JP2007194266A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性メモリ素子と電界効果トランジスタ(相補型MOS(CMOS;Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを含む。)とバイポーラトランジスタとが同一基板上に形成されている半導体装置の製造方法、および不揮発性メモリ素子と電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとが同一基板上に形成されている半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a nonvolatile memory element, a field effect transistor (including a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistor), and a bipolar transistor are formed on the same substrate, and a nonvolatile memory The present invention relates to a semiconductor device in which a volatile memory element, a field effect transistor and a bipolar transistor are formed on the same substrate.
バイポーラトランジスタ(Bipolar Transistor)は高速動作が可能な回路素子であり、電界効果トランジスタの1つであるCMOSトランジスタは低消費電力で高集積化が可能な回路素子であることから、これらバイポーラトランジスタとCMOSトランジスタとを同一基板上に集積することによって、高性能の半導体装置を得ることが可能になる。今日では、バイポーラトランジスタおよびCMOSトランジスタに加えて、プログラムの修正やデジタルトリミングが可能な不揮発性メモリ素子も搭載することによって更に高性能化を図った半導体装置(以下、「BiCMOS装置」と略記する。)の開発も進められている。 A bipolar transistor is a circuit element capable of high-speed operation, and a CMOS transistor, which is one of the field effect transistors, is a circuit element capable of high integration with low power consumption. By integrating the transistors on the same substrate, a high-performance semiconductor device can be obtained. Nowadays, in addition to bipolar transistors and CMOS transistors, a semiconductor device (hereinafter referred to as “BiCMOS device”) that achieves higher performance by mounting a nonvolatile memory element that can be modified and digitally trimmed is also abbreviated. ) Is also being developed.
図23は、BiCMOS装置の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すBiCMOS装置100は、半導体基板25に形成された不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70を備えている。
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing an example of a BiCMOS device. The BiCMOS
半導体基板25は、P型シリコン基板2の所定箇所での不純物濃度を適宜変更して所望の素子領域を形成し、さらに、これら素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜24を形成したものである。不揮発性メモリ40に対応する素子領域には、N+ 型埋め込み層5が形成されており、このN+ 型埋め込み層5上には、P型ウェル6と当該P型ウェル6を取り囲むN型ウェル7とが形成されている。そして、P型ウェル6には、N型不純物拡散領域からなるソース領域8sとドレイン領域8dとが所定の間隔の下に交互に所定個ずつ形成されて、メモリセルを構成している。
The
また、CMOSトランジスタ60に対応する素子領域には、N型ウェル10とP型ウェル12とが互いに隣接した状態で形成されている。N型ウェル10にはP型不純物拡散領域からなるソース領域10sとドレイン領域10dとが所定の間隔の下に形成されており、P型ウェル12にはN型不純物拡散領域からなるドレイン領域12dとソース領域12sとが所定の間隔の下に形成されている。
In the element region corresponding to the
そして、バイポーラトランジスタ70に対応する素子領域には、N+ 型埋め込み層15が形成されている。このN+ 型埋め込み層15の上から側方にかけてはN- 型エピタキシャル層16が形成されており、当該N- 型エピタキシャル層16にはN型ウェル17が形成されている。P型不純物拡散領域18およびその上に形成されたP型ウェル19が、N+ 型埋め込み層15およびN- 型エピタキシャル層16を取り囲んでいる。N+ 型埋め込み層15とN型ウェル17とはコレクタ領域を構成し、N型ウェル17上にはP型不純物拡散領域からなるコレクタコンタクト領域20が形成されている。また、N- 型エピタキシャル層16には、P+ 型不純物拡散領域からなるベースコンタクト領域21と、P- 型不純物拡散領域からなるベース領域22とが形成されており、ベース領域22には、N型不純物拡散領域からなるエミッタ領域23が形成されている。
An N + buried
なお、「P- 型」、「P型」、「P+ 型」、「N- 型」、「N型」、および「N+ 型」は、それぞれ半導体の導電型を表している。「P型」でのP型不純物(アクセプタ)濃度は「P- 型」でのP型不純物濃度よりも高く、「P+ 型」でのP型不純物濃度は「P型」でのP型不純物濃度よりも高い。同様に、「N型」でのN型不純物(ドナー)濃度は「N- 型」でのN型不純物濃度よりも高く、「N+ 型」でのN型不純物濃度は「N型」でのN型不純物濃度よりも高い。 Note that “P − type”, “P type”, “P + type”, “N − type”, “N type”, and “N + type” represent semiconductor conductivity types, respectively. The P-type impurity (acceptor) concentration in “P - type” is higher than the P-type impurity concentration in “P − -type”, and the P-type impurity concentration in “P + -type” is P-type impurity in “P-type”. Higher than concentration. Similarly, the N type impurity (donor) concentration in “N type” is higher than the N type impurity concentration in “N − type”, and the N type impurity concentration in “N + type” is “N type”. It is higher than the N-type impurity concentration.
図23に示したBiCMOS装置100における不揮発性メモリ素子40は、複数のメモリセルを有している。個々のメモリセルは、N型不純物拡散領域によって形成されて互いに隣り合うソース領域8sおよびドレイン領域8dと、P型ウェル6のうちでソース領域8sおよびドレイン領域8dとの間に位置する領域(チャネル領域)と、この領域上にトンネル酸化膜31を介して配置された浮遊ゲート電極33と、絶縁膜35を介して浮遊ゲート電極33上に配置された制御ゲート電極37とを有しており、制御ゲート電極37の上には保護膜39が形成されている。また、トンネル酸化膜31と、浮遊ゲート電極33と、絶縁膜35と、制御ゲート電極37と、保護膜39との積層物における線幅方向の両側には、サイドウォールスペーサSwが形成されている。なお、図23においては、便宜上、全てのサイドウォールスペーサSwについてハッチングの付与を省略している。
The
CMOSトランジスタ60は、PチャネルMOSトランジスタ50と、NチャネルMOSトランジスタ55とを有している。PチャネルMOSトランジスタ50は、P型不純物拡散領域によって形成されて互いに隣り合うソース領域10sおよびドレイン領域10dと、N型ウェル10のうちでソース領域10sとドレイン領域10dとの間に位置する領域(チャネル領域)と、この領域上にゲート絶縁膜42を介して配置されたゲート電極44とを有しており、ゲート電極44の上には、上述したメモリセルにおけるのと同様に保護膜39が形成されている。また、ゲート絶縁膜42と、ゲート電極44と、保護膜39との積層物における線幅方向の両側には、サイドウォールスペーサSwが形成されている。NチャネルMOSトランジスタ55は、N型ウェル10に代えてP型ウェル12を有し、かつ、ドレイン領域10dおよびソース領域10sに代えてN型不純物拡散領域からなるドレイン領域12dおよびソース領域12sを有していることを除いて、PチャネルMOSトランジスタ50と同様の構造を有している。
The
バイポーラトランジスタ70は、N+ 型埋め込み層15とN型ウェル17とによって構成されたコレクタ領域、コレクタコンタクト領域20、ベースコンタクト領域21、ベース領域22、エミッタ領域23、およびエミッタ領域23上に配置されたエミッタ電極62を有している。エミッタ電極62における線幅方向の両側には、サイドウォールスペーサSwが形成されている。
The
上述した不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70は、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)やSTI(Shallow Trench Isolation)等の方法によって形成された素子分離膜24により互いに電気的に分離されている。また、層間絶縁膜90によって覆われている。層間絶縁膜90には、当該層間絶縁膜90を貫通して不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、またはバイポーラトランジスタ70の所定の不純物拡散領域に一端が接するコンタクトプラグ92が必要数形成されている。そして、各コンタクトプラグ92の他端には、それぞれ、所定の上部配線94が接続されている。図23においては、8本のコンタクトプラグ92と、8本の上部配線94とが現れている。
The
従来、このようなBiCMOS装置100を製造するにあたっては、まず、不揮発性メモリ素子40に対応する素子領域上に、各浮遊ゲート電極33の元となる導電膜と各絶縁膜35の元となる積層膜との積層物(以下、「第1積層物」という。)が形成される。次いで、エミッタ電極62の元となる導電膜を形成し、この導電膜をエッチングによってパターニングすることによりエミッタ電極62を形成する。そして、エミッタ電極62の形成後に、各制御ゲート電極37および各ゲート電極44それぞれの元となる導電膜と各保護膜39の元となる無機絶縁膜との積層物(以下、「第2積層物」という。)を形成し、当該第2積層物をパターニングして、各制御ゲート電極37およびその上の各保護膜39、ならびに各ゲート電極44およびその上の各保護膜39を形成する。各浮遊ゲート電極33および各絶縁膜35は、各制御ゲート電極37およびその上の各保護膜39をマスクとして用いた異方性エッチングで上記の第1積層物をパターニングするにより形成する。
Conventionally, in manufacturing such a
不揮発性メモリ素子40での絶縁膜35は、浮遊ゲート電極33内に蓄積された電荷のリークを防止するためのものであり、該絶縁膜35には高い電気絶縁性が求められる。このため、絶縁膜35としては、通常、ONO膜が使用される。ONO膜は、酸化膜、窒化膜、および酸化膜をこの順番で積層することによって形成された3層構造の積層膜であり、酸化膜としてはシリコン酸化膜が多用され、窒化膜としてはシリコン窒化膜が多用される。また、PチャネルMOSトランジスタ50やNチャネルMOSトランジスタ55におけるゲート電極44、およびバイポーラトランジスタ70におけるエミッタ電極62は、多くの場合、ポリシリコン(不純物がドープされたもの)によって形成される。
The
不揮発性メモリ素子での絶縁膜がONO膜によって形成され、PチャネルMOSトランジスタやNチャネルMOSトランジスタにおけるゲート電極、およびバイポーラトランジスタにおけるエミッタ電極がそれぞれポリシリコン(不純物がドープされたもの)によって形成されているBiCMOS装置を従来の方法によって製造すると、ポリシリコン膜をパターニングしてエミッタ電極を得る際に、上記の第1積層物における積層膜(ONO膜)の上面もエッチングに曝されてダメージを受ける。そして、ダメージを受けたONO膜の上に制御ゲート電極が形成される。 An insulating film in the nonvolatile memory element is formed by an ONO film, and a gate electrode in a P-channel MOS transistor or an N-channel MOS transistor and an emitter electrode in a bipolar transistor are each formed by polysilicon (impurities doped). When a BiCMOS device is manufactured by a conventional method, when an emitter electrode is obtained by patterning a polysilicon film, the upper surface of the stacked film (ONO film) in the first stacked body is also exposed to etching and damaged. Then, a control gate electrode is formed on the damaged ONO film.
ONO膜がエッチングによりダメージを受けると、その電気絶縁特性が低下したり、膜厚にばらつきを生じたりする。ONO膜の電気絶縁特性の低下は、不揮発性メモリ素子での記憶特性の低下につながる。また、ONO膜の膜厚がばらつくと、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間の結合容量がばらつくこととなり、このばらつきは不揮発性メモリ素子での消去特性や書き込み特性の低下につながる。 When the ONO film is damaged by etching, its electrical insulation characteristics are deteriorated or the film thickness varies. A decrease in the electrical insulation characteristics of the ONO film leads to a decrease in storage characteristics in the nonvolatile memory element. Further, when the film thickness of the ONO film varies, the coupling capacitance between the floating gate electrode and the control gate electrode varies, and this variation leads to a decrease in erase characteristics and write characteristics in the nonvolatile memory element.
勿論、エミッタ電極を得る際に上記のONO膜をエッチングマスクで保護しておけば、エッチングによってONO膜がダメージを受けてしまうことを回避できるが、エッチングマスクを1つ追加しなければならいことから生産性が低下し、製造コストが増加する。このように、従来のBiCMOS装置の製造方法には、不揮発性メモリ素子の特性が良好なものを低コストの下に製造し得難いという問題があった。 Of course, if the above ONO film is protected with an etching mask when an emitter electrode is obtained, the ONO film can be prevented from being damaged by etching, but one etching mask must be added. Productivity decreases and manufacturing costs increase. As described above, the conventional method for manufacturing the BiCMOS device has a problem that it is difficult to manufacture a nonvolatile memory element having good characteristics at low cost.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不揮発性メモリ素子と電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとを備えた所望特性の半導体装置を低コストの下に製造し易い半導体装置の製造方法、および、所望特性の不揮発性メモリ素子と電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとを備えたものを低コストの下に得易い半導体装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a method of manufacturing a semiconductor device that can easily manufacture a semiconductor device having desired characteristics including a nonvolatile memory element, a field effect transistor, and a bipolar transistor at low cost, Another object of the present invention is to obtain a semiconductor device that can easily obtain a device including a nonvolatile memory element having desired characteristics, a field effect transistor, and a bipolar transistor at low cost.
