JP2010153523A - Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術および半導体装置に関し、特に、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique and a semiconductor device, and more particularly to a technique that is effective when applied to a semiconductor device formed through a surface polishing process of an interlayer insulating film.
半導体装置には、半導体基板上に形成された様々な特性の素子を、配線によって電気的に接続して構成した集積回路が用いられる。集積回路には、制御用のロジック回路や駆動用回路、情報記憶用のメモリ回路などがある。これらは、所望の機能を発現し得るように、構成する半導体素子の種類と配線の方法などが設計されている。 For a semiconductor device, an integrated circuit in which elements having various characteristics formed on a semiconductor substrate are electrically connected by wiring is used. Examples of the integrated circuit include a control logic circuit, a drive circuit, and an information storage memory circuit. These are designed such that the types of semiconductor elements to be configured and the wiring method are configured so that a desired function can be exhibited.
集積回路を構成する半導体素子として、例えば、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)などがある。電界効果トランジスタは、主に、半導体基板上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した、MIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を有している。なお、絶縁膜として酸化シリコン膜などを用いる場合、MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造と称される。このようなMIS型電界効果トランジスタ(以下、単にMISトランジスタ)は、半導体基板上において層間絶縁膜に覆われ、それぞれ絶縁されている。また、層間絶縁膜を貫くようにしてコンタクトプラグが形成され、半導体素子の各端子に電気的に接続されている。そして、層間絶縁膜上には、所望のコンタクトプラグ同士を電気的に接続するような金属配線が形成されている。 As a semiconductor element constituting an integrated circuit, for example, there is a field effect transistor (FET). A field effect transistor mainly has a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure in which a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via an insulating film. Note that when a silicon oxide film or the like is used as the insulating film, it is called a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure. Such MIS field effect transistors (hereinafter simply referred to as MIS transistors) are covered with an interlayer insulating film on a semiconductor substrate and insulated from each other. A contact plug is formed so as to penetrate the interlayer insulating film, and is electrically connected to each terminal of the semiconductor element. On the interlayer insulating film, a metal wiring that electrically connects desired contact plugs is formed.
例えば、特開2003−243619号公報(特許文献1)には、半導体基板上のロジック回路領域におけるMOSトランジスタのゲート電極およびダミーゲート層の形成密度が、メモリ領域におけるゲート層の形成密度に近くなるように形成することで、両領域における絶縁層のCMP(Chemical and Mechanical Polishing)法による研磨の速さの差異を軽減する技術が開示されている。これにより、絶縁層をより精度良く平坦化できる。
集積回路の高集積化による高性能化に伴って、上記のような層間絶縁膜、コンタクトプラグ(ビアプラグ)および金属配線からなる配線構造は、より微細かつ複雑になる。特に、近年の技術動向としては、微細かつ複雑な配線パターンを許容するために、層間絶縁膜は多層化されてきている。このような多層配線技術において、下層の平坦性の向上は重要である。なぜなら、下層の層間絶縁膜の膜厚のばらつきは、より大きくなって、上層の層間絶縁膜の膜厚のばらつきに影響を及ぼすからである。このように層間絶縁膜の膜厚に揺らぎが生じると、コンタクトホールを開口する際に、層間絶縁膜の厚い部分で正常に開口されないといった開口不良が生じてしまう。これは、結果として、半導体装置の製造工程における歩留まりの低下をもたらす。 Along with higher performance due to higher integration of integrated circuits, the wiring structure composed of the interlayer insulating film, contact plug (via plug) and metal wiring as described above becomes finer and more complicated. In particular, as a recent technical trend, interlayer insulating films have been multilayered in order to allow fine and complicated wiring patterns. In such multilayer wiring technology, it is important to improve the flatness of the lower layer. This is because the variation in the thickness of the lower interlayer insulating film becomes larger and affects the variation in the thickness of the upper interlayer insulating film. When the film thickness of the interlayer insulating film fluctuates as described above, when the contact hole is opened, an opening defect such that the thick part of the interlayer insulating film is not normally opened occurs. This results in a decrease in yield in the semiconductor device manufacturing process.
本発明者が検討した製造方法では、半導体基板上に堆積した層間絶縁膜をCMP法によって表面研磨を施すことで、層間絶縁膜を平坦化している。この製造方法において、本発明者のさらなる検討により、以下に示すような課題を見出した。 In the manufacturing method studied by the present inventors, the interlayer insulating film deposited on the semiconductor substrate is subjected to surface polishing by the CMP method, thereby planarizing the interlayer insulating film. In this production method, the following problems have been found by further study by the present inventors.
本発明者が検討した半導体装置として、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)を表示させるための駆動用の半導体装置であるLCDドライバがある。LCDドライバは、動作制御回路、主記憶回路、不揮発性メモリ回路、および、電源制御回路など、様々な機能の集積回路を有しており、これらが1チップ上に混載されている。従って、種々の特性のMISトランジスタによって構成されている。特に、高速仕様のMISトランジスタ、高耐圧仕様のMISトランジスタ、不揮発性メモリの構成要素となるMISトランジスタなどがある。 As a semiconductor device studied by the present inventors, for example, there is an LCD driver which is a semiconductor device for driving for displaying a liquid crystal display (LCD). The LCD driver has an integrated circuit with various functions such as an operation control circuit, a main memory circuit, a nonvolatile memory circuit, and a power supply control circuit, and these are mounted on one chip. Accordingly, the MIS transistor has various characteristics. In particular, there are a high-speed specification MIS transistor, a high breakdown voltage specification MIS transistor, a MIS transistor which is a component of a nonvolatile memory, and the like.
上記の各仕様のMISトランジスタは、例えば、ゲート絶縁膜の厚さが異なる。定性的には、ゲート絶縁膜が薄いMISトランジスタほど高速での動作が可能となり、ゲート絶縁膜が厚いMISトランジスタほど高電圧での動作が可能となる。本発明者の検討したLCDドライバでは、要求される特性によって、3〜100nmの範囲でゲート絶縁膜厚の異なるMISトランジスタを用いている。従って、本発明者が検討したLCDドライバは、半導体基板上において高さの異なるゲートを備えた構造となっている。 The MIS transistors of the above specifications have different gate insulating film thicknesses, for example. Qualitatively, an MIS transistor having a thinner gate insulating film can operate at a higher speed, and an MIS transistor having a thicker gate insulating film can operate at a higher voltage. The LCD driver examined by the present inventors uses MIS transistors having different gate insulating film thicknesses in the range of 3 to 100 nm depending on required characteristics. Therefore, the LCD driver studied by the present inventors has a structure including gates having different heights on a semiconductor substrate.
このように高さの異なるゲートからなる複数のMISトランジスタを覆う層間絶縁膜をCMP法により研磨する際に、本発明者の検討によって、以下のような課題が見出された。即ち、研磨レートのばらつきなどにより、標高の高いゲートを削り込んでしまうという課題が見出された。ゲートの削り込みは、耐圧不良などといった特性劣化を引き起こし、信頼性を低下させる原因となる。 When the interlayer insulating film covering the plurality of MIS transistors composed of gates having different heights is polished by the CMP method, the following problems have been found by the inventors' investigation. That is, a problem has been found that a gate with a high altitude is shaved due to variations in the polishing rate. The etching of the gate causes deterioration of characteristics such as defective breakdown voltage, and causes a decrease in reliability.
そこで、本発明の目的は、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性を向上させる技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for improving the reliability of a semiconductor device formed through a step of polishing an interlayer insulating film.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願においては、複数の発明が開示されるが、そのうちの一実施例の概要を簡単に説明すれば以下の通りである。 In the present application, a plurality of inventions are disclosed. An outline of one embodiment of the inventions will be briefly described as follows.
半導体基板の第1領域における主面上に、順にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成することでゲートを形成した後、半導体基板の主面上に保護絶縁膜、層間絶縁膜を順に形成し、その層間絶縁膜をCMPにより研磨する工程を有する半導体装置の製造方法において、保護絶縁膜としては、下層から順に酸化シリコンを主体とする絶縁膜からなる保護酸化膜と、窒化シリコンを主体とする絶縁膜からなる保護窒化膜とを形成し、層間絶縁膜は、ゲート上面の保護絶縁膜に達するまで研磨する。 A gate is formed by sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the main surface in the first region of the semiconductor substrate, and then a protective insulating film and an interlayer insulating film are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate. In a method of manufacturing a semiconductor device including a step of polishing an interlayer insulating film by CMP, as a protective insulating film, a protective oxide film made of an insulating film mainly made of silicon oxide and an insulating film made mainly of silicon nitride The interlayer insulating film is polished until it reaches the protective insulating film on the upper surface of the gate.
本願において開示される複数の発明のうち、上記一実施例により得られる効果を代表して簡単に説明すれば以下のとおりである。 Of the plurality of inventions disclosed in the present application, effects obtained by the above-described embodiment will be briefly described as follows.
即ち、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性を向上させることができる。 That is, the reliability of the semiconductor device formed through the step of polishing the surface of the interlayer insulating film can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted as much as possible. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1の半導体装置の構造を、図を用いて説明する。本実施の形態1の半導体装置は、同一チップ上に、ゲート絶縁膜厚の異なるMISトランジスタを少なくとも3種類備えている。
(Embodiment 1)
The structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. The semiconductor device according to the first embodiment includes at least three types of MIS transistors having different gate insulating film thicknesses on the same chip.
図1には、本実施の形態1の半導体装置が有する、動作電圧の高いMISトランジスタである高耐圧MISトランジスタQhの要部平面図を示している。(a)はシリコン基板(半導体基板)1上に形成された構成を省略して記した平面図であり、(b)はシリコン基板1上に形成された構成を記した平面図である。この平面図には、便宜上ハッチングを付して示しているが、構成上の意味は持たない。図2には、本実施の形態1の半導体装置が有する不揮発性メモリNVMの要部平面図を示している。
FIG. 1 shows a plan view of a main part of a high voltage MIS transistor Qh, which is a MIS transistor having a high operating voltage, included in the semiconductor device of the first embodiment. (A) is a plan view omitting the configuration formed on the silicon substrate (semiconductor substrate) 1, and (b) is a plan view illustrating the configuration formed on the
図3には、本実施の形態1の半導体装置の要部断面図を示している。(a)には、高耐圧MISトランジスタQhの要部断面図を示し、左にはゲート幅方向である上記図1のA−A線に沿って矢印方向に見た断面図、右にはゲート長方向である上記図1のB−B線に沿って矢印方向に見た断面図を示している。(b)には、不揮発性メモリNVMを構成するメモリ部MISトランジスタQnvmとして、上記図2のC−C線に沿って矢印方向に見た断面図を示している。更に(b)には、中耐圧MISトランジスタQmおよび高速MISトランジスタQwの要部断面図も示している。これら図1〜図3を用いて、本実施の形態1の半導体装置の構造を説明する。なお、以下で説明するトランジスタは全てn型導電型として説明するが、これらはp型導電型であっても良い。その場合、ウェルなどの半導体領域の極性が逆になる。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device according to the first embodiment. (A) shows a cross-sectional view of the main part of the high-breakdown-voltage MIS transistor Qh, on the left side is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. FIG. 4B shows a cross-sectional view of the memory unit MIS transistor Qnvm constituting the nonvolatile memory NVM as viewed in the direction of the arrow along the line CC in FIG. Further, (b) also shows a cross-sectional view of the main part of the medium voltage MIS transistor Qm and the high speed MIS transistor Qw. The structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. Note that although all the transistors described below are described as n-type conductivity, they may be p-type conductivity. In that case, the polarity of the semiconductor region such as the well is reversed.
高耐圧MISトランジスタQhの動作電圧または耐圧は、メモリ用MISトランジスタQnvm、中耐圧MISトランジスタQm、および、高速MISトランジスタQwよりも高い。例えば、高耐圧MISトランジスタQhの耐圧は20V程度とする。メモリ用MISトランジスタQnvmの動作電圧または耐圧は、中耐圧MISトランジスタQmと同程度であり、高速MISトランジスタQwよりも高い。例えば、メモリ用MISトランジスタQnvmおよび中耐圧MISトランジスタQmの耐圧は6V程度とする。なお、高速MISトランジスタQwの耐圧は1.5V程度とする。高速MISトランジスタQwの動作速度は、メモリ用MISトランジスタQnvm、中耐圧MISトランジスタQm、および、高耐圧MISトランジスタQhよりも速い。メモリ用MISトランジスタQnvmの動作速度は、中耐圧MISトランジスタQmと同程度であり、高耐圧MISトランジスタQhよりも速い。 The operating voltage or withstand voltage of the high withstand voltage MIS transistor Qh is higher than that of the memory MIS transistor Qnvm, the medium withstand voltage MIS transistor Qm, and the high speed MIS transistor Qw. For example, the high breakdown voltage MIS transistor Qh has a breakdown voltage of about 20V. The operating voltage or withstand voltage of the memory MIS transistor Qnvm is approximately the same as that of the medium withstand voltage MIS transistor Qm and is higher than that of the high-speed MIS transistor Qw. For example, the withstand voltage of the memory MIS transistor Qnvm and the medium withstand voltage MIS transistor Qm is about 6V. The breakdown voltage of the high speed MIS transistor Qw is about 1.5V. The operating speed of the high-speed MIS transistor Qw is faster than that of the memory MIS transistor Qnvm, the medium withstand voltage MIS transistor Qm, and the high withstand voltage MIS transistor Qh. The operating speed of the memory MIS transistor Qnvm is approximately the same as that of the medium withstand voltage MIS transistor Qm and is faster than that of the high withstand voltage MIS transistor Qh.
