − impurity region 71 (see FIG. 2) connecting memory cell array portion and selection MOS portion 30. Gate insulating film 80 is formed on p well 70 and n-impurity region 71 (see FIG. 2) so as to have a silicon dioxide equivalent film thickness of, for example, about 8.5 nm. The gate insulating film 80 is formed by a thermal oxidation method such as an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method. Then, a conductive film 1200 made of polycrystalline silicon or the like is formed on the gate insulating film 80 using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like so as to have a thickness of about 50 nm. The conductive film 1200 becomes the gate electrode 31 and the assist gate electrode 12 in the selection MOS unit 30. Then, a silicon nitride film 90 having a thickness of about 70 nm is formed on the conductive film 1200. The silicon nitride film 90 is formed by a CVD method or the like.

図6を参照して、シリコン窒化膜90上にTEOS酸化膜などからなる絶縁膜100が堆積される。絶縁膜100上には、ハードマスク膜(図示せず)および反射防止膜(図示せず)を介して、レジスト膜160が形成される。そして、上記ハードマスク膜をマスクとして、図7に示すように、シリコン窒化膜90と、絶縁膜100とがパターニングされる。次に、図8に示すように、アシストゲート電極12およびゲート絶縁膜80がパターニングされる。さらに、図9に示すように、アシストゲート電極12から絶縁膜100の側壁上に絶縁膜150が形成され、絶縁膜150に囲まれた領域にフローティングゲート電極13が形成される。そして、図10に示すように、絶縁膜100と、シリコン窒化膜90の一部が除去される。さらに、シリコン窒化膜90からフローティングゲート電極13を覆うように、絶縁膜110(図2参照)が形成される。絶縁膜110は、たとえばその厚みがそれぞれ5nm,8nm,5nm程度である酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造(ONO膜構造)を有する。   Referring to FIG. 6, an insulating film 100 made of a TEOS oxide film or the like is deposited on the silicon nitride film 90. A resist film 160 is formed on the insulating film 100 via a hard mask film (not shown) and an antireflection film (not shown). Then, using the hard mask film as a mask, the silicon nitride film 90 and the insulating film 100 are patterned as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 8, the assist gate electrode 12 and the gate insulating film 80 are patterned. Further, as shown in FIG. 9, the insulating film 150 is formed on the sidewall of the insulating film 100 from the assist gate electrode 12, and the floating gate electrode 13 is formed in a region surrounded by the insulating film 150. Then, as shown in FIG. 10, the insulating film 100 and a part of the silicon nitride film 90 are removed. Further, an insulating film 110 (see FIG. 2) is formed so as to cover the floating gate electrode 13 from the silicon nitride film 90. The insulating film 110 has an oxide film-nitride film-oxide film laminated structure (ONO film structure) having thicknesses of about 5 nm, 8 nm, and 5 nm, respectively.

再び図2を参照して、絶縁膜110上に導電膜11A、シリサイド膜11Bおよび絶縁膜120が形成され、これらがパターニングされることにより、コントロールゲート電極11が形成される。また、フローティングゲート電極13についてもパターニングされ、該ゲート電極13が孤立パターンとなる。その後、絶縁膜130および層間絶縁膜140が形成され、層間絶縁膜140上から、それぞれ、アシストゲート電極12と、n+不純物領域72と、ゲート電極31とに達するコンタクト部12A,20A,31Aが設けられ、上層配線12D,20D,31Dとアシストゲート電極12、n+不純物領域72およびゲート電極31とが電気的に接続される。以上の工程により、図3に示される構造が得られる。   Referring again to FIG. 2, conductive film 11A, silicide film 11B, and insulating film 120 are formed on insulating film 110, and these are patterned to form control gate electrode 11. The floating gate electrode 13 is also patterned, and the gate electrode 13 becomes an isolated pattern. Thereafter, an insulating film 130 and an interlayer insulating film 140 are formed, and contact portions 12A, 20A, and 31A reaching the assist gate electrode 12, the n + impurity region 72, and the gate electrode 31 from the interlayer insulating film 140 are provided. Thus, the upper wirings 12D, 20D, 31D are electrically connected to the assist gate electrode 12, the n + impurity region 72, and the gate electrode 31. Through the above steps, the structure shown in FIG. 3 is obtained.

次に、図4に示される構造の形成プロセスについて、図11〜図20を用いて説明する。   Next, a process for forming the structure shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS.

図11を参照して、pウエル70上に、ゲート絶縁膜80が形成される。そして、ゲート絶縁膜80上に、多結晶シリコンなどからなる、バッファ層としての導電膜1200Aが形成される。そして、導電膜1200A上に、ハードマスク層としての窒化シリコン膜90Aが形成される。なお、導電膜1200A(バッファ層)は、形成されなくともよい。   Referring to FIG. 11, gate insulating film 80 is formed on p well 70. Then, a conductive film 1200A as a buffer layer made of polycrystalline silicon or the like is formed on the gate insulating film 80. Then, a silicon nitride film 90A as a hard mask layer is formed over the conductive film 1200A. Note that the conductive film 1200A (buffer layer) is not necessarily formed.

次に、図12に示されるフォトマスクを用いて写真製版を行なう。図12を参照して、フォトマスク400は、遮光パターン410と、透光パターン420とを有する。ここで、透光パターン420は、分離領域40に対応した形状を有する。そして、フォトマスク400においては、透光パターン420の終端部において、補助パターンを設けたり、透光パターン420の幅を広げたりするパターン補正(OPC:Optical Proximity Correction)は行なわれていない。すなわち、透光パターン420は、その終端部においても、他の部分と同様の形状を有している。   Next, photoengraving is performed using the photomask shown in FIG. Referring to FIG. 12, the photomask 400 includes a light shielding pattern 410 and a light transmissive pattern 420. Here, the translucent pattern 420 has a shape corresponding to the separation region 40. In the photomask 400, pattern correction (OPC: Optical Proximity Correction) is not performed in which an auxiliary pattern is provided or the width of the translucent pattern 420 is increased at the end of the translucent pattern 420. That is, the translucent pattern 420 has the same shape as the other portions at the end portion.