上記の目的を達成するこの発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、複数のメモリセルを有する不揮発性メモリ素子と、少なくとも1つのゲート電極を有する電界効果トランジスタと、エミッタ電極を有するバイポーラトランジスタとを備え、前記メモリセルの各々は、前記半導体基板上にトンネル酸化膜を介して形成された浮遊ゲート電極上に絶縁膜と制御ゲート電極とがこの順番で積層された構造を有しており、前記ゲート電極は前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して配置されており、前記エミッタ電極は前記半導体基板に接して配置されている半導体装置の製造方法であって、前記不揮発性メモリ素子、前記電界効果トランジスタ、および前記バイポーラトランジスタそれぞれに対応して素子領域が形成され、かつ該素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜が形成された半導体基板上に、前記エミッタ電極と前記半導体基板とが接触する領域に対応した領域上に開口部を残しつつ前記素子領域それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜を形成し、さらに、少なくとも前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域と前記バイポーラトランジスタに対応する領域それぞれに形成されている前記素子分離膜および前記電気絶縁膜を覆うと共に前記開口部を埋めるようにして第1ポリシリコン膜を成膜した後、該第1ポリシリコン膜をパターニングして、前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域上には前記複数のメモリセルそれぞれでの浮遊ゲート電極の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン膜を形成し、前記バイポーラトランジスタに対応する素子領域上には前記エミッタ電極を形成する第1の電極形成工程と、前記浮遊ゲート用ポリシリコン膜を覆うようにして前記複数のメモリセルそれぞれでの絶縁膜の元となる浮遊ゲート用積層膜を形成する積層膜成形工程と、前記電界効果トランジスタに対応する素子領域上の電気絶縁膜と前記浮遊ゲート用積層膜とを覆う導電膜を成膜し、該導電膜をパターニングして、前記ゲート電極および前記制御ゲート電極を形成する第2の電極形成工程と、を含んでいる。以下、この製造方法を「製造方法I」ということがある。 A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention that achieves the above object includes a semiconductor substrate, a nonvolatile memory element having a plurality of memory cells, a field effect transistor having at least one gate electrode, and a bipolar transistor having an emitter electrode. Each of the memory cells has a structure in which an insulating film and a control gate electrode are stacked in this order on a floating gate electrode formed on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film. The gate electrode is disposed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and the emitter electrode is a method for manufacturing a semiconductor device disposed in contact with the semiconductor substrate, the nonvolatile memory element, An element region is formed corresponding to each of the field effect transistor and the bipolar transistor, and the element region Each of the element regions while leaving an opening on a region corresponding to a region where the emitter electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other on a semiconductor substrate on which an element isolation film having a predetermined pattern for locally exposing each of the semiconductor substrate is formed. An electric insulating film covering the exposed surface of the semiconductor device, and further covering the element isolation film and the electric insulating film formed in at least the element region corresponding to the nonvolatile memory element and the region corresponding to the bipolar transistor, respectively. And forming a first polysilicon film so as to fill the opening, and then patterning the first polysilicon film so that each of the plurality of memory cells is placed on an element region corresponding to the nonvolatile memory element. Forming a floating gate polysilicon film to be a source of the floating gate electrode in the device, A first electrode forming step for forming the emitter electrode and a floating gate stacked film serving as an insulating film in each of the plurality of memory cells are formed so as to cover the floating gate polysilicon film. Forming a conductive film that covers the laminated film forming step, an electrical insulating film on the element region corresponding to the field effect transistor, and the floating gate laminated film, patterning the conductive film, and forming the gate electrode and And a second electrode forming step for forming the control gate electrode. Hereinafter, this manufacturing method is sometimes referred to as “manufacturing method I”.
また、上記の目的を達成するこの発明の他の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、複数のメモリセルを有する不揮発性メモリ素子と、少なくとも1つのゲート電極を有する電界効果トランジスタと、エミッタ電極を有するバイポーラトランジスタとを備え、前記メモリセルの各々は、前記半導体基板上にトンネル酸化膜を介して形成された浮遊ゲート電極上に絶縁膜と制御ゲート電極とがこの順番で積層された構造を有しており、前記ゲート電極は前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して配置されており、前記エミッタ電極は前記半導体基板に接して配置されている半導体装置の製造方法であって、前記不揮発性メモリ素子、前記電界効果トランジスタ、および前記バイポーラトランジスタそれぞれに対応して素子領域が形成され、かつ該素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜が形成された半導体基板上に、前記素子領域それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜を形成し、さらに、少なくとも前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域と前記バイポーラトランジスタに対応する領域それぞれに形成されている前記素子分離膜および前記電気絶縁膜を覆うようにして第1ポリシリコン膜を成膜する第1ポリシリコン膜形成工程と、前記第1ポリシリコン膜のうちで前記エミッタ電極と前記半導体基板とが接触する領域上に位置する領域および該領域の下の前記電気絶縁膜をそれぞれ除去して開口部を形成した後、前記第1ポリシリコン膜を覆うと共に前記開口部を埋めるようにして第2ポリシリコン膜を成膜する第2ポリシリコン膜形成工程と、前記第1ポリシリコン膜および前記第2ポリシリコン膜を一緒にパターニングして、前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域上に前記複数のメモリセルそれぞれでの浮遊ゲート電極の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン積層体を形成すると共に、前記エミッタ電極の形成位置にエミッタ用ポリシリコン積層体を形成するパターニング工程と、前記浮遊ゲート用ポリシリコン積層体を覆うようにして前記複数のメモリセルそれぞれでの絶縁膜の元となる浮遊ゲート用積層膜を形成する積層膜形成工程と、前記電界効果トランジスタに対応する素子領域上の電気絶縁膜と前記浮遊ゲート用積層膜とを覆う導電膜を成膜し、該導電膜をパターニングして、前記ゲート電極および前記制御ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を含んでいる。以下、この製造方法を「製造方法II」ということがある。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a nonvolatile memory element having a plurality of memory cells; a field effect transistor having at least one gate electrode; and an emitter electrode. Each of the memory cells has a structure in which an insulating film and a control gate electrode are stacked in this order on a floating gate electrode formed on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate electrode is disposed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and the emitter electrode is disposed in contact with the semiconductor substrate, A device region corresponding to each of the memory element, the field effect transistor, and the bipolar transistor; An electrical insulating film is formed on a semiconductor substrate on which an element isolation film having a predetermined pattern for locally exposing each of the element regions is formed, and further covers at least the nonvolatile memory element. A first polysilicon film forming step of forming a first polysilicon film so as to cover the element isolation film and the electric insulating film formed in each of the element region corresponding to the bipolar transistor and the region corresponding to the bipolar transistor; Forming an opening by removing the region of the first polysilicon film located on the region where the emitter electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other and the electrical insulating film below the region; A second polysilicon film forming step of forming a second polysilicon film so as to cover the first polysilicon film and fill the opening; A polysilicon layer for floating gate, which is a source of floating gate electrodes in each of the plurality of memory cells, is formed on the element region corresponding to the nonvolatile memory element by patterning the polysilicon film and the second polysilicon film together. A patterning step of forming an emitter polysilicon laminate at the emitter electrode formation position, and an insulating film in each of the plurality of memory cells so as to cover the floating gate polysilicon laminate Forming a conductive film that covers the laminated film forming step for forming the original floating gate laminated film, the electrical insulating film on the element region corresponding to the field effect transistor, and the floating gate laminated film; A gate electrode forming step of patterning a film to form the gate electrode and the control gate electrode. Hereinafter, this production method is sometimes referred to as “Production Method II”.
この発明の製造方法Iおよび製造方法IIでは、浮遊ゲート用積層膜のうちで不揮発性メモリ素子の絶縁膜となる領域をエッチングに曝すことなくBiCMOS装置を製造することができる。また、浮遊ゲート用ポリシリコン膜もしくは浮遊ゲート用ポリシリコン積層体とエミッタ電極とを一緒に形成するので、従来に比べてマスクの総数を減らすことができる。これらの結果として、製造方法Iおよび製造方法IIのいずれによっても、不揮発性メモリ素子と電界効果トランジスタとバイポーラトランジスタとを備えた所望特性の半導体装置を低コストの下に製造し易くなる。 According to the manufacturing method I and the manufacturing method II of the present invention, a BiCMOS device can be manufactured without exposing a region to be an insulating film of a nonvolatile memory element in the floating gate laminated film. Further, since the floating gate polysilicon film or the floating gate polysilicon laminate and the emitter electrode are formed together, the total number of masks can be reduced as compared with the conventional case. As a result, the manufacturing method I and the manufacturing method II make it easy to manufacture a semiconductor device having desired characteristics including a nonvolatile memory element, a field effect transistor, and a bipolar transistor at low cost.
以下に、この発明の半導体装置の製造方法および半導体装置それぞれの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device and embodiments of the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
実施の形態1.
この実施の形態1は、図23に示した断面構造を有する半導体装置を上述した製造方法Iに基づいて製造する際の一例である。製造方法Iは、既に説明したように、第1の電極形成工程、積層膜成形工程、および第2の電極形成工程を含んでいる。第2の電極形成工程の後には、所定の後工程が行われる。以下、図23で用いた参照符号を適宜引用して、工程毎に詳述する。図23を参照して既に説明した構成要素については、ここではその説明を省略する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment is an example when the semiconductor device having the cross-sectional structure shown in FIG. 23 is manufactured based on the manufacturing method I described above. As already described, the manufacturing method I includes the first electrode forming step, the laminated film forming step, and the second electrode forming step. After the second electrode formation process, a predetermined post-process is performed. In the following, the reference numerals used in FIG. Description of components already described with reference to FIG. 23 is omitted here.
