JP2007311409A - Semiconductor device, and its fabrication process - Google Patents

Semiconductor device, and its fabrication process Download PDF

Info

Publication number
JP2007311409A
JP2007311409A JP2006136614A JP2006136614A JP2007311409A JP 2007311409 A JP2007311409 A JP 2007311409A JP 2006136614 A JP2006136614 A JP 2006136614A JP 2006136614 A JP2006136614 A JP 2006136614A JP 2007311409 A JP2007311409 A JP 2007311409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
memory cell
insulating film
region
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006136614A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shota Kitamura
章太 北村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2006136614A priority Critical patent/JP2007311409A/en
Publication of JP2007311409A publication Critical patent/JP2007311409A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which the height of a gate electrode is equal at the memory cell and the peripheral logic part, and to provide its fabrication process. <P>SOLUTION: A semiconductor device comprises a memory device and a logic device wherein the memory device comprises a first gate electrode having a first conductor film formed on a semiconductor substrate through a first gate insulating film, and a second conductor film formed on the first conductor film through an inter-electrode insulating film. The logic device comprises a second gate electrode formed on the semiconductor substrate through a second gate insulating film. The second gate electrode includes a third conductor film formed on the second conductor film, and has a height equivalent to that of the first gate electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に、不揮発性半導体記憶装置を含む半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.

メモリ回路と周辺ロジック回路とを含む混載型半導体装置、特に、2層のゲート電極構造を有する不揮発性メモリを含む混載型半導体装置では、メモリセル部と周辺ロジック部とにおけるゲート電極の高さの差異が、半導体装置のさらなる微細化に際して問題になってきている。   In a hybrid semiconductor device including a memory circuit and a peripheral logic circuit, in particular, in a hybrid semiconductor device including a nonvolatile memory having a two-layer gate electrode structure, the height of the gate electrode in the memory cell portion and the peripheral logic portion is reduced. The difference has become a problem when the semiconductor device is further miniaturized.

従来の混載型半導体装置は、例えば、特許文献1に開示されている。この半導体装置の不揮発性メモリセル部のゲート電極は、フローティングゲート電極とコントロールゲート電極との2層ゲート構造である。一方、周辺ロジック部のゲート電極は、1層ゲート構造であり、メモリセル部よりも低い。このようにメモリセル部と周辺ロジック部とにおいてゲート電極の高さに差異がある半導体装置では、例えば、リソグラフィ、CMP(chemical mechanical polishing)のような製造プロセスにおいて問題が生じる。一例として、リソグラフィ工程において、例えば、レジスト膜厚の塗布むら、段差による焦点ズレ、リソグラフィ加工を領域毎に分離して行う必要がある等の問題がある。   A conventional hybrid semiconductor device is disclosed in Patent Document 1, for example. The gate electrode of the nonvolatile memory cell portion of this semiconductor device has a two-layer gate structure of a floating gate electrode and a control gate electrode. On the other hand, the gate electrode of the peripheral logic portion has a single-layer gate structure and is lower than the memory cell portion. As described above, in the semiconductor device in which the height of the gate electrode is different between the memory cell portion and the peripheral logic portion, a problem occurs in a manufacturing process such as lithography and CMP (chemical mechanical polishing). As an example, in the lithography process, for example, there are problems such as uneven application of resist film thickness, defocusing due to a step, and the necessity of performing lithography processing separately for each region.

ゲート電極の段差を解消した半導体装置が、特許文献2に開示されている。この半導体装置では、周辺ロジック部のゲート電極にフラッシュメモリのメモリセルと類似のゲート電極構造を使用している。この装置では、フラッシュメモリのメモリセルのフローティングゲート電極とコントロールゲート電極と同じ電極層を接続させて周辺ロジック部のゲート電極を形成している。フローティングゲート電極を形成する電極層を周辺ロジック部のゲート電極として用いるため、不純物のドーピング、コントロールゲート電極とのコンタクトの形成、ゲート電極の加工等を追加して行う必要がある。このために、製造プロセスが煩雑になる、あるいは困難になる等の問題点がある。さらに、この電極層にドープできる不純物は、例えば、n型に限定されるため、pチャネルトランジスタの性能を向上させることが困難である。
特開平8−306888 特開2002−176114
A semiconductor device in which a step difference of the gate electrode is eliminated is disclosed in Patent Document 2. In this semiconductor device, a gate electrode structure similar to a memory cell of a flash memory is used for a gate electrode of a peripheral logic portion. In this device, the same electrode layer as the floating gate electrode and the control gate electrode of the memory cell of the flash memory is connected to form the gate electrode of the peripheral logic portion. Since the electrode layer for forming the floating gate electrode is used as the gate electrode of the peripheral logic portion, it is necessary to add impurities, form a contact with the control gate electrode, and process the gate electrode. For this reason, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated or difficult. Furthermore, since impurities that can be doped into the electrode layer are limited to n-type, for example, it is difficult to improve the performance of the p-channel transistor.
JP-A-8-306888 JP 2002-176114 A

本発明は、メモリセル部と周辺ロジック部において、ゲート電極の高さが等しい半導体装置及びその製造方法を提供する。   The present invention provides a semiconductor device having the same gate electrode height in a memory cell portion and a peripheral logic portion, and a method for manufacturing the same.

