JP2010093274A - Semiconductor integrated circuit device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device, and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2010093274A
JP2010093274A JP2009262422A JP2009262422A JP2010093274A JP 2010093274 A JP2010093274 A JP 2010093274A JP 2009262422 A JP2009262422 A JP 2009262422A JP 2009262422 A JP2009262422 A JP 2009262422A JP 2010093274 A JP2010093274 A JP 2010093274A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
region
main surface
semiconductor substrate
silicon nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009262422A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4994437B2 (en
Inventor
Shinichi Minami
眞一 南
Fukuo Owada
福夫 大和田
Xiaudong Fang
暁東 方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP2009262422A priority Critical patent/JP4994437B2/en
Publication of JP2010093274A publication Critical patent/JP2010093274A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4994437B2 publication Critical patent/JP4994437B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a system IC having a non-volatile memory element and a capacitance element or a resistance element. <P>SOLUTION: A semiconductor integrated circuit device has a capacitance element C wherein a lower electrode 10c is provided on an element isolating region 5 of the principal surface of a semiconductor substrate, and an upper electrode 19c is provided on the lower electrode 10c so as to interpose a dielectric film comprising ONO films 11 12, 13, between the two electrodes. The capacitance element C has an oxidization-resistant film 8 between the element isolating region 5 of the principal surface of the semiconductor substrate and the lower electrode 10c, and has the oxidization-resistant film 12 between the lower electrode 10c and the upper electrode 19c. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造技術に関し、特に、不揮発性記憶素子と、容量素子若しくは抵抗素子とを有するシステムIC(Integrated Circuit)に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to a system IC (Integrated Circuit) having a nonvolatile memory element and a capacitor element or a resistance element.

半導体集積回路装置として、例えばフラッシュメモリあるいはEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)と呼称される不揮発性記憶装置が知られている。このフラッシュメモリにおいては、1つの不揮発性記憶素子でメモリセルを構成した1トランジスタ方式のメモリセルや、1つの不揮発性記憶素子と一つの選択用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)とを直列に接続した2トランジスタ方式のメモリセルが知られている。また、不揮発性記憶素子においては、半導体基板と制御ゲート電極との間の浮遊ゲート電極(フローディングゲート電極)に情報を記憶させる浮遊ゲート型(フローティングゲート型)、半導体基板とゲート電極との間のゲート絶縁膜にNO(窒化膜/酸化膜:Nitride/Oxide)膜を使用し、このゲート絶縁膜に情報を記憶させるMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型、半導体基板とゲート電極との間のゲート絶縁膜にONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜:Oxide/Nitride/Oxide)膜を使用し、このゲート絶縁膜に情報を記憶させるMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型等が知られている。また、浮遊ゲート型においては、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間の層間絶縁膜にONO膜を使用したものも知られている。   As a semiconductor integrated circuit device, for example, a non-volatile memory device called a flash memory or an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Lead Only Memory) is known. In this flash memory, a one-transistor type memory cell in which a memory cell is constituted by one nonvolatile memory element, or one nonvolatile memory element and one selection MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) are connected in series. A connected two-transistor type memory cell is known. In the nonvolatile memory element, a floating gate type (floating gate type) for storing information in a floating gate electrode (floating gate electrode) between the semiconductor substrate and the control gate electrode, and between the semiconductor substrate and the gate electrode. MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) type that uses NO (nitride film / oxide film: Nitride / Oxide) film as the gate insulating film, and stores information in this gate insulating film, the gate between the semiconductor substrate and the gate electrode A MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type is known in which an ONO (oxide film / nitride film / oxide film) film is used as the insulating film, and information is stored in the gate insulating film. In the floating gate type, an ONO film is used as an interlayer insulating film between the floating gate electrode and the control gate electrode.

一方、半導体集積回路装置の中には、MISFET等の能動素子だけでなく、一般的には抵抗素子、容量素子等の受動素子も多数存在する。例えば遅延回路、負荷素子、発振回路、電源安定用パスコン(バイパスコンデンサ)等に使用されている。抵抗素子や容量素子においても、様々な構造のものが知られている。例えば、抵抗素子としては、半導体基板に不純物を導入して形成された拡散抵抗素子や、多結晶シリコン膜で形成されたポリシリコン抵抗素子等が知られている。容量素子としては、半導体基板に不純物を導入して形成された半導体領域(不純物拡散領域)を下部電極とし、この下部電極上に誘電体膜を介在して設けられた導電膜を上部電極とする容量素子や、半導体基板の主面の素子分離領域上に設けられた導電膜を下部電極とし、この下部電極上に誘電体膜を介在して設けられた導電膜を上部電極とする容量素子等が知られている。また、容量素子においては、誘電体膜に前述のONO膜を使用した容量素子も知られている。   On the other hand, in a semiconductor integrated circuit device, not only active elements such as MISFETs but also generally passive elements such as resistance elements and capacitive elements exist. For example, they are used in delay circuits, load elements, oscillation circuits, power supply stabilization bypass capacitors (bypass capacitors), and the like. There are various known resistance elements and capacitive elements. For example, as a resistance element, a diffusion resistance element formed by introducing impurities into a semiconductor substrate, a polysilicon resistance element formed of a polycrystalline silicon film, and the like are known. As a capacitor element, a semiconductor region (impurity diffusion region) formed by introducing impurities into a semiconductor substrate is used as a lower electrode, and a conductive film provided on the lower electrode with a dielectric film interposed therebetween is used as an upper electrode. Capacitor elements, etc. Capacitor elements having a conductive film provided on the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate as a lower electrode and a conductive film provided on the lower electrode with a dielectric film interposed therebetween as an upper electrode It has been known. As a capacitive element, a capacitive element using the above-described ONO film as a dielectric film is also known.

なお、本発明に関連する公知文献としては、下記の特許文献1(特開2000−269449号公報)、及び特許文献2(特開2000−164835号公報)がある。特許文献1には、フローティングゲート構造の不揮発性メモリ、及び容量素子を有する半導体集積回路装置の製造技術が開示されている。特許文献2には、フローティングゲート構造の不揮発性メモリ、高耐圧トランジスタ、及び低耐圧トランジスタを有する集積回路の製造技術が開示されている。   In addition, as a well-known document relevant to this invention, there exist the following patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-269449) and patent document 2 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-164835). Patent Document 1 discloses a manufacturing technique of a semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory having a floating gate structure and a capacitor. Patent Document 2 discloses a technique for manufacturing an integrated circuit having a nonvolatile memory having a floating gate structure, a high breakdown voltage transistor, and a low breakdown voltage transistor.

特開2000−269449号公報JP 2000-269449 A 特開2000−164835号公報JP 2000-164835 A

近年、マルチメディア、情報通信等の最先端技術分野においては、マイクロコンピュータ、DRAM、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、フラッシュメモリ等をワンチップ内に混載したシステムオンチップ構造を実現することによって、データ転送速度の高速化、省スペース(実装密度向上)、低消費電力化を図る動きが活発になっている。   In recent years, in the state-of-the-art technology fields such as multimedia and information communication, data is realized by realizing a system-on-chip structure in which microcomputers, DRAMs, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), flash memories, etc. are mixedly mounted in one chip. There are active moves to increase transfer speed, save space (improve packaging density), and reduce power consumption.

フラッシュメモリアレイ、及びマイコン等の論理演算回路を内蔵するシステムオンチップの場合、例えば、3.3Vの外部電源を用いて、その外部電源電圧3.3Vで駆動させる複数のMISFETと、低消費、高速化のために、降圧回路により1.8Vの第1内部電源電圧を発生させ、その第1内部電源電圧で駆動させる複数のMISFETとが必要とされる。そして、更に、昇圧回路により10V〜12Vの第2内部電源電圧を発生させ、その第2内部電源電圧(10〜12V)でフラッシュメモリアレイ中の選択されたメモリセルへの書き込み等のために駆動させる複数のMISFETが必要とされる。以下、前者のような3.3V或いは1.8Vで駆動させるMISFETを低耐圧MISFETと称し、後者のような10〜12Vで駆動させるMISFETを高耐圧MISFETと称する。これら低耐圧MISFET、及び高耐圧MISFETは、夫々1つの半導体基板(半導体チップ)内にCMOS構成(p型MISFETとn型MISFETとのペア)で内蔵される。   In the case of a system-on-chip that incorporates a logical operation circuit such as a flash memory array and a microcomputer, for example, a plurality of MISFETs that are driven by an external power supply voltage of 3.3 V using an external power supply of 3.3 V, In order to increase the speed, a first internal power supply voltage of 1.8 V is generated by a step-down circuit, and a plurality of MISFETs driven by the first internal power supply voltage are required. Further, a second internal power supply voltage of 10 V to 12 V is generated by the booster circuit, and the second internal power supply voltage (10 to 12 V) is used to drive for writing to the selected memory cell in the flash memory array. Multiple MISFETs are required. Hereinafter, the former MISFET driven at 3.3 V or 1.8 V is referred to as a low breakdown voltage MISFET, and the latter MISFET driven at 10 to 12 V is referred to as a high breakdown voltage MISFET. Each of the low breakdown voltage MISFET and the high breakdown voltage MISFET is built in a CMOS configuration (a pair of a p-type MISFET and an n-type MISFET) in one semiconductor substrate (semiconductor chip).

一方、携帯型カードに搭載されるシステムLSIは、レギュレータ、中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)、入出力回路(I/O)、システムコントローラ、ウォッチドックタイマ、乱数発生器、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びEEPROM等によって構成されている。レギュレータ、I/O、及びEEPROMでは、複数の高耐圧MISFETが使用されている。また、ウォッチドックタイマ、EEPROMの中のタイマでは、複数の抵抗素子が使用されている。また、電源電圧の安定化を図るために、複数のバイパスコンデンサが使用されている。   On the other hand, a system LSI mounted on a portable card includes a regulator, a central processing unit (CPU), an input / output circuit (I / O), a system controller, a watchdog timer, a random number generator, a ROM (Lead The memory includes a random memory (RAM), a random access memory (RAM), and an EEPROM. In the regulator, I / O, and EEPROM, a plurality of high voltage MISFETs are used. In addition, a plurality of resistance elements are used in the watchdog timer and the timer in the EEPROM. In order to stabilize the power supply voltage, a plurality of bypass capacitors are used.

本発明者は、システムLSIについて検討した結果、以下の問題点を見出した。
第1層目の多結晶シリコン膜で容量素子の下部電極を形成し、第2層目の多結晶シリコン膜で容量素子の上部電極、低耐圧及び高耐圧MISFETのゲート電極を形成する場合、基板の主面の素子分離領域上に下部電極を形成した後、熱処理を施して酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成することになる。このゲート絶縁膜の形成時に、下部電極の側面から、下部電極と素子分離領域との間の界面に沿って酸化シリコン膜からなるバーズビークが形成される。基板の主面の素子分離領域は、通常、酸化シリコン膜で形成されている。熱処理時におけるO、HO等の酸化剤は、酸化シリコン膜中を通り抜ける。従って、ゲート絶縁膜の形成時において、下部電極の側面から、下部電極と素子分離領域との間の界面に沿って伸びる酸化シリコン膜のバーズビークが形成される。
As a result of studying the system LSI, the present inventor has found the following problems.
In the case where the lower electrode of the capacitive element is formed with the first-layer polycrystalline silicon film and the upper electrode of the capacitive element and the gate electrode of the low breakdown voltage and high breakdown voltage MISFET are formed with the second-layer polycrystalline silicon film, After the lower electrode is formed on the element isolation region of the main surface, heat treatment is performed to form a gate insulating film made of a silicon oxide film. When the gate insulating film is formed, a bird's beak made of a silicon oxide film is formed from the side surface of the lower electrode along the interface between the lower electrode and the element isolation region. The element isolation region on the main surface of the substrate is usually formed of a silicon oxide film. Oxidizing agents such as O 2 and H 2 O pass through the silicon oxide film during the heat treatment. Accordingly, when the gate insulating film is formed, a bird's beak of the silicon oxide film extending from the side surface of the lower electrode along the interface between the lower electrode and the element isolation region is formed.

このバーズビークの形成により、下部電極の周縁が持ち上げられ、下部電極の下面が凸となる反りが下部電極に発生するため、素子分離領域から下部電極が剥がれ易くなる。このような不具合は、システムLSIの高集積化や多機能化に伴う容量素子の微細化が進むにつれて顕著になるため、容量素子の小型化が困難になる。また、システムLSIの歩留まり低下、信頼性の低下の要因にもなる。   By forming the bird's beak, the peripheral edge of the lower electrode is lifted, and a warp in which the lower surface of the lower electrode becomes convex occurs in the lower electrode, so that the lower electrode is easily peeled off from the element isolation region. Such a problem becomes conspicuous as the capacity element is miniaturized as the system LSI is highly integrated and multifunctional, and it is difficult to downsize the capacity element. In addition, the yield of the system LSI and the reliability may be reduced.

基板の素子分離領域上に第1層目の多結晶シリコン膜で抵抗素子を形成し、第2層目の多結晶シリコン膜で低耐圧及び高耐圧MISFETのゲート電極を形成する場合においても、前述のバーズビークは形成される。このバーズビークの形成により、抵抗素子の抵抗値にバラツキが生じてしまう。このバーズビークによる抵抗値のバラツキは、抵抗素子の微細化に伴って顕著になるため、幅を狭くして高抵抗の抵抗素子を形成することが困難になる。   Even in the case where the resistance element is formed of the first-layer polycrystalline silicon film on the element isolation region of the substrate and the low-breakdown-voltage and high-breakdown-voltage MISFET gate electrodes are formed of the second-layer polycrystalline silicon film, The bird's beak is formed. Due to the formation of the bird's beak, the resistance value of the resistance element varies. The variation in resistance value due to the bird's beak becomes conspicuous with the miniaturization of the resistance element, so that it is difficult to form a high resistance resistance element by narrowing the width.

MISFETのチャネル長は、高集積化による微細化に伴って短くなる。チャネル長が短くなると、ソース領域及びドレイン領域からの空乏層がゲート電極下に張り出し、チャネル形成領域の電位障壁が下がる。その結果、閾値電圧(Vth)が下がり、ソース領域/ドレイン領域間の電圧(Vds)を少し増やしただけでドレイン電流(Ids)が増加して定電流領域が得られなくなる。更に、電圧Vdsを増やすと、ドレイン領域及びソース領域からの空乏層が接触するパンチスルー状態となり、ドレイン電流Idsが急増する。即ち、ドレイン領域/ソース領域間の耐圧が下がる。また、ゲート電圧(Vg)が閾値電圧Vthよりも低い状態で流れるドレイン電流(サブスレッショルド電流)が増えるため、「OFF」状態におけるリーク電流が増加する。   The channel length of the MISFET becomes shorter with miniaturization due to higher integration. When the channel length is shortened, a depletion layer from the source region and the drain region protrudes under the gate electrode, and the potential barrier of the channel formation region is lowered. As a result, the threshold voltage (Vth) decreases, and the drain current (Ids) increases only by slightly increasing the voltage (Vds) between the source region and the drain region, and a constant current region cannot be obtained. Further, when the voltage Vds is increased, a punch-through state in which the depletion layers from the drain region and the source region are brought into contact with each other, and the drain current Ids increases rapidly. That is, the breakdown voltage between the drain region / source region is lowered. Further, since the drain current (subthreshold current) that flows when the gate voltage (Vg) is lower than the threshold voltage Vth increases, the leakage current in the “OFF” state increases.

このような、ドレイン領域/ソース領域間の耐圧劣化及び「OFF状態」におけるリーク電流の増加は、MISFETが形成されるウエル領域の不純物濃度、即ち、チャネル形成領域の不純物濃度を上げることによって抑制することができる。従って、低耐圧MISFETが形成される低圧系ウエル領域の表面不純物濃度は、高耐圧MISFETが形成される高圧系ウエル領域の表面不純物濃度よりも高く設定される。   Such a deterioration in breakdown voltage between the drain region and the source region and an increase in leakage current in the “OFF state” are suppressed by increasing the impurity concentration of the well region where the MISFET is formed, that is, the impurity concentration of the channel formation region. be able to. Accordingly, the surface impurity concentration of the low-voltage well region where the low breakdown voltage MISFET is formed is set higher than the surface impurity concentration of the high-voltage well region where the high breakdown voltage MISFET is formed.

