JP2007208152A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Hideaki Yamakoshi
英明 山越
Kazuyoshi Shiba
和佳 志波
Yasuhiro Taniguchi
泰裕 谷口
Fukuo Owada
福夫 大和田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide techniques for lowering the cost of a semiconductor device and techniques for forming a well matching characteristics of a memory cell and a high-dielectric-strength MISFET. <P>SOLUTION: A resist pattern 25 is formed which covers memory cell formation regions M1 to M3 and a low-dielectric-strength MISFET formation region T, and exposes a high-dielectric-strength MISFET formation region K. This resist pattern 25 is used as a mask to form a p-type well 26 in the high-dielectric-strength MISFET formation region K. Then a channel formation region 27 is formed by using the resist pattern 25 as a mask. Further, a resist pattern is formed which covers the high-dielectric-strength MISFET formation region K and low-dielectric-strength MISFET formation region T and exposes the memory cell formation regions M1 to M3. This resist pattern is used as a mask to form a p-type well and a channel formation region in the memory cell formation regions M1 to M3. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、不揮発性メモリセルおよびその周辺回路を含む半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device including a nonvolatile memory cell and its peripheral circuit and a manufacturing technique thereof.

特開2003−37250号公報(特許文献1)には、安定した高性能の周辺回路トランジスタを得ることができる半導体メモリの製造方法が開示されている。具体的には、不揮発性メモリトランジスタからなるセルアレイと周辺回路とが集積される半導体メモリの製造方法が開示されている。この特許文献1には、シリコン基板のセルアレイ領域に犠牲酸化膜を介してイオン注入を行なうことにより、セルアレイ領域にp型ウェルを形成し、周辺回路の高電圧系トランジスタ形成領域にも犠牲酸化膜を介してイオン注入を行なうことにより、高電圧系トランジスタ用のp型ウェルおよびn型ウェルを形成する。このとき、セルアレイ領域に形成されるp型ウェルと高電圧系トランジスタ領域に形成されるp型ウェルとは同時に形成するとしている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2003-37250 (Patent Document 1) discloses a semiconductor memory manufacturing method capable of obtaining a stable and high-performance peripheral circuit transistor. Specifically, a method for manufacturing a semiconductor memory in which a cell array composed of nonvolatile memory transistors and a peripheral circuit are integrated is disclosed. In this patent document, a p-type well is formed in a cell array region by performing ion implantation in a cell array region of a silicon substrate via a sacrificial oxide film, and a sacrificial oxide film is also formed in a high voltage transistor forming region of a peripheral circuit. Ion implantation is performed to form a p-type well and an n-type well for a high-voltage transistor. At this time, the p-type well formed in the cell array region and the p-type well formed in the high voltage transistor region are formed simultaneously.

その後、シリコン基板に、不揮発性メモリトランジスタ用のトンネル絶縁膜を形成し、このトンネル絶縁膜をセルアレイ領域に残して除去する。そして、周辺回路領域に高電圧系トランジスタ用のゲート絶縁膜を形成する。このゲート絶縁膜を介してイオン注入を行ない、低電圧系トランジスタ用にp型ウェルおよびn型ウェルを形成する。その後、低電圧トランジスタ用のゲート絶縁膜を形成するとしている。
特開2003−37250号公報
Thereafter, a tunnel insulating film for the nonvolatile memory transistor is formed on the silicon substrate, and the tunnel insulating film is removed while leaving the cell array region. Then, a gate insulating film for a high voltage transistor is formed in the peripheral circuit region. Ions are implanted through this gate insulating film to form p-type wells and n-type wells for low-voltage transistors. Thereafter, a gate insulating film for a low voltage transistor is formed.
JP 2003-37250 A

電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置(半導体装置)は、オンボードでプログラムの書き換えができることから、製品の開発期間の短縮、開発効率の向上が可能になるほか、少量多品種製品への対応、仕向け先別チューニングなどの用途に応用が広がっている。特に近年では、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)内蔵マイコンへのニーズが大きい。   Electrically rewritable non-volatile semiconductor memory devices (semiconductor devices) can be rewritten on-board, which can shorten product development time and improve development efficiency. Applications are expanding in applications such as response and tuning by destination. Particularly in recent years, there is a great need for microcomputers with built-in EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).

これまで、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置としては、ポリシリコン膜を電荷蓄積膜としたEEPROMが主に使用されていた。   Until now, an EEPROM using a polysilicon film as a charge storage film has been mainly used as an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device.

しかし、ポリシリコン膜を電荷蓄積膜としたEEPROMでは、ポリシリコン膜を取り囲む酸化膜のどこか一部にでも欠陥があると、電荷蓄積膜が導体であるため、異常リークにより電荷蓄積膜に貯えられた電子がすべて抜け出てしまう問題点を持っている。特に今後微細化が進み集積度が向上してくると、この問題がより顕著になってくると考えられる。   However, in an EEPROM using a polysilicon film as a charge storage film, if there is a defect in any part of the oxide film surrounding the polysilicon film, the charge storage film is a conductor. There is a problem that all the electrons that are sent out. In particular, it is considered that this problem will become more prominent when miniaturization progresses and the degree of integration increases.

そこで、電荷蓄積膜としてポリシリコン膜ではなく窒化シリコン膜(Si)を電荷蓄積膜とするMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)構造およびMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)構造が提案されている。この構造の場合、電子は、絶縁体である窒化シリコン膜の離散的なトラップ準位中に蓄積されるため、電荷蓄積膜のどこか一部に欠陥が生じて異常リークが起きても、電荷蓄積膜に蓄積された電子がすべて抜け出てしまうことがない。このため、データ保持の信頼度を向上させることができる。 Therefore, an MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) structure and a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) structure using a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) as a charge storage film instead of a polysilicon film have been proposed. In this structure, electrons are stored in the discrete trap levels of the silicon nitride film, which is an insulator. Therefore, even if a defect occurs in some part of the charge storage film and abnormal leakage occurs, All the electrons stored in the storage film will not escape. For this reason, the reliability of data retention can be improved.

上述したような不揮発性半導体記憶装置には、MONOS構造をしたメモリセルを2次元状に複数配置したメモリセルアレイとこのメモリセルアレイを駆動する周辺回路が形成されている。周辺回路には、相対的に耐圧の高い高耐圧MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が含まれており、高耐圧MISFETは、メモリセルの駆動回路(デコーダ)や昇圧回路などに使用されている。これらメモリセル、高耐圧MISFETおよび低耐圧MISFETは同一の半導体基板に形成されるが、メモリセルおよび高耐圧MISFETに印加される電圧が似ていることから、本発明者らが検討した技術ではメモリセルおよび高耐圧MISFETのウェルは同一工程で一度に形成されている。以下に、本発明者らが検討した技術におけるメモリセルおよび高耐圧MISFETのウェル形成技術について説明する。   In the nonvolatile semiconductor memory device as described above, a memory cell array in which a plurality of memory cells having a MONOS structure are arranged two-dimensionally and a peripheral circuit for driving the memory cell array are formed. The peripheral circuit includes a high breakdown voltage MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) having a relatively high breakdown voltage, and the high breakdown voltage MISFET is used for a drive circuit (decoder) of a memory cell, a booster circuit, and the like. . Although these memory cell, high withstand voltage MISFET and low withstand voltage MISFET are formed on the same semiconductor substrate, the voltage applied to the memory cell and the high withstand voltage MISFET is similar. The cell and the well of the high voltage MISFET are formed at the same time in the same process. Hereinafter, a technique for forming a well of a memory cell and a high voltage MISFET in the technique studied by the present inventors will be described.

まず、半導体基板上に例えばSTI法(Shallow Trench Isolation)などを用いて素子分離領域を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を用いてウェル分離層を形成する。その後、半導体基板の表面に酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜上にウェル形成用レジストパターンを形成する。このウェル形成用レジストパターンは、メモリセル形成領域および高耐圧MISFET形成領域を露出し、それ以外の領域を覆うようにパターニングされている。   First, an element isolation region is formed on a semiconductor substrate using, for example, an STI method (Shallow Trench Isolation). Then, a well isolation layer is formed using a photolithography technique and an ion implantation method. Thereafter, a silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate, and a well forming resist pattern is formed on the silicon oxide film. The well forming resist pattern is patterned to expose the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region and cover the other regions.

次に、このウェル形成用レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、メモリセル形成領域および高耐圧MISFET形成領域に同じp型ウェルを同時に形成する。続いて、ウェル形成用レジストパターンを除去した後、高耐圧MISFETのチャネル形成領域を形成するための第1チャネル形成領域用レジストパターンを形成する。この第1チャネル形成領域用レジストパターンは、高耐圧MISFET形成領域だけを露出し、その他の領域を覆っている。そして、この第1チャネル形成領域用レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、高耐圧MISFETのチャネル形成領域を形成する。   Next, the same p-type well is simultaneously formed in the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region by ion implantation using the well formation resist pattern as a mask. Subsequently, after removing the well formation resist pattern, a first channel formation region resist pattern for forming a channel formation region of the high breakdown voltage MISFET is formed. The resist pattern for the first channel formation region exposes only the high breakdown voltage MISFET formation region and covers the other regions. Then, a channel formation region of the high breakdown voltage MISFET is formed by ion implantation using the resist pattern for the first channel formation region as a mask.

次に、第1チャネル形成領域用レジストパターンを除去した後、半導体基板上にメモリセルのチャネル形成領域を形成するための第2チャネル形成領域用レジストパターンを形成する。この第2チャネル形成領域用レジストパターンは、メモリセル形成領域だけを露出し、その他の領域を覆っている。そして、第2チャネル形成領域用レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、メモリセルのチャネル形成領域を形成する。   Next, after removing the resist pattern for the first channel formation region, a resist pattern for the second channel formation region for forming the channel formation region of the memory cell is formed on the semiconductor substrate. The resist pattern for the second channel formation region exposes only the memory cell formation region and covers the other regions. Then, the channel formation region of the memory cell is formed by ion implantation using the second channel formation region resist pattern as a mask.

このように、メモリセルと高耐圧MISFETのウェルとチャネル形成領域を形成するために、3種類の異なるレジストパターンが必要となっている。しかし、半導体装置のコスト低減を図るため、レジストパターンの枚数の削減が求められている。さらに、本発明者らが検討した技術では、メモリセルと高耐圧MISFETのウェルを同一工程で形成している。つまり、メモリセルのウェルと高耐圧MISFETのウェルとは同じものであった。このため、メモリセルあるいは高耐圧MISFETの特性にあった最適なウェルを個々に形成することができないという問題点がある。   Thus, in order to form the well and channel forming region of the memory cell, the high voltage MISFET, three different resist patterns are required. However, in order to reduce the cost of the semiconductor device, it is required to reduce the number of resist patterns. Further, in the technique studied by the present inventors, the well of the memory cell and the high voltage MISFET are formed in the same process. That is, the well of the memory cell and the well of the high voltage MISFET are the same. For this reason, there is a problem that it is impossible to individually form an optimum well suitable for the characteristics of the memory cell or the high breakdown voltage MISFET.

本発明の目的は、半導体装置のコスト低減を図ることができる技術を提供することにある。また、本発明の他の目的は、メモリセルと高耐圧MISFETのそれぞれの特性に合うウェルを形成することができる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the cost of a semiconductor device. Another object of the present invention is to provide a technique capable of forming wells that match the characteristics of a memory cell and a high voltage MISFET.

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

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

本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETとを有する半導体装置の製造方法に関するものである。そして、(a)前記メモリセルの第1ウェルを形成する工程と、(b)前記高耐圧MISFETの第2ウェルを形成する工程とを備え、前記(a)工程と前記(b)工程は別工程で実施されることを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a memory cell formed in a first region of a semiconductor substrate, a high breakdown voltage MISFET formed in a second region of the semiconductor substrate, and a third of the semiconductor substrate. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a low breakdown voltage MISFET having a relatively low breakdown voltage formed in a region. And (a) a step of forming a first well of the memory cell, and (b) a step of forming a second well of the high breakdown voltage MISFET, wherein the step (a) and the step (b) are different. It is characterized by being implemented in a process.

また、本発明による半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上にレジストパターンを形成する工程と、(b)前記レジストパターンをマスクとしたイオン注入により、前記半導体基板内にウェルを形成する工程と備える。そして、(c)前記ウェルを形成する際に使用した前記レジストパターンをマスクとしたイオン注入により、チャネル形成領域を形成する工程とを備える。   According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a well is formed in the semiconductor substrate by (a) a step of forming a resist pattern on the semiconductor substrate and (b) ion implantation using the resist pattern as a mask. With the process. And (c) forming a channel formation region by ion implantation using the resist pattern used as a mask when forming the well.

また、本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETとを有する半導体装置の製造方法に関する。そして、(a)前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、(b)前記絶縁膜上にメモリセル形成領域および低耐圧MISFET形成領域を覆い、高耐圧MISFET形成領域を露出する第1レジストパターンを形成する工程とを備える。さらに、(c)前記第1レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記高耐圧MISFETの第2ウェルを形成する工程と、(d)前記第2ウェルの形成に用いた前記第1レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記高耐圧MISFETのチャネル形成領域を形成する工程とを備える。そして、(e)前記第1レジストパターンを除去する工程と、(f)前記半導体基板上に前記メモリセル形成領域を露出し、前記低耐圧MISFET形成領域および前記高耐圧MISFET形成領域を覆う第2レジストパターンを形成する工程とを備える。さらに、(g)前記第2レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記メモリセルの第1ウェルを形成する工程を備える。そして、(h)前記第1ウェルの形成に用いた前記第2レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記メモリセルのチャネル形成領域を形成する工程と、(i)前記第2レジストパターンを除去する工程とを備えるものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a memory cell formed in a first region of a semiconductor substrate; a high breakdown voltage MISFET formed in a second region of the semiconductor substrate; The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a low breakdown voltage MISFET having a relatively low breakdown voltage formed in a third region. And (a) a step of forming an insulating film on the semiconductor substrate; and (b) a first resist that covers the memory cell formation region and the low breakdown voltage MISFET formation region on the insulating film and exposes the high breakdown voltage MISFET formation region. Forming a pattern. And (c) forming a second well of the high voltage MISFET in the semiconductor substrate by ion implantation using the first resist pattern as a mask, and (d) using the second well formed. Forming a channel formation region of the high voltage MISFET in the semiconductor substrate by ion implantation using the first resist pattern as a mask. (E) removing the first resist pattern; and (f) exposing the memory cell formation region on the semiconductor substrate and covering the low breakdown voltage MISFET formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region. Forming a resist pattern. And (g) forming a first well of the memory cell in the semiconductor substrate by ion implantation using the second resist pattern as a mask. And (h) forming a channel formation region of the memory cell in the semiconductor substrate by ion implantation using the second resist pattern used for forming the first well as a mask, and (i) the first 2 removing the resist pattern.