本発明の1態様による半導体装置は、メモリ装置及びロジック装置を具備する半導体装置であって、前記メモリ装置は、半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1の導電体膜と、前記第1の導電体膜上に電極間絶縁膜を介して形成された第2の導電体膜とを具備する第1のゲート電極を具備し、前記ロジック装置は、前記半導体基板上に形成された第2の絶縁膜を介して形成された第2のゲート電極を具備し、前記第2のゲート電極は、第2の導電膜上に形成された第3の導電体膜を含み、前記第1のゲート電極と同等の高さを有する。   A semiconductor device according to an aspect of the present invention is a semiconductor device including a memory device and a logic device, and the memory device is formed through a first gate insulating film formed over a semiconductor substrate. A first gate electrode comprising a first conductive film and a second conductive film formed on the first conductive film via an interelectrode insulating film; A second gate electrode formed through a second insulating film formed on the semiconductor substrate is provided, and the second gate electrode is a third conductor formed on the second conductive film. It includes a film and has a height equivalent to that of the first gate electrode.

本発明の他の1態様による半導体装置の製造方法は、半導体基板上にメモリセル領域及びロジック領域を形成する工程と、前記半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して第1の導電体膜を堆積する工程と、前記第1の導電体膜を短冊状にパターニングする工程と、前記第1の導電体膜上に電極間絶縁膜を形成する工程と、前記ロジック領域の前記電極間絶縁膜、第1の導電体膜及び第1のゲート絶縁膜を除去する工程と、前記ロジック領域の前記半導体基板上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板上方の全面に第2の導電体膜を堆積する工程と、前記第2の導電体膜上に第3の導電体膜を堆積する工程と、少なくとも前記メモリセル領域の前記第3の導電体膜を除去して平坦にする工程と、前記メモリセル領域にメモリセルゲート電極を及びロジック領域にトランジスタのゲート電極をパターニングにより形成する工程と、前記メモリセルゲート電極及びトランジスタのゲート電極をマスクとして前記半導体基板にソース/ドレインを形成する工程とを具備する。   A method of manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a step of forming a memory cell region and a logic region on a semiconductor substrate, and a first conductor on the semiconductor substrate via a first gate insulating film. A step of depositing a film, a step of patterning the first conductor film into a strip shape, a step of forming an interelectrode insulating film on the first conductor film, and the interelectrode insulation in the logic region. Removing the film, the first conductor film, and the first gate insulating film; forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate in the logic region; and forming a second gate insulating film on the entire surface above the semiconductor substrate. A step of depositing a second conductor film, a step of depositing a third conductor film on the second conductor film, and removing and flattening at least the third conductor film in the memory cell region And a memory in the memory cell region Comprising forming a Rugate electrode Oyobi the logic region by patterning the gate electrode of the transistor, and forming a source / drain in the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask of the memory cell gate electrode and the transistor.

本発明により、メモリセル部と周辺ロジック部において、ゲート電極の高さが等しい半導体装置及びその製造方法が提供される。   According to the present invention, there are provided a semiconductor device having the same gate electrode height in the memory cell portion and the peripheral logic portion, and a manufacturing method thereof.

本発明の実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。図では、対応する部分は、対応する参照符号で示している。以下の実施形態は、一例として示されたもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the figure, corresponding parts are indicated by corresponding reference numerals. The following embodiment is shown as an example, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、メモリセル部と周辺ロジック部とを具備し、周辺ロジック部のトランジスタのゲート電極は、メモリセル部のゲート電極とほぼ等しい高さを有する。ここで、メモリセル部は、例えば、フラッシュメモリのような不揮発性記憶装置を含み、少なくとも2層の電極構造を有する。   According to the embodiment of the present invention, the semiconductor device includes a memory cell unit and a peripheral logic unit, and the gate electrode of the transistor in the peripheral logic unit has a height substantially equal to the gate electrode of the memory cell unit. Here, the memory cell unit includes a nonvolatile memory device such as a flash memory, for example, and has an electrode structure of at least two layers.