ウエル領域は、通常、ゲート絶縁膜の形成工程前に形成される。一方、ONO型不揮発性記憶素子のゲート絶縁膜は、下層および上層の酸化膜が一般的には熱酸化によって形成される。従って、ONO型不揮発性記憶素子のゲート絶縁膜を形成する工程の前に低圧系ウエル領域を形成した場合、低圧系ウエル領域が熱処理される回数が多くなる。低圧系ウエル領域の表面不純物濃度は、高圧系ウエル領域の表面不純物濃度よりも高いため、熱処理の回数が多くなると、低圧系ウエル領域の表面不純物濃度が下がってしまい、低耐圧MISFETの特性が変わってしまう。   The well region is usually formed before the step of forming the gate insulating film. On the other hand, in the gate insulating film of the ONO type nonvolatile memory element, lower and upper oxide films are generally formed by thermal oxidation. Therefore, when the low-pressure well region is formed before the step of forming the gate insulating film of the ONO type nonvolatile memory element, the number of times the low-pressure well region is heat-treated increases. Since the surface impurity concentration in the low-pressure well region is higher than the surface impurity concentration in the high-pressure well region, if the number of heat treatments is increased, the surface impurity concentration in the low-pressure well region decreases, and the characteristics of the low-voltage MISFET change. End up.

本発明の目的は、占有面積が小さく、容量が大きい容量素子を実現することが可能な技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of realizing a capacitive element having a small occupied area and a large capacitance.

本発明の目的は、高抵抗の抵抗素子を実現することが可能な技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technology capable of realizing a high-resistance resistance element.

本発明の目的は、低耐圧MISFETの特性に影響を与えずに高耐圧MISFETを形成することが可能な技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a high voltage MISFET without affecting the characteristics of the low voltage MISFET.

本発明の目的は、半導体集積回路装置の製造歩留まりの向上を図ることが可能な技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the manufacturing yield of a semiconductor integrated circuit device.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)半導体基板の主面の素子分離領域上に下部電極が設けられ、かつ前記下部電極上に誘電体膜を介在して上部電極が設けられた容量素子を有する半導体集積回路装置であって、
前記半導体基板の主面の素子分離領域と前記下部電極との間、及び前記下部電極と前記上部電極との間に耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)を有する。
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) A semiconductor integrated circuit device having a capacitive element in which a lower electrode is provided on an element isolation region on a main surface of a semiconductor substrate, and an upper electrode is provided on the lower electrode with a dielectric film interposed therebetween. ,
An oxidation resistant film (for example, a silicon nitride film) is provided between the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate and the lower electrode, and between the lower electrode and the upper electrode.

(2)半導体基板の主面の素子形成領域上にゲート絶縁膜を介在してゲート電極が設けられたMISFETと、半導体基板の主面の素子分離領域上に下部電極が設けられ、かつ前記下部電極上に誘電体膜を介在して上部電極が設けられた容量素子を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
半導体基板の主面の素子分離領域上に第1の耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)を介在して前記下部電極が設けられ、かつ前記下部電極の上面が第2の耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)で覆われた状態で、熱処理を施して前記半導体基板の主面の素子形成領域に酸化シリコン膜からなる前記ゲート絶縁膜を形成する工程を有する。
(2) a MISFET in which a gate electrode is provided on an element formation region on a main surface of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; a lower electrode is provided on an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate; A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element having an upper electrode provided with a dielectric film on an electrode,
The lower electrode is provided on an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate with a first oxidation-resistant film (for example, a silicon nitride film) interposed therebetween, and the upper surface of the lower electrode is a second oxidation-resistant film ( A step of forming the gate insulating film made of a silicon oxide film in an element formation region of the main surface of the semiconductor substrate by performing a heat treatment in a state of being covered with, for example, a silicon nitride film.

(3)半導体基板の主面の第1の領域に形成された不揮発性記憶素子と、前記半導体基板の主面の第2の領域に形成されたMISFETと、前記半導体基板の主面の素子分離領域上に形成された容量素子とを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第1の領域に酸化シリコン膜を形成する(a)工程と、
前記(a)工程の後、前記酸化シリコン膜、及び前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして第1の窒化シリコン膜を形成する(b)工程と、
前記(b)工程の後、前記半導体基板の主面の第1の領域、及び前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして前記第1の窒化シリコン膜上に第1のシリコン膜を形成する(c)工程と、
前記(c)工程の後、前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして前記第1のシリコン膜上に第2の窒化シリコン膜を形成する(d)工程と、
前記(d)工程の後、前記第2の窒化シリコン膜、及び前記第1のシリコン膜をパターンニングして、前記半導体基板の主面の第1の領域上に前記不揮発性記憶素子のゲート電極を形成すると共に、前記半導体基板の主面の素子分離領域上における前記第1の窒化シリコン膜上に、上面が前記第2の窒化シリコン膜で覆われた前記容量素子の下部電極を形成する(e)工程と、
前記(e)工程の後、熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第2の領域に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成する(f)工程と、
前記(f)工程の後、前記ゲート絶縁膜、及び前記下部電極上の第2の窒化シリコン膜を覆うようにして第2のシリコン膜を形成する(g)工程と、
前記(g)工程の後、前記第2のシリコン膜をパターンニングして、前記ゲート絶縁膜上に前記MISFETのゲート電極を形成すると共に、前記下部電極上の前記第2の窒化シリコン膜上に前記容量素子の上部電極を形成する(h)工程とを有する。
(3) A nonvolatile memory element formed in the first region of the main surface of the semiconductor substrate, a MISFET formed in the second region of the main surface of the semiconductor substrate, and element isolation of the main surface of the semiconductor substrate A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element formed on a region,
(A) performing a heat treatment to form a silicon oxide film in the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (a), a step (b) of forming a first silicon nitride film so as to cover the silicon oxide film and an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (b), a first silicon film is formed on the first silicon nitride film so as to cover the first region of the main surface of the semiconductor substrate and the element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. (C) step of forming
After the step (c), a step (d) of forming a second silicon nitride film on the first silicon film so as to cover the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (d), the second silicon nitride film and the first silicon film are patterned, and the gate electrode of the nonvolatile memory element is formed on the first region of the main surface of the semiconductor substrate. And forming a lower electrode of the capacitive element having an upper surface covered with the second silicon nitride film on the first silicon nitride film on the element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. e) a process;
(F) After the step (e), heat treatment is performed to form a gate insulating film made of a silicon oxide film in the second region of the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (f), a step (g) of forming a second silicon film so as to cover the gate insulating film and the second silicon nitride film on the lower electrode;
After the step (g), the second silicon film is patterned to form a gate electrode of the MISFET on the gate insulating film, and on the second silicon nitride film on the lower electrode. (H) forming an upper electrode of the capacitive element.

(4)半導体基板の主面の素子分離領域上に設けられた抵抗素子を有する半導体集積回路装置であって、
前記半導体基板の主面の素子分離領域と前記抵抗素子との間、及び前記抵抗素子上に耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)を有する。
(4) A semiconductor integrated circuit device having a resistance element provided on an element isolation region on a main surface of a semiconductor substrate,
An oxidation resistant film (for example, a silicon nitride film) is provided between the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate and the resistance element and on the resistance element.

(5)半導体基板の主面の素子形成領域上にゲート絶縁膜を介在してゲート電極が設けられたMISFETと、半導体基板の主面の素子分離領域上に設けられた抵抗素子を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
半導体基板の主面の素子分離領域上に第1の耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)を介在して前記抵抗素子が設けられ、かつ前記抵抗素子の上面が第2の耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)で覆われた状態で、熱処理を施して前記半導体基板の主面の素子形成領域に酸化シリコン膜からなる前記ゲート絶縁膜を形成する工程を有する。
(5) A semiconductor integrated circuit having a MISFET provided with a gate electrode on an element formation region on the main surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and a resistance element provided on an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate. A circuit device manufacturing method comprising:
The resistance element is provided on an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate with a first oxidation-resistant film (for example, a silicon nitride film) interposed therebetween, and the upper surface of the resistance element is a second oxidation-resistant film ( A step of forming the gate insulating film made of a silicon oxide film in an element formation region of the main surface of the semiconductor substrate by performing a heat treatment in a state of being covered with, for example, a silicon nitride film.

(6)半導体基板の主面の第1の領域に形成された不揮発性記憶素子と、前記半導体基板の主面の第2の領域に形成されたMISFETと、前記半導体基板の主面の素子分離領域上に形成された抵抗素子とを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第1の領域に酸化シリコン膜を形成する(a)工程と、
前記(a)工程の後、前記酸化シリコン膜、及び前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして第1の窒化シリコン膜を形成する(b)工程と、
前記(b)工程の後、前記半導体基板の主面の第1の領域、及び前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして前記第1の窒化シリコン膜上に第1のシリコン膜を形成する(c)工程と、
前記(c)工程の後、前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして前記第1のシリコン膜上に第2の窒化シリコン膜を形成する(d)工程と、
前記(d)工程の後、前記第2の窒化シリコン膜、及び前記第1のシリコン膜をパターンニングして、前記半導体基板の主面の第1の領域上に前記不揮発性記憶素子のゲート電極を形成すると共に、前記半導体基板の主面の素子分離領域上における前記第1の窒化シリコン膜上に、上面が前記第2の窒化シリコン膜で覆われた前記抵抗素子を形成する(e)工程と、
前記(e)工程の後、熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第2の領域に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成する(f)工程と、
前記(f)工程の後、前記ゲート絶縁膜を覆うようにして第2のシリコン膜を形成する(g)工程と、
前記(g)工程の後、前記第2のシリコン膜をパターンニングして、前記ゲート絶縁膜上に前記MISFETのゲート電極を形成する(h)工程とを有する。
(6) A nonvolatile memory element formed in the first region of the main surface of the semiconductor substrate, a MISFET formed in the second region of the main surface of the semiconductor substrate, and element isolation of the main surface of the semiconductor substrate A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a resistance element formed on a region,
(A) performing a heat treatment to form a silicon oxide film in the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (a), a step (b) of forming a first silicon nitride film so as to cover the silicon oxide film and an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (b), a first silicon film is formed on the first silicon nitride film so as to cover the first region of the main surface of the semiconductor substrate and the element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. (C) step of forming
After the step (c), a step (d) of forming a second silicon nitride film on the first silicon film so as to cover the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (d), the second silicon nitride film and the first silicon film are patterned, and the gate electrode of the nonvolatile memory element is formed on the first region of the main surface of the semiconductor substrate. And (e) a step of forming the resistance element whose upper surface is covered with the second silicon nitride film on the first silicon nitride film on the element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. When,
(F) After the step (e), heat treatment is performed to form a gate insulating film made of a silicon oxide film in the second region of the main surface of the semiconductor substrate;
(G) a step of forming a second silicon film so as to cover the gate insulating film after the step (f);
(H) After the step (g), the second silicon film is patterned to form a gate electrode of the MISFET on the gate insulating film.

(7)半導体基板の主面の素子形成領域上にゲート絶縁膜を介在してゲート電極が設けられたMISFETと、
半導体基板の主面の素子分離領域上に下部電極が設けられ、かつ前記下部電極上に誘電体膜を介在して上部電極が設けられた容量素子と、
前記半導体基板の主面の素子分離領域上に設けられた抵抗素子とを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
半導体基板の主面の素子分離領域上に第1の耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)を介在して前記下部電極及び抵抗素子が設けられ、かつ前記下部電極の上面及び前記抵抗素子の上面が第2の耐酸化性膜(例えば窒化シリコン膜)で覆われた状態で、熱処理を施して前記半導体基板の主面の素子形成領域に酸化シリコン膜からなる前記ゲート絶縁膜を形成する工程を有する。
(7) a MISFET in which a gate electrode is provided on an element formation region of a main surface of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween;
A capacitive element in which a lower electrode is provided on an element isolation region of a main surface of a semiconductor substrate, and an upper electrode is provided on the lower electrode with a dielectric film interposed therebetween;
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a resistance element provided on an element isolation region of a main surface of the semiconductor substrate,
The lower electrode and the resistance element are provided on the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate with a first oxidation resistance film (for example, a silicon nitride film) interposed therebetween, and the upper surface of the lower electrode and the upper surface of the resistance element Forming a gate insulating film made of a silicon oxide film in an element forming region on the main surface of the semiconductor substrate by performing a heat treatment in a state where the gate insulating film is covered with a second oxidation resistant film (for example, a silicon nitride film). Have.

(8)半導体基板の主面の第1の領域に形成された不揮発性記憶素子と、
前記半導体基板の主面の第2の領域に形成されたMISFETと、
前記半導体基板の主面の第1の素子分離領域上に形成された容量素子と、
前記半導体基板の主面の第2の素子分離領域上に形成された抵抗素子とを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第1の領域に酸化シリコン膜を形成する(a)工程と、
前記(a)工程の後、前記酸化シリコン膜、及び前記半導体基板の主面の第1及び第2の素子分離領域を覆うようにして第1の窒化シリコン膜を形成する(b)工程と、
前記(b)工程の後、前記半導体基板の主面の第1の領域、及び前記半導体基板の主面の第1及び第2の素子分離領域を覆うようにして前記第1の窒化シリコン膜上に第1のシリコン膜を形成する(c)工程と、
前記(c)工程の後、前記半導体基板の主面の第1及び第2の素子分離領域を覆うようにして前記第1のシリコン膜上に第2の窒化シリコン膜を形成する(d)工程と、
前記(d)工程の後、前記第2の窒化シリコン膜、及び前記第1のシリコン膜をパターンニングして、前記半導体基板の主面の第1の領域上に前記不揮発性記憶素子のゲート電極、前記半導体基板の主面の第1の素子分離領域上における前記第1の窒化シリコン膜上に、上面が前記第2の窒化シリコン膜で覆われた前記容量素子の下部電極、並びに、前記半導体基板の主面の第2の素子分離領域上における前記第1の窒化シリコン膜上に、上面が前記第2の窒化シリコン膜で覆われた前記抵抗素子を形成する(e)工程と、
前記(e)工程の後、熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第2の領域に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成する(f)工程と、
前記(f)工程の後、前記下部電極上及び前記抵抗素子上の第2の窒化シリコン膜、並びに前記ゲート絶縁膜を覆うようにして第2のシリコン膜を形成する(g)工程と、
前記(g)工程の後、前記第2のシリコン膜をパターンニングして、前記ゲート絶縁膜上に前記MISFETのゲート電極、及び前記下部電極上の前記第2の窒化シリコン膜上に前記容量素子の上部電極を形成する(h)工程とを有する。
(8) a nonvolatile memory element formed in the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
A MISFET formed in a second region of the main surface of the semiconductor substrate;
A capacitive element formed on the first element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a resistance element formed on a second element isolation region on a main surface of the semiconductor substrate,
(A) performing a heat treatment to form a silicon oxide film in the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
(B) a step of forming a first silicon nitride film so as to cover the silicon oxide film and the first and second element isolation regions of the main surface of the semiconductor substrate after the step (a);
After the step (b), on the first silicon nitride film so as to cover the first region of the main surface of the semiconductor substrate and the first and second element isolation regions of the main surface of the semiconductor substrate. Forming a first silicon film in (c),
After the step (c), a second silicon nitride film is formed on the first silicon film so as to cover the first and second element isolation regions on the main surface of the semiconductor substrate (d). When,
After the step (d), the second silicon nitride film and the first silicon film are patterned, and the gate electrode of the nonvolatile memory element is formed on the first region of the main surface of the semiconductor substrate. A lower electrode of the capacitive element having an upper surface covered with the second silicon nitride film on the first silicon nitride film on the first element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate; and the semiconductor Forming the resistive element having an upper surface covered with the second silicon nitride film on the first silicon nitride film on the second element isolation region of the main surface of the substrate;
(F) After the step (e), heat treatment is performed to form a gate insulating film made of a silicon oxide film in the second region of the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (f), a step (g) of forming a second silicon film so as to cover the second silicon nitride film on the lower electrode and the resistance element, and the gate insulating film;
After the step (g), the second silicon film is patterned, and the capacitive element is formed on the gate insulating film on the gate electrode of the MISFET and on the second silicon nitride film on the lower electrode. (H) forming an upper electrode.

