JP2009224426A - Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same - Google Patents

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Hiroshi Chagihara
啓 茶木原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability of a semiconductor apparatus including a nonvolatile memory. <P>SOLUTION: The semiconductor apparatus includes: a nonvolatile memory cell NVM having a control gate electrode CG formed on a main surface f1 of a silicon substrate 1, a memory gate electrode MG formed beside the control gate electrode CG with a charge accumulation insulating film IS in between, a metal silicide layer SC formed on the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, and a side wall insulating film IW formed on the side surface of the control gate electrode CG. The side wall insulating film IW is formed to integrally cover the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the metal silicide layer SC on the upper surface of the control gate electrode CG. The metal silicide layers SC on the upper surfaces of the electrode CG and MG are insulated from each other by the side wall insulating film IW. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置技術に関し、特に、不揮発性メモリを有する半導体装置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 technology, and more particularly to a technology effective when applied to a semiconductor device having a nonvolatile memory.

電気的に書き込み・消去が可能な不揮発性半導体記憶装置(不揮発性メモリ)として、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)が広く使用されている。これらの不揮発性メモリは、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型電界効果トランジスタ(以下、単にMISトランジスタ)のゲート電極下に浮遊状態(フローティング状態)の浮遊ゲート電極を備えた構造や、電荷蓄積機能を有する絶縁膜を備えた構造となっている。これら浮遊ゲート電極や電荷蓄積絶縁膜に電荷を蓄積させ、また、MIS構造によって、電荷蓄積領域への電荷の注入または放出を制御することで、データ書き込み機能またはデータ消去機能を実現している。   As an electrically writable / erasable nonvolatile semiconductor memory device (nonvolatile memory), an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) is widely used. These nonvolatile memories have a structure including a floating gate electrode in a floating state (floating state) under a gate electrode of a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type field effect transistor (hereinafter simply referred to as MIS transistor), and a charge storage function. The structure has an insulating film. A data writing function or a data erasing function is realized by accumulating electric charges in these floating gate electrodes and the electric charge accumulating insulating film and controlling injection or emission of electric charges to the electric charge accumulating region by the MIS structure.

上記のような電荷蓄積領域における電荷の注入または放出によって、MISトランジスタの閾値電圧は変化する。MISトランジスタにおける閾値電圧の違いは、印加するゲート電圧に応じて流れるソース/ドレイン電流の違いとして現れる。この、MISトランジスタのソース/ドレイン電流量によって、電荷の蓄積状態、即ち、データ保持状態を読み出すことができる。以上のような、データ書き込み、消去、読み出し機能によって、メモリ動作を実現している。   The threshold voltage of the MIS transistor changes due to the injection or emission of charges in the charge storage region as described above. The difference in threshold voltage in the MIS transistor appears as a difference in source / drain current that flows in accordance with the applied gate voltage. The charge accumulation state, that is, the data holding state can be read out according to the source / drain current amount of the MIS transistor. The memory operation is realized by the data writing, erasing and reading functions as described above.

ロジック回路などと共に半導体基板上に混載される不揮発性メモリでは、MISトランジスタの絶縁膜である電荷蓄積絶縁膜として、酸化シリコン膜(Oxide)/窒化シリコン膜(Nitride)/酸化シリコン膜(Oxide)の積層膜(ONO膜)に置き換えた、所謂MONOS型の不揮発性メモリ(以下、単にMONOSメモリ)がある。特に、1セルにおいて、隣接して配置させた2つのゲート電極を用いる、スプリットゲート型のMONOSメモリ(以下、単にスプリットゲート型メモリ)がある。   In a nonvolatile memory mixedly mounted on a semiconductor substrate together with a logic circuit or the like, a silicon oxide film (Oxide) / silicon nitride film (Nitride) / silicon oxide film (Oxide) is used as a charge storage insulating film that is an insulating film of a MIS transistor. There is a so-called MONOS type non-volatile memory (hereinafter simply referred to as a MONOS memory) replaced with a laminated film (ONO film). In particular, there is a split gate type MONOS memory (hereinafter simply referred to as a split gate type memory) using two gate electrodes arranged adjacent to each other in one cell.

例えば、スプリットゲート型メモリの2つのゲート電極に高低差を与え、互いに接触し難い構造とすることで、短絡不良を低減する技術などが、特開2002−231829号公報(特許文献1)などに開示されている。   For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-231829 (Patent Document 1) discloses a technique for reducing a short-circuit defect by giving a difference in height to two gate electrodes of a split gate type memory and making it difficult to contact each other. It is disclosed.

また、例えば、スプリットゲート型メモリの2つのゲート電極上のシリサイド層の表面を酸化することで、両電極間の絶縁耐性を向上させる技術などが、特開2007−251079号公報(特許文献2)などに開示されている。   In addition, for example, a technique for improving the insulation resistance between two electrodes by oxidizing the surface of a silicide layer on two gate electrodes of a split gate type memory is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-251079 (Patent Document 2). And the like.

また、例えば、スプリットゲート型メモリの2つのゲート電極のうち、一方のゲート電極上にはシリサイド層を形成しない構造とすることで、両電極間のショートを防止し、耐圧性を向上させる技術などが、特開2007−281092号公報(特許文献3)などに開示されている。   In addition, for example, a structure in which a silicide layer is not formed on one of the two gate electrodes of the split gate type memory, thereby preventing a short circuit between the two electrodes and improving the pressure resistance. Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-281092 (Patent Document 3) and the like.

また、例えば、スプリットゲート型メモリの2つのゲート電極を互いに絶縁しているONO膜において、端部の酸化シリコン膜をバーズビーク形状にし、両電極上部間の距離を離すことで接触し難い構造とし、両電極間の短絡の発生を抑制する技術などが、特開2007−258497号公報(特許文献4)などに開示されている。
特開2002−231829号公報 特開2007−251079号公報 特開2007−281092号公報 特開2007−258497号公報
Also, for example, in the ONO film that insulates the two gate electrodes of the split gate type memory from each other, the silicon oxide film at the end is made into a bird's beak shape, and the structure is difficult to contact by separating the distance between the upper portions of both electrodes, A technique for suppressing the occurrence of a short circuit between both electrodes is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-258497 (Patent Document 4).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-231829 JP 2007-251079 A JP 2007-281092 A JP 2007-258497 A

本発明者は、制御ゲート電極とメモリゲート電極とからなるスプリットゲート型メモリ、および、その周辺回路を構成する種々の特性のMISトランジスタを備えたマイクロコンピュータ(マイコン)などの半導体装置について検討を行っている。以下では、本発明者が検討したスプリットゲート型メモリについて、図面を参照しながら説明する。   The present inventor has studied a semiconductor device such as a microcomputer having a split gate type memory composed of a control gate electrode and a memory gate electrode and a MIS transistor having various characteristics constituting a peripheral circuit thereof. ing. Hereinafter, the split gate type memory studied by the present inventor will be described with reference to the drawings.

図23は、本発明者が検討したスプリットゲート型の不揮発性メモリセルNVMaの要部を示す断面図である。不揮発性メモリセルNVMaは、例えば、n型の単結晶シリコン(Si)からなるシリコン基板1aに形成されている。シリコン基板1aの主面には、p型の半導体領域であるp型メモリウェルpwaが形成され、このp型メモリウェルpwa内に不揮発性メモリセルNVMaが配置されている。本発明者が検討した不揮発性メモリセルNVMaは、以下のような構成を有する。   FIG. 23 is a cross-sectional view showing a main part of a split gate type nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventors. The nonvolatile memory cell NVMa is formed on a silicon substrate 1a made of, for example, n-type single crystal silicon (Si). A p-type memory well pwa, which is a p-type semiconductor region, is formed on the main surface of the silicon substrate 1a, and nonvolatile memory cells NVMa are arranged in the p-type memory well pwa. The nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventors has the following configuration.

シリコン基板1aの主面上には、導電性の多結晶シリコン(ポリシリコン)からなる制御ゲート電極CGaと、メモリゲート電極MGaとが隣り合って配置されている。制御ゲート電極CGaとシリコン基板1aとの間には、酸化シリコンからなる制御ゲート絶縁膜IGaが形成され、これにより互いに絶縁されている。また、メモリゲート電極MGaとシリコン基板1aとの間には電荷蓄積絶縁膜ISaが形成され、これにより互いに絶縁されている。この電荷蓄積絶縁膜ISaは、メモリゲート電極MGaと制御ゲート電極CGaとの間にも一体的に形成され、両電極を互いに絶縁している。   On the main surface of the silicon substrate 1a, a control gate electrode CGa made of conductive polycrystalline silicon (polysilicon) and a memory gate electrode MGa are arranged adjacent to each other. A control gate insulating film IGa made of silicon oxide is formed between the control gate electrode CGa and the silicon substrate 1a, thereby being insulated from each other. In addition, a charge storage insulating film ISa is formed between the memory gate electrode MGa and the silicon substrate 1a, thereby being insulated from each other. The charge storage insulating film ISa is also integrally formed between the memory gate electrode MGa and the control gate electrode CGa, and insulates the electrodes from each other.

電荷蓄積絶縁膜ISaは、電子や正孔などの電荷担体(キャリア)を蓄積する機能を有する絶縁膜である。本発明者の検討した不揮発性メモリセルNVMaでは、電荷蓄積絶縁膜ISaは、窒化シリコン膜を酸化シリコン膜で挟んだ3層構造の絶縁膜である。   The charge storage insulating film ISa is an insulating film having a function of storing charge carriers (carriers) such as electrons and holes. In the nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventors, the charge storage insulating film ISa is an insulating film having a three-layer structure in which a silicon nitride film is sandwiched between silicon oxide films.

制御ゲート電極CGaとメモリゲート電極MGaとの側壁には、酸化シリコンなどからなるサイドウォールスペーサswaが形成されており、これにより、コンタクトプラグ(図示しない)などの導電部分と各電極とが絶縁されている。   Sidewall spacers swa made of silicon oxide or the like are formed on the side walls of the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa, so that the conductive portions such as contact plugs (not shown) and the respective electrodes are insulated. ing.

サイドウォールスペーサswaの側方下部に位置するシリコン基板1aの主面には、高濃度のn型半導体領域である、ソース/ドレイン領域sdaが形成されている。また、サイドウォールスペーサswaの直下に位置するシリコン基板1aの主面であり、ソースドレイン領域sdaの端部から各ゲート電極CGa,MGaの側方下部に達する領域には、n型の半導体領域であるエクステンション領域exaが形成されている。エクステンション領域exaのn型不純物濃度は、ソース/ドレイン領域sdaのn型不純物濃度よりも低い。   A source / drain region sda, which is a high-concentration n-type semiconductor region, is formed on the main surface of the silicon substrate 1a located at the lower side of the sidewall spacer swa. In addition, an n-type semiconductor region is a main surface of the silicon substrate 1a located immediately below the sidewall spacer swa and reaches from the end of the source / drain region sda to the lateral lower side of the gate electrodes CGa and MGa. An extension region exa is formed. The n-type impurity concentration of the extension region exa is lower than the n-type impurity concentration of the source / drain region sda.

制御ゲート電極CGa、メモリゲート電極MGa、および、ソース/ドレイン領域sdaの上部表面には、金属シリサイド層SCaが形成されている。金属シリサイド層SCaは、各領域に外部から電気的に導通する際のオーミック接続を実現するために形成される、抵抗値の低い層である。本発明者が検討した不揮発性メモリセルNVMaの金属シリサイド層SCaは、コバルトシリサイドである。   A metal silicide layer SCa is formed on the upper surfaces of the control gate electrode CGa, the memory gate electrode MGa, and the source / drain region sda. The metal silicide layer SCa is a layer having a low resistance value, which is formed in order to realize ohmic connection when electrically conducting to each region from the outside. The metal silicide layer SCa of the nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventor is cobalt silicide.

上記のように、本発明者が検討した不揮発性メモリセルNVMaは、2つの隣接するMIS構造を有する。即ち、不揮発性メモリセルNVMaは、制御ゲート電極CGa、制御ゲート絶縁膜IGa、および、p型メモリウェルpwaからなるMIS構造と、メモリゲート電極MGa、電荷蓄積絶縁膜ISa、および、p型メモリウェルpwaからなるMIS構造とを有している。この様な2つの隣接するMIS構造への電圧印加条件を制御することで、電荷蓄積絶縁膜ISaに、電荷を注入したり、放出したりする。   As described above, the nonvolatile memory cell NVMa studied by the present inventor has two adjacent MIS structures. That is, the nonvolatile memory cell NVMa has a MIS structure including a control gate electrode CGa, a control gate insulating film IGa, and a p-type memory well pwa, a memory gate electrode MGa, a charge storage insulating film ISa, and a p-type memory well. and a MIS structure made of pwa. By controlling the voltage application conditions to such two adjacent MIS structures, charges are injected into and discharged from the charge storage insulating film ISa.

また、本発明者が検討した不揮発性メモリセルNVMaは、2つの隣接するMIS構造を一体とみなせば、ソース/ドレイン領域sdaを備えた通常のMISトランジスタである。そして、上記の電荷蓄積絶縁膜ISaへの電荷注入による荷電状態の違いによって、MISトランジスタの閾値電圧が変化する。これを、ソース/ドレイン電流値の変化として判別することで、記憶状態を読み出すことができる。   Further, the nonvolatile memory cell NVMa studied by the present inventor is a normal MIS transistor provided with a source / drain region sda if two adjacent MIS structures are regarded as one body. The threshold voltage of the MIS transistor changes due to the difference in charge state caused by charge injection into the charge storage insulating film ISa. By discriminating this as a change in the source / drain current value, the storage state can be read out.

以上のようにメモリ動作が実現できる不揮発性メモリセルNVMaであるが、本発明者の検討により、以下に示す課題を有することが明らかとなった。それは、図中の要部p100に示す、制御ゲート電極CGaとメモリゲート電極MGaとの上面端部の境界部において主に生じる短絡不良に起因する。   As described above, the nonvolatile memory cell NVMa that can realize the memory operation has been clarified by the inventor's investigations to have the following problems. This is due to a short-circuit failure mainly occurring at the boundary between the upper end portions of the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa, which is shown in a main part p100 in the drawing.

制御ゲート電極CGa、メモリゲート電極MGaのような多結晶シリコン上に、金属シリサイド層SCaを形成するには、金属膜とシリコンとの化合反応(シリサイド反応)を利用する。即ち、各電極CGa,MGa上に、例えばコバルト(Co)を堆積し、熱処理を施すことで、コバルトシリサイドなどからなる金属シリサイドを形成する。その後、未反応のコバルト膜を除去することで、金属シリサイド層SCaを形成する。このシリサイド反応は熱処理による化合反応であるから、元の電極表面に対し、内側(多結晶シリコン側)と外側(コバルト膜側)とに渡って、コバルトシリサイドが形成される。従って、金属シリサイド層SCaは、シリコン基板1aの主面から見て、元の電極表面よりも高い位置に盛り上がるようにして形成される。   In order to form the metal silicide layer SCa on the polycrystalline silicon such as the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa, a combination reaction (silicide reaction) between the metal film and silicon is used. That is, for example, cobalt (Co) is deposited on each of the electrodes CGa and MGa, and heat treatment is performed to form a metal silicide made of cobalt silicide or the like. Thereafter, the metal silicide layer SCa is formed by removing the unreacted cobalt film. Since this silicide reaction is a chemical reaction by heat treatment, cobalt silicide is formed on the inner side (polycrystalline silicon side) and the outer side (cobalt film side) with respect to the original electrode surface. Therefore, the metal silicide layer SCa is formed so as to rise to a position higher than the original electrode surface when viewed from the main surface of the silicon substrate 1a.

ここで、本発明者が検討した不揮発性メモリセルNVMaは、制御ゲート電極CGaとメモリゲート電極MGaとは、十数nmの電荷蓄積絶縁膜を隔て、比較的近い位置に配置されている。従って、上記のシリサイド反応時の熱処理などにおける僅かな条件設定のずれによって、両電極上に形成した金属シリサイド層SCaが接触してしまうことが起こり得る。   Here, in the nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventor, the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa are arranged at relatively close positions with a charge storage insulating film of ten and several nanometers therebetween. Therefore, it is possible that the metal silicide layer SCa formed on both electrodes comes into contact with each other due to a slight deviation in the condition setting in the heat treatment during the silicide reaction.

スプリットゲート型の不揮発性メモリセルNVMaでは、制御ゲート電極CGaとメモリゲート電極MGaとは、独立に制御することでメモリ動作を完遂できる。しかしながら、上記のように、要部p100において金属シリサイド層SCaが接触することで、両電極CGa,MGaが短絡すると、動作不良を引き起こす。結果として、不揮発性メモリセルNVMaの信頼性を低下させてしまう。   In the split gate nonvolatile memory cell NVMa, the memory operation can be completed by controlling the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa independently. However, as described above, when the metal silicide layer SCa is in contact with the main portion p100, when both the electrodes CGa and MGa are short-circuited, a malfunction occurs. As a result, the reliability of the nonvolatile memory cell NVMa is lowered.

本発明者は、このような課題を克服するために、以下のような技術の適用を更に検討した。   In order to overcome such problems, the present inventor further examined application of the following technique.

第1に、本発明者は、メモリゲート電極MGaの高さを、制御ゲート電極CGaよりも低くなるように形成する技術の適用を検討した。これにより、両電極上の金属シリサイド層SCa間の距離を離すことができ、短絡不良を低減できる。   First, the present inventor examined the application of a technique for forming the memory gate electrode MGa so that its height is lower than that of the control gate electrode CGa. Thereby, the distance between the metal silicide layers SCa on both electrodes can be increased, and short circuit defects can be reduced.

一方、半導体装置の製造工程中には、例えばソース/ドレイン領域sdaなどの半導体領域をイオン注入法などにより形成する工程の際に、メモリゲート電極MGaなどの各種ゲート電極にイオン注入マスクの役割を担わせることがある。このとき、メモリゲート電極MGaの高さが低すぎると、直下のp型メモリウェルpwaに、意図しない不純物イオンを注入してしまうことがある。更に、メモリゲート電極MGa下の電荷蓄積絶縁膜ISaに損傷を与えてしまうことがある。この現象は、素子が微細化され、メモリゲート電極MGaがより低くなるに従って顕著になってくる。即ち、メモリゲート電極MGaを低くする技術は、電極間の短絡不良の低減にとって効果的であるが、素子の微細化に際しては更なる改良が必要であることが、本発明者の検討により明らかになった。   On the other hand, during the process of manufacturing a semiconductor device, for example, in the step of forming a semiconductor region such as the source / drain region sda by an ion implantation method or the like, the role of an ion implantation mask is applied to various gate electrodes such as the memory gate electrode MGa. There are things to be carried. At this time, if the height of the memory gate electrode MGa is too low, unintended impurity ions may be implanted into the p-type memory well pwa immediately below. Furthermore, the charge storage insulating film ISa under the memory gate electrode MGa may be damaged. This phenomenon becomes more prominent as the element is miniaturized and the memory gate electrode MGa becomes lower. That is, although the technique for lowering the memory gate electrode MGa is effective for reducing short-circuit defects between the electrodes, it is clear from the study of the present inventor that further improvement is necessary for miniaturization of the element. became.

第2に、本発明者は、金属シリサイド層SCaの表面を酸化する技術の適用を検討した。これにより、両電極上の金属シリサイドSCaが接触したとしても両者は絶縁された状態であり、絶縁耐性を向上させることができる。   Second, the present inventor examined the application of a technique for oxidizing the surface of the metal silicide layer SCa. Thereby, even if the metal silicide SCa on both electrodes comes into contact with each other, both are in an insulated state, and the insulation resistance can be improved.

一方、本発明者の検討により、金属シリサイド層SCaを酸化した場合、含まれる不純物イオンのイオン種や濃度によって、形成される酸化膜の膜厚が異なることが分かった。金属シリサイド層SCaは、外部からの給電機構に対してオーミック接続を実現するために形成する。従って、コンタクトプラグなどを接続させる領域は、酸化膜などの絶縁膜をエッチングなどによって除去する必要がある。金属シリサイド層SCa上に異なる膜厚の酸化膜が形成されている場合、同一のエッチング条件によって均一なエッチングが施せなくなり、コンタクト不良を引き起こす可能性がある。即ち、金属シリサイド層SCaを酸化する技術は、電極間の絶縁耐性の向上にとって効果的であるが、正常なコンタクト形成に関しては更なる改良が必要となることが、本発明者の検討により明らかになった。   On the other hand, it has been found by the inventors that when the metal silicide layer SCa is oxidized, the thickness of the oxide film formed varies depending on the ion species and concentration of impurity ions contained therein. The metal silicide layer SCa is formed in order to realize ohmic connection to an external power feeding mechanism. Therefore, the insulating film such as an oxide film needs to be removed by etching or the like in the region where the contact plug or the like is connected. When oxide films having different thicknesses are formed on the metal silicide layer SCa, uniform etching cannot be performed under the same etching conditions, which may cause contact failure. That is, the technology for oxidizing the metal silicide layer SCa is effective for improving the insulation resistance between the electrodes, but it is clear from the study of the present inventor that further improvement is necessary for normal contact formation. became.

第3に、本発明者は、メモリゲート電極MGa上には金属シリサイド層SCaを形成しない構造とする技術の適用を検討した。これにより、制御ゲート電極CGaとメモリゲート電極MGaとのショートを防止し、耐圧性を向上させることができる。   Thirdly, the present inventor examined the application of a technique in which the metal silicide layer SCa is not formed on the memory gate electrode MGa. Thereby, a short circuit between the control gate electrode CGa and the memory gate electrode MGa can be prevented, and the pressure resistance can be improved.

一方、金属シリサイド層SCaは、各電極や半導体領域への給電の際の抵抗率を低下させる役割を担っている。従って、メモリゲート電極MGaに金属シリサイド層SCaを形成しなかった場合、メモリゲート電極MGaへの電気的導通は高抵抗化する。これは、メモリ動作時の遅延時間が長くなるなど、不揮発性メモリセルNVMaの性能を低下させる原因となる。即ち、メモリゲート電極MGa上に金属シリサイド層SCaを形成しない技術は、電極間の耐圧性の向上にとって効果的であるが、素子の動作性能の更なる向上のためには改良を要することが、本発明者の検討により明らかになった。   On the other hand, the metal silicide layer SCa plays a role of reducing the resistivity when power is supplied to each electrode or semiconductor region. Therefore, when the metal silicide layer SCa is not formed on the memory gate electrode MGa, the electrical conduction to the memory gate electrode MGa is increased in resistance. This causes a decrease in the performance of the nonvolatile memory cell NVMa, such as a longer delay time during memory operation. That is, the technology that does not form the metal silicide layer SCa on the memory gate electrode MGa is effective for improving the pressure resistance between the electrodes, but it requires improvement for further improvement of the operation performance of the element. It became clear by examination of this inventor.

第4に、本発明者は、両電極上の金属シリサイド層SCaの間に位置する電荷蓄積絶縁膜ISaの端部を、バーズビーク形状にする技術の適用を検討した。これにより、実質、両電極上の金属シリサイド層SCa間の距離はより離され、短絡の発生を抑制できる。   Fourthly, the present inventor examined the application of a technique in which the end portion of the charge storage insulating film ISa located between the metal silicide layers SCa on both electrodes is formed into a bird's beak shape. Thereby, the distance between the metal silicide layers SCa on both electrodes is substantially further increased, and the occurrence of a short circuit can be suppressed.