シリコン基板1において、高耐圧MISトランジスタQhは高耐圧MIS領域Rhに形成され、メモリ部MISトランジスタQnvmを含む不揮発性メモリNVMはメモリ領域Rnvmに形成され、中耐圧MISトランジスタQmは中耐圧MIS領域Rmに形成され、高速MISトランジスタQwは高速MIS領域Rwに形成されている。シリコン基板1には、集積回路が配置される主回路領域(第1領域)と、それ以外の周辺領域(第2領域)とを有する。そして、上記の各MISトランジスタQh,Qnvm,Qm,Qwが配置される各領域Rh,Rnvm,Rm,Rwは、全てシリコン基板1の主回路領域(第1領域)に含まれる。
In the
本実施の形態1の高耐圧MISトランジスタQhは、高耐圧MIS領域Rhに形成された以下の構成要素を有する。シリコン基板1の主面s1には、浅溝(Shallow Trench)型の分離部2が形成され、活性領域3を規定している。分離部2には、後に詳しく説明するソース/ドレイン領域sd1を規定するための開口部4が形成されている。また、シリコン基板1の主面s1側には、活性領域3を含むように、p型導電型の半導体領域であるpウェルpw1が形成されている。また、シリコン基板1の主面s1側においてpウェルpw1に内包されるようにして、n型導電型の半導体領域であるソース/ドレイン領域sd1が形成されている。ソース/ドレイン領域sd1は、平面的に見て、分離部2の開口部4から、活性領域3の端部に達する領域に形成されている。ソース/ドレイン領域sd1において、開口部4で規定された部分には、高濃度n型領域5が形成されている。
The high breakdown voltage MIS transistor Qh in the first embodiment has the following components formed in the high breakdown voltage MIS region Rh. On the main surface s 1 of the
活性領域3を覆うようにして、高耐圧ゲート(第1ゲート)G1が形成されている。高耐圧ゲートG1は、高耐圧ゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)IG1を隔てて形成された高耐圧ゲート電極(ゲート電極)EG1からなる。高耐圧ゲート絶縁膜IG1は60〜100nm程度の酸化シリコンを主体とする絶縁膜である。高耐圧ゲート電極EG1は多結晶シリコンを主体とする導体膜である。高耐圧ゲート電極EG1の側壁には酸化シリコン膜、または、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層絶縁膜からなるサイドウォールスペーサ6が形成されている。
A high breakdown voltage gate (first gate) G1 is formed so as to cover the
高耐圧ゲートG1上の一部を覆うようにして、サリサイドブロック膜(保護絶縁膜)SABが形成されている。言い換えれば、高耐圧ゲート電極EG1の上面は、サリサイドブロック膜SABで覆われている部分と覆われていない部分とを有する。サリサイドブロック膜SABは、下層から順に、酸化シリコンを主体とする絶縁膜である保護酸化膜t1と、窒化シリコンを主体とする絶縁膜である保護窒化膜t2との積層絶縁膜である。それぞれの厚さは、例えば、保護酸化膜t1が50nm程度、保護窒化膜t2が10nm程度である。 A salicide block film (protective insulating film) SAB is formed so as to cover part of the high breakdown voltage gate G1. In other words, the upper surface of the high breakdown voltage gate electrode EG1 has a portion covered with the salicide block film SAB and a portion not covered. The salicide block film SAB is a laminated insulating film of a protective oxide film t1 that is an insulating film mainly composed of silicon oxide and a protective nitride film t2 that is an insulating film mainly composed of silicon nitride in order from the lower layer. The thicknesses of the protective oxide film t1 are about 50 nm and the protective nitride film t2 is about 10 nm, for example.
シリコン基板1においてシリコンからなる領域のうち、上記のサリサイドブロック膜SABで覆われていない部分には、金属シリサイド層scが形成されている。即ち、サリサイドブロック膜SABに覆われていない高耐圧ゲート電極EG1の上面、および、分離部2の開口部4に位置するソース/ドレイン領域sd1(高濃度n型領域5)の表面には、金属シリサイド層scが形成されている。金属シリサイド層scとは、ニッケルやコバルトなどの金属とシリコンとの化合物であり、導電率の高い層である。
A metal silicide layer sc is formed in a portion of the
以上が、本実施の形態1の高耐圧MISトランジスタQhの構成である。 The above is the configuration of the high breakdown voltage MIS transistor Qh according to the first embodiment.
本実施の形態1のメモリ部MISトランジスタQnvmは、メモリ領域Rnvmに形成された以下の構成要素を有する。メモリ部MISトランジスタQnvmは、上述の分離部2によって規定された活性領域3に形成されている。シリコン基板1の主面s1側に、活性領域3を含むようにしてpウェルpw2が形成されている。
The memory unit MIS transistor Qnvm of the first embodiment has the following components formed in the memory region Rnvm. The memory unit MIS transistor Qnvm is formed in the
シリコン基板1の主面s1上には、メモリ用ゲート(第2ゲート)G2が形成されている。メモリ用ゲートG2は、メモリ用ゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)IG2を隔てて形成されたメモリ用ゲート電極(ゲート電極)EG2からなる。メモリ用ゲート絶縁膜IG2は10nm程度の酸化シリコンを主体とする絶縁膜である。メモリ用ゲート電極EG2は多結晶シリコンを主体とする導体膜である。更に、シリコン基板1の主面s1から見たメモリ用ゲートG2の高さは、上述の高耐圧ゲートG1の高さよりも低い。これは、メモリ用ゲート絶縁膜IG2の方が、高耐圧ゲート絶縁膜IG1よりも薄いからである。また、メモリ用ゲート電極EG2の側壁は、上述のサイドウォールスペーサ6によって覆われている。
On the main surface s1 of the
活性領域3のうち、メモリ用ゲートG2の側方下部のpウェルpw2に位置する領域には、n型導電型の半導体領域であるエクステンション領域ex1が形成され、サイドウォールスペーサ6の側方下部のpウェルpw2に位置する領域には、n型導電型の半導体領域であるソース/ドレイン領域sd2が形成されている。エクステンション領域ex1とソース/ドレイン領域sd2とは電気的に接続されており、前者の方が後者よりも不純物濃度が低く、かつ、浅く形成されている。
In the
メモリ用ゲートG2を覆うようにして、上述のサリサイドブロック膜SABが形成されている。サリサイドブロック膜SABは、メモリ用ゲートG2を覆い、側方下部のソース/ドレイン領域sd2の一部を覆わないようにして形成されている。このサリサイドブロック膜SABに覆われていない部分のソース/ドレイン領域sd2の表面には、上述の金属シリサイド層scが形成されている。本実施の形態1のメモリ用MISトランジスタQnvmが上記のようなサリサイドブロック膜SABを有する理由に関しては、後に詳しく説明する。 The salicide block film SAB is formed so as to cover the memory gate G2. The salicide block film SAB is formed so as to cover the memory gate G2 and not to cover part of the source / drain region sd2 at the lower side. The aforementioned metal silicide layer sc is formed on the surface of the portion of the source / drain region sd2 that is not covered with the salicide block film SAB. The reason why the memory MIS transistor Qnvm of the first embodiment has the salicide block film SAB as described above will be described in detail later.
以上が、本実施の形態1のメモリ用MISトランジスタQnvmの構成である。このメモリ用MISトランジスタQnvmを含む不揮発性メモリNVMの動作方法に関しては、後に詳しく説明する。 The above is the configuration of the memory MIS transistor Qnvm of the first embodiment. The operation method of the nonvolatile memory NVM including the memory MIS transistor Qnvm will be described in detail later.
本実施の形態1の中耐圧MISトランジスタQmは、中耐圧MIS領域Rmに形成された以下の構成要素を有する。中耐圧MISトランジスタQmは、上述の分離部2によって規定された活性領域3に形成されている。シリコン基板1の主面s1側に活性領域3を含むようにしてpウェルpw3が形成されている。
The medium withstand voltage MIS transistor Qm in the first embodiment has the following components formed in the medium withstand voltage MIS region Rm. The medium withstand voltage MIS transistor Qm is formed in the
シリコン基板1の主面s1上には、中耐圧ゲート(第2ゲート)G3が形成されている。中耐圧ゲートG3は、中耐圧ゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)IG3を隔てて形成された中耐圧ゲート電極(ゲート電極)EG3からなる。中耐圧ゲート絶縁膜IG3は10nm程度の酸化シリコンを主体とする絶縁膜である。中耐圧ゲート電極EG3は多結晶シリコンを主体とする導体膜である。中耐圧ゲート電極EG3の側壁は、上述のサイドウォールスペーサ6によって覆われている。
On the main surface s1 of the
活性領域3のうち、中耐圧ゲートG3の側方下部のpウェルpw3に位置する領域には、n型導電型の半導体領域であるエクステンション領域ex2が形成され、サイドウォールスペーサ6の側方下部のpウェルpw3に位置する領域には、n型導電型の半導体領域であるソース/ドレイン領域sd3が形成されている。エクステンション領域ex2とソース/ドレイン領域sd3とは電気的に接続されており、前者の方が後者よりも不純物濃度が低く、かつ、浅く形成されている。
In the
中耐圧ゲート電極EG3の上面、および、ソース/ドレイン領域sd3の上面には、上述の金属シリサイド層scが形成されている。 The above-described metal silicide layer sc is formed on the upper surface of the medium breakdown voltage gate electrode EG3 and the upper surface of the source / drain region sd3.
以上が、本実施の形態1の中耐圧MISトランジスタQmの構成である。 The above is the configuration of the medium withstand voltage MIS transistor Qm in the first embodiment.
本実施の形態1の高速MISトランジスタQwは、高速MIS領域Rwに形成された以下の構成要素を有する。高速MISトランジスタQwは、上述の分離部2によって規定された活性領域3に形成されている。シリコン基板1の主面s1側に活性領域3を含むようにしてpウェルpw4が形成されている。
The high speed MIS transistor Qw according to the first embodiment has the following components formed in the high speed MIS region Rw. The high-speed MIS transistor Qw is formed in the
シリコン基板1の主面s1上には、高速ゲート(第2ゲート)G4が形成されている。高速ゲートG4は、高速ゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)IG4を隔てて形成された高速ゲート電極(ゲート電極)EG4からなる。高速ゲート絶縁膜IG4は3nm程度の酸化シリコンを主体とする絶縁膜である。高速ゲート電極EG4は多結晶シリコンを主体とする導体膜である。高速ゲート電極EG4の側壁は、上述のサイドウォールスペーサ6によって覆われている。
On the main surface s1 of the
活性領域3のうち、高速ゲートG4の側方下部のpウェルpw4に位置する領域には、n型導電型の半導体領域であるエクステンション領域ex3が形成され、サイドウォールスペーサ6の側方下部のpウェルpw4に位置する領域には、n型導電型の半導体領域であるソース/ドレイン領域sd4が形成されている。エクステンション領域ex3とソース/ドレイン領域sd4とは電気的に接続されており、前者の方が後者よりも不純物濃度が低く、かつ、浅く形成されている。
In the
高速ゲート電極EG4の上面、および、ソース/ドレイン領域sd4の上面には、上述の金属シリサイド層scが形成されている。 The above-described metal silicide layer sc is formed on the upper surface of the high-speed gate electrode EG4 and the upper surface of the source / drain region sd4.
以上が、本実施の形態1の高速MISトランジスタQwの構成である。 The above is the configuration of the high-speed MIS transistor Qw of the first embodiment.
更に、シリコン基板1上には、上記の構成を覆うようにして、窒化シリコンを主体とする絶縁膜からなるエッチングストップ膜(接続孔加工用窒化膜)SACが形成されている。その上に、上記の構成を埋め込むようにして、酸化シリコンを主体とする絶縁膜からなる層間絶縁膜ILが形成されている。言い換えれば、エッチングストップ膜SACは層間絶縁膜ILよりも下の層として形成されている。ここで、本実施の形態1の層間絶縁膜ILは、同じ酸化シリコン膜からなる二層構造となっている。この二層は、本実施の形態1の製造方法によってその有用性が示される。ここでは、便宜上、第1層間絶縁膜ILaおよび第2層間絶縁膜ILbと示す。
Further, an etching stop film (nitride film for processing connection holes) SAC made of an insulating film mainly composed of silicon nitride is formed on the
層間絶縁膜ILを貫通するようにして、導電性のコンタクトプラグcpが形成されている。コンタクトプラグcpは、金属シリサイド層scが形成されたソース・ドレイン領域sd1の表面(シリコン基板1の主面s1)、または、金属シリサイド層scが形成された各ゲートG1,G3,G4に達するようにして形成されている。コンタクトプラグcpはタングステンを主体とする導体膜からなり、層間絶縁膜ILとの界面にバリアメタルとしてチタン/窒化チタンの積層膜を有していても良い。 A conductive contact plug cp is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL. The contact plug cp reaches the surface of the source / drain region sd1 where the metal silicide layer sc is formed (the main surface s1 of the silicon substrate 1) or each gate G1, G3, G4 where the metal silicide layer sc is formed. Is formed. The contact plug cp may be made of a conductive film mainly composed of tungsten, and may have a titanium / titanium nitride laminated film as a barrier metal at the interface with the interlayer insulating film IL.