本発明による半導体装置は、半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された低耐圧MISFETを有する半導体装置に関する。そして、(a)前記メモリセルの第1ウェルと、(b)前記高耐圧MISFETの第2ウェルとを備え、前記第1ウェルの不純物濃度と前記第2ウェルの不純物濃度が異なるものである。   A semiconductor device according to the present invention includes a memory cell formed in a first region of a semiconductor substrate, a high breakdown voltage MISFET formed in a second region of the semiconductor substrate, and a low breakdown voltage MISFET formed in a third region of the semiconductor substrate. The present invention relates to a semiconductor device having the same. (A) a first well of the memory cell; and (b) a second well of the high breakdown voltage MISFET, wherein the impurity concentration of the first well and the impurity concentration of the second well are different.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

メモリセルのウェルおよびチャネル形成領域と高耐圧MISFETのウェルおよびチャネル形成領域を2種類の異なるレジストパターンで形成することができるので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。また、メモリセルのウェルと高耐圧MISFETのウェルとを別々に形成しているので、メモリセルおよび高耐圧MISFETのそれぞれの特性に合ったウェルを形成することができる。このため、半導体装置の性能を向上させることができる。   Since the well and channel formation region of the memory cell and the well and channel formation region of the high breakdown voltage MISFET can be formed with two different resist patterns, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. Further, since the well of the memory cell and the well of the high breakdown voltage MISFET are formed separately, a well suitable for the characteristics of the memory cell and the high breakdown voltage MISFET can be formed. For this reason, the performance of the semiconductor device can be improved.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態1は、相対的に低い電圧で駆動する低耐圧MISFET(Metal Insulator Semiconductor)と、高電圧駆動を可能とするために相対的に高い電圧で駆動する高耐圧MISFET有する半導体装置であって、書き換え可能な不揮発性メモリセルを含む半導体装置およびその製造方法に本発明を適用したものである。MISFETにおいて、耐圧とは、MISFETを構成するソース領域と半導体基板(ウェル)やドレイン領域と半導体基板(ウェル)との境界に生じるpn接合耐圧や、ゲート絶縁膜の絶縁耐圧をいい、本実施の形態1では、相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETと相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETが半導体基板に形成されている。
(Embodiment 1)
The first embodiment is a semiconductor device having a low breakdown voltage MISFET (Metal Insulator Semiconductor) that is driven at a relatively low voltage and a high breakdown voltage MISFET that is driven at a relatively high voltage to enable high voltage drive. Thus, the present invention is applied to a semiconductor device including a rewritable nonvolatile memory cell and a manufacturing method thereof. In the MISFET, the breakdown voltage refers to a pn junction breakdown voltage generated at the boundary between the source region and the semiconductor substrate (well) or the drain region and the semiconductor substrate (well) constituting the MISFET, or a breakdown voltage of the gate insulating film. In the first mode, a high breakdown voltage MISFET having a relatively high breakdown voltage and a low breakdown voltage MISFET having a relatively low breakdown voltage are formed on a semiconductor substrate.

図1から図3を参照して実施の形態における半導体装置の構成について説明する。   The structure of the semiconductor device in the embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、チップ(半導体基板)1に形成されたそれぞれの素子のレイアウト構成を示した上面図である。図1において、チップ1は、CPU(Central Processing Unit)2、ROM(Read Only Memory)3、RAM(Random Access Memory)4、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)5、アナログ回路6、静電保護回路7a〜7gを有している。   FIG. 1 is a top view showing a layout configuration of each element formed on a chip (semiconductor substrate) 1. In FIG. 1, a chip 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 2, a ROM (Read Only Memory) 3, a RAM (Random Access Memory) 4, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 5, an analog circuit 6, and an electrostatic protection. Circuits 7a to 7g are included.

CPU(回路)2は、中央演算処理装置とも呼ばれ、コンピュータなどの心臓部にあたる。このCPU2は、記憶装置から命令を読み出して解読し、それに基づいて多種多様な演算や制御を行なうものであり、処理の高速性が要求される。したがって、CPU2を構成しているMISFETには、チップ1に形成されている素子の中で、相対的に大きな電流駆動力が必要とされる。すなわち低耐圧MISFETで形成される。   The CPU (circuit) 2 is also called a central processing unit and is the heart of a computer or the like. The CPU 2 reads and decodes instructions from the storage device, and performs a wide variety of operations and controls based on the instructions, and requires high processing speed. Accordingly, the MISFET constituting the CPU 2 requires a relatively large current driving force among the elements formed on the chip 1. That is, it is formed of a low breakdown voltage MISFET.

ROM(回路)3は、記憶情報が固定され変更できないメモリで、読み出し専用メモリと呼ばれる。ROM3の構成には、MISFETを直列接続したNAND型と、MISFETを並列接続したNOR型がある。NAND型は、集積密度重視であるのに対し、NOR型は、動作速度重視の目的で使用されることが多い。このROM3も動作の高速性が要求されるため、ROM3を構成しているMISFETには、相対的に大きな電流駆動力が必要とされる。すなわち低耐圧MISFETで形成される。   A ROM (circuit) 3 is a memory in which stored information is fixed and cannot be changed, and is called a read-only memory. The configuration of the ROM 3 includes a NAND type in which MISFETs are connected in series and a NOR type in which MISFETs are connected in parallel. The NAND type emphasizes integration density, whereas the NOR type is often used for the purpose of focusing on operation speed. Since this ROM 3 is also required to operate at high speed, the MISFET constituting the ROM 3 requires a relatively large current driving force. That is, it is formed of a low breakdown voltage MISFET.

RAM(回路)4は、記憶情報をランダムに、すなわち随時記憶されている記憶情報を読み出したり、記憶情報を新たに書き込んだりすることができるメモリであり、随時書き込み読み出しができるメモリとも呼ばれる。ICメモリとしてのRAMには、ダイナミック回路を用いたDRAM(Dynamic RAM)とスタティック回路を用いたSRAM(Static RAM)の2種類がある。DRAMは、記憶保持動作が必要な随時書き込み読み出しメモリであり、SRAMは、記憶保持動作が不要な随時書き込み読み出しメモリである。これらRAM3も動作の高速性が要求されるため、RAM3を構成しているMISFETには、相対的に大きな電流駆動力が必要とされている。すなわち低耐圧MISFETで形成される。   The RAM (circuit) 4 is a memory that can read stored information at random, that is, read stored information at any time, or write new stored information, and is also called a memory that can be written and read at any time. There are two types of RAM as an IC memory: DRAM (Dynamic RAM) using a dynamic circuit and SRAM (Static RAM) using a static circuit. DRAM is an occasional writing / reading memory that requires a memory holding operation, and SRAM is an occasional writing / reading memory that does not require a memory holding operation. Since these RAMs 3 are also required to operate at high speed, the MISFETs constituting the RAMs 3 require a relatively large current driving force. That is, it is formed of a low breakdown voltage MISFET.

EEPROM5は、書き込み動作および消去動作とも電気的に書き換え可能な不揮発性メモリの一種であり、電気的消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリとも呼ばれる。このEEPROM5のメモリセルは、記憶(メモリ)用の例えばMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタやMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタから構成される。EEPROM5の書き込み動作には、例えばホットエレクトロン注入またはファウラーノルドハイム型トンネル現象を利用し、消去動作には、ファウラーノルドハイム型トンネル現象またはホットホール注入を利用する。なお、ホットエレクトロン注入と、ホットホール注入とを逆にしてもよいのは勿論である。   The EEPROM 5 is a kind of non-volatile memory that can be electrically rewritten for both writing and erasing operations, and is also called an electrically erasable programmable read-only memory. The memory cell of the EEPROM 5 is composed of, for example, a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type transistor or a MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) type transistor for storage (memory). For example, hot electron injection or Fowler-Nordheim tunneling is used for the writing operation of the EEPROM 5, and Fowler-Nordheim tunneling or hot hole injection is used for the erasing operation. Of course, hot electron injection and hot hole injection may be reversed.

EEPROM5の書き込み動作時などには、記憶用のMONOS型トランジスタに高い電位差(12V程度)が生じるため、記憶用のMONOS型トランジスタとして、相対的に高耐圧のトランジスタが必要とされる。   A high potential difference (about 12 V) is generated in the memory MONOS transistor during the writing operation of the EEPROM 5 or the like, so that a relatively high breakdown voltage transistor is required as the memory MONOS transistor.

アナログ回路6は、時間的に連続して変化する電圧や電流の信号、すなわちアナログ信号を扱う回路であり、例えば増幅回路、変換回路、変調回路、発振回路、電源回路などから構成されている。これらアナログ回路6は、チップ1に形成された素子の中で、相対的に高耐圧の高耐圧MISFETが使用される。   The analog circuit 6 is a circuit that handles a voltage or current signal that changes continuously in time, that is, an analog signal, and includes, for example, an amplifier circuit, a conversion circuit, a modulation circuit, an oscillation circuit, and a power supply circuit. The analog circuit 6 uses a high breakdown voltage MISFET having a relatively high breakdown voltage among the elements formed on the chip 1.

静電保護回路7a〜7gは、素子や絶縁膜などが帯電電荷の放電により生じた電圧や発熱で、内部回路が破壊されることを防止するために外部端子に設けられた回路である。帯電電荷としては、例えば人体、物体などに蓄積された静電気によるものがある。なお、静電保護回路7a、7cは、入出力端子に設けられ、静電保護回路7bは、モニタ端子に設けられている。また、静電保護回路7dは、Vss端子に設けられ、静電保護回路7eは、CLK(クロック)端子に設けられている。さらに静電保護回路7fは、RST(リセット)端子に設けられ、静電保護回路7gは、Vcc端子に設けられている。これら静電保護回路7a、7c〜7gには、高電圧が印加されるため、チップ1に形成された素子の中で、相対的に高耐圧の高耐圧MISFETが使用される。   The electrostatic protection circuits 7a to 7g are circuits provided at external terminals in order to prevent the internal circuits from being destroyed by the voltage or heat generated by the discharge of the charged charges in the elements and insulating films. Examples of the charged electric charge include those caused by static electricity accumulated in a human body or an object. The electrostatic protection circuits 7a and 7c are provided at the input / output terminals, and the electrostatic protection circuit 7b is provided at the monitor terminal. The electrostatic protection circuit 7d is provided at the Vss terminal, and the electrostatic protection circuit 7e is provided at the CLK (clock) terminal. Furthermore, the electrostatic protection circuit 7f is provided at an RST (reset) terminal, and the electrostatic protection circuit 7g is provided at a Vcc terminal. Since a high voltage is applied to the electrostatic protection circuits 7a and 7c to 7g, a relatively high withstand voltage high voltage MISFET is used among the elements formed on the chip 1.

次に、図1に示したEEPROM5の内部構成の一例を図2に示す。図2において、EEPROM5は、メモリアレイ10とメモリアレイを駆動するための駆動回路としてメモリアレイ10の直接周辺回路部11および間接周辺回路部12を有している。   Next, FIG. 2 shows an example of the internal configuration of the EEPROM 5 shown in FIG. 2, the EEPROM 5 has a memory array 10 and a direct peripheral circuit section 11 and an indirect peripheral circuit section 12 of the memory array 10 as drive circuits for driving the memory array.

メモリアレイ10は、EEPROM5の記憶部にあたり、メモリセルが縦と横の2次元上に多数配置されている。メモリセルは、1ビットの単位情報を記憶するための回路であり、記憶部であるMONOS型トランジスタより構成されている。   The memory array 10 corresponds to a storage unit of the EEPROM 5, and a large number of memory cells are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions. The memory cell is a circuit for storing 1-bit unit information, and is composed of a MONOS transistor that is a storage unit.

駆動回路は、メモリアレイ10を駆動するための回路であり、直接周辺回路部11としては、例えば電源電圧から数倍の電圧を生成する昇圧回路、昇圧用クロック発生回路、電圧クランプ回路、行や列を選択するカラムデコーダやロウデコーダ、カラムラッチ回路およびWELL制御回路などを有している。これら直接周辺回路部11を構成するMISFETは、チップ1に形成されている素子の中で、相対的に高耐圧を必要とする高耐圧MISFETより形成されている。   The drive circuit is a circuit for driving the memory array 10, and as the direct peripheral circuit unit 11, for example, a booster circuit that generates a voltage several times from the power supply voltage, a booster clock generator circuit, a voltage clamp circuit, a row, A column decoder, a row decoder, a column latch circuit, a WELL control circuit, and the like for selecting a column are included. The MISFET constituting the direct peripheral circuit section 11 is formed of a high breakdown voltage MISFET that requires a relatively high breakdown voltage among the elements formed on the chip 1.

また、間接周辺回路部12としてはメモリアレイの書き換え制御回路として形成されており、設定回路、通常用書き換えクロック生成回路、高速用書き換えクロック生成回路および書き換えタイミング制御回路等を有する回路からなる。これら間接周辺回路部12を構成するMISFETは、チップ1に形成されている素子の中で、相対的に低い電圧で駆動し、高速動作が可能な低耐圧MISFETより形成されている。   The indirect peripheral circuit unit 12 is formed as a memory array rewrite control circuit, and includes a circuit having a setting circuit, a normal rewrite clock generation circuit, a high-speed rewrite clock generation circuit, a rewrite timing control circuit, and the like. The MISFET constituting the indirect peripheral circuit section 12 is formed of a low withstand voltage MISFET that is driven at a relatively low voltage among the elements formed on the chip 1 and is capable of high-speed operation.

続いて、図3にチップ1上に形成されたMONOS型トランジスタQ〜Q、高耐圧MISFETQおよび低耐圧MISFETQの断面図を示す。図3において、メモリセル形成領域M1〜M3は、EEPROM(書き換え可能な不揮発性メモリ)5内の複数のメモリセル形成領域を示しており、MONOS型トランジスタQ〜Qが形成されている。高耐圧MISFET形成領域Kは、高耐圧MISFETQが形成されている領域を示しており、例えばアナログ回路6の形成領域、EEPROM5内の駆動回路(デコーダなど)が形成されている領域などが考えられる。この高耐圧MISFETQは、例えば、5V程度の電源電圧で動作する。また、低耐圧MISFET形成領域Tは、高速動作を可能とするために大きな電流駆動力を必要とする低耐圧MISFETQが形成されている領域を示している。このような低耐圧MISFETQが形成される領域としては、例えばCPU2やRAM4の形成領域などが考えられる。この低耐圧MISFETは、例えば、1.5V程度の電源電圧で動作する。 Next, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 , the high voltage MISFET Q 4 and the low voltage MISFET Q 5 formed on the chip 1. 3, a memory cell forming region M1~M3 is, EEPROM shows a plurality of memory cell formation region of the (rewritable nonvolatile memory) 5, MONOS type transistor Q 1 to Q 3 are formed. High voltage MISFET formation region K is a region where high-voltage MISFET Q 4 is formed, is considered for example formation region of the analog circuit 6, a region driving circuit (such as a decoder) is formed in EEPROM5 is . The high-voltage MISFET Q 4, for example, operate with the supply voltage of about 5V. The low breakdown voltage MISFET formation region T indicates a region where the low-voltage MISFET Q 5 that requires a large current driving force in order to enable high-speed operation is formed. Such regions low breakdown voltage MISFET Q 5 is formed, for example, forming regions of the CPU2 or RAM4 is considered. This low withstand voltage MISFET operates with a power supply voltage of about 1.5V, for example.

チップ1にある半導体基板20には、素子を分離する素子分離領域21が形成されており、素子分離領域21によって分離された活性領域が、それぞれメモリセル形成領域M1〜M3、高耐圧MISFET形成領域Kおよび低耐圧MISFET形成領域Tとなっている。   An element isolation region 21 for isolating elements is formed on the semiconductor substrate 20 in the chip 1, and the active regions isolated by the element isolation region 21 are the memory cell formation regions M1 to M3 and the high breakdown voltage MISFET formation region, respectively. K and the low breakdown voltage MISFET formation region T.