一方、酸化シリコン膜にバーズビークを形成するためには、熱酸化工程を要する。本発明者の検討によれば、所望の形状を実現するためには、〜1100℃程度の熱酸化工程を施す必要がある。ここで、電荷蓄積絶縁膜ISaを形成した段階では、シリコン基板1a上には他の種々の構成要素が既に形成されており、高温での熱処理はこれらの構成を変質させる原因となる。熱処理による構成素子への影響は、素子が微細化され、シリコン基板1a上に形成される素子数や素子種が増えるに従って顕著になってくる。即ち、電荷蓄積絶縁膜ISaの端部にバーズビークを形成する技術は、短絡発生の抑制にとって効果的であるが、素子の微細化に際して更なる改良が必要となることが、本発明者の検討により明らかになった。   On the other hand, in order to form bird's beaks in the silicon oxide film, a thermal oxidation process is required. According to the inventor's study, in order to realize a desired shape, it is necessary to perform a thermal oxidation step of about ˜1100 ° C. Here, at the stage where the charge storage insulating film ISa is formed, other various components have already been formed on the silicon substrate 1a, and heat treatment at a high temperature causes these components to be altered. The influence of the heat treatment on the constituent elements becomes more prominent as the elements are miniaturized and the number of elements and element types formed on the silicon substrate 1a are increased. That is, although the technique for forming a bird's beak at the end of the charge storage insulating film ISa is effective for suppressing the occurrence of a short circuit, further improvements are required when miniaturizing the device. It was revealed.

以上のように、上記第1〜第4の検討技術は、金属シリサイド層SCaの接触不良を起こし難い構成とすることができ、これにより、不揮発性メモリを有する半導体装置の信頼性を向上させることができる。しかしながら、これらの技術を適用した場合、例えば素子の微細化などに際しては更なる改良が必要となることが、本発明者らの検討により明らかになった。   As described above, the first to fourth investigation techniques can be configured to hardly cause the contact failure of the metal silicide layer SCa, thereby improving the reliability of the semiconductor device having the nonvolatile memory. Can do. However, when these techniques are applied, for example, it has been clarified by the present inventors that further improvements are required when the elements are miniaturized.

そこで、本発明の目的は、不揮発性メモリを有する半導体装置の信頼性を向上させる技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for improving the reliability of a semiconductor device having a nonvolatile memory.

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.

本願においては、複数の発明が開示されるが、そのうちの一実施例の概要を簡単に説明すれば以下の通りである。   In the present application, a plurality of inventions are disclosed. An outline of one embodiment of the inventions will be briefly described as follows.

半導体基板の主面上に形成された第1ゲート電極と、第1ゲート電極の側方に電荷蓄積絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、第1ゲート電極および第2ゲート電極の上面に形成された金属シリサイド層と、第1ゲート電極の側面に形成された側壁絶縁膜とを有する不揮発性メモリセルを備えた半導体装置であって、側壁絶縁膜は、第1ゲート電極の側面と、第1ゲート電極上面の金属シリサイド層の側面とを一体的に覆うようにして形成され、この側壁絶縁膜によって各電極上面の金属シリサイド層は互いに絶縁されている。   A first gate electrode formed on a main surface of the semiconductor substrate; a second gate electrode formed on a side of the first gate electrode through a charge storage insulating film; and a first gate electrode and a second gate electrode A semiconductor device including a nonvolatile memory cell having a metal silicide layer formed on an upper surface and a sidewall insulating film formed on a side surface of a first gate electrode, wherein the sidewall insulating film is a side surface of the first gate electrode And the side surface of the metal silicide layer on the upper surface of the first gate electrode are integrally covered, and the metal silicide layers on the upper surfaces of the electrodes are insulated from each other by the sidewall insulating film.

本願において開示される複数の発明のうち、上記一実施例により得られる効果を代表して簡単に説明すれば以下のとおりである。   Of the plurality of inventions disclosed in the present application, effects obtained by the above-described embodiment will be briefly described as follows.

即ち、不揮発性メモリを有する半導体装置の信頼性を向上させることができる。   That is, the reliability of a semiconductor device having a nonvolatile memory 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。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良い。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。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。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。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。   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. 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. 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. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted as much as possible. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態)
本実施の形態の半導体装置において、当該半導体装置が備える不揮発性メモリの構造に関して、断面図を用いて詳しく説明する。図1は、本発明の実施の形態の不揮発性メモリセルNVMの要部断面図である。図2は、上記図1の不揮発性メモリセルNVMが有する2つのゲート電極(制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG)周辺を拡大した、要部拡大図である。本実施の形態の半導体装置は、同図のような不揮発性メモリセルNVMを複数有する。また、同一のシリコン基板1上には、ロジック回路などの周辺回路を構成するMISトランジスタのような、通常知られた半導体素子が形成されている。
(Embodiment)
In the semiconductor device of this embodiment, a structure of a nonvolatile memory included in the semiconductor device will be described in detail with reference to cross-sectional views. FIG. 1 is a fragmentary cross-sectional view of a nonvolatile memory cell NVM according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a main part in which the periphery of two gate electrodes (control gate electrode CG, memory gate electrode MG) included in the nonvolatile memory cell NVM of FIG. 1 is enlarged. The semiconductor device of the present embodiment has a plurality of nonvolatile memory cells NVM as shown in FIG. On the same silicon substrate 1, normally known semiconductor elements such as MIS transistors constituting peripheral circuits such as logic circuits are formed.

以下では、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMが有する構成要素に関して、図1および図2を用いて詳しく説明する。なお、図1には、2つの不揮発性メモリセルNVMが対称に配置された構造を示した。これらは、対象に配置されていることを除いて、全く同様の構成を有している。従って、以下では、特筆しない限り、片方の不揮発性メモリセルNVMに関してその構成を説明する。また、不揮発性メモリセルNVMを形成したシリコン基板1と同一の基板上には、周辺回路を構成するMISトランジスタなど、種々の半導体素子が形成されている。   Hereinafter, components included in the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 shows a structure in which two nonvolatile memory cells NVM are arranged symmetrically. They have exactly the same configuration except that they are arranged on the object. Therefore, the configuration of one nonvolatile memory cell NVM will be described below unless otherwise specified. Various semiconductor elements such as MIS transistors constituting peripheral circuits are formed on the same substrate as the silicon substrate 1 on which the nonvolatile memory cells NVM are formed.

不揮発性メモリセルNVMは、単結晶のシリコン(Si)からなるn型のシリコン基板(半導体基板)1上に形成されている。n型とは、例えばIV族の元素からなるシリコンなどにおいて、ヒ素(As)やリン(P)などのV族の元素をIII族の元素よりも多く含有した状態であり、多数キャリアが電子であるような半導体材料の導電型を表す。以下、n型の導電型に関しては同様である。なお、このn型のシリコン基板1は、p型基板に形成したn型の半導体領域と見ても、以下の説明は同様である。p型とは、例えばIV族の元素からなるシリコンなどにおいて、ホウ素(B)などのIII族の元素をV族の元素よりも多く含有した状態であり、多数キャリアが正孔(ホール)であるような半導体材料の導電型を表す。以下、p型の導電型に関しては同様である。   The nonvolatile memory cell NVM is formed on an n-type silicon substrate (semiconductor substrate) 1 made of single crystal silicon (Si). The n-type is a state in which, for example, silicon composed of group IV elements contains more group V elements such as arsenic (As) and phosphorus (P) than group III elements, and the majority carriers are electrons. It represents the conductivity type of a certain semiconductor material. Hereinafter, the same applies to the n-type conductivity type. The following description is the same even when the n-type silicon substrate 1 is viewed as an n-type semiconductor region formed on a p-type substrate. The p-type is a state in which, for example, silicon composed of a group IV element contains more group III elements such as boron (B) than group V elements, and majority carriers are holes. This represents the conductivity type of such a semiconductor material. Hereinafter, the same applies to the p-type conductivity type.

n型のシリコン基板1の主面f1には、不揮発性メモリセルNVMを形成するために規定された、p型メモリウェルpw1が形成されている。p型メモリウェルは、導電型がp型の半導体領域である。更に、シリコン基板1の主面f1には、浅溝型の酸化シリコンからなる絶縁体である分離部2が形成されている。分離部2によって、p型メモリウェルpw1上に個々の不揮発性メモリセルNVMを形成するための領域(活性領域、アクティブ領域)が規定されている。   On the main surface f1 of the n-type silicon substrate 1, a p-type memory well pw1 defined for forming the nonvolatile memory cell NVM is formed. The p-type memory well is a p-type semiconductor region. Further, a separation portion 2 that is an insulator made of shallow groove type silicon oxide is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1. The isolation unit 2 defines regions (active region, active region) for forming individual nonvolatile memory cells NVM on the p-type memory well pw1.

シリコン基板1の主面f1上には、制御ゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)IGを介して制御ゲート電極(第1ゲート電極)CGが形成されている。制御ゲート絶縁膜IGは、酸化シリコンを主体とする絶縁膜であり、制御ゲート電極CGは多結晶シリコンを主体とする導体膜である。また、シリコン基板1の主面f1上には、電荷蓄積絶縁膜ISを介して、メモリゲート電極(第2ゲート電極)MGが形成されている。電荷蓄積絶縁膜ISは、電子や正孔などのキャリアを蓄積する機能を有する絶縁膜である。また、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGとしての多結晶シリコン膜には不純物を含んでいても良い。これにより、各電極CG,MGは所望の導電率とされている。   On the main surface f1 of the silicon substrate 1, a control gate electrode (first gate electrode) CG is formed via a control gate insulating film (first gate insulating film) IG. The control gate insulating film IG is an insulating film mainly composed of silicon oxide, and the control gate electrode CG is a conductor film mainly composed of polycrystalline silicon. A memory gate electrode (second gate electrode) MG is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 via the charge storage insulating film IS. The charge storage insulating film IS is an insulating film having a function of storing carriers such as electrons and holes. Further, the polycrystalline silicon film as the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG may contain impurities. Thereby, each electrode CG and MG is made into the desired electrical conductivity.

ここで、メモリゲート電極MGは、制御ゲート電極CGの側方に隣り合うようにして形成されている。また、電荷蓄積絶縁膜ISは、シリコン基板1とメモリゲート電極MGとの間から、制御ゲート電極IGとメモリゲート電極MGとの間に渡って一体的に配置されている。即ち、制御ゲート電極IGとメモリゲート電極MGとは、電荷蓄積絶縁膜ISを隔てて、隣り合って配置されることで、互いに電気的に絶縁されている。なお、制御ゲート電極CGの側面であり、制御ゲート電極CGと電荷蓄積絶縁膜ISとの間には側壁絶縁膜IWが形成されている。従って、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、電荷蓄積絶縁膜ISに加え、側壁絶縁膜IWによっても、互いに電気的に絶縁されている。側壁絶縁膜IWの詳しい構成や効果に関しては後に詳細を説明する。   Here, the memory gate electrode MG is formed adjacent to the side of the control gate electrode CG. In addition, the charge storage insulating film IS is integrally disposed from between the silicon substrate 1 and the memory gate electrode MG to between the control gate electrode IG and the memory gate electrode MG. That is, the control gate electrode IG and the memory gate electrode MG are electrically insulated from each other by being arranged adjacent to each other with the charge storage insulating film IS therebetween. A sidewall insulating film IW is formed on the side surface of the control gate electrode CG and between the control gate electrode CG and the charge storage insulating film IS. Therefore, the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are electrically insulated from each other not only by the charge storage insulating film IS but also by the sidewall insulating film IW. Details of the configuration and effects of the sidewall insulating film IW will be described later.

電荷蓄積絶縁膜ISは、以下のような特性を有する第1絶縁膜s1、第2絶縁膜s2、および、第3絶縁膜s3の3層構造であることが、より好ましい。まず、その構造としては、第2絶縁膜s2は、第1絶縁膜s1と第3絶縁膜s3との間に挟まれるようにして配置されている。第2絶縁膜s2は電荷を蓄積する機能を有する絶縁膜である。より具体的には、第2絶縁膜s2は、膜中に結晶欠陥などを比較的多く有し、そこにキャリアを捕獲(トラップ)することで、電荷を蓄積することができる絶縁膜である。また、第2絶縁膜s2を挟む第1絶縁膜s1および第3絶縁膜s3は、第2絶縁膜s2に蓄積された電荷が外部へ漏出することを防ぐ機能を有する絶縁膜である。より具体的には、第1絶縁膜s1および第3絶縁膜s3は、第2絶縁膜s2にトラップされたキャリアのエネルギー準位に比べ、高いエネルギー位置まで禁制帯を有するような、所謂バリア性の高い絶縁膜である。電荷蓄積絶縁膜ISをこのような3層構造とすることで、第2絶縁膜s2に捕獲されたキャリアが外部に漏出するのを防ぐことができる。これにより、不揮発性メモリセルNVMのデータ保持特性を、より向上させることができる。   The charge storage insulating film IS preferably has a three-layer structure of a first insulating film s1, a second insulating film s2, and a third insulating film s3 having the following characteristics. First, as the structure, the second insulating film s2 is disposed so as to be sandwiched between the first insulating film s1 and the third insulating film s3. The second insulating film s2 is an insulating film having a function of accumulating charges. More specifically, the second insulating film s2 is an insulating film that has a relatively large number of crystal defects in the film and can accumulate charges by trapping (trapping) carriers therein. In addition, the first insulating film s1 and the third insulating film s3 sandwiching the second insulating film s2 are insulating films having a function of preventing the charge accumulated in the second insulating film s2 from leaking to the outside. More specifically, the first insulating film s1 and the third insulating film s3 have a so-called barrier property that has a forbidden band up to a higher energy position than the energy level of carriers trapped in the second insulating film s2. It is a high insulating film. By making the charge storage insulating film IS have such a three-layer structure, carriers captured by the second insulating film s2 can be prevented from leaking to the outside. Thereby, the data retention characteristic of the nonvolatile memory cell NVM can be further improved.

また上記のような特性を有する電荷蓄積絶縁膜ISとして、第1絶縁膜s1および第3絶縁膜s3は、酸化シリコンを主体とする絶縁膜であり、第2絶縁膜s2は、窒化シリコンを主体とする絶縁膜であることが、より好ましい。窒化シリコン膜である第2絶縁膜s2を、酸化シリコン膜である第1絶縁膜s1と第3絶縁膜s3とで挟んだ構造は、所謂ONO構造である。これらの材料は、上記で説明した各絶縁膜s1,s2,s3に求められる特性を有する。更に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などは、半導体装置の構成要素として使われる実績を持ち、形成技術の蓄積が多い。従って、このような絶縁膜を用いることで、より信頼性の高い電荷蓄積絶縁膜ISを形成できる。これにより、不揮発性メモリセルNVMの信頼性を、より向上させることができる。   Further, as the charge storage insulating film IS having the above characteristics, the first insulating film s1 and the third insulating film s3 are insulating films mainly composed of silicon oxide, and the second insulating film s2 is mainly composed of silicon nitride. An insulating film is more preferable. The structure in which the second insulating film s2 that is a silicon nitride film is sandwiched between the first insulating film s1 and the third insulating film s3 that are silicon oxide films is a so-called ONO structure. These materials have characteristics required for the insulating films s1, s2, and s3 described above. Furthermore, silicon oxide films, silicon nitride films, and the like have a track record of being used as components of semiconductor devices, and have a lot of formation technology accumulated. Therefore, by using such an insulating film, the charge storage insulating film IS with higher reliability can be formed. Thereby, the reliability of the nonvolatile memory cell NVM can be further improved.

例えば、酸化シリコン膜からなる第1絶縁膜s1は4nm程度、窒化シリコン膜からなる第2絶縁膜s2は8.5nm程度、酸化シリコン膜からなる第3絶縁膜s3は5nm程度であれば好ましい。   For example, the first insulating film s1 made of a silicon oxide film is preferably about 4 nm, the second insulating film s2 made of a silicon nitride film is about 8.5 nm, and the third insulating film s3 made of a silicon oxide film is preferably about 5 nm.

また、シリコン基板1の主面f1から見た制御ゲート電極CGの高さ、および、メモリゲート電極MGの高さは、それぞれ、最も高い部分の高さを比較して、高低差を持たないような構造であることが、より好ましい。なぜなら、このような構造とすることで、当該半導体装置の製造工程において、シリコン基板1の主面に施すイオン注入の際に、電荷蓄積絶縁膜ISへの損傷を防止できる。詳細は、後の製造工程の説明と共に詳細に説明する。これにより、不揮発性メモリセルNVMの信頼性を、より向上させることができる。   Further, the height of the control gate electrode CG and the height of the memory gate electrode MG viewed from the main surface f1 of the silicon substrate 1 are compared with each other so as not to have a difference in height. It is more preferable that it is a simple structure. This is because such a structure can prevent damage to the charge storage insulating film IS during ion implantation performed on the main surface of the silicon substrate 1 in the manufacturing process of the semiconductor device. The details will be described together with the description of the later manufacturing process. Thereby, the reliability of the nonvolatile memory cell NVM can be further improved.

また、メモリゲート電極MGは、上記のように制御ゲート電極CGの側方に隣り合うようにして配置されているが、制御ゲート電極CGの側壁のうちいずれか一方の側壁の側方に、隣り合って配置されている構造とした方が、より好ましい。なぜなら、後に詳細を説明するように、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMのメモリ動作は、1つのメモリゲート電極MGを用いれば、そのメモリ動作を完遂できる。そして、1つのメモリゲート電極MGを有する構造とすることで、不揮発性メモリセルNVMのセル面積を、小面積化できる。   Further, the memory gate electrode MG is arranged so as to be adjacent to the side of the control gate electrode CG as described above. However, the memory gate electrode MG is adjacent to one of the side walls of the control gate electrode CG. It is more preferable to adopt a structure in which they are arranged together. This is because, as will be described in detail later, the memory operation of the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment can be completed by using one memory gate electrode MG. In addition, with the structure having one memory gate electrode MG, the cell area of the nonvolatile memory cell NVM can be reduced.

制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側壁のうち、互いに隣接していない側の側壁には、サイドウォールスペーサswが形成されている。サイドウォールスペーサswは、他の導電部と各ゲート電極CG,MGとの接触を起こし難くするために形成される絶縁膜である。   Side wall spacers sw are formed on the side walls of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG that are not adjacent to each other. The sidewall spacer sw is an insulating film that is formed to make it difficult for the other conductive part and the gate electrodes CG and MG to come into contact with each other.

また、一般的に、絶縁膜は単結晶シリコンなどに対して応力を及ぼす作用を有する。応力をかけられた単結晶シリコン中では、キャリア移動度が変化する。例えば、MISトランジスタにおける半導体層のキャリア移動度が変わると、MISトランジスタの性能が変化する。なぜなら、MISトランジスタにおける半導体層は、実際にキャリアを輸送するチャネルが形成される層だからである。   In general, an insulating film has an effect of exerting stress on single crystal silicon or the like. In single crystal silicon subjected to stress, carrier mobility changes. For example, when the carrier mobility of the semiconductor layer in the MIS transistor changes, the performance of the MIS transistor changes. This is because the semiconductor layer in the MIS transistor is a layer in which a channel that actually transports carriers is formed.

ここで、サイドウォールスペーサswは、直下のシリコン基板1に対して応力を作用させることができる。即ち、形成されるサイドウォールスペーサswの絶縁膜種を変えることで、不揮発性メモリセルNVMや周辺回路を構成するMISトランジスタの性能を制御できる。本実施の形態のサイドウォールスペーサswは、例えば、シリコン基板1に近い方から順に、酸化シリコン膜sw1、窒化シリコン膜sw2、酸化シリコン膜sw3を形成したものである。実際には、要求されるMISトランジスタの性能に対応して、サイドウォールスペーサswを、例えば、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との2層構造とすることもある。   Here, the sidewall spacer sw can apply stress to the silicon substrate 1 directly below. That is, by changing the insulating film type of the side wall spacer sw to be formed, the performance of the MIS transistor constituting the nonvolatile memory cell NVM and the peripheral circuit can be controlled. The sidewall spacer sw of the present embodiment is formed by, for example, forming a silicon oxide film sw1, a silicon nitride film sw2, and a silicon oxide film sw3 in order from the side closer to the silicon substrate 1. Actually, the side wall spacer sw may have, for example, a two-layer structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film in accordance with the required performance of the MIS transistor.

サイドウォールスペーサswの側壁には、酸化シリコン膜からなるシリサイドブロック層sbが形成されている。シリサイドブロック層sbは、本実施の形態の半導体装置を製造する過程で、シリサイド層を形成しない領域をシリサイド化反応から保護するための絶縁層である。当該工程に関しては、後に、全体の製造工程と共に詳細に説明する。   A silicide block layer sb made of a silicon oxide film is formed on the side wall of the sidewall spacer sw. The silicide block layer sb is an insulating layer for protecting a region where the silicide layer is not formed from the silicidation reaction in the process of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. The process will be described later in detail together with the entire manufacturing process.

p型メモリウェルpw1内において、サイドウォールスペーサswの側方下部に位置するシリコン基板1の主面f1には、n型の半導体領域であるメモリソース/ドレイン領域sd1が形成されている。メモリソース/ドレイン領域sd1のn型不純物濃度は、シリコン基板1のn型不純物濃度よりも高い。   In the p-type memory well pw1, a memory source / drain region sd1, which is an n-type semiconductor region, is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 located below the side wall spacer sw. The n-type impurity concentration of the memory source / drain region sd1 is higher than the n-type impurity concentration of the silicon substrate 1.

p型メモリウェルpw1内において、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側方下部に位置するシリコン基板1の主面f1には、n型の半導体領域であるメモリエクステンション領域ex1が形成されている。メモリエクステンション領域ex1は、各電極CG,MGが互いに隣り合わない方の側方下部から、メモリソース/ドレイン領域sd1の端部に至るまで形成され、メモリソース/ドレイン領域sd1に電気的に接続している。メモリエクステンション領域ex1のn型不純物濃度は、メモリソース/ドレイン領域sd1のn型不純物濃度よりも低い。   In the p-type memory well pw1, a memory extension region ex1 that is an n-type semiconductor region is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 located on the lower side of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. . The memory extension region ex1 is formed from the lower side where the electrodes CG and MG are not adjacent to each other to the end of the memory source / drain region sd1, and is electrically connected to the memory source / drain region sd1. ing. The n-type impurity concentration of the memory extension region ex1 is lower than the n-type impurity concentration of the memory source / drain region sd1.

制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの上面、および、メモリソース/ドレイン領域sd1の表面には、金属シリサイド層SCが形成されている。金属シリサイド層SCは、コバルトやニッケル(Ni)などの金属とシリコンとの化合物であり、本実施の形態の金属シリサイド層SCは、例えばコバルトシリサイドである。金属シリサイド層SCは、不揮発性メモリセルNVMの各要素に対して外部から電気的な接続を取るために必要な要素である。即ち、金属シリサイド層SCは、それ自体の抵抗が低く、かつ、導電体との接触においてオーミック接続を実現するために形成されている。このように、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMは、特性上、金属シリサイド層SCを有することが必要である。   A metal silicide layer SC is formed on the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG and on the surface of the memory source / drain region sd1. The metal silicide layer SC is a compound of a metal such as cobalt or nickel (Ni) and silicon, and the metal silicide layer SC of the present embodiment is, for example, cobalt silicide. The metal silicide layer SC is an element necessary for establishing electrical connection from the outside to each element of the nonvolatile memory cell NVM. That is, the metal silicide layer SC has a low resistance itself and is formed in order to realize ohmic connection in contact with the conductor. As described above, the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment needs to have the metal silicide layer SC in view of characteristics.