層間絶縁膜ILの上面には、金属配線mwが形成されている。金属配線mwは、コンタクトプラグcpに電気的に接続するようにして形成され、所望の回路構成となるように各端子を接続している。金属配線mwはアルミニウムを主体とする導体膜からなり、その上下面にバリアメタルとしてチタン/窒化チタンの積層膜を有していても良い。 A metal wiring mw is formed on the upper surface of the interlayer insulating film IL. The metal wiring mw is formed so as to be electrically connected to the contact plug cp, and each terminal is connected so as to have a desired circuit configuration. The metal wiring mw is made of a conductor film mainly composed of aluminum, and may have a titanium / titanium nitride laminated film as a barrier metal on the upper and lower surfaces thereof.
次に、メモリ用MISトランジスタQnvmを有する不揮発性メモリNVMの動作方法について説明する。上記図2および上記図3(b)で示した不揮発性メモリNVMの構成および動作方法に関しては、例えば、本出願人らが以前に出願した特願2007−174683号に記載されている。動作方法に関しては、当該出願明細書の段落番号[0050]〜[0056]に記載されたものと同様であり、即ち、以下で説明する通りである。 Next, an operation method of the nonvolatile memory NVM having the memory MIS transistor Qnvm will be described. The configuration and operation method of the nonvolatile memory NVM shown in FIG. 2 and FIG. 3B are described in, for example, Japanese Patent Application No. 2007-174683 previously filed by the present applicants. The operation method is the same as that described in paragraph numbers [0050] to [0056] of the application specification, that is, as described below.
データの書き込み時には、書き込み対象となるセル(選択セル)において、不揮発性メモリNVMの容量部CAの他方の電極が接続されている制御ゲート配線に、例えば9V程度の正の制御電圧を印加する。非選択セルにつながる制御ゲート配線には、例えば0Vの電圧を印加する。また、選択セルの不揮発性メモリNVMのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの一方の電極が電気的に接続されているデータ書き込み・消去用のビット線に、例えば−9V程度の負の電圧を印加する。非選択セルにつながるデータ書き込み・消去用のビット線には、例えば0Vの電圧を印加する。また、選択線(選択トランジスタQSのゲート)、ソース線(読み出しトランジスタQRのソース)、および、データ書き込み用のビット線(選択トランジスタQSのソース)に、例えば0Vの電圧を印加する。これにより、選択した不揮発性メモリNVMのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの浮遊ゲート電極FGに、チャネル全面のFNトンネル電流により電子を注入し、データを書き込む。 At the time of data writing, a positive control voltage of about 9 V, for example, is applied to the control gate wiring to which the other electrode of the capacitor CA of the nonvolatile memory NVM is connected in the cell to be written (selected cell). For example, a voltage of 0 V is applied to the control gate wiring connected to the non-selected cell. Further, a negative voltage of about −9 V, for example, is applied to the data write / erase bit line to which one electrode of the data write / erase capacitor CWE of the nonvolatile memory NVM of the selected cell is electrically connected. Apply. For example, a voltage of 0 V is applied to the bit line for data writing / erasing connected to the non-selected cell. Further, a voltage of, for example, 0 V is applied to the selection line (gate of the selection transistor QS), the source line (source of the read transistor QR), and the bit line for data writing (source of the selection transistor QS). Thus, data is written by injecting electrons into the floating gate electrode FG of the data writing / erasing capacitor CWE of the selected nonvolatile memory NVM by the FN tunnel current of the entire channel surface.
データの一括消去時には、複数セルの不揮発性メモリNVMに渡って、その容量部CAの他方の電極が接続されている制御ゲート配線に、例えば−9V程度の負の制御電圧を印加する。また、選択セルのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの一方の電極が電気的に接続されているデータ書き込み・消去用のビット線に、例えば9V程度の負の電圧を印加する。また、選択線、ソース線およびデータ書き込み用のビット線に、例えば0Vを印加する。これにより、データ一括消去を行う複数の不揮発性メモリNVMのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの浮遊ゲート電極FGに蓄積された電子をチャネル全面のFNトンネル電流により放出し、複数セルの不揮発性メモリNVMのデータを一括消去する。 At the time of batch erasing of data, a negative control voltage of about −9 V, for example, is applied to the control gate wiring to which the other electrode of the capacitor CA is connected across the non-volatile memory NVM of a plurality of cells. Further, a negative voltage of about 9 V, for example, is applied to the data write / erase bit line to which one electrode of the data write / erase capacitor CWE of the selected cell is electrically connected. Further, for example, 0 V is applied to the selection line, the source line, and the data writing bit line. As a result, electrons accumulated in the floating gate electrode FG of the data writing / erasing capacitor CWE of the plurality of nonvolatile memories NVM that perform data batch erasure are emitted by the FN tunnel current across the entire channel surface, and the plurality of cells are nonvolatile. The data in the memory NVM is erased at once.
なお、ここでは、浮遊ゲート電極FGの電子を引き抜くことをデータ消去と定義するが、その逆に浮遊ゲート電極FGに電子を注入することをデータ消去と定義することもできる。 Here, extracting electrons from the floating gate electrode FG is defined as data erasing, but conversely, injecting electrons into the floating gate electrode FG can be defined as data erasing.
データ・ビット単位消去時には、選択セルの不揮発性メモリNVMの容量部CAの他方の電極が接続されている制御ゲート配線に、例えば−9V程度の負の制御電圧を印加する。非選択セルの制御ゲート配線には、例えば0Vの電圧を印加する。また、選択セルの不揮発性メモリNVMのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの一方の電極が電気的に接続されているデータ書き込み・消去用のビット線に、例えば9V程度の正の電圧を印加する。非選択セルのデータ書き込み・消去用のビット線には、例えば0Vの電圧を印加する。また、選択線、ソース線およびデータ書き込み用のビット線に、例えば0Vを印加する。これにより、データ消去対象の選択セルの不揮発性メモリNVMのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの浮遊ゲート電極FGに蓄積された電子を、チャネル全面のFNトンネル電流により放出し、選択セルの不揮発性メモリNVMのデータを消去する。 At the time of data bit unit erasing, a negative control voltage of about −9 V, for example, is applied to the control gate line to which the other electrode of the capacitor CA of the nonvolatile memory NVM of the selected cell is connected. For example, a voltage of 0 V is applied to the control gate wiring of the non-selected cell. Further, a positive voltage of, for example, about 9 V is applied to the data write / erase bit line to which one electrode of the data write / erase capacitor CWE of the nonvolatile memory NVM of the selected cell is electrically connected. To do. For example, a voltage of 0 V is applied to the bit line for writing / erasing data in the non-selected cells. Further, for example, 0 V is applied to the selection line, the source line, and the data writing bit line. As a result, electrons accumulated in the floating gate electrode FG of the data write / erase capacitor CWE of the nonvolatile memory NVM of the selected cell to be erased are released by the FN tunnel current of the entire channel surface, and the nonvolatile of the selected cell Data in the volatile memory NVM is erased.
データ読み出し時には、選択セルの不揮発性メモリNVMの容量部CAの他方の電極が接続されている制御ゲート配線に、例えば3Vの制御電圧を印加する。非選択セルの制御ゲート配線には、例えば0Vの電圧を印加する。また、選択セルの不揮発性メモリNVMのデータ書き込み・消去用の容量部CWEの一方の電極が電気的に接続されているデータ書き込み・消去用のビット線に、例えば0V程度の電圧を印加する。また、選択セルの不揮発性メモリNVMの選択トランジスタQSのゲート電極が電気的に接続されている選択線に、例えば3V程度の電圧を印加する。そして、データ書き込み用のビット線に、例えば1V程度の電圧を印加する。更に、ソース線に、例えば0Vを印加する。これにより、データ読み出し対象の不揮発性メモリNVMの読み出しトランジスタQRをオン条件とし、その読み出しトランジスタQRのチャネルにドレイン電流が流れるか否かにより、選択セルに記憶されているデータが0/1のいずれなのかを読み出す。 At the time of data reading, a control voltage of 3 V, for example, is applied to the control gate wiring to which the other electrode of the capacitor CA of the nonvolatile memory NVM of the selected cell is connected. For example, a voltage of 0 V is applied to the control gate wiring of the non-selected cell. Further, a voltage of, for example, about 0 V is applied to the data write / erase bit line to which one electrode of the data write / erase capacitor CWE of the nonvolatile memory NVM of the selected cell is electrically connected. In addition, a voltage of about 3 V, for example, is applied to the selection line to which the gate electrode of the selection transistor QS of the nonvolatile memory NVM of the selected cell is electrically connected. Then, a voltage of about 1 V, for example, is applied to the bit line for data writing. Further, for example, 0 V is applied to the source line. As a result, the read transistor QR of the nonvolatile memory NVM that is a data read target is turned on, and the data stored in the selected cell is 0/1 depending on whether or not the drain current flows through the channel of the read transistor QR. Read out what.
以上が、本実施の形態1の不揮発性メモリNVMの動作方法である。上述のデータ書き込み・消去用の容量部CWEはMISトランジスタの構造を有しており、図3(b)の断面図では、これをメモリ用トランジスタQnvmとして示している。 The above is the operation method of the nonvolatile memory NVM according to the first embodiment. The above-described data write / erase capacitor CWE has a MIS transistor structure, which is shown as a memory transistor Qnvm in the cross-sectional view of FIG.
本実施の形態1のメモリ用トランジスタQnvmでは、上述のように、メモリ用ゲートG1を覆うようにして、サリサイドブロック膜SABが形成されている。これは、後の工程で詳しく説明するように、金属シリサイド層scを自己整合的に形成(サリサイド形成)するさいのブロック膜として用いる。この目的からは、保護酸化膜t1を形成すれば十分である。一方、本実施の形態1では、保護酸化膜t1上に保護窒化膜t2を形成し、これらの積層膜をサリサイドブロック膜SABとする方がより好ましい。その理由は、上記特願2007−174683の明細書の段落[0032]〜[0034]に記載されている窒化シリコン膜4aの説明と同様である。即ち、サリサイドブロック膜SABとして保護窒化膜t2を形成することで、水や水素イオン等が浮遊ゲート電極FGに拡散するのを抑制または防止することができる。 In the memory transistor Qnvm of the first embodiment, as described above, the salicide block film SAB is formed so as to cover the memory gate G1. This is used as a block film when the metal silicide layer sc is formed in a self-aligned manner (salicide formation), as will be described in detail later. For this purpose, it is sufficient to form the protective oxide film t1. On the other hand, in the first embodiment, it is more preferable that the protective nitride film t2 is formed on the protective oxide film t1, and the laminated film is the salicide block film SAB. The reason is the same as the description of the silicon nitride film 4a described in paragraphs [0032] to [0034] of the specification of the above Japanese Patent Application No. 2007-174683. That is, by forming the protective nitride film t2 as the salicide block film SAB, it is possible to suppress or prevent water, hydrogen ions, and the like from diffusing into the floating gate electrode FG.
