JP2011210777A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Hiroshi Chagihara
啓 茶木原
Yasuyuki Ishii
泰之 石井
Sachiyuki Kawashima
祥之 川嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve performance of a semiconductor device having a non-volatile memory.SOLUTION: A memory cell of the non-volatile memory includes a control gate electrode CG formed on a p-type well PW via an insulating film 3, a memory gate electrode MG which is formed on the p-type well PW and is adjacent to the control gate electrode CG, and an insulating film 5 which is formed between the memory gate electrode MG and the p-type well PW and between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG and has a charge accumulating part inside. The memory gate electrode MG is formed of a laminated film including a non-doped silicon film 6a and a silicon film 6b to which impurity is introduced. Concentration of impurity of the silicon film 6b is increased. Thus, resistance of the memory gate electrode MG is lowered and operation speed of the non-volatile memory is increased. A data retention characteristic of the non-volatile memory can be improved by lowering the concentration of the impurity in the silicon film 6a.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、不揮発性メモリを有する半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a technology effective when applied to a semiconductor device having a nonvolatile memory and a method for manufacturing the same.

電気的に書込・消去が可能な不揮発性半導体記憶装置として、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)が広く使用されている。現在広く用いられているフラッシュメモリに代表されるこれらの記憶装置(メモリ)は、MISFETのゲート電極下に、酸化膜で囲まれた導電性の浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜を有しており、浮遊ゲートやトラップ性絶縁膜での電荷蓄積状態を記憶情報とし、それをトランジスタの閾値として読み出すものである。このトラップ性絶縁膜とは、電荷の蓄積可能な絶縁膜をいい、一例として、窒化シリコン膜などがあげられる。このような電荷蓄積領域への電荷の注入・放出によってMISFETのしきい値をシフトさせ記憶素子として動作させる。このフラッシュメモリとしては、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)膜を用いたスプリットゲート型セルがある。かかるメモリにおいては、電荷蓄積領域として窒化シリコン膜を用いることで、導電性の浮遊ゲート膜と比べ、離散的に電荷を蓄積するためにデータ保持の信頼性に優れ、また、データ保持の信頼性に優れているために窒化シリコン膜上下の酸化膜を薄膜化でき、書込み・消去動作の低電圧化が可能である、等の利点を有する。   EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) is widely used as a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased. These storage devices (memory) typified by currently used flash memory have a conductive floating gate electrode and a trapping insulating film surrounded by an oxide film under the gate electrode of the MISFET. The charge accumulation state in the floating gate and the trapping insulating film is stored information and is read as the threshold value of the transistor. This trapping insulating film refers to an insulating film capable of accumulating charges, and examples thereof include a silicon nitride film. The threshold value of the MISFET is shifted by such charge injection / release to / from the charge storage region to operate as a memory element. As this flash memory, there is a split gate type cell using a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) film. In such a memory, by using a silicon nitride film as a charge storage region, it is superior in data retention reliability because it accumulates charges discretely compared to a conductive floating gate film, and also in data retention reliability. Therefore, the oxide films above and below the silicon nitride film can be made thinner, and the voltage of the write / erase operation can be lowered.

特開2008−294088号公報(特許文献1)には、選択ゲート電極とメモリゲート電極との間のギャップ部側に多結晶シリコン膜からなる第1メモリゲート電極を設け、ソース領域側に第1メモリゲート電極を構成する多結晶シリコン膜よりも不純物濃度の高い多結晶シリコン膜からなる第2メモリゲート電極を設ける技術が記載されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 2008-294088 (Patent Document 1), a first memory gate electrode made of a polycrystalline silicon film is provided on the gap portion side between the selection gate electrode and the memory gate electrode, and the first region is provided on the source region side. A technique for providing a second memory gate electrode made of a polycrystalline silicon film having a higher impurity concentration than the polycrystalline silicon film constituting the memory gate electrode is described.

特開平9−97850号公報(特許文献2)には、フローティングゲートを形成するポリシリコン層が、ノンドープポリシリコン層/リンドープポリシリコン層/ノンドープポリシリコン層から形成される技術が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 9-97850 (Patent Document 2) describes a technique in which a polysilicon layer forming a floating gate is formed of a non-doped polysilicon layer / a phosphorus-doped polysilicon layer / a non-doped polysilicon layer. .

特開2006−19373号公報(特許文献3)には、MONOS型不揮発性メモリにおいて、メモリゲートはドープド多結晶シリコン膜からなり、アンドープドシリコン膜に不純物をイオン注入して形成した多結晶シリコン膜からなるコントロールゲートよりもシート抵抗を低くする技術が記載されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-19373 (Patent Document 3) discloses that in a MONOS nonvolatile memory, a memory gate is made of a doped polycrystalline silicon film, and a polycrystalline silicon film is formed by ion implantation of impurities into an undoped silicon film. A technique for lowering the sheet resistance than the control gate made of is described.

特開2004−186452号公報(特許文献4)には、MONOS型不揮発性メモリにおいて、選択ゲート電極を形成した後、n型の不純物をドーピングした多結晶シリコン膜を堆積し、その状態で半導体基板中にp型不純物をイオン注入し、その後に、さらにn型の不純物をドーピングした多結晶シリコン膜を堆積し、堆積したn型不純物2層を異方性エッチングすることで、メモリゲートを形成する技術が記載されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-186252 (Patent Document 4), in a MONOS nonvolatile memory, after forming a selection gate electrode, a polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity is deposited, and in this state, a semiconductor substrate is deposited. A p-type impurity is ion-implanted therein, and then a polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity is further deposited, and the two deposited n-type impurities are anisotropically etched to form a memory gate. The technology is described.

特開2008−294088号公報JP 2008-294088 A 特開平9−97850号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-97850 特開2006−19373号公報JP 2006-19373 A 特開2004−186452号公報JP 2004-186252 A

従来のスプリットゲート型の不揮発性メモリのメモリゲート電極は、例えば、不純物を導入して低抵抗率とされたドープトポリシリコン膜で形成されていた。近年、上記不揮発性メモリの動作速度を維持又は向上させ、不揮発性メモリのデータ保持特性を更に向上させることが望まれている。また、上記半導体装置の性能を向上させた上で、半導体装置の信頼性を向上させることが望まれている。   A memory gate electrode of a conventional split gate type nonvolatile memory is formed of, for example, a doped polysilicon film in which impurities are introduced to have a low resistivity. In recent years, it has been desired to maintain or improve the operation speed of the nonvolatile memory and further improve the data retention characteristics of the nonvolatile memory. In addition, it is desired to improve the reliability of the semiconductor device while improving the performance of the semiconductor device.

本発明の目的は、半導体装置の性能を向上できる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the performance of a semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、半導体装置の信頼性を向上できる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the reliability of a semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、半導体装置の性能を向上させ、かつ、半導体装置の信頼性を向上できる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the performance of a semiconductor device and improving the reliability of the semiconductor device.

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

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

代表的な実施の形態による半導体装置は、不揮発性メモリのメモリゲート電極を、第1シリコン膜とそれよりも不純物濃度が高い第2シリコン膜との積層膜により形成したものである。   In a semiconductor device according to a typical embodiment, a memory gate electrode of a nonvolatile memory is formed by a laminated film of a first silicon film and a second silicon film having a higher impurity concentration.

また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、不揮発性メモリのメモリゲート電極を、第1シリコン膜とそれよりも不純物濃度が高い第2シリコン膜との積層膜により形成するものである。   In addition, in the method of manufacturing a semiconductor device according to a typical embodiment, a memory gate electrode of a nonvolatile memory is formed by a laminated film of a first silicon film and a second silicon film having a higher impurity concentration. is there.