(9)半導体基板の主面の第1の領域に不揮発性記憶素子と、
前記半導体基板の主面の第2の領域に設けられた第1のMISFETと、
前記第1のMISFETよりも動作電圧が低い第2のMISFETであって、前記半導体基板の主面の第3の領域に設けられた第2のMISFETとを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記半導体基板の主面の第1の領域に熱酸化膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の主面の第2の領域に第1のウエル領域を形成する工程と、
前記半導体基板の主面の第3の領域に第2のウエル領域を形成する工程とを有し、
前記第2のウエル領域の形成工程は、前記ゲート電極を形成した後に実施する。
(9) a nonvolatile memory element in the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
A first MISFET provided in a second region of the main surface of the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: a second MISFET having an operating voltage lower than that of the first MISFET, and a second MISFET provided in a third region of the main surface of the semiconductor substrate. And
Forming a gate insulating film including a thermal oxide film in a first region of the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a first well region in a second region of the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a second well region in a third region of the main surface of the semiconductor substrate,
The step of forming the second well region is performed after the gate electrode is formed.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、占有面積が小さく、容量が大きい容量素子を実現することができる。
本発明によれば、高抵抗の抵抗素子を実現することができる。
本発明によれば、低耐圧MISFETの特性に影響を与えずに高耐圧MISFETを形成することができる。
本発明によれば、半導体集積回路装置の製造歩留まりの向上を図ることができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, it is possible to realize a capacitive element having a small occupation area and a large capacitance.
According to the present invention, a high-resistance resistance element can be realized.
According to the present invention, a high voltage MISFET can be formed without affecting the characteristics of the low voltage MISFET.
According to the present invention, it is possible to improve the manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit device.

本発明の一実施形態である半導体集積回路装置の概略構成を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. 図1の一部(メモリセル部)を拡大した模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in which a part (memory cell portion) of FIG. 1 is enlarged. 図1の一部(高耐圧pMIS部及び抵抗素子部)を拡大した模式的断面図である。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of FIG. 1 (a high breakdown voltage pMIS portion and a resistance element portion). 図1の一部(低耐圧p型MIS部及び容量素子部)を拡大した模式的断面図である。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of FIG. 1 (low breakdown voltage p-type MIS portion and capacitive element portion). 本発明の一実施形態である半導体集積回路装置に構成された回路ブロック図である。It is a circuit block diagram comprised in the semiconductor integrated circuit device which is one Embodiment of this invention. 図5のEEPROMの概略構成を示す回路図ある。FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the EEPROM of FIG. 5. 図5におけるパスコンの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the bypass capacitor in FIG. 本発明の一実施形態の容量素子において、上部電極に正電圧を印加した時のリーク電流特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a leakage current characteristic when a positive voltage is applied to the upper electrode in the capacitive element of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の容量素子において、上部電極に負電圧を印加した時のリーク電流特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing leakage current characteristics when a negative voltage is applied to the upper electrode in the capacitive element according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の容量素子の上部電極電圧依存性を示す図である。It is a figure which shows the upper electrode voltage dependence of the capacitive element of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の抵抗素子において、抵抗値の多結晶シリコン幅依存性を示す図である。It is a figure which shows the polycrystalline silicon width dependence of resistance value in the resistive element of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。It is typical sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device which is one Embodiment of this invention. 図12に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view during the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device, following FIG. 12; 図13に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 13; 図14に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 14; 図15に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 15; 図16に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 17 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 16; 図17に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 18 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 17; 図18に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 18; 図19に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 20 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 19; 図20に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 21 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 20; 図21に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 22 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 21; 図22に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 22; 図23に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 23; 図24に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 24; 図25に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 25; 図26に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 27 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 26; 図27に続く半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。FIG. 28 is a schematic cross sectional view showing the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 27;

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の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符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、断面図においては、図面を見易くするため、断面を現すハッチングを一部省略している場合がある。
本実施形態では、半導体集積回路装置として、例えばICカードに内蔵されて使用されるシステムLSIに本発明を適用した例について説明する。
図1は、本実施形態のシステムLSIの概略構成を示す模式的断面図であり、
図2は、図1の一部(メモリセル部)を拡大した模式的断面図であり、
図3は、図1の一部(高耐圧pMIS部及び抵抗素子部)を拡大した模式的断面図であり、
図4は、図1の一部(低耐圧p型MIS部及び容量素子部)を拡大した模式的断面図であり、
図5は、本実施形態のシステムLSIの概略構成を示す回路ブロック図であり、
図6は、図5のEEPROMの概略構成を示す回路図あり、
図7は、図1の容量素子の使用形態の一例を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted. Further, in the cross-sectional view, in order to make the drawing easy to see, some hatching that shows the cross-section may be omitted.
In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a system LSI used as a semiconductor integrated circuit device, for example, incorporated in an IC card will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a system LSI of the present embodiment.
FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part (memory cell portion) of FIG.
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of FIG. 1 (high breakdown voltage pMIS portion and resistance element portion).
FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of FIG. 1 (low breakdown voltage p-type MIS portion and capacitive element portion).
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of the system LSI of the present embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the EEPROM of FIG.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a usage pattern of the capacitive element of FIG.

図5に示すように、本実施形態のシステムLSIは、レギュレータ、中央演算処理装置(CPU)、入出力回路(I/O)、システムコントローラ、ウォッチドックタイマ、乱数発生器、ROM、RAM、及びEEPROM等を半導体チップ1Aに搭載した構成になっている。   As shown in FIG. 5, the system LSI of this embodiment includes a regulator, a central processing unit (CPU), an input / output circuit (I / O), a system controller, a watchdog timer, a random number generator, a ROM, a RAM, An EEPROM or the like is mounted on the semiconductor chip 1A.

前記システムLSIを構成するEEPROMは、例えばICカードのデータメモリとして使用され、半導体チップ1Aに搭載された図6に示すような昇圧回路を通じて書き換え(消去及び書き込み)用の高電圧(−Vpp)が供給されるようになっている。昇圧回路は、1.8−5Vの外部電源電圧をEEPROM以外の低圧ロジック用にレギュレータにより降圧された1.5Vを昇圧して−10.5Vを発生する。その際、数10pFの容量素子を用いた多段のチャージポンプ回路により出力ノードに高電圧を供給している。   The EEPROM constituting the system LSI is used as a data memory of an IC card, for example, and a high voltage (−Vpp) for rewriting (erasing and writing) is provided through a booster circuit as shown in FIG. 6 mounted on the semiconductor chip 1A. It comes to be supplied. The booster circuit boosts an external power supply voltage of 1.8-5V to 1.5V, which is stepped down by a regulator for low-voltage logic other than EEPROM, and generates -10.5V. At that time, a high voltage is supplied to the output node by a multi-stage charge pump circuit using a capacitive element of several tens of pF.

その他、半導体チップ1A内には、図7に示すように、外部電源Vccをレギュレートした内部電源VddとVss(0V)との間に、内部電源電圧安定化用にパスコン(バイパスコンデンサ)と呼ばれる容量素子Cが多数接続されている。この容量素子Cは、各回路ブロック(モジュール)間の配線チャネル領域において、配線の下に配置されることが多い。   In addition, in the semiconductor chip 1A, as shown in FIG. 7, between the internal power supply Vdd and Vss (0V) which regulates the external power supply Vcc, it is called a bypass capacitor (bypass capacitor) for stabilizing the internal power supply voltage. A large number of capacitive elements C are connected. The capacitive element C is often arranged under the wiring in the wiring channel region between the circuit blocks (modules).

なお、前記システムLSIは、基本的に、nチャネル導電型MISFETと、pチャネル導電型MISFETとを組み合わせたCMISデバイス構成になっている。このCMISデバイスは、通常、CMOSと呼ばれている。   The system LSI basically has a CMIS device configuration in which an n channel conductivity type MISFET and a p channel conductivity type MISFET are combined. This CMIS device is usually called CMOS.

また、1.8Vで駆動されるMISFETや、3.3Vで駆動されるMISFETのような相対的に低い電圧駆動のMISFETは、高速化のためデバイス構造も微細化される。従って、このようなMISFETはゲート耐圧も低い。以下、このようなMISFETを低耐圧MISFETと言う。   In addition, a relatively low voltage-driven MISFET such as a MISFET driven at 1.8 V or a MISFET driven at 3.3 V has a smaller device structure for higher speed. Therefore, such a MISFET has a low gate breakdown voltage. Hereinafter, such a MISFET is referred to as a low breakdown voltage MISFET.

また、12Vで駆動されるMISFETのような相対的に高い電圧駆動のMISFETは、ゲート耐圧も高くされる。以下、このようなMISFETを高耐圧MISFETと言う。   Further, a relatively high voltage-driven MISFET such as a MISFET driven at 12 V has a high gate breakdown voltage. Hereinafter, such a MISFET is referred to as a high breakdown voltage MISFET.

次に、前記システムLSIの具体的な構造について、図1乃至図4を用いて説明する。図1には、メモリセルMe、低耐圧p型MISFET−QLp、抵抗素子10b、高耐圧p型MISFET−QHp、及び容量素子Cを示している。メモリセルMeは、前記EEPROMのメモリセルアレイに使用されており、低耐圧p型MISFET−QLpは、前記中央演算処理装置等に使用されており、抵抗素子10bは、前記ウォッチドックタイマ等に使用されており、高耐圧p型MISFET−QHpは、レギュレータ、入出力回路、EEPROMの周辺回路等に使用されており、容量素子Cは、前述のバイパスコンデンサとして使用されている。   Next, a specific structure of the system LSI will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a memory cell Me, a low breakdown voltage p-type MISFET-QLp, a resistance element 10b, a high breakdown voltage p-type MISFET-QHp, and a capacitive element C. The memory cell Me is used in the memory cell array of the EEPROM, the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp is used in the central processing unit and the like, and the resistance element 10b is used in the watchdog timer and the like. The high-breakdown-voltage p-type MISFET-QHp is used in regulators, input / output circuits, EEPROM peripheral circuits, and the like, and the capacitive element C is used as the aforementioned bypass capacitor.

図1乃至図4に示すように、システムLSIは、半導体基板として例えばp型の単結晶シリコンから半導体基板1(以下、単に基板と呼ぶ)を主体に構成されている。基板1の主面には、素子分離領域5によって区画された複数の素子形成領域が設けられている。素子形成領域としては、メモリセル形成領域、低耐圧MIS形成領域、高耐圧MIS形成領域等を含む。素子分離領域5は、例えば周知のSTI(Shallow Trench Isolation)技術によって形成されている。STI技術による素子分離領域5は、基板1の主面に浅溝(例えば300[nm]程度の深さの溝)を形成し、その後、基板1の主面上に例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成し、その後、絶縁膜が浅溝の内部に選択的に残るようにCMP(化学的機械研磨:Chemical Mechanical Polishing)法で平坦化することによって形成される。   As shown in FIGS. 1 to 4, the system LSI is mainly composed of a semiconductor substrate 1 (hereinafter simply referred to as a substrate) from p-type single crystal silicon as a semiconductor substrate. On the main surface of the substrate 1, a plurality of element formation regions partitioned by the element isolation regions 5 are provided. The element formation region includes a memory cell formation region, a low breakdown voltage MIS formation region, a high breakdown voltage MIS formation region, and the like. The element isolation region 5 is formed by, for example, a well-known STI (Shallow Trench Isolation) technique. In the element isolation region 5 by the STI technique, a shallow groove (for example, a groove having a depth of about 300 [nm]) is formed on the main surface of the substrate 1, and then an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the main surface of the substrate 1. The film is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method and then planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method so that the insulating film remains selectively in the shallow groove. .

図1及び図2に示すように、基板1の主面のメモリセル形成領域にはn型ウエル領域2が形成され、このn型ウエル領域2の中には高圧系p型ウエル領域4が形成されている。また、基板1の主面のメモリセル形成領域には、メモリセルMeが形成されている。メモリセルMeは、1つの不揮発性記憶素子Qmと、この不揮発性記憶素子Qmに直列に接続された1つの選択用MISFET−Qsとで構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, an n-type well region 2 is formed in the memory cell formation region on the main surface of the substrate 1, and a high-voltage p-type well region 4 is formed in the n-type well region 2. Has been. In the memory cell formation region on the main surface of the substrate 1, memory cells Me are formed. The memory cell Me is composed of one nonvolatile memory element Qm and one selection MISFET-Qs connected in series to the nonvolatile memory element Qm.

図1及び図3に示すように、基板1の主面の低圧pMIS形成領域には、n型ウエル領域2が形成され、このn型ウエル領域2の中には低圧系n型ウエル領域14が形成されている。また、基板1の主面の低圧pMIS形成領域には、低耐圧p型MISFET−QLpが形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, an n-type well region 2 is formed in a low-pressure pMIS formation region on the main surface of the substrate 1, and a low-pressure n-type well region 14 is formed in the n-type well region 2. Is formed. Further, a low breakdown voltage p-type MISFET-QLp is formed in the low-voltage pMIS formation region of the main surface of the substrate 1.

図1及び図3に示すように、基板1の主面の素子分離領域5上には抵抗素子10bが形成され、この抵抗素子10bが形成された素子分離領域5の下には、低圧系p型ウエル領域15が形成されている。以下、抵抗素子10bが形成された素子分離領域5を第1の素子分離領域と言う。   As shown in FIGS. 1 and 3, a resistance element 10b is formed on the element isolation region 5 on the main surface of the substrate 1, and a low-voltage system p is formed below the element isolation region 5 where the resistance element 10b is formed. A mold well region 15 is formed. Hereinafter, the element isolation region 5 in which the resistance element 10b is formed is referred to as a first element isolation region.

図1及び図4に示すように、基板1の主面の高圧pMIS形成領域には、n型ウエル領域2が形成され、このn型ウエル領域2の中には高圧系n型ウエル領域3が形成されている。また、基板1の高圧pMIS形成領域には、高耐圧p型MISFET−QHpが形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 4, an n-type well region 2 is formed in a high-pressure pMIS formation region on the main surface of the substrate 1, and a high-voltage n-type well region 3 is formed in the n-type well region 2. Is formed. Further, a high breakdown voltage p-type MISFET-QHp is formed in the high voltage pMIS formation region of the substrate 1.

図1及び図4に示すように、基板1の主面の素子分離領域5上には、容量素子Cが形成され、この容量素子Cが形成された素子分離領域5の下には、高圧系p型ウエル領域4が形成されている。以下、容量素子Cが形成された素子分離領域5を第2の素子分離領域と言う。   As shown in FIGS. 1 and 4, a capacitive element C is formed on the element isolation region 5 on the main surface of the substrate 1, and a high-voltage system is provided below the element isolation region 5 where the capacitive element C is formed. A p-type well region 4 is formed. Hereinafter, the element isolation region 5 in which the capacitive element C is formed is referred to as a second element isolation region.

なお、寄生チャネルを防止するため、高圧系p型ウエル領域4と低圧系n型ウエル領域14との間、高圧系n型ウエル領域3と高圧系p型ウエル領域4との間等にn型ウエル領域3aが形成されている。   In order to prevent parasitic channels, n-type is interposed between the high-voltage p-type well region 4 and the low-voltage n-type well region 14, between the high-voltage n-type well region 3 and the high-voltage p-type well region 4, and the like. Well region 3a is formed.

図2に示すように、不揮発性記憶素子Qmは、主に、チャネル形成領域、ゲート絶縁膜16、ゲート電極(メモリゲート電極)10a、ソース領域及びドレイン領域を有する構成になっている。ゲート絶縁膜16は基板1の主面に設けられ、ゲート電極10aは基板1の主面上にゲート絶縁膜16を介在して設けられ、チャネル形成領域はゲート電極10aの直下における基板の表層部、具体的には高圧系p型ウエル領域4の表層部に設けられている。ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域のチャネル長方向における両側にチャネル形成領域を挟むようにして設けられている。   As shown in FIG. 2, the nonvolatile memory element Qm mainly includes a channel formation region, a gate insulating film 16, a gate electrode (memory gate electrode) 10a, a source region, and a drain region. The gate insulating film 16 is provided on the main surface of the substrate 1, the gate electrode 10a is provided on the main surface of the substrate 1 with the gate insulating film 16 interposed therebetween, and the channel formation region is a surface layer portion of the substrate immediately below the gate electrode 10a. Specifically, it is provided in the surface layer portion of the high-pressure p-type well region 4. The source region and the drain region are provided so as to sandwich the channel formation region on both sides in the channel length direction of the channel formation region.