図3において、半導体基板20のメモリセル形成領域M1〜M3には、ウェル分離層に用いるn型半導体領域22が形成されている。そして、このn型半導体領域22上にp型ウェル(第1ウェル)29が形成されている。メモリセル形成領域M1〜M3には、同じp型ウェル29が形成されているが、メモリセル形成領域M1〜M3のうち一番右側のメモリセル形成領域M3と他の2つのメモリセル形成領域M1、M2とは、例えばn型半導体領域よりなるウェル分離層(ウェル分離領域B)23によって分離されている。すなわち、本実施の形態1では、複数のメモリセル形成領域M1〜M3を含むメモリアレイにおいて、例えば、1バイト単位毎にp型ウェル29がウェル分離層23によって分離されている。ただし、ウェル分離層23で分離されたp型ウェル29は同じものである。つまり、複数のメモリセル形成領域M1〜M3に形成されているp型ウェル29は同じ不純物濃度で形成されている。   In FIG. 3, n-type semiconductor regions 22 used for well isolation layers are formed in the memory cell formation regions M1 to M3 of the semiconductor substrate 20. A p-type well (first well) 29 is formed on the n-type semiconductor region 22. The same p-type well 29 is formed in the memory cell formation regions M1 to M3, but the rightmost memory cell formation region M3 and the other two memory cell formation regions M1 among the memory cell formation regions M1 to M3. , M2 are separated by a well isolation layer (well isolation region B) 23 made of, for example, an n-type semiconductor region. That is, in the first embodiment, in the memory array including the plurality of memory cell formation regions M1 to M3, for example, the p-type well 29 is separated by the well isolation layer 23 for each byte unit. However, the p-type well 29 separated by the well separation layer 23 is the same. That is, the p-type wells 29 formed in the plurality of memory cell formation regions M1 to M3 are formed with the same impurity concentration.

3つのメモリセル形成領域M1〜M3のうち、一番左側のメモリセル形成領域M1と中央のメモリセル形成領域M2は、共通のp型ウェル29で形成されており、これらのメモリセル形成領域M1、M2の間には、p型ウェル29に給電するウェル給電領域Aが形成されている。ウェル給電領域Aには、p型半導体領域53が形成されている。   Of the three memory cell formation regions M1 to M3, the leftmost memory cell formation region M1 and the central memory cell formation region M2 are formed by a common p-type well 29, and these memory cell formation regions M1 , M2 is formed with a well power supply region A for supplying power to the p-type well 29. A p-type semiconductor region 53 is formed in the well power feeding region A.

次に、半導体基板20の高耐圧MISFET形成領域Kには、ウェル分離層に用いるn型半導体領域22が形成されており、このn型半導体領域22上にp型ウェル(第2ウェル)26が形成されている。このp型ウェル26は、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されているp型ウェル29とは異なるものである。すなわち、高耐圧MISFET形成領域Kに形成されているp型ウェル26の不純物濃度は、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されているp型ウェル29の不純物濃度と異なる。この点が本発明の特徴の1つである。これにより、MONOS型トランジスタQ〜Qのp型ウェル29と高耐圧MISFETQのp型ウェル26とを個々に最適な不純物濃度で形成することができる。したがって、それぞれのトランジスタの性能を充分に引き出す最適な不純物濃度のウェルを形成することができる。 Next, an n-type semiconductor region 22 used for a well isolation layer is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K of the semiconductor substrate 20, and a p-type well (second well) 26 is formed on the n-type semiconductor region 22. Is formed. The p-type well 26 is different from the p-type well 29 formed in the memory cell formation regions M1 to M3. That is, the impurity concentration of the p-type well 26 formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K is different from the impurity concentration of the p-type well 29 formed in the memory cell formation regions M1 to M3. This is one of the features of the present invention. As a result, the p-type well 29 of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 and the p-type well 26 of the high breakdown voltage MISFET Q 4 can be individually formed with an optimum impurity concentration. Therefore, it is possible to form a well having an optimum impurity concentration that fully draws out the performance of each transistor.

従来、MONOS型トランジスタQ〜Qにおけるp型ウェル29と高耐圧MISFETQにおけるp型ウェル26とは印加される電圧が似ていることから、同一工程で形成され、同一の不純物濃度を有していた。しかし、MONOS型トランジスタQ〜Qのp型ウェル29と高耐圧MISFETQのp型ウェル26とを同一の不純物濃度で形成すると、個々のトランジスタの更なる高性能化を実現することができない問題点がある。そこで、本実施の形態1では、MONOS型トランジスタQ〜Qのp型ウェル29と高耐圧MISFETQのp型ウェル26とを異なる不純物濃度で形成している。これにより、それぞれのトランジスタの更なる高性能化を実現することができる。具体的に、p型ウェル29の不純物濃度をp型ウェル26の不純物濃度よりも大きくすることにより、それぞれのトランジスタの更なる高性能化を達成できる。つまり、MONOS型トランジスタQ〜Qのしきい値電圧を最適化するためには、MONOS型トランジスタQ〜Qのp型ウェル29の不純物濃度を高耐圧MISFETQのp型ウェル26に比べて高くする必要がある。また、メモリセル間のリーク電流を低減させる必要から、メモリセル間を分離する素子分離領域21直下のp型ウェル29の不純物濃度を高くする必要がある。このような理由から、MONOS型トランジスタQ〜Qにおけるp型ウェル29の不純物濃度を高耐圧MISFETQにおけるp型ウェル26の不純物濃度より大きくすることで、MONOS型トランジスタQ〜Qの高性能化を図っている。 Conventionally, the p-type well 29 in the MONOS transistors Q 1 to Q 3 and the p-type well 26 in the high-breakdown-voltage MISFET Q 4 are similar in applied voltage, and thus are formed in the same process and have the same impurity concentration. Was. However, if the p-type well 29 of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 and the p-type well 26 of the high breakdown voltage MISFET Q 4 are formed with the same impurity concentration, it is not possible to realize further higher performance of the individual transistors. There is a problem. Therefore, in the first embodiment, the p-type well 29 of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 and the p-type well 26 of the high breakdown voltage MISFET Q 4 are formed with different impurity concentrations. Thereby, further enhancement of performance of each transistor can be realized. Specifically, by making the impurity concentration of the p-type well 29 larger than the impurity concentration of the p-type well 26, further enhancement of performance of each transistor can be achieved. That is, in order to optimize the threshold voltage of the MONOS transistor Q 1 to Q 3 is an impurity concentration of the p-type well 29 of the MONOS type transistor Q 1 to Q 3 in the p-type well 26 of the high voltage MISFET Q 4 It needs to be higher than that. In addition, since it is necessary to reduce the leakage current between the memory cells, it is necessary to increase the impurity concentration of the p-type well 29 immediately below the element isolation region 21 that separates the memory cells. For this reason, when the value is larger than the impurity concentration of the p-type well 26 with an impurity concentration of the p-type well 29 in the MONOS type transistor Q 1 to Q 3 in the high-voltage MISFET Q 4, a MONOS type transistor Q 1 to Q 3 We are trying to improve performance.

さらに、後述するように、p型ウェル29とp型ウェル26を共通化して形成する場合に比べて、p型ウェル29とp型ウェル26とを別工程で形成する本実施の形態1では、製造工程で使用するマスクを低減することができるので、半導体装置の製造コストを低減することができる。   Furthermore, as will be described later, in the first embodiment in which the p-type well 29 and the p-type well 26 are formed in separate steps, compared to the case where the p-type well 29 and the p-type well 26 are formed in common. Since the mask used in the manufacturing process can be reduced, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

次に、半導体基板20の低耐圧MISFET形成領域Tには、ウェル分離層に用いるn型半導体領域22が形成されており、このn型半導体領域22上にp型ウェル(第3ウェル)37が形成されている。このp型ウェル37は、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されているp型ウェル29および高耐圧MISFET形成領域Kに形成されているp型ウェル26とは異なる不純物濃度で形成されている。これは、低耐圧MISFETQに印加される電圧などが、MONOS型トランジスタQ〜Qおよび高耐圧MISFETQに印加される電圧と相違するからである。 Next, an n-type semiconductor region 22 used for a well isolation layer is formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T of the semiconductor substrate 20, and a p-type well (third well) 37 is formed on the n-type semiconductor region 22. Is formed. The p-type well 37 is formed with a different impurity concentration from the p-type well 29 formed in the memory cell formation regions M1 to M3 and the p-type well 26 formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K. This is because such a voltage applied to the low-voltage MISFET Q 5 is different from the voltage applied to the MONOS type transistor Q 1 to Q 3 and the high-voltage MISFET Q 4.

続いて、図3に示すMONOS型トランジスタQ〜Qの構成について説明する。 Next, the configuration of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 shown in FIG. 3 will be described.

まず、メモリセル形成領域M1〜M3内に形成されたMONOS型トランジスタQ〜Qは、以下に示す構成をしている。すなわち、半導体基板20内に形成されたp型ウェル29上にゲート絶縁膜(第1電位障壁膜)31が形成されており、このゲート絶縁膜31上に電荷蓄積膜32が形成されている。そして、この電荷蓄積膜32上に絶縁膜(第2電位障壁膜)33が形成され、絶縁膜33上に導電膜からなるゲート電極34が形成されている。ゲート電極34は、例えばポリシリコン膜から構成されており、ゲート電極34の両側の側壁にはLDD(Lightly Doped Drain)構造を形成するため、例えば絶縁膜からなるサイドウォール48が形成されている。 First, the MONOS transistors Q 1 to Q 3 formed in the memory cell formation regions M 1 to M 3 have the following configuration. That is, a gate insulating film (first potential barrier film) 31 is formed on a p-type well 29 formed in the semiconductor substrate 20, and a charge storage film 32 is formed on the gate insulating film 31. An insulating film (second potential barrier film) 33 is formed on the charge storage film 32, and a gate electrode 34 made of a conductive film is formed on the insulating film 33. The gate electrode 34 is made of, for example, a polysilicon film, and sidewalls 48 made of, for example, an insulating film are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode 34 in order to form an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

サイドウォール48下の半導体基板20内には、半導体領域として、低濃度n型不純物拡散領域45および高濃度n型不純物拡散領域50が形成されている。また、ゲート絶縁膜31の直下のp型ウェル29内には、n型半導体領域よりなるチャネル形成領域30が形成されている。   In the semiconductor substrate 20 below the sidewall 48, a low concentration n-type impurity diffusion region 45 and a high concentration n-type impurity diffusion region 50 are formed as semiconductor regions. A channel formation region 30 made of an n-type semiconductor region is formed in the p-type well 29 immediately below the gate insulating film 31.

上記のように構成されたMONOS型トランジスタQ〜Qにおいて、ゲート絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜より形成されており、トンネル絶縁膜としての機能も有する。例えば、このMONOS型トランジスタQ〜Qは、半導体基板20からゲート絶縁膜31を介して電荷蓄積膜32に電子を注入したり、電荷蓄積膜32に蓄積した電子を半導体基板20へ放出したりしてデータの記憶や消去を行なうため、ゲート絶縁膜31は、トンネル絶縁膜として機能する。 In the MONOS transistors Q 1 to Q 3 configured as described above, the gate insulating film 31 is formed of, for example, a silicon oxide film, and also has a function as a tunnel insulating film. For example, the MONOS transistors Q 1 to Q 3 inject electrons from the semiconductor substrate 20 into the charge storage film 32 via the gate insulating film 31, and discharge electrons stored in the charge storage film 32 to the semiconductor substrate 20. In order to store and erase data, the gate insulating film 31 functions as a tunnel insulating film.

電荷蓄積膜32は、データ記憶に寄与する電荷を蓄積するために設けられた膜であり、例えば窒化シリコン膜より形成されている。   The charge storage film 32 is a film provided to store charges that contribute to data storage, and is formed of, for example, a silicon nitride film.

従来、電荷蓄積膜32としてポリシリコン膜が主に使用されてきたが、電荷蓄積膜32としてポリシリコン膜を使用した場合、電荷蓄積膜32を取り囲む酸化膜のどこか一部に欠陥があると、電荷蓄積膜32が導体であるため、異常リークにより電荷蓄積膜32に蓄積された電荷がすべて抜けてしまうことが起こりうる。   Conventionally, a polysilicon film has been mainly used as the charge storage film 32, but when a polysilicon film is used as the charge storage film 32, there is a defect in some part of the oxide film surrounding the charge storage film 32. Since the charge storage film 32 is a conductor, all charges stored in the charge storage film 32 may be lost due to abnormal leakage.

そこで、上述したように電荷蓄積膜32として、絶縁体である窒化シリコン膜が使用されてきている。この場合、データ記憶に寄与する電荷は、窒化シリコン膜中に存在する離散的なトラップ準位(捕獲準位)に蓄積される。したがって、電荷蓄積膜32を取り巻く酸化膜中の一部に欠陥が生じても、電荷は電荷蓄積膜32の離散的なトラップ準位に蓄積されているため、すべての電荷が電荷蓄積膜32から抜け出てしまうことがない。このため、データ保持の信頼性向上を図ることができる。   Therefore, as described above, a silicon nitride film that is an insulator has been used as the charge storage film 32. In this case, charges that contribute to data storage are accumulated in discrete trap levels (capture levels) existing in the silicon nitride film. Therefore, even if a defect occurs in a part of the oxide film surrounding the charge storage film 32, since charges are stored at discrete trap levels of the charge storage film 32, all charges are transferred from the charge storage film 32. There is no escape. For this reason, the reliability of data retention can be improved.

このような理由から、電荷蓄積膜32として、窒化シリコン膜に限らず、離散的なトラップ準位を含むような膜を使用することにより、データ保持の信頼性向上を図ることができる。   For this reason, not only the silicon nitride film but also a film including discrete trap levels can be used as the charge storage film 32 to improve data retention reliability.

サイドウォール48は、MONOS型トランジスタQ〜Qの半導体領域であるソース領域およびドレイン領域をLDD構造にするために形成されたものである。すなわち、MONOS型トランジスタQ〜Qのソース領域およびドレイン領域は、低濃度n型不純物拡散領域45および高濃度n型不純物拡散領域50より形成されている。このとき、サイドウォール48下のソース領域およびドレイン領域を低濃度n型不純物拡散領域45とすることで、ゲート電極34端部下における電界集中を抑制することができるようにしている。 The side wall 48 is formed so that the source region and the drain region, which are semiconductor regions of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 , have an LDD structure. That is, the source region and the drain region of the MONOS transistors Q 1 to Q 3 are formed by the low-concentration n-type impurity diffusion region 45 and the high-concentration n-type impurity diffusion region 50. At this time, the source region and the drain region under the side wall 48 are the low-concentration n-type impurity diffusion region 45 so that the electric field concentration under the end of the gate electrode 34 can be suppressed.

次に、図3に示す高耐圧MISFETQの構成について説明する。高耐圧MISFETQは、半導体基板20内に形成されたp型ウェル26上にゲート絶縁膜39が形成されており、このゲート絶縁膜39上にゲート電極41が形成されている。ゲート絶縁膜39は、例えば酸化シリコン膜から形成され、ゲート電極41は、例えばポリシリコン膜から形成されている。 Next, the configuration of the high voltage MISFET Q 4 shown in FIG. 3 will be described. In the high voltage MISFET Q 4 , a gate insulating film 39 is formed on the p-type well 26 formed in the semiconductor substrate 20, and a gate electrode 41 is formed on the gate insulating film 39. The gate insulating film 39 is made of, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode 41 is made of, for example, a polysilicon film.