以上が本実施の形態1の半導体装置の構成である。各構成要素が有する効果に関しては、以下に示す製造工程の中で詳しく説明する。図4〜図13を用いて、本実施の形態1の半導体装置の製造方法を説明する。各図で示すシリコン基板1上の領域は、上記図3で示した領域と対応している。
The above is the configuration of the semiconductor device of the first embodiment. The effects of each component will be described in detail in the manufacturing process shown below. A method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The region on the
まず、図4に示すように、シリコン基板1の主面s1に、STI(Shallow Trench Isolation)構造の分離部2を形成する。分離部2により、上記図1〜図3を用いて説明した活性領域3が規定される。ここでは、まず、フォトリソグラフィ法によってパターニングしたフォトレジスト膜(図示しない)などをエッチングマスクとして、シリコン基板1に異方性エッチングを施すことで溝を形成する。続いて、この溝を含むシリコン基板1の主面s1上に酸化シリコン膜を形成する。その後、酸化シリコン膜に表面研磨を施すことで溝内に埋め込み、STI構造の分離部2を形成する。
First, as shown in FIG. 4, an
続いて、シリコン基板1の主面s1側に、各導電型の半導体領域を形成する。この工程では、各領域Rh,Rnvm,Rm,Rsのpウェルpw1,pw2,pw3,pw4、および、高耐圧MIS領域Rhのソース/ドレイン領域sd1を形成する。ここでは、まず、フォトリソグラフィ法によってパターニングしたフォトレジスト膜(図示しない)をイオン注入マスクとして、各領域に所望のイオン注入を施すことで、シリコン基板1に不純物イオンを導入する。その後、適宜熱処理を施し、不純物イオンを活性化または拡散させることで、各半導体領域を形成する。上記工程において、イオン注入条件や熱処理条件が同様であれば、工程を共有しても良い。これにより、工程数を削減できる。また、チャネル領域の不純物濃度を調整するためのイオン注入工程も、本工程において行っても良い。
Subsequently, semiconductor regions of each conductivity type are formed on the main surface s1 side of the
次に、図5に示すように、シリコン基板1の主面s1上に、酸化シリコンを主体とする絶縁膜であるゲート絶縁膜IGを形成する。ゲート絶縁膜IGは、熱酸化法、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などによって形成する。また、ゲート絶縁膜IGは、各領域によって膜厚が異なるようにして形成する。より具体的には、メモリ領域Rnvmおよび中耐圧MIS領域Rmには同程度の膜厚で、かつ、高速MIS領域Rwよりも厚くなるようにしてゲート絶縁膜IGを形成する。更に、高耐圧MIS領域Rhには、メモリ領域Rnvmおよび中耐圧MIS領域Rmよりも厚くなるようにしてゲート絶縁膜IGを形成する。例えば、高耐圧MIS領域Rhには60〜100nm程度、メモリ領域Rnvmおよび中耐圧MIS領域Rmには10nm程度、高速MIS領域Rwには3nm程度のゲート絶縁膜IGを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 5, a gate insulating film IG that is an insulating film mainly composed of silicon oxide is formed on the main surface s <b> 1 of the
これには、まず、シリコン基板1上にゲート絶縁膜IGを熱酸化法またはCVD法などにより形成する。その後、フォトリソグラフィ法やエッチング法などにより、高耐圧MIS領域Rhのゲート絶縁膜IGを加工する。その後、フォトリソグラフィ法やエッチング法などによりメモリ領域Rnvm、中耐圧MIS領域Rmおよび高速MIS領域Rwのゲート絶縁膜IGを除去する。次に、熱酸化法を用いることで、シリコン基板1上のメモリ領域Rnvm、中耐圧MIS領域Rmおよび高速MIS領域Rwにゲート絶縁膜IGを形成する。このとき、高耐圧MIS領域Rhのゲート絶縁膜IG下のシリコン基板1も酸化される。その後、フォトリソグラフィ法やエッチング法などにより、高速MIS領域Rwのゲート絶縁膜IGを除去する。次に、熱酸化法を用いることで、高速MIS領域Rwにゲート絶縁膜IGを形成する。このとき、高耐圧MIS領域Rh、メモリ領域Rnvm、および、中耐圧MIS領域Rmのゲート絶縁膜IG下のシリコン基板1も酸化される。
For this, first, a gate insulating film IG is formed on the
このようにして、高耐圧MIS領域Rhのゲート絶縁膜IGとしては、当該領域にゲート絶縁膜IGを形成した際の酸化シリコン膜、メモリ領域Rnvmおよび中耐圧MIS領域Rmにゲート絶縁膜IGを形成した際の酸化シリコン膜、そして、高速MIS領域Rwにゲート絶縁膜IGを形成した際の酸化シリコン膜が積層されて形成されている。また、メモリ領域Rnvmまたは中耐圧MIS領域Rmのゲート絶縁膜IGとしては、当該領域にゲート絶縁膜IGを形成した際の酸化シリコン膜と、高速MIS領域Rwにゲート絶縁膜IGを形成した際の酸化シリコン膜が積層されて形成されている。また、高速MIS領域Rwには、当該領域にゲート絶縁膜IGを形成した際の酸化シリコン膜が形成されている。 In this way, as the gate insulating film IG in the high breakdown voltage MIS region Rh, the silicon oxide film when the gate insulating film IG is formed in the region, the gate insulating film IG in the memory region Rnvm, and the medium breakdown voltage MIS region Rm are formed. The silicon oxide film when formed and the silicon oxide film formed when the gate insulating film IG is formed in the high-speed MIS region Rw are laminated. The gate insulating film IG of the memory region Rnvm or the medium withstand voltage MIS region Rm includes a silicon oxide film when the gate insulating film IG is formed in the region and a gate insulating film IG when the gate insulating film IG is formed in the high-speed MIS region Rw. A silicon oxide film is stacked. In the high-speed MIS region Rw, a silicon oxide film formed when the gate insulating film IG is formed in the region is formed.
次に、図6に示すように、シリコン基板1の主面s1上に多結晶シリコンを主体とする導体膜であるゲート導体膜EGを形成する。これには、CVD法などによって多結晶シリコン膜を形成する。なお、前工程までに形成または加工したゲート絶縁膜IGのうち、高耐圧MIS領域Rhのゲート絶縁膜IGを、高耐圧ゲート絶縁膜IG1と記載する。
Next, as shown in FIG. 6, a gate conductor film EG that is a conductor film mainly composed of polycrystalline silicon is formed on the main surface s <b> 1 of the
続いて、フォトリソグラフィ法やエッチング法などにより、各領域においてゲート導体膜EGまたはその下層のゲート絶縁膜IGを加工する。 Subsequently, the gate conductor film EG or the underlying gate insulating film IG is processed in each region by photolithography or etching.
高耐圧MIS領域Rhでは、少なくとも活性領域3を覆うように、かつ、高耐圧ゲート絶縁膜IG1上に配置するようにゲート導体膜EGを加工して、高耐圧ゲート電極EG1を形成する。このようにして、高耐圧ゲート絶縁膜IG1および高耐圧ゲート電極EG1からなる高耐圧ゲートG1を形成する。
In the high breakdown voltage MIS region Rh, the gate conductor film EG is processed so as to cover at least the
また、メモリ領域Rnvmでは、活性領域3の一部と平面的に重なる位置に配置するように、ゲート導体膜EGおよびゲート絶縁膜IGを加工することで、それぞれ、メモリ用ゲート電極EG2およびメモリ用ゲート絶縁膜IG2を形成する。このようにして、メモリ用ゲート絶縁膜IG2およびメモリ用ゲート電極EG2からなるメモリ用ゲートG2を形成する。
Further, in the memory region Rnvm, the gate conductor film EG and the gate insulating film IG are processed so as to be disposed at a position overlapping with a part of the
また、中耐圧MIS領域Rmでは、活性領域3の一部と平面的に重なる位置に配置するように、ゲート導体膜EGおよびゲート絶縁膜IGを加工することで、それぞれ、中耐圧ゲート電極EG3および中耐圧ゲート絶縁膜IG3を形成する。このようにして、中耐圧ゲート絶縁膜IG3および中耐圧ゲート電極EG3からなる中耐圧ゲートG3を形成する。
Further, in the medium withstand voltage MIS region Rm, by processing the gate conductor film EG and the gate insulating film IG so as to be disposed in a position overlapping with a part of the
また、高速MIS領域Rwでは、活性領域3の一部と平面的に重なる位置に配置するように、ゲート導体膜EGおよびゲート絶縁膜IGを加工することで、それぞれ、高速ゲート電極EG4および高速ゲート絶縁膜IG4を形成する。このようにして、高速ゲート絶縁膜IG4および高速ゲート電極EG4からなる高速ゲートG4を形成する。
Further, in the high-speed MIS region Rw, the gate conductor film EG and the gate insulating film IG are processed so as to be disposed in a position overlapping with a part of the
以上の工程を経て形成された各ゲートG1〜G4は、シリコン基板1の主面s1から見た高さが異なる。なぜなら、各ゲート電極EG1〜EG4の膜厚は同じで、各ゲート絶縁膜IG1〜IG4の膜厚が異なるからである。より具体的には、メモリ用ゲートG2および中耐圧ゲートG3は同程度の高さであり、かつ、高速ゲートG4よりも高く、高耐圧ゲートG1はメモリ用ゲートG2および中耐圧ゲートG3よりも高い。
The gates G <b> 1 to G <b> 4 formed through the above steps have different heights as viewed from the main surface s <b> 1 of the
次に、図7に示すように、メモリ用ゲートG2、中耐圧ゲートG3、および、高速ゲートG4の側方下部に位置するシリコン基板1の主面s1側に、エクステンション領域ex1,ex2,ex3を形成する。ここでは、メモリ用ゲートG2の側方下部にはエクステンション領域ex1を形成し、中耐圧ゲートG3の側方下部にはエクステンション領域ex2を形成し、高速ゲートG4の側方下部にはエクステンション領域ex3を形成する。これらは、フォトリソグラフィ法などによって形成するフォトレジスト膜(図示しない)、および、各ゲート電極をイオン注入マスクとして、イオン注入を施すことで形成する。
Next, as shown in FIG. 7, extension regions ex1, ex2, and ex3 are formed on the main surface s1 side of the
その後、メモリ用ゲートG2、中耐圧ゲートG3、および、高速ゲートG4の側壁を覆うようにして、サイドウォールスペーサ6を形成する。これには、まず、シリコン基板1の主面s1を覆うようにして酸化シリコン膜を堆積する。その後、シリコン基板1の主面s1に向かう方向に全面的に異方性エッチングを施す(エッチバックする)。これにより、段差部であった各ゲートの側壁を覆っていた部分の酸化シリコン膜を残し、サイドウォールスペーサ6を形成できる。
Thereafter,
続いて、高耐圧MIS領域Rhにおける分離部2の開口部4のシリコン基板1の主面s1、および、メモリ領域Rnvm、中耐圧MIS領域Rm、および、高速MIS領域Rwにおける、サイドウォールスペーサ6の側方下部に位置するシリコン基板1の主面s1に、それぞれ、高濃度n型領域5、および、ソース/ドレイン領域sd2,sd3,sd4を形成する。ここでは、高耐圧MIS領域Rhの開口部4に高濃度n型領域5を形成し、メモリ領域Rnvmにソース/ドレイン領域sd2を形成し、中耐圧MIS領域Rmにソース/ドレイン領域sd3を形成し、高速MIS領域Rwにソース/ドレイン領域sd5を形成する。これらは、フォトリソグラフィ法などによって形成するフォトレジスト膜(図示しない)、および、各ゲート電極とサイドウォールスペーサ6とをイオン注入マスクとして、イオン注入を施すことで形成する。
Subsequently, the main surface s1 of the
以上の工程によって、高耐圧MIS領域Rh、メモリ領域Rnvm、中耐圧MIS領域Rm、および、高速MIS領域Rwに、それぞれ、高耐圧MISトランジスタQh、メモリ部MISトランジスタQnvm、中耐圧MISトランジスタQm、および、高速MISトランジスタQwの基本構成を形成したことになる。 Through the above steps, the high voltage MIS region Rh, the memory region Rnvm, the medium voltage MIS region Rm, and the high speed MIS region Rw are respectively converted into the high voltage MIS transistor Qh, the memory unit MIS transistor Qnvm, the medium voltage MIS transistor Qm, and Thus, the basic configuration of the high-speed MIS transistor Qw is formed.
次に、図8に示すように、メモリゲートG2を覆うようにして、サリサイドブロック膜SABを形成する。これには、まず、シリコン基板1の主面s1を覆うようにして、順に保護酸化膜t1と保護窒化膜t2とをCVD法などによって形成する。その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法などによって、メモリ用ゲートG2を覆うようにしてサリサイドブロック膜SABを残し、他の部分は除去する。ここで、本実施の形態1の製造方法では、各ゲートのうち最も高いゲートである高耐圧ゲートG1を覆うサリサイドブロック膜SABに関しても、少なくともその一部を覆うようにして残す。なお、メモリ用ゲートG2を覆うようにしてサリサイドブロック膜を残す理由に関しては、上述の通りである。本実施の形態1の製造法で、更に高耐圧ゲートG1上にもサリサイドブロック膜SABを残す理由に関しては、後に詳細を述べる。
Next, as shown in FIG. 8, a salicide block film SAB is formed so as to cover the memory gate G2. For this, first, a protective oxide film t1 and a protective nitride film t2 are sequentially formed by a CVD method or the like so as to cover the main surface s1 of the
次に、図9に示すように、サリサイドブロック膜SABに覆われていない部分の各ゲートの上面およびシリコン基板1の主面s1に、金属シリサイド層scを形成する。サリサイドブロック膜SABに覆われていない部分の各ゲートとは、より具体的には、高耐圧ゲートG1のうちサリサイドブロック膜SABに覆われていない部分、中耐圧ゲートG3、および、高速ゲートG4であり、これらの上面に金属シリサイド層scを形成する。また、サリサイドブロック膜SABに覆われていない部分のシリコン基板1の主面s1とは、各領域Rh,Rnvm,Rm,Rwのソース/ドレイン領域sd1,sd2,sd3,sd4の上面であり、これらの箇所に金属シリサイド層scを形成する。なお、サリサイドブロック膜SABに覆われていなくても、例えば分離部2やサイドウォールスペーサ6など酸化シリコン膜からなる部分など、シリコン以外の材料からなる部分には、金属シリサイド層scは形成しない。
Next, as shown in FIG. 9, a metal silicide layer sc is formed on the upper surface of each gate and the main surface s <b> 1 of the
上記の金属シリサイド層scは自己整合的に形成する。その工程は以下の通りである。まず、シリコン基板1の主面s1を覆うようにして、例えばコバルト膜などの金属膜をスパッタリング法などによって堆積する。その後、熱処理を施す。このとき、金属膜とゲートや基板などのシリコンとが接触している部分で合金化(金属シリサイド化)が起こり、金属シリサイドが形成される。その後、金属シリサイドとならなかった金属膜を除去することで、金属膜とシリコンとが接触している部分に金属シリサイド層scを形成する。このような金属シリサイド層scの形成方法を、サリサイド(Salicide:Self Align Silicide)法という。そして、金属シリサイド層scを形成したくない部分には、上記図8の工程のように、金属膜を形成する前にサリサイドブロック膜SABを形成しておく。これにより、サリサイドブロック膜SABを形成した部分の金属膜との接触を防ぐことにより、当該部分の金属シリサイド化を防ぐ。なお、サリサイドブロック膜SABに覆われていなくても、例えば分離部2やサイドウォールスペーサ6など酸化シリコン膜からなる部分など、シリコン以外の材料からなる部分では金属シリサイド化反応は起こらず、金属シリサイド層scは形成されない。
The metal silicide layer sc is formed in a self-aligned manner. The process is as follows. First, a metal film such as a cobalt film is deposited by sputtering or the like so as to cover the main surface s1 of the
次に、図10に示すように、シリコン基板1の主面s1を、エッチングストップ膜SACおよび層間絶縁膜ILによって順に覆う。エッチングストップ膜SACは、後に層間絶縁膜ILにコンタクトホールを形成するための異方性エッチング工程において、エッチングストップ膜として用いる。層間絶縁膜ILは、酸化シリコンを主体とする絶縁膜を、例えばCVD法などによって堆積することで形成する。エッチングストップ膜SACは、この酸化シリコン膜とのエッチング選択比が高い材料として、窒化シリコンを主体とする絶縁膜を、例えばCVD法などによって堆積する。ここで、エッチングストップ膜SACの下にサリサイドブロック膜SABを備える領域では、厚い窒化シリコン膜を備えた領域となる。なぜなら、サリサイドブロック膜SABの上層は窒化シリコン膜からなる保護窒化膜t2であり、その上に同じく窒化シリコン膜からなるエッチングストップ膜SACを形成するからである。
Next, as shown in FIG. 10, the main surface s1 of the
次に、図11に示すように、層間絶縁膜ILを平坦化するために、上面から研磨する。ここでは、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Vapor Deposition)法によって表面研磨を施す。 Next, as shown in FIG. 11, in order to planarize the interlayer insulating film IL, polishing is performed from the upper surface. Here, surface polishing is performed by a chemical mechanical polishing (CMP) method.