不揮発性記憶素子Qmのソース領域及びドレイン領域は、エクステンション領域である一対のn型半導体領域21、及びコンタクト領域である一対のn型半導体領域25を有する構成になっている。n型半導体領域21は、ゲート電極10aに整合して形成されている。n型半導体領域25は、ゲート電極10aの側壁に設けられたサイドウォールスペーサ24に整合して形成されており、n型半導体領域21よりも高い不純物濃度になっている。   The source region and the drain region of the nonvolatile memory element Qm are configured to have a pair of n-type semiconductor regions 21 that are extension regions and a pair of n-type semiconductor regions 25 that are contact regions. The n-type semiconductor region 21 is formed in alignment with the gate electrode 10a. The n-type semiconductor region 25 is formed in alignment with the sidewall spacer 24 provided on the side wall of the gate electrode 10 a and has a higher impurity concentration than the n-type semiconductor region 21.

不揮発性記憶素子Qmは、高圧系p型ウエル領域4(基板)とゲート電極10aとの間のゲート絶縁膜16にONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜:Oxide/Nitride/Oxide)膜を使用し、このゲート絶縁膜16に情報を記憶させるMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型で構成されている。本実施形態の不揮発性記憶素子Qmは、ゲート絶縁膜16に、酸化シリコン膜/窒化シリコン膜/酸化シリコン膜からなるONO膜を使用している。   The nonvolatile memory element Qm uses an ONO (oxide / nitride / oxide) film as the gate insulating film 16 between the high-voltage p-type well region 4 (substrate) and the gate electrode 10a. The gate insulating film 16 is of a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type. In the nonvolatile memory element Qm of this embodiment, an ONO film made of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is used for the gate insulating film 16.

図2に示すように、選択用MISFET−Qsは、主に、チャネル形成領域、ゲート絶縁膜17、ゲート電極19a、ソース領域及びドレイン領域を有する構成になっている。ゲート絶縁膜17は基板1の主面に設けられ、ゲート電極19aは基板1の主面上にゲート絶縁膜17を介在して設けられ、チャネル形成領域はゲート電極19aの直下における基板の表層部、具体的には高圧系p型ウエル領域4の表層部に設けられている。ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域のチャネル長方向における両側にチャネル形成領域を挟むようにして設けられている。   As shown in FIG. 2, the selection MISFET-Qs mainly includes a channel formation region, a gate insulating film 17, a gate electrode 19a, a source region, and a drain region. The gate insulating film 17 is provided on the main surface of the substrate 1, the gate electrode 19a is provided on the main surface of the substrate 1 with the gate insulating film 17 interposed therebetween, and the channel formation region is a surface layer portion of the substrate immediately below the gate electrode 19a. Specifically, it is provided in the surface layer portion of the high-pressure p-type well region 4. The source region and the drain region are provided so as to sandwich the channel formation region on both sides in the channel length direction of the channel formation region.

選択用MISFET−Qsのソース領域及びドレイン領域は、エクステンション領域である一対のn型半導体領域21、及びコンタクト領域である一対のn型半導体領域25を有する構成になっている。n型半導体領域21は、ゲート電極19aに整合して形成されている。n型半導体領域25は、ゲート電極19aの側壁に設けられたサイドウォールスペーサ24に整合して形成されている。   The source region and the drain region of the selection MISFET-Qs are configured to have a pair of n-type semiconductor regions 21 that are extension regions and a pair of n-type semiconductor regions 25 that are contact regions. The n-type semiconductor region 21 is formed in alignment with the gate electrode 19a. The n-type semiconductor region 25 is formed in alignment with the sidewall spacer 24 provided on the side wall of the gate electrode 19a.

不揮発性記憶素子Qmの閾値電圧は、ゲート絶縁膜16の窒化シリコン膜中のトラップに電子が多く捕獲されていれば高くなり、ゲート電極10aと一体に形成されたワード線の電位が高くなってもトランジスタは「ON」しない。ゲート絶縁膜16の窒化シリコン膜中のトラップに電子がいなくなれば閾値電圧は下がり、「ON」する。ゲート絶縁膜16の窒化シリコン膜中に電子を注入する(書込み)には、ゲート電極10aに正の電圧(例えば1.5V)を印加し、高圧系p型ウエル領域4に負の高電圧(例えば−10.5V)を印加して、チャネル形成領域(高圧系p型ウエル領域4)からゲート絶縁膜16の酸化シリコン膜をトンネルさせて行われる。逆に、消去する場合は、ゲート電極10aに負の高電圧(例えば−8.5V)を印加し、高圧系p型ウエル領域4に正の電圧(例えば1.5V)を印加して、ゲート絶縁膜16の窒化シリコン膜中の電子をトンネル効果によってチャネル形成領域(高耐圧p型ウエル領域4)に放出させて、かつチャネル形成領域から窒化シリコン膜中に正孔をトンネル注入させることで行われる。   The threshold voltage of the non-volatile memory element Qm becomes high if many electrons are trapped in the trap in the silicon nitride film of the gate insulating film 16, and the potential of the word line formed integrally with the gate electrode 10a becomes high. However, the transistor is not “ON”. When no electrons are present in the trap in the silicon nitride film of the gate insulating film 16, the threshold voltage is lowered and turned “ON”. In order to inject (write) electrons into the silicon nitride film of the gate insulating film 16, a positive voltage (for example, 1.5V) is applied to the gate electrode 10a, and a negative high voltage ( For example, −10.5 V) is applied, and the silicon oxide film of the gate insulating film 16 is tunneled from the channel formation region (the high-voltage p-type well region 4). On the contrary, when erasing, a negative high voltage (for example, −8.5 V) is applied to the gate electrode 10a, and a positive voltage (for example, 1.5 V) is applied to the high-voltage p-type well region 4, Electrons in the silicon nitride film of the insulating film 16 are emitted to the channel formation region (high breakdown voltage p-type well region 4) by the tunnel effect, and holes are tunnel-injected from the channel formation region into the silicon nitride film. Is called.

図3に示すように、低耐圧p型MISFET−QLpは、主に、チャネル形成領域、ゲート絶縁膜18、ゲート電極19b、ソース領域及びドレイン領域を有する構成になっている。ゲート絶縁膜18は基板1の主面に設けられ、ゲート電極19bは基板1の主面上にゲート絶縁膜18を介在して設けられ、チャネル形成領域はゲート電極19bの直下における基板の表層部、具体的には低圧系n型ウエル領域14の表層部に設けられている。ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域のチャネル長方向における両側にチャネル形成領域を挟むようにして設けられている。   As shown in FIG. 3, the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp mainly has a channel formation region, a gate insulating film 18, a gate electrode 19b, a source region, and a drain region. The gate insulating film 18 is provided on the main surface of the substrate 1, the gate electrode 19b is provided on the main surface of the substrate 1 with the gate insulating film 18 interposed therebetween, and the channel formation region is a surface layer portion of the substrate immediately below the gate electrode 19b. Specifically, it is provided in the surface layer portion of the low-pressure n-type well region 14. The source region and the drain region are provided so as to sandwich the channel formation region on both sides in the channel length direction of the channel formation region.

低耐圧p型MISFET−QLpのソース領域及びドレイン領域は、エクステンション領域である一対のp型半導体領域23、及びコンタクト領域である一対のp型半導体領域26を有する構成になっている。p型半導体領域23は、ゲート電極19bに整合して形成されている。p型半導体領域26は、ゲート電極19bの側壁に設けられたサイドウォールスペーサ24に整合して形成されており、p型半導体領域23よりも高い不純物濃度になっている。   The source region and the drain region of the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp are configured to have a pair of p-type semiconductor regions 23 that are extension regions and a pair of p-type semiconductor regions 26 that are contact regions. The p-type semiconductor region 23 is formed in alignment with the gate electrode 19b. The p-type semiconductor region 26 is formed in alignment with the sidewall spacer 24 provided on the side wall of the gate electrode 19 b and has a higher impurity concentration than the p-type semiconductor region 23.

図3に示すように、抵抗素子10bは、互いに反対側に位置する一方の端部及び他方の端部に、上層の配線を接続するためのコンタクト領域が設けられている。この抵抗素子10bは、例えば多結晶シリコン膜を主体に構成されている。   As shown in FIG. 3, the resistance element 10b is provided with a contact region for connecting an upper layer wiring at one end and the other end located on the opposite sides. The resistance element 10b is mainly composed of, for example, a polycrystalline silicon film.

図4に示すように、高耐圧p型MISFET−QHpは、主に、チャネル形成領域、ゲート絶縁膜17、ゲート電極19d、ソース領域及びドレイン領域を有する構成になっている。ゲート絶縁膜17は基板1の主面に設けられ、ゲート電極19bは基板1の主面上にゲート絶縁膜17を介在して設けられ、チャネル形成領域はゲート電極19dの直下における基板の表層部、具体的には高圧系n型ウエル領域3の表層部に設けられている。ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域のチャネル長方向における両側にチャネル形成領域を挟むようにして設けられている。   As shown in FIG. 4, the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp mainly has a channel formation region, a gate insulating film 17, a gate electrode 19d, a source region, and a drain region. The gate insulating film 17 is provided on the main surface of the substrate 1, the gate electrode 19b is provided on the main surface of the substrate 1 with the gate insulating film 17 interposed therebetween, and the channel formation region is a surface layer portion of the substrate immediately below the gate electrode 19d. Specifically, it is provided in the surface layer portion of the high-pressure n-type well region 3. The source region and the drain region are provided so as to sandwich the channel formation region on both sides in the channel length direction of the channel formation region.

高耐圧p型MISFET−QHpのソース領域及びドレイン領域は、エクステンション領域である一対のp型半導体領域22、及びコンタクト領域である一対のp型半導体領域26を有する構成になっている。p型半導体領域22は、ゲート電極19dに整合して形成されている。p型半導体領域26は、ゲート電極19dの側壁に設けられたサイドウォールスペーサ24に整合して形成されており、p型半導体領域22よりも高い不純物濃度になっている。   The source region and drain region of the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp have a pair of p-type semiconductor regions 22 that are extension regions and a pair of p-type semiconductor regions 26 that are contact regions. The p-type semiconductor region 22 is formed in alignment with the gate electrode 19d. The p-type semiconductor region 26 is formed in alignment with the sidewall spacer 24 provided on the side wall of the gate electrode 19 d and has a higher impurity concentration than the p-type semiconductor region 22.

図4に示すように、容量素子Cは、基板1の主面の第2の素子分離領域上に設けられた下部電極10cと、この下部電極10c上に誘電体膜を介在して設けられた上部電極19cとを有する構成になっている。本実施形態の容量素子Cは、誘電体膜として、酸化シリコン膜11/窒化シリコン膜12/酸化シリコン膜13からなるONO膜を使用している。第2の素子分離領域の下の高圧系p型ウエル領域4は、容量素子Cへ影響を及ぼさないように、一定電位(例えば0V)に固定される。   As shown in FIG. 4, the capacitive element C is provided with a lower electrode 10c provided on the second element isolation region of the main surface of the substrate 1, and a dielectric film interposed on the lower electrode 10c. The upper electrode 19c is included. In the capacitive element C of the present embodiment, an ONO film composed of the silicon oxide film 11 / the silicon nitride film 12 / the silicon oxide film 13 is used as the dielectric film. The high-voltage p-type well region 4 under the second element isolation region is fixed at a constant potential (for example, 0 V) so as not to affect the capacitive element C.

不揮発性記憶素子Qmのゲート電極10a、抵抗素子10b、容量素子Cの下部電極10cは、例えば第1層目の多結晶シリコン膜を主体に形成されている。選択用MISFET−Qsのゲート電極19a、低耐圧p型MISFET−QLpのゲート電極19b、容量素子Cの上部電極19c、高耐圧p型MISFET−QHpのゲート電極19dは、例えば第2層目の多結晶シリコン膜を主体に形成されている。これらの第1層目及び第2層目の多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減する不純物が導入されている。   The gate electrode 10a of the nonvolatile memory element Qm, the resistor element 10b, and the lower electrode 10c of the capacitor element C are mainly formed of, for example, a first-layer polycrystalline silicon film. The gate electrode 19a of the selection MISFET-Qs, the gate electrode 19b of the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp, the upper electrode 19c of the capacitive element C, and the gate electrode 19d of the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp are, for example, a second layer. It is formed mainly of a crystalline silicon film. Impurities for reducing the resistance value are introduced into the polycrystalline silicon films of the first layer and the second layer.

不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜16において、下層の酸化シリコン膜は例えば1.8[nm]程度の厚さ、窒化シリコン膜は例えば15[nm]程度の厚さ、上層の酸化シリコン膜は例えば3[nm]程度の厚さになっている。これら上層及び下層の酸化シリコン膜は、例えば熱酸化法によって形成されている。   In the gate insulating film 16 of the nonvolatile memory element Qm, the lower silicon oxide film has a thickness of about 1.8 [nm], the silicon nitride film has a thickness of about 15 [nm], and the upper silicon oxide film has a thickness of about 15 [nm], for example. For example, the thickness is about 3 [nm]. These upper and lower silicon oxide films are formed by, for example, a thermal oxidation method.

選択用MISFET−Qs、高耐圧p型MISFET−QHpのゲート絶縁膜17は、例えば18[nm]程度の厚さで形成され、低耐圧p型MISFET−QLpのゲート絶縁膜17は例えば3.7[nm]程度の厚さで形成されている。これらゲート絶縁膜16及び17は例えば熱酸化法によって形成されている。   The gate insulating film 17 of the selection MISFET-Qs and the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp is formed with a thickness of, for example, about 18 [nm], and the gate insulating film 17 of the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp is, for example, 3.7. It is formed with a thickness of about [nm]. These gate insulating films 16 and 17 are formed by, for example, a thermal oxidation method.

不揮発性記憶素子Qmのゲート長は例えば500[nm]程度、選択用MISFET−Qsのゲート長は例えば400[nm]程度、低耐圧p型MISFET−QLpのゲート長は例えば160[nm]程度、高耐圧p型MISFET−QHpのゲート長は例えば900[nm]程度になっている。   The gate length of the nonvolatile memory element Qm is, for example, about 500 [nm], the gate length of the selection MISFET-Qs is, for example, about 400 [nm], and the gate length of the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp is, for example, about 160 [nm]. The gate length of the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp is, for example, about 900 [nm].

図2、図3及び図4に示すように、不揮発性記憶素子Qm、選択用MISFET−Qs、低耐圧p型MISFET−QLp、高耐圧p型MISFET−QHp、容量素子C、抵抗素子10bにおいて、ゲート電極(10a,19a,19b,19d)の表面、半導体領域(25,26)の表面、上部電極19cの表面、下部電極10cのコンタクト領域の表面、並びに抵抗素子10bの互いに反対側に位置する2つのコンタクト領域の表面には、低抵抗化を図るため、金属・半導体反応層であるシリサイド層28が形成されている。これらのシリサイド層28は、例えば、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、サイドウォールスペーサ24に整合して形成されている。   As shown in FIGS. 2, 3 and 4, in the nonvolatile memory element Qm, the selection MISFET-Qs, the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp, the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp, the capacitive element C, and the resistance element 10b, The gate electrode (10a, 19a, 19b, 19d), the surface of the semiconductor region (25, 26), the surface of the upper electrode 19c, the surface of the contact region of the lower electrode 10c, and the opposite side of the resistance element 10b. A silicide layer 28 that is a metal / semiconductor reaction layer is formed on the surfaces of the two contact regions in order to reduce the resistance. These silicide layers 28 are formed in alignment with the sidewall spacers 24 by, for example, a salicide (Self Aligned Silicide) technique.