ゲート電極41の両側の側壁には、サイドウォール48が形成されており、このサイドウォール48下の半導体基板20内には、半導体領域として、低濃度n型不純物拡散領域46および高濃度n型不純物拡散領域51が形成されている。また、ゲート絶縁膜31の直下のp型ウェル26内には、p型半導体領域よりなるチャネル形成領域27が形成されている。   Sidewalls 48 are formed on the side walls on both sides of the gate electrode 41. In the semiconductor substrate 20 below the sidewalls 48, low-concentration n-type impurity diffusion regions 46 and high-concentration n-type impurities are formed as semiconductor regions. A diffusion region 51 is formed. A channel formation region 27 made of a p-type semiconductor region is formed in the p-type well 26 immediately below the gate insulating film 31.

続いて、図3に示す低耐圧MISFETQの構成について説明する。低耐圧MISFETQは、半導体基板20内に形成されたp型ウェル37上にゲート絶縁膜40が形成されており、このゲート絶縁膜40上にゲート電極43が形成されている。ゲート絶縁膜40は、例えば酸化シリコン膜から形成され、ゲート電極43は、例えばポリシリコン膜から形成されている。 Next, the configuration of the low voltage MISFET Q 5 shown in FIG. In the low breakdown voltage MISFET Q 5 , a gate insulating film 40 is formed on a p-type well 37 formed in the semiconductor substrate 20, and a gate electrode 43 is formed on the gate insulating film 40. The gate insulating film 40 is made of, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode 43 is made of, for example, a polysilicon film.

ゲート電極43の両側の側壁には、サイドウォール49が形成されており、このサイドウォール49下の半導体基板20内には、半導体領域として、低濃度n型不純物拡散領域47および高濃度n型不純物拡散領域52が形成されている。また、ゲート絶縁膜40の直下のp型ウェル37内には、p型半導体領域よりなるチャネル形成領域38が形成されている。   Side walls 49 are formed on the side walls on both sides of the gate electrode 43, and a low concentration n-type impurity diffusion region 47 and a high concentration n-type impurity are formed as semiconductor regions in the semiconductor substrate 20 below the side walls 49. A diffusion region 52 is formed. A channel formation region 38 made of a p-type semiconductor region is formed in the p-type well 37 directly below the gate insulating film 40.

次に、高耐圧MISFETQと低耐圧MISFETQの相違点について説明する。まず、高耐圧MISFETQのサイドウォール48の幅は、低耐圧MISFETQのサイドウォール49の幅に比べて広くなっている。高耐圧MISFETQには、動作時に比較的高い電位差(5V程度)が印加されるため、サイドウォール48の幅を相対的に広げてソース・ドレイン領域と半導体基板(p型ウェル26)間のpn接合耐圧を向上させる必要があるからである。一方、低耐圧MISFETQには、動作時に比較的低い電位差(1.5V程度)しか印加されないため、サイドウォール49の幅を相対的に狭くして動作の高速性向上を図っている。 It will be described as high-voltage MISFET Q 4 the differences of the low voltage MISFET Q 5. First, the width of the side walls 48 of the high voltage MISFET Q 4 is wider than the width of the side wall 49 of the low voltage MISFET Q 5. Since a relatively high potential difference (about 5 V) is applied to the high breakdown voltage MISFET Q 4 during operation, the width of the sidewall 48 is relatively widened to increase the pn between the source / drain region and the semiconductor substrate (p-type well 26). This is because it is necessary to improve the junction breakdown voltage. On the other hand, the low breakdown voltage MISFET Q 5, because it is not relatively low potential (about 1.5V) only applied during the operation, so as to improve high speed of operation and the width of the side wall 49 relatively narrow.

また、高耐圧MISFETQにおけるゲート電極41のゲート長は、低耐圧MISFETQにおけるゲート電極43のゲート長に比べて長くなっている。低耐圧MISFETQでは、ゲート電極43のゲート長を短くすることにより、ソース領域とドレイン領域との間の抵抗を減らし、電流駆動力を向上させる必要があるからである。一方、高耐圧MISFETQでは、比較的高い電位が印加されるため、ゲート長を短くすると、ソース領域とドレイン領域との間でパンチスルーが発生してしまうからである。 The gate length of the gate electrode 41 in the high-voltage MISFET Q 4 is longer than the gate length of the gate electrode 43 in the low-voltage MISFET Q 5. In the low-voltage MISFET Q 5, by shortening the gate length of the gate electrode 43, reducing the resistance between the source region and the drain region, it is necessary to improve the current driving force. On the other hand, the high-voltage MISFET Q 4, since a relatively high potential is applied, shortening the gate length is because the punch-through occurs between the source region and the drain region.

さらに、高耐圧MISFETQは、低耐圧MISFETQに比べて高い電圧が印加されるため、そのゲート絶縁膜39は、低耐圧MISFETQのゲート絶縁膜40に比べて厚くなっている。これにより、高耐圧MISFETQのゲート絶縁膜39の絶縁耐性を向上させている。 Further, since a high voltage is applied to the high breakdown voltage MISFET Q 4 compared to the low breakdown voltage MISFET Q 5 , the gate insulating film 39 is thicker than the gate insulating film 40 of the low breakdown voltage MISFET Q 5 . Thereby, thereby improving the dielectric strength of the gate insulating film 39 of the high voltage MISFET Q 4.

このように構成されたMONOS型トランジスタQ〜Q、高耐圧MISFETQおよび低耐圧MISFETQ上には、窒化シリコン膜54および酸化シリコン膜55よりなる層間絶縁膜が形成されている。そして、層間絶縁膜には、コンタクトホール56が形成されており、このコンタクトホール56を埋め込むようにプラグ57が形成されている。プラグ57は、例えばチタン/窒化チタン膜よりなるバリア膜とタングステン膜から形成されている。プラグ57を形成した層間絶縁膜上には、例えばアルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜よりなる配線58が形成されている。 On the MONOS transistors Q 1 to Q 3 , the high breakdown voltage MISFET Q 4 and the low breakdown voltage MISFET Q 5 configured as described above, an interlayer insulating film made of the silicon nitride film 54 and the silicon oxide film 55 is formed. A contact hole 56 is formed in the interlayer insulating film, and a plug 57 is formed so as to fill the contact hole 56. The plug 57 is formed of a barrier film made of, for example, a titanium / titanium nitride film and a tungsten film. A wiring 58 made of, for example, an aluminum film or an aluminum alloy film is formed on the interlayer insulating film on which the plug 57 is formed.

なお、図3では、高耐圧MISFETQおよび低耐圧MISFETQとして、nチャネル型MISFETを図示しているが、それぞれ、pチャネル型MISFETも形成されている(図示せず)。 In FIG. 3, n-channel MISFETs are shown as the high breakdown voltage MISFET Q 4 and the low breakdown voltage MISFET Q 5 , but p-channel MISFETs are also formed (not shown).

本実施の形態1における半導体装置は上記のように構成されており、この半導体装置に含まれるメモリセル(不揮発性メモリセル)の動作について図面を参照しながら説明する。   The semiconductor device according to the first embodiment is configured as described above, and the operation of a memory cell (nonvolatile memory cell) included in the semiconductor device will be described with reference to the drawings.

図4は、図1に示すEEPROM5のメモリアレイ構造と動作条件(1セル/1トランジスタ)の一例を示す説明図である。図4に示す各メモリセルは、電荷を蓄積するメモリ用のトランジスタのみで構成される場合の一例である。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the memory array structure and operating conditions (1 cell / 1 transistor) of the EEPROM 5 shown in FIG. Each memory cell shown in FIG. 4 is an example in which the memory cell includes only a memory transistor that accumulates charges.

メモリセルは、図3に示すMONOS型トランジスタから構成され、それぞれ図4に示すように、セルトランジスタCT1〜8を構成している。セルトランジスタCT1〜8のゲート電極はワード線WL1〜2に接続され、ソース領域はソース線SL1〜4に接続されている。また、ドレイン領域はデータ線DL1〜4に接続されている。さらに、セルトランジスタCT1〜2、CT5〜6のバックゲートは、ウェルWE1に接続され、セルトランジスタCT3〜4、CT7〜8のバックゲートは、ウェルWE2に接続されている。   The memory cell is composed of a MONOS type transistor shown in FIG. 3, and constitutes cell transistors CT1 to CT8 as shown in FIG. The gate electrodes of the cell transistors CT1 to CT8 are connected to the word lines WL1 to WL2, and the source regions are connected to the source lines SL1 to SL4. The drain region is connected to the data lines DL1 to DL4. Further, the back gates of the cell transistors CT1-2, CT5-6 are connected to the well WE1, and the back gates of the cell transistors CT3-4, CT7-8 are connected to the well WE2.

図4では、説明を簡単にするため、メモリセルが2行4列に配列されている場合を示しているが、これに限定されるわけでなく、実際は、さらに多くのメモリセルがマトリクス状に配置され、メモリアレイを構成している。また、同一ウェルおよび同一ワード線上のメモリセル配列は、図4において、例えばセルトランジスタCT1〜2の2列構成であるが、8ビット(1バイト)構成の場合、同一ウェル上に8列のセルトランジスタが形成されている。この場合、メモリセルの消去および書き込みは、1バイト単位で行なわれる。   FIG. 4 shows a case where memory cells are arranged in 2 rows and 4 columns for the sake of simplicity. However, the present invention is not limited to this. In reality, more memory cells are arranged in a matrix. Arranged to constitute a memory array. In FIG. 4, the memory cell array on the same well and the same word line has, for example, a two-column configuration of cell transistors CT1-2. A transistor is formed. In this case, the memory cell is erased and written in units of 1 byte.

次に、図4を用いて、1セル1トランジスタ型のメモリセルの消去、書き込みおよび読み出し動作を説明する。   Next, erase, write, and read operations of the 1-cell 1-transistor memory cell will be described with reference to FIG.

まず、消去動作から説明する。例えば、データを消去するメモリセル(選択メモリセル)として、セルトランジスタCT1〜2に蓄積されたデータを消去する場合を考える。選択されたウェルWE1の電位を1.5V、ワード線WL1の電位を−8.5V、ソース線SL1〜2の電位を1.5V、データ線DL1〜2をフローティングにする。すると、セルトランジスタCT1〜2の電荷蓄積膜に蓄積された電荷が半導体基板側に引き抜かれ、データが消去される。また、消去を行なわない他のメモリセル(非選択メモリセル)CT3〜8については、選択しないウェルWE2の電位を−8.5V、ワード線WL2の電位を1.5V、ソース線SL3〜4の電位を1.5V、データ線DL3〜4の電位をフローティングにする。これにより、セルトランジスタCT3〜8の電荷蓄積膜に蓄積された電荷が逃げないようにして消去されないようにする。   First, the erase operation will be described. For example, consider a case where data stored in the cell transistors CT1 and CT2 is erased as a memory cell (selected memory cell) from which data is erased. The potential of the selected well WE1 is 1.5V, the potential of the word line WL1 is -8.5V, the potential of the source lines SL1-2 is 1.5V, and the data lines DL1-2 are floated. Then, the charges accumulated in the charge accumulation films of the cell transistors CT1 and CT2 are extracted to the semiconductor substrate side, and data is erased. For other memory cells (non-selected memory cells) CT3 to 8 that are not erased, the potential of the well WE2 not selected is −8.5V, the potential of the word line WL2 is 1.5V, and the source lines SL3 to 4 The potential is 1.5 V, and the potentials of the data lines DL3 to DL4 are made floating. As a result, the charges stored in the charge storage films of the cell transistors CT3 to 8 do not escape and are not erased.

次に、書き込み動作について説明する。例えば、データを書き込むメモリセル(選択メモリセル)として、セルトランジスタCT1にデータを書き込む場合を考える。選択されたウェルWE1の電位を−10.5V、ワード線WL1の電位を1.5V、ソース線SL1の電位を−10.5V、データ線DL1をフローティングにする。すると、セルトランジスタCT1の電荷蓄積膜に電荷が注入され、データの書き込みが行なわれる。このとき、書き込みを行なわない他のメモリセル(非選択メモリセル)CT2〜8については、選択しないウェルWE2の電位を−10.5V、ワード線WL2の電位を−10.5V、ソース線SL2〜4の電位を1.5V、データ線DL2〜4の電位をフローティングにする。これにより、セルトランジスタCT2〜8の電荷蓄積膜に電荷が注入されないようにする。   Next, the write operation will be described. For example, consider a case where data is written to the cell transistor CT1 as a memory cell (selected memory cell) to which data is written. The potential of the selected well WE1 is set to -10.5V, the potential of the word line WL1 is set to 1.5V, the potential of the source line SL1 is set to -10.5V, and the data line DL1 is floated. Then, charges are injected into the charge storage film of the cell transistor CT1, and data is written. At this time, for the other memory cells (non-selected memory cells) CT2 to 8 which are not written, the potential of the unselected well WE2 is -10.5V, the potential of the word line WL2 is -10.5V, and the source line SL2 4 is set to 1.5 V, and the potentials of the data lines DL2 to DL4 are floated. This prevents charge from being injected into the charge storage films of the cell transistors CT2-8.

次に、読み出し動作について説明する。例えば、セルトランジスタCT1にデータ“1”が書き込まれトランジスタのしきい値電圧が高くなっており、セルトランジスタCT2にデータ“0”になってトランジスタのしきい値電圧が低くなっているとする。セルトランジスタCT1〜2のデータを読み出す場合、選択されたウェルWE1の電位を−2V、ワード線WL1の電位を0V、ソース線SL1〜2の電位を0V、データ線DL1〜2の電位を1Vにする。これにより、セルトランジスタCT1〜2のデータを読み出す。この場合、セルトランジスタCT1のしきい値電圧は高く、セルトランジスタCT2のしきい値電圧は低くなっているので、データ線DL1の電位は変わらず、データ線DL2の電位は下がる。また、読み出しを行なわない他のセルトランジスタCT3〜8については、選択しないウェルWE2の電位を−2V、ワード線WL2の電位を−2V、ソース線SL3〜4の電位を0V、データ線DL3〜4の電位を0Vにして、セルトランジスタCT3〜8がオンしないようにする。読み出し時に非選択メモリセルのバックゲート電位を下げることにより、メモリセルに選択トランジスタが不要となる。   Next, the reading operation will be described. For example, it is assumed that data “1” is written in the cell transistor CT1 and the threshold voltage of the transistor is high, and data “0” is stored in the cell transistor CT2 and the threshold voltage of the transistor is low. When reading data from the cell transistors CT1-2, the potential of the selected well WE1 is -2V, the potential of the word line WL1 is 0V, the potential of the source lines SL1-2 is 0V, and the potential of the data lines DL1-2 is 1V. To do. Thereby, the data of the cell transistors CT1 and CT2 are read out. In this case, since the threshold voltage of the cell transistor CT1 is high and the threshold voltage of the cell transistor CT2 is low, the potential of the data line DL1 does not change and the potential of the data line DL2 decreases. For the other cell transistors CT3 to 8 that are not read, the potential of the unselected well WE2 is -2V, the potential of the word line WL2 is -2V, the potential of the source lines SL3-4 is 0V, and the data lines DL3-4 Is set to 0V so that the cell transistors CT3 to CT8 are not turned on. By reducing the back gate potential of the non-selected memory cell at the time of reading, a selection transistor is not required for the memory cell.