本発明の1実施形態による半導体装置100の平面レイアウトの一例を図1に示す。半導体装置100は、フラッシュメモリを含むメモリセル部(MC)及び高耐圧トランジスタ部(HV)及び低耐圧トランジスタ部(LV)を含む周辺ロジック部(LG)を具備する。高耐圧トランジスタ部(HV)は、メモリセル部(MC)を囲んで配置され、フラッシュメモリの動作に必要な高電圧をメモリセル部(MC)に供給する。低耐圧トランジスタ部(LV)は、論理演算等を実行し、好ましくはCMOSで構成される。メモリセル部(MC)と周辺ロジック部(LG)のゲート電極は、互いにほぼ等しい高さに形成される。ここで、メモリセル部(MC)のゲート電極とその周囲を囲み隣接する高耐圧トランジスタ部(HV)のゲート電極との高さをほぼ等しく形成することが、特に重要である。   An example of a planar layout of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. The semiconductor device 100 includes a memory cell unit (MC) including a flash memory, and a peripheral logic unit (LG) including a high breakdown voltage transistor unit (HV) and a low breakdown voltage transistor unit (LV). The high breakdown voltage transistor portion (HV) is disposed so as to surround the memory cell portion (MC), and supplies a high voltage necessary for the operation of the flash memory to the memory cell portion (MC). The low withstand voltage transistor portion (LV) executes a logical operation or the like, and is preferably composed of a CMOS. The gate electrodes of the memory cell part (MC) and the peripheral logic part (LG) are formed at substantially the same height. Here, it is particularly important that the height of the gate electrode of the memory cell portion (MC) and the gate electrode of the high voltage transistor portion (HV) adjacent to and surrounding the gate electrode are substantially equal.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態の半導体装置は、周辺ロジック部のゲート電極の高さがメモリセル部のゲート電極の高さとほぼ等しくなるように周辺ロジック部に導電体膜を追加した半導体装置及びその製造方法である。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a semiconductor device in which a conductor film is added to the peripheral logic portion so that the height of the gate electrode of the peripheral logic portion is substantially equal to the height of the gate electrode of the memory cell portion. It is the manufacturing method.

本実施形態の半導体装置100のゲート電極断面構造の一例を図2に示す。図において、MCはメモリセル領域、LGは周辺ロジック領域、HVは高耐圧トランジスタ領域、LVは低耐圧トランジスタ領域をそれぞれ表す。低耐圧トランジスタ領域の添え字p及びnは、それぞれpチャネル領域及びnチャネル領域を表す。周辺ロジック領域(LG)は、高耐圧トランジスタ領域(HV)と低耐圧トランジスタ領域(LV)との両者を含む。   An example of the cross-sectional structure of the gate electrode of the semiconductor device 100 of this embodiment is shown in FIG. In the figure, MC represents a memory cell region, LG represents a peripheral logic region, HV represents a high breakdown voltage transistor region, and LV represents a low breakdown voltage transistor region. Subscripts p and n of the low breakdown voltage transistor region represent a p-channel region and an n-channel region, respectively. The peripheral logic region (LG) includes both a high breakdown voltage transistor region (HV) and a low breakdown voltage transistor region (LV).

図示された本実施形態の半導体装置100の例では、メモリセル領域(MC)のメモリセルのゲート電極GEmは、第1の導電性膜14からなるフローティングゲート電極及び第2の導電性膜22からなるコントロールゲート電極を含み、周辺ロジック領域(LG)のトランジスタのゲート電極(GEh、GEl−n、GEl−p)は、第1の導電性膜14とほぼ同じ厚さを有する第3の導電性膜24と第2の導電性膜22とを含む。このようにそれぞれのゲート電極を形成することによって、両者の領域のゲート電極は、ほぼ等しい高さに形成される。   In the illustrated example of the semiconductor device 100 of the present embodiment, the gate electrode GEm of the memory cell in the memory cell region (MC) is formed from the floating gate electrode made of the first conductive film 14 and the second conductive film 22. The gate electrodes (GEh, GEl-n, GEl-p) of the transistors in the peripheral logic region (LG) having the same thickness as the first conductive film 14 are included. A film 24 and a second conductive film 22 are included. By forming the respective gate electrodes in this way, the gate electrodes in both regions are formed at substantially the same height.

本実施形態による半導体装置の製造方法の一例を図3に示した工程断面図を参照して説明する。   An example of the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the process cross-sectional view shown in FIG.

図示しないが、まず、半導体基板10、例えば、シリコン基板に、メモリセル領域(MC)、周辺ロジック領域(LG)の各領域を構成するウェル及び素子分離を形成する。素子分離は、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)又はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)によって形成することができる。   Although not shown, first, wells and element isolations forming the memory cell region (MC) and the peripheral logic region (LG) are formed on the semiconductor substrate 10, for example, a silicon substrate. The element isolation can be formed by, for example, STI (Shallow Trench Isolation) or LOCOS (Local Oxidation of Silicon).

図3(a)を参照して、半導体基板10の全面に第1のゲート絶縁膜12、例えば、シリコン酸化膜(SiO膜)を熱酸化により形成する。第1のゲート絶縁膜12は、フラッシュメモリのゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)として機能する。第1のゲート絶縁膜12上に第1の導電性膜14を堆積する。第1の導電性膜14は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成したポリシリコン膜を使用することができ、後にフローティングゲート電極にパターニングされる。第1の導電性膜14の厚さは、例えば、60nmである。第1の導電性膜14にはn型の不純物、例えば、リン(P)がドープされる。 Referring to FIG. 3A, a first gate insulating film 12, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 10 by thermal oxidation. The first gate insulating film 12 functions as a gate insulating film (tunnel insulating film) of the flash memory. A first conductive film 14 is deposited on the first gate insulating film 12. As the first conductive film 14, for example, a polysilicon film formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) can be used, which is later patterned into a floating gate electrode. The thickness of the first conductive film 14 is 60 nm, for example. The first conductive film 14 is doped with an n-type impurity such as phosphorus (P).