基板1の主面上には、前述の能動素子及び受動素子を覆うようにして、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜29が設けられている。半導体領域25,26上には、層間絶縁膜29の表面からシリサイド層28に到達するソース・ドレイン用コンタクト孔が設けられ、このソース・ドレイン用コンタクト孔の内部には導電性プラグ30が埋め込まれている。半導体領域25,26は、シリサイド層28及び導電性プラグ30を介在して、層間絶縁膜29上を延在する配線31と電気的に接続されている。   On the main surface of the substrate 1, an interlayer insulating film 29 made of, for example, a silicon oxide film is provided so as to cover the above-described active elements and passive elements. Source / drain contact holes that reach the silicide layer 28 from the surface of the interlayer insulating film 29 are provided on the semiconductor regions 25 and 26, and conductive plugs 30 are embedded in the source / drain contact holes. ing. The semiconductor regions 25 and 26 are electrically connected to the wiring 31 extending on the interlayer insulating film 29 with the silicide layer 28 and the conductive plug 30 interposed therebetween.

ゲート電極19a,19b,19d上には、図示していないが、層間絶縁膜29の表面からシリサイド層28に到達するゲート用コンタクト孔が設けられ、このゲート用コンタクト孔の内部には導電性プラグ30が埋め込まれている。ゲート電極19a,19b,19dは、シリサイド層28及び導電性プラグ30を介在して、層間絶縁膜29上を延在する配線31と電気的に接続されている。   Although not shown, a gate contact hole that reaches the silicide layer 28 from the surface of the interlayer insulating film 29 is provided on the gate electrodes 19a, 19b, and 19d, and a conductive plug is provided inside the gate contact hole. 30 is embedded. The gate electrodes 19a, 19b, and 19d are electrically connected to the wiring 31 extending on the interlayer insulating film 29 with the silicide layer 28 and the conductive plug 30 interposed therebetween.

上部電極19c上には、層間絶縁膜29の表面からシリサイド層28に到達する上部電極用コンタクト孔が設けられ、この上部電極用コンタクト孔の内部には導電性プラグ30が埋め込まれている。上部電極19cは、シリサイド層28及び導電性プラグ30を介在して、層間絶縁膜29上を延在する配線31と電気的に接続されている。   An upper electrode contact hole that reaches the silicide layer 28 from the surface of the interlayer insulating film 29 is provided on the upper electrode 19c, and a conductive plug 30 is embedded in the upper electrode contact hole. The upper electrode 19 c is electrically connected to the wiring 31 extending on the interlayer insulating film 29 with the silicide layer 28 and the conductive plug 30 interposed therebetween.

下部電極10cのコンタクト領域上には、層間絶縁膜29の表面からシリサイド層28に到達する下部電極用コンタクト孔が設けられ、この下部電極用コンタクト孔の内部には導電性プラグ30が埋め込まれている。下部電極10cは、シリサイド層28及び導電性プラグ30を介在して、層間絶縁膜29上を延在する配線31と電気的に接続されている。   A lower electrode contact hole reaching the silicide layer 28 from the surface of the interlayer insulating film 29 is provided on the contact region of the lower electrode 10c, and a conductive plug 30 is embedded in the lower electrode contact hole. Yes. The lower electrode 10 c is electrically connected to the wiring 31 extending on the interlayer insulating film 29 with the silicide layer 28 and the conductive plug 30 interposed therebetween.

抵抗素子10bの一方及び他方のコンタクト領域上には、層間絶縁膜29の表面からシリサイド層28に到達する抵抗用コンタクト孔が夫々設けられ、この抵抗用コンタクト孔の内部には導電性プラグ30が埋め込まれている。抵抗素子10bの一方及び他方のコンタクト領域は、シリサイド層28及び導電プラグ30を介在して、層間絶縁膜29上を延在する配線31と電気的に接続されている。   Resistive contact holes that reach the silicide layer 28 from the surface of the interlayer insulating film 29 are respectively provided on one and the other contact regions of the resistive element 10b, and a conductive plug 30 is provided inside the resistive contact hole. Embedded. One and the other contact regions of the resistive element 10b are electrically connected to the wiring 31 extending on the interlayer insulating film 29 with the silicide layer 28 and the conductive plug 30 interposed therebetween.

図4に示すように、容量素子Cの下部電極10cと、基板1の主面の第2の素子分離領域(素子分離絶縁膜)との間には、耐酸化性膜として例えば窒化シリコン膜8が設けられ、この窒化シリコン膜8と下部電極10cとの間には、例えば酸化シリコン膜9が設けられている。即ち、容量素子Cの下部電極10cは、基板1の主面の第2の素子分離領域上に、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜を介在して設けられている。本実施形態において、窒化シリコン膜8は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜16の窒化シリコン膜と同一工程で形成され、酸化シリコン膜9は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜16の上層の酸化シリコン膜と同一工程で形成されている。   As shown in FIG. 4, between the lower electrode 10c of the capacitive element C and the second element isolation region (element isolation insulating film) on the main surface of the substrate 1, for example, a silicon nitride film 8 is used as an oxidation resistant film. For example, a silicon oxide film 9 is provided between the silicon nitride film 8 and the lower electrode 10c. That is, the lower electrode 10 c of the capacitive element C is provided on the second element isolation region on the main surface of the substrate 1 with an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 interposed therebetween. In the present embodiment, the silicon nitride film 8 is formed in the same process as the silicon nitride film of the gate insulating film 16 of the nonvolatile memory element Qm, and the silicon oxide film 9 is an upper layer of the gate insulating film 16 of the nonvolatile memory element Qm. The silicon oxide film is formed in the same process.

容量素子Cにおいて、図4に示すように、下部電極10cは、上部電極19cよりも大きい平面サイズで形成されている。これは、下部電極10cに上層の配線を接続し易くするためである。従って、下部電極10cには、上層の配線を接続するためのコンタクト領域が設けられている。また、容量素子Cの占有面積は、下部電極10cの平面サイズによって決まる。   In the capacitive element C, as shown in FIG. 4, the lower electrode 10c is formed in a larger planar size than the upper electrode 19c. This is to make it easy to connect the upper layer wiring to the lower electrode 10c. Therefore, the lower electrode 10c is provided with a contact region for connecting an upper layer wiring. Further, the area occupied by the capacitive element C is determined by the planar size of the lower electrode 10c.

容量素子Cの誘電体膜は、前述したように、酸化シリコン膜11/窒化シリコン膜12/酸化シリコン膜13からなるONO膜で形成されている。従って、下部電極10cと上部電極19cとの間には、窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜が設けられている。   As described above, the dielectric film of the capacitive element C is formed of the ONO film composed of the silicon oxide film 11 / the silicon nitride film 12 / the silicon oxide film 13. Therefore, an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 12 is provided between the lower electrode 10c and the upper electrode 19c.

窒化シリコン膜8は例えば15[nm]程度の厚さ、酸化シリコン膜9は例えば3[nm]程度の厚さ、酸化シリコン膜11は例えば6[nm]程度の厚さ、窒化シリコン膜12は例えば26[nm]程度の厚さ、酸化シリコン膜13は例えば1[nm]程度の厚さになっている。この場合の単位面積当たりの容量は1.9[fF/μm]程度であり、100[μm]角では19[pF]となる。 The silicon nitride film 8 is about 15 [nm] thick, the silicon oxide film 9 is about 3 [nm] thick, the silicon oxide film 11 is about 6 [nm] thick, and the silicon nitride film 12 is For example, the thickness is about 26 [nm], and the silicon oxide film 13 is about 1 [nm], for example. In this case, the capacitance per unit area is about 1.9 [fF / μm 2 ], and 19 [pF] at 100 [μm] square.

容量素子Cの誘電体膜を流れるリーク電流は、十分小さいことが望ましい。図8は、上部電極と下部電極との間における誘電体膜の面積が18000[μm]の容量素子Cにおいて、上部電極に正電圧を印加した時のリーク電流特性を示す図である。窒化シリコン膜12の膜厚をパラメータとしている。図8に示すように、窒化シリコン膜12の膜厚が厚いほどリーク電流は減少するが、10[V]程度からリーク電流が顕著となる。 It is desirable that the leakage current flowing through the dielectric film of the capacitive element C is sufficiently small. FIG. 8 is a diagram showing leakage current characteristics when a positive voltage is applied to the upper electrode in the capacitive element C in which the area of the dielectric film between the upper electrode and the lower electrode is 18000 [μm 2 ]. The film thickness of the silicon nitride film 12 is used as a parameter. As shown in FIG. 8, the leakage current decreases as the thickness of the silicon nitride film 12 increases, but the leakage current becomes remarkable from about 10 [V].

図9は、図8と同じ面積の容量素子Cにおいて、上部電極に負電圧を印加した時のリーク電流特性を示す図である。窒化シリコン膜12をパラメータとしている。図9に示すように、窒化シリコン膜12の膜厚が26[nm]であれば−14[V]までリーク電流はほとんど流れない。図5及び図6のEEPROMで高電圧の絶対電圧は12[V]であるので、上部電極を負電圧として用いることが望ましい。電源電圧安定化用のバイパスコンデンサとして用いる場合には極性は問わない。リーク電流に極性依存性があるのは、酸化シリコン膜11の膜厚が6[nm]、酸化シリコン膜13の膜厚が1[nm]と非対称であるためである。   FIG. 9 is a diagram showing a leakage current characteristic when a negative voltage is applied to the upper electrode in the capacitive element C having the same area as FIG. The silicon nitride film 12 is used as a parameter. As shown in FIG. 9, when the thickness of the silicon nitride film 12 is 26 [nm], almost no leakage current flows until −14 [V]. Since the absolute voltage of the high voltage in the EEPROM of FIGS. 5 and 6 is 12 [V], it is desirable to use the upper electrode as a negative voltage. When used as a bypass capacitor for stabilizing the power supply voltage, the polarity does not matter. The reason why the leakage current has polarity dependency is that the thickness of the silicon oxide film 11 is 6 [nm] and the thickness of the silicon oxide film 13 is 1 [nm].

図10は、容量素子Cの上部電極電圧依存性を示す図である。図10に示すように、負電圧側で容量値が減少するのは、下部電極が空乏化するためである。窒化シリコン膜12の膜厚が薄いほど負電圧側で容量値の減少が大きいのも、下部電極がより空乏化し易いためである。基板に形成された半導体領域を下部電極とするMOS型容量素子と比較して、印加電圧依存性が極めて小さいことが特徴である。   FIG. 10 is a diagram illustrating the upper electrode voltage dependency of the capacitive element C. In FIG. As shown in FIG. 10, the capacitance value decreases on the negative voltage side because the lower electrode is depleted. The reason why the capacitance value decreases more on the negative voltage side as the silicon nitride film 12 is thinner is that the lower electrode is more easily depleted. It is characterized in that the dependency on applied voltage is extremely small as compared with a MOS type capacitor element in which a semiconductor region formed on a substrate is a lower electrode.

図3に示すように、抵抗素子10bと、基板1の主面の第1の素子分離領域との間には、耐酸化性膜として例えば窒化シリコン膜8が設けられ、この窒化シリコン膜8と、抵抗素子10bとの間には、例えば酸化シリコン膜9が設けられている。即ち、抵抗素子10bは、基板1の主面の第1の素子分離領域上に窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜を介在して設けられている。本実施形態において、窒化シリコン膜8は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜16の窒化シリコン膜と同一工程で形成され、酸化シリコン膜9は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜16の上層の酸化シリコン膜と同一工程で形成されている。   As shown in FIG. 3, for example, a silicon nitride film 8 is provided as an oxidation resistant film between the resistance element 10 b and the first element isolation region on the main surface of the substrate 1. For example, a silicon oxide film 9 is provided between the resistance element 10b. That is, the resistance element 10 b is provided on the first element isolation region of the main surface of the substrate 1 with an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 interposed therebetween. In the present embodiment, the silicon nitride film 8 is formed in the same process as the silicon nitride film of the gate insulating film 16 of the nonvolatile memory element Qm, and the silicon oxide film 9 is an upper layer of the gate insulating film 16 of the nonvolatile memory element Qm. The silicon oxide film is formed in the same process.

図1乃至図4に示すように、低圧系n型ウエル領域14は、高圧系n型ウエル領域3よりも浅く形成されており、低圧系n型ウエル領域14の表面濃度は、高圧系n型ウエル領域3の表面濃度よりも高く(濃く)なっている。低圧系p型ウエル領域15は、高圧系p型ウエル領域4よりも浅く形成されており、低圧系p型ウエル領域15の表面濃度は、高圧系p型ウエル領域4の表面濃度よりも高く(濃く)なっている。   As shown in FIGS. 1 to 4, the low-pressure n-type well region 14 is formed shallower than the high-pressure n-type well region 3, and the surface concentration of the low-pressure n-type well region 14 is high-pressure n-type. The surface concentration of the well region 3 is higher (darker). The low-pressure p-type well region 15 is formed shallower than the high-pressure p-type well region 4, and the surface concentration of the low-pressure p-type well region 15 is higher than the surface concentration of the high-pressure p-type well region 4 ( It is dark).

次に、本実施形態の半導体集積回路装置の製造について、図12乃至図28を用いて説明する。図12乃至図28は、半導体集積回路装置の製造工程中における模式的断面図である。   Next, the manufacture of the semiconductor integrated circuit device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 28 are schematic cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device.

まず、比抵抗10[Ωcm]を有する単結晶シリコンからなる基板1を準備し、その後、図12に示すように、基板1の主面に素子形成領域を区画する素子分離領域5を形成する。素子分離領域5は、例えば周知のSTI技術を用いて形成する。具体的には、素子分離領域5は、基板1の主面に浅溝(例えば300[nm]程度の深さの溝)を形成し、その後、基板1の主面上に例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜をCVD法で形成し、その後、絶縁膜が浅溝の内部に選択的に残るようにCMP法で平坦化することによって形成される。この工程において、基板1の主面の素子形成領域には、例えば酸化シリコン膜からなるバッファ絶縁膜6が形成される。   First, a substrate 1 made of single crystal silicon having a specific resistance of 10 [Ωcm] is prepared, and thereafter, an element isolation region 5 for partitioning an element formation region is formed on the main surface of the substrate 1 as shown in FIG. The element isolation region 5 is formed using, for example, a well-known STI technique. Specifically, in the element isolation region 5, a shallow groove (for example, a groove having a depth of about 300 [nm]) is formed on the main surface of the substrate 1, and then, for example, a silicon oxide film is formed on the main surface of the substrate 1. The insulating film to be formed is formed by the CVD method, and then the insulating film is formed by planarizing by the CMP method so that the insulating film is selectively left inside the shallow groove. In this step, a buffer insulating film 6 made of, for example, a silicon oxide film is formed in the element formation region on the main surface of the substrate 1.

次に、基板1の主面に、ウエル領域を形成するための不純物を選択的にイオン注入し、その後、不純物を活性化させる熱処理を施して、図13に示すように、n型ウエル領域2、高圧系n型ウエル領域3、寄生チャネル防止用のn型ウエル領域3a、及び高圧系p型ウエル領域4を形成する。   Next, an impurity for forming a well region is selectively ion-implanted into the main surface of the substrate 1, and then a heat treatment for activating the impurity is performed, so that an n-type well region 2 is formed as shown in FIG. Then, a high-voltage n-type well region 3, an n-type well region 3a for preventing a parasitic channel, and a high-voltage p-type well region 4 are formed.

n型ウエル領域2を形成するための不純物としては、例えばリン(P)を使用する。このリンは、加速エネルギが2MeV,ドーズ量が5.0×1012[atoms/cm]の条件でイオン注入する。
高圧系n型ウエル領域3を形成するための不純物としては、例えばリン(P)及び二フッ化ボロン(BF)を使用する。
このリンのイオン注入は、
加速エネルギーが1MeV,ドーズ量が8.0×1012[atoms/cm]、
加速エネルギーが460KeV,ドーズ量が5.0×1011[atoms/cm]、
加速エネルギーが180KeV,ドーズ量が1.0×1012[atoms/cm]の条件で行う。
また、この二フッ化ボロンのイオン注入は、エネルギーが100KeV,ドーズ量が1.5×1012[atoms/cm]の条件で行う。
For example, phosphorus (P) is used as an impurity for forming the n-type well region 2. This phosphorus is ion-implanted under the conditions of an acceleration energy of 2 MeV and a dose of 5.0 × 10 12 [atoms / cm 2 ].
For example, phosphorus (P) and boron difluoride (BF 2 ) are used as impurities for forming the high-pressure n-type well region 3.
This phosphorus ion implantation is
Acceleration energy is 1 MeV, dose is 8.0 × 10 12 [atoms / cm 2 ],
Acceleration energy is 460 KeV, dose amount is 5.0 × 10 11 [atoms / cm 2 ],
The acceleration energy is 180 KeV and the dose is 1.0 × 10 12 [atoms / cm 2 ].
The ion implantation of boron difluoride is performed under the conditions of an energy of 100 KeV and a dose of 1.5 × 10 12 [atoms / cm 2 ].