次に、本実施の形態1における半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.

まず、図5に示すように、例えば単結晶シリコンに例えばホウ素(B)などのP型不純物を導入した半導体基板20を用意する。次に半導体基板20の主面上に素子分離領域21を形成する。素子分離領域21は、例えば酸化シリコン膜よりなり、STI(Shallow Trench Isolation)法やLOCOS(Local Oxidization Of Silicon)などによって形成される。図5では、半導体基板20に形成された溝に酸化シリコン膜を埋め込むSTI法によって形成された素子分離領域21を示している。   First, as shown in FIG. 5, a semiconductor substrate 20 in which a P-type impurity such as boron (B) is introduced into, for example, single crystal silicon is prepared. Next, an element isolation region 21 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 20. The element isolation region 21 is made of, for example, a silicon oxide film, and is formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method, a LOCOS (Local Oxidization Of Silicon), or the like. FIG. 5 shows an element isolation region 21 formed by the STI method in which a silicon oxide film is embedded in a groove formed in the semiconductor substrate 20.

続いて、図6に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して半導体基板20内にNiSOと呼ばれるn型半導体領域22を形成する。n型半導体領域22は、例えばリン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板20内に導入することによって形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 6, an n-type semiconductor region 22 called NiSO is formed in the semiconductor substrate 20 using a photolithography technique and an ion implantation method. The n-type semiconductor region 22 is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) into the semiconductor substrate 20.

次に、図7に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、ウェルを分離するためのウェル分離層23を形成する。ウェル分離層23は、例えばホウ素(B)などのp型不純物を導入したp型半導体領域から形成される。   Next, as shown in FIG. 7, a well isolation layer 23 for isolating the well is formed by using a photolithography technique and an ion implantation method. The well isolation layer 23 is formed from a p-type semiconductor region into which a p-type impurity such as boron (B) is introduced.

続いて、図8に示すように、半導体基板20上に、例えば熱酸化法を用いて酸化シリコン膜よりなる絶縁膜24を形成した後、この絶縁膜24上にレジスト膜を塗布する。そして、レジスト膜に対して露光・現像処理を施すことによりレジストパターン(第1レジストパターン)25を形成する。レジストパターン25は、メモリセル形成領域M1〜M3および低耐圧MISFET形成領域Tを覆い、高耐圧MISFET形成領域Kを露出するようにパターニングされる。このレジストパターン25は、後述するようにウェルを形成する際のマスクとして用いられることから、膜厚が厚くなっており、例えばその膜厚は2μm以上3μm以下となっている。   Subsequently, as shown in FIG. 8, an insulating film 24 made of a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 20 by using, for example, a thermal oxidation method, and then a resist film is applied on the insulating film 24. Then, a resist pattern (first resist pattern) 25 is formed by performing exposure / development processing on the resist film. The resist pattern 25 is patterned so as to cover the memory cell formation regions M1 to M3 and the low breakdown voltage MISFET formation region T and to expose the high breakdown voltage MISFET formation region K. Since this resist pattern 25 is used as a mask when forming a well as will be described later, the film thickness is large. For example, the film thickness is 2 μm or more and 3 μm or less.

その後、レジストパターン25をマスクにしたイオン注入法により、高耐圧MISFET形成領域Kにp型ウェル26を形成する。p型ウェル26は、例えばホウ素などのp型不純物を導入することにより形成され、例えば不純物濃度は2×1012/cmである。この工程では、高耐圧MISFET形成領域Kにだけp型ウェル26を形成するので、高耐圧MISFETの特性に最適な不純物濃度でp型ウェル26を形成することができる。このため、高耐圧MISFETの特性の向上を図ることができる。 Thereafter, a p-type well 26 is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K by ion implantation using the resist pattern 25 as a mask. The p-type well 26 is formed by introducing a p-type impurity such as boron, and has an impurity concentration of 2 × 10 12 / cm 3 , for example. In this step, since the p-type well 26 is formed only in the high breakdown voltage MISFET formation region K, the p-type well 26 can be formed with an impurity concentration optimum for the characteristics of the high breakdown voltage MISFET. For this reason, the characteristics of the high voltage MISFET can be improved.

次に、p型ウェル26を形成するのに使用したレジストパターン25をそのまま用いて、高耐圧MISFET形成領域Kの表面にチャネル形成領域27を形成する。チャネル形成領域27は、例えばボロンなどのp型不純物をイオン注入法で導入することにより形成される。チャネル形成領域27を形成することにより、高耐圧MISFETのしきい値電圧を調整することが可能となる。チャネル形成領域27を形成するために導入されるp型不純物の濃度は、例えば1×1012/cmである。 Next, the channel formation region 27 is formed on the surface of the high breakdown voltage MISFET formation region K using the resist pattern 25 used to form the p-type well 26 as it is. The channel formation region 27 is formed, for example, by introducing a p-type impurity such as boron by an ion implantation method. By forming the channel formation region 27, the threshold voltage of the high voltage MISFET can be adjusted. The concentration of the p-type impurity introduced to form the channel formation region 27 is, for example, 1 × 10 12 / cm 3 .

本実施の形態1では、高耐圧MISFET形成領域Kだけを露出するレジストパターン25を使用してp型ウェル26を形成している。このため、このレジストパターン25をそのまま用いて高耐圧MISFETのチャネル形成領域27も形成することができる。この点は、本発明の特徴の1つであり、p型ウェル26の形成とチャネル形成領域27を1つのマスクで形成できるので、製造工程で使用するマスクを低減することができ、製造コストの低減が可能となる。   In the first embodiment, the p-type well 26 is formed using the resist pattern 25 that exposes only the high breakdown voltage MISFET formation region K. Therefore, the channel formation region 27 of the high breakdown voltage MISFET can be formed using the resist pattern 25 as it is. This is one of the features of the present invention. Since the formation of the p-type well 26 and the channel formation region 27 can be formed with one mask, the number of masks used in the manufacturing process can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Reduction is possible.

p型ウェル26は、p型不純物の注入エネルギーを変えて複数回(例えば4回)注入することにより形成できる。p型ウェル26は半導体基板20の内部にまで形成するため、注入するエネルギーが高くなる。このため、レジストパターン25の膜厚を厚くして、レジストパターン25で覆われている領域にp型不純物が導入されないようにしている。ここで、レジストパターン25は、p型ウェル26を形成した後、チャネル形成領域27の形成にも使用される。チャネル形成領域27の形成に使用されるイオン注入では、p型不純物を注入するエネルギーがp型ウェル26を形成する場合に比べて低いので、レジストパターン25を使用しても問題ない。   The p-type well 26 can be formed by injecting a plurality of times (for example, four times) while changing the implantation energy of the p-type impurity. Since the p-type well 26 is formed even inside the semiconductor substrate 20, the energy to be injected becomes high. For this reason, the thickness of the resist pattern 25 is increased so that p-type impurities are not introduced into the region covered with the resist pattern 25. Here, the resist pattern 25 is also used for forming the channel formation region 27 after the p-type well 26 is formed. In the ion implantation used for forming the channel formation region 27, the energy for implanting the p-type impurity is lower than that in the case of forming the p-type well 26, and therefore there is no problem even if the resist pattern 25 is used.

次に、図9に示すように、レジストパターン25を除去した後、新たなレジスト膜を絶縁膜24上に塗布する。そして、塗布したレジスト膜に対して露光・現像処理を施すことにより、レジストパターン(第2レジストパターン)28を形成する。レジストパターン28は、メモリセル形成領域M1〜M3を露出し、高耐圧MISFET形成領域Kおよび低耐圧MISFET形成領域Tを覆うようにパターニングされる。さらに、ウェル分離領域Aも覆っている。このレジストパターン28もウェルを形成する際のマスクとして用いられることから、膜厚が厚くなっており、例えばその膜厚は2μm以上3μm以下となっている。   Next, as shown in FIG. 9, after removing the resist pattern 25, a new resist film is applied on the insulating film 24. Then, a resist pattern (second resist pattern) 28 is formed by subjecting the applied resist film to exposure / development processing. The resist pattern 28 is patterned so as to expose the memory cell formation regions M1 to M3 and cover the high breakdown voltage MISFET formation region K and the low breakdown voltage MISFET formation region T. Further, the well isolation region A is also covered. Since this resist pattern 28 is also used as a mask for forming wells, the film thickness is large. For example, the film thickness is 2 μm or more and 3 μm or less.

続いて、レジストパターン28をマスクにしたイオン注入法により、メモリセル形成領域M1〜M3にp型ウェル29を形成する。p型ウェル29は、例えばホウ素などのp型不純物を導入することにより形成され、例えば不純物濃度は、4×1012/cmである。このように、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されるp型ウェル29の不純物濃度は、高耐圧MISFET形成領域Kに形成されるp型ウェル26の不純物濃度に比べて大きくなっている。このようにp型ウェル29の不純物濃度をp型ウェル26の不純物濃度に比べて大きくすることにより、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されるMONOS型トランジスタのしきい値電圧の最適化を図ることができる。また、メモリセル間を分離する素子分離領域21直下のp型ウェル29の不純物濃度を高めることができるので、メモリセル間のリーク電流を低減することができる。つまり、p型ウェル29の不純物濃度をp型ウェル26の不純物濃度より大きくすることで、メモリセルを構成するMONOS型トランジスタの性能を向上させることができる。これは、本実施の形態1に示すように、メモリセル形成領域M1〜M3に形成するp型ウェル29と高耐圧MISFET形成領域Kに形成するp型ウェル26を別々に形成することにより実現できるものである。したがって、本実施の形態1によれば、MONOS型トランジスタおよび高耐圧MISFETの性能をそれぞれ向上させることができる。 Subsequently, a p-type well 29 is formed in the memory cell formation regions M1 to M3 by ion implantation using the resist pattern 28 as a mask. The p-type well 29 is formed by introducing a p-type impurity such as boron, for example, and the impurity concentration is 4 × 10 12 / cm 3 , for example. As described above, the impurity concentration of the p-type well 29 formed in the memory cell formation regions M1 to M3 is higher than the impurity concentration of the p-type well 26 formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K. Thus, by increasing the impurity concentration of the p-type well 29 as compared with the impurity concentration of the p-type well 26, the threshold voltage of the MONOS transistor formed in the memory cell formation regions M1 to M3 is optimized. be able to. In addition, since the impurity concentration of the p-type well 29 immediately below the element isolation region 21 that isolates the memory cells can be increased, the leakage current between the memory cells can be reduced. That is, by making the impurity concentration of the p-type well 29 higher than the impurity concentration of the p-type well 26, the performance of the MONOS transistor constituting the memory cell can be improved. This can be realized by separately forming the p-type well 29 formed in the memory cell formation regions M1 to M3 and the p-type well 26 formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K as shown in the first embodiment. Is. Therefore, according to the first embodiment, the performance of the MONOS transistor and the high breakdown voltage MISFET can be improved.

次に、p型ウェル29を形成するのに使用したレジストパターン28をそのまま用いて、メモリセル形成領域M1〜M3の表面にチャネル形成領域30を形成する。チャネル形成領域30は、例えばリンや砒素などのn型不純物をイオン注入法で導入することにより形成される。チャネル形成領域30を形成することにより、メモリセルを構成するMONOS型トランジスタのしきい値電圧を調整することが可能となる。チャネル形成領域30を形成するために導入されるn型不純物の濃度は、例えば1×1012/cmである。チャネル形成領域30にn型不純物を導入するのは、しきい値電圧を0V程度に低くするためである。 Next, the channel formation region 30 is formed on the surfaces of the memory cell formation regions M1 to M3 using the resist pattern 28 used to form the p-type well 29 as it is. The channel forming region 30 is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic by ion implantation. By forming the channel formation region 30, it is possible to adjust the threshold voltage of the MONOS transistor constituting the memory cell. The concentration of the n-type impurity introduced to form the channel formation region 30 is, for example, 1 × 10 12 / cm 3 . The reason why the n-type impurity is introduced into the channel formation region 30 is to reduce the threshold voltage to about 0V.

このようにして、メモリセル形成領域M1〜M3にp型ウェル29およびチャネル形成領域30を形成することができる。本実施の形態1では、レジストパターン25を用いて高耐圧MISFET形成領域Kにp型ウェル26およびチャネル形成領域27を形成し、レジストパターン28を用いてメモリセル形成領域M1〜M3にp型ウェル29およびチャネル形成領域30を形成している。すなわち、異なる2種類のレジストパターンを用いて、メモリセル形成領域M1〜M3にp型ウェル29およびチャネル形成領域30を形成し、高耐圧MISFET形成領域Kにp型ウェル26およびチャネル形成領域27を形成している。このことから、p型ウェルおよびチャネル形成領域の形成に異なる3種類のレジストパターンを使用する従来技術に比べて、マスクの数を低減することができ、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。つまり、本実施の形態1によれば、MONOS型トランジスタおよび高耐圧MISFETの性能を向上させることができるとともに、製造コストの低減を図ることができるのである。   In this way, the p-type well 29 and the channel formation region 30 can be formed in the memory cell formation regions M1 to M3. In the first embodiment, the p-type well 26 and the channel formation region 27 are formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K using the resist pattern 25, and the p-type well is formed in the memory cell formation regions M1 to M3 using the resist pattern 28. 29 and a channel forming region 30 are formed. That is, the p-type well 29 and the channel formation region 30 are formed in the memory cell formation regions M1 to M3 using two different types of resist patterns, and the p-type well 26 and the channel formation region 27 are formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K. Forming. Therefore, the number of masks can be reduced and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced as compared with the conventional technique using three different types of resist patterns for forming the p-type well and the channel formation region. it can. That is, according to the first embodiment, the performance of the MONOS transistor and the high breakdown voltage MISFET can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

比較のために異なる3種類のレジストパターンを使用する従来技術を以下に説明する。まず、半導体基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にウェル形成用レジストパターンを形成する。このウェル形成用レジストパターンが1枚目のマスクであり、メモリセル形成領域および高耐圧MISFET形成領域を露出するようにパターニングされている。そして、このウェル形成用レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、メモリセル形成領域および高耐圧MISFET形成領域に共通のp型ウェルを形成する。次に、例えば高耐圧MISFET形成領域に第1チャネル形成領域を形成するが、p型ウェルを形成する際に使用したウェル形成用レジストパターンは、メモリセル形成領域および高耐圧MISFET形成領域を露出しているため、そのままでは、メモリセル形成領域にもp型不純物が導入されてしまうため使用できない。このため、ウェル形成用レジストパターンを除去した後、新たな第1チャネル形成用レジストパターンを形成する。この第1チャネル形成用レジストパターンが2枚目のマスクであり、メモリセル形成領域を覆い、高耐圧MISFET形成領域だけを露出するようにパターニングされている。そして、第1チャネル形成用レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、高耐圧MISFET形成領域に第1チャネル形成領域を形成する。次に、メモリセル形成領域に第2チャネル形成領域を形成するが、第1チャネル形成用レジストパターンは、メモリセル形成領域を覆い、高耐圧MISFET形成領域を露出しているため、メモリセル形成領域へのイオン注入には使用することができない。そこで、絶縁膜上に形成されている第1チャネル形成用レジストパターンを除去した後、新たな第2チャネル形成用レジストパターンを形成する。この第2チャネル形成用レジストパターンが3枚目のマスクであり、高耐圧MISFET形成領域を覆い、メモリセル形成領域だけを露出するようにパターニングされている。そして、第2チャネル形成用レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、メモリセル形成領域に第2チャネル形成領域を形成する。このようにして、異なる3種類のレジストパターンを用いて、メモリセル形成領域および高耐圧MISFET形成領域にp型ウェル、第1チャネル形成領域および第2チャネル形成領域を形成することができる。   A conventional technique using three different resist patterns for comparison will be described below. First, an insulating film is formed on a semiconductor substrate, and a well forming resist pattern is formed on the insulating film. This well formation resist pattern is a first mask, and is patterned so as to expose the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region. Then, a common p-type well is formed in the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region by ion implantation using the well forming resist pattern as a mask. Next, for example, the first channel formation region is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region. The well formation resist pattern used when forming the p-type well exposes the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region. Therefore, it cannot be used as it is because p-type impurities are also introduced into the memory cell formation region. Therefore, after removing the well forming resist pattern, a new first channel forming resist pattern is formed. This resist pattern for forming the first channel is a second mask, and is patterned so as to cover the memory cell formation region and expose only the high breakdown voltage MISFET formation region. Then, the first channel formation region is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region by ion implantation using the first channel formation resist pattern as a mask. Next, a second channel formation region is formed in the memory cell formation region. The first channel formation resist pattern covers the memory cell formation region and exposes the high breakdown voltage MISFET formation region. It cannot be used for ion implantation. Therefore, after removing the first channel forming resist pattern formed on the insulating film, a new second channel forming resist pattern is formed. This resist pattern for forming the second channel is a third mask, and is patterned so as to cover the high breakdown voltage MISFET formation region and expose only the memory cell formation region. Then, a second channel formation region is formed in the memory cell formation region by ion implantation using the second channel formation resist pattern as a mask. In this manner, the p-type well, the first channel formation region, and the second channel formation region can be formed in the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region using three different types of resist patterns.