次に、メモリセル領域(MC)の第1の導電性膜14を短冊状にパターニングする。短冊状のパターンは、図3(a)の紙面に平行な方向に長く形成される。その後、全面に電極間絶縁膜16を堆積する。電極間絶縁膜16は、例えば、厚さ15nmのSiO膜/シリコン窒化膜(Si膜)/SiO膜を積層したONO膜を使用することができる。電極間絶縁膜16は、パターニングされた第1の導電性膜14の上面だけでなく側面にも形成される。 Next, the first conductive film 14 in the memory cell region (MC) is patterned into a strip shape. The strip-shaped pattern is formed long in a direction parallel to the paper surface of FIG. Thereafter, an interelectrode insulating film 16 is deposited on the entire surface. As the interelectrode insulating film 16, for example, an ONO film in which a SiO 2 film / silicon nitride film (Si 3 N 4 film) / SiO 2 film having a thickness of 15 nm is laminated can be used. The interelectrode insulating film 16 is formed not only on the upper surface of the patterned first conductive film 14 but also on the side surface.

図3(b)を参照して、周辺ロジック領域(LG)の電極間絶縁膜16、第1の導電性膜14及び第1のゲート絶縁膜を除去する。高耐圧トランジスタ領域(HV)に第2のゲート絶縁膜18、低耐圧トランジスタ領域(LV)に第3のゲート絶縁膜20をそれぞれ形成する。第2及び第3のゲート絶縁膜は、例えば、それぞれ18nm及び3nmの膜厚のSiO膜である。 Referring to FIG. 3B, the interelectrode insulating film 16, the first conductive film 14, and the first gate insulating film in the peripheral logic region (LG) are removed. A second gate insulating film 18 is formed in the high breakdown voltage transistor region (HV), and a third gate insulating film 20 is formed in the low breakdown voltage transistor region (LV). The second and third gate insulating films are, for example, SiO 2 films having a thickness of 18 nm and 3 nm, respectively.

次に、メモリセル領域(MC)の電極間絶縁膜16上及び周辺ロジック領域(LG)の第2及び第3のゲート絶縁膜18,20上の全面に第2の導電性膜22を堆積する。第2の導電性膜22は、第1の導電性膜14と同様に、例えば、CVDで堆積したポリシリコン膜を使用できる。メモリセル領域(MC)、高耐圧トランジスタ領域(HV)及びnチャネル低耐圧トランジスタ領域(LV−n)の第2の導電性膜22には、n型不純物、例えば、リン(P)、ヒ素(As)がドープされ、pチャネル低耐圧トランジスタ領域(LV−p)の第2の導電性膜22pには、p型不純物、例えば、ホウ素(B)がドープされる。   Next, a second conductive film 22 is deposited on the entire surface of the inter-electrode insulating film 16 in the memory cell region (MC) and the second and third gate insulating films 18 and 20 in the peripheral logic region (LG). . As the second conductive film 22, for example, a polysilicon film deposited by CVD can be used as in the case of the first conductive film 14. In the second conductive film 22 of the memory cell region (MC), the high breakdown voltage transistor region (HV), and the n-channel low breakdown voltage transistor region (LV-n), n-type impurities such as phosphorus (P), arsenic ( As) is doped, and the second conductive film 22p in the p-channel low breakdown voltage transistor region (LV-p) is doped with a p-type impurity, for example, boron (B).

第2の導電性膜22を堆積した後では、図3(b)に示されたように、メモリセル領域(MC)と周辺ロジック領域(LG)との間で、ほぼ第1の導電性膜14の厚さに相当する段差がある。   After the second conductive film 22 is deposited, as shown in FIG. 3B, the first conductive film is substantially between the memory cell region (MC) and the peripheral logic region (LG). There is a step corresponding to a thickness of 14.

そこで、図3(c)に示したように、周辺ロジック領域(LG)にだけ、第1の導電性膜14の膜厚と同じ膜厚の第3の導電性膜24を形成して、上記の段差を実質的に平坦化する。具体的には、全面に第3の導電性膜24を堆積する。第3の導電性膜24は、第1及び第2の導電性膜14、22と同様に、例えば、CVDで堆積したポリシリコン膜を使用できる。メモリセル領域(MC)の第3の導電性膜24を、選択的に除去する。第3の導電性膜24にも、第2の導電性膜と同じn型又はp型の不純物がドープされる。   Therefore, as shown in FIG. 3C, the third conductive film 24 having the same thickness as that of the first conductive film 14 is formed only in the peripheral logic region (LG). The step is substantially flattened. Specifically, the third conductive film 24 is deposited on the entire surface. As the third conductive film 24, a polysilicon film deposited by CVD, for example, can be used in the same manner as the first and second conductive films 14 and 22. The third conductive film 24 in the memory cell region (MC) is selectively removed. The third conductive film 24 is also doped with the same n-type or p-type impurity as the second conductive film.