高圧系p型ウエル領域4を形成するための不純物としては、例えばボロン(B)及び二フッ化ボロン(BF)を使用する。
このボロンのイオン注入は、
加速エネルギーが500KeV,ドーズ量が8.0×1012[atoms/cm]、
加速エネルギーが150KeV,ドーズ量が1.8×1012[atoms/cm]、
加速エネルギーが 50KeV,ドーズ量が1.2×1012[atoms/cm]の条件で行う。
また、この二フッ化ボロンのイオン注入は、加速エネルギーが100KeV,ドーズ量が2.5×1012[atoms/cm]の条件で行う。
高耐圧系n型及びp型ウエル領域を形成するための二フッ化ボロンは、閾値電圧調整用として注入される。
For example, boron (B) and boron difluoride (BF 2 ) are used as impurities for forming the high-pressure p-type well region 4.
This boron ion implantation is
Acceleration energy is 500 KeV, dose amount is 8.0 × 10 12 [atoms / cm 2 ],
Acceleration energy is 150 KeV, dose amount is 1.8 × 10 12 [atoms / cm 2 ],
The acceleration energy is 50 KeV and the dose is 1.2 × 10 12 [atoms / cm 2 ].
The ion implantation of boron difluoride is performed under the conditions of an acceleration energy of 100 KeV and a dose of 2.5 × 10 12 [atoms / cm 2 ].
Boron difluoride for forming the high-breakdown-voltage n-type and p-type well regions is implanted for adjusting the threshold voltage.

この工程において、基板1の主面のメモリセル形成領域にn型ウエル領域2及び高圧系p型ウエル領域4が形成される。また、基板1の主面の低耐圧pMIS形成領域、並びに第1の素子分離領域下に、n型ウエル領域2が形成される。また、基板1の主面の高耐圧pMIS形成領域にn型ウエル領域2及び高圧系n型ウエル領域3が形成される。また、基板1の主面の第2の素子分離領域下に、n型ウエル領域2、及び高耐圧系p型ウエル領域4が形成される。また、基板1の主面に寄生チャネル防止用のn型ウエル領域3aが形成される。   In this step, the n-type well region 2 and the high-voltage p-type well region 4 are formed in the memory cell formation region on the main surface of the substrate 1. An n-type well region 2 is formed under the low breakdown voltage pMIS formation region on the main surface of the substrate 1 and the first element isolation region. In addition, an n-type well region 2 and a high-voltage n-type well region 3 are formed in the high breakdown voltage pMIS formation region on the main surface of the substrate 1. In addition, an n-type well region 2 and a high breakdown voltage p-type well region 4 are formed under the second element isolation region on the main surface of the substrate 1. Further, an n-type well region 3 a for preventing parasitic channels is formed on the main surface of the substrate 1.

次に、基板1の主面のメモリセル形成領域におけるバッファ絶縁膜6の一部(不揮発性記憶素子が形成される領域)をエッチングによって選択的に除去し、その後、窒素で希釈した酸素雰囲気中で基板に熱処理を施して、図14に示すように、前記バッファ絶縁膜6の一部が除去された不揮発性記憶素子形成領域に、例えば1.8[nm]程度の厚さの極めて薄い酸化シリコン膜7を形成する。   Next, a part of the buffer insulating film 6 (region where the nonvolatile memory element is formed) in the memory cell formation region on the main surface of the substrate 1 is selectively removed by etching, and then in an oxygen atmosphere diluted with nitrogen As shown in FIG. 14, the substrate is subjected to a heat treatment in the non-volatile memory element formation region from which a part of the buffer insulating film 6 is removed, for example, a very thin oxide having a thickness of about 1.8 [nm]. A silicon film 7 is formed.

次に、図15に示すように、酸化シリコン膜7上、第1及び第2の素子分離領域上を含む基板1の主面上の全面に、例えば18[nm]程度の厚さの窒化シリコン膜8をCVD法で形成し、その後、スチーム雰囲気中で基板1に熱処理を施して、図15に示すように、窒化シリコン膜8の表面に、例えば3[nm]程度の厚さの酸化シリコン膜9を形成する。この工程において、窒化シリコン膜8の膜厚は、18[nm]から15[nm]程度に減少する。また、この工程において、メモリセル形成領域の高圧系p型ウエル領域4上に、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜として、ONO(酸化シリコン膜7/窒化シリコン膜8/酸化シリコン膜9)膜が形成される。   Next, as shown in FIG. 15, silicon nitride having a thickness of, for example, about 18 [nm] is formed on the entire surface of the main surface of the substrate 1 including the silicon oxide film 7 and the first and second element isolation regions. A film 8 is formed by a CVD method, and then the substrate 1 is subjected to heat treatment in a steam atmosphere. As shown in FIG. 15, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 3 nm is formed on the surface of the silicon nitride film 8. A film 9 is formed. In this step, the thickness of the silicon nitride film 8 is reduced from 18 [nm] to about 15 [nm]. In this step, an ONO (silicon oxide film 7 / silicon nitride film 8 / silicon oxide film 9) film is formed as a gate insulating film of the nonvolatile memory element Qm on the high-voltage p-type well region 4 in the memory cell formation region. Is formed.

次に、図16に示すように、メモリセル形成領域上、第1及び第2の素子分離領域上を含む酸化シリコン膜9上の全面に、例えば200[nm]程度の厚さの第1層目の多結晶シリコン膜10をCVD法で形成し、その後、多結晶シリコン膜10に、抵抗値を低減する不純物(例えばリン(P))をイオン注入し、その後、不純物を活性化させる熱処理を施す。   Next, as shown in FIG. 16, a first layer having a thickness of, for example, about 200 nm is formed on the entire surface of the silicon oxide film 9 including the memory cell formation region and the first and second element isolation regions. The polycrystalline silicon film 10 is formed by the CVD method, and then an impurity (for example, phosphorus (P)) for reducing the resistance value is ion-implanted into the polycrystalline silicon film 10, and then heat treatment for activating the impurity is performed. Apply.

次に、図17に示すように、第1及び第2の素子分離領域上を含む多結晶シリコン膜10上の全面に、多結晶シリコン膜10の表面から酸化シリコン膜11、窒化シリコン膜12、酸化シリコン膜13を順次CVD法で形成する。酸化シリコン膜11は例えば6[nm]程度の膜厚、窒化シリコン膜12は例えば26[nm]程度の膜厚、酸化シリコン膜13は例えば70[nm]程度の膜厚で形成する。   Next, as shown in FIG. 17, the silicon oxide film 11, the silicon nitride film 12, and the like are formed on the entire surface of the polycrystalline silicon film 10 including the first and second element isolation regions from the surface of the polycrystalline silicon film 10. A silicon oxide film 13 is sequentially formed by a CVD method. The silicon oxide film 11 is formed with a film thickness of about 6 [nm], the silicon nitride film 12 is formed with a film thickness of about 26 [nm], and the silicon oxide film 13 is formed with a film thickness of about 70 [nm], for example.

次に、酸化シリコン膜13、窒化シリコン膜12、酸化シリコン膜11、多結晶シリコン膜10を順次パターンニングして、図18に示すように、メモリセル形成領域に不揮発性記憶素子Qmのゲート電極10a、第1の素子分離領域上に抵抗素子10b、第2の素子分離領域上に容量素子Cの下部電極10cを形成する。酸化シリコン膜13、窒化シリコン膜12、及び酸化シリコン膜11のパターンニングは、酸化シリコン膜13上に例えばフォトレジスト膜からなるマスクを形成し、その後、このマスクを用いて順次行う。多結晶シリコン膜10のパターンニングは、酸化シリコン膜13、窒化シリコン膜12、及び酸化シリコン膜11からなるONO膜をマスクにして行う。   Next, the silicon oxide film 13, the silicon nitride film 12, the silicon oxide film 11, and the polycrystalline silicon film 10 are sequentially patterned, and as shown in FIG. 18, the gate electrode of the nonvolatile memory element Qm is formed in the memory cell formation region. 10a, a resistive element 10b is formed on the first element isolation region, and a lower electrode 10c of the capacitive element C is formed on the second element isolation region. Patterning of the silicon oxide film 13, the silicon nitride film 12, and the silicon oxide film 11 is performed sequentially using a mask made of, for example, a photoresist film on the silicon oxide film 13. Patterning of the polycrystalline silicon film 10 is performed using an ONO film made of the silicon oxide film 13, the silicon nitride film 12, and the silicon oxide film 11 as a mask.

この工程において、基板1の主面のメモリセル形成領域上に、ONO(酸化シリコン膜7/窒化シリコン膜8/酸化シリコン膜9)膜からなるゲート絶縁膜16を介在して不揮発性記憶素子Qmのゲート電極10aが形成される。   In this step, the non-volatile memory element Qm is interposed on the memory cell formation region on the main surface of the substrate 1 with a gate insulating film 16 made of ONO (silicon oxide film 7 / silicon nitride film 8 / silicon oxide film 9) interposed therebetween. Gate electrode 10a is formed.

また、基板1の主面の第1の素子分離領域上に、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜を介在し、上面が窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われた抵抗素子10bが形成される。   Further, a resistance element 10b having an oxidation resistance film made of a silicon nitride film 8 interposed on the first element isolation region of the main surface of the substrate 1 and an upper surface covered with an oxidation resistance film made of a silicon nitride film 12. Is formed.

また、基板1の主面の第2の素子分離領域上に、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜を介在し、上面が窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われた容量素子Cの下部電極10cが形成される。   Further, a capacitive element C in which an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 is interposed on the second element isolation region of the main surface of the substrate 1 and the upper surface is covered with an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 12. The lower electrode 10c is formed.

また、下部電極10c上に、容量素子Cの誘電体膜として使用されるONO(酸化シリコン膜11/窒化シリコン膜12/酸化シリコン膜13)膜が形成される。   Further, an ONO (silicon oxide film 11 / silicon nitride film 12 / silicon oxide film 13) film used as a dielectric film of the capacitive element C is formed on the lower electrode 10c.

また、この工程において、多結晶シリコン膜10のパターンニング時のオーバーエッチングにより、抵抗素子10b上及び下部電極10c上の酸化シリコン膜13、並びに、抵抗素子10b及び下部電極10cの周囲における酸化シリコン膜9の膜厚が薄くなる。   Further, in this step, the silicon oxide film 13 on the resistance element 10b and the lower electrode 10c and the silicon oxide film around the resistance element 10b and the lower electrode 10c are formed by overetching at the time of patterning the polycrystalline silicon film 10. The film thickness of 9 becomes thin.

次に、図19に示すように、ゲート電極10a、抵抗素子10b、及び下部電極10cの周囲における窒化シリコン膜8を除去し、その後、基板1の主面に、低圧系ウエル領域を形成するための不純物を選択的にイオン注入し、その後、不純物を活性化させる熱処理を施して、図20に示すように、低耐圧pMIS形成領域に低圧系n型ウエル領域14、第1の素子分離領域の下に低圧系p型ウエル領域15を形成する。   Next, as shown in FIG. 19, the silicon nitride film 8 around the gate electrode 10 a, the resistance element 10 b, and the lower electrode 10 c is removed, and then a low-pressure well region is formed on the main surface of the substrate 1. As shown in FIG. 20, a low-voltage n-type well region 14 and a first element isolation region are formed in the low breakdown voltage pMIS formation region. A low-pressure p-type well region 15 is formed below.

低圧系n型ウエル領域14を形成するための不純物としては、例えばリン(P)を使用する。
このリンのイオン注入は、
加速エネルギーが360KeV,ドーズ量が2.0×1013[atoms/cm]、
加速エネルギーが100KeV,ドーズ量が1.5×1012[atoms/cm]、
加速エネルギーが40KeV,ドーズ量が8.0×1012[atoms/cm]の条件で行う。
低圧系p型ウエル領域15を形成するための不純物としては、例えばボロン(B)及び二フッ化ボロン(BF)を使用する。
このボロンのイオン注入は、
加速エネルギーが200KeV,ドーズ量が1.5×1013[atoms/cm]、
加速エネルギーが120KeV,ドーズ量が5.0×1012[atoms/cm]、
加速エネルギーが 50KeV,ドーズ量が1.5×1012[atoms/cm]の条件で行う。
また、この二フッ化ボロンのイオン注入は、加速エネルギーが60KeV,ドーズ量が2.0×1013[atoms/cm]の条件で行う。
低圧系p型ウエル領域を形成するための二フッ化ボロンは、閾値電圧調整用として注入される。
As an impurity for forming the low-pressure n-type well region 14, for example, phosphorus (P) is used.
This phosphorus ion implantation is
Acceleration energy is 360 KeV, dose amount is 2.0 × 10 13 [atoms / cm 2 ],
Acceleration energy is 100 KeV, dose amount is 1.5 × 10 12 [atoms / cm 2 ],
The acceleration energy is 40 KeV and the dose is 8.0 × 10 12 [atoms / cm 2 ].
For example, boron (B) and boron difluoride (BF 2 ) are used as impurities for forming the low-pressure p-type well region 15.
This boron ion implantation is
Acceleration energy is 200 KeV, dose is 1.5 × 10 13 [atoms / cm 2 ],
Acceleration energy is 120 KeV, dose amount is 5.0 × 10 12 [atoms / cm 2 ],
The acceleration energy is 50 KeV and the dose is 1.5 × 10 12 [atoms / cm 2 ].
The ion implantation of boron difluoride is performed under the conditions of an acceleration energy of 60 KeV and a dose of 2.0 × 10 13 [atoms / cm 2 ].
Boron difluoride for forming the low-pressure p-type well region is implanted for adjusting the threshold voltage.

ここで、低圧系ウエル領域(14,15)の形成は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜を形成した後に行っている。従って、低圧系ウエル領域は、酸化シリコン膜7の形成時の熱処理、及び酸化シリコン膜9の形成時の熱処理を受けないため、低圧系ウエル領域が熱処理される回数を減らすことができる。   Here, the low-pressure well region (14, 15) is formed after the gate insulating film of the nonvolatile memory element Qm is formed. Therefore, since the low-pressure well region is not subjected to the heat treatment when the silicon oxide film 7 is formed and the heat treatment when the silicon oxide film 9 is formed, the number of times that the low-pressure well region is heat-treated can be reduced.

次に、高圧系p型ウエル領域4上、低圧系n型ウエル領域14上、及び高圧系n型ウエル領域3上のバッファ絶縁膜6を除去し、その後、基板1に熱処理を施して、図21に示すように、高圧系p型ウエル領域4上、低圧系n型ウエル領域14上、及び高圧系n型ウエル領域3上に、例えば18[nm]程度の厚さの厚い酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜17を形成する。バッファ絶縁膜6の除去により、抵抗素子10b上及び下部電極10c上の酸化シリコン膜13の膜厚が薄くなる。   Next, the buffer insulating film 6 on the high-voltage p-type well region 4, the low-pressure n-type well region 14, and the high-voltage n-type well region 3 is removed, and then the substrate 1 is subjected to heat treatment, and FIG. As shown in FIG. 21, a thick silicon oxide film having a thickness of, for example, about 18 [nm] is formed on the high-voltage p-type well region 4, the low-voltage n-type well region 14, and the high-voltage n-type well region 3. A gate insulating film 17 is formed. By removing the buffer insulating film 6, the thickness of the silicon oxide film 13 on the resistance element 10b and the lower electrode 10c is reduced.