(第1の電極形成工程)
第1の電極形成工程では、まず、図23に示した不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70それぞれに対応して素子領域が形成されていると共に、これら素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜24が形成されている半導体基板上に、バイポーラトランジスタのエミッタ電極62と半導体基板とが接触する領域に対応した領域上に開口部を残しつつ上記の素子領域それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜を形成する。この電気絶縁膜が形成された半導体基板を、以下、「絶縁膜付き半導体基板」と略記する。絶縁膜付き半導体基板は、自ら作製してもよいし、他で製造されたものを購入してもよい。図1−1および図1−2は、それぞれ、所望の絶縁膜付き半導体基板を得る過程で作製される中間品を概略的に示す断面図である。
(First electrode forming step)
In the first electrode formation step, first, element regions are formed corresponding to each of the
図1−1に示す中間品25Aは、P型シリコン基板2に所定の素子領域、すなわち、不揮発性メモリに対応する素子領域R1 、CMOSトランジスタに対応する素子領域R2 、およびバイポーラトランジスタに対応する素子領域R3 を形成した後、これらの素子領域R1 〜R3 に、当該素子領域R1 〜R3 の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜24と、当該素子領域R1 〜R3 それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜31aとを形成したものである。素子領域R1 にはN+ 型埋め込み層5、P型ウェル6、およびN型ウェル7が形成されており、素子領域R2 にはN型ウェル10およびP型ウェル12が形成されている。また、素子領域R3 にはN+ 型埋め込み層15、N- 型エピタキシャル層16、N型ウェル17、P型不純物拡散領域18、およびP型ウェル19が形成されている。
The
この中間品25AにおけるP型シリコン基板2には、図23に示した半導体基板25におけるのとは異なり、素子領域R1 および素子領域R2 のいずれにもソース領域およびドレイン領域が形成されていない。また、素子領域R3 には、コレクタコンタクト領域、ベースコンタクト領域、ベース領域、およびエミッタ領域が形成されていない。
Unlike the
中間品25Aを構成する各ウェル、埋め込み層、エピタキシャル領域、素子分離膜、および電気絶縁膜は、それぞれ常法により形成することができる。また、各ウェルおよびエピタキシャル領域での不純物濃度や、電気絶縁膜31aの厚さは、形成しようとする不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70(図23参照)それぞれに求められる性能等に応じて適宜選定される。電気絶縁膜31aを不揮発性メモリ素子でのトンネル酸化膜の材料として用いる場合、その膜厚は例えば10〜12nm程度とすることができる。
Each well, buried layer, epitaxial region, element isolation film, and electrical insulating film constituting the
図1−2に示す中間品25Bは、図1−1に示した中間品25AにおけるN- 型エピタキシャル層16に、バイポーラトランジスタ70(図23参照)でのベース領域の元となるP型不純物拡散領域22aを更に形成したものである。このP型不純物拡散領域22aを形成するにあたっては、例えば同図に示すように、まずP型不純物拡散領域22aの形成領域に対応した箇所に開口部OP1 を形成したイオン注入マスクM1 をP型シリコン基板2上に形成し、電気絶縁膜31aを介してP型半導体基板2にアクセプタAをイオン注入する。この後、熱処理を施して、注入したアクセプタAを活性化する。これによりP型不純物拡散領域22aが形成され、同図に示す中間品25Bが得られる。
The
図1−3は、第1の電極形成工程で作製される絶縁膜付き半導体基板の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す絶縁膜付き半導体基板25Cは、図1−2に示した中間品25Bでの電気絶縁膜31aを例えばウェットエッチングにより除去し、これによって露出したP型シリコン基板2の表面に熱酸化等の方法で新たに電気絶縁膜31bを形成した後、この電気絶縁膜31bをパターニングして、エミッタ電極62(図23参照)とP型シリコン基板とが接触する領域に対応した領域上に開口部OP2 を形成したものである。電気絶縁膜31bは、上記の開口部OP2 を残しつつ、素子領域R1 〜R3 それぞれの露出面を覆っている。
1-3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a semiconductor substrate with an insulating film manufactured in the first electrode formation step. In the semiconductor substrate with an insulating
第1の電極形成工程では、上述の絶縁膜付き半導体基板25Cを作製した後、この絶縁膜付き半導体基板25C上に、少なくとも不揮発性メモリ素子40(図23参照)に対応する素子領域R1 とバイポーラトランジスタ70(図23参照)に対応する領域R3 それぞれに形成されている素子分離膜24および電気絶縁膜31bを覆うと共に上記の開口部OP2 を埋めるようにして第1ポリシリコン膜を成膜する。そして、この第1ポリシリコン膜をパターニングして、不揮発性メモリ素子40を構成するメモリセルそれぞれでの浮遊ゲート電極33(図23参照)の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン膜を素子領域R1 に形成すると共に、バイポーラトランジスタ70のエミッタ電極62(図23参照)を素子領域R3 に形成する。第1ポリシリコン膜としては、例えばN型ポリシリコン膜を用いることができる。また、第1ポリシリコン膜の膜厚は、例えば150nm程度とすることができる。
In the first electrode formation step, after the above-described semiconductor substrate with an insulating
図2−1は、第1の電極形成工程で成膜される第1ポリシリコン膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す第1ポリシリコン膜32は、素子分離膜24および電気絶縁膜31bの各々を覆うようにして素子領域R1 ,R2 ,およびR3 の上方に形成されており、素子領域R3 においては開口部OP2 を埋めている。
FIG. 2-1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a first polysilicon film formed in the first electrode formation step. The
図2−2は、第1の電極形成工程で形成される浮遊ゲート用ポリシリコン膜およびエミッタ電極それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aは、不揮発性メモリ素子40(図23参照)に対応する素子領域R1 上の電気絶縁膜31bを覆うようにして、素子領域R1 上に形成される。また、エミッタ電極62は、P型不純物拡散領域22aに接した状態で素子領域R3 に形成される。浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aおよびエミッタ電極62を得るための第1ポリシリコン膜32のパターニングは、例えば、所定形状のエッチングマスクを用いたドライエッチングまたはウェットエッチングにより行うことができる。
FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing an example of the floating gate polysilicon film and the emitter electrode formed in the first electrode formation step. As shown in the figure, the
このようにして第1の電極形成工程を行った後、所定形状のイオン注入マスクを用いてP型不純物拡散領域22a内にドナーをイオン注入し、活性化処理を施して、N型不純物拡散領域からなるエミッタ領域をP型不純物拡散領域22a内に形成する。このときのイオン注入は、エミッタ電極62を介して行うことができる。
After performing the first electrode forming process in this way, a donor is ion-implanted into the P-type
図3は、第1の電極形成工程の後に形成されるエミッタ領域の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、エミッタ領域23は主にエミッタ電極62とP型不純物拡散領域22aとの界面からその下方に広がっており、当該エミッタ領域23の深さは、エミッタ領域23を形成する前のP型不純物拡散領域22aの深さよりも浅い。図1−3に示した絶縁膜付き半導体基板25Cにエミッタ領域23まで形成したものを、以下、「絶縁膜付き半導体基板25D」といい、図3においても参照符号25Dで示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of an emitter region formed after the first electrode formation step. As shown in the figure, the
(積層膜成形工程)
積層膜成形工程では、浮遊ゲート用ポリシリコン膜33a(図3参照)を覆うようにして、不揮発性メモリ素子を構成する複数のメモリセルそれぞれでの絶縁膜35(図23参照)の元となる浮遊ゲート用積層膜を形成する。この浮遊ゲート用積層膜は、例えば、当該浮遊ゲート用積層膜の元となる積層膜を成膜した後に当該積層膜をパターニングすることによって形成される。
(Laminated film forming process)
In the laminated film forming step, the insulating film 35 (see FIG. 23) in each of the plurality of memory cells constituting the nonvolatile memory element is formed so as to cover the floating
図4−1は、浮遊ゲート用積層膜の元となる積層膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、積層膜34は、素子領域R1 から素子領域R2 および素子領域R3 に亘ってこれらの素子領域R1 〜R3 の上方に設けられる。この積層膜34は、例えばONO膜またはON膜からなる積層構造の膜であるが、図4−1においては便宜上1つの層として描いている。
FIG. 4A is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a stacked film that is a source of the floating gate stacked film. As shown in the drawing, the
なお、上記のON膜は、酸化膜と窒化膜とをこの順番で積層することによって形成された2層構造の積層膜であり、酸化膜としてはシリコン酸化膜が多用され、窒化膜としてはシリコン窒化膜が多用される。 Note that the ON film is a laminated film having a two-layer structure formed by laminating an oxide film and a nitride film in this order. A silicon oxide film is often used as the oxide film, and a silicon film is used as the nitride film. A nitride film is frequently used.
図4−2は、積層膜成形工程で形成される浮遊ゲート用積層膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、浮遊ゲート用積層膜35aは素子領域R1 の上方に形成されて、浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aを覆う。素子領域R2 上の電気絶縁膜31bおよび素子領域R3 上の電気絶縁膜31bは、露出している。
FIG. 4B is a cross-sectional view schematically showing an example of a laminated film for floating gate formed in the laminated film forming step. As shown in the figure, the
(第2の電極形成工程)
第2の電極形成工程では、素子領域R2 上の電気絶縁膜と浮遊ゲート用積層膜35aとを覆う導電膜を成膜し、この導電膜をパターニングして、CMOSトランジスタを構成する各ゲート電極44(図23参照)および不揮発性メモリ素子を構成する各制御ゲート電極37(図23参照)を形成する。
(Second electrode forming step)
In the second electrode formation step, a conductive film is formed covering the electrical insulating film on the element region R 2 and the floating gate laminated
CMOSトランジスタ60(図23参照)の高性能化を図るうえからは、電気絶縁膜31bのうちで不揮発性メモリ素子40(図23参照)に対応する素子領域上に位置している領域(以下、この領域の電気絶縁膜31bを「電気絶縁膜31c」という。)を除いた残りの領域を、例えばウェットエッチングにより除去し、これによって露出したP型シリコン基板2の表面に熱酸化等の方法で新たに電気絶縁膜を形成した後に、上記の導電膜を成膜することが好ましい。また、浮遊ゲート電極33(図23参照)の形成を容易にするうえからは、上記の導電膜の上に無機絶縁膜を更に積層することが好ましい。
In order to improve the performance of the CMOS transistor 60 (see FIG. 23), a region (hereinafter referred to as the following) located in the element region corresponding to the nonvolatile memory element 40 (see FIG. 23) in the electrical
図5−1は、第2の電極形成工程で成膜される導電膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、上記の導電膜37aは、各素子領域R2 ,R3 と浮遊ゲート用積層膜35aとを覆うようにして成膜されている。この導電膜37aとしては、例えば、N型ポリシリコン膜や、N型ポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜との積層膜等を用いることができ、その膜厚は例えば200nm程度とすることができる。
FIG. 5A is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a conductive film formed in the second electrode formation step. As shown in the figure, the
図示の例では、素子領域R2 ,R3 でのP型シリコン基板2の表面に新たな電気絶縁膜42aが形成されている。この電気絶縁膜42aは、CMOSトランジスタでのゲート絶縁膜42(図23参照)の元となるものであり、シリコン酸化物等によって形成される。電気絶縁膜42aの膜厚は、例えば10〜15nm程度とすることができる。
In the illustrated example, a new electrical
また、導電膜37aの上には、上記の無機絶縁膜39aが積層されている。この無機絶縁膜39aは、浮遊ゲート電極33(図23参照)を異方性エッチングによって形成する際のエッチング保護膜の材料として利用されるものであり、例えばシリコン酸化物等によって形成される。無機絶縁膜39aの膜厚は、その材質や、浮遊ゲート用積層膜35aおよび浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aそれぞれの膜厚等に応じて適宜選定される。
Further, the above-described inorganic
無機絶縁膜39aを設けた場合の導電膜37aのパターニングは、例えば、無機絶縁膜39a上に所定形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして用いて無機絶縁膜39aおよび導電膜37aをエッチングすることによって行われる。このパターニングにより、不揮発性メモリ素子における各制御ゲート電極37(図23参照)、およびCMOSトランジスタにおける各ゲート電極44(図23参照)を形成する。
The patterning of the
図5−2は、第2の電極形成工程で形成される制御ゲート電極およびゲート電極それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、各制御ゲート電極37は浮遊ゲート用積層膜35a上に形成され、各ゲート電極44は電気絶縁膜42a上に形成される。個々の制御ゲート電極37上、および個々のゲート電極44上には、無機絶縁膜39aから形成された保護膜39が位置している。
FIG. 5B is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the control gate electrode and the gate electrode formed in the second electrode formation step. As shown in the figure, each
以上説明した第2の電極形成工程まで行った後、(1) 浮遊ゲート電極の形成、(2) 不揮発性メモリ素子におけるトンネル酸化膜およびCMOSトランジスタにおけるゲート絶縁膜それぞれの形成、(3) サイドウォールスペーサの形成、(4) 不揮発性メモリ素子およびCMOSトランジスタそれぞれにおけるソース領域およびドレイン領域の形成、(5) バイポーラトランジスタにおけるコレクタコンタクト領域およびベースコンタクト領域の形成、(6) コンタクトプラグの形成、ならびに(7) 上部配線の形成を順次行うことにより、図23に示したBiCMOS装置100と同様の構造を有する半導体装置を得ることができる。以下、第2の電極形成工程を行った後に形成される各部材の形成方法について説明する。
After performing the second electrode formation process described above, (1) formation of floating gate electrode, (2) formation of tunnel oxide film in nonvolatile memory element and gate insulating film in CMOS transistor, (3) sidewall Formation of spacers, (4) formation of source and drain regions in each of the nonvolatile memory element and the CMOS transistor, (5) formation of collector contact region and base contact region in the bipolar transistor, (6) formation of contact plugs, and ( 7) By sequentially forming the upper wiring, a semiconductor device having the same structure as that of the
浮遊ゲート電極33(図23参照)は、例えば、各制御ゲート電極37上の保護膜39(図5−2参照)をエッチング保護膜として利用し、かつ不揮発性メモリ素子に対応する素子領域中の電気絶縁膜31cおよび素子分離膜24(図5−2参照)をエッチングストッパとして利用した異方性エッチング(例えばドライエッチング)により、形成することができる。
The floating gate electrode 33 (see FIG. 23) uses, for example, the protective film 39 (see FIG. 5-2) on each
図6は、上記の異方性エッチングによって形成された浮遊ゲート電極を概略的に示す断面図である。同図に示すように、上記の異方性エッチングは、不揮発性メモリ素子に対応する素子領域を除いた他の領域をエッチングマスクM2 によって保護した状態下で行う。浮遊ゲート用積層膜35aおよび浮遊ゲート用ポリシリコン膜33a(図5−2参照)それぞれのうちで保護膜39と平面視上重なる領域は異方性エッチングから保護され、他の領域は異方性エッチングにより除去される。その結果として、電気絶縁膜31c上に所定個の浮遊ゲート電極33が形成される。個々の浮遊ゲート電極33上には、浮遊ゲート用積層膜35aから成形された絶縁膜35が位置しており、この絶縁膜35上には前述した制御ゲート電極37および保護膜39がこの順番で積層されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the floating gate electrode formed by the anisotropic etching. As shown in the figure, the anisotropic etching of the above, perform other region excluding the element area corresponding to the non-volatile memory device in a state where protected by the etching mask M 2. Of each of the floating gate laminated
不揮発性メモリ素子におけるトンネル酸化膜31(図23参照)、およびCMOSトランジスタにおけるゲート絶縁膜42(図23参照)は、浮遊ゲート電極33の形成時に用いたエッチングマスクM2 (図6参照)を除去した後に形成される。例えば、電気絶縁膜31cのうちので浮遊ゲート電極33によって覆われていない領域、および電気絶縁膜42aのうちでゲート電極44によって覆われていない領域をドライエッチングで除去することにより、トンネル酸化膜31およびゲート絶縁膜42(図23参照)を形成することができる。
The tunnel oxide film 31 (see FIG. 23) in the nonvolatile memory element and the gate insulating film 42 (see FIG. 23) in the CMOS transistor remove the etching mask M 2 (see FIG. 6) used when forming the floating
サイドウォールスペーサは、例えば、トンネル酸化膜31およびゲート絶縁膜42まで形成した後に、P型シリコン基板2(図6参照)上に所定膜厚のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を等方的に成膜し、この膜をエッチバックすることによって形成することができる。サイドウォールスペーサは、(1)トンネル酸化膜31と、浮遊ゲート電極33と、絶縁膜35と、制御ゲート電極37と、保護膜39との積層物における線幅方向の両側、(2)ゲート絶縁膜42(図23参照)とゲート電極44と保護膜39との積層物における線幅方向の両側、および、(3)エミッタ電極62における線幅方向の両側にそれぞれ形成される。これらのサイドウォールスペーサのうち、不揮発性メモリ素子40(図23参照)を構成するサイドウォールスペーサは、CMOSトランジスタ60(図23参照)を構成するサイドウォールスペーサおよびバイポーラトランジスタ70(図23参照)を構成するサイドウォールスペーサとは別工程で形成することが好ましい。
For example, after the sidewall spacer is formed up to the
不揮発性メモリ素子およびCMOSトランジスタそれぞれにおけるソース領域およびドレイン領域の形成と、バイポーラトランジスタにおけるコレクタコンタクト領域またはベースコンタクト領域の形成とは、並行して行うことができる。 The formation of the source region and the drain region in each of the nonvolatile memory element and the CMOS transistor and the formation of the collector contact region or the base contact region in the bipolar transistor can be performed in parallel.