フォトマスク400を用いた写真製版により、分離領域40の形成領域がパターニングされる。その後、ハードマスク(窒化シリコン膜90A)のエッチング、レジスト除去およびpウエル70のエッチングを行なうことにより、図13に示すように、pウエル70上にトレンチ(溝部)700が形成される。トレンチ700は、矢印DR1方向に延びるように形成される。   The formation region of the separation region 40 is patterned by photolithography using the photomask 400. Thereafter, by etching the hard mask (silicon nitride film 90A), removing the resist, and etching the p well 70, a trench (groove) 700 is formed on the p well 70 as shown in FIG. Trench 700 is formed to extend in the direction of arrow DR1.

図14を参照して、図13に示される状態から、トレンチ700内からシリコン窒化膜90A上にSiO2膜4000が形成される。ここで、SiO2膜4000の形成は、ArプロセスのHDP−CVDを用いて行なわれる。そして、SiO2膜4000に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などによる平坦化処理が施される。これにより、図15に示すように、溝部700内にSiO2膜4000が埋込まれ、分離領域40が形成される。さらに、シリコン窒化膜90Aおよび導電膜1200Aがウエットエッチングにより除去される。 Referring to FIG. 14, from the state shown in FIG. 13, SiO 2 film 4000 is formed on silicon nitride film 90A from within trench 700. Here, the formation of the SiO 2 film 4000 is performed using Ar process HDP-CVD. Then, a planarization process is performed on the SiO 2 film 4000 by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. As a result, as shown in FIG. 15, the SiO 2 film 4000 is buried in the groove 700, and the isolation region 40 is formed. Further, the silicon nitride film 90A and the conductive film 1200A are removed by wet etching.

ところで、図12に示されるフォトマスク400を用いて溝部700を形成した結果、該溝部700に埋込まれる分離領域40は、図16に示すように、その先端部(終端部)が細い先細り形状を有する。当該先細り部分においては、他の部分に対してSiO2膜4000の埋込み性が劣るため、エッチングレートが比較的早い酸化膜が形成される。 By the way, as a result of forming the groove portion 700 using the photomask 400 shown in FIG. 12, the separation region 40 embedded in the groove portion 700 has a tapered shape with a thin tip portion (terminal portion) as shown in FIG. Have In the tapered portion, since the embedding property of the SiO 2 film 4000 is inferior to other portions, an oxide film having a relatively high etching rate is formed.

シリコン窒化膜90Aおよび導電膜1200Aにウエットエッチングが施される。図16,図17を参照して、このウエットエッチング時に、分離領域40(SiO2膜4000)の終端部に埋込み不良箇所41が形成される。 Wet etching is performed on silicon nitride film 90A and conductive film 1200A. Referring to FIGS. 16 and 17, during this wet etching, a buried defective portion 41 is formed at the terminal portion of isolation region 40 (SiO 2 film 4000).

上記について換言すると、分離領域40は、設計パターン幅(B)よりもパターン幅が狭くなる幅狭部分42を有し、埋込み不良箇所41は、幅狭部分42に形成されている。   In other words, the isolation region 40 has a narrow portion 42 in which the pattern width is narrower than the design pattern width (B), and the embedding failure portion 41 is formed in the narrow portion 42.

図18を参照して、図17に示される状態から、分離領域40上およびゲート絶縁膜80上に、多結晶シリコンなどからなる導電膜1200が形成される。導電膜1200は、分離領域40における埋込み不良箇所41内にも形成される。これにより、当該部分において、導電膜1200に厚肉部Tが形成される。そして、導電膜1200上に、窒化シリコン膜90が形成される。さらに、シリコン窒化膜90上にTEOS酸化膜などからなる絶縁膜100が堆積される。絶縁膜100上には、ハードマスク膜(図示せず)および反射防止膜(図示せず)を介して、レジスト膜160が形成される。   Referring to FIG. 18, conductive film 1200 made of polycrystalline silicon or the like is formed on isolation region 40 and gate insulating film 80 from the state shown in FIG. The conductive film 1200 is also formed in the buried defect portion 41 in the isolation region 40. Thereby, the thick part T is formed in the electrically conductive film 1200 in the said part. Then, a silicon nitride film 90 is formed over the conductive film 1200. Further, an insulating film 100 made of a TEOS oxide film or the like is deposited on the silicon nitride film 90. A resist film 160 is formed on the insulating film 100 via a hard mask film (not shown) and an antireflection film (not shown).

なお、図18に示される導電膜1200、シリコン窒化膜90、絶縁膜100およびレジスト膜160は、典型的には、それぞれ、図6に示される導電膜1200、シリコン窒化膜90、絶縁膜100およびレジスト膜160と同時に形成される。   Note that the conductive film 1200, the silicon nitride film 90, the insulating film 100, and the resist film 160 shown in FIG. 18 are typically respectively the conductive film 1200, the silicon nitride film 90, the insulating film 100, and the resist film 160 shown in FIG. It is formed simultaneously with the resist film 160.

図19を参照して、図18に示される状態から、絶縁膜100、シリコン窒化膜90および導電膜1200にエッチングが施される。これにより、分離領域40上に終端部を有するアシストゲート電極12が形成される。ここで、アシストゲート電極12の終端部は、分離領域40における埋込み不良箇所41上に形成される。換言すると、アシストゲート電極12は、その終端部に厚肉部Tを有するようにパターニングされる。さらに、アシストゲート電極12から絶縁膜100の側壁上に絶縁膜150が形成される。   Referring to FIG. 19, etching is performed on insulating film 100, silicon nitride film 90 and conductive film 1200 from the state shown in FIG. As a result, the assist gate electrode 12 having a termination portion is formed on the isolation region 40. Here, the terminal portion of the assist gate electrode 12 is formed on a buried defect portion 41 in the isolation region 40. In other words, the assist gate electrode 12 is patterned so as to have a thick portion T at the end portion thereof. Further, an insulating film 150 is formed on the sidewall of the insulating film 100 from the assist gate electrode 12.