しかしながら、本発明者の検討では、上述のように、独立要素間の金属シリサイド層SCが接触することにより、不揮発性メモリセルNVMの動作不良が起こり、信頼性が低下するという課題が生じていた。即ち、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの距離が近く、それらの上面に形成された金属シリサイド層SC同士が接触してしまう。   However, in the study by the present inventor, as described above, the contact between the metal silicide layers SC between the independent elements causes a malfunction of the nonvolatile memory cell NVM, resulting in a decrease in reliability. . That is, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is short, and the metal silicide layers SC formed on the upper surfaces thereof come into contact with each other.

これに対し、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMは、以下のような特性の側壁絶縁膜IWを有することで、金属シリサイド層SCの接触不良を回避できる。以下に、その詳細を説明する。   On the other hand, the non-volatile memory cell NVM of the present embodiment can avoid the contact failure of the metal silicide layer SC by including the sidewall insulating film IW having the following characteristics. The details will be described below.

側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGの側面に形成されている。即ち、側壁絶縁膜IWは、電荷蓄積絶縁膜IS接する方の側壁においては第1絶縁膜s1に接し、サイドウォールスペーサswに接する方の側壁においては酸化シリコン膜sw1に接するようにして、制御ゲート電極CGの側壁に形成されている。また、側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGの側面と、制御ゲート電極CGの上面に形成された金属シリサイド層SCの側面とを、一体的に覆うようにして形成されている。そして、側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極と電荷蓄積絶縁膜ISとの間に配置されている。即ち、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、電荷蓄積絶縁膜ISおよび側壁絶縁膜を隔てて配置されており、これにより、互いに電気的に絶縁されている。更に、制御ゲート電極CG上面の金属シリサイド層SCと、メモリゲート電極MG上面の金属シリサイド層SCとの間にも、電荷蓄積絶縁膜ISだけでなく、側壁絶縁膜IWが配置されることになる。   The sidewall insulating film IW is formed on the side surface of the control gate electrode CG. That is, the sidewall insulating film IW is in contact with the first insulating film s1 on the side wall in contact with the charge storage insulating film IS, and in contact with the silicon oxide film sw1 on the side wall in contact with the side wall spacer sw. It is formed on the side wall of the electrode CG. The sidewall insulating film IW is formed so as to integrally cover the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the metal silicide layer SC formed on the upper surface of the control gate electrode CG. The sidewall insulating film IW is disposed between the control gate electrode and the charge storage insulating film IS. That is, the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are arranged with the charge storage insulating film IS and the side wall insulating film separated from each other, thereby being electrically insulated from each other. Further, not only the charge storage insulating film IS but also the sidewall insulating film IW is disposed between the metal silicide layer SC on the upper surface of the control gate electrode CG and the metal silicide layer SC on the upper surface of the memory gate electrode MG. .

ここで、本発明者が検討した、上記図23のような不揮発性メモリセルNVMaでは、両電極CGa,MGa上面の金属シリサイド層SCaにおいて、横方向の距離を物理的に隔てている要素は、電荷蓄積絶縁膜ISだけであった。例えば、上記のようなONO構造の電荷蓄積絶縁膜ISaの厚さは十数nmであり、両金属シリサイド層SCaは接触不良を起こし易く、信頼性の低下を招く要因となっていた。例えば、両電極CGa,MGa間の電荷蓄積絶縁膜ISaの膜厚を増やすことで、両者間の距離を確保し得るが、電荷蓄積絶縁膜ISaはメモリゲート電極MGa下のゲート絶縁膜の役割をも担っているので、膜厚を変えることは特性上好ましくない。   Here, in the nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventor as shown in FIG. 23, in the metal silicide layer SCa on the upper surfaces of the electrodes CGa and MGa, elements that physically separate the distance in the lateral direction are: Only the charge storage insulating film IS. For example, the charge storage insulating film ISa having the ONO structure as described above has a thickness of several tens of nanometers, and the two metal silicide layers SCa are liable to cause poor contact, leading to a decrease in reliability. For example, the distance between the two electrodes CGa and MGa can be secured by increasing the thickness of the charge storage insulating film ISa. However, the charge storage insulating film ISa serves as a gate insulating film under the memory gate electrode MGa. Therefore, it is not preferable in terms of characteristics to change the film thickness.

これに対し、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMでは、制御ゲート電極CGの側面(特に、メモリゲート電極MGに隣り合う側の側面)に側壁絶縁膜IWを設けている。これにより、制御ゲート電極CG上面の金属シリサイド層SCと、メモリゲート電極MG上面の金属シリサイド層SCと間の物理的な距離は、電荷蓄積絶縁膜ISに加え、側壁絶縁膜IWを設けている分だけ長くなる。従って、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMは、両電極CG,MG上面の金属シリサイド層SCの接触による電気的な短絡(ショート)を起こし難い。更に、この技術の適用に際しては、電荷蓄積絶縁膜ISの膜厚などを変える必要が無い。即ち、電気特性の重要なパラメータである電荷蓄積絶縁膜ISの膜厚などを変えることなく、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間のショートに対する、横方向のマージンをより大きく取ることができる。結果として、不揮発性メモリを有する半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   On the other hand, in the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment, the sidewall insulating film IW is provided on the side surface of the control gate electrode CG (particularly, the side surface adjacent to the memory gate electrode MG). As a result, the physical distance between the metal silicide layer SC on the upper surface of the control gate electrode CG and the metal silicide layer SC on the upper surface of the memory gate electrode MG is provided with the sidewall insulating film IW in addition to the charge storage insulating film IS. It gets longer by minutes. Therefore, the non-volatile memory cell NVM of the present embodiment is unlikely to cause an electrical short circuit due to contact of the metal silicide layer SC on the upper surfaces of both electrodes CG and MG. Furthermore, when this technique is applied, it is not necessary to change the thickness of the charge storage insulating film IS. That is, it is possible to increase a lateral margin for a short circuit between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG without changing the film thickness of the charge storage insulating film IS which is an important parameter of electrical characteristics. it can. As a result, the reliability of the semiconductor device having a nonvolatile memory can be further improved.

また、側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGの側面において、制御ゲート電極CGの下端である制御ゲート絶縁膜IGとの接点に達しない構造とすることが、より好ましい。この構造および、好ましい理由に関して、以下で詳しく説明する。   Further, it is more preferable that the sidewall insulating film IW has a structure that does not reach the contact point with the control gate insulating film IG that is the lower end of the control gate electrode CG on the side surface of the control gate electrode CG. This structure and preferred reasons will be described in detail below.

ここで説明する不揮発性メモリセルNVMの側壁絶縁膜IWは、金属シリサイド層SCの側面の途中から、制御ゲート電極CGの側面の途中までを一体的に覆うようにして形成されている。即ち、制御ゲート電極CGの上方では、制御ゲート電極CGおよび金属シリサイド層SCの側面を一体的に覆うように、かつ、制御ゲート電極CGと電荷蓄積絶縁膜ISとの間に配置するように、側壁絶縁膜IWが形成されている。また、制御ゲート電極CGの下方では、制御ゲート電極CGの側面に側壁絶縁膜IWは形成されておらず、制御ゲート電極CGと電荷蓄積絶縁膜ISとが接している。なお、側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGと電荷蓄積絶縁膜ISとの境界から、制御ゲート電極CG側に入り込むようにして形成されている。即ち、制御ゲート電極CGの側面の途中まで配置している側壁絶縁膜IWの下端より下には、電荷蓄積絶縁膜ISではなく、制御ゲート電極CGが存在している。このような構造とすることがより好ましい理由を、以下で説明する。   The sidewall insulating film IW of the nonvolatile memory cell NVM described here is formed so as to integrally cover from the middle of the side surface of the metal silicide layer SC to the middle of the side surface of the control gate electrode CG. That is, above the control gate electrode CG, the side surfaces of the control gate electrode CG and the metal silicide layer SC are integrally covered and disposed between the control gate electrode CG and the charge storage insulating film IS. Sidewall insulating film IW is formed. Further, below the control gate electrode CG, the sidewall insulating film IW is not formed on the side surface of the control gate electrode CG, and the control gate electrode CG and the charge storage insulating film IS are in contact with each other. Note that the sidewall insulating film IW is formed so as to enter the control gate electrode CG side from the boundary between the control gate electrode CG and the charge storage insulating film IS. That is, not the charge storage insulating film IS but the control gate electrode CG exists below the lower end of the side wall insulating film IW arranged partway along the side surface of the control gate electrode CG. The reason why such a structure is more preferable will be described below.

制御ゲート電極CGは、不揮発性メモリセルNVMにおいてMIS構造を構成する要素である。そして、読み出し動作時には、メモリゲート電極MGと一体とみなして、MISトランジスタのゲート電極として作用させる。従って、MISトランジスタとして要求される特性に基づいて、制御ゲート電極CGのゲート長が決められることになる。制御ゲート電極CGのゲート長とは、図中、制御ゲート電極CGと制御ゲート絶縁膜IGとが接する部分の長さである。この直下のp型メモリウェルpw1に、電界効果による反転層が形成され、その反転層の中でキャリアが輸送される。従って、ゲート長はキャリア輸送距離に関連し、MISトランジスタの特性における重要なパラメータの一つである。   The control gate electrode CG is an element constituting the MIS structure in the nonvolatile memory cell NVM. Then, at the time of a read operation, it is regarded as an integral part of the memory gate electrode MG and acts as the gate electrode of the MIS transistor. Therefore, the gate length of the control gate electrode CG is determined based on the characteristics required for the MIS transistor. The gate length of the control gate electrode CG is the length of the portion where the control gate electrode CG and the control gate insulating film IG are in contact with each other in the drawing. An inversion layer due to a field effect is formed in the p-type memory well pw1 directly below, and carriers are transported in the inversion layer. Therefore, the gate length is related to the carrier transport distance and is one of important parameters in the characteristics of the MIS transistor.

本実施の形態の側壁絶縁膜IWは、上記のように、制御ゲート電極CGの下端に達しないようにして形成されることで、制御ゲート電極CGのゲート長に影響を及ぼすことなく、金属シリサイド層SCの接触不良を起こし難い構造を実現できる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   As described above, the sidewall insulating film IW of the present embodiment is formed so as not to reach the lower end of the control gate electrode CG, so that the metal silicide is not affected without affecting the gate length of the control gate electrode CG. It is possible to realize a structure that hardly causes contact failure of the layer SC. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

例えば、制御ゲート電極CGの制御ゲート絶縁膜IGからの高さは200〜220nm程度であれば好ましい。そして、例えば、制御ゲート絶縁膜IGから側壁絶縁膜IWの下端までの距離は50〜100nm程度であれば好ましい。また、例えば、制御ゲート電極のゲート長、即ち、制御ゲート電極CGの下方において、側壁に側壁絶縁膜IWが形成されておらず、制御ゲート絶縁膜IGと接する部分の、シリコン基板1の主面f1に沿った方向に見た距離は、110nm程度であれば好ましい。なお、例えば、メモリゲート電極MGにおける同様のゲート長は、55nm程度であれば好ましい。   For example, the height of the control gate electrode CG from the control gate insulating film IG is preferably about 200 to 220 nm. For example, the distance from the control gate insulating film IG to the lower end of the sidewall insulating film IW is preferably about 50 to 100 nm. Further, for example, the gate length of the control gate electrode, that is, the lower surface of the control gate electrode CG, the side wall insulating film IW is not formed on the side wall, and the main surface of the silicon substrate 1 is in contact with the control gate insulating film IG. The distance seen in the direction along f1 is preferably about 110 nm. For example, a similar gate length in the memory gate electrode MG is preferably about 55 nm.

また、側壁絶縁膜IWは、シリコン基板1の主面f1から見て、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MG上面の金属シリサイド層SCの上面よりも、高い位置に突き出すような構造とすることがより好ましい。その理由を以下で説明する。   Further, the sidewall insulating film IW has a structure that protrudes higher than the upper surfaces of the metal silicide layers SC on the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG when viewed from the main surface f1 of the silicon substrate 1. More preferred. The reason will be described below.

後に製造工程を記載する際に詳細を説明するように、金属シリサイド層SCは、制御ゲート電極CGやメモリゲート電極MGの上面から、上方に向かって成長するようにして形成される。ここで、本発明者が検討した上記図23のような不揮発性メモリセルNVMaでは、両電極CGa,MGaを隔てているのは電荷蓄積絶縁膜ISaのみである。この電荷蓄積絶縁膜ISaは、両電極CGa,MGa上面の金属シリサイド層SCの上面よりも、高い位置に突き出す構造とはなっていない。従って、両電極CGa,MGaの上面に金属シリサイド層SCを形成する過程において接触し易く、信頼性の低下を招く要因となっていた。   As will be described in detail later when the manufacturing process is described, the metal silicide layer SC is formed so as to grow upward from the upper surface of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Here, in the nonvolatile memory cell NVMa examined by the present inventor as shown in FIG. 23, only the charge storage insulating film ISa separates the electrodes CGa and MGa. This charge storage insulating film ISa does not have a structure protruding above the upper surface of the metal silicide layer SC on the upper surfaces of both electrodes CGa and MGa. Therefore, it is easy to contact in the process of forming the metal silicide layer SC on the upper surfaces of both electrodes CGa and MGa, which causes a decrease in reliability.

これに対し、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMでは、制御ゲート電極CGの上面よりも高い位置に突き出すようにして、側壁絶縁膜IWが形成されている。更に、最終的な構造では、制御ゲート電極CG上面の金属シリサイド層SCの上面よりも高い位置に突き出すようにして、側壁絶縁膜IWが形成されている。従って、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMは、両電極CG,MG上面の金属シリサイド層SCが、側壁絶縁膜IWや電荷蓄積絶縁膜ISを乗り越えて互いに接触するような、電気的な短絡を起こし難い。即ち、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間のショートに対する、金属シリサイド層SCの膜厚方向のマージンをより大きく取ることができる。結果として、不揮発性メモリを有する半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   On the other hand, in the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment, the sidewall insulating film IW is formed so as to protrude to a position higher than the upper surface of the control gate electrode CG. Further, in the final structure, the sidewall insulating film IW is formed so as to protrude to a position higher than the upper surface of the metal silicide layer SC on the upper surface of the control gate electrode CG. Therefore, the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment has an electrical short circuit in which the metal silicide layers SC on the upper surfaces of both electrodes CG and MG are in contact with each other over the side wall insulating film IW and the charge storage insulating film IS. It is hard to wake up. That is, a margin in the film thickness direction of the metal silicide layer SC with respect to a short circuit between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be increased. As a result, the reliability of the semiconductor device having a nonvolatile memory can be further improved.

例えば、制御ゲート電極CGの上面から、側壁絶縁膜IWの頂点までの距離は30〜50nm程度であれば好ましい。従って、金属シリサイド層SCの厚さは、30〜50nm程度以下であれば好ましい。   For example, the distance from the upper surface of the control gate electrode CG to the apex of the sidewall insulating film IW is preferably about 30 to 50 nm. Therefore, the thickness of the metal silicide layer SC is preferably about 30 to 50 nm or less.

また、側壁絶縁膜IWは、窒化シリコン膜を主体とする絶縁膜であることが、より好ましい。例えば、低圧の化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などにより窒化シリコン膜を形成することで、他の絶縁膜よりも緻密な側壁絶縁膜IWとすることができる。これにより、金属シリサイド層SCを介したリーク電流を、より確実に抑制し易い構造とすることができる。結果として、不揮発性メモリを有する半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   The sidewall insulating film IW is more preferably an insulating film mainly composed of a silicon nitride film. For example, by forming a silicon nitride film by a low pressure chemical vapor deposition (CVD) method or the like, the sidewall insulating film IW can be made denser than other insulating films. Thereby, it can be set as the structure which can suppress the leak current through the metal silicide layer SC more reliably. As a result, the reliability of the semiconductor device having a nonvolatile memory can be further improved.

なお、本実施の形態の側壁絶縁膜IWは、シリコン基板1の主面f1に沿った方向に見た厚さが10〜20nm程度であれば好ましい。なぜなら、絶縁性を考慮すれば、側壁絶縁膜IWは厚ければ厚いほどより好ましいが、側壁絶縁膜IWを厚くすると、制御ゲート電極CG上部の金属シリサイドSCが形成される領域が狭くなり、これは、制御ゲート電極CGへの導通部としての抵抗値が増加させてしまうからである。従って、両電極CG,MG間のショートマージンを向上させるのに必要な最小限の膜厚とすることが好ましく、本実施の形態の側壁絶縁膜IWの厚さは、本発明者の検証により、上記の数値を好ましい範囲とした。具体的な形成方法に関しては、後の製造工程の説明と共に詳細に説明する。   Note that the sidewall insulating film IW of the present embodiment is preferably about 10 to 20 nm in thickness when viewed in the direction along the main surface f1 of the silicon substrate 1. This is because, in consideration of insulation, the thicker the sidewall insulating film IW, the more preferable, but the thicker the sidewall insulating film IW, the narrower the region where the metal silicide SC is formed above the control gate electrode CG. This is because the resistance value as a conduction portion to the control gate electrode CG is increased. Therefore, it is preferable to set the minimum film thickness necessary for improving the short margin between the electrodes CG and MG. The thickness of the sidewall insulating film IW according to the present embodiment is verified by the inventors. The above numerical value was set as a preferable range. A specific forming method will be described in detail together with a description of a later manufacturing process.

また、本実施の形態の側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGの側面のうち、少なくともメモリゲート電極MGが配置された側に設けられていれば十分である。即ち、接触不良を低減するための上記の効果を得るためには、側壁絶縁膜IWは、メモリゲート電極MGが配置されていない側において、制御ゲート電極CGとサイドウォールスペーサswとの間に配置されている必要は無い。ただし、製造工程の観点からは、メモリゲート電極MGが制御ゲート電極CGの片側にしか形成されていないような場合でも、側壁絶縁膜IWは制御ゲート電極CGの両側面に配置されている構造の方がより好ましい。理由の詳細に関しては、後の製造工程の説明と共に記載する。なお、このように両側面に側壁絶縁膜IWを備えた構造としても、特性には影響を与えないことが、本発明者の検証により確かめられている。また、素子の微細化などに伴って、側壁絶縁膜IWを配置することが、制御ゲート電極CGの特性(例えば上面の金属シリサイド層SCの抵抗など)に影響を与えるような場合には、メモリゲート電極MGが配置されていない側の制御ゲート電極CGの側面には、側壁絶縁膜IWが配置されていない構造としても良い。   Further, it is sufficient that the sidewall insulating film IW of the present embodiment is provided on at least the side where the memory gate electrode MG is disposed on the side surface of the control gate electrode CG. That is, in order to obtain the above-described effect for reducing contact failure, the sidewall insulating film IW is disposed between the control gate electrode CG and the sidewall spacer sw on the side where the memory gate electrode MG is not disposed. There is no need to be. However, from the viewpoint of the manufacturing process, even when the memory gate electrode MG is formed only on one side of the control gate electrode CG, the sidewall insulating film IW is arranged on both side surfaces of the control gate electrode CG. Is more preferable. Details of the reason will be described together with the explanation of the later manufacturing process. In addition, it has been confirmed by the inventor that the structure having the sidewall insulating films IW on both side surfaces does not affect the characteristics. Further, in the case where the side wall insulating film IW has an effect on the characteristics of the control gate electrode CG (for example, the resistance of the metal silicide layer SC on the upper surface) as the element is miniaturized, the memory A structure in which the sidewall insulating film IW is not disposed on the side surface of the control gate electrode CG on the side where the gate electrode MG is not disposed may be employed.

上記の様な構成の不揮発性メモリセルNVMは、その全体が、窒化シリコン膜からなるエッチングストップ絶縁膜IBで覆われている。更に、エッチングストップ絶縁膜IBを覆うようにして、かつ、上記の不揮発性メモリセルNVMの構成を埋め込むようにして、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜ILが形成されている。また、層間絶縁膜ILおよびエッチングストップ絶縁膜IBを貫くようにして、金属シリサイド層SCに導通するコンタクトホールCHが形成されている。更に、コンタクトホールCH内は、タングステン(W)などにより埋め込まれ、コンタクトプラグCPが形成されている。ここで、コンタクトプラグCPは、層間絶縁膜ILとタングステンとの界面に形成されたバリアメタルとして、例えば窒化チタン(TiN)などを有していても良い(図示しない)。このコンタクトプラグCPを通じて、不揮発性メモリセルNVMを構成する制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、メモリソース/ドレイン領域sd1に対して、外部から電気的に給電できる。   The nonvolatile memory cell NVM configured as described above is entirely covered with an etching stop insulating film IB made of a silicon nitride film. Further, an interlayer insulating film IL made of a silicon oxide film is formed so as to cover the etching stop insulating film IB and to embed the configuration of the nonvolatile memory cell NVM. Further, a contact hole CH that is electrically connected to the metal silicide layer SC is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL and the etching stop insulating film IB. Further, the contact hole CH is filled with tungsten (W) or the like to form a contact plug CP. Here, the contact plug CP may include, for example, titanium nitride (TiN) as a barrier metal formed at the interface between the interlayer insulating film IL and tungsten (not shown). Through this contact plug CP, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the memory source / drain region sd1 constituting the nonvolatile memory cell NVM can be electrically supplied from the outside.

なお、エッチングストップ絶縁膜IBは、所謂SAC(Self Align Contact)技術により、層間絶縁膜に自己整合的にコンタクトホールを形成するために形成されたものである。SAC技術によるコンタクトホールの加工に関しては、後の製造工程の説明と共に詳細に説明する。   Note that the etching stop insulating film IB is formed to form a contact hole in a self-aligning manner in the interlayer insulating film by a so-called SAC (Self Align Contact) technique. The contact hole processing by the SAC technique will be described in detail together with the description of the subsequent manufacturing process.

層間絶縁膜ILの上層には、酸化シリコン膜からなる絶縁膜IMが形成されている。絶縁膜IM中には、例えば、アルミニウム(Al)または銅(Cu)などの導電体からなる、配線WMが形成されている。配線WMは、アルミニウムの上下を挟むバリアメタルとして、例えば窒化チタンなどを有していても良い(図示しない)。バリアメタルは、配線金属と層間絶縁膜ILなどとの化学反応を抑制するために形成されている。この配線WMは、コンタクトプラグCPに電気的に接続されており、絶縁膜IM中で所望の配線パターンを構成している。また、絶縁膜IMの更に上層には、同様の層間絶縁膜IL、コンタクトプラグCP(ビアプラグともいう)、絶縁膜IM、および、配線WMなどが繰り返し形成され、多層配線を構成している(図示しない)。   Over the interlayer insulating film IL, an insulating film IM made of a silicon oxide film is formed. In the insulating film IM, for example, a wiring WM made of a conductor such as aluminum (Al) or copper (Cu) is formed. The wiring WM may have, for example, titanium nitride (not shown) as a barrier metal that sandwiches the upper and lower sides of aluminum. The barrier metal is formed to suppress a chemical reaction between the wiring metal and the interlayer insulating film IL. The wiring WM is electrically connected to the contact plug CP, and forms a desired wiring pattern in the insulating film IM. Further, a similar interlayer insulating film IL, contact plug CP (also referred to as a via plug), insulating film IM, wiring WM, and the like are repeatedly formed in an upper layer of the insulating film IM to constitute a multilayer wiring (illustrated). do not do).