例えば、所定形状のイオン注入マスクを用いたイオン注入により、不揮発性メモリ素子のソース領域8sおよびドレイン領域8d(図23参照)それぞれに対応する領域、CMOSトランジスタにおけるNチャネルMOSトランジスタ55のソース領域12sおよびドレイン領域12d(図23参照)それぞれに対応する領域、ならびにバイポーラトランジスタのコレクタコンタクト領域20(図23参照)に対応する領域にドナーをイオン注入して、不純物添加領域を形成する。また、他のイオン注入マスクを用いたイオン注入により、CMOSトランジスタにおけるPチャネルMOSトランジスタ50のソース領域10sおよびドレイン領域10d(図23参照)それぞれに対応する領域、ならびにバイポーラトランジスタのベースコンタクト領域21(図23参照)に対応する領域にアクセプタをイオン注入して、不純物添加領域を形成する。その後、これらの不純物添加領域に不純物活性化のための熱処理を施すことにより、必要個の不純物拡散領域を形成することができる。
For example, by ion implantation using an ion implantation mask having a predetermined shape, a region corresponding to each of the
図7は、ドナーをイオン注入した後にアクセプタをイオン注入する際に使用するイオン注入マスクの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、このイオン注入マスクM3 には、PチャネルMOSトランジスタ50(図23参照)に対応する素子領域上に開口した開口部OP5 と、バイポーラトランジスタ70のベースコンタクト領域21(図23参照)に対応する領域上に開口した開口部OP6 とを有している。これらの開口部OP5 ,OP6 に進入したアクセプタAのうち、保護膜39、サイドウォールスペーサSw、または素子分離膜24によって遮られなかったアクセプタAがP型シリコン基板2に注入される。このようにしてP型シリコン基板2に不純物(ドナーおよびアクセプタ)を添加した後、これらの不純物を活性化して不純物拡散領域を形成することにより、図23に示した半導体基板25が得られる。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of an ion implantation mask used when an acceptor is ion-implanted after a donor is ion-implanted. As shown in the figure, the ion implantation mask M 3 includes an opening OP 5 opened on the element region corresponding to the P-channel MOS transistor 50 (see FIG. 23) and the base contact region 21 ( And an opening OP 6 opened on a region corresponding to FIG. 23). Among the acceptors A that have entered the openings OP 5 and OP 6 , the acceptor A that is not blocked by the
なお、図7においては、便宜上、上記のイオン注入によって形成される各不純物添加領域ではなく、添加した不純物を活性化することによって得られる不純物拡散領域、すなわち、各ソース領域、各ドレイン領域、および各コンタクト領域を示してある。また、サイドウォールスペーサSwへのハッチングの付与は省略している。 In FIG. 7, for the sake of convenience, not the impurity-added regions formed by the ion implantation described above, but the impurity diffusion regions obtained by activating the added impurities, that is, the source regions, the drain regions, and Each contact region is shown. Further, hatching to the sidewall spacer Sw is omitted.
必要に応じて、ソース領域およびドレイン領域の各々はLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。LDD構造のソース領域およびドレイン領域を形成するにあたっては、例えば、サイドウォールスペーサSwを形成する前にP型シリコン基板2へのイオン注入を行って、不純物のドーズ量が少なく、不純物の注入深さも浅い不純物拡散領域を形成し、その後、サイドウォールスペーサSwを形成してから再びP型シリコン基板2へのイオン注入を行って、不純物のドーズ量が多く、不純物の注入深さも深い不純物拡散領域を形成する。
If necessary, each of the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure. In forming the source region and the drain region of the LDD structure, for example, ions are implanted into the P-
不揮発性メモリ素子、CMOSトランジスタ、またはバイポーラトランジスタに接続される各コンタクトプラグ92(図23参照)は、例えば次のようにして形成することができる。まず、上述のようにして形成した半導体基板25上に所望の有機材料または無機材料で層間絶縁膜90(図23参照)を形成し、この層間絶縁膜90の所定箇所に異方性エッチングによりスルーホールを形成する。次いで、各スルーホール内にタングステンやタングステン−アルミニウム合金等の導電性材料を蒸着法により堆積させる。この後、層間絶縁膜90の上面に堆積した余剰の導電性材料を除去することにより、各スルーホール内にコンタクトプラグ92を形成する。
Each contact plug 92 (see FIG. 23) connected to the nonvolatile memory element, the CMOS transistor, or the bipolar transistor can be formed as follows, for example. First, an interlayer insulating film 90 (see FIG. 23) is formed of a desired organic material or inorganic material on the
各コンタクトプラグに接続される上部配線94(図23参照)は、例えば、コンタクトプラグ92の形成後に層間絶縁膜90上に導電層を形成し、この導電層上に所定形状のエッチングマスクを形成した後に当該導電膜をエッチングすることにより形成することができる。上部配線94としてダマシン配線を用いることも可能である。上部配線94まで形成することにより、図23に示したBiCMOS装置100と同様の構造を有するBiCMOS装置を得ることができる。
For the upper wiring 94 (see FIG. 23) connected to each contact plug, for example, a conductive layer is formed on the
このようにして作製されたBiCMOS装置では、各浮遊ゲート電極33(図23参照)の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aとエミッタ電極62とが同一の工程で形成され、その後に各絶縁膜35の元となる浮遊ゲート用積層膜35aが形成される。また、浮遊ゲート用積層膜35aを覆う導電膜37aおよび無機絶縁膜39a(図5−1参照)を成膜し、これらをパターニングして制御ゲート電極37および保護膜39を形成した後に、絶縁膜35および浮遊ゲート電極33が形成される。浮遊ゲート用積層膜35a(絶縁膜35)の上面は、全工程を通じてエッチング処理に曝されない。
In the BiCMOS device thus manufactured, the floating
このため、BiCMOS装置の製造過程で浮遊ゲート用積層膜35aの電気絶縁特性が低下してしまうこと、および浮遊ゲート用積層膜35aの膜厚にばらつきが生じることがそれぞれ抑制される。結果として、不揮発性メモリ素子40(図23参照)を構成する個々の絶縁膜35での電気絶縁特性、および浮遊ゲート電極33と制御ゲート電極37との間の結合容量をそれぞれ所望の範囲内に収めることが容易になり、所望の記憶特性、消去特性、および書き込み特性を有する不揮発性メモリ素子40を形成し易くなる。また、BiCMOS装置の製造過程で使用するマスクの総数も低減される。したがって、所望特性のBiCMOS装置を低い製造コストの元に得ることが容易になる。
For this reason, the electrical insulating characteristics of the floating gate laminated
実施の形態2.
この実施の形態2は、前述した製造方法IIによってBiCMOS装置を製造するものである。製造方法IIによって製造されるBiCMOS装置では、浮遊ゲート電極およびエミッタ電極が、それぞれ2層構造を有している。
In the second embodiment, a BiCMOS device is manufactured by the manufacturing method II described above. In the BiCMOS device manufactured by the manufacturing method II, each of the floating gate electrode and the emitter electrode has a two-layer structure.