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

代表的な実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。   According to the representative embodiment, the performance of the semiconductor device can be improved.

また、本発明の他の効果として、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   Further, as another effect of the present invention, the reliability of the semiconductor device can be improved.

また、本発明の他の効果として、半導体装置の性能を向上させ、かつ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   As another effect of the present invention, the performance of the semiconductor device can be improved and the reliability of the semiconductor device can be improved.

本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図(メモリセル領域)である。1 is a fragmentary cross-sectional view (memory cell region) of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。1 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。It is principal part sectional drawing (capacitor formation area) of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1の一部を拡大した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded a part of FIG. メモリセルの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a memory cell. 「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。6 is a table showing an example of voltage application conditions to each part of a selected memory cell during “write”, “erase”, and “read”. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。It is a process flow figure showing a part of manufacturing process of a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。It is principal part sectional drawing (memory cell area | region) in the manufacturing process of the semiconductor device of one embodiment of this invention. 図8と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 8 during the manufacturing process; 図9と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 10 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 9 during the manufacturing process; 図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during the manufacturing step following that of FIG. 8; 図11と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 11 during the manufacturing process; 図11と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 12 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 11 during the manufacturing process; 図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 12 is an essential part cross sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 11; 図14と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 14 during the manufacturing process; 図14と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 15 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 14 during the manufacturing process; 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 14; 図17と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 18 is an essential part cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 17 during the manufacturing process; 図17と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 18 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 17 during the manufacturing process; 図17の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図19の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図17に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 17; 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 23 is an essential part cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 22 during the manufacturing process; 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 22 during the manufacturing process; 図22に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 22; 図25と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 25 during the manufacturing process; 図25と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 26 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 25 during the manufacturing process; 図25に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 26 is an essential part cross sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 25; 図28と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 29 is an essential part cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 28 during the manufacturing process; 図28と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 29 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 28 during the manufacturing process; 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 29 is an essential part cross sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 28; 図31と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 32 is an essential part cross sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 31 during the manufacturing step; 図31に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 32 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during the manufacturing step following FIG. 31 (memory cell region); 図33と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 34 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 33 during the manufacturing step; 図33と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 34 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 33 during the manufacturing process; 図33に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 34 is a main-portion cross-sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during the manufacturing process following FIG. 33; 図36と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 37 is a fragmentary cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 36 during the manufacturing process; 図36と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 37 is a fragmentary cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 36 during the manufacturing process; 図36に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 37 is a fragmentary cross-sectional view (memory cell region) of the semiconductor device during the manufacturing step following that of FIG. 36; 図39と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 40 is a main-portion cross-sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 39 during the manufacturing process; 図39と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 40 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 39 during the manufacturing process; 図39に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリセル領域)である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 39 (memory cell region); 図42と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。FIG. 44 is an essential part cross sectional view (memory gate shunt region) of the same semiconductor device as in FIG. 42 during the manufacturing process; 図42と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図(キャパシタ形成領域)である。FIG. 44 is an essential part cross-sectional view (capacitor formation region) of the same semiconductor device as in FIG. 42 during the manufacturing process; 第1の比較例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of a 1st comparative example. 第1の比較例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of a 1st comparative example. 第2の比較例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of the 2nd comparative example. 第2の比較例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of the 2nd comparative example. シリコン膜の導電型を示す表である。It is a table | surface which shows the conductivity type of a silicon film. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の要部断面図(メモリセル領域)である。It is principal part sectional drawing (memory cell area | region) of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。It is principal part sectional drawing (memory gate shunt area | region) of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の要部断面図(メモリゲートシャント領域)である。It is principal part sectional drawing (memory gate shunt area | region) of the semiconductor device which is other embodiment of this invention.

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。   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.

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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   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 embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
本発明は、不揮発性メモリ(不揮発性記憶素子、フラッシュメモリ、不揮発性半導体記憶装置)を備えた半導体装置であり、不揮発性メモリは、主として電荷蓄積部にトラップ性絶縁膜(電荷を蓄積可能な絶縁膜)を用いたものである。以下の実施の形態では、不揮発性メモリは、nチャネル型MISFET(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を基本としトラップ性絶縁膜を用いたメモリセルをもとに説明を行う。また、以下の実施の形態での極性(書込・消去・読出時の印加電圧の極性やキャリアの極性)は、nチャネル型MISFETを基本としたメモリセルの場合の動作を説明するためのものであり、pチャネル型MISFETを基本とする場合は、印加電位やキャリアの導電型等の全ての極性を反転させることで、原理的には同じ動作を得ることができる。
(Embodiment 1)
The present invention is a semiconductor device including a non-volatile memory (non-volatile memory element, flash memory, non-volatile semiconductor memory device), and the non-volatile memory mainly has a trapping insulating film (charge can be accumulated in a charge accumulation portion). Insulating film) is used. In the following embodiments, the nonvolatile memory will be described based on a memory cell using an n-channel MISFET (MISFET: Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) as a basis and using a trapping insulating film. The polarities (polarity of applied voltage and carrier polarity at the time of writing / erasing / reading) in the following embodiments are for explaining the operation in the case of a memory cell based on an n-channel MISFET. In the case of using a p-channel type MISFET as a basis, the same operation can be obtained in principle by inverting all the polarities such as applied potential and carrier conductivity type.

本実施の形態の半導体装置を図面を参照して説明する。   The semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図1〜図3は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、図1には、不揮発性メモリのメモリセル領域1Aの要部断面図が示され、図2には、メモリゲートシャント領域1Bの要部断面図が示され、図3には、キャパシタ形成領域1Cの要部断面図が示されている。図4は、本実施の形態の半導体装置におけるメモリセルMCの部分拡大断面図(要部断面図)であり、図1の一部(メモリセル領域1Aの一部)が拡大して示してある。なお、図4は、理解を簡単にするために、図1の構造のうち、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよび絶縁膜3,5と、それらの直下の基板領域(p型ウエルPWを構成する半導体基板1の一部)のみが図示されている。   1 to 3 are main part cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 1 shows a main part cross-sectional view of the memory cell region 1A of the nonvolatile memory, and FIG. A cross-sectional view of the main part of the gate shunt region 1B is shown, and a cross-sectional view of the main part of the capacitor forming region 1C is shown in FIG. FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view (partial cross-sectional view) of the memory cell MC in the semiconductor device of the present embodiment, and shows a part of FIG. 1 (a part of the memory cell region 1A) enlarged. . 4 shows the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG and the insulating films 3 and 5 and the substrate region (p-type well PW immediately below them) in the structure of FIG. Only a part of the semiconductor substrate 1 is shown.