このようにして、メモリセル領域(MC)と周辺ロジック領域(LG)において積層された導電性膜の高さを実質的に同じにすることができる。特に、次のリソグラフィの加工において重要な、メモリセル領域(MC)とその周囲に隣接する高耐圧トランジスタ領域(HV)との段差を無くすことができる。厳密に見れば、高耐圧トランジスタ領域(HV)と低耐圧トランジスタ領域(LV)とで、第2のゲート絶縁膜18と第3のゲート絶縁膜20との膜厚差(約15nm)の段差が生じるが、この程度の段差であれば、製造プロセスにおいて問題を生じない。   In this manner, the heights of the conductive films stacked in the memory cell region (MC) and the peripheral logic region (LG) can be made substantially the same. In particular, it is possible to eliminate a step between the memory cell region (MC) and the high-breakdown-voltage transistor region (HV) adjacent to the periphery, which is important in the next lithography process. Strictly speaking, there is a difference in film thickness difference (about 15 nm) between the second gate insulating film 18 and the third gate insulating film 20 between the high breakdown voltage transistor region (HV) and the low breakdown voltage transistor region (LV). However, there is no problem in the manufacturing process if the level difference is this level.

その後、ゲート電極GEm、GEh、GElをリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。このパターニングの際に、メモリセル領域(MC)と隣接する高耐圧トランジスタ領域(HV)との間に段差がないため、全体が均一な厚さのレジスト膜を形成できる。したがって、メモリセル領域(MC)内部では、微細で一様なパターニングが可能になる。従来は、メモリセル領域(MC)と高耐圧トランジスタ領域(HV)との間に段差があったため、メモリセル領域(MC)の周辺でレジスト膜が厚くなり、メモリセル領域(MC)内で一様な寸法のパターニングができなかった。このようにして形成したメモリセル部、すなわちフラッシュメモリのゲート電極GEmは、第1のゲート絶縁膜12、第1の導電性膜からなるフローティングゲート電極14、電極間絶縁膜16、及び第2の導電性膜16からなるコントロールゲート電極22により構成される。高耐圧トランジスタのゲート電極GEhは、第2のゲート絶縁膜18、第2及び第3の導電性膜から構成される。低耐圧トランジスタのゲート電極GElは、第3のゲート絶縁膜20、第2及び第3の導電性膜から構成される。第1の導電性膜と第3の導電性膜とはほぼ等しい厚さを有するため、全てのゲート電極GEは、ほぼ同じ高さに形成される。   Thereafter, the gate electrodes GEm, GEh, and GEl are patterned by lithography and etching. In this patterning, since there is no step between the memory cell region (MC) and the adjacent high voltage transistor region (HV), a resist film having a uniform thickness as a whole can be formed. Therefore, fine and uniform patterning is possible inside the memory cell region (MC). Conventionally, since there is a step between the memory cell region (MC) and the high breakdown voltage transistor region (HV), the resist film is thickened around the memory cell region (MC), and the difference is made within the memory cell region (MC). Patterning with various dimensions could not be performed. The memory cell portion thus formed, that is, the gate electrode GEm of the flash memory, includes the first gate insulating film 12, the floating gate electrode 14 made of the first conductive film, the interelectrode insulating film 16, and the second gate electrode GEm. The control gate electrode 22 is formed of the conductive film 16. The gate electrode GEh of the high breakdown voltage transistor is composed of the second gate insulating film 18 and the second and third conductive films. The gate electrode GE1 of the low breakdown voltage transistor is composed of the third gate insulating film 20 and the second and third conductive films. Since the first conductive film and the third conductive film have substantially the same thickness, all the gate electrodes GE are formed at substantially the same height.

次に、各ゲート電極GEにサイドウォール絶縁膜26を形成する。そして、ゲート電極GEm、GEh、GEl及びサイドウォール絶縁膜26をマスクとして半導体基板10に、例えば、イオン注入により、例えば、ヒ素(As)又はホウ素(B)をドーピングして、各ソース/ドレイン28m、28h、28l−n、28l−pを形成する。このようにして、図2に示した本実施形態の半導体装置100のゲート電極構造を形成することができる。   Next, a sidewall insulating film 26 is formed on each gate electrode GE. Then, for example, arsenic (As) or boron (B) is doped, for example, by ion implantation into the semiconductor substrate 10 using the gate electrodes GEm, GEh, GE1, and the sidewall insulating film 26 as a mask, and each source / drain 28m. , 28h, 28l-n, 28l-p. In this way, the gate electrode structure of the semiconductor device 100 of this embodiment shown in FIG. 2 can be formed.

さらに、多層配線等の半導体装置に必要な工程を行って、本実施形態の半導体装置100を完成することができる。   Furthermore, the semiconductor device 100 of the present embodiment can be completed by performing processes necessary for the semiconductor device such as multilayer wiring.

上記に説明したように、本実施形態によって、メモリセル領域(MC)と周辺ロジック領域(LG)とにおいてゲート電極GEの高さを実質的に同じ高さに形成した、半導体記憶装置を混載した半導体装置及びその製造方法が実現される。ゲート電極を同じ高さに形成することで、特に、リソグラフィ工程におけるパターニングが容易になり、加工マージンを小さな値に設定することが可能になる。さらに、高さの異なるそれぞれの領域毎に行っていたパターニング等の加工を同時に行うことができ、製造工程を簡略化することが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, the semiconductor memory device in which the height of the gate electrode GE is formed to be substantially the same in the memory cell region (MC) and the peripheral logic region (LG) is mixedly mounted. A semiconductor device and a manufacturing method thereof are realized. By forming the gate electrodes at the same height, in particular, patterning in the lithography process becomes easy, and the processing margin can be set to a small value. Furthermore, it is possible to simultaneously perform processing such as patterning, which has been performed for each region having a different height, and to simplify the manufacturing process.