図8は、上記の構造を有するBiCMOS装置を概略的に示す断面図である。同図に示すBiCMOS装置200は、不揮発性メモリ素子140における浮遊ゲート電極133が第1浮遊ゲート電極133aとその上に積層された第2浮遊ゲート電極133bとの2層構造を有し、かつ、バイポーラトランジスタ170におけるエミッタ電極162が第1エミッタ電極162aと第2エミッタ電極162bとの2層構造を有しているという点を除き、図23に示したBiCMOS装置100と同様の構造を有している。図8に示した構成部材のうちで図23に示した構成部材と共通するものについては、図23で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a BiCMOS device having the above structure. In the
このような構造を有するBiCMOS装置200を製造方法IIによって製造するにあたっては、第1ポリシリコン膜形成工程、第2ポリシリコン膜形成工程、パターニング工程、積層膜形成工程、およびゲート電極形成工程を順次行った後、所定の後工程を行う。以下、図8で用いた参照符号を適宜引用して、工程毎に詳述する。実施の形態1で既に説明した構成要素については、ここではその説明を省略する。
In manufacturing the
(第1ポリシリコン膜形成工程)
第1ポリシリコン膜形成工程では、不揮発性メモリ素子140、電界効果トランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ170(図8参照)それぞれに対応して素子領域が形成され、かつ素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜が形成された半導体基板上に、上記の素子領域それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜を形成し、さらに、少なくとも不揮発性メモリ素子140に対応する素子領域とバイポーラトランジスタ170に対応する領域それぞれに形成されている素子分離膜および電気絶縁膜を覆うようにして第1ポリシリコン膜を成膜する。
(First polysilicon film forming step)
In the first polysilicon film forming step, element regions are formed corresponding to the
上記の半導体基板としては、例えば図1−2に示したP型シリコン基板2が用いられる。また、第1ポリシリコン膜としては不純物がドープされたポリシリコン膜、例えばN型ポリシリコン膜が用いられ、その膜厚は例えば50nm程度とすることができる。
As the semiconductor substrate, for example, a P-
不揮発性メモリ素子140およびCMOSトランジスタ60(図8参照)それぞれの高性能化を図るうえからは、図1−2に示した中間品25Bを得る場合と同様にしてP型シリコン基板2にP型不純物拡散領域22aまで形成した後、表面の電気絶縁膜31a(図1−2参照)を例えばウェットエッチングにより除去し、これによって露出したP型シリコン基板2の表面に熱酸化等の方法で新たに電気絶縁膜を形成することが好ましい。この場合、第1ポリシリコン膜は、新たな電気絶縁膜を形成した後に成膜する。
In order to improve the performance of each of the
図9は、第1ポリシリコン膜形成工程で成膜される第1ポリシリコン膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す第1ポリシリコン膜132aは、図1−2に示した中間品25Bを得る場合と同様にしてP型シリコン基板2にP型不純物拡散領域22aまで形成した後、表面の電気絶縁膜31a(図1−2参照)を除去して新たな電気絶縁膜131aを形成し、その後、素子分離膜24および電気絶縁膜131aの各々を覆うようにして成膜されたものである。第1ポリシリコン膜132aはN型ポリシリコンによって形成されて、不揮発性メモリ素子に対応する素子領域R1 からCMOSトランジスタに対応する素子領域R2 およびバイポーラトランジスタに対応する素子領域R3 に亘っている。なお、新たな電気絶縁膜131aはシリコン酸化物等によって形成される。この電気絶縁膜131aの膜厚は、例えば10〜12nm程度とすることができる。以下、電気絶縁膜31a(図1−2参照)を除去して新たな電気絶縁膜131aを形成した半導体基板を「絶縁膜付き半導体基板25E」といい、図9においても参照符号「25E」で示す。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the first polysilicon film formed in the first polysilicon film forming step. The
(第2ポリシリコン膜形成工程)
第2ポリシリコン膜形成工程では、上記の第1ポリシリコン膜132aのうちでエミッタ電極162(図8参照)とP型シリコン基板2とが接触する領域上に位置する領域および当該領域の下の電気絶縁膜131aをそれぞれ除去して開口部を形成した後、第1ポリシリコン膜132aを覆うと共に上記の開口部を埋める第2ポリシリコン膜を成膜する。
(Second polysilicon film forming step)
In the second polysilicon film forming step, in the
上記の開口部は、例えば、第1ポリシリコン膜132a上に所定形状のエッチングマスクを形成した後、第1ポリシリコン膜132aおよびその下の電気絶縁膜にエッチング処理を施すことによって形成することができる。また、第2ポリシリコン膜としては不純物がドープされたポリシリコン膜、例えばN型ポリシリコン膜が用いられ、その膜厚は例えば100nm程度とすることができる。
The opening may be formed, for example, by forming an etching mask having a predetermined shape on the
図10は、第2ポリシリコン膜形成工程で成膜される第2ポリシリコン膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、第1ポリシリコン膜132aのうちでエミッタ電極162(図8参照)とP型シリコン基板2とが接触する領域上に位置する領域および当該領域の下の電気絶縁膜131aには、P型シリコン基板2に達する開口部OP10が形成されている。第2ポリシリコン膜132bは、第1ポリシリコン膜132aを覆うと共に開口部OP10を埋めるようにして、素子領域R1 〜R3 上に成膜されている。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the second polysilicon film formed in the second polysilicon film forming step. As shown in the figure, in the
(パターニング工程)
パターニング工程では、上述した第1ポリシリコン膜および第2ポリシリコン膜を一緒にパターニングして、各浮遊ゲート電極133(図8参照)の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン積層体を形成すると共に、エミッタ電極162(図8参照)の形成位置にエミッタ用ポリシリコン積層体を形成する。
(Patterning process)
In the patterning step, the first polysilicon film and the second polysilicon film described above are patterned together to form a floating gate polysilicon stack that is the basis of each floating gate electrode 133 (see FIG. 8). An emitter polysilicon laminate is formed at the formation position of the emitter electrode 162 (see FIG. 8).
図11は、パターニング工程で形成される浮遊ゲート用ポリシリコン積層体およびエミッタ用ポリシリコン積層体それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133Aは、第1ポリシリコン膜132aの一領域からなる第1浮遊ゲート用ポリシリコン膜133aと、第2ポリシリコン膜132bの一領域からなる第2浮遊ゲート用ポリシリコン膜133bとの積層体である。この浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133Aは、不揮発性メモリ素子140(図8参照)に対応する素子領域R1 上の電気絶縁膜131aを覆うようにして、素子領域R1 上に形成されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the floating gate polysilicon laminate and the emitter polysilicon laminate formed in the patterning step. As shown in the drawing, the floating gate polysilicon stacked
また、エミッタ用ポリシリコン積層体162は、第1ポリシリコン膜132aの一領域からなる第1エミッタ用ポリシリコン膜162aと、第2ポリシリコン膜132bの一領域からなる第2エミッタ用ポリシリコン膜162bとの2層構造を有しており、第2エミッタ用ポリシリコン膜162bはP型不純物拡散領域22aに接している。第1ポリシリコン膜132aと第2ポリシリコン膜132bとを一緒にパターニングするにあたっては、第2ポリシリコン膜132b上に所定形状のエッチングマスクを形成し、その後に第1ポリシリコン膜132aおよび第2ポリシリコン膜132bにエッチング処理を施す。
The
前述したように、第1ポリシリコン膜132aおよび第2ポリシリコン膜132bは、それぞれ、不純物がドープされたポリシリコン膜であるので、上記の浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133Aは実施の形態1での浮遊ゲート用ポリシリコン膜33a(図2−2参照)に相当する。また、エミッタ用ポリシリコン積層体162はそのままエミッタ電極(以下、「エミッタ電極162」という。)となる。以下、エミッタ電極162のうちで第1ポリシリコン膜132aから形成された部分を第1エミッタ電極162aといい、第2ポリシリコン膜132bから形成された部分を第2エミッタ電極162bという。
As described above, each of the
このようにしてパターニング工程を行った後、所定形状のイオン注入マスクを用いてP型不純物拡散領域22a内にドナーをイオン注入し、活性化処理を施して、N型不純物拡散領域からなるエミッタ領域をP型不純物拡散領域22a内に形成する。このときのイオン注入は、エミッタ電極162を介して行うことができる。
After performing the patterning process in this way, a donor is ion-implanted into the P-type
図12は、上述のようにして形成されたエミッタ領域23の一例を概略的に示す断面図である。このエミッタ領域23は、主にエミッタ電極162とP型不純物拡散領域22aとの界面の下方に広がっており、その深さは、エミッタ領域23を形成する前のP型不純物拡散領域22aの深さよりも浅い。エミッタ領域23まで形成したP型シリコン基板2は、図3に示した半導体基板25Dに相当するので、図12においても参照符号「25D」で示す。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the
(積層膜形成工程)
積層膜形成工程では、浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133A(図12参照)を覆うようにして、不揮発性メモリ素子を構成する複数のメモリセルそれぞれでの絶縁膜35(図8参照)の元となる浮遊ゲート用積層膜を形成する。この積層膜形成工程は実施の形態1における積層膜成形工程と同様にして行われるので、ここではその説明を省略する。
(Laminated film formation process)
In the laminated film forming step, the insulating film 35 (see FIG. 8) in each of the plurality of memory cells constituting the nonvolatile memory element is formed so as to cover the floating gate polysilicon laminated
(ゲート電極形成工程)
ゲート電極形成工程では、素子領域R2 上の電気絶縁膜131aと浮遊ゲート用積層膜133A(図12参照)とを覆う導電膜を成膜し、この導電膜をパターニングして、CMOSトランジスタを構成する各ゲート電極44(図8参照)および不揮発性メモリ素子を構成する各制御ゲート電極37(図8参照)を形成する。このゲート電極形成工程は、実施の形態1における第2の電極形成工程と同様にして行われるので、ここではその説明を省略する。
(Gate electrode formation process)
In the gate electrode formation step, a conductive film covering the electrical insulating
なお、CMOSトランジスタ60(図8参照)の高性能化を図るうえからは、電気絶縁膜131aのうちで不揮発性メモリ素子140(図8参照)に対応する素子領域上に位置している領域を除いた残りの領域を、例えばウェットエッチングにより除去し、これによって露出したP型シリコン基板2の表面に熱酸化等の方法で新たに電気絶縁膜を形成した後に、上記の導電膜を成膜することが好ましい。
In order to improve the performance of the CMOS transistor 60 (see FIG. 8), a region located on the element region corresponding to the nonvolatile memory element 140 (see FIG. 8) in the electrical insulating
以上説明したゲート電極形成工程まで行った後、実施の形態1におけるのと同様に(1) 浮遊ゲート電極の形成、(2) 不揮発性メモリ素子におけるトンネル酸化膜およびCMOSトランジスタにおけるゲート絶縁膜それぞれの形成、(3) サイドウォールスペーサの形成、(4) 不揮発性メモリ素子およびCMOSトランジスタそれぞれにおけるソース領域およびドレイン領域の形成、(5) バイポーラトランジスタにおけるコレクタコンタクト領域およびベースコンタクト領域の形成、(6) コンタクトプラグの形成、ならびに(7) 上部配線の形成を順次行うことにより、図8に示したBiCMOS装置200を得ることができる。
After performing the above-described gate electrode formation step, (1) formation of floating gate electrode, (2) tunnel oxide film in the nonvolatile memory element and gate insulating film in the CMOS transistor, respectively, as in the first embodiment. Formation, (3) formation of sidewall spacers, (4) formation of source and drain regions in each of the nonvolatile memory element and the CMOS transistor, (5) formation of collector contact region and base contact region in the bipolar transistor, (6) The
このようにして製造されたBiCMOS装置200では、浮遊ゲート電極133(図8参照)の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133Aとエミッタ電極162とが同一の工程で形成されるので(図12参照)、実施の形態1におけるのと同様に、積層膜形成工程で形成された浮遊ゲート用積層膜の上面は全工程を通じてエッチング処理に曝されない。
In the
その結果として、不揮発性メモリ素子140を構成する個々の絶縁膜35(図8参照)での電気絶縁特性、および浮遊ゲート電極33と制御ゲート電極37との間の結合容量をそれぞれ所望の範囲内に収めることが容易になり、所望の記憶特性、消去特性、および書き込み特性を有する不揮発性メモリ素子140を形成し易くなる。また、BiCMOS装置200の製造過程で使用するマスクの総数も低減される。したがって、所望特性のBiCMOS装置を低い製造コストの元に得ることが容易になる。
As a result, the electric insulation characteristics of the individual insulating films 35 (see FIG. 8) constituting the
さらに、トンネル酸化膜31およびゲート絶縁膜42(図8参照)それぞれの元となる電気絶縁膜を形成した後、この電気絶縁膜上に第1ポリシリコン膜132aおよび第2ポリシリコン膜132bを積層するので(図10参照)、トンネル酸化膜31およびゲート絶縁膜42それぞれの上面については全工程を通じてエッチングマスクまたはイオン注入マスクとの接触が防止される。このようにしてトンネル酸化膜31およびゲート絶縁膜42を形成すると、高品質のトンネル酸化膜31およびゲート絶縁膜42が得られるので、信頼性の高い不揮発性メモリ素子140およびCMOSトランジスタ60を作製することが容易になる。
Further, after forming an electrical insulating film as a source of the
実施の形態3.