ところで、エッチングによりパターンを形成する際に、アンダーカットなどの作用により、意図したパターン長さに対して、実際に形成されるパターン長さが(矢印DR1方向に)縮む場合がある。なお、本願明細書においては、上記パターンの縮みを「パターンの後退」と称する場合がある。   By the way, when a pattern is formed by etching, an actually formed pattern length may be reduced (in the direction of the arrow DR1) with respect to an intended pattern length due to an action such as undercut. In the present specification, the pattern shrinkage is sometimes referred to as “pattern receding”.

半導体装置の製造プロセスにおいては、上述したパターン後退量に対するマージンを設けたレイアウト設計が行なわれる。しかしながら、このマージン量を大きくすることは、チップ面積の増大に繋がる。一方で、パターン後退量のばらつきが大きいと、上記マージン量を大きく設定せざるを得ないことになる。   In the semiconductor device manufacturing process, layout design is performed with a margin for the above-described pattern recession amount. However, increasing the margin amount leads to an increase in chip area. On the other hand, if the variation in the pattern retraction amount is large, the margin amount must be set large.

これに対し、本実施の形態に係る半導体装置においては、アシストゲート電極12の終端部が厚肉部Tを有する。厚肉部Tが設けられることにより、エッチング時のパターン後退が抑制される。また、パターン後退量のばらつき(寸法のばらつき)についても抑制される。したがって、アシストゲート電極12をパターニングする際の該パターンの後退および後退量のばらつきを抑制することができる。   In contrast, in the semiconductor device according to the present embodiment, the terminal portion of assist gate electrode 12 has a thick portion T. By providing the thick portion T, pattern recession during etching is suppressed. Further, variations in pattern receding amount (variations in dimensions) are also suppressed. Therefore, it is possible to suppress the pattern receding and the variation in the receding amount when the assist gate electrode 12 is patterned.

なお、導電膜1200をパターニングするエッチング処理は、典型的には、絶縁膜100上に形成されたハードマスク膜(図示せず)をマスクとして用いるハードマスクエッチングであるが、このハードマスクエッチングに代えて、レジスト膜160をマスクとしてエッチングを行なうことも可能である。この場合は、ハードマスク膜の形成は不要である。   Note that the etching process for patterning the conductive film 1200 is typically hard mask etching using a hard mask film (not shown) formed over the insulating film 100 as a mask. Etching can also be performed using the resist film 160 as a mask. In this case, it is not necessary to form a hard mask film.

図20を参照して、図19に示される状態から、分離領域40上から絶縁膜150上に導電膜1300が形成される。そして、シリコン窒化膜90から導電膜1300を覆うように、絶縁膜110が形成される。絶縁膜110は、たとえばその厚みがそれぞれ5nm,8nm,5nm程度である酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造(ONO膜構造)を有する。さらに、絶縁膜110上に導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bが形成される。   Referring to FIG. 20, conductive film 1300 is formed on insulating film 150 from isolation region 40 from the state shown in FIG. 19. Then, an insulating film 110 is formed so as to cover the conductive film 1300 from the silicon nitride film 90. The insulating film 110 has an oxide film-nitride film-oxide film laminated structure (ONO film structure) having thicknesses of about 5 nm, 8 nm, and 5 nm, respectively. Further, a conductive film 11A and a silicide film 11B are formed on the insulating film 110.

なお、図20に示される絶縁膜110、導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bは、典型的には、それぞれ、図2に示される絶縁膜110、導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bと同時に形成される。また、図20に示される絶縁膜150、導電膜1300は、典型的には、それぞれ、図3に示される絶縁膜150、フローティングゲート電極13を構成する導電膜と同時に形成される。   Note that the insulating film 110, the conductive film 11A, and the silicide film 11B shown in FIG. 20 are typically formed simultaneously with the insulating film 110, the conductive film 11A, and the silicide film 11B shown in FIG. 2, respectively. In addition, the insulating film 150 and the conductive film 1300 shown in FIG. 20 are typically formed simultaneously with the conductive films constituting the insulating film 150 and the floating gate electrode 13 shown in FIG.

再び図4を参照して、導電膜11A、シリサイド膜11B上に絶縁膜120が形成される。そして、導電膜11A、シリサイド膜11Bおよび絶縁膜120がパターニングされることにより、コントロールゲート電極11が形成される。その後、絶縁膜130および層間絶縁膜140が形成される。以上の工程により、図4に示される構造が得られる。   Referring to FIG. 4 again, insulating film 120 is formed on conductive film 11A and silicide film 11B. Then, the control gate electrode 11 is formed by patterning the conductive film 11A, the silicide film 11B, and the insulating film 120. Thereafter, an insulating film 130 and an interlayer insulating film 140 are formed. Through the above steps, the structure shown in FIG. 4 is obtained.

なお、図4に示される絶縁膜120,130および層間絶縁膜140は、典型的には、それぞれ、図2に示される絶縁膜120,130および層間絶縁膜140と同時に形成される。   Insulating films 120 and 130 and interlayer insulating film 140 shown in FIG. 4 are typically formed simultaneously with insulating films 120 and 130 and interlayer insulating film 140 shown in FIG.

次に、上記フラッシュメモリの書込み、読み出しおよび消去の動作について、図2,図3を参照しながら説明する。   Next, the writing, reading and erasing operations of the flash memory will be described with reference to FIGS.