したがって、本実施形態によって、周辺トランジスタの高速性を維持しつつ、プロセス加工上のマージンを確保し、製造工程を簡略化することを可能にする半導体装置及びその製造方法が提供される。   Therefore, according to the present embodiment, a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can secure a margin for process processing and simplify a manufacturing process while maintaining high speed of peripheral transistors are provided.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、メモリセル領域と周辺ロジック領域とにおいてゲート電極の高さをほぼ等しく形成するために、平坦化プロセスを用いて異なる高さの複数のゲート電極構造を平坦化した半導体記憶装置を混載した半導体装置及びその製造方法である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, a plurality of gate electrode structures having different heights are planarized using a planarization process in order to form gate electrodes having substantially the same height in the memory cell region and the peripheral logic region. And a method of manufacturing the same.

本実施形態の半導体装置200のゲート電極構造は、一例を図4に示したように、周辺ロジック領域(LG)のゲート電極GEh、GElの高さが、メモリセル領域(MC)のゲート電極GEmと等しくなるように、周辺ロジック領域(LG)に第3の導電性膜を形成したものである。第3の導電性膜24は、初めに厚く堆積して、平坦化プロセス、例えば、CMP、エッチバックにより平坦化することができる。   As an example, the gate electrode structure of the semiconductor device 200 according to the present embodiment is such that the gate electrodes GEh and GEl in the peripheral logic region (LG) have the same height as the gate electrode GEm in the memory cell region (MC) as shown in FIG. A third conductive film is formed in the peripheral logic region (LG) so as to be equal to. The third conductive film 24 can be first deposited thick and planarized by a planarization process such as CMP or etchback.

次に、図5を参照して、本実施形態の半導体装置200の製造方法の一例を簡単に説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device 200 of this embodiment will be briefly described with reference to FIG.

第3の導電性膜24の堆積までは、第1の実施形態とほぼ同様であるため説明を省略する。相違点は、図5(a)に示したように、第3の導電性膜24を第1の実施形態よりも厚く堆積することである。すなわち、高耐圧トランジスタ領域(HV)及び低耐圧トランジスタ領域(LV)における堆積直後の第3の導電性膜24の表面が、メモリセル領域(MC)の第2の導電性膜22の表面の高さよりも高くなることである。   The process up to the deposition of the third conductive film 24 is substantially the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The difference is that the third conductive film 24 is deposited thicker than in the first embodiment, as shown in FIG. That is, the surface of the third conductive film 24 immediately after deposition in the high breakdown voltage transistor region (HV) and the low breakdown voltage transistor region (LV) is higher than the surface of the second conductive film 22 in the memory cell region (MC). It will be higher than that.

その後、図5(b)に示したように、メモリセル領域(MC)の第2の導電性膜22表面の高さまで、第3の導電性膜24を平坦化プロセス、例えば、CMP、エッチバックにより除去して平坦化する。すなわち、第3の導電性膜24の厚さは、各領域間でゲート電極の高さが等しくなるように調節される。このようにして、メモリセル領域(MC)と周辺ロジック領域(LG)の段差を無くすことができる。   After that, as shown in FIG. 5B, the third conductive film 24 is planarized to the height of the surface of the second conductive film 22 in the memory cell region (MC), for example, CMP, etch back. To remove and planarize. That is, the thickness of the third conductive film 24 is adjusted so that the heights of the gate electrodes are equal between the regions. In this way, the step between the memory cell region (MC) and the peripheral logic region (LG) can be eliminated.

そして、ゲート電極GEm、GEh、GElをリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。このパターニングの際に、第1の実施形態と同様に、メモリセル領域(MC)とその周囲に隣接する高耐圧トランジスタ領域(HV)との間に段差がないため、メモリセル領域(MC)内部では、微細で一様なパターニングが可能になる。形成されたメモリセル部のフラッシュメモリのゲート電極GEmは、第1のゲート絶縁膜12、第1の導電性膜からなるフローティングゲート電極14、電極間絶縁膜16、及び第2の導電性膜16からなるコントロールゲート電極22を含むように形成される。高耐圧トランジスタのゲート電極GEhは、第2のゲート絶縁膜18、第2の導電性膜及び第3の導電性膜22,24から構成される。低耐圧トランジスタのゲート電極GElは、第3のゲート絶縁膜20、第2及び第3の導電性膜22,24から構成される。このようにして、全てのゲート電極GEm、GEh、GElは、同じ高さに形成される。   Then, the gate electrodes GEm, GEh, and GE1 are patterned by lithography and etching. During this patterning, as in the first embodiment, there is no step between the memory cell region (MC) and the high voltage transistor region (HV) adjacent to the memory cell region (MC). Then, fine and uniform patterning becomes possible. The gate electrode GEm of the formed flash memory of the memory cell portion includes the first gate insulating film 12, the floating gate electrode 14 made of the first conductive film, the interelectrode insulating film 16, and the second conductive film 16. Is formed so as to include a control gate electrode 22 made of The gate electrode GEh of the high breakdown voltage transistor is composed of the second gate insulating film 18, the second conductive film, and the third conductive films 22 and 24. The gate electrode GE1 of the low breakdown voltage transistor is composed of the third gate insulating film 20 and the second and third conductive films 22 and 24. In this way, all the gate electrodes GEm, GEh, GEl are formed at the same height.