この実施の形態3は、不揮発性メモリ素子における浮遊ゲート電極、およびバイポーラトランジスタにおけるエミッタ電極がそれぞれ2層構造を有しているBiCMOS装置200(図8参照)の他の製造方法に係るものである。この製造方法でも、上述した実施の形態2と同様に、第1ポリシリコン膜形成工程、第2ポリシリコン膜形成工程、パターニング工程、積層膜形成工程、およびゲート電極形成工程を順次行った後に所定の後工程を行って、BiCMOS装置200を得る。
The third embodiment relates to another manufacturing method of the BiCMOS device 200 (see FIG. 8) in which the floating gate electrode in the nonvolatile memory element and the emitter electrode in the bipolar transistor each have a two-layer structure. . In this manufacturing method as well as in the second embodiment described above, the first polysilicon film forming step, the second polysilicon film forming step, the patterning step, the laminated film forming step, and the gate electrode forming step are sequentially performed before the predetermined process. The
実施の形態2で説明した製造方法との相違は、第1ポリシリコン膜形成工程および第2ポリシリコン膜形成工程でそれぞれアンドープのポリシリコン膜、すなわち不純物をドープしていないポリシリコン膜を形成し、第2ポリシリコン膜形成工程を行った後に「ドーピング工程」を行う点にある。このドーピング工程では、第1ポリシリコン膜形成工程および第2ポリシリコン膜形成工程でそれぞれ成膜したアンドープのポリシリコン膜にヒ素(As)をドープして、これらのポリシリコン膜をN型ポリシリコン膜にすると共にバイポーラトランジスタ170のエミッタ領域23(図8参照)を形成する。
The difference from the manufacturing method described in the second embodiment is that an undoped polysilicon film, that is, a polysilicon film not doped with impurities is formed in the first polysilicon film forming step and the second polysilicon film forming step, respectively. The “doping step” is performed after the second polysilicon film forming step. In this doping step, arsenic (As) is doped into the undoped polysilicon films formed in the first polysilicon film forming step and the second polysilicon film forming step, respectively, and these polysilicon films are made into N-type polysilicon. The emitter region 23 (see FIG. 8) of the
アンドープのポリシリコンをN型ポリシリコンにし、かつエミッタ領域23を形成するためのヒ素(As)のドープは、パターニング工程の後に行うこともできる。しかしながら、BiCMOS装置を製造するために使用するマスクの総数を少なくするという観点からは、第2ポリシリコン膜形成工程の後、パターニング工程の前に上述のドーピング工程を行うことが好ましい。
The undoped polysilicon is changed to N-type polysilicon and arsenic (As) for forming the
図13は、ドーピング工程でイオン注入法によりヒ素(As)をドープする際の様子を概略的に示す断面図である。同図に示すように、ヒ素(As)のイオン注入は、第2ポリシリコン膜132U2 上にイオン注入マスクを設けることなく、第2ポリシリコン膜132U2 の全面に行う。このときのヒ素イオンの加速電圧は例えば40keV程度とし、注入するヒ素イオンの濃度は例えば1×1016/cm2 程度とすることができる。このイオン注入によって、第1ポリシリコン膜132U1 および第2ポリシリコン膜132U2 にヒ素イオンが注入されると共に、これらのポリシリコン膜132U1 ,132U2 を介してP型不純物拡散領域22aにもヒ素イオンが注入される。P型シリコン基板2における他の領域は、電気絶縁膜131aまたは素子分離膜24によって覆われているので、ヒ素イオンの注入が抑制される。
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a state when arsenic (As) is doped by an ion implantation method in a doping step. As shown in the figure, the ion implantation of arsenic (As), without providing the ion implantation mask is formed on the second polysilicon film 132U 2, carried out in the second polysilicon film 132U 2 entirely. The acceleration voltage of arsenic ions at this time can be about 40 keV, for example, and the concentration of arsenic ions to be implanted can be about 1 × 10 16 / cm 2, for example. By this ion implantation, arsenic ions are implanted into the first polysilicon film 132U 1 and the second polysilicon film 132U 2 and also into the P-type
図14は、上述のようにして注入したヒ素イオンを活性することによって形成されたN型ポリシリコン膜132c,132d、およびエミッタ領域23それぞれの一例を概略的に示す断面図である。第1ポリシリコン膜132U1 からN型ポリシリコン膜132cが形成され、第2ポリシリコン膜132U2 からN型ポリシリコン膜132dが形成されている。N型ポリシリコン膜132cが実施の形態2における第1ポリシリコン膜に相当し、N型ポリシリコン膜132dが実施の形態2における第2ポリシリコン膜に相当する。イオン注入したヒ素(As)の活性化は、例えば窒素ガス雰囲気中で850℃、30分の熱処理を施すことによって行うことができる。
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the N-
この後、実施の形態2におけるのと同様にしてパターニング工程、積層膜形成工程、およびゲート電極形成工程を順次行う。そして、ゲート電極形成工程まで行った後、実施の形態2におけるのと同様に(1) 浮遊ゲート電極の形成、(2) 不揮発性メモリ素子におけるトンネル酸化膜およびCMOSトランジスタにおけるゲート絶縁膜それぞれの形成、(3) サイドウォールスペーサの形成、(4) 不揮発性メモリ素子およびCMOSトランジスタそれぞれにおけるソース領域およびドレイン領域の形成、(5) バイポーラトランジスタにおけるコレクタコンタクト領域およびベースコンタクト領域の形成、(6) コンタクトプラグの形成、ならびに(7) 上部配線の形成を順次行うことにより、図8に示したBiCMOS装置200を得ることができる。
Thereafter, the patterning step, the laminated film forming step, and the gate electrode forming step are sequentially performed in the same manner as in the second embodiment. Then, after performing the gate electrode formation step, (1) formation of the floating gate electrode, and (2) formation of the tunnel oxide film in the nonvolatile memory element and the gate insulating film in the CMOS transistor as in the second embodiment. , (3) formation of sidewall spacers, (4) formation of source and drain regions in each of the nonvolatile memory element and the CMOS transistor, (5) formation of collector contact region and base contact region in the bipolar transistor, (6) contact The
このようにしてBiCMOS装置200を製造した場合でも、実施の形態2におけるのと同様の理由から、所望の記憶特性、消去特性、および書き込み特性を有する不揮発性メモリ素子140を形成し易くなる。また、BiCMOS装置200の製造過程で使用するマスクの総数も低減される。したがって、所望特性のBiCMOS装置を低い製造コストの元に得ることが容易になる。また、信頼性の高い不揮発性メモリ素子140およびCMOSトランジスタ60を作製することが容易になる。
Even when the
さらに、ドーピング工程でヒ素(As)をドープしてエミッタ領域23を形成するので、リン(P)をドープする場合に比べて不純物の拡散定数が小さくなり、結果として、リン(P)をドープしてエミッタ領域23を形成する場合に比べてエミッタ領域23を浅くすることができる。これに伴って、P型不純物拡散領域22も浅くすることが可能になる。これらの結果として、実施の形態2に比べてバイポーラトランジスタ170の動作速度を高速にすることが容易になる。
Further, since the
実施の形態4.
この実施の形態4は、不揮発性メモリ素子、CMOSトランジスタ、およびバイポーラトランジスタの他に容量素子も備えたBiCMOS装置およびその製造方法それぞれの一例であり、当該BiCMOS装置の製造方法は、実施の形態1で説明した製造方法と同様に、第1の電極形成工程、積層膜成形工程、および第2の電極形成工程を含んでいる。第2の電極形成工程の後には、所定の後工程が行われる。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment is an example of a BiCMOS device provided with a capacitive element in addition to a nonvolatile memory element, a CMOS transistor, and a bipolar transistor, and a method for manufacturing the BiCMOS device. The method for manufacturing the BiCMOS device is described in the first embodiment. As in the manufacturing method described above, the first electrode forming step, the laminated film forming step, and the second electrode forming step are included. After the second electrode formation process, a predetermined post-process is performed.
図15は、容量素子も備えたBiCMOS装置の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すBiCMOS装置300は、図23に示した不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70の他に、容量素子280をも備えている。図15に示した構成要素のうちで図23に示した構成要素と共通するものについては、図23で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing an example of a BiCMOS device also including a capacitive element. The
BiCMOS装置300を構成する半導体基板225は、不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70それぞれに対応する素子領域に加えて、容量素子280に対応する素子領域を有しており、この素子領域にはP型ウェル205が形成されている。また、素子分離膜24は、容量素子280に対応する素子領域を覆っている。
The
容量素子280は、素子分離膜24上に形成された下部電極272と、この下部電極272を覆う絶縁膜274と、絶縁膜274上に形成された上部電極276と、上部電極276上に形成された保護膜278とを備えている。下部電極272は、浮遊ゲート電極33およびエミッタ電極62それぞれの元となったポリシリコン膜(実施の形態1でいう「第1ポリシリコン膜」)から形成されたものである。また、絶縁膜274は、絶縁膜35の元となった積層膜から形成されたものである。そして、上部電極276は、制御ゲート電極37の元となった導電膜から形成されたものであり、保護膜278は、保護膜39の元となった膜から形成されたものである。
The
層間絶縁膜90は、不揮発性メモリ素子40、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ70に加えて対応容量素子280も覆っており、この層間絶縁膜90を貫通するようにして設けられた複数本のコンタクトプラグ92が容量素子280に接続されている。すなわち、2本のコンタクトプラグ92が容量素子280の下部電極272に接続され、3本のコンタクトプラグ92が上部電極276に接続されている。容量素子280に対応するこれらのコンタクトプラグ92にも、それぞれ、所定の上部配線94が接続されている。
The
このようなBiCMOS装置300は、第1の電極形成工程で、上記のP型ウェル205をも有する半導体基板上に浮遊ゲート用ポリシリコン膜とエミッタ電極とに加えて上記の下部電極272も形成し、積層膜形成工程で、浮遊ゲート用積層膜に加えて上記の絶縁膜274も形成し、第2の電極形成工程で、各ゲート電極および各制御ゲート電極に加えて上記の上部電極276も形成する以外は、実施の形態1で説明した製造方法(製造方法I)に従って製造することができる。以下、図16〜図18を参照して、これらの工程について説明する。
In such a
図16は、第1の電極形成工程で形成される各電極それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、第1の電極形成工程では、浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aおよびエミッタ電極62に加え、容量素子に対応する素子領域R4 上に容量素子の下部電極272を形成する。素子領域R4 にはP型ウェル205が形成されており、P型ウェル205上には素子領域R4 を覆うようにして素子分離膜24が形成されている。下部電極272は、素子分離膜24上に形成される。
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of each electrode formed in the first electrode formation step. As shown in the figure, the first electrode forming step, in addition to the floating
なお、P型シリコン基板2は、素子領域R4 を有すると共に当該素子領域R4 を覆うようにして素子分離膜24が形成されているという点を除き、図2−2に示したP型シリコン基板2と同様の構造を有している。このP型シリコン基板2には、図2−2に示した絶縁膜付き半導体基板25Cにおけるのと同様の電気絶縁膜31bが形成されているので、素子領域R4 を有するP型シリコン基板2に当該電気絶縁膜31bまで形成したものを、以下、「絶縁膜付き半導体基板225C」といい、図16においても参照符号「225C」で示す。
The P-
上述した下部電極272を形成するために、第1の電極形成工程では、素子領域R4 上の素子分離膜24も覆うようにして第1のポリシリコン膜を成膜する以外は、実施の形態1における第1の電極形成工程と同様にして第1ポリシリコン膜が成膜される。そして、この第1ポリシリコン膜をパターニングして、浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aとエミッタ電極62とに加えて上述の下部電極272を形成する。なお、図16に示した構成要素のうちで図2−2に示した構成要素と共通するものについては、図2−2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
In order to form the
図17は、積層膜成形工程で形成される浮遊ゲート用積層膜、および容量素子用の絶縁膜それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、積層膜成形工程では、絶縁膜35(図15参照)の元となる積層膜34(図4−1参照)をパターニングして、浮遊ゲート用積層膜35aおよび容量素子の絶縁膜274を形成する。絶縁膜274は、下部電極272の上面および各側面を覆うようにして、素子領域R4 上に形成される。したがって積層膜形成工程では、浮遊ゲート用ポリシリコン膜33aおよび下部電極272を覆うようにして、上記の積層膜34が成膜される。
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the floating gate laminated film and the capacitive element insulating film formed in the laminated film forming step. As shown in the figure, in the laminated film forming step, the laminated film 34 (see FIG. 4-1) that is the source of the insulating film 35 (see FIG. 15) is patterned to form the floating gate laminated
実施の形態1におけるのと同様に、積層膜成形工程に先立って絶縁膜付き半導体基板225C(図16参照)にエミッタ領域23を形成する。エミッタ領域23まで形成した絶縁膜付き半導体基板を、以下、「絶縁膜付き半導体基板225D」といい、図17においても参照符号「225D」で示す。なお、図17に示した構成要素のうちで図4−2に示した構成要素と共通するものについては、図4−2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
Similarly to the first embodiment, the
図18は、第2の電極形成工程で形成される電極それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、第2の電極形成工程では、導電膜37a(図5−1参照)または当該導電膜37aとその上に積層された無機絶縁膜39a(図5−1参照)とをパターニングして、各制御電極37および各ゲート電極44に加えて容量素子の上部電極276も形成する。導電膜37aの上に無機絶縁膜39aを積層した場合には、各制御電極37上および各ゲート電極44上に保護膜39が形成され、上部電極276上に保護膜278が形成される。
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing an example of each electrode formed in the second electrode formation step. As shown in the figure, in the second electrode formation step, a
したがって第2の電極形成工程では、CMOSトランジスタに対応する素子領域R2 上の電気絶縁膜31a(図17参照)もしくは当該電気絶縁膜31aを除去して新たに成膜された電気絶縁膜42a(図18参照)と、浮遊ゲート用積層膜35aとに加えて、絶縁膜274も覆うようにして上記の導電膜37aが成膜される。上記の無機絶縁膜39aについても同様である。上部電極276まで形成することにより、容量素子280が得られる。なお、図18に示した構成要素のうちで図5−2に示した構成要素と共通するものについては、図5−2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
Thus in the second electrode forming step, the electrical insulation on the element region R 2 corresponding to the
このようにして第2の電極成形工程まで行った後、実施の形態1におけるのと同様にして所定の後工程を行うことにより、図15に示したBiCMOS装置300を得ることができる。BiCMOS装置300における容量素子280の静電容量は、実質的に絶縁膜274の誘電率のみによって決まり、電圧依存性を有していない。このため、容量素子280ではその高性能化を図ることが容易である。
After performing up to the second electrode forming step in this way, a predetermined post-process is performed in the same manner as in the first embodiment, whereby the
実施の形態5.