本実施の形態の半導体装置は、不揮発性メモリを備えた半導体装置であり、図1〜図3には、不揮発性メモリのメモリセル領域1A、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cの要部断面図がそれぞれ示されている。メモリセル領域1Aは不揮発性メモリのメモリセルMCが形成された領域である。メモリゲートシャント領域1Bは、メモリゲート電極MGを配線M1に引き上げるために用いる領域、すなわち、プラグPGを介してメモリゲート電極MG(のコンタクト部MGa)を配線M1と接続した領域である。キャパシタ形成領域1Cは、PIP型の容量素子CPが形成された領域である。メモリセル領域1Aとメモリゲートシャント領域1Bとキャパシタ形成領域1Cとは、同一の半導体基板1の主面における互いに異なる領域に対応する。また、図1および図2は、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの延在方向(図1および図2の紙面に垂直な方向)に垂直な断面が示されており、図1に示された制御ゲート電極CGと図2に示された制御ゲート電極CGとは一体的に形成されており、また、図1に示されたメモリゲート電極MGと図2に示されたコンタクト部電極MGa(メモリゲート電極MGのコンタクト部MGa)とは一体的に形成されている。また、図1〜図3では、メモリセル領域1Aとメモリゲートシャント領域1Bとキャパシタ形成領域1Cとを互いに異なる断面図で示しているが、これらは同一の半導体基板1に形成されている。キャパシタ形成領域1Cに形成された容量素子CPは、周辺回路などで用いられる。ここで、周辺回路とは、例えばCPUなどのプロセッサ、制御回路、センスアンプ、カラムデコーダ、ロウデコーダ、入出力回路などである。   The semiconductor device of the present embodiment is a semiconductor device provided with a nonvolatile memory. FIGS. 1 to 3 show the main parts of the memory cell region 1A, the memory gate shunt region 1B, and the capacitor forming region 1C of the nonvolatile memory. Cross-sectional views are shown respectively. The memory cell region 1A is a region where a memory cell MC of a nonvolatile memory is formed. The memory gate shunt region 1B is a region used for pulling up the memory gate electrode MG to the wiring M1, that is, a region where the memory gate electrode MG (the contact portion MGa thereof) is connected to the wiring M1 through the plug PG. The capacitor forming region 1C is a region where a PIP type capacitive element CP is formed. Memory cell region 1 </ b> A, memory gate shunt region 1 </ b> B, and capacitor formation region 1 </ b> C correspond to different regions on the main surface of the same semiconductor substrate 1. 1 and 2 show a cross section perpendicular to the extending direction of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG (direction perpendicular to the paper surface of FIGS. 1 and 2), and is shown in FIG. The control gate electrode CG and the control gate electrode CG shown in FIG. 2 are integrally formed, and the memory gate electrode MG shown in FIG. 1 and the contact portion electrode MGa (shown in FIG. The contact portion MGa of the memory gate electrode MG is integrally formed. 1 to 3, the memory cell region 1 </ b> A, the memory gate shunt region 1 </ b> B, and the capacitor formation region 1 </ b> C are shown in different cross-sectional views, but these are formed on the same semiconductor substrate 1. The capacitive element CP formed in the capacitor formation region 1C is used in a peripheral circuit or the like. Here, the peripheral circuits are, for example, a processor such as a CPU, a control circuit, a sense amplifier, a column decoder, a row decoder, an input / output circuit, and the like.

図1〜図3に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1には、素子を分離するための素子分離領域2が形成されており、この素子分離領域2で分離(規定)された活性領域に、p型ウエルPWが形成されている。p型ウエルPWは、主としてメモリセル領域1Aに形成されており、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cには、素子分離領域2が形成されているため、p型ウエルPWは形成されていない。   As shown in FIGS. 1 to 3, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm, for example, has an element isolation region 2 for isolating elements. The p-type well PW is formed in the active region isolated (defined) by the element isolation region 2. The p-type well PW is mainly formed in the memory cell region 1A. Since the element isolation region 2 is formed in the memory gate shunt region 1B and the capacitor formation region 1C, the p-type well PW is not formed. .

メモリセル領域1Aのp型ウエルPWには、図1に示されるようなメモリトランジスタおよび制御トランジスタ(選択トランジスタ)からなる不揮発性メモリのメモリセルMCが形成されている。メモリセル領域1Aには、実際には複数のメモリセルMCがアレイ状に形成されているが、図1のメモリセル領域1Aには、そのうちの1つのメモリセルMCの断面が示されている。メモリセル領域1Aは、素子分離領域2によって他の領域から電気的に分離されている。   In the p-type well PW of the memory cell region 1A, a memory cell MC of a nonvolatile memory including a memory transistor and a control transistor (selection transistor) as shown in FIG. 1 is formed. In the memory cell region 1A, a plurality of memory cells MC are actually formed in an array, but the memory cell region 1A in FIG. 1 shows a cross section of one of the memory cells MC. The memory cell region 1A is electrically isolated from other regions by the element isolation region 2.

図1および図4に示されるように、本実施の形態の半導体装置における不揮発性メモリのメモリセルMCは、スプリットゲート型のメモリセルであり、制御ゲート電極(選択ゲート電極)CGを有する制御トランジスタ(選択トランジスタ)とメモリゲート電極(メモリ用ゲート電極)MGを有するメモリトランジスタとの2つのMISFETを接続したものである。   As shown in FIGS. 1 and 4, the memory cell MC of the nonvolatile memory in the semiconductor device of the present embodiment is a split gate type memory cell and has a control gate electrode (selection gate electrode) CG. Two MISFETs of a (selection transistor) and a memory transistor having a memory gate electrode (memory gate electrode) MG are connected.

ここで、電荷蓄積部(電荷蓄積層)を含むゲート絶縁膜およびメモリゲート電極MGを備えるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をメモリトランジスタ(記憶用トランジスタ)といい、また、ゲート絶縁膜および制御ゲート電極CGを備えるMISFETを制御トランジスタ(選択トランジスタ、メモリセル選択用トランジスタ)という。従って、メモリゲート電極MGは、メモリトランジスタのゲート電極であり、制御ゲート電極CGは、制御トランジスタのゲート電極であり、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、不揮発性メモリ(のメモリセル)を構成するゲート電極である。   Here, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) including a gate insulating film including a charge storage portion (charge storage layer) and a memory gate electrode MG is referred to as a memory transistor (memory transistor). The MISFET including the gate electrode CG is referred to as a control transistor (selection transistor, memory cell selection transistor). Therefore, the memory gate electrode MG is a gate electrode of the memory transistor, the control gate electrode CG is a gate electrode of the control transistor, and the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are nonvolatile memories (memory cells thereof). It is the gate electrode which comprises.

以下に、メモリセルMCの構成を具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of the memory cell MC will be specifically described.

図1および図4に示されるように、不揮発性メモリのメモリセルMCは、半導体基板1のp型ウエルPW中に形成されたソースおよびドレイン用のn型の半導体領域MS,MDと、半導体基板1(p型ウエルPW)の上部に形成された制御ゲート電極(第1ゲート電極)CGと、半導体基板1(p型ウエルPW)の上部に形成されて制御ゲート電極CGと隣合うメモリゲート電極(第2ゲート電極)MGとを有している。そして、不揮発性メモリのメモリセルMCは、更に、制御ゲート電極CGおよび半導体基板1(p型ウエルPW)間に形成された絶縁膜3と、メモリゲート電極MGおよび半導体基板1(p型ウエルPW)間とメモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG間とに形成された絶縁膜5とを有している。   As shown in FIGS. 1 and 4, a memory cell MC of a nonvolatile memory includes n-type semiconductor regions MS and MD for source and drain formed in a p-type well PW of a semiconductor substrate 1, and a semiconductor substrate. A control gate electrode (first gate electrode) CG formed on the top of 1 (p-type well PW), and a memory gate electrode formed on the top of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) and adjacent to the control gate electrode CG (Second gate electrode) MG. The memory cell MC of the nonvolatile memory further includes an insulating film 3 formed between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW), a memory gate electrode MG, and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW). ) And an insulating film 5 formed between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.