データ書込み時には、所定のアシストゲート電極12に電圧が印加される。これにより所定のメモリセル(選択メモリセル)が選択される。該データ書込みは、ソースサイドホットエレクトロン注入方式により行なわれる。これにより、高速に、かつ、低電流で効率的なデータ書込みが実現される。個々のメモリセルには、多値のデータを記憶することが可能である。この多値記憶は、コントロールゲート電極に印加される書込み電圧を一定にしながら、個々のメモリセルごとに書込み時間を変化させ、それぞれ異なる閾値レベルを有するメモリセルを形成することで実現される。たとえば、“00”/“01”/“10”/“11”などのような4つ以上の値が記憶可能である。したがって、1つのメモリセルで2つ以上のメモリセル分の働きを実現することができる。この結果、フラッシュメモリの小型化が実現される。   At the time of data writing, a voltage is applied to a predetermined assist gate electrode 12. As a result, a predetermined memory cell (selected memory cell) is selected. The data writing is performed by a source side hot electron injection method. Thereby, efficient data writing is realized at high speed with low current. Each memory cell can store multi-value data. This multi-value storage is realized by changing the write time for each individual memory cell while keeping the write voltage applied to the control gate electrode constant, thereby forming memory cells having different threshold levels. For example, four or more values such as “00” / “01” / “10” / “11” can be stored. Therefore, the function of two or more memory cells can be realized with one memory cell. As a result, the flash memory can be downsized.

データ書込み動作においては、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極11に、たとえば15V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極11に、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるソース形成用のアシストゲート電極12に、たとえば5V程度の電圧が印加され、ドレイン形成用のアシストゲート電極12(典型的には、たとえば、ソース形成用のアシストゲート電極12に隣接するアシストゲート電極12)に、たとえば8V程度の電圧が印加される。これにより、これらのアシストゲート電極12に対向する半導体基板50の主表面上(pウエル70上)にソース/ドレインとなる反転層(図示せず)が形成される。一方で、上記以外のアシストゲート電極12には、たとえば−2V程度の電圧が印加されており、これらのアシストゲート電極12に対向する半導体基板50の主表面上には反転層が形成されていない。これにより、選択メモリセルと非選択メモリセルとの間のアイソレーションが行なわれる。さらに、選択メモリセルにおけるドレインとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば4.5V程度の電圧が印加される。ここで、選択メモリセルにおけるソースとなる反転層に接続されたビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される一方で、非選択メモリセルにおけるソースとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば2V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおいてはドレインからソースに向かって書込み用の電流が流れ、ソース側の反転層に蓄積された電荷がゲート絶縁膜80を介してフローティングゲート電極13に注入される。一方で、非選択メモリセルにおいては、ドレインからソースに向かう電流は流れず、フローティングゲート電極13への電荷の注入は行なわれない。以上の動作により、所定のメモリセルに選択的にデータの書込みが行なわれる。   In the data write operation, a voltage of about 15 V, for example, is applied to the control gate electrode 11 to which the selected memory cell is connected, and a voltage of, for example, about −2 V is applied to the other control gate electrode 11. Further, a voltage of about 5 V, for example, is applied to the assist gate electrode 12 for source formation in the selected memory cell, and the assist gate electrode 12 for drain formation (typically, for example, to the assist gate electrode 12 for source formation). A voltage of about 8 V, for example, is applied to the adjacent assist gate electrode 12). As a result, an inversion layer (not shown) serving as a source / drain is formed on the main surface (on the p well 70) of the semiconductor substrate 50 facing these assist gate electrodes 12. On the other hand, a voltage of about −2 V, for example, is applied to the assist gate electrode 12 other than the above, and no inversion layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate 50 facing the assist gate electrode 12. . Thereby, isolation between the selected memory cell and the non-selected memory cell is performed. Further, a voltage of, for example, about 4.5 V is applied to the bit line connected to the inversion layer serving as the drain in the selected memory cell. Here, for example, a voltage of about 0 V is applied to the bit line connected to the inversion layer serving as the source in the selected memory cell, while the bit line connected to the inversion layer serving as the source in the non-selected memory cell is applied to For example, a voltage of about 2V is applied. As a result, in the selected memory cell, a write current flows from the drain to the source, and charges accumulated in the inversion layer on the source side are injected into the floating gate electrode 13 via the gate insulating film 80. On the other hand, in the non-selected memory cell, no current flows from the drain to the source, and no charge is injected into the floating gate electrode 13. Through the above operation, data is selectively written into a predetermined memory cell.

データ読み出し動作においては、上記書込み動作と逆の動作が行なわれる。ここでは、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極11に、たとえば2〜5V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極11に、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるソース/ドレイン形成用のアシストゲート電極12に、たとえば4V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおけるソース/ドレインが形成される。一方、非選択メモリセルにおけるソース/ドレイン形成用のアシストゲート電極12に、たとえば−2V程度の電圧が印加される。これにより、非選択メモリセルにおいては、ソース/ドレインとなる反転層が形成されない。この結果、選択メモリセルと非選択メモリセルとのアイソレーションが実現される。ここで、選択メモリセルにおいてドレインとなる反転層が接続されるビット線に、たとえば1V程度の電圧が印加される。一方、他のビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される。さらに、選択メモリセルにおいてソースとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される。ここで、フローティングゲート電極13の蓄積電荷の状態によって選択メモリセルの閾値電圧が変化する。したがって、選択メモリセルのソース−ドレイン間に流れる電流の状況から該メモリセルのデータを判別することができる。以上の動作により、多値記憶のメモリセルに対して読み出し動作を行なうことができる。   In the data read operation, an operation opposite to the write operation is performed. Here, a voltage of about 2 to 5 V, for example, is applied to the control gate electrode 11 to which the selected memory cell is connected, and a voltage of about −2 V, for example, is applied to the other control gate electrode 11. Further, a voltage of about 4 V, for example, is applied to the assist gate electrode 12 for source / drain formation in the selected memory cell. Thereby, the source / drain in the selected memory cell is formed. On the other hand, a voltage of about −2 V, for example, is applied to the assist gate electrode 12 for forming the source / drain in the non-selected memory cell. As a result, in the non-selected memory cell, the inversion layer serving as the source / drain is not formed. As a result, isolation between the selected memory cell and the non-selected memory cell is realized. Here, a voltage of about 1 V, for example, is applied to the bit line to which the inversion layer serving as the drain in the selected memory cell is connected. On the other hand, a voltage of about 0 V, for example, is applied to the other bit lines. Further, a voltage of about 0 V, for example, is applied to the bit line connected to the inversion layer serving as the source in the selected memory cell. Here, the threshold voltage of the selected memory cell changes depending on the state of the accumulated charge in the floating gate electrode 13. Therefore, the data of the memory cell can be determined from the state of current flowing between the source and drain of the selected memory cell. With the above operation, a read operation can be performed on a multi-value storage memory cell.