これに対し、本実施の形態1によれば、上述したように異なる2種類のマスクで、メモリセル形成領域M1〜M3と高耐圧MISFET形成領域Kにp型ウェル26、29およびチャネル形成領域27、30を形成できるので、製造コストを低減できるのである。このように本実施の形態1でマスクを低減できるのは、メモリセル形成領域M1〜M3と高耐圧MISFET形成領域Kで別々のマスクを使用して異なるp型ウェル26、29を形成しているが、このp型ウェル26、29の形成に使用した個々のマスクをそのまま用いて、それぞれチャネル形成領域27、30を形成しているからである。つまり、本実施の形態1における特徴の1つは、p型ウェル26とチャネル形成領域27あるいはp型ウェル29とチャネル形成領域30とを同じレジストパターンで形成していることにある。p型ウェル26、29を形成する観点からは、従来技術のように共通のp型ウェルを形成するようにすれば1枚のマスクで形成することができる。一方、本実施の形態1のようにメモリセル形成領域M1〜M3のp型ウェル29と高耐圧MISFET形成領域Kのp型ウェル26とを別々に形成する場合、2枚のマスクが必要となる。しかし、チャネル形成領域を形成する工程も含めて考えると、従来技術では、メモリセル形成領域と高耐圧MISFET形成領域で別々にチャネル形成領域を形成する必要があるので、2枚の異なるマスクがさらに必要となり、トータルで3枚のマスクが必要となる。これに対し、本実施の形態1では、p型ウェル26、29を別々に形成しているので、それぞれのマスクをチャネル形成領域の形成に使用することができる。したがって、チャネル形成領域を形成する工程も含めてもトータルで2枚のマスクで済むことになる。このような理由から本実施の形態1では、p型ウェル26、29を別々に形成することにより、MONOS型トランジスタおよび高耐圧MISFETの性能を向上させることができるとともに、p型ウェル26、29とチャネル形成領域27、30をそれぞれ同じマスクで形成することにより、マスクの低減が達成でき、製造コストの低減を図ることができるのである。   On the other hand, according to the first embodiment, the p-type wells 26 and 29 and the channel formation region 27 are formed in the memory cell formation regions M1 to M3 and the high breakdown voltage MISFET formation region K with two different types of masks as described above. 30 can be formed, so that the manufacturing cost can be reduced. The reason why the mask can be reduced in the first embodiment is that different p-type wells 26 and 29 are formed using different masks in the memory cell formation regions M1 to M3 and the high breakdown voltage MISFET formation region K. This is because the channel forming regions 27 and 30 are formed using the individual masks used for forming the p-type wells 26 and 29 as they are. That is, one of the features in the first embodiment is that the p-type well 26 and the channel formation region 27 or the p-type well 29 and the channel formation region 30 are formed with the same resist pattern. From the viewpoint of forming the p-type wells 26 and 29, if a common p-type well is formed as in the prior art, it can be formed with one mask. On the other hand, when the p-type well 29 in the memory cell formation regions M1 to M3 and the p-type well 26 in the high breakdown voltage MISFET formation region K are separately formed as in the first embodiment, two masks are required. . However, considering the process of forming the channel formation region, in the conventional technique, it is necessary to form the channel formation region separately in the memory cell formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region. A total of three masks are required. On the other hand, in the first embodiment, since the p-type wells 26 and 29 are formed separately, each mask can be used for forming a channel formation region. Therefore, a total of two masks are sufficient even including the step of forming the channel formation region. For this reason, in the first embodiment, by separately forming the p-type wells 26 and 29, the performance of the MONOS transistor and the high breakdown voltage MISFET can be improved, and the p-type wells 26 and 29 and By forming the channel formation regions 27 and 30 with the same mask, the mask can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

次に、図10に示すように、メモリセル形成領域M1〜M3のp型ウェル29およびチャネル形成領域30の形成に使用したレジストパターン28を用いることによりエッチングを行なう。すなわち、レジストパターン28をマスクにしたウェットエッチングにより、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されている絶縁膜24を除去する。このとき、レジストパターン28が、メモリセル形成領域M2とメモリセル形成領域M3の間にあるウェル分離領域B上に形成されている。このため、ウェル分離領域Bにおいては、絶縁膜24が残存する。ウェル分離領域B上に形成されているレジストパターン28では、横方向のサイドエッチングが進行するため、ウェル分離領域B上に形成されているレジストパターン28は、倒れやすくなる。特に、本実施の形態1では、p型ウェル29とチャネル形成領域30とを同じレジストパターン28で形成するため、レジストパターンの膜厚は、チャネル形成領域だけを形成するためのレジストパターンに比べて厚くなっている。例えば、チャネル形成領域だけを形成するレジストパターンの膜厚は約1μmであるのに対し、本実施の形態1で使用するレジストパターン28の膜厚は2μm以上3μm以下となっている。このことから、ウェル分離領域Bに形成されているレジストパターン28のアスペクト比(高さ/幅)が大きくなり、倒れやすくなる。レジストパターン28が倒れると、製造工程の歩留まり低下を招くことになる。   Next, as shown in FIG. 10, etching is performed by using the resist pattern 28 used for forming the p-type well 29 and the channel formation region 30 in the memory cell formation regions M1 to M3. That is, the insulating film 24 formed in the memory cell formation regions M1 to M3 is removed by wet etching using the resist pattern 28 as a mask. At this time, the resist pattern 28 is formed on the well isolation region B between the memory cell formation region M2 and the memory cell formation region M3. Therefore, the insulating film 24 remains in the well isolation region B. In the resist pattern 28 formed on the well isolation region B, side etching in the lateral direction proceeds, so that the resist pattern 28 formed on the well isolation region B is likely to collapse. In particular, in the first embodiment, since the p-type well 29 and the channel formation region 30 are formed by the same resist pattern 28, the thickness of the resist pattern is larger than that of the resist pattern for forming only the channel formation region. It is thick. For example, the film thickness of the resist pattern for forming only the channel formation region is about 1 μm, whereas the film thickness of the resist pattern 28 used in the first embodiment is 2 μm or more and 3 μm or less. For this reason, the aspect ratio (height / width) of the resist pattern 28 formed in the well isolation region B is increased, and the resist pattern 28 is easily tilted. When the resist pattern 28 falls down, the yield of the manufacturing process is reduced.

そこで、本実施の形態1では、ウェル分離領域Bに形成されている素子分離領域21間の幅、すなわちウェル分離領域Bの幅を広げている。または、素子分離領域21自体の幅を広げている。これにより、ウェル分離領域Bに形成されているレジストパターン28の幅が広がり、相対的にレジストパターン28の膜厚(高さ)に対するレジストパターン28の幅が広がることになり、アスペクト比を改善することができる。このようにして、サイドエッチングが生じても、ウェル分離領域Bに形成されているレジストパターン28が倒れにくくなり、異物の発生を抑制できる。したがって、本実施の形態1のように膜厚の厚いレジストパターン28を使用しても、半導体装置の製造工程における歩留まり低下を防止できる。   Therefore, in the first embodiment, the width between the element isolation regions 21 formed in the well isolation region B, that is, the width of the well isolation region B is increased. Alternatively, the width of the element isolation region 21 itself is increased. As a result, the width of the resist pattern 28 formed in the well isolation region B is widened, and the width of the resist pattern 28 relative to the film thickness (height) of the resist pattern 28 is relatively widened, thereby improving the aspect ratio. be able to. In this way, even if side etching occurs, the resist pattern 28 formed in the well isolation region B becomes difficult to fall down, and the generation of foreign matter can be suppressed. Therefore, even if the thick resist pattern 28 is used as in the first embodiment, it is possible to prevent a decrease in yield in the manufacturing process of the semiconductor device.

続いて、レジストパターン28を除去した後、半導体基板20の主面上にゲート絶縁膜(第1電位障壁膜)31を形成する。ゲート絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜からなり、熱酸化法を使用して形成することができる。そして、このゲート絶縁膜31上に電荷蓄積膜32を形成する。電荷蓄積膜32は、例えば窒化シリコン膜よりなり、シランガス(SiH)とアンモニアガス(NH)とを化学反応させるCVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用して形成することができる。なお、電荷蓄積膜32として、窒化シリコン膜を使用したがこれに限らず、例えば酸窒化シリコン膜(SiON)等の膜中にトラップ準位を含む膜であってもよい。 Subsequently, after removing the resist pattern 28, a gate insulating film (first potential barrier film) 31 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 20. The gate insulating film 31 is made of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using a thermal oxidation method. Then, a charge storage film 32 is formed on the gate insulating film 31. The charge storage film 32 is made of, for example, a silicon nitride film, and can be formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method in which silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ) are chemically reacted. Although the silicon nitride film is used as the charge storage film 32, the present invention is not limited to this. For example, a film including a trap level in a film such as a silicon oxynitride film (SiON) may be used.

次に、電荷蓄積膜32上に絶縁膜(第2電位障壁膜)33を形成する。絶縁膜28は、例えば酸化シリコン膜よりなり、シランガスと酸素ガス(O)とを化学反応させるCVD法によって形成することができる。 Next, an insulating film (second potential barrier film) 33 is formed on the charge storage film 32. The insulating film 28 is made of, for example, a silicon oxide film, and can be formed by a CVD method in which a silane gas and an oxygen gas (O 2 ) are chemically reacted.

続いて、絶縁膜28上にポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜は、例えば、シランガスを窒素ガス(N)中で熱分解させるCVD法によって形成することができる。ポリシリコン膜の成膜時には、リンなどの導電型不純物が添加される。なお、ポリシリコン膜の成膜が終了してから、イオン注入法を使用してポリシリコン膜に導電型不純物を注入してもよい。 Subsequently, a polysilicon film is formed on the insulating film 28. The polysilicon film can be formed by, for example, a CVD method in which silane gas is thermally decomposed in nitrogen gas (N 2 ). When forming the polysilicon film, a conductive impurity such as phosphorus is added. Note that after the formation of the polysilicon film is completed, the conductive impurity may be implanted into the polysilicon film by using an ion implantation method.

その後、ポリシリコン膜上に、キャップ絶縁膜35を形成する。キャップ絶縁膜35は、例えば酸化シリコン膜よりなる。酸化シリコン膜は、例えばCVD法を使用することによって形成することができる。キャップ絶縁膜35は、その後の工程で形成するゲート電極34を保護する機能を有する。   Thereafter, a cap insulating film 35 is formed on the polysilicon film. The cap insulating film 35 is made of, for example, a silicon oxide film. The silicon oxide film can be formed by using, for example, a CVD method. The cap insulating film 35 has a function of protecting the gate electrode 34 formed in the subsequent process.

次に、キャップ絶縁膜上にレジスト膜を塗布した後、露光・現像することによりレジスト膜をパターニングする。パターニングは、ゲート電極34を形成する領域にレジスト膜が残るようにする。そして、パターニングしたレジスト膜をマスクにしたエッチングにより、図11に示すようなゲート電極34を形成する。このようにして、メモリセル形成領域M1〜M3にゲート電極34を形成することができる。   Next, after applying a resist film on the cap insulating film, the resist film is patterned by exposure and development. The patterning is performed so that the resist film remains in the region where the gate electrode 34 is to be formed. Then, a gate electrode 34 as shown in FIG. 11 is formed by etching using the patterned resist film as a mask. In this way, the gate electrode 34 can be formed in the memory cell formation regions M1 to M3.

続いて、図12に示すように、半導体基板20の主面上にレジスト膜を塗布した後、このレジスト膜に対して露光・現像処理を施すことにより、レジストパターン36を形成する。レジストパターン36は、メモリセル形成領域M1〜M3および高耐圧MISFET形成領域Kを覆い、低耐圧MISFET形成領域Tを露出するようにパターニングされる。そして、レジストパターン36をマスクにしたイオン注入法により、低耐圧MISFET形成領域Tにp型ウェル37を形成する。p型ウェル37には、例えばホウ素などのp型不純物が導入され、低耐圧MISFETの特性に合わせた不純物濃度になっている。   Subsequently, as shown in FIG. 12, after a resist film is applied on the main surface of the semiconductor substrate 20, a resist pattern 36 is formed by subjecting the resist film to exposure / development processing. The resist pattern 36 is patterned so as to cover the memory cell formation regions M1 to M3 and the high breakdown voltage MISFET formation region K and to expose the low breakdown voltage MISFET formation region T. Then, a p-type well 37 is formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T by ion implantation using the resist pattern 36 as a mask. A p-type impurity such as boron is introduced into the p-type well 37, and the impurity concentration is adjusted to the characteristics of the low breakdown voltage MISFET.

次に、p型ウェル37を形成する際に使用したレジストパターン36をそのまま用いて、チャネル形成領域38を形成する。チャネル形成領域38は、レジストパターン36をマスクにしたイオン注入法により形成され、p型不純物が導入される。   Next, the channel formation region 38 is formed using the resist pattern 36 used when forming the p-type well 37 as it is. The channel formation region 38 is formed by ion implantation using the resist pattern 36 as a mask, and p-type impurities are introduced.