本実施の形態1の半導体装置の製造方法では、このCMPによる層間絶縁膜ILの研磨工程において、サリサイドブロック膜SABをストップ膜として適用する。より具体的には、層間絶縁膜ILに対してCMPを施し、サリサイドブロック膜SABに達するまで層間絶縁膜ILを研磨する。即ち、本実施の形態1の製造方法では、層間絶縁膜ILに対するCMPを例えば時間などによって制御するのではなく、サリサイドブロック膜SABという決まった構成の位置に達するまでCMPを施すようにしている。特に、本実施の形態1の工程では、高耐圧ゲートG1の高さが他のゲートよりも高く形成されている。従って、CMPによる層間絶縁膜ILの研磨は、どの領域のサリサイドブロック膜SAB(例えばメモリ用ゲートG2を覆う部分)よりも先に、高耐圧ゲートG1の上面に形成されているサリサイドブロック膜SABに達する。このように、本工程では、高耐圧ゲートG1上面のサリサイドブロック膜SABに達するまで、層間絶縁膜ILを研磨する。このような工程を含む製造方法とすることの効果は、後に詳しく説明する。 In the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment, the salicide block film SAB is applied as a stop film in the polishing process of the interlayer insulating film IL by CMP. More specifically, CMP is performed on the interlayer insulating film IL, and the interlayer insulating film IL is polished until the salicide block film SAB is reached. That is, in the manufacturing method of the first embodiment, the CMP for the interlayer insulating film IL is not controlled by, for example, time, but is performed until the position of the salicide block film SAB is reached. In particular, in the process of the first embodiment, the high breakdown voltage gate G1 is formed higher than the other gates. Therefore, the polishing of the interlayer insulating film IL by CMP is performed on the salicide block film SAB formed on the upper surface of the high voltage gate G1 prior to any region of the salicide block film SAB (for example, the portion covering the memory gate G2). Reach. Thus, in this step, the interlayer insulating film IL is polished until it reaches the salicide block film SAB on the upper surface of the high breakdown voltage gate G1. The effect of the manufacturing method including such steps will be described in detail later.
次に、図12に示すように、前工程でCMP研磨により平坦化した層間絶縁膜ILの上面に、更に層間絶縁膜ILを積み増す。ここでは、便宜上、始めに堆積し、前工程でCMP研磨を施した層間絶縁膜ILを第1層間絶縁膜ILaと表記し、本工程で積みました層間絶縁膜ILを第2層間絶縁膜ILbと表記する。第2層間絶縁膜ILbは、第1層間絶縁膜ILaと同じ材料、同じ方法によって形成する。下地の第1層間絶縁膜ILaに表面研磨を施して平坦化しているため、積み増した第2層間絶縁膜ILbの表面も平坦性を維持できる。この第2層間絶縁膜ILbは、後の工程で層間絶縁膜IL上に形成する金属配線および各ゲート間の耐圧を上げるために形成する。 Next, as shown in FIG. 12, an interlayer insulating film IL is further stacked on the upper surface of the interlayer insulating film IL flattened by CMP polishing in the previous step. Here, for convenience, the interlayer insulating film IL deposited first and subjected to CMP polishing in the previous process is referred to as a first interlayer insulating film ILa, and the interlayer insulating film IL stacked in this process is used as the second interlayer insulating film ILb. Is written. The second interlayer insulating film ILb is formed by the same material and the same method as the first interlayer insulating film ILa. Since the underlying first interlayer insulating film ILa is planarized by surface polishing, the increased surface of the second interlayer insulating film ILb can also be maintained flat. The second interlayer insulating film ILb is formed in order to increase the withstand voltage between the metal wiring and gates formed on the interlayer insulating film IL in a later step.
次に、図13に示すように、層間絶縁膜ILを貫通し、シリコン基板1の主面s1または各ゲートのうち、金属シリサイド層scを形成した部分に達するようなコンタクトプラグcpを形成する。これには、まず、フォトリソグラフィ法や異方性エッチング法などによって、層間絶縁膜ILを貫通して金属シリサイド層scに達するようなコンタクトホール(接続孔)CHを形成する。その際、層間絶縁膜ILの下層に形成したエッチングストップ膜SACをエッチストッパ(エッチング停止層)として用いる。これにより、シリコン基板1などへのオーバーエッチングを防ぐことができる。続いて、コンタクトホールCHを埋めるようにタングステンなどの導体膜を堆積し、表面研磨を施すことで、コンタクトホールCH内のみに導体膜を埋め込むことで、コンタクトプラグcpを形成する。なお本工程では、上記図3などを用いて説明したバリアメタルを形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 13, a contact plug cp is formed so as to penetrate the interlayer insulating film IL and reach the main surface s1 of the
続いて、層間絶縁膜IL上に、コンタクトプラグcpと電気的に接続するようにして金属配線mwを形成する。これには、アルミニウムなどの金属膜を堆積した後、フォトリソグラフィ法やエッチング法などによってパターニングすることで、所望の形状の金属配線mwを形成する。本実施の形態1の製造方法では、第2層間絶縁膜ILbを積み増してから、金属配線mwを形成するため、金属配線mwの下面と高耐圧ゲートG1の上面とは、少なくとも、サリサイドブロック膜SABの膜厚よりも大きい距離だけ、層間絶縁膜ILによって隔離されている。なお本工程では、上記図3などを用いて説明したバリアメタルを形成しても良い。以上の工程によって、高耐圧MISトランジスタQh、メモリ部MISトランジスタQnvm、中耐圧MISトランジスタ、および、高速MISトランジスタQwを有する半導体装置を製造する。以上が本実施の形態1の半導体装置の製造方法である。 Subsequently, a metal wiring mw is formed on the interlayer insulating film IL so as to be electrically connected to the contact plug cp. For this purpose, a metal film such as aluminum is deposited, and then patterned by a photolithography method, an etching method, or the like, thereby forming a metal wiring mw having a desired shape. In the manufacturing method of the first embodiment, since the metal wiring mw is formed after the second interlayer insulating film ILb is stacked, the lower surface of the metal wiring mw and the upper surface of the high voltage gate G1 are at least the salicide block film SAB. They are separated by an interlayer insulating film IL by a distance larger than the film thickness. In this step, the barrier metal described with reference to FIG. 3 may be formed. Through the above steps, a semiconductor device having a high voltage MIS transistor Qh, a memory unit MIS transistor Qnvm, a medium voltage MIS transistor, and a high speed MIS transistor Qw is manufactured. The above is the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment.
本実施の形態1の半導体装置の製造方法では、上記図11を用いて説明したように、層間絶縁膜ILを研磨する際に、時間等で研磨量を制御するのではなく、高耐圧ゲートG1上のサリサイドブロック膜SABに達するまで研磨を施す。このように、本実施の形態1の製造方法では、高耐圧ゲートG1上のサリサイドブロック膜SABといった所定の位置まで意図的に研磨を施す。これにより、研磨レートのばらつきなどによる研磨後の層間膜厚のばらつきを起こり難くすることができる。なぜなら、本実施の形態1の製造方法によれば、CMPによる層間絶縁膜ILの研磨は、時間で設定して停止するのではなく、所定の構成要素であるサリサイドブロック膜SABによって停止するからである。結果として、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性を向上させることができる。 In the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, as described with reference to FIG. 11, when the interlayer insulating film IL is polished, the polishing amount is not controlled by time or the like, but the high breakdown voltage gate G1. Polishing is performed until the upper salicide block film SAB is reached. As described above, in the manufacturing method of the first embodiment, the polishing is intentionally performed to a predetermined position such as the salicide block film SAB on the high breakdown voltage gate G1. As a result, variations in the interlayer film thickness after polishing due to variations in the polishing rate can be made difficult to occur. This is because according to the manufacturing method of the first embodiment, the polishing of the interlayer insulating film IL by CMP is not stopped by setting with time, but is stopped by the salicide block film SAB which is a predetermined component. is there. As a result, the reliability of the semiconductor device formed through the step of polishing the surface of the interlayer insulating film can be improved.
更に、本実施の形態1の半導体装置の製造方法では、高さに差のあるゲートを有する半導体装置において、最も高いゲート(高耐圧ゲートG1)の上面にサリサイドブロック膜SABを形成する工程を説明した。これにより、CMPによる層間絶縁膜ILの研磨工程において、標高の高いゲートなどを削り込み難くすることができる。結果として、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性をより向上させることができる。 Furthermore, in the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment, the step of forming the salicide block film SAB on the upper surface of the highest gate (high breakdown voltage gate G1) in the semiconductor device having gates having different heights will be described. did. Accordingly, it is possible to make it difficult to cut a gate having a high altitude in the polishing process of the interlayer insulating film IL by CMP. As a result, the reliability of the semiconductor device formed through the step of surface polishing the interlayer insulating film can be further improved.
また、本実施の形態1の半導体装置の製造方法では、上記のCMPによる層間絶縁膜ILの研磨を、サリサイドブロック膜SABによって停止する工程を説明した。ここでは、サリサイドブロック膜SABによらず、層間絶縁膜ILの研磨を停止することができる層であれば、他の停止層を適用しても同様に効果的である。より具体的には、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜ILのエッチングに対して選択性の高い、例えば窒化シリコン膜などであれば、CMP停止層として形成して同様に効果的である。ただし、本実施の形態1の製造方法では、上記のようなサリサイドブロック膜SABを適用する方が、よりこのましい。理由を以下で説明する。サリサイドブロック膜SABは、金属シリサイド層scを選択的に形成するための、金属シリサイド化反応のブロック膜としての機能を持っている。これは本来、CMP停止層としての機能とは関係ない。本実施の形態1では、そのようなサリサイドブロック膜SABを併用して、CMP停止層に適用する方法を説明している。即ち、新たな層を導入することなく、CMP停止層として効果的なサリサイドブロック膜SABを形成できる。これにより、半導体装置の製造方法の工程数を削減できる。 In the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the step of stopping the polishing of the interlayer insulating film IL by the CMP using the salicide block film SAB has been described. Here, any layer that can stop the polishing of the interlayer insulating film IL, regardless of the salicide block film SAB, is equally effective even if another stop layer is applied. More specifically, for example, a silicon nitride film having high selectivity with respect to the etching of the interlayer insulating film IL made of a silicon oxide film is similarly effective when formed as a CMP stop layer. However, in the manufacturing method of the first embodiment, it is more preferable to apply the salicide block film SAB as described above. The reason will be explained below. The salicide block film SAB has a function as a block film for a metal silicidation reaction for selectively forming the metal silicide layer sc. This has nothing to do with the function as a CMP stop layer. In the first embodiment, a method is described in which such a salicide block film SAB is used in combination with the CMP stop layer. That is, the salicide block film SAB effective as a CMP stop layer can be formed without introducing a new layer. As a result, the number of steps of the semiconductor device manufacturing method can be reduced.