制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、それらの対向側面(側壁)の間に絶縁膜5を介した状態で、半導体基板1の主面に沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの延在方向は、図1および図4の紙面に垂直な方向である。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、半導体領域MDおよび半導体領域MS間の半導体基板1(p型ウエルPW)の上部に絶縁膜3,5を介して(但し、制御ゲート電極CGは絶縁膜3を介し、メモリゲート電極MGは絶縁膜5を介して)形成されており、半導体領域MS側にメモリゲート電極MGが位置し、半導体領域MD側に制御ゲート電極CGが位置している。   The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG extend along the main surface of the semiconductor substrate 1 and are arranged side by side with the insulating film 5 interposed between the opposing side surfaces (side walls). The extending direction of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is a direction perpendicular to the paper surface of FIGS. The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are formed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) between the semiconductor region MD and the semiconductor region MS via the insulating films 3 and 5 (however, the control gate electrode CG is an insulating film). 3, the memory gate electrode MG is formed via the insulating film 5), the memory gate electrode MG is located on the semiconductor region MS side, and the control gate electrode CG is located on the semiconductor region MD side.

制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、間に絶縁膜5を介在して互いに隣合っており、メモリゲート電極MGは、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。また、絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって延在している。   The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are adjacent to each other with the insulating film 5 interposed therebetween, and the memory gate electrode MG is disposed on the side wall of the control gate electrode CG via the insulating film 5 via the sidewall spacer. It is formed in a shape. The insulating film 5 extends over both the region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) and the region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. .

制御ゲート電極CGと半導体基板1(p型ウエルPW)の間に形成された絶縁膜3(すなわち制御ゲート電極CGの下の絶縁膜3)が、制御トランジスタのゲート絶縁膜として機能し、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW)の間の絶縁膜5(すなわちメモリゲート電極MGの下の絶縁膜5)が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜(内部に電荷蓄積部を有するゲート絶縁膜)として機能する。   The insulating film 3 (that is, the insulating film 3 under the control gate electrode CG) formed between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) functions as a gate insulating film of the control transistor, and is a memory gate. The insulating film 5 between the electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) (that is, the insulating film 5 under the memory gate electrode MG) is a gate insulating film of the memory transistor (a gate insulating film having a charge storage portion inside). ).

絶縁膜3は、例えば酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜などにより形成することができる。また、絶縁膜3は、上述の酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜など以外にも、酸化ハフニウム膜、酸化アルミニウム膜(アルミナ)または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する金属酸化膜を使用してもよい。   The insulating film 3 can be formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film. The insulating film 3 is a metal oxide having a dielectric constant higher than that of the silicon nitride film, such as a hafnium oxide film, an aluminum oxide film (alumina), or a tantalum oxide film, in addition to the above-described silicon oxide film or silicon oxynitride film. A membrane may be used.

絶縁膜5は、酸化シリコン膜(酸化膜)5aと、酸化シリコン膜5a上の窒化シリコン膜(窒化膜、電荷蓄積層)5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜(酸化膜)5cとを有する積層膜からなる。   The insulating film 5 includes a silicon oxide film (oxide film) 5a, a silicon nitride film (nitride film, charge storage layer) 5b on the silicon oxide film 5a, and a silicon oxide film (oxide film) 5c on the silicon nitride film 5b. It consists of a laminated film having

なお、図1〜図3では、図面を見やすくするために、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜を、単に絶縁膜5として図示しているが、実際には、図4に示されるように、絶縁膜5は、酸化シリコン膜5aと、酸化シリコン膜5a上の窒化シリコン膜5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜5cとの積層膜からなる。   In FIG. 1 to FIG. 3, in order to make the drawings easy to see, the laminated film of the silicon oxide film 5 a, the silicon nitride film 5 b, and the silicon oxide film 5 c is simply illustrated as the insulating film 5. As shown in FIG. 4, the insulating film 5 is composed of a laminated film of a silicon oxide film 5a, a silicon nitride film 5b on the silicon oxide film 5a, and a silicon oxide film 5c on the silicon nitride film 5b.

絶縁膜5は、酸化シリコン膜5aと窒化シリコン膜5bと酸化シリコン膜5cとの積層構造を有しているため、メモリゲート電極MGおよび半導体基板1(p型ウエルPW)間の領域とメモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG間の領域とに延在している絶縁膜5を、積層ゲート絶縁膜(積層構造のゲート絶縁膜)とみなすこともできる。但し、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW)との間の絶縁膜5は、メモリトランジスタのゲート絶縁膜として機能するが、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間を絶縁(電気的に分離)するための絶縁膜として機能する。   Since the insulating film 5 has a stacked structure of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c, the region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) and the memory gate The insulating film 5 extending to the region between the electrode MG and the control gate electrode CG can also be regarded as a laminated gate insulating film (a gate insulating film having a laminated structure). However, the insulating film 5 between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) functions as a gate insulating film of the memory transistor, but the insulation between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The film 5 functions as an insulating film for insulating (electrically separating) the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.

絶縁膜5のうち、窒化シリコン膜5bは、電荷を蓄積するための絶縁膜であり、電荷蓄積層(電荷蓄積部)として機能する。すなわち、窒化シリコン膜5bは、絶縁膜5中に形成されたトラップ性絶縁膜である。このため、絶縁膜5は、その内部に電荷蓄積部(電荷蓄積層、ここでは窒化シリコン膜5b)を有する絶縁膜とみなすことができる。   Of the insulating film 5, the silicon nitride film 5b is an insulating film for accumulating charges and functions as a charge accumulating layer (charge accumulating portion). That is, the silicon nitride film 5 b is a trapping insulating film formed in the insulating film 5. Therefore, the insulating film 5 can be regarded as an insulating film having a charge storage portion (charge storage layer, here, the silicon nitride film 5b) inside.

窒化シリコン膜5bの上下に位置する酸化シリコン膜5cおよび酸化シリコン膜5aは、電荷ブロック層(電荷ブロック膜、電荷閉じ込め層)として機能することができる。窒化シリコン膜5bを酸化シリコン膜5cおよび酸化シリコン膜5aで挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜5bへの電荷の蓄積が可能となる。酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cは、ONO(oxide-nitride-oxide)膜とみなすこともできる。   The silicon oxide film 5c and the silicon oxide film 5a located above and below the silicon nitride film 5b can function as a charge block layer (charge block film, charge confinement layer). With the structure in which the silicon nitride film 5b is sandwiched between the silicon oxide film 5c and the silicon oxide film 5a, charge can be accumulated in the silicon nitride film 5b. The silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c can also be regarded as ONO (oxide-nitride-oxide) films.

半導体領域MSは、ソース領域またはドレイン領域の一方として機能する半導体領域であり、半導体領域MDは、ソース領域またはドレイン領域の他方として機能する半導体領域である。ここでは、半導体領域MSはソース領域として機能する半導体領域、半導体領域MDはドレイン領域として機能する半導体領域である。半導体領域MS,MDは、n型の不純物が導入された半導体領域(n型不純物拡散層)よりなり、それぞれLDD(lightly doped drain)構造を備えている。すなわち、ソース用の半導体領域MSは、n型半導体領域7aと、n型半導体領域7aよりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域8aとを有し、ドレイン用の半導体領域MDは、n型半導体領域7bと、n型半導体領域7bよりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域8bとを有している。n型半導体領域8aは、n型半導体領域7aよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高く、また、n型半導体領域8bは、n型半導体領域7bよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。 The semiconductor region MS is a semiconductor region that functions as one of a source region or a drain region, and the semiconductor region MD is a semiconductor region that functions as the other of a source region or a drain region. Here, the semiconductor region MS is a semiconductor region functioning as a source region, and the semiconductor region MD is a semiconductor region functioning as a drain region. The semiconductor regions MS and MD are each composed of a semiconductor region (n-type impurity diffusion layer) into which n-type impurities are introduced, and each has an LDD (lightly doped drain) structure. That is, the source semiconductor region MS includes an n type semiconductor region 7a and an n + type semiconductor region 8a having an impurity concentration higher than that of the n type semiconductor region 7a. It has an n type semiconductor region 7b and an n + type semiconductor region 8b having an impurity concentration higher than that of the n type semiconductor region 7b. The n + type semiconductor region 8a has a deeper junction depth and a higher impurity concentration than the n type semiconductor region 7a, and the n + type semiconductor region 8b has a deeper junction depth than the n type semiconductor region 7b. And the impurity concentration is high.

メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの側壁(互いに隣接していない側の側壁)上には、酸化シリコンなどの絶縁体(酸化シリコン膜、絶縁膜)からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWが形成されている。すなわち、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGに隣接する側とは逆側のメモリゲート電極MGの側壁(側面)上と、絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGに隣接する側とは逆側の制御ゲート電極CGの側壁(側面)上とに、側壁絶縁膜SWが形成されている。   On the side walls (side walls that are not adjacent to each other) of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, side wall insulating films (side walls, side walls) made of an insulator (silicon oxide film, insulating film) such as silicon oxide. Spacer) SW is formed. That is, the side (side surface) of the memory gate electrode MG opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5 and the side adjacent to the memory gate electrode MG via the insulating film 5 are opposite. A sidewall insulating film SW is formed on the sidewall (side surface) of the control gate electrode CG on the side.

ソース部のn型半導体領域7aはメモリゲート電極MGの側壁に対して自己整合的に形成され、n型半導体領域8aはメモリゲート電極MGの側壁上の側壁絶縁膜SWの側面(メモリゲート電極MGに接する側とは逆側の側面)に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のn型半導体領域7aはメモリゲート電極MGの側壁上の側壁絶縁膜SWの下に形成され、高濃度のn型半導体領域8aは低濃度のn型半導体領域7aの外側に形成されている。従って、低濃度のn型半導体領域7aはメモリトランジスタのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn型半導体領域8aは低濃度のn型半導体領域7aに接し、メモリトランジスタのチャネル領域からn型半導体領域7aの分だけ離間するように形成されている。 The n type semiconductor region 7a of the source part is formed in a self-aligned manner with respect to the side wall of the memory gate electrode MG, and the n + type semiconductor region 8a is a side surface (memory gate) of the side wall insulating film SW on the side wall of the memory gate electrode MG. It is formed in a self-aligned manner with respect to the side surface opposite to the side in contact with the electrode MG. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 7a is formed under the sidewall insulating film SW on the sidewall of the memory gate electrode MG, and the high concentration n + type semiconductor region 8a is a low concentration n type semiconductor region 7a. It is formed outside. Accordingly, the low concentration n type semiconductor region 7a is formed adjacent to the channel region of the memory transistor, and the high concentration n + type semiconductor region 8a is in contact with the low concentration n type semiconductor region 7a, and The n type semiconductor region 7a is formed so as to be separated from the channel region.

ドレイン部のn型半導体領域7bは制御ゲート電極CGの側壁に対して自己整合的に形成され、n型半導体領域8bは制御ゲート電極CGの側壁上の側壁絶縁膜SWの側面(制御ゲート電極CGと接する側とは逆側の側面)に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のn型半導体領域7bは制御ゲート電極CGの側壁上の側壁絶縁膜SWの下に形成され、高濃度のn型半導体領域8bは低濃度のn型半導体領域7bの外側に形成されている。従って、低濃度のn型半導体領域7bは制御トランジスタのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn型半導体領域8bは低濃度のn型半導体領域7bに接し、制御トランジスタのチャネル領域からn型半導体領域7bの分だけ離間するように形成されている。 The n type semiconductor region 7b in the drain part is formed in a self-aligned manner with respect to the side wall of the control gate electrode CG, and the n + type semiconductor region 8b is a side surface (control gate) of the side wall insulating film SW on the side wall of the control gate electrode CG. It is formed in a self-aligned manner with respect to the side opposite to the side in contact with the electrode CG. For this reason, the low concentration n type semiconductor region 7b is formed under the sidewall insulating film SW on the side wall of the control gate electrode CG, and the high concentration n + type semiconductor region 8b is a low concentration n type semiconductor region 7b. It is formed outside. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 7b is formed adjacent to the channel region of the control transistor, the high concentration n + type semiconductor region 8b is in contact with the low concentration n type semiconductor region 7b, and the control transistor The n type semiconductor region 7b is formed so as to be separated from the channel region.

メモリゲート電極MG下の絶縁膜5の下にメモリトランジスタのチャネル領域が形成され、制御ゲート電極CG下の絶縁膜3の下に制御トランジスタのチャネル領域が形成される。制御ゲート電極CG下の絶縁膜3の下の制御トランジスタのチャネル形成領域には、制御トランジスタのしきい値調整用の半導体領域(p型半導体領域またはn型半導体領域)が必要に応じて形成され、メモリゲート電極MG下の絶縁膜5の下のメモリトランジスタのチャネル形成領域には、メモリトランジスタのしきい値調整用の半導体領域(p型半導体領域またはn型半導体領域)が必要に応じて形成されている。   A channel region of the memory transistor is formed under the insulating film 5 under the memory gate electrode MG, and a channel region of the control transistor is formed under the insulating film 3 under the control gate electrode CG. In the channel formation region of the control transistor under the insulating film 3 under the control gate electrode CG, a semiconductor region (p-type semiconductor region or n-type semiconductor region) for adjusting the threshold value of the control transistor is formed as necessary. In the channel formation region of the memory transistor under the insulating film 5 under the memory gate electrode MG, a semiconductor region for adjusting the threshold value of the memory transistor (p-type semiconductor region or n-type semiconductor region) is formed as necessary. Has been.

制御ゲート電極CGは導電体(導電体膜)からなるが、好ましくはn型ポリシリコン膜(n型不純物を導入した多結晶シリコン膜、ドープトポリシリコン膜)のようなシリコン膜4からなる。シリコン膜4は、n型のシリコン膜であり、n型不純物が導入されて低抵抗率とされている。具体的には、制御ゲート電極CGは、パターニングされたシリコン膜4からなる。   The control gate electrode CG is made of a conductor (conductor film), but is preferably made of a silicon film 4 such as an n-type polysilicon film (polycrystalline silicon film doped with n-type impurities, doped polysilicon film). The silicon film 4 is an n-type silicon film and has a low resistivity by introducing n-type impurities. Specifically, the control gate electrode CG is made of a patterned silicon film 4.

メモリゲート電極MGは、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜からなる。このうち、シリコン膜6aは、ノンドープ(アンドープ)のシリコン膜からなり、シリコン膜6bは、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜からなる。   The memory gate electrode MG is composed of a laminated film of a silicon film 6a and a silicon film 6b on the silicon film 6a. Among these, the silicon film 6a is made of a non-doped (undoped) silicon film, and the silicon film 6b is made of a silicon film into which impurities are introduced (doped).

ここで、ノンドープ(アンドープ)のシリコン膜とは、不純物を意図的には導入(添加、ドープ)していないシリコン膜を意味する。このため、ノンドープ(アンドープ)のシリコン膜と言うときには、意図しない極微量の不純物が含まれる場合を除外するものではない。一方、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜とは、不純物を意図的に導入(添加、ドープ)したシリコン膜を意味する。   Here, the non-doped (undoped) silicon film means a silicon film into which impurities are not intentionally introduced (added or doped). For this reason, the term “non-doped (undoped) silicon film” does not exclude the case where an unintended trace amount of impurities is included. On the other hand, the silicon film into which impurities are introduced (doped) means a silicon film into which impurities are intentionally introduced (added or doped).