データ消去動作においては、選択対象のワード線に負電圧(たとえば−16V程度)が印加される一方で、半導体基板50(pウエル70)に正の電圧が印加される。なお、アシストゲート電極12には0V程度の電圧が印加され、反転層は形成されない。これにより、フローティングゲート電極13から半導体基板50に電荷が放出される。該放出は、F−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行なわれる。以上の動作により、複数のメモリセルのデータが一括で消去される。   In the data erasing operation, a negative voltage (for example, about −16V) is applied to the word line to be selected, while a positive voltage is applied to the semiconductor substrate 50 (p well 70). Note that a voltage of about 0 V is applied to the assist gate electrode 12, and the inversion layer is not formed. As a result, charges are released from the floating gate electrode 13 to the semiconductor substrate 50. The emission is performed by FN (Fowler Nordheim) tunnel emission. With the above operation, data in a plurality of memory cells are erased collectively.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置1は、主表面を有する半導体基板50と、半導体基板50の主表面上のpウエル70に形成された「溝部」としてのトレンチ700と、トレンチ700内に形成され、「ボイド」としての埋込み不良箇所41を有する「埋込みパターン」としての分離領域40(絶縁膜)と、その一部が分離領域40上に形成され、埋込み不良箇所41上に終端部を有する「他のパターン」としてのアシストゲート電極12(導電膜)とを備える。そして、アシストゲート電極12は、埋込み不良箇所41に埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部Tを有している。   The above contents are summarized as follows. That is, the semiconductor device 1 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 50 having a main surface, a trench 700 as a “groove portion” formed in a p-well 70 on the main surface of the semiconductor substrate 50, and a trench 700. An isolation region 40 (insulating film) as an “embedding pattern” having an embedded defective portion 41 as a “void” and a part thereof is formed on the isolated region 40, and a termination portion is formed on the embedded defective portion 41. And an assist gate electrode 12 (conductive film) as an “other pattern”. The assist gate electrode 12 has a thick portion T formed so as to be thicker than the other portions by being embedded in the embedding defect portion 41.

上記構成によれば、アシストゲート電極12の終端部の厚みが相対的に厚く形成されているため、エッチング時のパターン後退およびその後退量のばらつきが低減される。結果として、半導体装置の特性のばらつきが抑制される。また、パターン後退に対するマージンを比較的小さく設定する(たとえば、分離領域40上に突き出すアシストゲート電極12の長さを比較的短く設定する、または、図1中の「L」を小さく設定する)ことが可能になり、チップ面積が縮小される。   According to the above configuration, since the end portion of the assist gate electrode 12 is formed to be relatively thick, pattern receding during etching and variations in the receding amount are reduced. As a result, variation in characteristics of the semiconductor device is suppressed. Further, the margin for pattern receding is set to be relatively small (for example, the length of the assist gate electrode 12 protruding on the separation region 40 is set to be relatively short, or “L” in FIG. 1 is set to be small). And the chip area is reduced.

半導体基板50の主表面において、トレンチ700が形成される部分は「第1部分」を構成し、該「第1部分」に隣接する部分は「第2部分」を構成する。本実施の形態において、アシストゲート電極12は、「第1部分」から「第2部分」に達するように設けられている。なお、1つの変形例として、「他のパターン」の全体が「埋込みパターン」上に形成されていてもよい。   On the main surface of the semiconductor substrate 50, a portion where the trench 700 is formed constitutes a “first portion”, and a portion adjacent to the “first portion” constitutes a “second portion”. In the present embodiment, the assist gate electrode 12 is provided so as to reach the “second portion” from the “first portion”. As a modification, the entire “other pattern” may be formed on the “embedded pattern”.

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板50の主表面上にトレンチ700を形成する工程(図13)と、トレンチ700内に、埋込み不良箇所41を有する分離領域40を形成する工程(図14〜図17)と、埋込み不良箇所41内から分離領域40上に「上層膜」としての導電膜1200を堆積する工程(図18)と、導電膜1200をパターニングして、埋込み不良箇所41上に終端部を有するアシストゲート電極12を形成する工程(図19)とを備える。   In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the step of forming trench 700 on the main surface of semiconductor substrate 50 (FIG. 13) and formation of isolation region 40 having defective filling portion 41 in trench 700 are performed. 14 (FIGS. 14 to 17), a step (FIG. 18) of depositing a conductive film 1200 as an “upper layer film” on the isolation region 40 from within the poorly embedded portion 41, and a poorly embedded region by patterning the conductive film 1200. Forming an assist gate electrode 12 having a terminal portion on the portion 41 (FIG. 19).

そして、トレンチ700を形成する工程は、図12に示されるフォトマスク400を用いて、トレンチ700に対応する開口部を有するマスク膜(シリコン窒化膜90A)を形成する工程と、該マスク膜をマスクとしてエッチングを施すことによりトレンチ700を形成する工程とを有し、分離領域40を形成する工程は、トレンチ700内からシリコン窒化膜90A上に「埋込み膜」としての絶縁膜4000を堆積する工程(図14)と、CMPなどによって絶縁膜4000の厚みを減じることでトレンチ700内に絶縁膜400を埋込む工程(図15)と、埋込み不良箇所41を形成しながらシリコン窒化膜90Aなどを除去する工程(図16,図17)とを有する。   Then, the process of forming the trench 700 includes the process of forming a mask film (silicon nitride film 90A) having an opening corresponding to the trench 700 using the photomask 400 shown in FIG. 12, and the mask film as a mask. And the step of forming the isolation region 40 includes the step of depositing an insulating film 4000 as an “embedded film” on the silicon nitride film 90A from within the trench 700. 14), the step of filling the insulating film 400 in the trench 700 by reducing the thickness of the insulating film 4000 by CMP or the like (FIG. 15), and removing the silicon nitride film 90A and the like while forming the defective filling portion 41. Process (FIGS. 16 and 17).