以上が、本実施の形態における、スプリットゲート型の不揮発性メモリセルNVMを備えた半導体装置の構造である。以下では、本実施の形態におけるスプリットゲート型の不揮発性メモリセルNVMのメモリ動作を、図3を用いて詳細に説明する。図3は不揮発性メモリセルNVMのメモリ動作を説明するための、要部断面を表す説明図である。ここでは、制御ゲート電極CGに印加する電圧を制御ゲート電圧Vcg、メモリゲート電極MGに印加する電圧をメモリゲート電圧Vmgと呼称する。また、メモリソース/ドレイン領域sd1に通じるエクステンション領域ex1のうち、制御ゲート電極CG側のエクステンション領域ex1に印加する電圧をドレイン電圧Vd、メモリゲート電極MG側のエクステンション領域ex1に印加する電圧をソース電圧Vsと呼称する。   The above is the structure of the semiconductor device including the split-gate nonvolatile memory cell NVM in this embodiment. Hereinafter, the memory operation of the split-gate nonvolatile memory cell NVM in this embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of the main part for explaining the memory operation of the nonvolatile memory cell NVM. Here, a voltage applied to the control gate electrode CG is referred to as a control gate voltage Vcg, and a voltage applied to the memory gate electrode MG is referred to as a memory gate voltage Vmg. In the extension region ex1 that communicates with the memory source / drain region sd1, the voltage applied to the extension region ex1 on the control gate electrode CG side is the drain voltage Vd, and the voltage applied to the extension region ex1 on the memory gate electrode MG side is the source voltage. Called Vs.

書き込み動作では、例えば、ドレイン電圧Vdとして0.8V、ソース電圧Vsとして6V、メモリゲート電圧Vmgとして12V、そして、制御ゲート電圧Vcgとして1.5Vをそれぞれ印加する。このようなバイアス条件下で、メモリゲート電極MG下のチャネル形成領域から電荷蓄積絶縁膜IS中にホットエレクトロンを注入することによって行われる。このように、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMでは、ドレインからソース方向に輸送する電子(エレクトロン)を、メモリゲート電極MG付近の高電界によって電荷蓄積絶縁膜ISに引き抜くような、所謂SSI(Source Side Injection)方式によって、書き込み動作が行われる。   In the write operation, for example, 0.8 V is applied as the drain voltage Vd, 6 V is applied as the source voltage Vs, 12 V is applied as the memory gate voltage Vmg, and 1.5 V is applied as the control gate voltage Vcg. Under such bias conditions, this is performed by injecting hot electrons into the charge storage insulating film IS from the channel formation region under the memory gate electrode MG. Thus, in the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment, so-called SSI in which electrons (electrons) transported from the drain to the source are extracted to the charge storage insulating film IS by a high electric field near the memory gate electrode MG. The write operation is performed by the (Source Side Injection) method.

読み出し動作では、例えば、ドレイン電圧として1.5V、ソース電圧Vdとして0V、そして、メモリゲート電圧Vmgおよび制御ゲート電圧Vcgとして1.5Vをそれぞれ印加する。先の書き込み動作を受けているメモリセルであれば、メモリゲート電極MG下の電荷蓄積絶縁膜ISに電子が蓄えられて負に帯電しているため、nチャンネルMISトランジスタとしての閾値電圧は上昇している。一方、書き込み動作を受けていないメモリセルであれば、電荷蓄積絶縁膜ISは負に帯電していないため、閾値電圧の上昇は無い。従って、書き込みを受けた状態と書き込みを受けていない状態とでは、後者に比べて前者の方がドレイン電流は小さいこととなる。このようにして、不揮発性メモリセルNVMの書き込み状態を読み出すことができる。   In the read operation, for example, 1.5 V is applied as the drain voltage, 0 V as the source voltage Vd, and 1.5 V is applied as the memory gate voltage Vmg and the control gate voltage Vcg, respectively. In the case of a memory cell that has undergone the previous writing operation, electrons are stored in the charge storage insulating film IS under the memory gate electrode MG and are negatively charged, so that the threshold voltage as an n-channel MIS transistor increases. ing. On the other hand, in the case of a memory cell that has not been subjected to a write operation, the charge storage insulating film IS is not negatively charged, so that the threshold voltage does not increase. Therefore, the drain current is smaller in the former state than in the latter state in the state where the write has been received and in the state where the write has not been received. In this way, the write state of the nonvolatile memory cell NVM can be read.

消去動作は、書き込みを受けて負に帯電した電荷蓄積絶縁膜ISを、電気的に中性な状態にすれば良い。その方法にはいくつかあるが、ここでは一例として、電荷蓄積絶縁膜ISに、正電荷であるホールを注入する方法を説明する。例えば、ドレイン電圧Vdおよびソース電圧Vsとして0V、メモリゲート電圧Vmgとして−6V、そして、制御ゲート電圧Vcgとして0Vをそれぞれ印加する。このようなバイアス条件下では、メモリゲート電極MGの側方下部のエクステンション領域ex1において強反転が起こり、n型半導体であるエクステンション領域ex1にホールが生成される。そして、生成したホールは、メモリゲート電極MGの高電界によって電荷蓄積絶縁膜ISに引き抜かれる。このように、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMは、メモリゲート電極MG側のエクテンション領域ex1の強反転で生成したホールを電荷蓄積絶縁膜ISに引き抜くような、所謂BTBT(Band To Band Tunneling)方式によって、消去動作が行われる。   In the erasing operation, the charge storage insulating film IS that is negatively charged in response to writing may be brought into an electrically neutral state. There are several methods, but here, as an example, a method of injecting positive charge holes into the charge storage insulating film IS will be described. For example, 0 V is applied as the drain voltage Vd and the source voltage Vs, −6 V is applied as the memory gate voltage Vmg, and 0 V is applied as the control gate voltage Vcg. Under such a bias condition, strong inversion occurs in the extension region ex1 at the lower side of the memory gate electrode MG, and holes are generated in the extension region ex1 that is an n-type semiconductor. The generated holes are extracted to the charge storage insulating film IS by the high electric field of the memory gate electrode MG. As described above, the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment has a so-called BTBT (Band To Band) in which holes generated by strong inversion of the extension region ex1 on the memory gate electrode MG side are extracted to the charge storage insulating film IS. The erasing operation is performed by the tunneling method.

以上のようなバイアス条件によって、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMのメモリ動作が可能となる。数値は一例であり、実際の構造によって決まるものである。   Under the bias conditions as described above, the memory operation of the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment becomes possible. The numerical value is an example and depends on the actual structure.

以下では、本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図4〜図22を用いて説明する。当該半導体装置は上記図1〜図3を用いて説明した構成の不揮発性メモリセルNVMを複数有する。そして、同一のシリコン基板1上には、例えばロジック回路などの周辺回路を構成するMISトランジスタのような、通常知られた半導体素子を形成する。本実施の形態では、これらの不揮発性メモリセルNVMとその他の半導体素子とは、同じ工程によって作り分けられる。従って、以下では、不揮発性メモリセルNVMと、周辺回路を構成する素子とを形成する工程を説明する。シリコン基板1における、不揮発性メモリセルNVMを形成するメモリ領域Rm、周辺回路を形成する周辺領域Rp、および、それらの境界となる境界領域Rbの三つの領域において、それらに施す工程を詳しく説明する。   Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this Embodiment is demonstrated using FIGS. The semiconductor device includes a plurality of nonvolatile memory cells NVM having the configuration described with reference to FIGS. Then, on the same silicon substrate 1, a generally known semiconductor element such as a MIS transistor constituting a peripheral circuit such as a logic circuit is formed. In the present embodiment, these non-volatile memory cells NVM and other semiconductor elements are formed separately by the same process. Therefore, hereinafter, a process of forming the nonvolatile memory cell NVM and elements constituting the peripheral circuit will be described. Steps performed on the three regions of the silicon substrate 1, that is, the memory region Rm for forming the nonvolatile memory cell NVM, the peripheral region Rp for forming the peripheral circuit, and the boundary region Rb serving as a boundary between them will be described in detail. .

また、シリコン基板1上のメモリ領域Rmに形成される複数の不揮発性メモリセルNVMは、全て同一の工程で形成されるため、そのうち一つの不揮発性メモリセルNVMの製造工程を代表して説明する。なお、形成する膜などの厚さや、加工寸法などは、上記図1、図2を用いて説明した数値例と同様であるとし、特筆しない限り重複した説明は省略する。また、周辺領域Rpには種々の半導体素子を形成するが、その代表的な例として、nチャネル型のMISトランジスタ(以下、n型MISトランジスタ)を形成する工程を示す。   Further, since the plurality of nonvolatile memory cells NVM formed in the memory region Rm on the silicon substrate 1 are all formed in the same process, a manufacturing process of one nonvolatile memory cell NVM will be described as a representative. . Note that the thickness of the film to be formed, the processing dimensions, and the like are the same as those in the numerical examples described with reference to FIGS. 1 and 2, and redundant description is omitted unless otherwise specified. Various semiconductor elements are formed in the peripheral region Rp. As a typical example, a process of forming an n-channel MIS transistor (hereinafter referred to as an n-type MIS transistor) is shown.

まず、図4に示すように、単結晶のシリコン基板1を準備する。シリコン基板1の導電型は、n型であってもp型であっても良い。本実施の形態の製造方法では、n型のシリコン基板1を用いた場合を説明する。なお、このn型のシリコン基板1は、p型基板に形成したn型の半導体領域と見ても、以下の説明は同様である。   First, as shown in FIG. 4, a single crystal silicon substrate 1 is prepared. The conductivity type of the silicon substrate 1 may be n-type or p-type. In the manufacturing method of the present embodiment, a case where an n-type silicon substrate 1 is used will be described. The following description is the same even when the n-type silicon substrate 1 is viewed as an n-type semiconductor region formed on a p-type substrate.

シリコン基板1の主面f1の所定の領域に、分離部2を形成する。これには、まず、シリコン基板1の主面f1にフォトリソグラフィ工程および異方性エッチング工程により、浅い溝を形成する。フォトリソグラフィ工程とは、フォトレジスト膜の塗布、露光および現像などの工程により、フォトレジスト膜に所望のレジストパターンを形成する一連の工程である。この様なフォトレジスト膜をマスクとして、露出した領域に異方性エッチングや、イオン注入を施すことができる。以後、フォトリソグラフィ工程に関しては、特筆しない限り同様である。   A separation portion 2 is formed in a predetermined region of the main surface f1 of the silicon substrate 1. For this, first, a shallow groove is formed in the main surface f1 of the silicon substrate 1 by a photolithography process and an anisotropic etching process. The photolithography process is a series of processes for forming a desired resist pattern on the photoresist film by processes such as coating, exposure and development of the photoresist film. Using such a photoresist film as a mask, the exposed region can be subjected to anisotropic etching or ion implantation. Thereafter, the photolithography process is the same unless otherwise specified.

続いて、この浅い溝の内部を含むシリコン基板1上に、CVD法などによって酸化シリコン膜などの絶縁膜を堆積する。その後、浅い溝の外部の不要な酸化シリコン膜を所謂CMP(Chemical Mechanical Polishing)法などによって研磨、除去することで、浅い溝の内部に酸化シリコン膜を埋め込んだ構造を形成する。このようにして、STI構造の分離部2を形成する。この分離部2を形成することにより、シリコン基板1の主面f1には、分離部2によって周囲を規定された活性領域が形成される。   Subsequently, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the silicon substrate 1 including the inside of the shallow groove by a CVD method or the like. Thereafter, an unnecessary silicon oxide film outside the shallow groove is polished and removed by a so-called CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, thereby forming a structure in which the silicon oxide film is embedded in the shallow groove. In this way, the separation part 2 having the STI structure is formed. By forming the isolation part 2, an active region whose periphery is defined by the isolation part 2 is formed on the main surface f <b> 1 of the silicon substrate 1.

続いて、メモリ領域Rmにおいて、シリコン基板1の主面f1にp型メモリウェルpw1を形成する。また、境界領域Rb、周辺領域Rpのシリコン基板1の主面f1に、それぞれ、p型ウェルpw2,pw3を形成する。これらは、フォトリソグラフィ工程、イオン注入工程、および、熱処理工程などにより形成する。まず、フォトリソグラフィ工程によって、ウェルを形成したい領域が開口されたパターンを有するフォトレジスト膜を、シリコン基板1の主面f1上に形成する。その後、パターニングしたフォトレジスト膜をイオン注入マスクとして、主面f1にイオン注入を施す。p型のウェルを形成する場合には、アクセプタとなり得る不純物イオン(例えばホウ素イオンなど)を注入する。その後、熱処理を施すことで、導入された不純物イオンは拡散されると同時に活性化され、p型のウェルを形成できる。以下、p型の半導体領域を形成する工程は、特筆しない限り同様であるとする。   Subsequently, a p-type memory well pw1 is formed in the main surface f1 of the silicon substrate 1 in the memory region Rm. In addition, p-type wells pw2 and pw3 are formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 in the boundary region Rb and the peripheral region Rp, respectively. These are formed by a photolithography process, an ion implantation process, a heat treatment process, and the like. First, a photoresist film having a pattern in which a region where a well is to be formed is opened is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 by a photolithography process. Thereafter, ion implantation is performed on the main surface f1 using the patterned photoresist film as an ion implantation mask. In the case of forming a p-type well, impurity ions (for example, boron ions) that can serve as acceptors are implanted. Thereafter, by performing heat treatment, the introduced impurity ions are diffused and activated at the same time, and a p-type well can be formed. Hereinafter, the process of forming the p-type semiconductor region is the same unless otherwise specified.

また、周辺領域Rpには後にn型MISトランジスタを形成するため、上記の工程でp型ウェルpw3を形成する工程を示したが、例えばp型MISトランジスタなどを形成する領域には、n型ウェルを形成する。この場合には、上記で説明したイオン注入工程において、ドナーとなり得る不純物イオン(例えばリンイオンやヒ素イオンなど)を注入すれば良く、それ以外は同様にして形成できる。以下、n型の半導体領域を形成する工程は、特筆しない限り同様であるとする。また、境界領域Rbにおいては、機能性を有する半導体素子を意図的に形成する必要が無いのであれば、p型ウェルpw2を形成しても良いし、n型ウェルを形成しても良いし、ウェルを形成しなくても良い。   In addition, in order to form an n-type MIS transistor later in the peripheral region Rp, the step of forming the p-type well pw3 in the above-described steps is shown. However, for example, the region where the p-type MIS transistor is formed includes an n-type well. Form. In this case, in the ion implantation step described above, impurity ions that can serve as donors (for example, phosphorus ions and arsenic ions) may be implanted, and the rest can be formed in the same manner. Hereinafter, the process of forming the n-type semiconductor region is the same unless otherwise specified. In the boundary region Rb, if it is not necessary to intentionally form a functional semiconductor element, a p-type well pw2 or an n-type well may be formed. It is not necessary to form a well.

また、上記のp型メモリウェルpw1、p型ウェルpw2,pw3などを形成する工程にあっては、ウェルの性質によって、工程を共有できるものは同時に形成しても良い。例えば、注入する不純物イオンの極性と濃度が同じであれば、イオン注入工程を同時に施すことがより好ましい。また、例えば、形成するウェルの深さなどから要求される熱処理条件が同じであれば、熱処理を同時に施すことがより好ましい。なぜなら、上記のように複数の処理工程を共有させることで、製造工程を簡易化できるからである。以下、半導体領域を形成する工程に関しては同様である。   In the process of forming the p-type memory well pw1, the p-type wells pw2, and pw3, those that can share the process may be formed at the same time depending on the properties of the wells. For example, if the polarity and concentration of the impurity ions to be implanted are the same, it is more preferable to perform the ion implantation step simultaneously. Further, for example, if the heat treatment conditions required from the depth of the well to be formed are the same, it is more preferable to perform the heat treatment simultaneously. This is because the manufacturing process can be simplified by sharing a plurality of processing steps as described above. Hereinafter, the process for forming the semiconductor region is the same.

次に、図5に示すように、シリコン基板1の主面f1上において、メモリ領域Rmに制御ゲート絶縁膜IGを形成し、周辺領域Rpにゲート絶縁膜3を形成する。なお、周辺領域に形成するゲート絶縁膜3は、後に、MISトランジスタを構成するゲート絶縁膜となる。ここで、本実施の形態の製造工程では、制御ゲート絶縁膜IGもゲート絶縁膜3も、酸化シリコンを主体とする絶縁膜である。そこで、周辺領域Rpに形成するゲート絶縁膜3は、メモリ領域Rmに形成する制御ゲート絶縁膜IGと同一の工程で形成することが、より好ましい。なぜなら、これにより製造工程を簡略化できるからである。この場合、境界領域にも同様のゲート絶縁膜3が形成されることになる。ここでは、制御ゲート絶縁膜IGおよびゲート絶縁膜3を、熱酸化法などによって形成する。   Next, as shown in FIG. 5, on the main surface f1 of the silicon substrate 1, a control gate insulating film IG is formed in the memory region Rm, and a gate insulating film 3 is formed in the peripheral region Rp. Note that the gate insulating film 3 formed in the peripheral region will later become a gate insulating film constituting the MIS transistor. Here, in the manufacturing process of the present embodiment, both the control gate insulating film IG and the gate insulating film 3 are insulating films mainly composed of silicon oxide. Therefore, it is more preferable that the gate insulating film 3 formed in the peripheral region Rp is formed in the same process as the control gate insulating film IG formed in the memory region Rm. This is because the manufacturing process can be simplified. In this case, the same gate insulating film 3 is also formed in the boundary region. Here, the control gate insulating film IG and the gate insulating film 3 are formed by a thermal oxidation method or the like.

以後の工程は、メモリ領域Rmにおけるシリコン基板1の主面f1上に、制御ゲート絶縁膜IGを介して、上記図1の制御ゲート電極CGを形成するための工程である。   The subsequent steps are steps for forming the control gate electrode CG of FIG. 1 on the main surface f1 of the silicon substrate 1 in the memory region Rm via the control gate insulating film IG.

シリコン基板1の主面f1上に、制御ゲート絶縁膜IGおよびゲート絶縁膜3を覆うようにして、第1導体膜4と保護絶縁膜5とを順に形成する。ここでは、第1導体膜4は多結晶シリコンを主体とする導体膜であり、CVD法などによって形成する。第1導体膜4は、後に不揮発性メモリセルNVMの制御ゲート電極CGとなる導体膜であるから、上記図1、図2を用いて説明したように、厚さは200〜220nm程度であれば好ましい。なお、多結晶シリコン膜である第1導体膜4を所望の導電率にするために、保護絶縁膜5を形成する前に、第1導体膜4に対してイオン注入法などによって不純物を導入しても良い。また、保護絶縁膜5は酸化シリコンを主体とする絶縁膜であり、CVD法などによって形成する。保護絶縁膜5の厚さは、30〜50nm程度であれば好ましい。保護絶縁膜5の形成手法に関しては、後に詳細を説明する。   On the main surface f1 of the silicon substrate 1, a first conductor film 4 and a protective insulating film 5 are sequentially formed so as to cover the control gate insulating film IG and the gate insulating film 3. Here, the first conductor film 4 is a conductor film mainly composed of polycrystalline silicon, and is formed by a CVD method or the like. Since the first conductor film 4 is a conductor film that will later become the control gate electrode CG of the nonvolatile memory cell NVM, as described with reference to FIGS. 1 and 2, the thickness is about 200 to 220 nm. preferable. In order to make the first conductor film 4 which is a polycrystalline silicon film have a desired conductivity, impurities are introduced into the first conductor film 4 by ion implantation or the like before the protective insulating film 5 is formed. May be. The protective insulating film 5 is an insulating film mainly composed of silicon oxide and is formed by a CVD method or the like. The thickness of the protective insulating film 5 is preferably about 30 to 50 nm. Details of the method of forming the protective insulating film 5 will be described later.

次に、図6に示すように、保護絶縁膜5上に、フォトレジスト膜6を形成し、これをフォトリソグラフィ法などによってパターニングする。より具体的には、メモリ領域Rmにおいては、後に不揮発性メモリセルNVMの制御ゲート電極CGとなる領域を覆うように、そして、他を露出させるような形状となるように、フォトレジスト膜6をパターニングする。また、周辺領域Rpにおいては、領域内の全てを覆うような形状に、フォトレジスト膜6をパターニングする。これにより、境界領域Rbにおいては、周辺領域Rpに続く領域は覆われ、メモリ領域Rmに続く領域は露出するように、フォトレジスト膜6をパターニングすることになる。   Next, as shown in FIG. 6, a photoresist film 6 is formed on the protective insulating film 5 and patterned by a photolithography method or the like. More specifically, in the memory region Rm, the photoresist film 6 is formed so as to cover a region that will later become the control gate electrode CG of the nonvolatile memory cell NVM and to have a shape that exposes the other. Pattern. Further, in the peripheral region Rp, the photoresist film 6 is patterned so as to cover the entire region. As a result, in the boundary region Rb, the photoresist film 6 is patterned so that the region following the peripheral region Rp is covered and the region following the memory region Rm is exposed.

続いて、フォトレジスト膜6をエッチングマスクとして第1の異方性エッチングを施すことで、フォトレジスト膜6に平面的に覆われていない領域の保護絶縁膜5を除去する。続いて、フォトレジスト膜6をエッチングマスクとして第2の異方性エッチングを施すことで、フォトレジスト膜6に平面的に覆われていない領域の第1導体膜4を除去する。このようにして、第1の異方性エッチング、第2の異方性エッチング共に、フォトレジスト膜6をエッチングマスクとして適用することの効果に関しては、後に詳細を説明する。   Subsequently, the first insulating etching is performed using the photoresist film 6 as an etching mask, thereby removing the protective insulating film 5 in a region not covered with the photoresist film 6 in a plane. Subsequently, second anisotropic etching is performed using the photoresist film 6 as an etching mask, thereby removing the first conductor film 4 in a region that is not planarly covered with the photoresist film 6. In this way, the effect of applying the photoresist film 6 as an etching mask for both the first anisotropic etching and the second anisotropic etching will be described in detail later.