従って、シリコン膜6aは、不純物を意図的には導入(添加、ドープ)していないシリコン膜からなり、シリコン膜6bは、不純物を意図的に導入(添加、ドープ)したシリコン膜からなる。シリコン膜6aは、好ましくはノンドープ(アンドープ)のポリシリコン(多結晶シリコン)膜からなり、シリコン膜6bは、好ましくは、不純物が導入(ドープ)されたポリシリコン(多結晶シリコン)膜、すなわちドープトポリシリコン膜からなる。シリコン膜6bに導入する不純物は、n型の不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P)など)が好ましいため、シリコン膜6bは、より好ましくは、n型ポリシリコン膜(n型のドープトポリシリコン膜)である。   Accordingly, the silicon film 6a is made of a silicon film to which impurities are not intentionally introduced (added or doped), and the silicon film 6b is made of a silicon film to which impurities are intentionally introduced (added or doped). The silicon film 6a is preferably made of a non-doped (undoped) polysilicon (polycrystalline silicon) film, and the silicon film 6b is preferably a polysilicon (polycrystalline silicon) film into which impurities are introduced (doped), that is, a doped film. It consists of a topolysilicon film. Since the impurity introduced into the silicon film 6b is preferably an n-type impurity (for example, arsenic (As) or phosphorus (P)), the silicon film 6b is more preferably an n-type polysilicon film (n-type doped film). Polysilicon film).

シリコン膜6aは、ノンドープのシリコン膜からなり、シリコン膜6bは、不純物が導入されたシリコン膜からなるため、シリコン膜6bの不純物濃度はシリコン膜6aの不純物濃度よりも高く、シリコン膜6bの抵抗率(比抵抗)はシリコン膜6aの抵抗率(比抵抗)よりも低くなっている。   Since the silicon film 6a is made of a non-doped silicon film and the silicon film 6b is made of a silicon film into which impurities are introduced, the impurity concentration of the silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the silicon film 6a, and the resistance of the silicon film 6b. The rate (specific resistance) is lower than the resistivity (specific resistance) of the silicon film 6a.

メモリゲート電極MGの上部(上面)と制御ゲート電極CGの上部(上面)とn型半導体領域8a,8bの上面(表面)には、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術などにより、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)11が形成されている。金属シリサイド層11は、例えばコバルトシリサイド層またはニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層11により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。また、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間のショートをできるだけ防止するという観点から、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの一方または両方の上部に金属シリサイド層11を形成しない場合もあり得る。 The upper portion (upper surface) of the memory gate electrode MG, the upper portion (upper surface) of the control gate electrode CG, and the upper surfaces (front surfaces) of the n + type semiconductor regions 8a and 8b are made of metal silicide by a salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technique or the like. A layer (metal silicide film) 11 is formed. The metal silicide layer 11 is made of, for example, a cobalt silicide layer or a nickel silicide layer. The metal silicide layer 11 can reduce diffusion resistance and contact resistance. In addition, from the viewpoint of preventing a short circuit between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG as much as possible, the metal silicide layer 11 may not be formed on one or both of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. obtain.

また、図2に示されるように、コンタクトホールCNTおよびそれを埋めるプラグPGのうち、メモリゲート電極MGに接続するためのコンタクトホールCNT1およびそれを埋めるプラグPG1は、メモリゲートシャント領域1Bにおいて、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGaの上部に形成されている。コンタクト部MGaは、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されたメモリゲート電極MGと一体的に形成されている。すなわち、メモリゲート電極MGのうち、コンタクト部MGa以外の部分は、制御ゲート電極CGの一方の側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されており、このサイドウォールスペーサ状に形成されている部分とコンタクト部MGaとは一体的に形成されている。このため、コンタクト部MGaは、メモリゲート電極MGの一部とみなすことができるが、コンタクト部MGaは、不揮発性メモリのメモリセルMCのメモリトランジスタのゲート電極としては機能しない部分である。このため、コンタクト部MGaは、複数のメモリセルMCがアレイ状に配列したメモリセル領域1A以外の領域(例えばメモリセル領域1Aの近傍に配置されたメモリゲートシャント領域1B)に設けることが好ましく、素子分離領域2上に配置することが好ましい。   Further, as shown in FIG. 2, among the contact hole CNT and the plug PG filling the contact hole CNT, the contact hole CNT1 for connecting to the memory gate electrode MG and the plug PG1 filling the contact hole CNT are arranged in the memory gate shunt region 1B. It is formed above the contact portion MGa of the gate electrode MG. The contact portion MGa is formed integrally with the memory gate electrode MG formed in the shape of a side wall spacer on the side wall of the control gate electrode CG via the insulating film 5. That is, a portion of the memory gate electrode MG other than the contact portion MGa is formed in a sidewall spacer shape on one side wall of the control gate electrode CG via the insulating film 5, and formed in this sidewall spacer shape. The contacted part and the contact part MGa are integrally formed. Therefore, the contact portion MGa can be regarded as a part of the memory gate electrode MG, but the contact portion MGa is a portion that does not function as the gate electrode of the memory transistor of the memory cell MC of the nonvolatile memory. Therefore, the contact portion MGa is preferably provided in a region other than the memory cell region 1A in which a plurality of memory cells MC are arranged in an array (for example, the memory gate shunt region 1B disposed in the vicinity of the memory cell region 1A). It is preferable to arrange on the element isolation region 2.

コンタクト部MGaは、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGの一方の側壁(メモリゲート電極MGが形成されている側の側壁)に隣接する位置から、その隣接する制御ゲート電極CGから離れる方向に延在している。コンタクト部MGaの一部は制御ゲート電極CG上に乗り上げているため、コンタクト部MGaは、制御ゲート電極CG上に位置する部分を有している。すなわち、コンタクト部MGaは、制御ゲート電極CG上から素子分離領域2上にかけて延在している。但し、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGaと制御ゲート電極CGの側壁との間には絶縁膜5が介在している。側壁絶縁膜SWは、コンタクト部MGaの側面(側壁)上にも形成されている。また、金属シリサイド層11は、側壁絶縁膜SWで覆われていない領域のコンタクト部MGaの上部(上面)にも形成されている。   The contact portion MGa extends from a position adjacent to one side wall (side wall on which the memory gate electrode MG is formed) of the control gate electrode CG via the insulating film 5 away from the adjacent control gate electrode CG. It is extended. Since part of the contact part MGa rides on the control gate electrode CG, the contact part MGa has a part located on the control gate electrode CG. That is, the contact portion MGa extends from the control gate electrode CG to the element isolation region 2. However, the insulating film 5 is interposed between the contact portion MGa of the memory gate electrode MG and the side wall of the control gate electrode CG. The side wall insulating film SW is also formed on the side surface (side wall) of the contact portion MGa. The metal silicide layer 11 is also formed on the upper portion (upper surface) of the contact portion MGa in a region not covered with the sidewall insulating film SW.

サイドウォールスペーサ状のメモリゲート電極MGと同様、コンタクト部MGaも、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜で形成されている。   Similar to the side wall spacer-like memory gate electrode MG, the contact portion MGa is also formed of a laminated film of a silicon film 6a and a silicon film 6b on the silicon film 6a.