なお、本実施の形態においては、分離領域40の終端部に幅狭部分42を設けることによって埋込み不良箇所41を形成したが、分離領域40における終端部以外(たとえば、長手方向の中央部)に幅狭部分42を設けることによって埋込み不良箇所41を形成してもよい。   In the present embodiment, the embedding failure portion 41 is formed by providing the narrow portion 42 at the terminal portion of the separation region 40, but other than the terminal portion in the separation region 40 (for example, the central portion in the longitudinal direction). The embedding defect portion 41 may be formed by providing the narrow portion 42.

本実施の形態によれば、上述した構成により、エッチング時のアシストゲート電極12の後退を抑制することができる。結果として、半導体装置のパターンの寸法精度を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑制することができる。また、半導体装置を小型化することができる。   According to the present embodiment, the above-described configuration can suppress the back-up of the assist gate electrode 12 during etching. As a result, the dimensional accuracy of the pattern of the semiconductor device can be improved, and variations in the characteristics of the semiconductor device can be suppressed. Further, the semiconductor device can be reduced in size.

(実施の形態2)
図21,図22は、それぞれ、実施の形態2に係る半導体装置の製造工程における第1と第2ステップを示す図である。また、図23は、本実施の形態に係る半導体装置を示した上面図である。
(Embodiment 2)
21 and 22 are diagrams showing first and second steps in the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment, respectively. FIG. 23 is a top view showing the semiconductor device according to the present embodiment.

図21を参照して、半導体基板の主表面上において、「埋込みパターン」としての分離領域40が形成される「溝部」の一部に、予め活性領域74が形成されている。これにより、分離領域40を構成する酸化膜をHDP−CVDを用いて形成する際に、複数(2つ)の活性領域74と分離領域40の縁端とに囲まれた領域において、3方向(図21における矢印方向)から酸化膜が成長する。この結果、当該領域において、「ボイド」としての埋込み不良箇所41が生じる。   Referring to FIG. 21, active region 74 is formed in advance on a part of “groove” where isolation region 40 as “embedded pattern” is formed on the main surface of the semiconductor substrate. As a result, when the oxide film constituting the isolation region 40 is formed using HDP-CVD, the region surrounded by the plurality (two) of active regions 74 and the edge of the isolation region 40 has three directions ( An oxide film grows from the direction of the arrow in FIG. As a result, an embedding defect portion 41 as a “void” occurs in the region.

図22を参照して、分離領域40に隣接する位置から、分離領域40内の埋込み不良箇所41に達するように、「他のパターン」としてのゲート電極14が形成される。なお、ゲート電極14は、分離領域40が形成された半導体基板の主表面上に導電膜を形成し、エッチングによって該導電膜をパターニングすることで形成される。そして、ゲート電極14は、埋込み不良箇所41上に終端部を有し、該終端部の厚みは、上記導電膜が埋込み不良箇所41内に埋込まれることによって、他の部分に比べて厚く形成されている。   Referring to FIG. 22, gate electrode 14 as “another pattern” is formed so as to reach buried defect portion 41 in isolation region 40 from a position adjacent to isolation region 40. The gate electrode 14 is formed by forming a conductive film on the main surface of the semiconductor substrate on which the isolation region 40 is formed, and patterning the conductive film by etching. The gate electrode 14 has a terminal portion on the poorly embedded portion 41, and the terminal portion is formed thicker than the other portions by embedding the conductive film in the poorly embedded portion 41. Has been.

図23を参照して、ゲート電極14は、分離領域40に隣接する活性領域74上に達する。活性領域74には、コンタクト部74Aが設けられる。   Referring to FIG. 23, gate electrode 14 reaches on active region 74 adjacent to isolation region 40. The active region 74 is provided with a contact portion 74A.

本実施の形態に係る半導体装置においても、ゲート電極14の終端部の厚みが相対的に厚く形成されているため、実施の形態1と同様に、エッチング時のパターン後退およびその後退量のばらつきが低減される。結果として、半導体装置の特性のばらつきが抑制される。また、パターン後退に対するマージンを比較的小さく設定することが可能になり、チップ面積が縮小される。   In the semiconductor device according to the present embodiment as well, since the thickness of the terminal portion of the gate electrode 14 is relatively large, the pattern receding during etching and the variation in the receding amount are similar to those in the first embodiment. Reduced. As a result, variation in characteristics of the semiconductor device is suppressed. In addition, the margin for pattern receding can be set relatively small, and the chip area is reduced.

また、本実施の形態においては、分離領域40内に意図的に活性領域74(ダミー活性領域)を形成して、その周辺に積極的に埋込み不良箇所41を発生させている。すなわち、本実施の形態において、「埋込みパターン」としての分離領域40を形成する工程は、半導体基板の主表面上に形成された溝部(凹部)内の一部に「ダミーパターン」としての活性領域74を形成する工程と、活性領域74と分離領域40の縁端との間に「ボイド」としての埋込み不良箇所41を形成するように溝部内に「埋込み膜」としての絶縁膜を堆積する工程と、絶縁膜の厚みを減じることで溝部内に絶縁膜を埋込む工程とを有する。このようにすることで、埋込み不良箇所41を設ける位置を、比較的自由に設定することが可能になる。結果として、半導体装置におけるレイアウトの自由度が向上する。   Further, in the present embodiment, the active region 74 (dummy active region) is intentionally formed in the isolation region 40, and the embedding defect portion 41 is positively generated in the vicinity thereof. That is, in the present embodiment, the step of forming the isolation region 40 as the “embedded pattern” includes the active region as the “dummy pattern” in a part of the groove (recess) formed on the main surface of the semiconductor substrate. And a step of depositing an insulating film as a “buried film” in the groove so as to form a buried defect portion 41 as a “void” between the active region 74 and the edge of the isolation region 40. And a step of embedding the insulating film in the groove by reducing the thickness of the insulating film. By doing in this way, the position where the embedding defect portion 41 is provided can be set relatively freely. As a result, layout flexibility in the semiconductor device is improved.