また、本実施の形態1の半導体装置の製造方法では、上記図2で説明したような不揮発性メモリNVMを構成するメモリ用ゲートG2を、同じシリコン基板1上に形成する例を説明した。上記の効果は、不揮発性メモリNVMを持たない半導体装置の製造方法に適用しても効果的である。ただし、サリサイドブロック膜SABをより効率的に形成するという観点からは、上記図2のような不揮発性メモリNVMを有する半導体装置の製造方法に適用して、より効果的である。その理由は、以下の通りである。上記図2を用いて説明したように、不揮発性メモリNVMのメモリ用ゲートG2は、特に保護窒化膜t2を有するサリサイドブロック膜SABで覆われた構造とすることがより好適である。即ち、このような不揮発性メモリNVMを有する半導体装置には、保護窒化膜t2を備えたサリサイドブロック膜SABを形成する工程が含まれている。従って、本実施の形態1の製造工程においても、このようなサリサイドブロック膜SABを最も標高の高いゲート(高耐圧)の上面にも残すようにパターニングすれば、上記の効果を発現し得るようなCMPの停止層として適用できる。即ち、新たに工程を追加することなく、本実施の形態1の製造方法を実施できる。これにより、半導体装置の製造方法の工程数を削減できる。
In the semiconductor device manufacturing method of the first embodiment, the example in which the memory gate G2 constituting the nonvolatile memory NVM as described in FIG. 2 is formed on the
また、本実施の形態1の半導体装置の製造方法では、サリサイドブロック膜SABの上層であり、層間絶縁膜ILの下層である位置に、エッチングストップ膜SACを形成している。上述のように、エッチングストップ膜SACはコンタクトホールCHの形成のために適用した膜であり、上記の層間絶縁膜ILのCMPにおける効果を得るためには必須ではない。ただし、サリサイドブロック膜SABを構成する保護窒化膜t2としての窒化シリコン膜を、見かけ上さらに厚くできるという観点から、エッチングストップ膜SACを形成することは、より好ましい。より具体的には以下の通りである。上記の効果は、層間絶縁膜ILをCMPにより研磨する工程において、サリサイドブロック膜SABを用いてその研磨を停止させることで発現する。そこで、そのサリサイドブロック膜SABとエッチングストップ膜SACとを合わせて配置することで、見かけ上、窒化シリコン膜が更に厚くなり、CMPの停止層としてより効果的である。結果として、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性をより向上させることができる。 In the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment, the etching stop film SAC is formed at a position above the salicide block film SAB and below the interlayer insulating film IL. As described above, the etching stop film SAC is a film applied for forming the contact hole CH, and is not essential for obtaining the effect of the interlayer insulating film IL in CMP. However, it is more preferable to form the etching stop film SAC from the viewpoint that the silicon nitride film as the protective nitride film t2 constituting the salicide block film SAB can be made apparently thicker. More specifically, it is as follows. The above effect is manifested by stopping the polishing using the salicide block film SAB in the step of polishing the interlayer insulating film IL by CMP. Therefore, by arranging the salicide block film SAB and the etching stop film SAC together, the silicon nitride film is apparently thicker and more effective as a CMP stop layer. As a result, the reliability of the semiconductor device formed through the step of surface polishing the interlayer insulating film can be further improved.
なお、高耐圧ゲートG1上にはサリサイドブロック膜SABを形成せず、エッチングストップ膜SACをCMP停止層として用いる構成も考え得る。以下の観点から、本実施の形態1のように、サリサイドブロック膜SABをCMP停止層として用いるのが望ましい。第1に、エッチングストップ膜SACは、上記図13を用いて説明したように、コンタクトホールCHを形成する際のエッチングストッパとして用い、その工程から要求される膜厚を有するように形成される。従って、エッチングストップ膜SACを層間絶縁膜ILの研磨の際にCMP停止層として適用し、目減りしてしまうのは好ましくない。第2に、高耐圧ゲートG1の上面にサリサイドブロック膜SABを形成しない場合、高耐圧ゲートG1上にはエッチングストップ膜SACが直接形成されることになる。このようなエッチングストップ膜SACをCMP停止層として適用した場合、層間絶縁膜ILの研磨が高耐圧ゲートG1にまで及ぶリスクが高くなる。従って、エッチングストップ膜SACを単体でCMP停止層として用いるのではなく、本実施の形態1の半導体装置の製造方法のように、サリサイドブロック膜SAB、または、サリサイドブロック膜SABとエッチングストップ膜SACとの積層膜をCMP停止層として用いる方が、より効果的である。 It is also possible to consider a configuration in which the salicide block film SAB is not formed on the high breakdown voltage gate G1, and the etching stop film SAC is used as the CMP stop layer. From the following viewpoints, it is desirable to use the salicide block film SAB as the CMP stop layer as in the first embodiment. First, as described with reference to FIG. 13, the etching stop film SAC is used as an etching stopper when forming the contact hole CH, and is formed to have a film thickness required from the process. Therefore, it is not preferable to apply the etching stop film SAC as a CMP stop layer when polishing the interlayer insulating film IL and reduce the thickness. Second, when the salicide block film SAB is not formed on the upper surface of the high breakdown voltage gate G1, the etching stop film SAC is directly formed on the high breakdown voltage gate G1. When such an etching stop film SAC is applied as a CMP stop layer, there is a high risk that the polishing of the interlayer insulating film IL reaches the high breakdown voltage gate G1. Therefore, instead of using the etching stop film SAC alone as a CMP stop layer, the salicide block film SAB, or the salicide block film SAB and the etching stop film SAC, as in the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment, It is more effective to use the laminated film as a CMP stop layer.
また、本実施の形態1では、高さの異なる複数のMISトランジスタを有する半導体装置およびその製造方法を説明したが、高さが同程度であるMISトランジスタを有する半導体およびその製造方法に適用しても、同様に効果的である。ただし、例えば、上面にサリサイドブロック膜SABを形成しないゲートへのCMPによる削り込みの影響を考慮した場合、高さに差があり、最も高いゲートの上面にサリサイドブロック膜SABを形成し得る本実施の形態1のような半導体装置の製造方法に適用した方が、より効果的である。 In the first embodiment, the semiconductor device having a plurality of MIS transistors having different heights and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is applied to a semiconductor having a MIS transistor having the same height and a manufacturing method thereof. Is equally effective. However, for example, when the influence of the etching by CMP on the gate where the salicide block film SAB is not formed on the upper surface is taken into consideration, the height is different, and the salicide block film SAB can be formed on the upper surface of the highest gate. It is more effective to apply the semiconductor device manufacturing method as in the first embodiment.
また、本実施の形態1の製造方法では、上記図12の工程で説明したように、金属配線mwと各ゲートとの耐圧を向上させるために、層間絶縁膜ILを積み増す(第2層間絶縁膜ILb)。一方、以下のような他の工程によっても、耐圧を確保することができる。 Further, in the manufacturing method of the first embodiment, as described in the process of FIG. 12, the interlayer insulating film IL is increased in order to improve the breakdown voltage between the metal wiring mw and each gate (second interlayer insulation). Membrane ILb). On the other hand, the breakdown voltage can be ensured also by other processes as described below.
図14は、上記図7に続く工程であり、上記図8の工程と同様にしてサリサイドブロック膜SABを形成する工程を示している。ここでは特に、サリサイドブロック膜SABを構成する下層の保護酸化膜t1を80〜120nm程度、上層の保護窒化膜t2を20〜30nm程度の膜厚となるように厚く形成する。 FIG. 14 is a step subsequent to FIG. 7 and shows a step of forming the salicide block film SAB in the same manner as the step of FIG. Here, in particular, the lower protective oxide film t1 constituting the salicide block film SAB is formed to a thickness of about 80 to 120 nm, and the upper protective nitride film t2 is formed to a thickness of about 20 to 30 nm.
続いて、上記図9〜上記図11で説明した工程と同様の工程により、エッチングストップ膜SACおよび層間絶縁膜ILを形成し、CMP法により層間絶縁膜ILを研磨する。このとき、CMPによる層間絶縁膜ILの研磨は、サリサイドブロック膜SABを停止層として、サリサイドブロック膜SABに達したところで止める。 Subsequently, an etching stop film SAC and an interlayer insulating film IL are formed by a process similar to that described with reference to FIGS. 9 to 11, and the interlayer insulating film IL is polished by a CMP method. At this time, polishing of the interlayer insulating film IL by CMP is stopped when the salicide block film SAB is reached using the salicide block film SAB as a stop layer.
次に、図15に示すように、上記図13で示した方法と同様にして、コンタクトプラグcpおよび金属配線mwを形成する。ここでは、上記図12で説明したような層間絶縁膜ILの積み増しは行わない。即ち、この製法によれば、金属配線mwの下面と高耐圧ゲートG1上のサリサイドブロック膜SABの上面とは、同じ高さに配置される。この方法では、層間絶縁膜ILを積み増さなくても、サリサイドブロック膜SABを十分厚く形成しているため、金属配線mwと各ゲートとの間の耐圧は確保できる。このように、層間絶縁膜ILを積み増さないことで、工程数をより削減できる。また、CMP工程を終えたままの層間絶縁膜ILにコンタクトプラグcpおよび金属配線mwを形成することから、より平坦な状態で加工を施すことができる。また、コンタクトホールCHを形成する層間絶縁膜ILはより薄くなるから、コンタクトホールCHのアスペクト比がより小さくなり、加工精度をより向上させることができる。結果として、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性をより向上させることができる。 Next, as shown in FIG. 15, the contact plug cp and the metal wiring mw are formed in the same manner as the method shown in FIG. Here, the interlayer insulating film IL is not added as described with reference to FIG. That is, according to this manufacturing method, the lower surface of the metal wiring mw and the upper surface of the salicide block film SAB on the high breakdown voltage gate G1 are arranged at the same height. In this method, the salicide block film SAB is formed sufficiently thick without increasing the interlayer insulating film IL, so that the breakdown voltage between the metal wiring mw and each gate can be ensured. Thus, the number of processes can be further reduced by not increasing the interlayer insulating film IL. Further, since the contact plug cp and the metal wiring mw are formed in the interlayer insulating film IL that has been subjected to the CMP process, the processing can be performed in a flatter state. Further, since the interlayer insulating film IL for forming the contact hole CH becomes thinner, the aspect ratio of the contact hole CH becomes smaller, and the processing accuracy can be further improved. As a result, the reliability of the semiconductor device formed through the step of surface polishing the interlayer insulating film can be further improved.
一方、金属配線mwと各ゲートとの間の耐圧確保が重要な半導体素子である場合などには、上述のように、層間絶縁膜ILを積み増す方法とした方が好適である。その場合にも、サリサイドブロック膜SABを厚く形成することは、より強固なCMP停止層として機能させることができ、より効果的である。 On the other hand, when the breakdown voltage between the metal wiring mw and each gate is an important semiconductor element, the method of increasing the interlayer insulating film IL as described above is preferable. Also in that case, forming the salicide block film SAB thickly can function as a stronger CMP stop layer and is more effective.
また、上述のように、本実施の形態1のサリサイドブロック膜SABは、金属シリサイド層scを形成させない領域に形成する膜であり、その厚さが他の工程に及ぼす影響は小さい。従って、サリサイドブロック膜SABの設定膜厚の自由度は、例えばコンタクトホールCHのエッチングストッパとして用いるエッチングストップ膜SACなどと比較して高い。この観点からも、エッチングストップ膜SACを単体でCMP停止層として用いるのではなく、本実施の形態1の半導体装置の製造方法のように、サリサイドブロック膜SAB、または、サリサイドブロック膜SABとエッチングストップ膜SACとの積層膜をCMP停止層として用いる方が、より効果的である。 Further, as described above, the salicide block film SAB of the first embodiment is a film formed in a region where the metal silicide layer sc is not formed, and the influence of the thickness on other processes is small. Therefore, the degree of freedom of the set film thickness of the salicide block film SAB is higher than, for example, an etching stop film SAC used as an etching stopper for the contact hole CH. Also from this point of view, the etching stop film SAC is not used alone as a CMP stop layer, but the salicide block film SAB or the salicide block film SAB and the etching stop as in the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. It is more effective to use a laminated film with the film SAC as a CMP stop layer.