ここで、本実施の形態の製造工程では、第2異方性エッチングの対象となる第1導体膜4は、厚さ方向に見て除去し切らないように、第2の異方性エッチングを途中で止める。即ち、この工程では、フォトレジスト膜6に平面的に覆われていない領域の第1導体膜4のうち、厚さ方向の途中までを除去することになる。これには、除去されていく第1導体膜4の残りの膜厚を光学的な観察手法によって測定しながら、第2の異方性エッチングを施す。そして、所望の厚さの第1導体膜4となったところで、第2の異方性エッチングを停止する。本実施の形態の製造工程では、この第2の異方性エッチングで残す部分の第1導体膜4の厚さは、50〜100nm程度であれば好ましい。なぜなら、この数値範囲で第1導体膜4を残せば、後に説明する側壁絶縁膜IWの加工の際にオーバーエッチングにより削り切ることがなく、また、残った制御ゲート電極CGに対して保護絶縁膜5をハードマスクとして加工する際の、保護絶縁膜5の残膜ばらつきを抑えられるからである。このようにして第2の異方性エッチングを途中で止めることの効果に関しては、後に詳細を説明する。以上の工程の後、フォトレジスト膜6を除去する。   Here, in the manufacturing process of the present embodiment, the second anisotropic etching is performed so that the first conductive film 4 to be subjected to the second anisotropic etching is not completely removed when viewed in the thickness direction. Stop halfway. That is, in this step, part of the first conductor film 4 in the region that is not planarly covered with the photoresist film 6 is removed in the thickness direction. For this, second anisotropic etching is performed while measuring the remaining film thickness of the first conductor film 4 to be removed by an optical observation method. Then, when the first conductor film 4 having a desired thickness is obtained, the second anisotropic etching is stopped. In the manufacturing process of the present embodiment, it is preferable that the thickness of the portion of the first conductor film 4 to be left by the second anisotropic etching is about 50 to 100 nm. This is because if the first conductor film 4 is left in this numerical range, it will not be removed by over-etching when the side wall insulating film IW described later is processed, and the protective insulating film is protected against the remaining control gate electrode CG. This is because variations in the remaining film of the protective insulating film 5 when processing 5 as a hard mask can be suppressed. Details of the effect of stopping the second anisotropic etching in this way will be described later. After the above process, the photoresist film 6 is removed.

次に、図7に示すように、上記のようにして形成された構成を覆うようにして、シリコン基板1の主面f1に、絶縁膜である保護膜7を形成する。その後、図8に示すように、保護膜7に対して全面的に異方性エッチングを施すことで(保護膜7をエッチバックすることで)、シリコン基板1の主面f1上に生じている段差部の側壁に、保護膜7からなる側壁絶縁膜IWを形成する。即ち、上記の第1の異方性エッチングおよび第2の異方性エッチングによって生じた、保護絶縁膜5の側面および第1導体膜4の側面を一体的に覆うようにして、保護膜7からなる側壁絶縁膜IWを形成したことになる。ここで、保護膜7はエッチバックにより側壁絶縁膜IWの形状に加工するため、下地となる第1導体膜4および保護絶縁膜5と比較して、異方性エッチングにより除去される速度の速い絶縁膜を、保護膜7として形成する。   Next, as shown in FIG. 7, a protective film 7, which is an insulating film, is formed on the main surface f <b> 1 of the silicon substrate 1 so as to cover the configuration formed as described above. Thereafter, as shown in FIG. 8, the entire surface of the silicon substrate 1 is formed by performing anisotropic etching on the entire surface of the protective film 7 (etching back the protective film 7). A sidewall insulating film IW made of the protective film 7 is formed on the sidewall of the step portion. That is, from the protective film 7 so as to integrally cover the side surface of the protective insulating film 5 and the side surface of the first conductor film 4 generated by the first anisotropic etching and the second anisotropic etching. That is, the sidewall insulating film IW is formed. Here, since the protective film 7 is processed into the shape of the sidewall insulating film IW by etch back, the removal rate by the anisotropic etching is higher than that of the first conductor film 4 and the protective insulating film 5 as the base. An insulating film is formed as the protective film 7.

次に、図9に示すように、第1導体膜4のうち、保護絶縁膜5および側壁絶縁膜IWのいずれにも覆われていない領域を、第3の異方性エッチングにより除去する。即ち、上記図6を用いた説明において、第2の異方性エッチングの対象となる第1導体膜4のうち、エッチングを途中で止めて残した部分を、第3の異方性エッチングによって除去する。これにより、メモリ領域Rmに、第1導体膜4からなる制御ゲート電極CGを形成したことになる。以上図6〜図9を用いて説明した工程によって、シリコン基板1の主面f1上に、制御ゲート絶縁膜IGを介して配置され、かつ、上面に保護絶縁膜5、側面に側壁絶縁膜IWを備えた制御ゲート電極CGを形成する。   Next, as shown in FIG. 9, the region of the first conductor film 4 that is not covered by either the protective insulating film 5 or the sidewall insulating film IW is removed by third anisotropic etching. That is, in the description using FIG. 6 above, the portion of the first conductive film 4 to be subjected to the second anisotropic etching that is left off while being etched is removed by the third anisotropic etching. To do. Thus, the control gate electrode CG made of the first conductor film 4 is formed in the memory region Rm. 6 to 9 are arranged on the main surface f1 of the silicon substrate 1 via the control gate insulating film IG, and the protective insulating film 5 on the upper surface and the side wall insulating film IW on the side surface by the steps described with reference to FIGS. A control gate electrode CG provided with is formed.

ここで、上記図9を用いて説明した工程では、新たにパターニングしたフォトレジスト膜をエッチングマスクとしても良いが、保護絶縁膜5および側壁絶縁膜IWをエッチングマスクとして、第1導体膜4に第3の異方性エッチングを施す方が、より好ましい。その理由を以下で説明する。   Here, in the process described with reference to FIG. 9, the newly patterned photoresist film may be used as an etching mask. However, the first conductive film 4 is formed on the first conductor film 4 using the protective insulating film 5 and the sidewall insulating film IW as an etching mask. It is more preferable to perform 3 anisotropic etching. The reason will be described below.

第2の異方性エッチングにより一度加工した第1導体膜4の凸部(メモリ領域Rmでは、後の制御ゲート電極CGとなる部分)を保護するために、ちょうど同じ箇所にフォトレジスト膜を形成するのは困難である。所望の形状の制御ゲート電極CGの形成が困難であることは、歩留まりの低下を招き、半導体装置の信頼性が低下する原因となる。更に、フォトレジスト膜をパターニングする際にはフォトレジスト工程を追加する必要があり、製造工程の増加を招く。これに対し、本実施の形態の製造工程では、第3の異方性エッチングの際に再度のフォトレジスト膜の加工を要せず、所謂ハードマスクとして、既に形成した保護絶縁膜5および側壁絶縁膜IWをエッチングマスクとして適用する。従って、加工精度良く制御ゲート電極CGを形成できる。更に、第3の異方性エッチングによって自己整合的に制御ゲート電極CGを形成するため、フォトリソグラフィ工程を減らすことができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   In order to protect the convex portion of the first conductor film 4 processed once by the second anisotropic etching (in the memory region Rm, the portion that will later become the control gate electrode CG), a photoresist film is formed at exactly the same location. It is difficult to do. The difficulty in forming the control gate electrode CG having a desired shape causes a reduction in yield and causes a decrease in the reliability of the semiconductor device. Furthermore, when patterning the photoresist film, it is necessary to add a photoresist process, which increases the number of manufacturing processes. On the other hand, in the manufacturing process of the present embodiment, it is not necessary to process the photoresist film again at the time of the third anisotropic etching, and the protective insulating film 5 and the side wall insulation already formed as a so-called hard mask The film IW is applied as an etching mask. Therefore, the control gate electrode CG can be formed with high processing accuracy. Furthermore, since the control gate electrode CG is formed in a self-aligning manner by the third anisotropic etching, the photolithography process can be reduced. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

以上のようにして、保護絶縁膜5および側壁絶縁膜IWをエッチングマスクとして、第1導体膜4に第3の異方性エッチングを施すためには、以下の条件が必要となる。まず、上記図5の工程では、保護絶縁膜5として、第3の異方性エッチングに対して、第1導体膜よりも除去速度(エッチングレートともいう)が遅い絶縁膜を形成する。即ち、第3の異方性エッチングに対する選択比が、同第1導体膜4の選択比よりも低い絶縁膜を保護絶縁膜5として形成する。続いて、上記図7の工程では、側壁絶縁膜IWとなる保護膜7として、第3の異方性エッチングに対して、第1導体膜よりも除去速度が遅い絶縁膜を形成する。即ち、第3の異方性エッチングに対する選択比が、同第1導体膜4の選択比よりも低い絶縁膜を保護膜7として形成する。   As described above, in order to perform the third anisotropic etching on the first conductor film 4 using the protective insulating film 5 and the sidewall insulating film IW as an etching mask, the following conditions are required. First, in the process of FIG. 5, an insulating film having a removal rate (also referred to as an etching rate) slower than that of the first conductor film is formed as the protective insulating film 5 with respect to the third anisotropic etching. That is, an insulating film having a selection ratio with respect to the third anisotropic etching lower than that of the first conductor film 4 is formed as the protective insulating film 5. Subsequently, in the process of FIG. 7, an insulating film having a removal rate slower than that of the first conductor film is formed as the protective film 7 to be the sidewall insulating film IW with respect to the third anisotropic etching. That is, an insulating film having a selection ratio with respect to the third anisotropic etching lower than that of the first conductor film 4 is formed as the protective film 7.

上記のような条件の材料を用いることで、第3の異方性エッチングの際には、保護絶縁膜5および側壁絶縁膜IWをエッチングマスクとして適用できる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。本実施の形態の保護絶縁膜5および保護膜7(後の側壁絶縁膜IW)として用いる材料や、その形成方法を決める要因は他にも存在するため、当該要因を説明した後に詳しく説明する。   By using the material under the above conditions, the protective insulating film 5 and the sidewall insulating film IW can be used as an etching mask in the third anisotropic etching. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved. Since there are other factors that determine the material used for the protective insulating film 5 and the protective film 7 (later sidewall insulating film IW) and the formation method thereof in this embodiment, they will be described in detail after explaining the factors.

また、上記図6を用いた説明における第2の異方性エッチングの際には、フォトレジスト膜6に覆われていない第1導体膜4を全て除去しても良い。この場合、上記図7〜9に示す工程と同様の工程を施した後には、制御ゲート電極CGの下端にまで達する側壁絶縁膜IWが形成される。   In the second anisotropic etching in the description with reference to FIG. 6, all of the first conductor film 4 not covered with the photoresist film 6 may be removed. In this case, the sidewall insulating film IW reaching the lower end of the control gate electrode CG is formed after performing the same process as that shown in FIGS.

一方、上記で説明した本実施の形態の製造工程のように、当該第1導体膜4への第2の異方性エッチングは途中で止めることがより好ましい。なぜなら、第2の異方性エッチングを途中で止め、その後に上記図7〜9に示すようにして側壁絶縁膜IWを形成することで、制御ゲート電極CGの下端である制御ゲート絶縁膜IGとの接点に達しないような側壁絶縁膜IWを形成できる。このような形状の側壁絶縁膜IWとする効果は、上記図1、図2を用いて説明した通りである。本実施の形態の製造工程では、このような効果を有する側壁絶縁膜IWを自己整合的に形成できる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   On the other hand, as in the manufacturing process of the present embodiment described above, it is more preferable to stop the second anisotropic etching on the first conductor film 4 halfway. This is because the second anisotropic etching is stopped halfway, and then the sidewall insulating film IW is formed as shown in FIGS. 7 to 9, so that the control gate insulating film IG as the lower end of the control gate electrode CG The sidewall insulating film IW can be formed so as not to reach the contact. The effect of the sidewall insulating film IW having such a shape is as described with reference to FIGS. In the manufacturing process of the present embodiment, the sidewall insulating film IW having such an effect can be formed in a self-aligned manner. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

上記のようにして制御ゲート電極CGを形成した後、制御ゲート電極CGおよび第1導体膜4に覆われていない制御ゲート絶縁膜IGおよびゲート絶縁膜3を除去する。   After forming the control gate electrode CG as described above, the control gate insulating film IG and the gate insulating film 3 that are not covered with the control gate electrode CG and the first conductor film 4 are removed.

次に、図10に示すように、制御ゲート電極CGの上面や第1導体膜4の上面などに形成されていた保護絶縁膜5を除去する。ここで、前述の通り、保護絶縁膜5は30〜50nm程度形成していた。従って、このような保護絶縁膜5を除去することで、側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGの上面よりも、少なくとも30〜50nm程度高い位置に突き出すような形状となる。これにより、後に制御ゲート電極CGの上面に導体層を形成しても、他の導体層と接触不良を起こし難い構造とすることができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。より具体的には、後に詳細を説明する。   Next, as shown in FIG. 10, the protective insulating film 5 formed on the upper surface of the control gate electrode CG, the upper surface of the first conductor film 4 and the like is removed. Here, as described above, the protective insulating film 5 was formed to have a thickness of about 30 to 50 nm. Therefore, by removing the protective insulating film 5 as described above, the sidewall insulating film IW is shaped to protrude to a position at least about 30 to 50 nm higher than the upper surface of the control gate electrode CG. As a result, even if a conductor layer is formed later on the upper surface of the control gate electrode CG, a structure in which poor contact with other conductor layers hardly occurs can be obtained. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved. More specifically, details will be described later.

以上のように、保護絶縁膜5は、第3の異方性エッチングにおけるエッチングマスクとして、および、側壁絶縁膜IWを突き出させるために必要な構成要素として形成する。これらは、いずれも本実施の形態の不揮発性メモリNVMを形成するための重要な役割を担っており、従来技術の設計変更等で容易に着想されるものではない。   As described above, the protective insulating film 5 is formed as an etching mask in the third anisotropic etching and as a component necessary for protruding the sidewall insulating film IW. These all play an important role for forming the nonvolatile memory NVM of the present embodiment, and are not easily conceived by a design change of the prior art.

また、本実施の形態の製造工程では、保護絶縁膜5を除去する工程では、新たにパターニングしたフォトレジスト膜などを形成せずに、ウェットエッチング(等方性エッチング)を施すことで自己整合的に除去することが、より好ましい。なぜなら、このようにフォトリソグラフィ工程を要しない工程を適用することで、半導体装置の製造工程をより簡略化できるからである。そのためには、上記図5の工程では、保護絶縁膜5として、当該ウェットエッチングに対して、側壁絶縁膜IWおよび制御ゲート電極CG(第1導体膜4)よりも除去速度が速い絶縁膜を形成する必要がある。このような絶縁膜を用いることで、半導体装置の製造工程をより簡略化でき、結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   In the manufacturing process of the present embodiment, the process of removing the protective insulating film 5 is self-aligned by performing wet etching (isotropic etching) without forming a newly patterned photoresist film or the like. It is more preferable to remove it. This is because the manufacturing process of the semiconductor device can be further simplified by applying a process that does not require a photolithography process. For this purpose, in the process of FIG. 5, as the protective insulating film 5, an insulating film having a higher removal rate than the sidewall insulating film IW and the control gate electrode CG (first conductor film 4) is formed with respect to the wet etching. There is a need to. By using such an insulating film, the manufacturing process of the semiconductor device can be further simplified, and as a result, the reliability of the semiconductor device including the nonvolatile memory can be further improved.

このような条件を有する絶縁膜のうち、本実施の形態の保護絶縁膜5としては、酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成することがより好ましい。その理由を、以下で説明する。   Of the insulating films having such conditions, it is more preferable to form an insulating film mainly composed of silicon oxide as the protective insulating film 5 of the present embodiment. The reason will be described below.

上記図10のメモリ領域Rmのように、シリコン基板1の主面f1が露出した状態で次の工程に移る際には、自然酸化膜や汚染物質の除去のために、予め洗浄を施す(前洗浄)。より具体的には、例えば薬液などの処理により、シリコン基板1に意図的に自然酸化膜を形成した後、ウェットエッチングによりこの自然酸化膜を除去する。これにより、清浄なシリコン基板1の主面f1などを得る。   When moving to the next step with the main surface f1 of the silicon substrate 1 exposed as in the memory region Rm of FIG. 10 above, cleaning is performed in advance to remove the natural oxide film and contaminants (previous) Washing). More specifically, for example, a natural oxide film is intentionally formed on the silicon substrate 1 by a treatment such as a chemical solution, and then the natural oxide film is removed by wet etching. Thereby, the main surface f1 of the clean silicon substrate 1 is obtained.

ここで、本実施の形態において保護絶縁膜5として酸化シリコンを主体とする絶縁膜を適用すれば、保護絶縁膜5を除去するためのウェットエッチングを、上記の前洗浄におけるウェットエッチングと共有させることができる。なぜなら、前洗浄におけるウェットエッチングによって除去される自然酸化膜は酸化シリコンを主体とする絶縁膜であり、これと同時に保護絶縁膜5を除去できるからである。即ち、この前洗浄によって同時に保護絶縁膜5を除去すれば、フォトリソグラフィ工程に依らない自己整合的なウェットエッチング工程をも、新たに追加することなく施すことが可能となる。従って、製造工程をより簡略化でき、結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。なお、後に詳細を説明するように、保護絶縁膜5は、少なくとも制御ゲート電極CG上に金属シリサイドからなる導体膜を形成する前までに除去すれば良いが、上記のように前洗浄時に同時に除去するのであれば、シリコン基板1の主面f1が露出した後、次の工程が施される前までに除去することになる。   Here, if an insulating film mainly composed of silicon oxide is applied as the protective insulating film 5 in the present embodiment, the wet etching for removing the protective insulating film 5 is shared with the wet etching in the pre-cleaning described above. Can do. This is because the natural oxide film removed by wet etching in the pre-cleaning is an insulating film mainly composed of silicon oxide, and at the same time, the protective insulating film 5 can be removed. That is, if the protective insulating film 5 is simultaneously removed by this pre-cleaning, a self-aligned wet etching process that does not depend on the photolithography process can be performed without newly adding. Therefore, the manufacturing process can be further simplified, and as a result, the reliability of the semiconductor device including the nonvolatile memory can be further improved. As will be described in detail later, the protective insulating film 5 may be removed at least before the formation of the conductor film made of metal silicide on the control gate electrode CG. If so, it is removed after the main surface f1 of the silicon substrate 1 is exposed and before the next step is performed.

また、上記図8を用いて説明したように、側壁絶縁膜IWとなる保護膜7は、第1導体膜4および保護絶縁膜5と比較して、異方性エッチングにより除去される速度の速い絶縁膜を形成する。ここで、上記のように、本実施の形態では、第1導体膜4として多結晶シリコンを主体とする導体膜を形成し、保護絶縁膜5として酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成する方法を説明した。これらを勘案すると、上記図7の工程で形成する保護膜7(後の側壁絶縁膜IW)としては、窒化シリコンを主体とする絶縁膜が適している。このような材料を用いることで、側壁絶縁膜IWが制御ゲート電極CG上に突き出す構造を、自己整合的に形成できる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。なお、構造および特性上の観点からも、側壁絶縁膜IWは窒化シリコンを主体とする絶縁膜であることがより好ましいことを、上記図1、図2を用いて説明している。   In addition, as described with reference to FIG. 8, the protective film 7 serving as the sidewall insulating film IW has a higher removal rate by anisotropic etching than the first conductor film 4 and the protective insulating film 5. An insulating film is formed. Here, as described above, in this embodiment, a method of forming a conductor film mainly composed of polycrystalline silicon as the first conductor film 4 and forming an insulating film mainly composed of silicon oxide as the protective insulating film 5. Explained. Taking these into consideration, an insulating film mainly composed of silicon nitride is suitable as the protective film 7 (the subsequent sidewall insulating film IW) formed in the step of FIG. By using such a material, a structure in which the sidewall insulating film IW protrudes over the control gate electrode CG can be formed in a self-aligned manner. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved. In view of the structure and characteristics, the side wall insulating film IW is more preferably an insulating film mainly composed of silicon nitride, as described above with reference to FIGS.

また、酸化シリコンを主体とする絶縁膜の形成方法としては、例えばCVD法であっても、原材料、熱処理の条件など種々知られている。その中でも、本実施の形態の保護絶縁膜5としては以下のような方法によって形成することがより好ましい。即ち、上記図5の工程では、保護絶縁膜5としての酸化シリコンを主体とする絶縁膜を、オゾン(O)およびTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原材料としたCVD法によって形成し、形成後、上記図10の工程で除去するまでは熱処理を施さないようにすることが、より好ましい。その理由を以下で説明する。 Further, as a method for forming an insulating film mainly composed of silicon oxide, there are various known methods such as raw materials and heat treatment conditions, for example, even by the CVD method. Among these, the protective insulating film 5 of the present embodiment is more preferably formed by the following method. That is, in the process of FIG. 5, the insulating film mainly composed of silicon oxide as the protective insulating film 5 is formed by the CVD method using ozone (O 3 ) and TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as raw materials. More preferably, the heat treatment is not performed until it is removed in the step of FIG. The reason will be described below.

以上で説明した工程のように、本実施の形態の保護絶縁膜5は、上記図9の工程では、第3の異方性エッチングに対するエッチングマスクとして用いることができ、上記図10の工程では、前洗浄時のウェットエッチングにより同時に除去できるような絶縁膜が好ましい。即ち、保護絶縁膜5としては、第3の異方性エッチングにおいてはできるだけ除去速度が遅く、かつ、自然酸化膜を除去できる程度の等方的なウェットエッチングにおいてはできるだけ除去速度が速いような膜であることがより好ましい。   As in the process described above, the protective insulating film 5 of the present embodiment can be used as an etching mask for the third anisotropic etching in the process of FIG. 9, and in the process of FIG. An insulating film that can be removed simultaneously by wet etching during pre-cleaning is preferable. That is, the protective insulating film 5 is a film having a removal rate as slow as possible in the third anisotropic etching and a removal rate as fast as possible in the isotropic wet etching that can remove the natural oxide film. It is more preferable that

ここで、前述のように、第3の異方性エッチングの対象である第1導体膜4が多結晶シリコンを主体とする導体膜であることから、保護絶縁膜5としては酸化シリコンを主体とする絶縁膜が適している。加えて、本発明者の検証によれば、オゾンを一原材料として用いたCVD法によって形成し、かつ、形成後に熱処理を施さないようにして形成した酸化シリコン膜であれば、ウェットエッチングの速度が速いことが分かった。従って、保護絶縁膜5として上記のように酸化シリコン膜を形成することで、第3の異方性エッチングに対するエッチングマスクとしての機能を維持し、かつ、前洗浄時のウェットエッチングによって容易に除去することが可能となる。これにより、側壁絶縁膜IWが制御ゲート電極CGから突き出す構造を自己整合的に形成でき、かつ、製造工程をより簡略化させることができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   Here, as described above, since the first conductor film 4 that is the object of the third anisotropic etching is a conductor film mainly composed of polycrystalline silicon, the protective insulating film 5 is mainly composed of silicon oxide. An insulating film is suitable. In addition, according to the inventor's verification, if the silicon oxide film is formed by a CVD method using ozone as a raw material and is not subjected to heat treatment after the formation, the wet etching rate is increased. I found it fast. Therefore, by forming the silicon oxide film as the protective insulating film 5 as described above, the function as an etching mask for the third anisotropic etching is maintained, and it is easily removed by wet etching at the time of pre-cleaning. It becomes possible. Thereby, the structure in which the sidewall insulating film IW protrudes from the control gate electrode CG can be formed in a self-aligned manner, and the manufacturing process can be further simplified. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

また、上記図6を用いた説明では、第2の異方性エッチングは保護絶縁膜5をエッチングマスクとしても良いが、第1の異方性エッチングと同様にフォトレジスト膜6をエッチングマスクとした方が、より好ましいことを述べた。その理由を以下で詳しく説明する。   In the description using FIG. 6 above, the second anisotropic etching may use the protective insulating film 5 as an etching mask, but the photoresist film 6 is used as an etching mask as in the first anisotropic etching. I mentioned that it is more preferable. The reason will be described in detail below.