さらに、ゲート電極GEのサイドウォール絶縁膜26の形成、ソース/ドレイン28m、28h、28l−n、28l−pの形成、等を行って、図4に示した本実施形態の半導体装置200のゲート電極構造を形成することができる。   Further, the gate insulating film 26 of the gate electrode GE is formed, the source / drains 28m, 28h, 28l-n, and 28l-p are formed, etc., and the gate of the semiconductor device 200 of the present embodiment shown in FIG. An electrode structure can be formed.

その後、多層配線等の半導体装置に必要な工程を行って、本実施形態の半導体装置を完成することができる。   Thereafter, a process necessary for the semiconductor device such as multilayer wiring is performed to complete the semiconductor device of this embodiment.

上記に説明したように、本実施形態によって、メモリセル領域(MC)と周辺ロジック領域(LG)とにおいてゲート電極GEの高さを実質的に同じ高さに形成した、半導体記憶装置を混載した半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the semiconductor memory device in which the height of the gate electrode GE is formed to be substantially the same in the memory cell region (MC) and the peripheral logic region (LG) is mixedly mounted. A semiconductor device and a manufacturing method thereof can be provided.

したがって、第1の実施形態と同様に、本実施形態によっても、周辺トランジスタの高速性を維持しつつ、プロセス加工上のマージンを確保し、製造工程を簡略することが可能になる。   Therefore, similarly to the first embodiment, according to the present embodiment, it is possible to secure a margin for process processing and simplify the manufacturing process while maintaining the high speed of the peripheral transistors.

上記の実施形態では、半導体装置の全ての領域においてゲート電極の高さがほぼ等しくなるように形成した。しかし、少なくとも最も微細加工が要求されるメモリセル領域(MC)を囲み隣接して配置された高耐圧トランジスタ領域(HV)のゲート電極GEhの高さをメモリセル領域(MC)のゲート電極GEmとほぼ等しく形成することによって、メモリセル領域(MC)の加工精度が低下することを防止できる。   In the above embodiment, the gate electrodes are formed so as to have substantially the same height in all regions of the semiconductor device. However, the height of the gate electrode GEh of the high breakdown voltage transistor region (HV) that is disposed adjacent to and surrounds at least the memory cell region (MC) that requires the finest processing is defined as the gate electrode GEm of the memory cell region (MC). By forming them substantially equal, it is possible to prevent the processing accuracy of the memory cell region (MC) from being lowered.

上記の実施形態は、フラッシュメモリを例に、半導体記憶装置を混載した半導体装置を説明してきたが、半導体記憶装置は、フラッシュメモリに限定されることなく、2層のゲート電極構造を有する半導体記憶装置、例えば、EEPROM、にも適用することができる。   In the above embodiment, the semiconductor device in which the semiconductor memory device is mixed is described by taking the flash memory as an example. However, the semiconductor memory device is not limited to the flash memory, and the semiconductor memory having a two-layer gate electrode structure. It can also be applied to a device, for example an EEPROM.

本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の精神及び範囲から逸脱しないで、種々の変形を行って実施することができる。それゆえ、本発明は、ここに開示された実施形態に制限することを意図したものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において他の実施形態にも適用でき、広い範囲に適用されるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not intended to be limited to the embodiments disclosed herein, and can be applied to other embodiments without departing from the spirit of the present invention and can be applied to a wide range. It is.

図1は、本発明の1実施形態による半導体装置の平面レイアウト図の一例である。FIG. 1 is an example of a plan layout diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施形態による半導体装置のゲート電極断面構造の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of the gate electrode of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図3(a)から(c)は、本発明の第1の実施形態による半導体装置の製造方法の一例を説明するために示す工程断面図である。3A to 3C are process cross-sectional views shown for explaining an example of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第2の実施形態による半導体装置のゲート電極断面構造の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of the gate electrode of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図5(a)、(b)は、本発明の第2の実施形態による半導体装置の製造方法の一例を説明するために示す工程断面図である。FIGS. 5A and 5B are process cross-sectional views shown to describe an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

MC…メモリセル領域,LG…周辺ロジック領域,HV…高耐圧トランジスタ領域,LV…低耐圧トランジスタ領域,GE…ゲート電極,10…半導体基板,12,18,20…ゲート絶縁膜,14,22,24…導電体膜,16…電極間絶縁膜,26…サイドウォール絶縁膜,28…ソース/ドレイン,100,200…半導体装置。   MC ... Memory cell region, LG ... Peripheral logic region, HV ... High breakdown voltage transistor region, LV ... Low breakdown voltage transistor region, GE ... Gate electrode, 10 ... Semiconductor substrate, 12, 18, 20 ... Gate insulation film, 14, 22, 24 ... conductor film, 16 ... interelectrode insulating film, 26 ... sidewall insulating film, 28 ... source / drain, 100,200 ... semiconductor device.