(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体装置の構造を、図16を用いて説明する。図16は、上記実施の形態1において上記図1〜図3を用いて説明した構成と同様の構成を有する高耐圧MISトランジスタQh、および、高速MISトランジスタQwを有する本実施の形態2の半導体装置の要部断面図を示している。これらの構成は、上記実施の形態1で説明した効果と同様の効果を発現し得る。本実施の形態2の半導体装置は、更に、同一シリコン基板1上にダミーゲートGdを有している。高耐圧MISトランジスタQhや高速MISトランジスタQwはシリコン基板1の主回路領域(第1領域)Raに形成され、ダミーゲートGdはシリコン基板1の周辺領域(第2領域)Rpに形成されている。ここで、周辺領域Rpは、主回路領域Raと同一のシリコン基板1上にあり、半導体装置を構成する半導体素子を形成しない余剰の領域である。
(Embodiment 2)
The structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows a semiconductor device according to the second embodiment having a high breakdown voltage MIS transistor Qh and a high-speed MIS transistor Qw having the same configuration as that described with reference to FIGS. 1 to 3 in the first embodiment. The principal part sectional drawing of is shown. These configurations can exhibit the same effects as those described in the first embodiment. The semiconductor device of the second embodiment further has a dummy gate Gd on the
ここで、ダミーゲートGdは以下の構成を有している。周辺領域RpのダミーゲートGdの高さは、主回路領域Raの高耐圧ゲートG1の高さと同じである。また、ダミーゲートGdはシリコン基板1の主面s1上に順に形成されたダミーゲート絶縁膜IGdとダミーゲート電極EGdとを有している。ダミーゲート絶縁膜IGdは、高耐圧ゲート絶縁膜IG1と同じ厚さである。また、ダミーゲートGdの上面も、高耐圧ゲートG1と同様、サリサイドブロック膜SABで覆われている。その他、サイドウォールスペーサ6およびエッチングストップ膜SACに関しても、高耐圧MISトランジスタQhと同様の構成となっている。また、本図16では、ダミーゲートGd下部のシリコン基板1には、特定の構成が配置されていないような構造を示している。ここには、高耐圧MISトランジスタQhと同様のpウェルpw1、分離部2、ソース/ドレイン領域sd1、高濃度n型領域5、または、金属シリサイド層scなどが配置されていても良い。
Here, the dummy gate Gd has the following configuration. The height of the dummy gate Gd in the peripheral region Rp is the same as the height of the high voltage gate G1 in the main circuit region Ra. The dummy gate Gd has a dummy gate insulating film IGd and a dummy gate electrode EGd formed in order on the main surface s1 of the
上記のようなダミーゲートGdを配置することは、製法上において効果的である。以下では、ダミーゲートGdを形成する工程を含む本実施の形態2の半導体装置の製造方法を、図17〜図20を用いて説明する。
Arranging the dummy gate Gd as described above is effective in terms of the manufacturing method. Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this
まず、図17に示すように、上記図4〜上記図7と同様の工程によって、主回路領域Raに高耐圧MISトランジスタQhおよび高速MISトランジスタQwを形成する。更に、周辺領域RpにダミーゲートGdを形成する。ここで、ダミーゲートGdは、高耐圧MISトランジスタQhの高耐圧ゲートG1を形成する工程と同様にして形成する。従って、高耐圧ゲートG1とダミーゲートGdとは同じ高さになる。なお、上述のように、高速MISトランジスタQwの高速ゲートG4は、高耐圧ゲートG1およびダミーゲートGdよりも低い。 First, as shown in FIG. 17, the high breakdown voltage MIS transistor Qh and the high-speed MIS transistor Qw are formed in the main circuit region Ra by the same process as in FIGS. Further, a dummy gate Gd is formed in the peripheral region Rp. Here, the dummy gate Gd is formed in the same manner as the step of forming the high breakdown voltage gate G1 of the high breakdown voltage MIS transistor Qh. Therefore, the high breakdown voltage gate G1 and the dummy gate Gd have the same height. As described above, the high speed gate G4 of the high speed MIS transistor Qw is lower than the high breakdown voltage gate G1 and the dummy gate Gd.
次に、図18に示すように、上記図8で説明した工程と同様にして、保護酸化膜t1および保護窒化膜t2からなるサリサイドブロック膜SABを形成する。ここでは、高耐圧ゲートG1の上面に加え、ダミーゲートGdの上面にもサリサイドブロック膜SABが残るようにパターニングする。 Next, as shown in FIG. 18, a salicide block film SAB composed of the protective oxide film t1 and the protective nitride film t2 is formed in the same manner as the process described in FIG. Here, patterning is performed so that the salicide block film SAB remains on the upper surface of the dummy gate Gd in addition to the upper surface of the high breakdown voltage gate G1.
次に、図19に示すように、上記図9および上記図10で説明した工程と同様にして、金属シリサイド層sc、エッチングストップ膜SAC、および、層間絶縁膜ILを形成する。ここでは、主回路領域Raの構成だけでなく、周辺領域RpのダミーゲートGdを覆うように、層間絶縁膜ILを形成する。 Next, as shown in FIG. 19, a metal silicide layer sc, an etching stop film SAC, and an interlayer insulating film IL are formed in the same manner as the steps described in FIG. 9 and FIG. Here, not only the configuration of the main circuit region Ra but also the interlayer insulating film IL is formed so as to cover the dummy gate Gd in the peripheral region Rp.
次に、図20に示すように、上記図11で説明した工程と同様にして、CMP法によって層間絶縁膜ILを研磨する。特に、上記図11の方法と同様に、CMPによる層間絶縁膜ILの研磨は、高耐圧ゲートG1上のサリサイドブロック膜SABで停止させる。ここで、本実施の形態2の製造方法では、ダミーゲートGdを高耐圧ゲートG1と同程度の高さとなるように形成している。従って、CMPによる層間絶縁膜ILの研磨が高耐圧ゲートG1上のサリサイドブロック膜SABに達したとき、ダミーゲートGd上のサリサイドブロック膜SABにも達していることになる。このように、本実施の形態2の半導体装置の製造方法によれば、高耐圧ゲートG1とダミーゲートGdとの2つのゲート上のサリサイドブロック膜SABによって、CMPを停止させることができる。言い換えれば、シリコン基板1上において、高いゲートの高耐圧ゲートG1と同様の高さのゲートの占有率を増加させることができる。これにより、エロージョンを軽減することができ、より膜厚のばらつきが少なくなるように層間絶縁膜ILを研磨できる。結果として、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 20, the interlayer insulating film IL is polished by the CMP method in the same manner as the process described in FIG. In particular, as in the method of FIG. 11, the polishing of the interlayer insulating film IL by CMP is stopped at the salicide block film SAB on the high breakdown voltage gate G1. Here, in the manufacturing method of the second embodiment, the dummy gate Gd is formed so as to have the same height as the high-breakdown-voltage gate G1. Accordingly, when the polishing of the interlayer insulating film IL by CMP reaches the salicide block film SAB on the high breakdown voltage gate G1, it also reaches the salicide block film SAB on the dummy gate Gd. As described above, according to the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment, the CMP can be stopped by the salicide block film SAB on the two gates of the high breakdown voltage gate G1 and the dummy gate Gd. In other words, the occupancy ratio of the gate having the same height as the high-breakdown-voltage gate G1 of the high gate can be increased on the
続く工程では、上記図12および上記図13で説明した工程と同様にして、層間絶縁膜ILの積み増し、コンタクトホールCHの加工、コンタクトプラグcpの形成、および、金属配線mwの形成を行う。以上の工程を経て、上記図16に示した本実施の形態2の半導体装置を形成できる。なお、上記図14および上記図15を用いて説明したように、サリサイドブロック膜SABを厚く形成し、層間絶縁膜ILを積み増さずに配線構造を形成しても同様の効果が得られる。 In the subsequent process, the interlayer insulating film IL is increased, the contact hole CH is processed, the contact plug cp is formed, and the metal wiring mw is formed in the same manner as the process described with reference to FIGS. Through the above steps, the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 16 can be formed. As described with reference to FIG. 14 and FIG. 15, the same effect can be obtained by forming the salicide block film SAB thick and forming the wiring structure without increasing the interlayer insulating film IL.
また、シリコン基板1面内において、半導体装置を構成する半導体素子を形成する主回路領域Ra以外の周辺領域Rpのうち、特に、以下のような場所にダミーゲートGdを配置することがより効果的である。
In addition, it is more effective to dispose dummy gates Gd in the following locations in the peripheral region Rp other than the main circuit region Ra that forms the semiconductor elements constituting the semiconductor device in the surface of the
図21は、本実施の形態2の半導体装置の一例として、LCDドライバDDのブロック図を示している。LCDドライバDDでは、処理回路7がほぼ中央に配置され、そこから比較的近い位置に主記憶装置となるSRAM(Static Random Access Memory)回路8が配置される。また、処理回路7やSRAM回路8の周囲には、ゲートドライバ、ソースドライバ、または、入出力回路などの制御回路9が配置されている。更に、処理回路7から遠い位置に補助記憶装置となる不揮発性メモリ回路10が配置されている。これらの各回路7〜10が配置される領域が、上記図16における主回路領域Raである。
FIG. 21 is a block diagram of an LCD driver DD as an example of the semiconductor device according to the second embodiment. In the LCD driver DD, the
SRAM回路8は、主に、上記図3の高速MIS領域Rwに形成された高速MISトランジスタQwなどによって構成される。また、制御回路9は、主に、上記図1または上記図3の高耐圧MIS領域Rhに形成された高耐圧MISトランジスタQhなどによって構成される。また、不揮発性メモリ回路10は、主に、上記図2または上記図3のメモリ領域Rnvmに形成された、メモリ部MISトランジスタQnvmを有する不揮発性メモリNVMなどによって構成される。このように、LCDドライバDDには、ゲートの低いトランジスタを備える回路(例えば、高速MISトランジスタQwを備えるSRAM回路8)の領域と、ゲートの高いトランジスタを備える回路(例えば、高耐圧MISトランジスタQhを備える制御回路9)の領域とが存在する。
The
そこで、本実施の形態2のLCDドライバDDでは、上記図16を用いて説明したダミーゲートGdを形成する周辺領域Rpを、平面的に見て、SRAM回路8の領域を制御回路9の領域とで挟み込むような位置に配置する。これにより、低いゲートの高速MISトランジスタQwが主体の領域を、高いゲートの高耐圧MISトランジスタQhとダミーゲートGdとが主体の領域によって、平面的に挟み込んだ構造となる。
Therefore, in the LCD driver DD of the second embodiment, the region of the
このような配置とすることで、上記図20のようにして層間絶縁膜ILを研磨する過程では、低いゲートの高速ゲートG4にとって、両脇に配置された高いゲートの高耐圧ゲートG1とダミーゲートGdとの上面で研磨が停止する。従って、CMPによる層間絶縁膜ILのエロージョン現象は軽減され、低いゲートの削りこみなどを、より起こし難くすることができる。結果として、層間絶縁膜を表面研磨する工程を経て形成される半導体装置の信頼性をより向上させることができる。 With such an arrangement, in the process of polishing the interlayer insulating film IL as shown in FIG. 20, the high-voltage high-voltage gate G1 and the dummy gate arranged on both sides for the high-speed gate G4 having a low gate are arranged. Polishing stops at the upper surface with Gd. Therefore, the erosion phenomenon of the interlayer insulating film IL due to CMP is reduced, and it is possible to make it difficult to cause low gate shaving or the like. As a result, the reliability of the semiconductor device formed through the step of surface polishing the interlayer insulating film can be further improved.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、例えば、パーソナルコンピュータやモバイル機器等において、情報処理を行なうために必要な半導体産業に適用することができる。 The present invention can be applied, for example, to the semiconductor industry necessary for performing information processing in personal computers, mobile devices, and the like.
1 シリコン基板(半導体基板)
2 分離部
3 活性領域
4 開口部
5 高濃度n型領域
6 サイドウォールスペーサ
7 処理回路
8 SRAM回路
9 制御回路
10 不揮発性メモリ回路
CA 容量部
CH コンタクトホール(接続孔)
CWE データ書き込み・消去用の容量部
cp コンタクトプラグ
DD LCDドライバ
EG ゲート導体膜
EG1 高耐圧ゲート電極(ゲート電極)
EG2 メモリ用ゲート電極(ゲート電極)
EG3 中耐圧ゲート電極(ゲート電極)
EG4 高速ゲート電極(ゲート電極)
EGd ダミーゲート電極
ex1,ex2,ex3 エクステンション領域
G1 高耐圧ゲート(第1ゲート)
G2 メモリ用ゲート(第2ゲート)
G3 中耐圧ゲート(第2ゲート)
G4 高速ゲート(第2ゲート)
Gd ダミーゲート
IG ゲート絶縁膜
IG1 高耐圧ゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)
IG2 メモリ用ゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)
IG3 中耐圧ゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)
IG4 高速ゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)
IGd ダミーゲート絶縁膜
IL 層間絶縁膜
ILa 第1層間絶縁膜
ILb 第2層間絶縁膜
mw 金属配線
NVM 不揮発性メモリセル
pw1,pw2,pw3,pw4 pウェル
Qh 高耐圧MISトランジスタ
Qm 中耐圧MISトランジスタ
Qnvm メモリ部MISトランジスタ
QR 読み出しトランジスタ
QS 選択トランジスタ
Qw 高速MISトランジスタ
Ra 主回路領域(第1領域)
Rh 高耐圧MIS領域
Rm 中耐圧MIS領域
Rnvm メモリ領域
Rp 周辺領域(第2領域)
Rw 高速MIS領域
SAB サリサイドブロック膜(保護絶縁膜)
SAC エッチングストップ膜(接続孔加工用窒化膜)
sc 金属シリサイド層
sd1,sd2,sd3,sd4 ソース/ドレイン領域
t1 保護酸化膜
t2 保護窒化膜
1 Silicon substrate (semiconductor substrate)
2
CWE Data writing / erasing capacitor cp Contact plug DD LCD driver EG Gate conductor film EG1 High voltage gate electrode (gate electrode)
EG2 Memory gate electrode (gate electrode)
EG3 Medium voltage gate electrode (gate electrode)
EG4 High-speed gate electrode (gate electrode)
EGd dummy gate electrode ex1, ex2, ex3 extension region G1 high voltage gate (first gate)
G2 Memory gate (second gate)
G3 Medium voltage gate (second gate)
G4 High-speed gate (second gate)
Gd dummy gate IG gate insulating film IG1 high voltage gate insulating film (first gate insulating film)
IG2 Memory gate insulating film (second gate insulating film)
IG3 Medium voltage gate insulating film (second gate insulating film)
IG4 High-speed gate insulating film (second gate insulating film)
IGd dummy gate insulating film IL interlayer insulating film ILa first interlayer insulating film ILb second interlayer insulating film mw metal wiring NVM nonvolatile memory cell pw1, pw2, pw3, pw4 p well Qh high voltage MIS transistor Qm medium voltage MIS transistor Qnvm memory Part MIS transistor QR readout transistor QS selection transistor Qw high-speed MIS transistor Ra main circuit region (first region)
Rh High voltage MIS region Rm Medium voltage MIS region Rnvm Memory region Rp Peripheral region (second region)
Rw High-speed MIS region SAB Salicide block film (protective insulating film)
SAC etching stop film (nitride film for connection hole processing)
sc metal silicide layer sd1, sd2, sd3, sd4 source / drain region t1 protective oxide film t2 protective nitride film
Claims (19)
(b)前記半導体基板の主面上に保護絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記半導体基板の主面上において、前記保護絶縁膜を覆うようにして、層間絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記層間絶縁膜をCMPにより研磨する工程とを有し、
前記(b)工程では、
前記保護絶縁膜として、下層から順に保護酸化膜と保護窒化膜とを形成し、
前記保護酸化膜としては酸化シリコンを主体とする絶縁膜、前記保護窒化膜としては窒化シリコンを主体とする絶縁膜とを形成し、
前記(d)工程では、前記ゲート上面の前記保護絶縁膜に達するまで、前記層間絶縁膜を研磨することを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a gate by sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the main surface in the first region of the semiconductor substrate;
(B) forming a protective insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
(C) forming an interlayer insulating film on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the protective insulating film;
(D) polishing the interlayer insulating film by CMP,
In the step (b),
As the protective insulating film, a protective oxide film and a protective nitride film are formed in order from the lower layer,
An insulating film mainly composed of silicon oxide as the protective oxide film, and an insulating film mainly composed of silicon nitride as the protective nitride film;
In the step (d), the interlayer insulating film is polished until the protective insulating film on the upper surface of the gate is reached.