保護絶縁膜5は、シリコン基板1の前洗浄時のウェットエッチングにより除去する前に、上記図9の第3の異方性エッチングに対するエッチングマスクとして用いる。この第3の異方性エッチングにおいて除去速度の遅い保護絶縁膜5ではあるが、異方性エッチングの際には少なからずダメージを受ける。一方、等方的なウェットエッチングにより、酸化シリコン膜である保護絶縁膜5を除去する場合、下地の制御ゲート電極CGなどに与える影響を軽減するために、保護絶縁膜5はなるべく均一な膜厚であった方が望ましい。従って、異方性エッチングによるダメージを避けるために、保護絶縁膜5を異方性エッチングのエッチングマスクとして用いる回数は、より少ないことが望ましい。即ち、第1、第2の異方性エッチングのエッチングマスクにはフォトレジスト膜6を適用することで、異方性エッチングによる保護絶縁膜5へのダメージを低減できる。これにより、上記図9の工程によりウェットエッチングで除去する保護絶縁膜5の均一性を向上させることができ、制御ゲート電極CGに与える影響を軽減できる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   The protective insulating film 5 is used as an etching mask for the third anisotropic etching shown in FIG. 9 before being removed by wet etching during pre-cleaning of the silicon substrate 1. Although the protective insulating film 5 has a low removal rate in the third anisotropic etching, the anisotropic etching is not a little damaged. On the other hand, when the protective insulating film 5 that is a silicon oxide film is removed by isotropic wet etching, the protective insulating film 5 is made as uniform as possible in order to reduce the influence on the underlying control gate electrode CG and the like. It is desirable that Therefore, in order to avoid damage due to anisotropic etching, it is desirable that the number of times that the protective insulating film 5 is used as an etching mask for anisotropic etching is smaller. That is, by applying the photoresist film 6 to the etching masks for the first and second anisotropic etchings, damage to the protective insulating film 5 due to anisotropic etching can be reduced. Thereby, the uniformity of the protective insulating film 5 to be removed by wet etching in the step of FIG. 9 can be improved, and the influence on the control gate electrode CG can be reduced. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

次に、図11に示すように、以上の工程で形成した構成を覆うようにして、シリコン基板1の主面f1上に電荷蓄積絶縁膜ISを形成する。この工程では、電荷蓄積絶縁膜ISとして、シリコン基板1に近い方から、第1絶縁膜s1、第2絶縁膜s2、および、第3絶縁膜s3を順に形成する。ここで、第1絶縁膜s1および第3絶縁膜s3としては酸化シリコンを主体とする絶縁膜をCVD法などにより形成し、第2絶縁膜s2としては窒化シリコンを主体とする絶縁膜をCVD法などにより形成する。従って、本実施の形態の電荷蓄積絶縁膜ISは、窒化シリコン膜である第2絶縁膜s2が、酸化シリコン膜である第1絶縁膜s1と第3絶縁膜s3との間に挟まれるようにして配置した、所謂ONO構造を有する。   Next, as shown in FIG. 11, a charge storage insulating film IS is formed on the main surface f <b> 1 of the silicon substrate 1 so as to cover the configuration formed by the above steps. In this step, as the charge storage insulating film IS, a first insulating film s1, a second insulating film s2, and a third insulating film s3 are sequentially formed from the side closer to the silicon substrate 1. Here, as the first insulating film s1 and the third insulating film s3, an insulating film mainly composed of silicon oxide is formed by a CVD method or the like, and as the second insulating film s2, an insulating film mainly composed of silicon nitride is formed by a CVD method. And so on. Therefore, in the charge storage insulating film IS of the present embodiment, the second insulating film s2 that is a silicon nitride film is sandwiched between the first insulating film s1 that is a silicon oxide film and the third insulating film s3. So-called ONO structure.

続いて、電荷蓄積絶縁膜ISを覆うようにして、第2導体膜8を形成する。この工程では、第2導体膜8として、多結晶シリコンを主体とする導体膜をCVD法などにより形成する。なお、多結晶シリコン膜である第2導体膜8を所望の導電率にするために、第2導体膜8に対してイオン注入法などによって不純物を導入しても良い。   Subsequently, the second conductor film 8 is formed so as to cover the charge storage insulating film IS. In this step, a conductor film mainly composed of polycrystalline silicon is formed as the second conductor film 8 by a CVD method or the like. Note that an impurity may be introduced into the second conductor film 8 by ion implantation or the like in order to make the second conductor film 8 which is a polycrystalline silicon film have a desired conductivity.

次に、図12に示すように、第2導体膜8をエッチバックすることで、メモリゲート電極MGを形成する。   Next, as shown in FIG. 12, the second conductor film 8 is etched back to form the memory gate electrode MG.

また、本実施の形態の半導体装置では、図13に示すように、制御ゲート電極CGの側壁のうち、いずれか一方の側壁の側方に形成されたメモリゲート電極MGを除去する。これには、片方のメモリゲート電極MGのみを覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによりパターニングしたフォトレジスト膜9を形成し、これをエッチングマスクとして、露出した方のメモリゲート電極MGをエッチングにより除去する。その後、フォトレジスト膜9は除去する。このように、メモリゲート電極MGを、制御ゲート電極CGの側壁のうちいずれか一方の側壁の側方に隣り合うようにして配置することの効果は、上記図1、図2を用いて説明した通りである。従って、本実施の形態の製造工程によれば、このような効果を有する不揮発性メモリセルNVMを形成できる。結果として、不揮発性メモリセルNVMのセル面積を、小面積化できる。   In the semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 13, the memory gate electrode MG formed on the side of one of the side walls of the control gate electrode CG is removed. For this purpose, a photoresist film 9 patterned by a photolithography method is formed so as to cover only one memory gate electrode MG, and the exposed memory gate electrode MG is removed by etching using this as an etching mask. To do. Thereafter, the photoresist film 9 is removed. Thus, the effect of disposing the memory gate electrode MG so as to be adjacent to one of the side walls of the control gate electrode CG has been described with reference to FIGS. Street. Therefore, according to the manufacturing process of the present embodiment, the nonvolatile memory cell NVM having such an effect can be formed. As a result, the cell area of the nonvolatile memory cell NVM can be reduced.

また、片側のメモリゲート電極MGを除去した場合、上記図1、図2を用いて説明したように、側壁絶縁膜IWは、制御ゲート電極CGの側面のうち、メモリゲート電極MGを配置した側の制御ゲート電極CGと電荷蓄積絶縁膜ISとの間に形成すれば十分である。従って、制御ゲート電極CGの側面のうち、メモリゲート電極MGを除去した側の側壁絶縁膜IWは、この後のいずれかの工程において除去しても良い。ただし、この場合、片側の側壁絶縁膜IWを除去するための工程を増やすことになる。従って、本実施の形態の製造工程では、側壁絶縁膜IWは、メモリゲート電極MGを除去した側の制御ゲート電極CGの側面に形成したものであっても、除去せずに残す。従って、製造工程をより簡略化でき、結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。なお、このように両側面に側壁絶縁膜IWを備えた構造としても、特性には影響を与えないことが、本発明者の検証により確かめられている。   When the memory gate electrode MG on one side is removed, as described with reference to FIGS. 1 and 2, the sidewall insulating film IW is on the side where the memory gate electrode MG is disposed on the side surface of the control gate electrode CG. It is sufficient to form it between the control gate electrode CG and the charge storage insulating film IS. Therefore, the side wall insulating film IW on the side of the control gate electrode CG from which the memory gate electrode MG has been removed may be removed in any of the subsequent steps. However, in this case, the number of steps for removing the side wall insulating film IW on one side is increased. Therefore, in the manufacturing process of the present embodiment, the sidewall insulating film IW is left without being removed even if it is formed on the side surface of the control gate electrode CG on the side where the memory gate electrode MG is removed. Therefore, the manufacturing process can be further simplified, and as a result, the reliability of the semiconductor device including the nonvolatile memory can be further improved. In addition, it has been confirmed by the inventor that the structure having the sidewall insulating films IW on both side surfaces does not affect the characteristics.

次に、図14に示すように、メモリゲート電極MGまたは第2導体膜8に覆われていない領域の第3絶縁膜s3をエッチングにより除去する。ここで、第3絶縁膜s3である酸化シリコン膜は、メモリゲート電極MGおよび第2導体膜8である多結晶シリコン膜や、下地の第2絶縁膜s2である窒化シリコン膜とは異なる材料である。従って、選択的なエッチングにより、第3絶縁膜s3のみを除去できる。   Next, as shown in FIG. 14, the third insulating film s3 in the region not covered with the memory gate electrode MG or the second conductor film 8 is removed by etching. Here, the silicon oxide film which is the third insulating film s3 is made of a material different from the polycrystalline silicon film which is the memory gate electrode MG and the second conductor film 8, and the silicon nitride film which is the second insulating film s2 which is the base. is there. Therefore, only the third insulating film s3 can be removed by selective etching.

その後、メモリゲート電極MGまたは第2導体膜8に覆われていない領域の第2絶縁膜s2をエッチングにより除去する。ここで、第2絶縁膜s2である窒化シリコン膜は、メモリゲート電極MGおよび第2導体膜8である多結晶シリコン膜や、下地の第1絶縁膜s1である酸化シリコン膜とは異なる材料である。従って、選択的なエッチングにより、第2絶縁膜s2のみを除去できる。また、側壁絶縁膜IWは第2絶縁膜s2と同様の窒化シリコンを主体とする絶縁膜であるが、側壁絶縁膜IWは酸化シリコン膜である第1絶縁膜s1によって覆われているので、第2絶縁膜s2に対するエッチングの影響は受け難い。   Thereafter, the second insulating film s2 in the region not covered with the memory gate electrode MG or the second conductor film 8 is removed by etching. Here, the silicon nitride film that is the second insulating film s2 is made of a material different from the polycrystalline silicon film that is the memory gate electrode MG and the second conductor film 8, and the silicon oxide film that is the first insulating film s1 that is the base. is there. Therefore, only the second insulating film s2 can be removed by selective etching. The sidewall insulating film IW is an insulating film mainly composed of silicon nitride similar to the second insulating film s2, but the sidewall insulating film IW is covered with the first insulating film s1 that is a silicon oxide film. 2 Insensitive to etching on the insulating film s2.

次に、図15に示すように、メモリゲート電極MGまたは第2導体膜8に覆われていない領域の第1絶縁膜s1をエッチングにより除去する。ここで、第1絶縁膜s1である酸化シリコン膜は、メモリゲート電極MGおよび第2導体膜8である多結晶シリコン膜や、下地の制御ゲート電極CGである多結晶シリコン膜、側壁絶縁膜IWの窒化シリコン膜とは異なる材料である。従って、選択的なエッチングにより、第1絶縁膜s1のみを除去できる。   Next, as shown in FIG. 15, the first insulating film s1 in the region not covered with the memory gate electrode MG or the second conductor film 8 is removed by etching. Here, the silicon oxide film that is the first insulating film s1 is a polycrystalline silicon film that is the memory gate electrode MG and the second conductor film 8, a polycrystalline silicon film that is the underlying control gate electrode CG, or the sidewall insulating film IW. This material is different from the silicon nitride film. Therefore, only the first insulating film s1 can be removed by selective etching.

以上のようにして、メモリ領域Rmに、上記図1、図2を用いて説明した不揮発性メモリNVMが有するような、電荷蓄積絶縁膜ISおよびメモリゲート電極MGを形成することができる。   As described above, the charge storage insulating film IS and the memory gate electrode MG can be formed in the memory region Rm as the nonvolatile memory NVM described with reference to FIGS. 1 and 2 has.

また、周辺領域Rpにおけるシリコン基板1の主面f1には、以上の工程を経た後にも、ゲート絶縁膜3を介して第1導体膜4が形成されている。本実施の形態の製造工程では、これを用いて、周辺領域Rpに形成するMISトランジスタのMIS構造を形成する。即ち、所望の形状にパターニングしたフォトレジスト膜10をエッチングマスクとして、周辺領域Rpの第1導体膜4とゲート絶縁膜3とに異方性エッチングを施すことで、ゲート電極GEを形成する。このとき、メモリ領域Rmの構成に対してはこの異方性エッチングが施されないようにするため、メモリ領域Rmはフォトレジスト膜10で覆っておく。これに伴い、メモリ領域Rmと周辺領域Rpとの境界領域Rbにおいては、メモリ領域Rm側はフォトレジスト膜10で覆われ、周辺領域Rp側は露出している。従って、境界領域Rbでフォトレジスト膜10に覆われずに、露出している部分の第1導体膜4は、異方性エッチングによって除去される。その後、フォトレジスト膜10を除去する。   The first conductor film 4 is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 in the peripheral region Rp through the gate insulating film 3 even after the above steps. In the manufacturing process of the present embodiment, the MIS structure of the MIS transistor formed in the peripheral region Rp is formed using this. That is, the gate electrode GE is formed by performing anisotropic etching on the first conductor film 4 and the gate insulating film 3 in the peripheral region Rp using the photoresist film 10 patterned into a desired shape as an etching mask. At this time, the memory region Rm is covered with the photoresist film 10 so that the anisotropic etching is not performed on the configuration of the memory region Rm. Accordingly, in the boundary region Rb between the memory region Rm and the peripheral region Rp, the memory region Rm side is covered with the photoresist film 10 and the peripheral region Rp side is exposed. Therefore, the exposed first conductor film 4 is removed by anisotropic etching without being covered with the photoresist film 10 in the boundary region Rb. Thereafter, the photoresist film 10 is removed.

次に、図16に示すように、シリコン基板1の主面f1のうち、メモリ領域Rmにメモリエクステンション領域ex1を形成し、境界領域Rbおよび周辺領域Rpにエクステンション領域ex2を、それぞれイオン注入法などによって形成する。ここでは、既に主面f1上に形成されている制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、電荷蓄積絶縁膜IS、第1導体膜4、第2導体膜8、および、ゲート電極GEをイオン注入マスクとして、主面f1にイオン注入を施す。これにより、上記の各要素のいずれにも覆われていない部分のシリコン基板1の主面f1に、メモリエクステンション領域ex1またはエクステンション領域ex2が形成される。特に、メモリ領域Rmにおいては、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側方のうち、互いに隣り合っていない方の側方下部に、メモリエクステンション領域ex1が形成される。   Next, as shown in FIG. 16, a memory extension region ex1 is formed in the memory region Rm of the main surface f1 of the silicon substrate 1, and an extension region ex2 is formed in the boundary region Rb and the peripheral region Rp, respectively. Formed by. Here, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the charge storage insulating film IS, the first conductor film 4, the second conductor film 8, and the gate electrode GE that are already formed on the main surface f1 are ion implantation masks. Then, ion implantation is performed on the main surface f1. As a result, the memory extension region ex1 or the extension region ex2 is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 that is not covered by any of the above-described elements. In particular, in the memory region Rm, the memory extension region ex1 is formed in the lateral lower portion of the sides of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG that are not adjacent to each other.

また、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMのメモリエクステンション領域ex1はn型の半導体領域である。そして、周辺領域Rpにおいてn型MISトランジスタを形成する箇所では、エクステンション領域ex2は同じくn型の半導体領域である。従って、これらを同一の工程で形成すれば、半導体装置の製造工程をより簡略化できる。周辺領域Rpにおいてp型MISトランジスタを形成する箇所では、エクステンション領域ex2としてp型の半導体領域を、別のイオン注入工程などによって形成すれば良い。また、境界領域Rbにおいては、メモリエクステンション領域ex1を形成しても良いし、エクステンション領域ex2を形成しても良いし、いずれも形成しなくても良い。   Further, the memory extension region ex1 of the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment is an n-type semiconductor region. The extension region ex2 is also an n-type semiconductor region at the location where the n-type MIS transistor is formed in the peripheral region Rp. Therefore, if these are formed in the same process, the manufacturing process of the semiconductor device can be further simplified. In the portion where the p-type MIS transistor is formed in the peripheral region Rp, a p-type semiconductor region may be formed as the extension region ex2 by another ion implantation process or the like. In the boundary region Rb, the memory extension region ex1 may be formed, the extension region ex2 may be formed, or none may be formed.

次に、図17に示すように、例えば制御ゲート電極CGやメモリゲート電極MGなど、シリコン基板1の主面f1上で突起形状になっている部材の側壁に、サイドウォールスペーサswを形成する。本実施の形態のサイドウォールスペーサswは、シリコン基板1に近い方から順に、酸化シリコン膜sw1、窒化シリコン膜sw2、酸化シリコン膜sw3を形成した3層構造であるとする。サイドウォールスペーサswとしてこのような3層構造を適用することの効果は、上記図1、図2を用いて説明した通りである。   Next, as shown in FIG. 17, for example, sidewall spacers sw are formed on the sidewalls of members that have a protruding shape on the main surface f1 of the silicon substrate 1, such as the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. The sidewall spacer sw in the present embodiment is assumed to have a three-layer structure in which a silicon oxide film sw1, a silicon nitride film sw2, and a silicon oxide film sw3 are formed in order from the side closer to the silicon substrate 1. The effect of applying such a three-layer structure as the sidewall spacer sw is as described above with reference to FIGS.

ここでは、以上の工程で形成した構成を覆うようにして、シリコン基板1の主面f1上に、酸化シリコン膜sw1、窒化シリコン膜sw2、および、酸化シリコン膜sw1を順に、CVD法などによって形成する。その後、形成した膜をエッチバックすることで、上記のような酸化シリコン膜sw1,sw3と窒化シリコン膜sw2とからなる、サイドウォールスペーサswを形成する。   Here, a silicon oxide film sw1, a silicon nitride film sw2, and a silicon oxide film sw1 are sequentially formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 by a CVD method or the like so as to cover the configuration formed in the above steps. To do. Thereafter, the formed film is etched back to form a sidewall spacer sw composed of the silicon oxide films sw1 and sw3 and the silicon nitride film sw2.

その後、シリコン基板1の主面f1のうち、メモリ領域Rmにメモリソース/ドレイン領域sd1を形成し、境界領域Rbおよび周辺領域Rpにソース/ドレイン領域sd2を、それぞれイオン注入法などによって形成する。ここでは、既に主面f1上に形成されている制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、電荷蓄積絶縁膜IS、サイドウォールスペーサsw、第1導体膜4、第2導体膜8、および、ゲート電極GEをイオン注入マスクとして、主面f1にイオン注入を施す。これにより、上記の各要素のいずれにも覆われていない部分のシリコン基板1の主面f1に、メモリソース/ドレイン領域sd1またはソース/ドレイン領域sd2が形成される。特に、メモリ領域Rmにおいては、サイドウォールスペーサswの側方のうち、制御ゲート電極CGまたはメモリゲート電極MGと隣り合っていない方の側方下部に、メモリソース/ドレイン領域sd1が形成される。   Thereafter, in the main surface f1 of the silicon substrate 1, the memory source / drain region sd1 is formed in the memory region Rm, and the source / drain region sd2 is formed in the boundary region Rb and the peripheral region Rp, respectively, by ion implantation or the like. Here, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the charge storage insulating film IS, the side wall spacer sw, the first conductor film 4, the second conductor film 8, and the gate electrode which are already formed on the main surface f1 Ion implantation is performed on the main surface f1 using GE as an ion implantation mask. As a result, the memory source / drain region sd1 or the source / drain region sd2 is formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 in a portion not covered with any of the above elements. In particular, in the memory region Rm, the memory source / drain region sd1 is formed in the lower side of the side of the sidewall spacer sw that is not adjacent to the control gate electrode CG or the memory gate electrode MG.

また、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMのメモリソース/ドレイン領域sd1はn型の半導体領域である。そして、周辺領域Rpにおいてn型MISトランジスタを形成する箇所では、ソース/ドレイン領域sd2は同じくn型の半導体領域である。従って、これらを同一の工程で形成すれば、半導体装置の製造工程をより簡略化できる。なお、メモリソース/ドレイン領域sd1およびソース/ドレイン領域sd2のn型不純物濃度は、メモリエクステンション領域ex1およびエクステンション領域ex2のn型不純物濃度よりも高い。また、周辺領域Rpにおいてp型MISトランジスタを形成する箇所では、ソース/ドレイン領域sd2としてp型の半導体領域を、別のイオン注入工程などによって形成すれば良い。また、境界領域Rbにおいては、メモリソース/ドレイン領域sd1を形成しても良いし、ソース/ドレイン領域sd2を形成しても良いし、いずれも形成しなくても良い。   Further, the memory source / drain region sd1 of the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment is an n-type semiconductor region. And in the location which forms an n-type MIS transistor in the peripheral region Rp, the source / drain region sd2 is also an n-type semiconductor region. Therefore, if these are formed in the same process, the manufacturing process of the semiconductor device can be further simplified. Note that the n-type impurity concentration of the memory source / drain region sd1 and the source / drain region sd2 is higher than the n-type impurity concentration of the memory extension region ex1 and the extension region ex2. In addition, in a portion where the p-type MIS transistor is formed in the peripheral region Rp, a p-type semiconductor region may be formed as another source / drain region sd2 by another ion implantation process or the like. In the boundary region Rb, the memory source / drain region sd1 may be formed, the source / drain region sd2 may be formed, or neither of them may be formed.

また、上記のメモリソース/ドレイン領域sd1などを形成するイオン注入工程を考慮すると、メモリゲート電極MGの高さについて、以下のような条件を持たせることがより好ましい。即ち、上記図12の工程では、シリコン基板1の主面f1から見たメモリゲート電極MGの高さのうち最も高い部分が、制御ゲート電極CGの高さのうち最も高い部分と比較して高低差を持たないようにして、第2導体膜8に対するエッチバックを調節し、メモリゲート電極MGを形成することが、より好ましい。その理由を以下で説明する。   In view of the ion implantation process for forming the memory source / drain region sd1 and the like, it is more preferable to have the following conditions for the height of the memory gate electrode MG. That is, in the process of FIG. 12, the highest part of the height of the memory gate electrode MG viewed from the main surface f1 of the silicon substrate 1 is higher than the highest part of the height of the control gate electrode CG. More preferably, the memory gate electrode MG is formed by adjusting the etch back to the second conductor film 8 so as not to have a difference. The reason will be described below.

上記のように、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、例えばメモリエクステンション領域ex1やメモリソース/ドレイン領域sd1を形成する際のイオン注入高低に対する、イオン注入マスクとして用いる。特に、メモリソース/ドレイン領域sd1は、メモリエクステンション領域ex1などと比較して、不純物濃度が高く、主面f1からの深さも深い。従って、より高いエネルギーで加速した不純物イオンを注入する。このとき、メモリゲート電極MGの高さが低いと、イオン注入マスクとしての機能が脆弱となり、メモリゲート電極MG下にも不純物が導入されてしまったり、電荷蓄積絶縁膜ISに損傷を与えてしまったりする。   As described above, the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are used as an ion implantation mask for the ion implantation height when the memory extension region ex1 and the memory source / drain region sd1 are formed, for example. In particular, the memory source / drain region sd1 has a higher impurity concentration and a deeper depth from the main surface f1 than the memory extension region ex1 and the like. Therefore, impurity ions accelerated with higher energy are implanted. At this time, if the height of the memory gate electrode MG is low, the function as an ion implantation mask becomes weak, impurities are introduced under the memory gate electrode MG, or the charge storage insulating film IS is damaged. I'll be relaxed.