この実施の形態5は、不揮発性メモリ素子、CMOSトランジスタ、およびバイポーラトランジスタの他に容量素子も備えたBiCMOS装置およびその製造方法それぞれについての他の例であり、当該BiCMOS装置の製造方法は、実施の形態2で説明した製造方法(製造方法II)と同様に、第1ポリシリコン膜形成工程、第2ポリシリコン膜形成工程、パターニング工程、積層膜形成工程、およびゲート電極形成工程を含んでいる。ゲート電極形成工程の後には、所定の後工程が行われる。
The fifth embodiment is another example of a BiCMOS device provided with a capacitive element in addition to a nonvolatile memory element, a CMOS transistor, and a bipolar transistor, and a method for manufacturing the BiCMOS device. As in the manufacturing method (manufacturing method II) described in
図19は、容量素子をも備えたBiCMOS装置の他の例を概略的に示す断面図である。同図に示すBiCMOS装置400は、図8に示した不揮発性メモリ素子140、CMOSトランジスタ60、およびバイポーラトランジスタ170の他に容量素子380も備えている。また、このBiCMOS装置400を構成している半導体基板は、図15に示したBiCOM装置300における半導体基板225と同じである。図19に示した構成要素のうちで図8または図15に示した構成要素と共通するものについては、図8または図15で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing another example of a BiCMOS device also including a capacitive element. The
BiCMOS装置400を構成する容量素子380は、下部電極372と、この下部電極372を覆う絶縁膜374と、絶縁膜374上に配置された上部電極376と、上部電極376上に配置された保護膜378とを備えており、下部電極372は、第1下部電極372aと、その上に積層された第2下部電極372bとの2層構造を有している。実施の形態4におけるのと同様に、半導体基板225は容量素子380に対応する素子領域を有しており、当該素子領域にはP型ウェル205が形成されている。そして、このP型ウェル205を覆うようにして素子分離膜24が形成され、容量素子380に対応する素子領域上の素子分離膜24の上に下部電極372が形成されている。
The
下部電極372を構成する第1下部電極372aは、第1浮遊ゲート電極133aおよび第1エミッタ電極162aそれぞれの元となったポリシリコン膜から形成されたものであり、第2下部電極372bは、第2浮遊ゲート電極133bおよび第2エミッタ電極162bそれぞれの元となったポリシリコン膜から形成されたものである。また、絶縁膜374は、絶縁膜35の元となった積層膜から形成されたものであり、上部電極376は、制御ゲート電極37の元となった導電膜から形成されたものである、そして、保護膜378は、保護膜39の元となった無機絶縁膜から形成されたものである。
The first
図15に示したBiCMOS装置300におけるのと同様に、容量素子380は層間絶縁膜90によって覆われており、この層間絶縁膜90を貫通するようにして設けられた複数本のコンタクトプラグ92が容量素子380に接続されている。すなわち、2本のコンタクトプラグ92が容量素子380の下部電極372に接続され、3本のコンタクトプラグ92が上部電極376に接続されている。各コンタクトプラグ92には、それぞれ、所定の上部配線94が接続されている。
As in the
このようなBiCMOS装置400は、実施の形態2で説明した製造方法(製造方法II)に準じて製造することができる。このとき、第1ポリシリコン膜形成工程では、容量素子380に対応する素子領域上においても素子分離膜24を覆うようにして第1ポリシリコン膜132a(図9参照)を成膜する。また、第2ポリシリコン膜形成工程では、容量素子380に対応する素子領域上においても第1ポリシリコン膜132aを覆うようにして、第2ポリシリコン膜132b(図10参照)を成膜する。パターニング工程、積層膜形成工程、およびゲート電極形成工程については、図20〜図22を参照して以下に詳述する。
Such a
図20は、パターニング工程で形成される各積層体それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、パターニング工程では、第1ポリシリコン膜132aおよび第2ポリシリコン膜132bを一緒にパターニングして、浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133Aとエミッタ電極用ポリシリコン積層体162とに加えて下部電極用のポリシリコン積層体372を形成する。第1ポリシリコン膜132aおよび第2ポリシリコン膜132bにはそれぞれ不純物がドープされているので、実施の形態2におけるのと同様にエミッタ電極用ポリシリコン積層体162がそのままエミッタ電極(以下、「エミッタ電極162」という。)になり、下部電極用のポリシリコン積層体372がそのまま下部電極(以下、「下部電極372」という。)となる。
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing an example of each laminate formed in the patterning step. As shown in the drawing, in the patterning step, the
下部電極372は、第1ポリシリコン膜132aから形成された第1下部電極372aと、第2ポリシリコン膜132bから形成された第2下部電極372bとの2層構造を有しており、容量素子に対応する素子領域R4 上に形成される。素子領域R4 が形成されているP型シリコン基板2は、素子領域R4 を有すると共に当該素子領域R4 を覆うようにして素子分離膜24が形成されているという点を除き、図11に示したP型シリコン基板2と同様の構造を有している。そして、このP型シリコン基板2には、図11に示した絶縁膜付き半導体基板25Eにおけるのと同様の電気絶縁膜131aが形成されているので、素子領域R4 を有するP型シリコン基板2に当該電気絶縁膜131aまで形成したものを、以下、「絶縁膜付き半導体基板225E」といい、図20においても参照符号「225E」で示す。なお、図20に示した構成要素のうちで図11に示した構成要素と共通するものについては、図11で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
The
図21は、積層膜形成工程で形成される浮遊ゲート用積層膜、および容量素子用の絶縁膜それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、積層膜形成工程では、絶縁膜35(図19参照)の元となる積層膜34(図4−1参照)をパターニングして、浮遊ゲート用積層膜35aおよび容量素子の絶縁膜374を形成する。絶縁膜374は、下部電極372の上面および各側面を覆うようにして、素子領域R4 上に形成される。したがって積層膜形成工程では、浮遊ゲート用ポリシリコン積層体133Aaおよび下部電極372を覆うようにして、上記の積層膜34が成膜される。実施の形態2におけるのと同様に、積層膜形成工程に先立って絶縁膜付き半導体基板225Eにエミッタ領域23を形成する。エミッタ領域23まで形成した絶縁膜付き半導体基板を、「絶縁膜付き半導体基板225D」といい、図21においても参照符号「225D」で示す。
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the floating gate laminated film and the capacitor element insulating film formed in the laminated film forming step. As shown in the figure, in the laminated film forming step, the laminated film 34 (see FIG. 4-1) that is the source of the insulating film 35 (see FIG. 19) is patterned to form the floating gate laminated
図22は、ゲート電極形成工程で形成される電極それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、ゲート電極形成工程では、導電膜37a(図5−1参照)または当該導電膜37aとその上に積層された無機絶縁膜39a(図5−1参照)とをパターニングして、各制御電極37および各ゲート電極44に加え容量素子380の上部電極376も形成する。導電膜37aの上に無機絶縁膜39aを積層した場合には、各制御電極37上および各ゲート電極44上に保護膜39が形成され、上部電極376上に保護膜378が形成される。
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the electrodes formed in the gate electrode formation step. As shown in the figure, in the gate electrode formation step, the
したがってゲート電極形成工程では、CMOSトランジスタに対応する素子領域上の電気絶縁膜131a(図20参照)もしくは当該電気絶縁膜131aを除去して新たに成膜された電気絶縁膜42a(図22参照)と、浮遊ゲート用積層膜35aとに加えて、絶縁膜374も覆うようにして上記の導電膜37aが成膜される。上記の無機絶縁膜39aについても同様である。このようにして上部電極376まで形成することにより、容量素子380が得られる。なお、図22に示した構成要素のうちで図5−2に示した構成要素と共通するものについては、図5−2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
Therefore, in the gate electrode formation step, the electric insulating
このようにしてゲート電極成形工程まで行った後、実施の形態2におけるのと同様にして所定の後工程を行うことにより、図19に示したBiCMOS装置400を得ることができる。BiCMOS装置400を構成する上記の容量素子380の静電容量は、実質的に絶縁膜374の誘電率のみによって決まり、電圧依存性を有していない。このため、容量素子380ではその高性能化を図ることが容易である。なお、BiCMOS装置400は、実施の形態3で説明した製造方法に準じて製造することもできる。
After performing the gate electrode forming step in this manner, the
23 エミッタ領域
24 素子分離膜
25,225 半導体基板
31 トンネル酸化膜
31b 大形の電気絶縁膜
32 第1ポリシリコン膜
33 浮遊ゲート電極
33a 浮遊ゲート用ポリシリコン膜
34 大形の積層膜
35 絶縁膜
35a 浮遊ゲート用積層膜
37 制御ゲート電極
37a 大形の導電膜
40 不揮発性メモリ
44 ゲート電極
50 PチャネルMOSトランジスタ
55 NチャネルMOSトランジスタ
60 CMOSトランジスタ
62 エミッタ電極
70 バイポーラトランジスタ
100,200,300,400 半導体装置(BiCMOS装置)
132a 第1ポリシリコン膜
132b 第2ポリシリコン膜
132U1 不純物がドープされていない第1ポリシリコン膜
132U2 不純物がドープされていない第2ポリシリコン膜
133A 浮遊ゲート用ポリシリコン積層体
162 エミッタ用ポリシリコン積層体(2層構造を有するエミッタ電極)
280,380 容量素子
272 容量素子の下部電極
274,374 容量素子の絶縁膜
276,376 容量素子の上部電極
372 2層構造を有する下部電極
R1 ,R2 ,R3 ,R4 素子領域
23
132a
280, 380
Claims (8)
前記不揮発性メモリ素子、前記電界効果トランジスタ、および前記バイポーラトランジスタそれぞれに対応して素子領域が形成され、かつ該素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜が形成された半導体基板上に、前記エミッタ電極と前記半導体基板とが接触する領域に対応した領域上に開口部を残しつつ前記素子領域それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜を形成し、さらに、少なくとも前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域と前記バイポーラトランジスタに対応する領域それぞれに形成されている前記素子分離膜および前記電気絶縁膜を覆うと共に前記開口部を埋めるようにして第1ポリシリコン膜を成膜した後、該第1ポリシリコン膜をパターニングして、前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域上には前記複数のメモリセルそれぞれでの浮遊ゲート電極の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン膜を形成し、前記バイポーラトランジスタに対応する素子領域上には前記エミッタ電極を形成する第1の電極形成工程と、
前記浮遊ゲート用ポリシリコン膜を覆うようにして前記複数のメモリセルそれぞれでの絶縁膜の元となる浮遊ゲート用積層膜を形成する積層膜成形工程と、
前記電界効果トランジスタに対応する素子領域上の電気絶縁膜と前記浮遊ゲート用積層膜とを覆う導電膜を成膜し、該導電膜をパターニングして、前記ゲート電極および前記制御ゲート電極を形成する第2の電極形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate, a non-volatile memory element having a plurality of memory cells, a field effect transistor having at least one gate electrode, and a bipolar transistor having an emitter electrode, each of the memory cells being formed on the semiconductor substrate An insulating film and a control gate electrode are stacked in this order on a floating gate electrode formed via a tunnel oxide film, and the gate electrode is formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the emitter electrode is disposed in contact with the semiconductor substrate,
A semiconductor substrate in which element regions are formed corresponding to each of the nonvolatile memory element, the field effect transistor, and the bipolar transistor, and an element isolation film having a predetermined pattern that locally exposes each of the element regions An electrical insulating film is formed on the region corresponding to the region where the emitter electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other, leaving an opening, and covering the exposed surface of each of the device regions, and at least the nonvolatile memory device After forming the first polysilicon film so as to cover the element isolation film and the electric insulating film formed in each of the element region corresponding to the bipolar transistor and the region corresponding to the bipolar transistor and to fill the opening, The first polysilicon film is patterned so that the first polysilicon film is formed on the element region corresponding to the nonvolatile memory element. The former become floating gate polysilicon film of the floating gate electrode in each of a plurality of memory cells formed, said the device on a region corresponding to the bipolar transistor and the first electrode forming step of forming the emitter electrode,
A laminated film forming step of forming a floating gate laminated film serving as an insulating film in each of the plurality of memory cells so as to cover the floating gate polysilicon film;
A conductive film is formed to cover the electrical insulating film on the element region corresponding to the field effect transistor and the laminated film for the floating gate, and the conductive film is patterned to form the gate electrode and the control gate electrode. A second electrode forming step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の電極形成工程で、前記エミッタ電極と前記半導体基板とが接触する領域に対応した領域上に開口部を残しつつ前記不揮発性メモリ素子、前記電界効果トランジスタ、および前記バイポーラトランジスタそれぞれに対応する素子領域の露出面を覆う電気絶縁膜を前記半導体基板に形成し、さらに、少なくとも前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域、前記バイポーラトランジスタに対応する素子領域、および前記容量素子に対応する素子領域それぞれに形成されている前記素子分離膜、ならびに、少なくとも前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域と前記バイポーラトランジスタに対応する素子領域それぞれに形成されている前記電気絶縁膜を覆うと共に前記開口部を埋めるようにして第1ポリシリコン膜を成膜した後、該第1ポリシリコン膜をパターニングして、前記浮遊ゲート用ポリシリコン膜と前記エミッタ電極とに加えて前記下部電極を更に形成し、
前記積層膜成形工程で、前記浮遊ゲート用積層膜に加えて該浮遊ゲート用積層膜と同じ層構成を有する絶縁膜を前記下部電極上に更に形成し、