続いて、レジストパターン36を除去した後、半導体基板20の主面上にゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜より形成され、熱酸化法を使用して形成することができる。その後、低耐圧MISFET形成領域Tに形成されているゲート絶縁膜を除去する。ゲート絶縁膜の除去には、例えばフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して行なうことができる。   Subsequently, after removing the resist pattern 36, a gate insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 20. The gate insulating film is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using a thermal oxidation method. Thereafter, the gate insulating film formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T is removed. The gate insulating film can be removed using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

そして、ゲート絶縁膜上および半導体基板20上にゲート絶縁膜40を形成する。ゲート絶縁膜40は、例えば酸化シリコン膜よりなり、例えばCVD法によって形成することができる。このようにして、図13に示すように、高耐圧MISFET形成領域Kに相対的に膜厚の厚いゲート絶縁膜39を形成し、低耐圧MISFET形成領域Tに相対的に膜厚の薄いゲート絶縁膜40を形成することができる。ゲート絶縁膜39、40として、酸化シリコン膜を使用する例を示したが、これに限らず、例えば酸化シリコンより誘電率の高い材料、いわゆるHigh−k膜を使用してもよい。例えば酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコンなどの膜から形成してもよい。   Then, the gate insulating film 40 is formed on the gate insulating film and the semiconductor substrate 20. The gate insulating film 40 is made of, for example, a silicon oxide film, and can be formed by, for example, a CVD method. Thus, as shown in FIG. 13, a relatively thick gate insulating film 39 is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K, and a relatively thin gate insulation film is formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T. A film 40 can be formed. Although an example in which a silicon oxide film is used as the gate insulating films 39 and 40 is shown, the present invention is not limited thereto, and for example, a material having a higher dielectric constant than silicon oxide, a so-called High-k film may be used. For example, it may be formed from a film of aluminum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, silicon nitride, or the like.

続いて、半導体基板20の主面の全面上に導電膜として例えばポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜は、前述したのと同様に例えばCVD法を使用して形成することができる。なお、ポリシリコン膜の成膜中または成膜後には、導電性不純物が添加される。この導電性不純物は、ポリシリコン膜の低抵抗化のために導入される。   Subsequently, for example, a polysilicon film is formed as a conductive film on the entire main surface of the semiconductor substrate 20. The polysilicon film can be formed by using, for example, a CVD method as described above. Note that a conductive impurity is added during or after the formation of the polysilicon film. This conductive impurity is introduced to reduce the resistance of the polysilicon film.

次に、図14に示すように、ポリシリコン膜上にキャップ絶縁膜42を形成する。キャップ絶縁膜42は、後の工程で形成されるゲート電極41、43を保護する機能を有し、例えば酸化シリコン膜より形成される。酸化シリコン膜の形成方法としては、例えばCVD法が使用される。   Next, as shown in FIG. 14, a cap insulating film 42 is formed on the polysilicon film. The cap insulating film 42 has a function of protecting the gate electrodes 41 and 43 formed in a later process, and is formed of, for example, a silicon oxide film. For example, a CVD method is used as a method for forming the silicon oxide film.

続いて、キャップ絶縁膜42上にレジスト膜を塗布した後、露光・現像することによりレジスト膜をパターニングする。パターニングは、ゲート電極41、43を形成する領域にレジスト膜が残るようにする。そして、パターニングしたレジスト膜をマスクとしたエッチングを行い、高耐圧MISFET形成領域Kにゲート電極41を形成し、低耐圧MISFET形成領域Tにゲート電極43を形成する。このとき、ゲート電極41のゲート長に比べてゲート電極43のゲート長が短くなるように加工される。   Subsequently, after applying a resist film on the cap insulating film 42, the resist film is patterned by exposure and development. The patterning is performed so that the resist film remains in the region where the gate electrodes 41 and 43 are formed. Then, etching is performed using the patterned resist film as a mask to form the gate electrode 41 in the high breakdown voltage MISFET formation region K and the gate electrode 43 in the low breakdown voltage MISFET formation region T. At this time, processing is performed so that the gate length of the gate electrode 43 is shorter than the gate length of the gate electrode 41.

ここで、エッチングしてゲート電極41、43を形成する際、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されているゲート電極34の側壁には、ポリシリコン膜よりなるエッチング残渣が残存する。したがって、このエッチング残渣を除去するため、高耐圧MISFET形成領域Kおよび低耐圧MISFET形成領域Tを覆い、メモリセル形成領域M1〜M3を露出するレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクにしたエッチングにより、ゲート電極34の側壁に形成されているエッチング残渣を除去する。   Here, when the gate electrodes 41 and 43 are formed by etching, etching residues made of a polysilicon film remain on the side walls of the gate electrode 34 formed in the memory cell formation regions M1 to M3. Therefore, in order to remove this etching residue, a resist pattern that covers the high breakdown voltage MISFET formation region K and the low breakdown voltage MISFET formation region T and exposes the memory cell formation regions M1 to M3 is formed. Then, etching residues formed on the side walls of the gate electrode 34 are removed by etching using the resist pattern as a mask.

次に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、メモリセル形成領域M1〜M3に、低濃度n型不純物拡散領域45を形成する。低濃度n型不純物拡散領域45は、半導体基板20内にリンや砒素などのn型不純物を導入し、その後導入したn型不純物の活性化のための熱処理を行なうことで形成することができる。同様にして、高耐圧MISFET形成領域Kに低濃度n型不純物拡散領域46を形成し、低耐圧MISFET形成領域Tに低濃度n型不純物拡散領域47を形成する。   Next, the low-concentration n-type impurity diffusion region 45 is formed in the memory cell formation regions M1 to M3 by using a photolithography technique and an ion implantation method. The low-concentration n-type impurity diffusion region 45 can be formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 20 and then performing a heat treatment for activating the introduced n-type impurity. Similarly, a low concentration n-type impurity diffusion region 46 is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K, and a low concentration n type impurity diffusion region 47 is formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T.

続いて、図15に示すように、半導体基板20上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜よりなる積層膜を形成した後、低耐圧MISFET形成領域Tだけを露出するレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクして、低耐圧MISFET形成領域Tに形成されている積層膜を異方性エッチングする。その後、レジストパターンを除去した後、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜よりなる積層膜を異方性エッチングすることにより、サイドウォール48、49を形成する。これらの工程により、メモリセル形成領域M1〜M3に形成されているゲート電極34の側壁および高耐圧MISFET形成領域Kに形成されているゲート電極41の側壁に相対的に幅の広いサイドウォール48を形成することができる。一方、低耐圧MISFET形成領域Tに形成されているゲート電極43の側壁には相対的に幅の狭いサイドウォール49を形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 15, after a laminated film made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 20, a resist pattern that exposes only the low breakdown voltage MISFET formation region T is formed. . Then, the laminated film formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T is anisotropically etched using the resist pattern as a mask. Thereafter, after removing the resist pattern, the side walls 48 and 49 are formed by anisotropically etching the laminated film made of the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the silicon oxide film. By these steps, a relatively wide sidewall 48 is formed on the sidewall of the gate electrode 34 formed in the memory cell formation regions M1 to M3 and the sidewall of the gate electrode 41 formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K. Can be formed. On the other hand, a relatively narrow sidewall 49 can be formed on the sidewall of the gate electrode 43 formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T.

次に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、メモリセル形成領域M1〜M3に、高濃度n型不純物拡散領域50を形成する。高濃度n型不純物拡散領域50は、半導体基板20内にリンや砒素などのn型不純物を導入し、その後導入したn型不純物の活性化のための熱処理を行なうことで形成することができる。同様にして、高耐圧MISFET形成領域Kに高濃度n型不純物拡散領域51を形成し、低耐圧MISFET形成領域Tに高濃度n型不純物拡散領域52を形成する。これら高濃度n型不純物拡散領域50〜52には、それぞれ低濃度n型不純物拡散領域45〜47に比べて高濃度にn型不純物が導入されている。また、ウェル給電領域Aにp型半導体領域53を形成する。   Next, a high-concentration n-type impurity diffusion region 50 is formed in the memory cell formation regions M1 to M3 using a photolithography technique and an ion implantation method. The high-concentration n-type impurity diffusion region 50 can be formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 20 and then performing a heat treatment for activating the introduced n-type impurity. Similarly, a high concentration n-type impurity diffusion region 51 is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K, and a high concentration n type impurity diffusion region 52 is formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T. In these high-concentration n-type impurity diffusion regions 50 to 52, n-type impurities are introduced at a higher concentration than the low-concentration n-type impurity diffusion regions 45 to 47, respectively. Further, the p-type semiconductor region 53 is formed in the well power supply region A.

以上のようにしてメモリセル形成領域M1〜M3にMONOS型トランジスタQ〜Qを形成することができる。同様に、高耐圧MISFET形成領域Kに高耐圧MISFETQを形成し、低耐圧MISFET形成領域Tに低耐圧MISFETQを形成することができる。 As described above, the MONOS transistors Q 1 to Q 3 can be formed in the memory cell formation regions M 1 to M 3 . Similarly, the high breakdown voltage MISFET Q 4 can be formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K, and the low breakdown voltage MISFET Q 5 can be formed in the low breakdown voltage MISFET formation region T.

次に、配線工程について説明する。図3に示すように、半導体基板20の主面上に窒化シリコン膜54を形成する。窒化シリコン膜54は、例えばCVD法によって形成することができる。そして、窒化シリコン膜54上に酸化シリコン膜55を形成する。この酸化シリコン膜55も例えばCVD法を使用して形成することができる。その後、酸化シリコン膜55の表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用して平坦化する。   Next, the wiring process will be described. As shown in FIG. 3, a silicon nitride film 54 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 20. The silicon nitride film 54 can be formed by, for example, a CVD method. Then, a silicon oxide film 55 is formed on the silicon nitride film 54. This silicon oxide film 55 can also be formed using, for example, a CVD method. Thereafter, the surface of the silicon oxide film 55 is planarized using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、酸化シリコン膜55にコンタクトホール56を形成する。続いて、コンタクトホール56の底面および内壁を含む酸化シリコン膜55上にチタン/窒化チタン膜を形成する。チタン/窒化チタン膜は、チタン膜と窒化チタン膜の積層膜から構成され、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。このチタン/窒化チタン膜は、例えば、後の工程で埋め込む膜の材料であるタングステンがシリコン中へ拡散するのを防止する、いわゆるバリア性を有する。   Next, contact holes 56 are formed in the silicon oxide film 55 by using a photolithography technique and an etching technique. Subsequently, a titanium / titanium nitride film is formed on the silicon oxide film 55 including the bottom surface and inner wall of the contact hole 56. The titanium / titanium nitride film is composed of a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film, and can be formed by using, for example, a sputtering method. This titanium / titanium nitride film has a so-called barrier property that prevents, for example, tungsten, which is a material of a film to be embedded in a later process, from diffusing into silicon.

続いて、コンタクトホール56を埋め込むように、半導体基板20の主面の全面にタングステン膜を形成する。このタングステン膜は、例えばCVD法を使用して形成することができる。そして、酸化シリコン膜55上に形成された不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を例えばCMP法を除去することにより、プラグ57を形成することができる。   Subsequently, a tungsten film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 20 so as to fill the contact hole 56. This tungsten film can be formed using, for example, a CVD method. Then, the plug 57 can be formed by removing the unnecessary titanium / titanium nitride film and tungsten film formed on the silicon oxide film 55 by, for example, the CMP method.

次に、酸化シリコン膜55およびプラグ57上にチタン/窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタン/窒化チタン膜を順次、形成する。これらの膜は、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、これらの膜のパターニングを行い、配線58を形成する。さらに、配線58の上層に配線を形成するが、ここでの説明は省略する。   Next, a titanium / titanium nitride film, an aluminum film, and a titanium / titanium nitride film are sequentially formed on the silicon oxide film 55 and the plug 57. These films can be formed by using, for example, a sputtering method. Subsequently, these films are patterned by using a photolithography technique and an etching technique to form wirings 58. Furthermore, although wiring is formed in the upper layer of the wiring 58, description here is abbreviate | omitted.

このようにして、本実施の形態1における半導体装置を形成することができる。   In this manner, the semiconductor device according to the first embodiment can be formed.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、高耐圧MISFET形成領域のp型ウェル26を先に形成し、その後、メモリセル形成領域M1〜M3のp型ウェル29を形成する例について説明した。本実施の形態2では、メモリセル形成領域M1〜M3のp型ウェル29を先に形成し、その後、高耐圧MISFET形成領域のp型ウェル26を形成する例について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the p-type well 26 in the high breakdown voltage MISFET formation region is formed first and then the p-type well 29 in the memory cell formation regions M1 to M3 is formed has been described. In the second embodiment, an example will be described in which the p-type well 29 in the memory cell formation regions M1 to M3 is formed first, and then the p-type well 26 in the high breakdown voltage MISFET formation region is formed.

本実施の形態2における半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.

図5〜図7までは前記実施の形態1と同様である。続いて、図16に示すように、半導体基板20上に絶縁膜24を形成し、この絶縁膜24上にレジスト膜を塗布する。そして、このレジスト膜に対して露光・現像処理を施すことにより、レジストパターン28を形成する。レジストパターン28は、高耐圧MISFET形成領域Kおよび低耐圧MISFET形成領域Tを覆い、メモリセル形成領域M1〜M3を露出するようにパターニングされる。なお、ウェル分離領域Bも覆われている。   5 to 7 are the same as those in the first embodiment. Subsequently, as shown in FIG. 16, an insulating film 24 is formed on the semiconductor substrate 20, and a resist film is applied on the insulating film 24. Then, a resist pattern 28 is formed by subjecting this resist film to exposure / development processing. The resist pattern 28 is patterned so as to cover the high breakdown voltage MISFET formation region K and the low breakdown voltage MISFET formation region T and expose the memory cell formation regions M1 to M3. The well isolation region B is also covered.

続いて、レジストパターン28をマスクにしたイオン注入法により、メモリセル形成領域M1〜M3にp型ウェル29を形成する。p型ウェル29には、例えばホウ素などのp型不純物が導入される。そして、p型ウェル29の形成に使用したレジストパターン28をそのまま用いて、チャネル形成領域30を形成する。チャネル形成領域30には、例えばリンや砒素などのn型不純物が導入される。   Subsequently, a p-type well 29 is formed in the memory cell formation regions M1 to M3 by ion implantation using the resist pattern 28 as a mask. A p-type impurity such as boron is introduced into the p-type well 29. Then, the channel formation region 30 is formed using the resist pattern 28 used for forming the p-type well 29 as it is. For example, an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced into the channel formation region 30.

次に、レジストパターン28を除去した後、絶縁膜24上に新たなレジスト膜を塗布する。そして、このレジスト膜に対して露光・現像処理を施すことにより、レジストパターン25を形成する。レジストパターン25は、メモリセル形成領域M1〜M3および低耐圧MISFET形成領域Tを覆い、高耐圧MISFET形成領域Kを露出するようにパターニングされる。   Next, after removing the resist pattern 28, a new resist film is applied on the insulating film 24. Then, the resist pattern 25 is formed by performing exposure / development processing on the resist film. The resist pattern 25 is patterned so as to cover the memory cell formation regions M1 to M3 and the low breakdown voltage MISFET formation region T and to expose the high breakdown voltage MISFET formation region K.

続いて、レジストパターン25をマスクにしたイオン注入法により、高耐圧MISFET形成領域Kにp型ウェル26を形成する。p型ウェル26には、例えばホウ素などのp型不純物が導入される。そして、p型ウェル26の形成に使用したレジストパターン25をそのまま用いて、チャネル形成領域27を形成する。チャネル形成領域27には、例えばホウ素などのp型不純物が導入される。   Subsequently, a p-type well 26 is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K by ion implantation using the resist pattern 25 as a mask. A p-type impurity such as boron is introduced into the p-type well 26. Then, a channel formation region 27 is formed using the resist pattern 25 used for forming the p-type well 26 as it is. A p-type impurity such as boron is introduced into the channel formation region 27.