(参考例)
図24は、参考例に係る素子分離構造を示した上面図である。また、図25は、図24におけるXXV−XXV断面図である。図24,図25を参照して、本参考例に係る素子分離構造においては、活性領域74上に、絶縁膜である分離領域40が略平行に並ぶように形成されている。
(Reference example)
FIG. 24 is a top view showing an element isolation structure according to a reference example. FIG. 25 is a sectional view taken along line XXV-XXV in FIG. Referring to FIGS. 24 and 25, in the element isolation structure according to the present reference example, the isolation region 40 which is an insulating film is formed on the active region 74 so as to be arranged substantially in parallel.

図26は、図24に示される素子分離構造上にゲート電極をレイアウトした図である。なお、図26は、設計値のレイアウトを示す。これに対し、図27は、実際に形成されたゲート電極14を示した図である。   FIG. 26 is a diagram in which gate electrodes are laid out on the element isolation structure shown in FIG. FIG. 26 shows a layout of design values. On the other hand, FIG. 27 is a diagram showing the gate electrode 14 actually formed.

図26,図27を参照して、ゲート電極14は、分離領域40上にその終端部を有する。そして、ゲート電極14の終端部には、設計パターン幅よりもパターン幅が狭くなる幅狭部分が形成される(図27中のB部)。   Referring to FIGS. 26 and 27, gate electrode 14 has a terminal portion on isolation region 40. Then, a narrow portion where the pattern width is narrower than the design pattern width is formed at the terminal portion of the gate electrode 14 (B portion in FIG. 27).

図28は、図27に示されるゲート電極の終端部周辺を拡大して示した図である。また、図29,図30は、それぞれ、図28におけるXXIX−XXIX断面図,XXX−XXX断面図である。図28〜図30を参照して、ゲート電極14は、導電膜14Aと、シリサイド膜14Bとからなる。そして、ゲート電極14の終端部におけるゲート長Lgは、それ以外の部分におけるゲート長Lg´と比較して相対的に小さい。   FIG. 28 is an enlarged view showing the periphery of the terminal portion of the gate electrode shown in FIG. 29 and 30 are a cross-sectional view taken along XXIX-XXIX and a cross-sectional view taken along XXX-XXX in FIG. 28, respectively. Referring to FIGS. 28 to 30, the gate electrode 14 includes a conductive film 14A and a silicide film 14B. The gate length Lg at the terminal portion of the gate electrode 14 is relatively smaller than the gate length Lg ′ at other portions.

図31は、ゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示したグラフである。図31に示すように、ゲート長が小さい(Lg)場合、ゲート長が大きい(Lg´)場合と比較して、閾値電圧が低下し、また、短チャネル効果によりオフリーク電流(Ioff)が増大する。この結果、本来設計されたトランジスタの特性が得られない場合がある。   FIG. 31 is a graph showing the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id. As shown in FIG. 31, when the gate length is small (Lg), the threshold voltage is lowered and the off-leakage current (Ioff) is increased due to the short channel effect as compared with the case where the gate length is large (Lg ′). . As a result, the originally designed transistor characteristics may not be obtained.

また、ゲート電極14の終端部が、図28中の二点鎖線に示される部分にまで後退した場合は、ソース−ドレインのショートが発生する。   Further, when the terminal portion of the gate electrode 14 is retracted to a portion indicated by a two-dot chain line in FIG. 28, a source-drain short circuit occurs.