この工程において、下部電極10cと第2の素子分離領域との間には、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜が設けられているため、下部電極10cの下面の酸化を抑制することができる。また、下部電極10cの上面は、誘電体膜中の窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われているため、下部電極10cの酸化を抑制することができる。   In this step, since an oxidation-resistant film made of the silicon nitride film 8 is provided between the lower electrode 10c and the second element isolation region, oxidation of the lower surface of the lower electrode 10c can be suppressed. . Further, since the upper surface of the lower electrode 10c is covered with an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 12 in the dielectric film, the oxidation of the lower electrode 10c can be suppressed.

また、この工程において、抵抗素子10bと第1の素子分離領域との間には、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜が設けられているため、抵抗素子10bの下面の酸化を抑制することができる。また、抵抗素子10bの上面は、窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われているため、抵抗素子10bの酸化を抑制することができる。   Further, in this step, since an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 is provided between the resistance element 10b and the first element isolation region, oxidation of the lower surface of the resistance element 10b is suppressed. Can do. Further, since the upper surface of the resistance element 10b is covered with the oxidation resistant film made of the silicon nitride film 12, the oxidation of the resistance element 10b can be suppressed.

次に、低圧系n型ウエル領域14上のゲート絶縁膜17を選択的に除去し、その後、基板1に熱処理を施して、図22に示すように、低圧系n型ウエル領域14上に、例えば3.7[nm]程度の厚さの薄い酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜18を形成する。この熱処理によりゲート絶縁膜17の膜厚は18[nm]から19[nm]になり、抵抗素子10b上及び下部電極10c上の酸化シリコン膜13の膜厚は1[nm]となる。   Next, the gate insulating film 17 on the low-pressure n-type well region 14 is selectively removed, and then the substrate 1 is subjected to a heat treatment, and as shown in FIG. For example, the gate insulating film 18 made of a thin silicon oxide film having a thickness of about 3.7 [nm] is formed. By this heat treatment, the thickness of the gate insulating film 17 is changed from 18 [nm] to 19 [nm], and the thickness of the silicon oxide film 13 on the resistance element 10b and the lower electrode 10c is set to 1 [nm].

この工程において、下部電極10cと第2の素子分離領域との間には、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜が設けられているため、下部電極10cの下面の酸化を抑制することができる。また、下部電極10cの上面は、誘電体膜中の窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われているため、下部電極10cの酸化を抑制することができる。   In this step, since an oxidation-resistant film made of the silicon nitride film 8 is provided between the lower electrode 10c and the second element isolation region, oxidation of the lower surface of the lower electrode 10c can be suppressed. . Further, since the upper surface of the lower electrode 10c is covered with an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 12 in the dielectric film, the oxidation of the lower electrode 10c can be suppressed.

また、この工程において、抵抗素子10bと第1の素子分離領域との間には、窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜が設けられているため、抵抗素子10bの下面の酸化を抑制することができる。また、抵抗素子10bの上面は、窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われているため、抵抗素子10bの酸化を抑制することができる。   Further, in this step, since an oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 is provided between the resistance element 10b and the first element isolation region, oxidation of the lower surface of the resistance element 10b is suppressed. Can do. Further, since the upper surface of the resistance element 10b is covered with the oxidation resistant film made of the silicon nitride film 12, the oxidation of the resistance element 10b can be suppressed.

次に、図23に示すように、ゲート絶縁膜17及び18上、並びに下部電極10c上における酸化シリコン膜13上を含む基板1の主面上の全面に、例えば250[nm]程度の厚さの第2層目の多結晶シリコン膜19をCVD法で形成し、その後、多結晶シリコン膜19に抵抗値を低減する不純物をイオン注入し、その後、不純物を活性化させる熱処理を施し、その後、図23に示すように、多結晶シリコン膜19上の全面に、例えば70[nm]程度の厚さの酸化シリコン膜20をCVD法で形成する。   Next, as shown in FIG. 23, the entire surface of the main surface of the substrate 1 including the gate oxide films 17 and 18 and the silicon oxide film 13 on the lower electrode 10c has a thickness of about 250 [nm], for example. A polycrystalline silicon film 19 of the second layer is formed by a CVD method, and then an impurity for reducing the resistance value is ion-implanted into the polycrystalline silicon film 19, and then a heat treatment for activating the impurity is performed. As shown in FIG. 23, a silicon oxide film 20 having a thickness of, eg, about 70 [nm] is formed on the entire surface of the polycrystalline silicon film 19 by a CVD method.

次に、酸化シリコン膜20、及び多結晶シリコン膜19を順次パターンニングして、図24に示すように、メモリセル形成領域のゲート絶縁膜17上に選択用MISFET−Qsのゲート電極19a、低耐圧MIS形成領域のゲート絶縁膜18上に低耐圧p型MISFET−QLpのゲート電極19b、高耐圧pMIS形成領域のゲート絶縁膜17上に、高耐圧p型MISFET−QHpのゲート電極19d、下部電極10c上におけるONO膜上に上部電極19cを形成する。   Next, the silicon oxide film 20 and the polycrystalline silicon film 19 are sequentially patterned. As shown in FIG. 24, the gate electrode 19a of the selection MISFET-Qs is formed on the gate insulating film 17 in the memory cell formation region. The gate electrode 19b of the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp is formed on the gate insulating film 18 in the breakdown voltage MIS formation region, the gate electrode 19d of the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp is formed on the gate insulation film 17 in the high breakdown voltage pMIS formation region, and the lower electrode. An upper electrode 19c is formed on the ONO film on 10c.

次に、メモリセル形成領域の高圧系p型ウエル領域4に不純物(例えばリン)、低耐圧pMIS形成領域の低圧系n型ウエル領域14に不純物(例えば二フッ化ボロン、及びパンチスルーストッパ用のリン)、高耐圧pMIS形成領域の高圧系n型ウエル領域3に不純物(例えば二フッ化ボロン)を選択的にイオン注入して、図25に示すように、メモリセル形成領域の高圧系p型ウエル領域4にゲート電極10aに整合したn型半導体領域(エクステンション領域)21及びゲート電極19aに整合したn型半導体領域(エクステンション領域)21、低耐圧pMIS形成領域の低圧系n型ウエル領域14にゲート電極19bに整合したp型半導体領域(エクステンション領域)23、高耐圧pMIS形成領域の高圧系n型ウエル領域3にゲート電極19dに整合したp型半導体領域(エクステンション領域)22を形成する。   Next, impurities (for example, phosphorus) are formed in the high-voltage p-type well region 4 in the memory cell formation region, and impurities (for example, boron difluoride and punch-through stoppers are formed in the low-voltage n-type well region 14 in the low breakdown voltage pMIS formation region. Phosphorus), an impurity (for example, boron difluoride) is selectively ion-implanted into the high-voltage n-type well region 3 in the high breakdown voltage pMIS formation region, and as shown in FIG. 25, the high-voltage p-type in the memory cell formation region. In the well region 4, an n-type semiconductor region (extension region) 21 aligned with the gate electrode 10a, an n-type semiconductor region (extension region) 21 aligned with the gate electrode 19a, and a low-voltage n-type well region 14 in the low breakdown voltage pMIS formation region The p-type semiconductor region (extension region) 23 aligned with the gate electrode 19b and the high-voltage n-type well region 3 in the high breakdown voltage pMIS formation region Over preparative matched p-type semiconductor region to the electrode 19d (the extension region) 22 is formed.

次に、図26に示すように、ゲート電極10a,19a,19b,19dの側壁に、サイドウォールスペーサ24を形成する。サイドウォールスペーサ24は、基板1の主面上の全面に例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜をCVD法で形成し、その後、絶縁膜にRIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングを施すことによって形成される。この工程において、サイドウォールスペーサ24は、ゲート電極に整合して形成される。また、サイドウォールスペーサ24は、抵抗素子10b、下部電極10c、及び上部電極19cの側壁にも形成される。   Next, as shown in FIG. 26, sidewall spacers 24 are formed on the sidewalls of the gate electrodes 10a, 19a, 19b, and 19d. For the sidewall spacer 24, an insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the substrate 1 by the CVD method, and thereafter, the insulating film is subjected to anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching). Formed by. In this step, the sidewall spacer 24 is formed in alignment with the gate electrode. The sidewall spacer 24 is also formed on the sidewalls of the resistance element 10b, the lower electrode 10c, and the upper electrode 19c.

次に、メモリセル形成領域の高圧系p型ウエル領域4に不純物(例えばリン及び砒素)を選択的にイオン注入して、図27に示すように、メモリセル形成領域の高圧系p型ウエル領域4に、サイドウォールスペーサ24に整合したn型半導体領域(コンタクト領域)25を形成する。また、低耐圧pMIS形成領域の低圧系n型ウエル領域14、及び高耐圧pMIS形成領域の高圧系n型ウエル領域に不純物(例えば二フッ化ボロン、及びボロン)を選択的にイオン注入して、図27に示すように、低耐圧pMIS形成領域の低圧系n型ウエル領域14、及び高耐圧pMIS形成領域の高圧系n型ウエル領域に、サイドウォールスペーサ24に整合したp型半導体領域(コンタクト領域)26を形成する。   Next, impurities (for example, phosphorus and arsenic) are selectively ion-implanted into the high-voltage p-type well region 4 in the memory cell formation region, and as shown in FIG. 27, the high-voltage p-type well region in the memory cell formation region. 4, an n-type semiconductor region (contact region) 25 aligned with the sidewall spacer 24 is formed. Further, impurities (for example, boron difluoride and boron) are selectively ion-implanted into the low-voltage n-type well region 14 in the low breakdown voltage pMIS formation region and the high-voltage n-type well region in the high breakdown voltage pMIS formation region. As shown in FIG. 27, a p-type semiconductor region (contact region) aligned with a sidewall spacer 24 is formed in the low-voltage n-type well region 14 in the low breakdown voltage pMIS formation region and the high-voltage n-type well region in the high breakdown voltage pMIS formation region. ) 26 is formed.

次に、自然酸化膜等を除去して、ゲート電極(10a,19a,19b,19d)の表面、抵抗素子10bのコンタクト領域の表面、下部電極10cのコンタクト領域の表面、及び上部電極19cの表面を露出させた後、これらの表面上を含む基板1の主面上の全面に高融点金属膜として例えばコバルト膜27をスパッタ法で形成し、その後、半導体領域(25,26)のシリコン(Si)、ゲート電極(10a,19a,19b,19d)のSi、抵抗素子10bのコンタクト領域におけるSi、下部電極10cのコンタクト領域におけるSi、並びに上部電極19cのSiと、コバルト膜27のCoとを反応させる熱処理を施して、図28に示すように、半導体領域(25,26)の表面、ゲート電極(10a,19a,19b,19d)の表面、抵抗素子10bのコンタクト領域の表面、下部電極10cのコンタクト領域の表面、並びに上部電極19cの表面に、金属・半導体反応層であるシリサイド(CoSi)層28を形成する。シリサイド層28は、サイドウォールスペーサ24に整合して形成される。   Next, the natural oxide film or the like is removed, and the surface of the gate electrode (10a, 19a, 19b, 19d), the surface of the contact region of the resistance element 10b, the surface of the contact region of the lower electrode 10c, and the surface of the upper electrode 19c After exposing, for example, a cobalt film 27 is formed as a refractory metal film on the entire main surface of the substrate 1 including these surfaces by a sputtering method, and then silicon (Si) in the semiconductor region (25, 26) is formed. ), Si in the gate electrodes (10a, 19a, 19b, 19d), Si in the contact region of the resistance element 10b, Si in the contact region of the lower electrode 10c, Si in the upper electrode 19c, and Co in the cobalt film 27 As shown in FIG. 28, the surface of the semiconductor region (25, 26), the gate electrodes (10a, 19a, 19b, 19d) are applied. Surface, the surface of the contact region of the resistor element 10b, a surface of the contact region of the lower electrode 10c, and the surface of the upper electrode 19c, forming a silicide (CoSi) layer 28 is a metal-semiconductor reaction layer. The silicide layer 28 is formed in alignment with the sidewall spacer 24.

次に、シリサイド層28が形成された領域以外の未反応のコバルト膜27を選択的に除去し、その後、シリサイド層28を活性化(CoSi2)させる熱処理を施す。   Next, the unreacted cobalt film 27 other than the region where the silicide layer 28 is formed is selectively removed, and then heat treatment for activating (CoSi2) the silicide layer 28 is performed.

この工程により、不揮発性記憶素子Qm、選択用MISFET−Qs、低耐圧p型MISFET−QLp、高耐圧p型MISFET−QHp、抵抗素子10b、並びに容量素子Cがほぼ完成する。   By this process, the nonvolatile memory element Qm, the selection MISFET-Qs, the low breakdown voltage p-type MISFET-QLp, the high breakdown voltage p-type MISFET-QHp, the resistance element 10b, and the capacitive element C are almost completed.

次に、前述の能動素子上及び受動素子上を含む基板1の主面上の全面に例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜29をCVD法で形成し、その後、層間絶縁膜29の表面をCMP法で平坦化する。   Next, an interlayer insulating film 29 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the substrate 1 including the above-described active elements and passive elements by the CVD method, and then the surface of the interlayer insulating film 29 is subjected to CMP. Flatten by the method.

次に、層間絶縁膜29の表面からシリサイド層28に到達するソース・ドレイン用コンタクト孔、ゲート用コンタクト孔、抵抗素子用コンタクト孔、下部電極用コンタクト孔、及び上部電極用コンタクト孔を形成し、その後、これらのコンタクト孔の内部に、金属等の導電物を埋め込んで導電性プラグ30を形成し、その後、層間絶縁膜29上に配線31を形成することにより、図1乃至図4に示す構造となる。   Next, source / drain contact holes, gate contact holes, resistance element contact holes, lower electrode contact holes, and upper electrode contact holes reaching the silicide layer 28 from the surface of the interlayer insulating film 29 are formed. Thereafter, a conductive plug 30 is formed by embedding a conductive material such as a metal in these contact holes, and then a wiring 31 is formed on the interlayer insulating film 29, whereby the structure shown in FIGS. It becomes.

図11は、抵抗素子10bにおいて、抵抗値の多結晶シリコン幅依存性を示す図である。抵抗素子10b上の窒化シリコン膜12の堆積時における膜厚をパラメータとしている。図11に示すように、窒化シリコン膜12の膜厚が厚くなるほど、工程中の多結晶シリコン膜の側面からの酸化が抑えられ、細線効果が抑制されている。多結晶シリコン膜の幅を1[μm]以下に細くしようとすると、窒化シリコン膜12の堆積時の膜厚は24[nm]以上が望ましい。   FIG. 11 is a diagram showing the dependency of the resistance value on the polycrystalline silicon width in the resistance element 10b. The film thickness at the time of deposition of the silicon nitride film 12 on the resistance element 10b is used as a parameter. As shown in FIG. 11, as the thickness of the silicon nitride film 12 increases, oxidation from the side surface of the polycrystalline silicon film during the process is suppressed, and the fine line effect is suppressed. In order to reduce the width of the polycrystalline silicon film to 1 [μm] or less, it is desirable that the thickness of the deposited silicon nitride film 12 is 24 [nm] or more.

このように、本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
基板1の主面の第2の素子分領域と下部電極10cとの間に窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜が設けられ、下部電極10cの上面が窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われた状態で、熱処理を施して基板1の主面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜17及び18を形成することにより、下部電極10cの下面及び上面の酸化を抑制することができ、更に、下部電極10cの側面から下部電極10cと第2の素子分離領域との間の界面に沿って伸びるバーズビークの発生を抑制することができるため、バーズビークに起因する下部電極10cの反りを抑制することができ、下部電極10cが剥がれるといった不具合を抑制することができる。この結果、占有面積が小さく、容量が大きい容量素子Cを実現することができる。
Thus, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
An oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 is provided between the second element portion region on the main surface of the substrate 1 and the lower electrode 10c, and an upper surface of the lower electrode 10c is made of the silicon nitride film 12. By forming a gate insulating film 17 and 18 made of a silicon oxide film on the main surface of the substrate 1 by performing a heat treatment in a state covered with, oxidation of the lower surface and the upper surface of the lower electrode 10c can be suppressed, Furthermore, since the occurrence of bird's beak extending along the interface between the lower electrode 10c and the second element isolation region from the side surface of the lower electrode 10c can be suppressed, warpage of the lower electrode 10c caused by the bird's beak is suppressed. And the problem that the lower electrode 10c is peeled off can be suppressed. As a result, it is possible to realize a capacitive element C that has a small occupation area and a large capacitance.