その後、図18に示すように、レジストパターン25をマスクにしたエッチングにより、高耐圧MISFET形成領域Kに形成されている絶縁膜24を除去する。そして、レジストパターン25を除去する。その後は、高耐圧MISFETおよび低耐圧MISFETのゲート電極を先に形成し、MONOS型トランジスタのゲート電極を形成する。以下の工程は、前記実施の形態1と同様であるため省略する。このようにして、本実施の形態2における半導体装置を製造することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 18, the insulating film 24 formed in the high breakdown voltage MISFET formation region K is removed by etching using the resist pattern 25 as a mask. Then, the resist pattern 25 is removed. Thereafter, the gate electrodes of the high breakdown voltage MISFET and the low breakdown voltage MISFET are formed first, and the gate electrode of the MONOS transistor is formed. Since the following steps are the same as those in the first embodiment, a description thereof will be omitted. In this way, the semiconductor device according to the second embodiment can be manufactured.

本実施の形態2によれば前記実施の形態1と同様に、p型ウェル26、29を別々に形成することにより、MONOS型トランジスタおよび高耐圧MISFETの性能を向上させることができるとともに、p型ウェル26、29とチャネル形成領域27、30をそれぞれ同じマスクで形成することにより、マスクの低減が達成でき、製造コストの低減を図ることができる。   According to the second embodiment, as in the first embodiment, by separately forming the p-type wells 26 and 29, the performance of the MONOS transistor and the high breakdown voltage MISFET can be improved, and the p-type well is also formed. By forming the wells 26 and 29 and the channel formation regions 27 and 30 with the same mask, the mask can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

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

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

本発明の実施の形態1において、チップに形成されたそれぞれの素子のレイアウト構成を示した上面図である。In Embodiment 1 of this invention, it is the top view which showed the layout structure of each element formed in the chip | tip. 図1に示したEEPROMの内部構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an internal configuration of the EEPROM illustrated in FIG. 1. 実施の形態1における半導体装置の断面を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the semiconductor device in the first embodiment. 図1に示すEEPROMのメモリアレイ構造と動作条件(1セル/1トランジスタ)の一例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a memory array structure and operating conditions (1 cell / 1 transistor) of the EEPROM shown in FIG. 1. 実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment. FIG. 図5に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 14; 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 図16に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 17;

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体チップ
2 CPU
3 ROM
4 RAM
5 EEPROM
6 アナログ回路
7a〜7g 静電保護回路
10 メモリアレイ
11 直接周辺回路部
12 間接周辺回路部
20 半導体基板
21 素子分離領域
22 n型半導体領域
23 ウェル分離領域
24 絶縁膜
25 レジストパターン
26 p型ウェル
27 チャネル形成領域
28 レジストパターン
29 p型ウェル
30 チャネル形成領域
31 ゲート絶縁膜
32 電荷蓄積膜
33 絶縁膜
34 ゲート電極
35 キャップ絶縁膜
36 レジストパターン
37 p型ウェル
38 チャネル形成領域
39 ゲート絶縁膜
40 ゲート絶縁膜
41 ゲート電極
42 キャップ絶縁膜
43 ゲート電極
45 低濃度n型不純物拡散領域
46 低濃度n型不純物拡散領域
47 低濃度n型不純物拡散領域
48 サイドウォール
49 サイドウォール
50 高濃度n型不純物拡散領域
51 高濃度n型不純物拡散領域
52 高濃度n型不純物拡散領域
53 p型半導体領域
54 窒化シリコン膜
55 酸化シリコン膜
56 コンタクトホール
57 プラグ
58 配線
A ウェル給電領域
B ウェル分離領域
K 高耐圧MISFET形成領域
M1〜M3 メモリセル形成領域
T 低耐圧MISFET形成領域
〜Q MONOS型トランジスタ
高耐圧MISFET
低耐圧MISFET
CT1〜8 セルトランジスタ
DL1〜4 データ線
SL1〜4 ソース線
WE1〜2 ウェル
1 Semiconductor chip 2 CPU
3 ROM
4 RAM
5 EEPROM
6 Analog Circuits 7a to 7g Electrostatic Protection Circuit 10 Memory Array 11 Direct Peripheral Circuit Unit 12 Indirect Peripheral Circuit Unit 20 Semiconductor Substrate 21 Element Isolation Region 22 N-type Semiconductor Region 23 Well Isolation Region 24 Insulating Film 25 Resist Pattern 26 P-type Well 27 Channel formation region 28 resist pattern 29 p-type well 30 channel formation region 31 gate insulating film 32 charge storage film 33 insulating film 34 gate electrode 35 cap insulating film 36 resist pattern 37 p-type well 38 channel formation region 39 gate insulating film 40 gate insulation Film 41 Gate electrode 42 Cap insulating film 43 Gate electrode 45 Low-concentration n-type impurity diffusion region 46 Low-concentration n-type impurity diffusion region 47 Low-concentration n-type impurity diffusion region 48 Side wall 49 Side wall 50 High-concentration n-type impurity diffusion Area 51 High-concentration n-type impurity diffusion region 52 High-concentration n-type impurity diffusion region 53 P-type semiconductor region 54 Silicon nitride film 55 Silicon oxide film 56 Contact hole 57 Plug 58 Wiring A well power supply region B Well isolation region K High breakdown voltage MISFET formation region M1~M3 memory cell formation region T low breakdown voltage MISFET formation region Q 1 to Q 3 MONOS-type transistor Q 4 high voltage MISFET
Q 5 low breakdown voltage MISFET
CT1-8 cell transistor DL1-4 data line SL1-4 source line WE1-2 well

Claims (20)

半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETとを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記メモリセルの第1導電型である第1ウェルを形成する工程と、
(b)前記高耐圧MISFETの第1導電型である第2ウェルを形成する工程とを備え、
前記(a)工程と前記(b)工程は別工程で実施されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A memory cell formed in the first region of the semiconductor substrate, a high breakdown voltage MISFET formed in the second region of the semiconductor substrate and a relatively high breakdown voltage formed in the third region of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a low low withstand voltage MISFET,
(A) forming a first well of the first conductivity type of the memory cell;
(B) forming a second well which is the first conductivity type of the high breakdown voltage MISFET,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step (a) and the step (b) are performed in separate steps.
前記第1ウェルの不純物濃度と前記第2ウェルの不純物濃度とは異なることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration of the first well is different from the impurity concentration of the second well. 前記第1ウェルの不純物濃度は、前記第2ウェルの不純物濃度よりも大きいことを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the impurity concentration of the first well is larger than the impurity concentration of the second well. 前記(b)工程を実施した後、前記(a)工程を実施することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step (a) is performed after the step (b). 前記(a)工程を実施した後、前記(b)工程を実施することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step (b) is performed after the step (a) is performed. 前記高耐圧MISFETが形成されている前記第2領域は駆動回路形成領域であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second region in which the high breakdown voltage MISFET is formed is a drive circuit formation region. (a)半導体基板上にレジストパターンを形成する工程と、
(b)前記レジストパターンをマスクとしたイオン注入により、前記半導体基板内にウェルを形成する工程と、
(c)前記ウェルを形成する際に使用した前記レジストパターンをマスクとしたイオン注入により、チャネル形成領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a resist pattern on the semiconductor substrate;
(B) forming a well in the semiconductor substrate by ion implantation using the resist pattern as a mask;
(C) forming a channel formation region by ion implantation using the resist pattern used as a mask when forming the well, as a method for manufacturing a semiconductor device.
前記(b)工程と前記(c)工程で共用する前記レジストパターンの膜厚は、前記チャネル形成領域の形成にだけ用いるものよりも厚いことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the film thickness of the resist pattern shared in the steps (b) and (c) is thicker than that used only for forming the channel formation region. . 前記レジストパターンの膜厚は、2μm以上3μm以下であることを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the resist pattern has a thickness of 2 μm to 3 μm. 半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETとを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記絶縁膜上にメモリセル形成領域および低耐圧MISFET形成領域を覆い、高耐圧MISFET形成領域を露出する第1レジストパターンを形成する工程と、
(c)前記第1レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記高耐圧MISFETの第1導電型である第2ウェルを形成する工程と、
(d)前記第2ウェルの形成に用いた前記第1レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記高耐圧MISFETのチャネル形成領域を形成する工程と、
(e)前記第1レジストパターンを除去する工程と、
(f)前記半導体基板上に前記メモリセル形成領域を露出し、前記低耐圧MISFET形成領域および前記高耐圧MISFET形成領域を覆う第2レジストパターンを形成する工程と、
(g)前記第2レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記メモリセルの第1導電型である第1ウェルを形成する工程と、
(h)前記第1ウェルの形成に用いた前記第2レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記メモリセルのチャネル形成領域を形成する工程と、
(i)前記第2レジストパターンを除去する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A memory cell formed in the first region of the semiconductor substrate, a high breakdown voltage MISFET formed in the second region of the semiconductor substrate and a relatively high breakdown voltage formed in the third region of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a low low withstand voltage MISFET,
(A) forming an insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first resist pattern covering the memory cell formation region and the low breakdown voltage MISFET formation region on the insulating film and exposing the high breakdown voltage MISFET formation region;
(C) forming a second well which is the first conductivity type of the high voltage MISFET in the semiconductor substrate by ion implantation using the first resist pattern as a mask;
(D) forming a channel formation region of the high voltage MISFET in the semiconductor substrate by ion implantation using the first resist pattern used for forming the second well as a mask;
(E) removing the first resist pattern;
(F) exposing the memory cell formation region on the semiconductor substrate and forming a second resist pattern covering the low breakdown voltage MISFET formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region;
(G) forming a first well which is the first conductivity type of the memory cell in the semiconductor substrate by ion implantation using the second resist pattern as a mask;
(H) forming a channel formation region of the memory cell in the semiconductor substrate by ion implantation using the second resist pattern used for forming the first well as a mask;
(I) a step of removing the second resist pattern, and a method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1ウェルの不純物濃度は、前記第2ウェルの不純物濃度よりも大きいことを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the impurity concentration of the first well is higher than the impurity concentration of the second well. さらに、
前記(h)工程後、前記(i)工程前に、前記第2レジストパターンをマスクとしたエッチングにより、前記メモリセル形成領域に存在する前記絶縁膜を除去する工程を備えることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。
further,
The step of removing the insulating film existing in the memory cell formation region by etching using the second resist pattern as a mask after the step (h) and before the step (i). Item 11. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 10.
さらに、
(j)前記(i)工程後、前記半導体基板上に第1電位障壁膜、電荷蓄積膜および第2電位障壁膜を積層して形成する工程と、
(k)前記第2電位障壁膜上に導体膜を形成する工程と、
(l)前記導体膜をパターニングして前記メモリセル形成領域に前記メモリセルのゲート電極を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
further,
(J) After the step (i), a step of stacking and forming a first potential barrier film, a charge storage film, and a second potential barrier film on the semiconductor substrate;
(K) forming a conductor film on the second potential barrier film;
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising the step of patterning the conductor film to form a gate electrode of the memory cell in the memory cell formation region.
さらに、
(m)前記(l)工程後、前記低耐圧MISFETの第1導電型である第3ウェルを形成する工程を備えることを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
further,
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising the step of forming a third well which is the first conductivity type of the low breakdown voltage MISFET after the step (l).
前記メモリセルは、不揮発性メモリセルであることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the memory cell is a nonvolatile memory cell. 半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された相対的に耐圧の高い高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された相対的に耐圧の低い低耐圧MISFETを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板上に、低耐圧MISFET形成領域および高耐圧MISFET形成領域を覆い、メモリセル形成領域を露出する第2レジストパターンを形成する工程と、
(b)前記第2レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記メモリセルの第1導電型である第1ウェルを形成する工程と、
(c)前記第1ウェルの形成に用いた前記第2レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記メモリセルのチャネル形成領域を形成する工程と、
(d)前記第2レジストパターンを除去する工程と、
(e)前記半導体基板上に、前記メモリセル形成領域および前記低耐圧MISFET形成領域を覆い、前記高耐圧MISFET形成領域を露出する第1レジストパターンを形成する工程と、
(f)前記第1レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記半導体基板内に前記高耐圧MISFETの第1導電型である第2ウェルを形成する工程と、
(g)前記第2ウェルの形成に用いた前記第1レジストパターンをマスクにしたイオン注入により、前記高耐圧MISFETのチャネル形成領域を形成する工程と、
(h)前記第1レジストパターンを除去する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A memory cell formed in the first region of the semiconductor substrate, a high breakdown voltage MISFET formed in the second region of the semiconductor substrate and a relatively high breakdown voltage formed in the third region of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a low low withstand voltage MISFET,
(A) forming a second resist pattern on the semiconductor substrate, covering the low breakdown voltage MISFET formation region and the high breakdown voltage MISFET formation region and exposing the memory cell formation region;
(B) forming a first well of the first conductivity type of the memory cell in the semiconductor substrate by ion implantation using the second resist pattern as a mask;
(C) forming a channel formation region of the memory cell by ion implantation using the second resist pattern used for forming the first well as a mask;
(D) removing the second resist pattern;
(E) forming a first resist pattern on the semiconductor substrate, covering the memory cell formation region and the low breakdown voltage MISFET formation region and exposing the high breakdown voltage MISFET formation region;
(F) forming a second well which is the first conductivity type of the high voltage MISFET in the semiconductor substrate by ion implantation using the first resist pattern as a mask;
(G) forming a channel formation region of the high breakdown voltage MISFET by ion implantation using the first resist pattern used for forming the second well as a mask;
(H) removing the first resist pattern. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板の第1領域に形成されたメモリセルと前記半導体基板の第2領域に形成された高耐圧MISFETおよび前記半導体基板の第3領域に形成された低耐圧MISFETを有する半導体装置であって、
(a)前記メモリセルの第1導電型である第1ウェルと、
(b)前記高耐圧MISFETの第1導電型である第2ウェルとを備え、
前記第1ウェルの不純物濃度と前記第2ウェルの不純物濃度が異なることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a memory cell formed in a first region of a semiconductor substrate, a high breakdown voltage MISFET formed in a second region of the semiconductor substrate, and a low breakdown voltage MISFET formed in a third region of the semiconductor substrate,
(A) a first well that is a first conductivity type of the memory cell;
(B) a second well which is the first conductivity type of the high breakdown voltage MISFET,
A semiconductor device, wherein the impurity concentration of the first well and the impurity concentration of the second well are different.
前記第1ウェルの不純物濃度は、前記第2ウェルの不純物濃度よりも大きいことを特徴とする請求項17記載の半導体装置。   18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the impurity concentration of the first well is higher than the impurity concentration of the second well. 前記メモリセルは、不揮発性メモリセルであることを特徴とする請求項17記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 17, wherein the memory cell is a nonvolatile memory cell. 前記メモリセルは、
(c)前記半導体基板上に形成された第1電位障壁膜と、
(d)前記第1電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、
(e)前記電荷蓄積膜上に形成された第2電位障壁膜と、
(f)前記第2電位障壁膜上に形成されたゲート電極とを有することを特徴とする請求項19記載の半導体装置。
The memory cell is
(C) a first potential barrier film formed on the semiconductor substrate;
(D) a charge storage film formed on the first potential barrier film;
(E) a second potential barrier film formed on the charge storage film;
20. The semiconductor device according to claim 19, further comprising: a gate electrode formed on the second potential barrier film.
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