前記第2の電極形成工程で、前記電界効果トランジスタに対応する素子領域と前記浮遊ゲート用積層膜との他に前記絶縁膜も覆うようにして前記導電膜を成膜した後、該導電膜をパターニングして、前記ゲート電極と前記制御ゲート電極とに加えて前記上部電極を更に形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor substrate further includes an element region corresponding to a capacitive element having a structure in which an insulating film and an upper electrode are stacked in this order on a lower electrode, and the nonvolatile memory element, the field effect transistor, and the bipolar An element isolation film having a predetermined pattern covering the element region corresponding to the capacitive element while locally exposing each element region corresponding to each transistor;
Corresponding to each of the nonvolatile memory element, the field effect transistor, and the bipolar transistor while leaving an opening in a region corresponding to a region where the emitter electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other in the first electrode forming step. Forming an electrical insulating film covering the exposed surface of the element region to be formed on the semiconductor substrate, and further, an element region corresponding to at least the nonvolatile memory element, an element region corresponding to the bipolar transistor, and an element corresponding to the capacitor element Covering the element isolation film formed in each region, and at least the element region corresponding to the nonvolatile memory element and the electric insulating film formed in each element region corresponding to the bipolar transistor, and the opening After forming the first polysilicon film so as to fill First polysilicon film is patterned to further form the lower electrode in addition to said emitter electrode and the floating gate polysilicon film,
In the laminated film forming step, in addition to the floating gate laminated film, an insulating film having the same layer configuration as the floating gate laminated film is further formed on the lower electrode,
In the second electrode forming step, the conductive film is formed so as to cover the insulating film in addition to the element region corresponding to the field effect transistor and the laminated film for the floating gate, and then the conductive film is formed. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the upper electrode is further formed in addition to the gate electrode and the control gate electrode by patterning.
前記不揮発性メモリ素子、前記電界効果トランジスタ、および前記バイポーラトランジスタそれぞれに対応して素子領域が形成され、かつ該素子領域の各々を局所的に露出させる所定パターンの素子分離膜が形成された半導体基板上に、前記素子領域それぞれの露出面を覆う電気絶縁膜を形成し、さらに、少なくとも前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域と前記バイポーラトランジスタに対応する領域それぞれに形成されている前記素子分離膜および前記電気絶縁膜を覆うようにして第1ポリシリコン膜を成膜する第1ポリシリコン膜形成工程と、
前記第1ポリシリコン膜のうちで前記エミッタ電極と前記半導体基板とが接触する領域上に位置する領域および該領域の下の前記電気絶縁膜をそれぞれ除去して開口部を形成した後、前記第1ポリシリコン膜を覆うと共に前記開口部を埋めるようにして第2ポリシリコン膜を成膜する第2ポリシリコン膜形成工程と、
前記第1ポリシリコン膜および前記第2ポリシリコン膜を一緒にパターニングして、前記不揮発性メモリ素子に対応する素子領域上に前記複数のメモリセルそれぞれでの浮遊ゲート電極の元となる浮遊ゲート用ポリシリコン積層体を形成すると共に、前記エミッタ電極の形成位置にエミッタ用ポリシリコン積層体を形成するパターニング工程と、
前記浮遊ゲート用ポリシリコン積層体を覆うようにして前記複数のメモリセルそれぞれでの絶縁膜の元となる浮遊ゲート用積層膜を形成する積層膜形成工程と、
前記電界効果トランジスタに対応する素子領域上の電気絶縁膜と前記浮遊ゲート用積層膜とを覆う導電膜を成膜し、該導電膜をパターニングして、前記ゲート電極および前記制御ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate, a non-volatile memory element having a plurality of memory cells, a field effect transistor having at least one gate electrode, and a bipolar transistor having an emitter electrode, each of the memory cells being formed on the semiconductor substrate An insulating film and a control gate electrode are stacked in this order on a floating gate electrode formed via a tunnel oxide film, and the gate electrode is formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the emitter electrode is disposed in contact with the semiconductor substrate,
A semiconductor substrate in which element regions are formed corresponding to each of the nonvolatile memory element, the field effect transistor, and the bipolar transistor, and an element isolation film having a predetermined pattern that locally exposes each of the element regions An electrical insulating film covering the exposed surface of each of the element regions is formed thereon, and further, the element isolation film formed at least in each of the element region corresponding to the nonvolatile memory element and the region corresponding to the bipolar transistor And a first polysilicon film forming step of forming a first polysilicon film so as to cover the electrical insulating film;
After the first polysilicon film is removed by removing the region located on the region where the emitter electrode and the semiconductor substrate are in contact with each other and the electrical insulating film below the region, the opening is formed. A second polysilicon film forming step of forming a second polysilicon film so as to cover the polysilicon film and fill the opening;
The first polysilicon film and the second polysilicon film are patterned together to form a floating gate serving as a source of a floating gate electrode in each of the plurality of memory cells on an element region corresponding to the nonvolatile memory element. A patterning step of forming a polysilicon laminate, and forming an emitter polysilicon laminate at a position where the emitter electrode is formed;
A laminated film forming step of forming a floating gate laminated film serving as an insulating film in each of the plurality of memory cells so as to cover the floating gate polysilicon laminated body;
A conductive film is formed to cover the electrical insulating film on the element region corresponding to the field effect transistor and the laminated film for the floating gate, and the conductive film is patterned to form the gate electrode and the control gate electrode. A gate electrode forming step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記パターニング工程を行う前に前記第1ポリシリコン膜および前記第2ポリシリコン膜にヒ素(As)をドープして、該第1ポリシリコン膜および該第2ポリシリコン膜をN型ポリシリコン膜にすると共に前記バイポーラトランジスタに対応する素子領域にエミッタ領域を形成するドーピング工程を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 Each of the first polysilicon film and the second polysilicon film is made of polysilicon not doped with impurities,
Before performing the patterning step, the first polysilicon film and the second polysilicon film are doped with arsenic (As), and the first polysilicon film and the second polysilicon film are formed into an N-type polysilicon film. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising a doping step of forming an emitter region in an element region corresponding to the bipolar transistor.
前記第1ポリシリコン膜成形工程で、前記容量素子に対応する素子領域上においても前記素子分離膜を覆うようにして前記第1ポリシリコン膜を成膜し、
前記第2ポリシリコン膜形成工程で、前記容量素子に対応する素子領域上においても前記第1ポリシリコン膜を覆うようにして前記第2ポリシリコン膜を成膜し、
前記パターニング工程で前記第1ポリシリコン膜および前記第2ポリシリコン膜を一緒にパターニングして、前記浮遊ゲート用ポリシリコン積層体および前記エミッタ用ポリシリコン積層体に加えて前記下部電極用のポリシリコン積層体を更に形成し、
前記積層膜形成工程で、前記浮遊ゲート用積層膜に加えて該浮遊ゲート用積層膜と同じ層構成を有する絶縁膜を前記下部電極上に形成し、
前記ゲート電極形成工程で、前記電界効果トランジスタに対応する素子領域と前記浮遊ゲート用積層膜との他に前記絶縁膜も覆うようにして前記導電膜を成膜した後、該導電膜をパターニングして、前記ゲート電極と前記制御ゲート電極とに加えて前記上部電極を更に形成することを特徴とする請求項3,4または5に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor substrate further includes an element region corresponding to a capacitive element having a structure in which an insulating film and an upper electrode are stacked in this order on a lower electrode, and the nonvolatile memory element, the field effect transistor, and the bipolar An element isolation film having a predetermined pattern covering the element region corresponding to the capacitive element while locally exposing each element region corresponding to each transistor;
In the first polysilicon film forming step, the first polysilicon film is formed so as to cover the element isolation film also on the element region corresponding to the capacitive element,
In the second polysilicon film forming step, the second polysilicon film is formed so as to cover the first polysilicon film also on the element region corresponding to the capacitive element,
In the patterning step, the first polysilicon film and the second polysilicon film are patterned together, and in addition to the floating gate polysilicon laminate and the emitter polysilicon laminate, the lower electrode polysilicon is formed. Further forming a laminate,
In the laminated film forming step, in addition to the floating gate laminated film, an insulating film having the same layer configuration as the floating gate laminated film is formed on the lower electrode,
In the gate electrode formation step, the conductive film is formed so as to cover the insulating film in addition to the element region corresponding to the field effect transistor and the laminated film for the floating gate, and then the conductive film is patterned. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the upper electrode is further formed in addition to the gate electrode and the control gate electrode.
前記浮遊ゲート電極および前記エミッタ電極が、それぞれ2層構造を有していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate, a non-volatile memory element having a plurality of memory cells, a field effect transistor having at least one gate electrode, and a bipolar transistor having an emitter electrode, each of the memory cells being formed on the semiconductor substrate A semiconductor in which an insulating film and a control gate electrode are stacked in this order on a floating gate electrode formed through a tunnel oxide film, and the emitter electrode is disposed in contact with the semiconductor substrate A device,
The semiconductor device, wherein each of the floating gate electrode and the emitter electrode has a two-layer structure.
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US7989875B2 (en) | 2008-11-24 | 2011-08-02 | Nxp B.V. | BiCMOS integration of multiple-times-programmable non-volatile memories |
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