一方、上記図12のように、メモリゲート電極MGは、第2導体膜8をエッチバックすることで形成する。このとき、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは電荷蓄積絶縁膜ISによって電気的に絶縁するため、少なくとも制御ゲート電極CGを覆う部分の第2導体膜8は完全に除去する。従って、メモリゲート電極MGの高さは、どんなに高くても、制御ゲート電極CGと同程度である。そこで、イオン注入マスクとしてより効果的な構造とするために、本実施の形態のメモリゲート電極MGとしては、その高さが、制御ゲート電極CGの高さと同程度になるように形成することがより好ましい。これにより、意図しない領域へのイオン注入や、電荷蓄積絶縁膜ISへの損傷を起こし難い構造とすることができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。なお、メモリゲート電極MGの高さの上限は制御ゲート電極CGの高さによって制限されるが、制御ゲート電極CGの高さは、上記図5における第1導体膜4の厚さによるため、任意に制御できる。   On the other hand, as shown in FIG. 12, the memory gate electrode MG is formed by etching back the second conductor film 8. At this time, since the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are electrically insulated by the charge storage insulating film IS, at least the second conductor film 8 covering the control gate electrode CG is completely removed. Therefore, the height of the memory gate electrode MG is almost the same as that of the control gate electrode CG, no matter how high. Therefore, in order to obtain a more effective structure as an ion implantation mask, the memory gate electrode MG of the present embodiment may be formed so that its height is approximately the same as the height of the control gate electrode CG. More preferred. As a result, a structure in which ion implantation into an unintended region and damage to the charge storage insulating film IS are unlikely to occur. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved. Although the upper limit of the height of the memory gate electrode MG is limited by the height of the control gate electrode CG, the height of the control gate electrode CG depends on the thickness of the first conductor film 4 in FIG. Can be controlled.

また、上記のように、メモリゲート電極MGの高さを制御ゲート電極CGの高さと同程度まで高くしたとしても、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMは、両者の間に側壁絶縁膜IWを有するため、後に金属シリサイドなどの導体膜を形成したとしても、接触不良を起こし難い。この点に関しては、後に詳細を説明する。   Further, as described above, even if the height of the memory gate electrode MG is increased to the same level as that of the control gate electrode CG, the nonvolatile memory cell NVM of the present embodiment has a sidewall insulating film IW between them. Therefore, even if a conductor film such as a metal silicide is formed later, poor contact is unlikely to occur. Details of this point will be described later.

次の工程では、図18に示すように、各構成要素のうち、外部から電気的な接続を取る箇所に、金属シリサイド層SCを形成する。後に詳細を説明するように、金属シリサイド層SCは、この段階で露出している単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの領域に、自己整合的に形成される。   In the next step, as shown in FIG. 18, a metal silicide layer SC is formed at a location where electrical connection is made from the outside among the components. As will be described in detail later, the metal silicide layer SC is formed in a self-aligned manner in the region of single crystal silicon or polycrystalline silicon exposed at this stage.

一方、シリコン基板1上には、シリコンが露出した領域であっても、当該金属シリサイド層SCを形成しない箇所が存在する。そこで、金属シリサイド層SCを形成する前に、シリサイドブロック層sbとして例えば酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成し、金属シリサイド層SCを形成しない領域を覆うように加工する。加工には、フォトリソグラフィ法および異方性エッチング法を用いる。ここで、シリサイドブロック層sbは異方性エッチングにより除去されるため、例えば、サイドウォールスペーサswの側壁などに残る。   On the other hand, there are places on the silicon substrate 1 where the metal silicide layer SC is not formed even if the silicon is exposed. Therefore, before forming the metal silicide layer SC, an insulating film mainly made of, for example, silicon oxide is formed as the silicide block layer sb and processed so as to cover a region where the metal silicide layer SC is not formed. For the processing, a photolithography method and an anisotropic etching method are used. Here, since the silicide block layer sb is removed by anisotropic etching, the silicide block layer sb remains on, for example, the sidewall of the sidewall spacer sw.

上記のようにしてシリサイドブロック層sbを形成した後、以下の工程によって金属シリサイド層SCを形成する。これには、まず、以上の工程によって形成した構成を覆うようにして、シリコン基板1の主面f1上に、例えばコバルト膜をスパッタリング法などによって堆積する。その後、熱処理を施す。このとき、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどのシリコンを主体とする半導体部と、堆積したコバルト膜とが接触している箇所では、化合反応(シリサイド反応)が起こり、金属シリサイド(コバルトシリサイド)が形成される。その後、金属シリサイドとならなかった余分なコバルト膜を除去することで、所定の領域に金属シリサイド層SCを形成する。なお、シリサイド反応により金属シリサイドを形成する対象となる金属膜は、コバルト膜のほかに、例えばニッケル膜などであっても良い。この場合、形成される金属シリサイド層SCはニッケルシリサイド層となる。   After forming the silicide block layer sb as described above, the metal silicide layer SC is formed by the following process. For this, first, for example, a cobalt film is deposited on the main surface f1 of the silicon substrate 1 by a sputtering method so as to cover the structure formed by the above steps. Thereafter, heat treatment is performed. At this time, a compound reaction (silicide reaction) occurs at a portion where the semiconductor portion mainly composed of silicon such as single crystal silicon or polycrystalline silicon and the deposited cobalt film are in contact with each other, and metal silicide (cobalt silicide) is formed. It is formed. Thereafter, an extra cobalt film that has not become metal silicide is removed, thereby forming a metal silicide layer SC in a predetermined region. In addition, the metal film that is a target for forming the metal silicide by the silicide reaction may be, for example, a nickel film in addition to the cobalt film. In this case, the formed metal silicide layer SC is a nickel silicide layer.

この工程で金属シリサイド層SCが形成される領域は、シリコンとコバルト膜とが接触していた箇所である。即ち、メモリ領域Rmにおいては、制御ゲート電極CGの上面、メモリゲート電極MGの上面、および、メモリソース/ドレイン領域sd1の表面に、金属シリサイド層SCが形成される。また、周辺領域Rpにおいては、ゲート電極GEの上面、および、ソース/ドレイン領域sd2の表面に、金属シリサイド層SCが形成される。また、境界領域Rbにおいては、第1導体膜4の上面、第2導体膜8の上面、および、ソース/ドレイン領域sd2の表面に金属シリサイド層SCが形成される。なお、境界領域Rbにおいては、金属シリサイド層SCを形成しても良いし、形成しなくても良い。   The region where the metal silicide layer SC is formed in this step is a place where the silicon and the cobalt film are in contact with each other. That is, in the memory region Rm, the metal silicide layer SC is formed on the upper surface of the control gate electrode CG, the upper surface of the memory gate electrode MG, and the surface of the memory source / drain region sd1. In the peripheral region Rp, a metal silicide layer SC is formed on the upper surface of the gate electrode GE and the surface of the source / drain region sd2. In the boundary region Rb, the metal silicide layer SC is formed on the upper surface of the first conductor film 4, the upper surface of the second conductor film 8, and the surface of the source / drain region sd2. Note that the metal silicide layer SC may or may not be formed in the boundary region Rb.

ここで、本実施の形態の製造工程では、制御ゲート電極CGの側壁に、その上面から突き出すようにして側壁絶縁膜IWが配置されている。そして、制御ゲート電極CGの上面において、金属シリサイド層SCは、この側壁絶縁膜IWに囲まれた領域に形成されることになる。言い換えれば、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に単に電荷蓄積絶縁膜ISのみが配置されている構造に比べて、側壁絶縁膜IWが配置されていることで、より隔離された領域に金属シリサイド層SCを形成することができる。即ち、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極間MGとの間で起こりうるショートに対して、横方向のマージンをより大きく取れることになる。これにより、金属シリサイド層SCの形成工程の際に起こる、制御ゲート電極CG上とメモリゲート電極上との間での接触不良を低減することができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   Here, in the manufacturing process of the present embodiment, the sidewall insulating film IW is disposed on the sidewall of the control gate electrode CG so as to protrude from the upper surface thereof. Then, on the upper surface of the control gate electrode CG, the metal silicide layer SC is formed in a region surrounded by the sidewall insulating film IW. In other words, as compared with the structure in which only the charge storage insulating film IS is disposed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, the sidewall insulating film IW is disposed, thereby providing a more isolated region. A metal silicide layer SC can be formed. That is, a larger margin in the lateral direction can be obtained for a short circuit that may occur between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Thereby, contact failure between the control gate electrode CG and the memory gate electrode, which occurs during the process of forming the metal silicide layer SC, can be reduced. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

また、金属シリサイド層SCは、シリコン基板1から見て、側壁絶縁膜IWの高さを越えないような膜厚の範囲内で、制御ゲート電極CGの上面に形成することが、より好ましい。その理由を以下で説明する。コバルトなどの金属膜とシリコンとの接触面で起こるシリサイド反応においては、接触面から広がるようにして金属シリサイドが形成されていく。従って、制御ゲート電極CGの上面に金属シリサイド層SCを形成する工程に際して派、制御ゲート電極CGの上面よりも高い位置に成長するようにして、金属シリサイド層SCが形成される。このとき、本実施の形態のように、側壁絶縁膜IWを乗り越えないような膜厚の範囲内で、金属シリサイド層SCを形成すれば、メモリゲート電極MG上面に同時に形成する金属シリサイド層SCとの接触を防止することができる。言い換えれば、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの上面に形成する金属シリサイド層SCにおいて、その膜厚方向への成長で起こるショートに対してのマージンを、より大きく取れることになる。即ち、金属シリサイド層SCを形成する際に膜厚にばらつきが生じたとしても、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの接触不良を起こし難い構造とすることができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   The metal silicide layer SC is more preferably formed on the upper surface of the control gate electrode CG within a thickness range that does not exceed the height of the sidewall insulating film IW when viewed from the silicon substrate 1. The reason will be described below. In a silicide reaction that occurs at the contact surface between a metal film such as cobalt and silicon, metal silicide is formed so as to spread from the contact surface. Therefore, during the step of forming the metal silicide layer SC on the upper surface of the control gate electrode CG, the metal silicide layer SC is formed so as to grow to a position higher than the upper surface of the control gate electrode CG. At this time, as in the present embodiment, if the metal silicide layer SC is formed within a thickness range that does not exceed the sidewall insulating film IW, the metal silicide layer SC formed simultaneously on the upper surface of the memory gate electrode MG Can be prevented. In other words, in the metal silicide layer SC formed on the upper surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, a margin for a short circuit caused by growth in the film thickness direction can be further increased. That is, even if the film thickness varies when the metal silicide layer SC is formed, a structure in which a contact failure between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG hardly occurs can be obtained. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

ここで、上記図5、図10を用いて説明したように、側壁絶縁膜IWが制御ゲート電極CGの上面に突き出す長さは、保護絶縁膜5の膜厚による。本実施の形態では、保護絶縁膜5の膜厚を30〜50nmとし、従って、保護絶縁膜5を除去した後の側壁絶縁膜IWの突き出し長さも、概ね30〜50nmとなる。本発明者の検証によれば、このような条件であれば、側壁絶縁膜IWを乗り越えないように金属シリサイド層SCを形成しても、低抵抗層として十分な厚さとなる。従って、金属シリサイド層SCの導通不良などを起こすことなく、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の短絡不良を低減することができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。   Here, as described above with reference to FIGS. 5 and 10, the length of the sidewall insulating film IW protruding from the upper surface of the control gate electrode CG depends on the film thickness of the protective insulating film 5. In the present embodiment, the thickness of the protective insulating film 5 is set to 30 to 50 nm. Therefore, the protruding length of the sidewall insulating film IW after the removal of the protective insulating film 5 is also approximately 30 to 50 nm. According to the verification by the present inventor, under such conditions, even if the metal silicide layer SC is formed so as not to get over the sidewall insulating film IW, the thickness is sufficient as a low resistance layer. Therefore, it is possible to reduce the short-circuit failure between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG without causing a conduction failure of the metal silicide layer SC. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved.

以上の工程によって、メモリ領域Rmには不揮発性メモリNVM、周辺領域Rpにはnチャネル型のMISトランジスタQ1の基本的な素子構成が形成されたことになる。同様に、境界領域Rbにはダミー構造D1が形成されたことになる。   Through the above steps, the basic element configuration of the nonvolatile memory NVM is formed in the memory region Rm and the n-channel type MIS transistor Q1 is formed in the peripheral region Rp. Similarly, the dummy structure D1 is formed in the boundary region Rb.

ところで、上記図9〜図11で説明した工程のように、制御ゲート電極CGの上面に形成された保護絶縁膜5は、電荷蓄積絶縁膜ISを形成する前に、シリコン基板1の前洗浄としてのウェットエッチングによって除去していた。前述の通り、この保護絶縁膜5は、第1導体膜4を制御ゲート電極CG状に加工するための、第3の異方性エッチングに対するエッチングマスクとして形成したものであった。また、製造工程を簡略化するために、シリコン基板1の主面f1に施す前洗浄と同時に、保護絶縁膜5を除去することが、より好ましいことを述べた。   By the way, as in the steps described in FIGS. 9 to 11, the protective insulating film 5 formed on the upper surface of the control gate electrode CG is used as a pre-cleaning of the silicon substrate 1 before the charge storage insulating film IS is formed. It was removed by wet etching. As described above, the protective insulating film 5 was formed as an etching mask for the third anisotropic etching for processing the first conductor film 4 into the shape of the control gate electrode CG. Further, it has been described that it is more preferable to remove the protective insulating film 5 simultaneously with the pre-cleaning performed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 in order to simplify the manufacturing process.

一方、上記図18を用いて説明したように、制御ゲート電極CGの上面には金属シリサイド層SCを形成する。これは、制御ゲート電極CGに対して外部から電気的な導通をとるためである。従って、上記の保護絶縁膜5は、制御ゲート電極CG状面に金属シリサイド層SCを形成する前までに除去していれば良い。以上を考慮すると、保護絶縁膜5をウェットエッチングにより除去する工程は、上記図9の第3の異方性エッチングを終えた後、上記図18の金属シリサイド層SCを形成する工程に至る前までに、シリコン基板1に施されるいずれかの前洗浄と同時に除去してあれば良い。   On the other hand, as described with reference to FIG. 18, the metal silicide layer SC is formed on the upper surface of the control gate electrode CG. This is because the control gate electrode CG is electrically connected from the outside. Therefore, the protective insulating film 5 may be removed before the metal silicide layer SC is formed on the control gate electrode CG-like surface. Considering the above, the step of removing the protective insulating film 5 by wet etching is after the third anisotropic etching of FIG. 9 is finished and before the step of forming the metal silicide layer SC of FIG. In addition, it may be removed simultaneously with any pre-cleaning applied to the silicon substrate 1.

例えば、上記図10で説明した工程では保護絶縁膜5を除去せず、同様の方法によって、上記図17の工程を終えた後に、保護絶縁膜5を除去しても良い。上記図17の工程では、シリコン基板1の主面f1にメモリソース/ドレイン領域sd1を形成する。その後、上記図18の工程では、そのメモリソース/ドレイン領域sd1におけるシリコン基板1の主面f1にも金属シリサイド層SCを形成する。従って、金属シリサイド層SCを形成する前には、シリコン基板1の前洗浄としての前洗浄を施す必要がある。この前洗浄工程時に、同時に保護絶縁膜5を除去すれば良い。   For example, the protective insulating film 5 may be removed by the same method without removing the protective insulating film 5 in the step described with reference to FIG. In the process of FIG. 17, the memory source / drain region sd <b> 1 is formed on the main surface f <b> 1 of the silicon substrate 1. Thereafter, in the process of FIG. 18, the metal silicide layer SC is also formed on the main surface f1 of the silicon substrate 1 in the memory source / drain region sd1. Therefore, before the metal silicide layer SC is formed, it is necessary to perform precleaning as precleaning of the silicon substrate 1. The protective insulating film 5 may be removed at the same time as this pre-cleaning step.

一方、シリコン基板1上に形成する他の素子の観点から、保護絶縁膜5を除去する工程は、上記図10の工程のように、制御ゲート電極CGを加工・形成する工程(上記図9)を終えた後、電荷蓄積絶縁膜ISを形成する工程(上記図11)に至る前までに施すことが、より好ましい。その理由を以下で説明する。   On the other hand, from the viewpoint of other elements formed on the silicon substrate 1, the step of removing the protective insulating film 5 is a step of processing and forming the control gate electrode CG as in the step of FIG. 10 (FIG. 9). It is more preferable that the step is performed before the step of forming the charge storage insulating film IS (FIG. 11). The reason will be described below.

本実施の形態では、シリコン基板1上には、不揮発性メモリセルNVMやMISトランジスタQ1などの他に、種々の素子を形成している。その一つに、図19、図20に製造工程を示すような、シリコン基板1上の容量領域Rcに形成される容量素子C1がある。図19は、上記図8に続く工程のうちの上記図9と同じ工程中であり、シリコン基板1上の容量領域Rcにおける要部断面図を示している。図20は、上記図10に続く工程のうちの上記図11と同じ工程中であり、容量領域Rcにおける要部断面図を示している。   In the present embodiment, various elements are formed on the silicon substrate 1 in addition to the nonvolatile memory cell NVM and the MIS transistor Q1. One of them is a capacitive element C1 formed in the capacitive region Rc on the silicon substrate 1 as shown in the manufacturing process in FIGS. FIG. 19 is a cross-sectional view of the principal part in the capacitance region Rc on the silicon substrate 1 in the same process as FIG. 9 among the processes following FIG. FIG. 20 is a cross-sectional view of the principal part in the capacitance region Rc in the same process as FIG. 11 in the processes following FIG.

ここで、通常の容量素子は、例えば、シリコン基板1中の半導体領域、絶縁膜、および、電極材料などを組み合わせた構成によって形成される。一方、本実施の形態の不揮発性メモリセルNVMを有するような半導体装置の製造工程では、制御ゲート電極CGとなる第1導体膜4、3層の絶縁膜s1〜s3からなる電荷蓄積絶縁膜IS、および、メモリゲート電極MGとなる第2導体膜8が用いられる。従って、これらの材料を用いて容量素子C1を形成することで、通常の容量素子とは異なる特性の容量素子C1を形成することができる。   Here, the normal capacitive element is formed by, for example, a configuration in which a semiconductor region, an insulating film, an electrode material, and the like in the silicon substrate 1 are combined. On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device having the nonvolatile memory cell NVM according to the present embodiment, the charge storage insulating film IS including the first conductor film 4 serving as the control gate electrode CG and the three insulating films s1 to s3. And the second conductor film 8 to be the memory gate electrode MG is used. Therefore, by forming the capacitive element C1 using these materials, it is possible to form the capacitive element C1 having characteristics different from those of a normal capacitive element.

上記図4〜図9によって制御ゲート電極CGを形成する工程と同様にして、図19のような、第1導体膜4からなる第1容量電極EC1を形成する。その後、上記図11の工程と同様にして、第1〜第3絶縁膜s1〜s3からなる電荷蓄積絶縁膜ISを形成し、その上に、第2導体膜8からなる第2容量電極EC2を形成する。これにより、第1導体膜4からなる第1容量電極EC1と、第2導体膜8からなる第2容量電極EC2とによって、電荷蓄積絶縁膜ISを挟み込んだ構造の容量素子C1を形成することができる。なお、構造上、容量素子EC1は、第1容量電極EC1の側面に側壁絶縁膜IWを備えている。これについて、電気容量を決める電荷蓄積領域の面積においては、第1容量電極EC1の上面の面積が主であるので、特性上、側壁絶縁膜IWがもたらす影響は少ないことを、本発明者は検証している。   Similar to the process of forming the control gate electrode CG according to FIGS. 4 to 9, the first capacitor electrode EC1 made of the first conductor film 4 as shown in FIG. 19 is formed. Thereafter, in the same manner as in the process of FIG. 11, the charge storage insulating film IS made of the first to third insulating films s1 to s3 is formed, and the second capacitor electrode EC2 made of the second conductor film 8 is formed thereon. Form. Thus, the capacitor element C1 having a structure in which the charge storage insulating film IS is sandwiched between the first capacitor electrode EC1 made of the first conductor film 4 and the second capacitor electrode EC2 made of the second conductor film 8 can be formed. it can. In terms of structure, the capacitive element EC1 includes a sidewall insulating film IW on the side surface of the first capacitive electrode EC1. In this regard, the present inventor has verified that the area of the charge storage region that determines the electric capacity is mainly the area of the upper surface of the first capacitor electrode EC1, and therefore the influence of the sidewall insulating film IW on the characteristics is small. is doing.

ここで、上記図9の工程により第1導体膜4を加工して第1容量電極EC1を形成した時点では、上面に保護絶縁膜5が形成されていることになる。従って、図19における第1容量電極EC1の上面にも保護絶縁膜5が形成されている。この保護絶縁膜5は、本実施の形態では30〜50nm程度形成するため、容量膜として無視できない程の厚さを有する酸化シリコン膜となる。従って、現実的な特性の容量素子C1を形成するためには、図19の工程で第1容量電極EC1を形成した後、図20の工程で電荷蓄積絶縁膜ISおよび第2容量電極EC2を形成する前に、保護絶縁膜5を除去しておく必要がある。以上の理由から、本実施の形態の製造工程において、上記図9工程の第3の異方性エッチングを終えた後、上記図11の電荷蓄積絶縁膜ISを形成する前に施す前洗浄によって、保護絶縁膜5を除去することがより好ましい。これにより、シリコン基板1上に、他の容量素子とは独立した特性を有する容量素子C1を形成することができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能を、より高性能化させることができる。   Here, when the first conductor film 4 is processed by the process of FIG. 9 to form the first capacitor electrode EC1, the protective insulating film 5 is formed on the upper surface. Accordingly, the protective insulating film 5 is also formed on the upper surface of the first capacitor electrode EC1 in FIG. Since this protective insulating film 5 is formed to have a thickness of about 30 to 50 nm in this embodiment, it becomes a silicon oxide film having a thickness that cannot be ignored as a capacitive film. Therefore, in order to form the capacitive element C1 having realistic characteristics, after forming the first capacitive electrode EC1 in the process of FIG. 19, the charge storage insulating film IS and the second capacitive electrode EC2 are formed in the process of FIG. Before this, the protective insulating film 5 needs to be removed. For the above reasons, in the manufacturing process of the present embodiment, after the third anisotropic etching in the step of FIG. 9 is finished, before the charge storage insulating film IS in FIG. More preferably, the protective insulating film 5 is removed. Thereby, the capacitive element C1 having characteristics independent of other capacitive elements can be formed on the silicon substrate 1. As a result, the performance of the semiconductor device including the nonvolatile memory can be improved.

次に、図21に示すように、以上の工程で形成した構成を覆うようにして、シリコン基板1の主面にエッチングストップ絶縁膜IBと層間絶縁膜ILとを順に堆積する。層間絶縁膜ILは、後に形成する導体プラグや導体配線などを互いに絶縁するための絶縁膜であり、不揮発性メモリNVMやMISトランジスタQ1などの構成を十分埋め込む程度に、厚く形成する。このような層間絶縁膜ILとして、酸化シリコン膜をCVD法などによって形成する。また、後の工程で層間絶縁膜ILにコンタクトホールCHを形成する際に、所謂SAC技術を適用して自己整合的に加工するために、エッチングストップ絶縁膜IBを形成している。詳細を以下で説明する。   Next, as shown in FIG. 21, an etching stop insulating film IB and an interlayer insulating film IL are sequentially deposited on the main surface of the silicon substrate 1 so as to cover the structure formed by the above steps. The interlayer insulating film IL is an insulating film for insulating conductor plugs and conductor wirings to be formed later from each other, and is formed thick enough to embed a configuration such as the nonvolatile memory NVM and the MIS transistor Q1. As such an interlayer insulating film IL, a silicon oxide film is formed by a CVD method or the like. In addition, when the contact hole CH is formed in the interlayer insulating film IL in a later process, the etching stop insulating film IB is formed in order to process in a self-aligned manner by applying a so-called SAC technique. Details are described below.