メモリゲート電極MGは、後述するように、半導体基板1上に制御ゲート電極CGを覆うように形成したシリコン膜6a,6bの積層膜をエッチバック(異方性エッチング)し、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してこの積層膜(シリコン膜6a,6bの積層膜)をサイドウォールスペーサ状に残存させることにより、形成されている。このため、コンタクト部MGa以外の部分のメモリゲート電極MGは、サイドウォールスペーサ状に残った積層膜(すなわちシリコン膜6a,6bの積層膜)により形成されている。詳細は後述するが、この積層膜(シリコン膜6a,6bの積層膜)のエッチバック工程において、シリコン膜6b上にレジストパターン(後述のフォトレジストパターンRP1aに対応)を形成しておき、このレジストパターンの下にこの積層膜(シリコン膜6a,6bの積層膜)を残存させることで、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGaが形成されている。   As will be described later, the memory gate electrode MG etches back (anisotropic etching) a laminated film of silicon films 6a and 6b formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG. The laminated film (laminated film of silicon films 6a and 6b) is left on the side wall via the insulating film 5 in the form of a side wall spacer. For this reason, the memory gate electrode MG in a portion other than the contact portion MGa is formed of a stacked film (that is, a stacked film of silicon films 6a and 6b) remaining in a sidewall spacer shape. Although details will be described later, a resist pattern (corresponding to a photoresist pattern RP1a described later) is formed on the silicon film 6b in the etch back step of the stacked film (laminated film of the silicon films 6a and 6b). By leaving this laminated film (a laminated film of silicon films 6a and 6b) under the pattern, the contact portion MGa of the memory gate electrode MG is formed.

また、図3に示されるように、不揮発性メモリのメモリセルMCが形成されている半導体基板1と同一の半導体基板1上に、容量素子CPが形成されている。キャパシタ形成領域1Cの容量素子CPについて具体的に説明する。   Further, as shown in FIG. 3, a capacitive element CP is formed on the same semiconductor substrate 1 as that on which the memory cells MC of the nonvolatile memory are formed. The capacitance element CP in the capacitor formation region 1C will be specifically described.

図3に示されるように、キャパシタ形成領域1C全体で、半導体基板1に素子分離領域2が形成されている。図3に示されるように、キャパシタ形成領域1Cの半導体基板1の上部、すなわち素子分離領域2上には、容量素子CPの下部電極(第1電極)LEが形成されている。キャパシタ形成領域1Cの下部電極LEは、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bの制御ゲート電極CGと同層の導電体膜によって形成されている。すなわち、制御ゲート電極CGと下部電極LEとは、いずれもシリコン膜4(パターニングされたシリコン膜4)によって形成されている。制御ゲート電極CGおよび下部電極LEを構成するシリコン膜4は、n型の不純物が導入されて低抵抗率とされている。   As shown in FIG. 3, the element isolation region 2 is formed on the semiconductor substrate 1 in the entire capacitor formation region 1 </ b> C. As shown in FIG. 3, a lower electrode (first electrode) LE of the capacitive element CP is formed on the upper part of the semiconductor substrate 1 in the capacitor forming region 1 </ b> C, that is, on the element isolation region 2. The lower electrode LE in the capacitor formation region 1C is formed of a conductor film in the same layer as the control gate electrode CG in the memory cell region 1A and the memory gate shunt region 1B. That is, both the control gate electrode CG and the lower electrode LE are formed by the silicon film 4 (patterned silicon film 4). The silicon film 4 constituting the control gate electrode CG and the lower electrode LE has a low resistivity by introducing n-type impurities.

メモリセル領域1A、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cを含む半導体基板1の主面上にシリコン膜4を形成してから、このシリコン膜4をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いてパターニングすることで、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bに制御ゲート電極CGが形成され、キャパシタ形成領域1Cに下部電極LEが形成されている。   After the silicon film 4 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the memory cell region 1A, the memory gate shunt region 1B, and the capacitor forming region 1C, the silicon film 4 is formed using a photolithography method, a dry etching method, or the like. By patterning, the control gate electrode CG is formed in the memory cell region 1A and the memory gate shunt region 1B, and the lower electrode LE is formed in the capacitor formation region 1C.

下部電極LE上には、容量絶縁膜DEを介して上部電極(第2電極)UEが形成されている。この容量絶縁膜DEは、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bの絶縁膜5と同層の絶縁膜によって形成されている。すなわち、容量素子CPの容量絶縁膜DEは、メモリセルMCのメモリトランジスタのゲート絶縁膜(メモリゲート絶縁膜、ここでは絶縁膜5)と同層の絶縁膜5によって形成されている。換言すれば、容量素子CPの容量絶縁膜DEと、メモリセルMCのメモリトランジスタのゲート絶縁膜(メモリゲート絶縁膜)とは、いずれも絶縁膜5によって形成されている。このため、容量素子CPの容量絶縁膜DEは、酸化シリコン膜5aと、酸化シリコン膜5a上の窒化シリコン膜5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜5cとを有する積層膜(すなわち絶縁膜5)からなるが、図3では、図面を見やすくするために、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜を、単に容量絶縁膜DEとして図示している。   On the lower electrode LE, an upper electrode (second electrode) UE is formed via a capacitive insulating film DE. The capacitor insulating film DE is formed of an insulating film in the same layer as the insulating film 5 in the memory cell region 1A and the memory gate shunt region 1B. That is, the capacitive insulating film DE of the capacitive element CP is formed by the insulating film 5 in the same layer as the gate insulating film (memory gate insulating film, here, the insulating film 5) of the memory transistor of the memory cell MC. In other words, both the capacitive insulating film DE of the capacitive element CP and the gate insulating film (memory gate insulating film) of the memory transistor of the memory cell MC are formed by the insulating film 5. For this reason, the capacitive insulating film DE of the capacitive element CP is a laminated film (that is, an insulating film) including the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b on the silicon oxide film 5a, and the silicon oxide film 5c on the silicon nitride film 5b. In FIG. 3, the laminated film of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c is simply shown as a capacitive insulating film DE in order to make the drawing easy to see.

容量絶縁膜DEおよび上部電極UEは積層パターンとしてパターン化されており、下部電極LEの少なくとも一部を覆うように形成されている。   The capacitive insulating film DE and the upper electrode UE are patterned as a laminated pattern, and are formed so as to cover at least a part of the lower electrode LE.

また、キャパシタ形成領域1Cの上部電極UEは、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bのメモリゲート電極MGと同層の導電体膜によって形成されている。すなわち、キャパシタ形成領域1Cの上部電極UEは、メモリゲート電極MGを構成するシリコン膜6aと同層のシリコン膜(6a)と、その上に形成され、メモリゲート電極MGを構成するシリコン膜6bと同層のシリコン膜(6b)との積層膜により形成されている。つまり、メモリゲート電極MGと上部電極UEとは、いずれもシリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜によって形成されている。上述したように、メモリゲート電極MGおよび上部電極UEを構成するシリコン膜6aは、不純物を意図的には導入していないノンドープ(アンドープ)のシリコン膜からなり、メモリゲート電極MGおよび上部電極UEを構成するシリコン膜6bは、不純物が意図的に導入されたシリコン膜からなる。   The upper electrode UE of the capacitor formation region 1C is formed of a conductor film in the same layer as the memory gate electrode MG of the memory cell region 1A and the memory gate shunt region 1B. That is, the upper electrode UE of the capacitor formation region 1C includes a silicon film (6a) that is the same layer as the silicon film 6a that forms the memory gate electrode MG, and the silicon film 6b that is formed on the silicon film 6b and forms the memory gate electrode MG. It is formed of a laminated film with the same silicon film (6b). That is, the memory gate electrode MG and the upper electrode UE are both formed of a laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a. As described above, the silicon film 6a constituting the memory gate electrode MG and the upper electrode UE is made of a non-doped (undoped) silicon film into which impurities are not intentionally introduced, and the memory gate electrode MG and the upper electrode UE The constituent silicon film 6b is made of a silicon film into which impurities are intentionally introduced.