これに対し、上述した各実施の形態によれば、本参考例における問題点を解決することが可能である。   On the other hand, according to each embodiment mentioned above, it is possible to solve the problem in this reference example.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments of the present invention have been described above, it is planned from the beginning to appropriately combine the characteristic portions of the respective embodiments described above. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示した上面図である。1 is a top view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1におけるII−II断面図である。It is II-II sectional drawing in FIG. 図2におけるIII−III断面図である。It is the III-III sectional view in FIG. 図1におけるIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing in FIG. 図3に示される構造の形成過程における第1ステップを示す図である。It is a figure which shows the 1st step in the formation process of the structure shown by FIG. 図3に示される構造の形成過程における第2ステップを示す図である。It is a figure which shows the 2nd step in the formation process of the structure shown by FIG. 図3に示される構造の形成過程における第3ステップを示す図である。It is a figure which shows the 3rd step in the formation process of the structure shown by FIG. 図3に示される構造の形成過程における第4ステップを示す図である。It is a figure which shows the 4th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図3に示される構造の形成過程における第5ステップを示す図である。It is a figure which shows the 5th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図3に示される構造の形成過程における第6ステップを示す図である。It is a figure which shows the 6th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第1ステップを示す図である。It is a figure which shows the 1st step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程において用いられるフォトマスクを示した図である。It is the figure which showed the photomask used in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第2ステップを示す図である。It is a figure which shows the 2nd step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第3ステップを示す図である。It is a figure which shows the 3rd step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第4ステップを示す図である。It is a figure which shows the 4th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第5ステップを示す図である。It is a figure which shows the 5th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図16におけるXVII−XVII断面図である。It is XVII-XVII sectional drawing in FIG. 図4に示される構造の形成過程における第6ステップを示す図である。It is a figure which shows the 6th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第7ステップを示す図である。It is a figure which shows the 7th step in the formation process of the structure shown by FIG. 図4に示される構造の形成過程における第8ステップを示す図である。It is a figure which shows the 8th step in the formation process of the structure shown by FIG. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程における第1ステップを示す図である。It is a figure which shows the 1st step in the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程における第2ステップを示す図である。It is a figure which shows the 2nd step in the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示した上面図である。It is the top view which showed the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 参考例に係る素子分離構造を示した上面図である。It is the top view which showed the element isolation structure concerning a reference example. 図24におけるXXV−XXV断面図である。It is XXV-XXV sectional drawing in FIG. 図24に示される素子分離構造上にゲート電極(設計値)をレイアウトした図である。FIG. 25 is a diagram in which gate electrodes (design values) are laid out on the element isolation structure shown in FIG. 24. 図26に対し、実際に形成されたゲート電極を示した図である。FIG. 27 is a diagram showing a gate electrode actually formed with respect to FIG. 26. 図27に示されるゲート電極の終端部周辺を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the termination part periphery of the gate electrode shown by FIG. 図28におけるXXIX−XXIX断面図である。It is XXIX-XXIX sectional drawing in FIG. 図28におけるXXX−XXX断面図である。It is XXX-XXX sectional drawing in FIG. ゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示したグラフである。4 is a graph showing the relationship between gate voltage Vg and drain current Id.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置、10 メモリセルアレイ部、11 コントロールゲート電極、11A,14A,1100A 導電膜、11B,14B,1100B シリサイド膜、12 アシストゲート電極、12A,20A,31A コンタクト部、12B,20B,31B コンタクトホール、12C,20C,31C プラグ、12D,20D,31D 上層配線、13 フローティングゲート電極、14 ゲート電極、20 共通ドレイン、30 選択MOS部、31 ゲート電極(選択MOS部)、40 分離領域、41 埋込み不良箇所、42 幅狭部分、50 半導体基板、60 n型埋込み領域、70 pウエル、71,73 n−不純物領域、72 n+不純物領域、74 活性領域、80 ゲート絶縁膜、90,90A シリコン窒化膜、100,110,120,130,150 絶縁膜、140 層間絶縁膜、160 レジスト膜、400 フォトマスク、410 遮光パターン、420 透光パターン、700 トレンチ、1100 ダミーゲート電極(ダミーゲート線)、1200,1200A,1300 導電膜、4000 SiO2膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device, 10 Memory cell array part, 11 Control gate electrode, 11A, 14A, 1100A Conductive film, 11B, 14B, 1100B Silicide film, 12 Assist gate electrode, 12A, 20A, 31A Contact part, 12B, 20B, 31B Contact hole , 12C, 20C, 31C plug, 12D, 20D, 31D upper layer wiring, 13 floating gate electrode, 14 gate electrode, 20 common drain, 30 selection MOS part, 31 gate electrode (selection MOS part), 40 isolation region, 41 embedded defect Location, 42 narrow portion, 50 semiconductor substrate, 60 n-type buried region, 70 p well, 71, 73 n− impurity region, 72 n + impurity region, 74 active region, 80 gate insulating film, 90, 90A silicon nitride film, 100, 110, 120, 13 , 150 insulating film, 140 an interlayer insulating film, 160 a resist film, 400 a photomask, 410 light-shielding pattern, 420 light-transmitting pattern, 700 trenches, 1100 dummy gate electrode (dummy gate line), 1200,1200A, 1300 conductive, 4000 SiO 2 membranes.

Claims (7)

主表面を有する半導体基板と、
前記主表面上に形成された溝部と、
前記溝部内に形成され、ボイドを有する埋込みパターンと、
少なくとも一部が前記埋込みパターン上に形成され、前記ボイド上に終端部を有する他のパターンとを備え、
前記他のパターンは、前記ボイドに埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部を有する、半導体装置。
A semiconductor substrate having a main surface;
A groove formed on the main surface;
An embedded pattern formed in the groove and having a void;
And at least a part of the pattern formed on the embedded pattern and having a termination on the void,
The said other pattern is a semiconductor device which has a thick part formed thicker than another part by being embedded in the said void.
前記埋込みパターンは、設計パターン幅よりもパターン幅が狭くなる幅狭部分を有し、
前記ボイドは、前記幅狭部分に形成される、請求項1に記載の半導体装置。
The embedded pattern has a narrow portion where the pattern width is narrower than the design pattern width,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the void is formed in the narrow portion.
前記埋込みパターンは絶縁膜であり、
前記他のパターンは導電膜である、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
The embedded pattern is an insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the other pattern is a conductive film.
前記半導体基板の主表面は、前記溝部が形成される第1部分と、前記第1部分に隣接する第2部分とを有し、
前記導電膜は前記第1部分から前記第2部分に設けられたゲート電極である、請求項3に記載の半導体装置。
The main surface of the semiconductor substrate has a first part in which the groove is formed, and a second part adjacent to the first part,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the conductive film is a gate electrode provided from the first portion to the second portion.
半導体基板の主表面上に溝部を形成する工程と、
前記溝部内に、ボイドを有する埋込みパターンを形成する工程と、
前記ボイド内から前記埋込みパターン上に上層膜を堆積する工程と、
前記上層膜をパターニングして、前記ボイド上に終端部を有する他のパターンを形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming a groove on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming an embedded pattern having voids in the groove;
Depositing an upper layer film on the embedded pattern from within the void;
And patterning the upper layer film to form another pattern having a terminal portion on the void.
前記溝部を形成する工程は、
前記半導体基板の主表面上に前記溝部に対応する開口部を有するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとしてエッチングを施すことにより前記溝部を形成する工程とを有し、
前記埋込みパターンを形成する工程は、
前記溝部内から前記マスク膜上に埋込み膜を堆積する工程と、
前記埋込み膜の厚みを減じることで前記溝部内に前記埋込み膜を埋込む工程と、
前記マスク膜を除去する工程とを有する、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the groove includes
Forming a mask film having an opening corresponding to the groove on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming the groove by etching using the mask film as a mask,
The step of forming the embedded pattern includes:
Depositing a buried film on the mask film from within the groove;
Burying the buried film in the groove by reducing the thickness of the buried film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of removing the mask film.
前記埋込みパターンを形成する工程は、
前記溝部内の一部にダミーパターンを形成する工程と、
前記ダミーパターンと前記埋込みパターンの縁端との間にボイドを形成するように前記溝部内に埋込み膜を堆積する工程と、
前記埋込み膜の厚みを減じることで前記溝部内に前記埋込み膜を埋込む工程とを有する、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the embedded pattern includes:
Forming a dummy pattern in a part of the groove,
Depositing a buried film in the groove so as to form a void between the dummy pattern and an edge of the buried pattern;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of burying the buried film in the groove portion by reducing a thickness of the buried film.
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