Claims (5)

メモリ装置及びロジック装置を具備する半導体装置であって、
前記メモリ装置は、
半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜を介して形成された第1の導電体膜と、
前記第1の導電体膜上に電極間絶縁膜を介して形成された第2の導電体膜と
を具備する第1のゲート電極を具備し、
前記ロジック装置は、
前記半導体基板上に形成された第2の絶縁膜を介して形成された第2のゲート電極を具備し、
前記第2のゲート電極は、第2の導電膜上に形成された第3の導電体膜を含み、前記第1のゲート電極と同等の高さを有する
ことを特徴とする、半導体装置。
A semiconductor device comprising a memory device and a logic device,
The memory device includes:
A first conductor film formed via a first gate insulating film formed on a semiconductor substrate;
A first gate electrode comprising a second conductor film formed on the first conductor film via an interelectrode insulating film;
The logic device is:
Comprising a second gate electrode formed through a second insulating film formed on the semiconductor substrate;
The semiconductor device, wherein the second gate electrode includes a third conductor film formed on the second conductive film, and has a height equivalent to that of the first gate electrode.
前記メモリ装置は、フラッシュメモリであることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the memory device is a flash memory. 前記ロジック装置は、前記メモリ装置の周囲を囲んで配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the logic device is arranged so as to surround a periphery of the memory device. 前記ロジック装置は、高耐圧トランジスタ及び低耐圧トランジスタを含むことを特徴とする、請求項1ないし3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the logic device includes a high breakdown voltage transistor and a low breakdown voltage transistor. 半導体基板上にメモリセル領域及びロジック領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して第1の導電体膜を堆積する工程と、
前記第1の導電体膜を短冊状にパターニングする工程と、
前記第1の導電体膜上に電極間絶縁膜を形成する工程と、
前記ロジック領域の前記電極間絶縁膜、第1の導電体膜及び第1のゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ロジック領域の前記半導体基板上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板上方の全面に第2の導電体膜を堆積する工程と、
前記第2の導電体膜上に第3の導電体膜を堆積する工程と、
少なくとも前記メモリセル領域の前記第3の導電体膜を除去して平坦にする工程と、
前記メモリセル領域にメモリセルゲート電極を及びロジック領域にトランジスタのゲート電極をパターニングにより形成する工程と、
前記メモリセルゲート電極及びトランジスタのゲート電極をマスクとして前記半導体基板にソース/ドレインを形成する工程と
を具備することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
Forming a memory cell region and a logic region on a semiconductor substrate;
Depositing a first conductor film on the semiconductor substrate via a first gate insulating film;
Patterning the first conductor film into a strip shape;
Forming an interelectrode insulating film on the first conductor film;
Removing the interelectrode insulating film, the first conductor film and the first gate insulating film in the logic region;
Forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate in the logic region;
Depositing a second conductor film on the entire surface above the semiconductor substrate;
Depositing a third conductor film on the second conductor film;
Removing and flattening at least the third conductor film in the memory cell region;
Forming a memory cell gate electrode in the memory cell region and a gate electrode of a transistor in the logic region by patterning;
Forming a source / drain on the semiconductor substrate using the memory cell gate electrode and the gate electrode of the transistor as a mask.
JP2006136614A 2006-05-16 2006-05-16 Semiconductor device, and its fabrication process Pending JP2007311409A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006136614A JP2007311409A (en) 2006-05-16 2006-05-16 Semiconductor device, and its fabrication process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006136614A JP2007311409A (en) 2006-05-16 2006-05-16 Semiconductor device, and its fabrication process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007311409A true JP2007311409A (en) 2007-11-29

Family

ID=38844028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006136614A Pending JP2007311409A (en) 2006-05-16 2006-05-16 Semiconductor device, and its fabrication process

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007311409A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116053274A (en) * 2023-01-28 2023-05-02 合肥晶合集成电路股份有限公司 Semiconductor integrated device and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116053274A (en) * 2023-01-28 2023-05-02 合肥晶合集成电路股份有限公司 Semiconductor integrated device and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7759763B2 (en) Semiconductor device and a method of manufacturing the same
KR101166268B1 (en) Semiconductor device having dual-stishallow trench isolation and manufacturing method thereof
JP4764284B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8325516B2 (en) Semiconductor device with split gate memory cell and fabrication method thereof
JP2007096310A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2008098239A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP6094023B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5330440B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR20120126439A (en) Sens-amp transistor of semiconductor device and manufacturing method of the same
KR100951981B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP4566086B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US7651912B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US20040183139A1 (en) Self-aligned trench isolation method and semiconductor device fabricated using the same
US11665896B2 (en) Semiconductor device including nonvolatile memory device and logic device and manufacturing method of semiconductor device including nonvolatile memory device and logic device
JP2008085101A (en) Semiconductor device
JP4565847B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2007311409A (en) Semiconductor device, and its fabrication process
JP4564511B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2003023117A (en) Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device
JP6178129B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5286318B2 (en) Semiconductor device
JP2012129453A (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP6292281B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
TW202305879A (en) Method of manufacturing semiconductor structure
JP2010034291A (en) Method of manufacturing non-volatile semiconductor memory device