また、占有面積が小さく、容量が大きい容量素子Cを搭載したシステムLSIを高歩留まりで製造することができる。   In addition, a system LSI on which the capacitor element C having a small occupied area and a large capacity is mounted can be manufactured with a high yield.

また、第2の素子分離領域と下部電極10cとの間の耐酸化性膜は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜中の窒化シリコン膜8と同一工程で形成され、下部電極10c上の耐酸化性膜は、容量素子Cの誘電体膜中の窒化シリコン膜12であるため、製造工程数を増加することなく、占有面積が小さく、容量が大きい容量素子Cを実現することができると共に、容量が大きい容量素子Cを搭載したシステムLSIを高歩留まりで製造することができる。   Further, the oxidation resistant film between the second element isolation region and the lower electrode 10c is formed in the same process as the silicon nitride film 8 in the gate insulating film of the nonvolatile memory element Qm, and the acid resistant film on the lower electrode 10c is formed. Since the chemical conversion film is the silicon nitride film 12 in the dielectric film of the capacitive element C, it is possible to realize the capacitive element C having a small occupied area and a large capacity without increasing the number of manufacturing steps. A system LSI equipped with a capacitive element C having a large capacity can be manufactured with a high yield.

基板1の主面の第1の素子分領域と抵抗素子10bとの間に窒化シリコン膜8からなる耐酸化性膜が設けられ、抵抗素子10bの上面が窒化シリコン膜12からなる耐酸化性膜で覆われた状態で、熱処理を施して基板1の主面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜17及び18を形成することにより、抵抗素子10bの下面及び上面の酸化を抑制することができるため、第1層目の多結晶シリコン膜10で抵抗素子10bを形成しても、高抵抗の抵抗素子10bを安定して形成することができる。   An oxidation resistant film made of the silicon nitride film 8 is provided between the first element region on the main surface of the substrate 1 and the resistance element 10b, and the upper surface of the resistance element 10b is made of the silicon nitride film 12. Since the gate insulating films 17 and 18 made of a silicon oxide film are formed on the main surface of the substrate 1 by performing a heat treatment in the state covered with, oxidation of the lower surface and the upper surface of the resistance element 10b can be suppressed. Even if the resistance element 10b is formed by the polycrystalline silicon film 10 of the first layer, the high resistance resistance element 10b can be stably formed.

また、第1素子分離領域と抵抗素子10bとの間の耐酸化性膜は、不揮発性記憶素子Qmのゲート絶縁膜中の窒化シリコン膜8と同一工程で形成され、抵抗素子10b上の耐酸化性膜は、容量素子Cの誘電体膜中の窒化シリコン膜12と同一工程で形成されるため、製造工程数を増加することなく、高抵抗の抵抗素子10bを安定して形成することができる。   Further, the oxidation resistance film between the first element isolation region and the resistance element 10b is formed in the same process as the silicon nitride film 8 in the gate insulating film of the nonvolatile memory element Qm, and the oxidation resistance film on the resistance element 10b. Since the conductive film is formed in the same process as the silicon nitride film 12 in the dielectric film of the capacitive element C, the high-resistance resistance element 10b can be stably formed without increasing the number of manufacturing steps. .

不揮発性記憶素子QmのONO膜からなるゲート絶縁膜16を形成した後、低圧系ウエル領域(14,15)を形成することにより、低圧系ウエル領域が熱処理される回数を減らすことができるため、低圧系ウエル領域の表面不純物濃度の低下を抑制することができる。この結果、通常の低耐圧MISFETの特性に影響を与えずに、高耐圧MISFETを形成することができる。   Since the low-pressure well region (14, 15) is formed after forming the gate insulating film 16 made of the ONO film of the nonvolatile memory element Qm, the number of times the low-pressure well region is heat-treated can be reduced. A decrease in the surface impurity concentration in the low-pressure well region can be suppressed. As a result, a high voltage MISFET can be formed without affecting the characteristics of a normal low voltage MISFET.

以上、本発明者によってなされた発明を、前記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において種々変更可能であることは勿論である。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.

1…p型半導体基板、2…n型ウエル領域、3…高圧系n型ウエル領域、3a…n型ウエル領域、4…高圧系p型ウエル領域、5…素子分離領域、6…バッファ絶縁膜、7…酸化シリコン膜、8…窒化シリコン膜、9…酸化シリコン膜、
10…多結晶シリコン膜、10a…ゲート電極、10b…抵抗素子、10c…下部電極、
11…酸化シリコン膜、12…窒化シリコン膜、13…酸化シリコン膜、
14…低圧系n型ウエル領域、15…低圧系p型ウエル領域、
16,17,18…ゲート絶縁膜、
19…多結晶シリコン膜、19a,19b,19d…ゲート電極、19c…上部電極、
20…酸化シリコン膜、21,25…n型半導体領域、22,23,26…p型半導体領域、24…サイドウォールスペーサ、27…コバルト膜、28…シリサイド層、29…層間絶縁膜、30…導電性プラグ、31…配線、
QHp…高耐圧p型MISFET、QLp…低耐圧p型MISFET、
Me…メモリセル、Qm…不揮発性記憶素子(MONOS型)、Qs…選択用MISFET(高耐圧n型MISFET)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... P-type semiconductor substrate, 2 ... N-type well region, 3 ... High voltage type n-type well region, 3a ... N-type well region, 4 ... High-voltage type p-type well region, 5 ... Element isolation region, 6 ... Buffer insulating film 7 ... Silicon oxide film, 8 ... Silicon nitride film, 9 ... Silicon oxide film,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Polycrystalline silicon film, 10a ... Gate electrode, 10b ... Resistance element, 10c ... Lower electrode,
11 ... Silicon oxide film, 12 ... Silicon nitride film, 13 ... Silicon oxide film,
14 ... low-pressure n-type well region, 15 ... low-pressure p-type well region,
16, 17, 18 ... gate insulating film,
19 ... polycrystalline silicon film, 19a, 19b, 19d ... gate electrode, 19c ... upper electrode,
20 ... silicon oxide film, 21, 25 ... n-type semiconductor region, 22, 23, 26 ... p-type semiconductor region, 24 ... sidewall spacer, 27 ... cobalt film, 28 ... silicide layer, 29 ... interlayer insulating film, 30 ... Conductive plug, 31 ... wiring,
QHp: High breakdown voltage p-type MISFET, QLp: Low breakdown voltage p-type MISFET,
Me ... memory cell, Qm ... nonvolatile memory element (MONOS type), Qs ... selection MISFET (high voltage n-type MISFET).

Claims (6)

半導体基板の主面の第1の領域に形成された不揮発性記憶素子と、前記半導体基板の主面の第2の領域に形成されたMISFETと、前記半導体基板の主面の素子分離領域上に形成された抵抗素子とを有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第1の領域に酸化シリコン膜を形成する(a)工程と、
前記(a)工程の後、前記酸化シリコン膜、及び前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして第1の窒化シリコン膜を形成する(b)工程と、
前記(b)工程の後、前記半導体基板の主面の第1の領域、及び前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして前記第1の窒化シリコン膜上に第1のシリコン膜を形成する(c)工程と、
前記(c)工程の後、前記半導体基板の主面の素子分離領域を覆うようにして前記第1のシリコン膜上に第2の窒化シリコン膜を形成する(d)工程と、
前記(d)工程の後、前記第2の窒化シリコン膜、及び前記第1のシリコン膜をパターンニングして、前記半導体基板の主面の第1の領域上に前記不揮発性記憶素子のゲート電極を形成すると共に、前記半導体基板の主面の素子分離領域上における前記第1の窒化シリコン膜上に、上面が前記第2の窒化シリコン膜で覆われた前記抵抗素子を形成する(e)工程と、
前記(e)工程の後、熱処理を施して、前記半導体基板の主面の第2の領域に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を形成する(f)工程と、
前記(f)工程の後、前記ゲート絶縁膜を覆うようにして第2のシリコン膜を形成する(g)工程と、
前記(g)工程の後、前記第2のシリコン膜をパターンニングして、前記ゲート絶縁膜上に前記MISFETのゲート電極を形成する(h)工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
A nonvolatile memory element formed in a first region of the main surface of the semiconductor substrate, a MISFET formed in a second region of the main surface of the semiconductor substrate, and an element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a formed resistive element,
(A) performing a heat treatment to form a silicon oxide film in the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (a), a step (b) of forming a first silicon nitride film so as to cover the silicon oxide film and an element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (b), a first silicon film is formed on the first silicon nitride film so as to cover the first region of the main surface of the semiconductor substrate and the element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. (C) step of forming
After the step (c), a step (d) of forming a second silicon nitride film on the first silicon film so as to cover the element isolation region on the main surface of the semiconductor substrate;
After the step (d), the second silicon nitride film and the first silicon film are patterned, and the gate electrode of the nonvolatile memory element is formed on the first region of the main surface of the semiconductor substrate. And (e) a step of forming the resistance element whose upper surface is covered with the second silicon nitride film on the first silicon nitride film on the element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. When,
(F) After the step (e), heat treatment is performed to form a gate insulating film made of a silicon oxide film in the second region of the main surface of the semiconductor substrate;
(G) a step of forming a second silicon film so as to cover the gate insulating film after the step (f);
(H) After the step (g), the second silicon film is patterned to form a gate electrode of the MISFET on the gate insulating film (h) step. Manufacturing method.
請求項1に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記(b)工程の後であって、前記(c)工程の前に、前記第1の窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成する工程を更に有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, further comprising a step of forming a silicon oxide film on the first silicon nitride film after the step (b) and before the step (c). Method.
請求項1または2の何れか1項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記素子分離領域を形成する工程は、
前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝内を含む前記半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜を研磨することで、前記溝内に前記絶縁膜を埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The step of forming the element isolation region includes
Forming a groove in the semiconductor substrate;
Depositing an insulating film on the semiconductor substrate including in the trench;
And polishing the insulating film to embed the insulating film in the groove.
半導体基板の主面の第1領域に形成された不揮発性記憶素子と、前記半導体基板の主面の第2領域に形成されたMISFETと、前記半導体基板の主面の素子分離領域上に形成された抵抗素子とを有する半導体集積回路装置であって、
前記不揮発性記憶素子は、
前記第1領域の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積膜と、
前記電荷蓄積膜上に形成された第1ゲート電極とを有し、
前記MISFETは、
前記第2領域の前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極とを有し、
前記容量素子は、
前記素子分離領域上に形成された第1窒化シリコン膜と、
前記第1窒化シリコン膜上に形成された前記抵抗素子とを有し、
前記不揮発性記憶素子の前記電荷蓄積膜および前記抵抗素子の前記第1窒化シリコン膜は、同層の膜で形成されており、
前記不揮発性記憶素子の前記第1ゲート電極および前記抵抗素子は、同層の第1シリコン膜で形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
A non-volatile memory element formed in the first region of the main surface of the semiconductor substrate, a MISFET formed in the second region of the main surface of the semiconductor substrate, and an element isolation region of the main surface of the semiconductor substrate. A semiconductor integrated circuit device having a resistive element,
The nonvolatile memory element is
A charge storage film formed on the semiconductor substrate in the first region;
A first gate electrode formed on the charge storage film;
The MISFET is
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate in the second region;
A second gate electrode formed on the gate insulating film,
The capacitive element is
A first silicon nitride film formed on the element isolation region;
The resistance element formed on the first silicon nitride film,
The charge storage film of the nonvolatile memory element and the first silicon nitride film of the resistance element are formed of the same layer,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first gate electrode and the resistance element of the nonvolatile memory element are formed of a first silicon film in the same layer.
請求項4に記載の半導体集積回路装置において、
前記素子分離領域は、前記半導体基板に形成された溝内に絶縁膜を埋め込むことで形成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 4,
The device isolation region is formed by embedding an insulating film in a groove formed in the semiconductor substrate.
請求項4または5の何れか1項に記載の半導体集積回路装置において、
前記不揮発性記憶素子のデータの書き込み動作は、前記電荷蓄積膜中のトラップに電子を注入することで行なわれることを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 4 and 5,
2. A semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a data write operation of the nonvolatile memory element is performed by injecting electrons into a trap in the charge storage film.
JP2009262422A 2009-11-18 2009-11-18 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP4994437B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009262422A JP4994437B2 (en) 2009-11-18 2009-11-18 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009262422A JP4994437B2 (en) 2009-11-18 2009-11-18 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002368666A Division JP4451594B2 (en) 2002-12-19 2002-12-19 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010093274A true JP2010093274A (en) 2010-04-22
JP4994437B2 JP4994437B2 (en) 2012-08-08

Family

ID=42255644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009262422A Expired - Lifetime JP4994437B2 (en) 2009-11-18 2009-11-18 Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4994437B2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6257228A (en) * 1985-09-06 1987-03-12 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device
JPH11145404A (en) * 1997-11-12 1999-05-28 Seiko Epson Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH11307649A (en) * 1998-04-24 1999-11-05 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2000340645A (en) * 1999-05-27 2000-12-08 Nec Kyushu Ltd Semiconductor device and its manufacture
JP2001144188A (en) * 1999-11-16 2001-05-25 Ricoh Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2001189380A (en) * 1999-12-28 2001-07-10 Nec Corp Method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
JP2002280464A (en) * 2001-03-16 2002-09-27 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its fabricating method
JP2003045980A (en) * 2001-07-31 2003-02-14 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JP2003142656A (en) * 2001-08-09 2003-05-16 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile semiconductor storage device having floating trap type cell and its manufacturing method
JP2004200504A (en) * 2002-12-19 2004-07-15 Renesas Technology Corp Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6257228A (en) * 1985-09-06 1987-03-12 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device
JPH11145404A (en) * 1997-11-12 1999-05-28 Seiko Epson Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH11307649A (en) * 1998-04-24 1999-11-05 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2000340645A (en) * 1999-05-27 2000-12-08 Nec Kyushu Ltd Semiconductor device and its manufacture
JP2001144188A (en) * 1999-11-16 2001-05-25 Ricoh Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2001189380A (en) * 1999-12-28 2001-07-10 Nec Corp Method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
JP2002280464A (en) * 2001-03-16 2002-09-27 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its fabricating method
JP2003045980A (en) * 2001-07-31 2003-02-14 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JP2003142656A (en) * 2001-08-09 2003-05-16 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile semiconductor storage device having floating trap type cell and its manufacturing method
JP2004200504A (en) * 2002-12-19 2004-07-15 Renesas Technology Corp Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4994437B2 (en) 2012-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4451594B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
US7754564B2 (en) Method for fabricating three-dimensional control-gate architecture for single poly EPROM memory devices in planar CMOS technology
US8344443B2 (en) Single poly NVM devices and arrays
JP4928825B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20150140766A1 (en) Method of forming and structure of a non-volatile memory cell
US9299854B2 (en) Patterning a conductive film in a manufacturing method of semiconductor device
TWI575579B (en) Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP5707224B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8455923B2 (en) Embedded NOR flash memory process with NAND cell and true logic compatible low voltage device
CN105321954B (en) Method for manufacturing semiconductor device
US9214350B2 (en) Semiconductor device having a capacitive element
TW200532924A (en) Transistor of volatile memory device with gate dielectric structure capable of trapping charges and method for fabricating the same
US8344440B2 (en) Three-terminal single poly NMOS non-volatile memory cell with shorter program/erase times
US20160064402A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4994437B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
JP2012216857A (en) Semiconductor device manufacturing method
US10388660B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20050161718A1 (en) Non-volatile DRAM and a method of making thereof
JP2009071325A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2007208152A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
KR20100111462A (en) Flash memory device and method for fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100511

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120508

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120508

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150518

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4994437

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term