続く工程では、フォトリソグラフィ法や異方性エッチングなどによって、層間絶縁膜ILにコンタクトホールCHを形成する。コンタクトホールCHは、シリコン基板1上に形成した各素子に対して電気的な接続を形成するための導通孔である。従って、上記図18の工程で形成した金属シリサイド層SCの上部を開口するようにして、コンタクトホールCHを形成する。その際、異方性エッチングによる層間絶縁膜ILの除去は、金属シリサイド層SCに達した時点で停止させる必要がある。金属シリサイド層SCに与えられる異方性エッチングのダメージが多いほど、後の導通不良などが起こり易くなる。   In the subsequent process, contact holes CH are formed in the interlayer insulating film IL by photolithography or anisotropic etching. The contact hole CH is a conduction hole for forming an electrical connection to each element formed on the silicon substrate 1. Therefore, the contact hole CH is formed so as to open the upper part of the metal silicide layer SC formed in the step of FIG. At this time, the removal of the interlayer insulating film IL by anisotropic etching needs to be stopped when the metal silicide layer SC is reached. As the anisotropic etching damage to the metal silicide layer SC is increased, the subsequent conduction failure is more likely to occur.

そこで、層間絶縁膜ILの下地膜として、この異方性エッチングにおいて層間絶縁膜ILおける除去速度が遅い絶縁膜を、エッチングストップ絶縁膜IBとして形成する。これにより、当該異方性エッチングによる層間絶縁膜ILの除去は、エッチングストップ絶縁膜IBに達した時点で自己整合的に停止する。その後、エッチングストップ絶縁膜IBに対する選択比の高い条件で異方性エッチングを施し、エッチングストップ絶縁膜IBを除去することで、金属シリサイド層SCの上部を開口できる。このエッチングストップ絶縁膜IBは、層間絶縁膜ILと比較して薄いので、金属シリサイド層SCへのオーバーエッチングの影響を低減できる。このようなエッチングストップ絶縁膜IBとして、窒化シリコン膜をCVD法などによって形成する。   Therefore, as the base film of the interlayer insulating film IL, an insulating film having a slow removal rate in the interlayer insulating film IL in this anisotropic etching is formed as the etching stop insulating film IB. Thereby, the removal of the interlayer insulating film IL by the anisotropic etching stops in a self-aligned manner when reaching the etching stop insulating film IB. Thereafter, anisotropic etching is performed under conditions with a high selection ratio with respect to the etching stop insulating film IB, and by removing the etching stop insulating film IB, the upper portion of the metal silicide layer SC can be opened. Since this etching stop insulating film IB is thinner than the interlayer insulating film IL, the influence of overetching on the metal silicide layer SC can be reduced. As such an etching stop insulating film IB, a silicon nitride film is formed by a CVD method or the like.

次に、図22に示すように、コンタクトホールCHの内部を、例えばタングステン膜などの導電体で埋め込むことで、コンタクトプラグCPを形成する。これには、まず、シリコン基板1上に、スパッタリング法などによりタングステン膜を形成する。そして、余分なタングステン膜をエッチングまたはCMP法などにより除去することで、コンタクトプラグCPを形成する。なお、タングステン膜を堆積する前に、バリア膜として、例えば窒化チタンなどを形成しても良い(図示しない)。   Next, as shown in FIG. 22, the contact plug CP is formed by filling the contact hole CH with a conductor such as a tungsten film. For this, first, a tungsten film is formed on the silicon substrate 1 by sputtering or the like. Then, the contact plug CP is formed by removing the excess tungsten film by etching or CMP. Note that, for example, titanium nitride may be formed as the barrier film before depositing the tungsten film (not shown).

その後、層間絶縁膜ILの上部に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜IMを、CVD法などによって形成する。続いて、フォトリソグラフィ法や異方性エッチングなどによって、絶縁膜IMに配線パターン孔MHを形成する。その後、配線パターン孔MHの内部を、例えばアルミニウムまたは銅などの導電体で埋め込むことで、配線WMを形成する。このような配線WMは、コンタクトホールCH内に形成したコンタクトプラグCPと同様にして、配線パターン孔MH内に形成する。配線WMは、コンタクトプラグCPに電気的に接続するようにして形成する。更に、絶縁膜IMの更に上層には、同様の層間絶縁膜IL、コンタクトプラグCP(ビアプラグともいう)、絶縁膜IM、および、配線WMなどを繰り返し形成することで、多層配線を形成する(図示しない)。これらの電気的配線機構により、不揮発性メモリNVMやMISトランジスタQ1などに給電することが可能となる。   Thereafter, an insulating film IM made of a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film IL by a CVD method or the like. Subsequently, a wiring pattern hole MH is formed in the insulating film IM by photolithography or anisotropic etching. Thereafter, the wiring pattern hole MH is filled with a conductor such as aluminum or copper to form the wiring WM. Such a wiring WM is formed in the wiring pattern hole MH in the same manner as the contact plug CP formed in the contact hole CH. The wiring WM is formed so as to be electrically connected to the contact plug CP. Further, a multilayer wiring is formed in the upper layer of the insulating film IM by repeatedly forming a similar interlayer insulating film IL, contact plug CP (also referred to as via plug), insulating film IM, wiring WM, and the like (illustrated). do not do). With these electrical wiring mechanisms, power can be supplied to the nonvolatile memory NVM, the MIS transistor Q1, and the like.

以上のようにして、上記図1、図2を用いて説明した構造の不揮発性メモリセルNVMを有する半導体装置を製造することができる。結果として、不揮発性メモリを備える半導体装置の信頼性を、より向上させることができる。なお、上記の製造工程の説明では、各工程で形成された構成要素を備えることによる効果の記載や、当該構造としたことによる効果の記載については、上記図1〜図2を用いた構造の説明における記載と重複するものを省略した。   As described above, a semiconductor device having the nonvolatile memory cell NVM having the structure described with reference to FIGS. 1 and 2 can be manufactured. As a result, the reliability of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be further improved. In addition, in description of said manufacturing process, about description of the effect by having the component formed in each process, and description of the effect by having said structure, it is the structure using the said FIGS. 1-2. Items that overlap with the description are omitted.

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、例えば、パーソナルコンピュータやモバイル機器等において、情報処理を行なうために必要な半導体産業に適用することができる。   The present invention can be applied, for example, to the semiconductor industry necessary for performing information processing in personal computers, mobile devices, and the like.

本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1に示した半導体装置の要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示した半導体装置の電気特性を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining electrical characteristics of the semiconductor device shown in FIG. 1. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中における要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図4に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 8 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 10 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 11 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 13 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 14 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 15 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 14; 図15に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 15; 図16に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 17 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 18 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 17; 図8に続く半導体装置の製造工程中であり、図9と同じ工程中における他の要部断面図である。FIG. 10 is another cross-sectional view of the main part in the same process as FIG. 9 during the manufacturing process of the semiconductor device following FIG. 8; 図10に続く半導体装置の製造工程中であり、図11と同じ工程中における他の要部断面図である。FIG. 12 is another cross-sectional view of the main part in the same process as FIG. 11 during the manufacturing process of the semiconductor device following FIG. 10; 図18に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 18; 図21に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 22 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 21; 本発明者が検討した半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device which this inventor examined.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板(半導体基板)
2 分離部
3 ゲート絶縁膜
4 第1導体膜
5 保護絶縁膜
6,9,10 フォトレジスト膜
7 保護膜
8 第2導体膜
C1 容量素子
CG 制御ゲート電極(第1ゲート電極)
CH コンタクトホール
CP コンタクトプラグ
D1 ダミー構造
EC1 第1容量電極
EC2 第2容量電極
ex1 メモリエクステンション領域
ex2 エクステンション領域
f1 主面
GE ゲート電極
IB エッチングストップ絶縁膜
IG 制御ゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)
IL 層間絶縁膜
IM 絶縁膜
IS 電荷蓄積絶縁膜
IW 側壁絶縁膜
MG メモリゲート電極(第2ゲート電極)
MH 配線パターン孔
NVM 不揮発性メモリセル
pw1 p型メモリウェル
pw2,pw3 p型ウェル
Q1 MISトランジスタ
Rb 境界領域
Rc 容量領域
Rm メモリ領域
Rp 周辺領域
s1 第1絶縁膜
s2 第2絶縁膜
s3 第3絶縁膜
sb シリサイドブロック層
SC 金属シリサイド層
sd1 メモリソース/ドレイン領域
sw サイドウォールスペーサ
sw1,sw3 酸化シリコン膜
sw2 窒化シリコン膜
Vcg 制御ゲート電圧
Vd ドレイン電圧
Vmg メモリゲート電圧
Vs ソース電圧
WM 配線
1 Silicon substrate (semiconductor substrate)
2 Separating part 3 Gate insulating film 4 First conductor film 5 Protective insulating film 6, 9, 10 Photoresist film 7 Protective film 8 Second conductor film C1 Capacitance element CG Control gate electrode (first gate electrode)
CH contact hole CP contact plug D1 dummy structure EC1 first capacitor electrode EC2 second capacitor electrode ex1 memory extension region ex2 extension region f1 main surface GE gate electrode IB etching stop insulating film IG control gate insulating film (first gate insulating film)
IL Interlayer insulating film IM Insulating film IS Charge storage insulating film IW Side wall insulating film MG Memory gate electrode (second gate electrode)
MH wiring pattern hole NVM nonvolatile memory cell pw1 p-type memory well pw2, pw3 p-type well Q1 MIS transistor Rb boundary region Rc capacitance region Rm memory region Rp peripheral region s1 first insulating film s2 second insulating film s3 third insulating film sb silicide block layer SC metal silicide layer sd1 memory source / drain region sw sidewall spacer sw1, sw3 silicon oxide film sw2 silicon nitride film Vcg control gate voltage Vd drain voltage Vmg memory gate voltage Vs source voltage WM wiring

Claims (18)

(a)半導体基板の主面上に形成された第1ゲート電極と、
(b)前記半導体基板と前記第1ゲート電極との間に形成された第1ゲート絶縁膜と、
(c)前記半導体基板の主面上に、前記第1ゲート電極の側方に隣り合うようにして形成された第2ゲート電極と、
(d)前記半導体基板と前記第2ゲート電極との間から、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に渡って一体的に形成された電荷蓄積絶縁膜と、
(e)前記第1ゲート電極と、前記第2ゲート電極との上面に形成された金属シリサイド層と、
(f)前記第1ゲート電極の側面と、前記第1ゲート電極の上面の前記金属シリサイド層の側面とを一体的に覆うようにして、前記第1ゲート電極と前記電荷蓄積絶縁膜との間に形成された側壁絶縁膜とを有し、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、前記電荷蓄積絶縁膜および前記側壁絶縁膜を隔てて配置されることで、互いに電気的に絶縁され、
前記第1ゲート電極上面の金属シリサイド層と、前記第2ゲート電極上面の金属シリサイド層とは、前記側壁絶縁膜によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
(A) a first gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) a first gate insulating film formed between the semiconductor substrate and the first gate electrode;
(C) a second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the side of the first gate electrode;
(D) a charge storage insulating film integrally formed between the semiconductor substrate and the second gate electrode and between the first gate electrode and the second gate electrode;
(E) a metal silicide layer formed on upper surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode;
(F) Between the first gate electrode and the charge storage insulating film so as to integrally cover the side surface of the first gate electrode and the side surface of the metal silicide layer on the upper surface of the first gate electrode. And a sidewall insulating film formed on
The first gate electrode and the second gate electrode are electrically insulated from each other by being disposed across the charge storage insulating film and the sidewall insulating film,
The semiconductor device, wherein the metal silicide layer on the upper surface of the first gate electrode and the metal silicide layer on the upper surface of the second gate electrode are electrically insulated from each other by the sidewall insulating film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記側壁絶縁膜は、前記第1ゲート電極の側面において、前記第1ゲート電極の下端である前記第1ゲート絶縁膜との接点に達しないようにして形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The side wall insulating film is formed on a side surface of the first gate electrode so as not to reach a contact point with the first gate insulating film which is a lower end of the first gate electrode. .
請求項2記載の半導体装置において、
前記側壁絶縁膜は、前記半導体基板から見て、前記金属シリサイド層よりも高い位置に突き出すようにして形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the sidewall insulating film is formed so as to protrude to a position higher than the metal silicide layer when viewed from the semiconductor substrate.
請求項3記載の半導体装置において、
前記側壁絶縁膜は、窒化シリコン膜を主体とする絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the sidewall insulating film is an insulating film mainly composed of a silicon nitride film.
請求項4記載の半導体装置において、
前記半導体基板から見た前記第1ゲート電極の高さ、および、前記第2ゲート電極の高さは、それぞれ最も高い部分の高さを比較して、高低差を持たないことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4.
The height of the first gate electrode and the height of the second gate electrode viewed from the semiconductor substrate are not different from each other in comparison with the height of the highest portion. apparatus.
請求項5記載の半導体装置において、
前記第2ゲート電極は、前記第1ゲート電極の側壁のうちいずれか一方の側壁の側方に、隣り合うようにして配置されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode is arranged adjacent to one of the side walls of the first gate electrode.
請求項6記載の半導体装置において、
前記電荷蓄積絶縁膜は、第1絶縁膜、第2絶縁膜、および、第3絶縁膜を有し、
前記第1絶縁膜および前記第3絶縁膜は、酸化シリコンを主体とする絶縁膜であり、
前記第2絶縁膜は、窒化シリコンを主体とする絶縁膜であり、
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜と前記第3絶縁膜との間に挟まれるようにして配置され、
前記半導体基板に近い方から、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、前記第3絶縁膜の順に配置されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The charge storage insulating film includes a first insulating film, a second insulating film, and a third insulating film,
The first insulating film and the third insulating film are insulating films mainly composed of silicon oxide,
The second insulating film is an insulating film mainly composed of silicon nitride,
The second insulating film is disposed so as to be sandwiched between the first insulating film and the third insulating film,
A semiconductor device, wherein the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film are arranged in this order from the side closer to the semiconductor substrate.
(a)半導体基板の主面上に第1ゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記半導体基板の主面上に、前記第1ゲート絶縁膜を介して配置され、かつ、上面に保護絶縁膜、側面に側壁絶縁膜を備えた第1ゲート電極を形成する工程と、
(c)前記保護絶縁膜を除去する工程と、
(d)前記半導体基板の主面上に、電荷蓄積絶縁膜を介して、第2ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との上面に、金属シリサイド層を形成する工程とを有し、
前記(b)工程の前記側壁絶縁膜は、前記第1ゲート電極の側面から前記保護絶縁膜の側面に渡って一体的に配置され、
前記(c)工程は、前記(b)工程後、前記(e)工程に至る前までに施し、
前記(d)工程で形成された前記第2ゲート電極は、前記第1ゲート電極の側方に隣り合うようにして配置され、
前記(d)工程で形成された前記電荷蓄積絶縁膜は、前記半導体基板と前記第2ゲート電極との間から、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に渡って一体的に配置され、
前記(d)工程で形成された前記第2ゲート電極は、前記第1ゲート電極と、前記電荷蓄積絶縁膜および前記側壁絶縁膜を隔てて配置され、
前記(e)工程では、
前記第1ゲート電極上面の金属シリサイド層と、前記第2ゲート電極上面の金属シリサイド層とは、前記側壁絶縁膜によって互いに電気的に絶縁されるようにして形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a first gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a first gate electrode disposed on the main surface of the semiconductor substrate via the first gate insulating film and having a protective insulating film on the upper surface and a sidewall insulating film on the side surface;
(C) removing the protective insulating film;
(D) forming a second gate electrode on the main surface of the semiconductor substrate via a charge storage insulating film;
(E) forming a metal silicide layer on top surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode;
The sidewall insulating film in the step (b) is integrally disposed from the side surface of the first gate electrode to the side surface of the protective insulating film,
The step (c) is performed after the step (b) and before the step (e),
The second gate electrode formed in the step (d) is disposed adjacent to the side of the first gate electrode,
The charge storage insulating film formed in the step (d) is integrally formed from between the semiconductor substrate and the second gate electrode to between the first gate electrode and the second gate electrode. Arranged,
The second gate electrode formed in the step (d) is disposed with the first gate electrode separated from the charge storage insulating film and the sidewall insulating film,
In the step (e),
The metal silicide layer on the upper surface of the first gate electrode and the metal silicide layer on the upper surface of the second gate electrode are formed so as to be electrically insulated from each other by the sidewall insulating film. Production method.
請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程は、
(b1)前記第1ゲート絶縁膜を覆うようにして、第1導体膜と前記保護絶縁膜とを順に形成する工程と、
(b2)前記保護絶縁膜上に、フォトレジスト膜を形成する工程と、
(b3)前記フォトレジスト膜をエッチングマスクとして第1の異方性エッチングを施すことで、前記フォトレジスト膜に平面的に覆われていない領域の前記保護絶縁膜を除去する工程と、
(b4)前記フォトレジスト膜をエッチングマスクとして第2の異方性エッチングを施すことで、前記フォトレジスト膜に平面的に覆われていない領域の前記第1導体膜のうち、厚さ方向の途中までを除去する工程と、
(b5)前記(b3)および(b4)工程によって生じる、前記保護絶縁膜の側面および前記第1導体膜の側面を一体的に覆うようにして、前記側壁絶縁膜を形成する工程と、
(b6)前記第1導体膜のうち、前記保護絶縁膜および前記側壁絶縁膜のいずれにも覆われていない領域を、第3の異方性エッチングにより除去することで、前記第1導体膜からなる前記第1ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記(b1)から(b6)工程によって、前記第1ゲート電極の側面において、前記第1ゲート電極の下端である前記第1ゲート絶縁膜との接点に達しないようにして、前記側壁絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
The step (b)
(B1) forming a first conductor film and the protective insulating film in order so as to cover the first gate insulating film;
(B2) forming a photoresist film on the protective insulating film;
(B3) removing the protective insulating film in a region that is not planarly covered with the photoresist film by performing first anisotropic etching using the photoresist film as an etching mask;
(B4) The second anisotropic etching is performed using the photoresist film as an etching mask, so that the first conductor film in a region not covered in a plane by the photoresist film is in the middle of the thickness direction. Removing the process,
(B5) forming the sidewall insulating film so as to integrally cover the side surface of the protective insulating film and the side surface of the first conductor film, which are generated by the steps (b3) and (b4);
(B6) A region of the first conductor film that is not covered by either the protective insulating film or the sidewall insulating film is removed by third anisotropic etching, thereby removing the first conductive film from the first conductive film. Forming the first gate electrode,
The sidewall insulating film is formed by the steps (b1) to (b6) so as not to reach a contact point with the first gate insulating film which is the lower end of the first gate electrode on the side surface of the first gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a semiconductor device.
請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程では、
前記金属シリサイド層は、前記半導体基板から見て、前記側壁絶縁膜の高さを越えないような膜厚の範囲内で、前記第1ゲート電極の上面に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
In the step (e),
The metal silicide layer is formed on the upper surface of the first gate electrode within a thickness range that does not exceed the height of the sidewall insulating film when viewed from the semiconductor substrate. Production method.
請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b1)工程では、前記保護絶縁膜として、前記(b6)工程の前記第3の異方性エッチングに対して、前記第1導体膜よりも除去速度が遅い絶縁膜を形成し、
前記(b5)工程では、前記側壁絶縁膜として、前記(b6)工程の前記第3の異方性エッチングに対して、前記第1導体膜よりも除去速度が遅い絶縁膜を形成し、
前記(b6)工程では、前記保護絶縁膜および前記側壁絶縁膜をエッチングマスクとして前記第3の異方性エッチングを施すことで、前記第1導体膜のうち、前記保護絶縁膜および前記側壁絶縁膜のいずれにも覆われていない領域を除去し、前記第1ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
In the step (b1), an insulating film having a lower removal rate than the first conductor film is formed as the protective insulating film with respect to the third anisotropic etching in the step (b6).
In the step (b5), an insulating film having a removal rate slower than that of the first conductor film is formed as the sidewall insulating film with respect to the third anisotropic etching in the step (b6).
In the step (b6), by performing the third anisotropic etching using the protective insulating film and the sidewall insulating film as an etching mask, the protective insulating film and the sidewall insulating film of the first conductor film A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a region not covered with any of the above is removed to form the first gate electrode.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程では、ウェットエッチングによって前記保護絶縁膜を除去し、
前記(b1)工程では、前記保護絶縁膜として、前記(c)工程のウェットエッチングに対して、前記側壁絶縁膜よりも除去速度が速い絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
In the step (c), the protective insulating film is removed by wet etching,
In the step (b1), an insulating film having a higher removal rate than the sidewall insulating film is formed as the protective insulating film with respect to the wet etching in the step (c). .
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b1)工程では、前記保護絶縁膜として、酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成し、
前記(b5)工程では、前記側壁絶縁膜として、窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
In the step (b1), an insulating film mainly composed of silicon oxide is formed as the protective insulating film,
In the step (b5), an insulating film mainly composed of silicon nitride is formed as the sidewall insulating film.
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b1)工程では、前記保護絶縁膜として、原材料の一つにオゾンを含む化学気相成長法によって酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成し、形成後、前記(c)工程で前記保護絶縁膜を除去するまでは熱処理を施さないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
In the step (b1), as the protective insulating film, an insulating film mainly composed of silicon oxide is formed by chemical vapor deposition containing ozone as one of the raw materials, and after the formation, the protective film is formed in the step (c). A method for manufacturing a semiconductor device, wherein heat treatment is not performed until the insulating film is removed.
請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程は、前記(b)工程後、前記(d)工程に至る前までに施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
The method (c) is performed after the step (b) and before the step (d).
請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、前記半導体基板から見た前記第2ゲート電極の高さのうち最も高い部分が、前記第1ゲート電極の高さのうち最も高い部分と比較して、高低差を持たないようにして、前記第2ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
In the step (d), the highest portion of the height of the second gate electrode viewed from the semiconductor substrate has a difference in height compared to the highest portion of the height of the first gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second gate electrode is formed.
請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、前記第2ゲート電極を、前記第1ゲート電極の側壁のうちいずれか一方の側壁の側方に、隣り合うようにして配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
In the step (d), the second gate electrode is disposed so as to be adjacent to one of the side walls of the first gate electrode. .
請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、
前記電荷蓄積絶縁膜として、前記半導体基板に近い方から、第1絶縁膜、第2絶縁膜、および、第3絶縁膜を順に形成し、
前記第1絶縁膜および前記第3絶縁膜として、酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成し、
前記第2絶縁膜として、窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成し、
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜と前記第3絶縁膜との間に挟まれるようにして配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17.
In the step (d),
As the charge storage insulating film, a first insulating film, a second insulating film, and a third insulating film are sequentially formed from the side closer to the semiconductor substrate,
Forming an insulating film mainly composed of silicon oxide as the first insulating film and the third insulating film;
Forming an insulating film mainly composed of silicon nitride as the second insulating film;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film is disposed so as to be sandwiched between the first insulating film and the third insulating film.
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