(e)前記半導体基板上の第2領域における主面上にダミーゲートを形成する工程を有し、
前記(e)工程では、前記(a)工程で前記ゲートを形成する工程と同一の工程によって、前記ゲートと同じ高さになるように前記ダミーゲートを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
(E) forming a dummy gate on the main surface in the second region on the semiconductor substrate;
In the step (e), the dummy gate is formed to have the same height as the gate by the same step as the step of forming the gate in the step (a). Method.
(f)前記(b)工程後、前記(c)工程前に、前記保護絶縁膜の一部を除去する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記(c)工程前に、前記保護絶縁膜で覆われていない部分の前記ゲートの上面および前記半導体基板の主面に、金属シリサイド層を自己整合的に形成する工程とを有し、
前記(f)工程では、前記(g)工程で前記金属シリサイド層を形成する領域の前記保護絶縁膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising:
(F) removing the part of the protective insulating film after the step (b) and before the step (c);
(G) After the step (f) and before the step (c), a metal silicide layer is self-aligned on the upper surface of the gate and the main surface of the semiconductor substrate in a portion not covered with the protective insulating film. And forming a process,
In the step (f), the protective insulating film in the region where the metal silicide layer is formed in the step (g) is removed.
前記(a)工程では、
前記ゲートとして、互いに高さの異なる第1ゲートと第2ゲートとを形成し、
前記第1ゲートの前記半導体基板の主面からの高さは、前記第2ゲートよりも高くなるようにして形成し、
前記(e)工程では、前記(a)工程で前記第1ゲートを形成する工程と同一の工程によって、前記第1ゲートと同じ高さになるように前記ダミーゲートを形成し、
前記(f)工程では、前記第1ゲート上および前記ダミーゲート上の一部には前記保護絶縁膜が残るように、前記保護絶縁膜の一部を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the step (a),
Forming a first gate and a second gate having different heights as the gate;
A height of the first gate from the main surface of the semiconductor substrate is higher than that of the second gate;
In the step (e), the dummy gate is formed to have the same height as the first gate by the same step as the step of forming the first gate in the step (a).
In the step (f), a part of the protective insulating film is removed so that the protective insulating film remains on the first gate and a part on the dummy gate. Method.
前記(a)工程では、
前記第1ゲートの前記ゲート絶縁膜である第1ゲート絶縁膜と、前記第2ゲートの前記ゲート絶縁膜である第2ゲート絶縁膜とを異なる膜厚で形成することで、互いに高さの異なる前記第1ゲートと前記第2ゲートとを形成し、
前記第1ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜よりも厚くなるようにして形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
In the step (a),
By forming the first gate insulating film, which is the gate insulating film of the first gate, and the second gate insulating film, which is the gate insulating film of the second gate, with different film thicknesses, the heights are different from each other. Forming the first gate and the second gate;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first gate insulating film is formed to be thicker than the second gate insulating film.
前記(a)工程では、不揮発性メモリを構成するメモリ用第2ゲートを有するようにして、前記第2ゲートを形成し、
前記(f)工程では、前記メモリ用第2ゲートをも覆うように前記保護絶縁膜が残るようにして、前記保護絶縁膜の一部を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step (a), the second gate is formed so as to have the second gate for memory constituting the nonvolatile memory,
In the step (f), a part of the protective insulating film is removed so that the protective insulating film remains so as to cover the second gate for memory.
(h)前記(g)工程後、前記(c)工程前に、前記半導体基板の主面を覆うようにして、接続孔加工用窒化膜を形成し、
(i)前記(d)工程後、前記層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板の主面または前記ゲートに達するようなコンタクトプラグと、前記層間絶縁膜の上面に配置し、前記コンタクトプラグと電気的に接続するような金属配線とを形成する工程とを有し、
前記(h)工程では、前記接続孔加工用窒化膜として、窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成し、
前記(i)工程では、前記接続孔加工用窒化膜をエッチング停止層として、前記コンタクトプラグを形成するための接続孔を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising:
(H) After the step (g) and before the step (c), a nitride film for processing connection holes is formed so as to cover the main surface of the semiconductor substrate,
(I) After the step (d), a contact plug that penetrates the interlayer insulating film and reaches the main surface or the gate of the semiconductor substrate, and an upper surface of the interlayer insulating film, And a step of forming a metal wiring so as to be connected electrically,
In the step (h), an insulating film mainly composed of silicon nitride is formed as the connection hole processing nitride film,
In the step (i), a connection hole for forming the contact plug is formed using the connection hole processing nitride film as an etching stop layer.
前記半導体基板の主面を平面的に見て、前記ダミーゲートは、前記第1ゲートとともに、前記第2ゲートを挟み込むような位置に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the dummy gate is formed at a position sandwiching the second gate together with the first gate when the main surface of the semiconductor substrate is viewed in plan.
(j)前記(d)工程後、前記(i)工程前に、前記層間絶縁膜上に、更に前記層間絶縁膜を積み増す工程を有する半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising:
(J) A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of further stacking the interlayer insulating film on the interlayer insulating film after the step (d) and before the step (i).
前記(b)工程では、
前記保護酸化膜の厚さは80〜120nmとなるように形成し、
前記保護窒化膜の厚さは20〜30nmとなるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
In the step (b),
The protective oxide film is formed to have a thickness of 80 to 120 nm,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the protective nitride film is formed to have a thickness of 20 to 30 nm.
(b)前記半導体基板の第2領域における主面上に形成された、ダミーゲートと、
(c)前記半導体基板の主面上に形成された保護絶縁膜と、
(d)前記半導体基板の主面上において、前記保護絶縁膜を覆うようにして形成された、層間絶縁膜とを有し、
前記保護絶縁膜は、下層から順に保護酸化膜と保護窒化膜とを有し、
前記保護酸化膜は酸化シリコンを主体とする絶縁膜、前記保護窒化膜は窒化シリコンを主体とする絶縁膜からなり、
前記保護絶縁膜は、前記ゲート上およびダミーゲート上の一部を覆うようにして形成され、
前記第1領域の前記ゲートと前記第2領域の前記ダミーゲートとは同じ高さであることを特徴とする半導体装置。 (A) a gate formed of a gate insulating film and a gate electrode, which is sequentially formed on the main surface in the first region of the semiconductor substrate;
(B) a dummy gate formed on the main surface in the second region of the semiconductor substrate;
(C) a protective insulating film formed on the main surface of the semiconductor substrate;
(D) having an interlayer insulating film formed on the main surface of the semiconductor substrate so as to cover the protective insulating film;
The protective insulating film has a protective oxide film and a protective nitride film in order from the lower layer,
The protective oxide film is an insulating film mainly composed of silicon oxide, and the protective nitride film is an insulating film mainly composed of silicon nitride,
The protective insulating film is formed so as to cover a part on the gate and the dummy gate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate in the first region and the dummy gate in the second region have the same height.
(e)前記ゲートの上面の一部または前記半導体基板の主面の一部に形成された、金属シリサイド層を有し、
前記保護絶縁膜は、前記ゲートまたは前記半導体基板の一部を覆わないようにして形成されており、
前記金属シリサイド層は、前記ゲートの上面および前記半導体基板の主面のうち、前記保護絶縁膜に覆われていない部分に形成されていることを特徴とする半導体装置。 12. The semiconductor device according to claim 11, further comprising:
(E) having a metal silicide layer formed on a part of the upper surface of the gate or a part of the main surface of the semiconductor substrate;
The protective insulating film is formed so as not to cover a part of the gate or the semiconductor substrate,
The semiconductor device, wherein the metal silicide layer is formed on a portion of the upper surface of the gate and the main surface of the semiconductor substrate that is not covered with the protective insulating film.
前記第1領域の前記ゲートは、互いに高さの異なる第1ゲートと第2ゲートとを有し、
前記第1ゲートの前記半導体基板の主面からの高さは、前記第2ゲートよりも高く、
前記第2領域の前記ダミーゲートは、前記第1ゲートと同じ高さであり、
前記保護絶縁膜は、少なくとも、前記第1ゲート上および前記ダミーゲート上の一部を覆っていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 12, wherein
The gate of the first region has a first gate and a second gate having different heights,
The height of the first gate from the main surface of the semiconductor substrate is higher than that of the second gate,
The dummy gate of the second region is the same height as the first gate;
The semiconductor device, wherein the protective insulating film covers at least a part on the first gate and the dummy gate.
前記第1ゲートの前記ゲート絶縁膜である第1ゲート絶縁膜と、前記第2ゲートの前記ゲート絶縁膜である第2ゲート絶縁膜とは、互いに異なる膜厚を有することで、前記第1ゲートと前記第2ゲートとは互いに高さが異なっており、
前記第1ゲート絶縁膜は前記第2ゲート絶縁膜よりも厚いことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 13.
The first gate insulating film, which is the gate insulating film of the first gate, and the second gate insulating film, which is the gate insulating film of the second gate, have different thicknesses, so that the first gate And the second gate have different heights,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate insulating film is thicker than the second gate insulating film.
前記第2ゲートは、不揮発性メモリの一部を構成するメモリ用第2ゲートを有し、
前記保護絶縁膜は、前記メモリ用第2ゲートを覆うようにして形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 14.
The second gate has a second gate for memory that constitutes a part of the nonvolatile memory,
The semiconductor device, wherein the protective insulating film is formed so as to cover the second gate for memory.
(f)前記半導体基板の主面を覆うようにして、かつ、前記層間絶縁膜よりも下の層に形成された接続孔加工用窒化膜と、
(g)前記層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板の主面または前記ゲートに達するようなコンタクトプラグと、前記層間絶縁膜の上面に配置され、前記コンタクトプラグと電気的に接続するような金属配線とを有し、
前記接続孔加工用窒化膜は、前記半導体基板の主面に前記保護絶縁膜が形成されている箇所では、前記保護絶縁膜よりも上に形成され、
前記接続孔加工用窒化膜は、窒化シリコンを主体とする絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。 16. The semiconductor device according to claim 15, further comprising:
(F) a connection hole processing nitride film formed to cover the main surface of the semiconductor substrate and in a layer below the interlayer insulating film;
(G) a contact plug that penetrates the interlayer insulating film and reaches the main surface or the gate of the semiconductor substrate; and a metal that is disposed on the upper surface of the interlayer insulating film and is electrically connected to the contact plug Wiring and
The connection hole processing nitride film is formed above the protective insulating film at a location where the protective insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate,
The connection hole processing nitride film is an insulating film mainly composed of silicon nitride.
前記半導体基板の主面を平面的に見て、前記ダミーゲートは、前記第1ゲートとともに、前記第2ゲートを挟み込むような位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16.
The semiconductor device is characterized in that the dummy gate is disposed at a position sandwiching the second gate together with the first gate when the main surface of the semiconductor substrate is viewed in plan.
前記金属配線の下面と前記第1ゲートの上面とは、前記保護絶縁膜の膜厚よりも大きい距離だけ、前記層間絶縁膜によって隔離されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 17.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower surface of the metal wiring and the upper surface of the first gate are separated by the interlayer insulating film by a distance larger than the film thickness of the protective insulating film.
前記金属配線の下面と前記保護絶縁膜の上面とは同じ高さに位置し、
前記保護絶縁膜のうち、
前記保護酸化膜の厚さは80〜120nmであり、
前記保護窒化膜の厚さは20〜30nmであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 18.
The lower surface of the metal wiring and the upper surface of the protective insulating film are located at the same height,
Of the protective insulating film,
The protective oxide film has a thickness of 80 to 120 nm,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective nitride film has a thickness of 20 to 30 nm.
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