メモリゲート電極MGおよび上部電極UEは、メモリセル領域1A、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cを含む半導体基板1の主面上に制御ゲート電極CGおよび下部電極LEを覆うようにシリコン膜6a,6bの積層膜を形成してから、この積層膜を異方性エッチングすることによって、形成されている。この際、上部電極UEは、この異方性エッチングの前に、積層膜(すなわちシリコン膜6a,6bの積層膜)上にレジストパターン(後述のフォトレジストパターンRP1に対応)を形成しておき、このレジストパターンの下に積層膜(すなわちシリコン膜6a,6bの積層膜)を残すことで、形成されている。このため、上部電極UEは、パターニングされた積層膜(すなわちシリコン膜6a,6bの積層膜)によって形成されている。   The memory gate electrode MG and the upper electrode UE are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the memory cell region 1A, the memory gate shunt region 1B, and the capacitor formation region 1C so as to cover the control gate electrode CG and the lower electrode LE. , 6b is formed, and then the laminated film is anisotropically etched. At this time, the upper electrode UE forms a resist pattern (corresponding to a photoresist pattern RP1 described later) on the laminated film (that is, the laminated film of the silicon films 6a and 6b) before this anisotropic etching, It is formed by leaving a laminated film (that is, a laminated film of silicon films 6a and 6b) under this resist pattern. For this reason, the upper electrode UE is formed of a patterned laminated film (that is, a laminated film of the silicon films 6a and 6b).

下部電極LE、容量絶縁膜DEおよび上部電極UEにより、容量素子(PIP型容量素子)CPが形成される。下部電極LEが容量素子CPの一方の電極(第1電極)として機能し、上部電極UEが容量素子CPの他方の電極(第2電極)として機能し、容量絶縁膜DEが容量素子CPの誘電体膜として機能する。側壁絶縁膜SWは、上部電極UEの側面上や、容量絶縁膜DEおよび上部電極UEの積層パターンで覆われていない領域における下部電極LEの側面上にも、形成されている。また、金属シリサイド層11は、側壁絶縁膜SWで覆われていない領域の上部電極UEの上部(上面)と、容量絶縁膜DEおよび上部電極UEの積層パターンで覆われていない領域の下部電極LEの上部(上面)とにも形成されている。   A capacitive element (PIP type capacitive element) CP is formed by the lower electrode LE, the capacitive insulating film DE, and the upper electrode UE. The lower electrode LE functions as one electrode (first electrode) of the capacitive element CP, the upper electrode UE functions as the other electrode (second electrode) of the capacitive element CP, and the capacitive insulating film DE functions as a dielectric of the capacitive element CP. Functions as a body membrane. The sidewall insulating film SW is also formed on the side surface of the upper electrode UE and on the side surface of the lower electrode LE in a region not covered with the stacked pattern of the capacitive insulating film DE and the upper electrode UE. The metal silicide layer 11 includes an upper portion (upper surface) of the upper electrode UE in a region not covered with the sidewall insulating film SW and a lower electrode LE in a region not covered with the stacked pattern of the capacitor insulating film DE and the upper electrode UE. It is also formed on the upper part (upper surface).

なお、容量絶縁膜DEおよび上部電極UEの積層パターンは、下部電極LEの全面を覆っているのではなく、図3とは異なる断面において、下部電極LEの一部は、容量絶縁膜DEおよび上部電極UEの積層パターンで覆われていない状態となっている。これは、容量絶縁膜DEおよび上部電極UEの積層パターンで覆われていない領域の下部電極LEに後述のプラグPGを接続できるようにするためである。   Note that the laminated pattern of the capacitive insulating film DE and the upper electrode UE does not cover the entire surface of the lower electrode LE, but in a cross section different from that of FIG. The electrode UE is not covered with the laminated pattern. This is because a later-described plug PG can be connected to the lower electrode LE in a region not covered with the laminated pattern of the capacitive insulating film DE and the upper electrode UE.

容量素子CPは、いわゆるPIP(Polysilicon Insulator Polysilicon)型容量素子である。ここでPIP型容量素子とは、2層のポリシリコン層(ここでは下部電極LEおよび上部電極UE)と、それらの間に挟まれた絶縁膜(ここでは容量絶縁膜DE)とからなる容量素子(ポリシリコン容量素子)である。   The capacitive element CP is a so-called PIP (Polysilicon Insulator Polysilicon) type capacitive element. Here, the PIP type capacitive element is a capacitive element comprising two polysilicon layers (here, lower electrode LE and upper electrode UE) and an insulating film (here, capacitive insulating film DE) sandwiched between them. (Polysilicon capacitor).

半導体基板1上には、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、下部電極LE、上部電極UEおよび側壁絶縁膜SWを覆うように、層間絶縁膜として絶縁膜12が形成されている。絶縁膜12は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上に該窒化シリコン膜よりも厚く形成された酸化シリコン膜との積層膜などからなる。絶縁膜12の上面は平坦化されている。   On the semiconductor substrate 1, an insulating film 12 is formed as an interlayer insulating film so as to cover the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the lower electrode LE, the upper electrode UE, and the sidewall insulating film SW. The insulating film 12 is made of a single film of a silicon oxide film or a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film formed thicker than the silicon nitride film on the silicon nitride film. The upper surface of the insulating film 12 is planarized.

絶縁膜12にはコンタクトホール(開口部、貫通孔)CNTが形成されており、コンタクトホールCNT内に、導電体部(接続用導体部)として導電性のプラグPGが埋め込まれている。   A contact hole (opening, through-hole) CNT is formed in the insulating film 12, and a conductive plug PG is embedded as a conductor portion (connecting conductor portion) in the contact hole CNT.

プラグPGは、コンタクトホールCNTの底部および側壁上に形成された薄いバリア導体膜13aと、このバリア導体膜13a上にコンタクトホールCNT埋め込むように形成された主導体膜13bとで形成されている。バリア導体膜13aは、例えば、チタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜とすることができ、主導体膜13bは、タングステン膜とすることができる。   The plug PG is formed of a thin barrier conductor film 13a formed on the bottom and side walls of the contact hole CNT, and a main conductor film 13b formed so as to bury the contact hole CNT on the barrier conductor film 13a. The barrier conductor film 13a can be, for example, a titanium film, a titanium nitride film, or a laminated film thereof, and the main conductor film 13b can be a tungsten film.

コンタクトホールCNTおよびそれに埋め込まれたプラグPGは、n型半導体領域8a,8b、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、下部電極LEおよび上部電極UEの上部などに形成される。コンタクトホールCNTの底部では、半導体基板1の主面の一部、例えばn型半導体領域8a,8b(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、制御ゲート電極CG(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGa(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、下部電極LE(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、上部電極UE(の表面上の金属シリサイド層11)の一部などが露出される。そして、その露出部(コンタクトホールCNTの底部の露出部)にプラグPGが接続される。 The contact hole CNT and the plug PG embedded therein are formed on the n + type semiconductor regions 8a and 8b, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the lower electrode LE, and the upper electrode UE. At the bottom of the contact hole CNT, a part of the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a part of the n + type semiconductor regions 8a and 8b (the metal silicide layer 11 on the surface thereof), a metal on the surface of the control gate electrode CG (the surface on the surface). Part of the silicide layer 11), part of the contact portion MGa (the metal silicide layer 11 on the surface thereof) of the memory gate electrode MG, part of the lower electrode LE (the metal silicide layer 11 on the surface thereof), the upper electrode UE A part of (metal silicide layer 11 on the surface) is exposed. The plug PG is connected to the exposed portion (exposed portion at the bottom of the contact hole CNT).

なお、図1においては、n型半導体領域8b(の表面上の金属シリサイド層11)の一部が、コンタクトホールCNTの底部で露出して、そのコンタクトホールCNTを埋めるプラグPGと電気的に接続された断面が示されている。また、図2においては、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGa(の表面上の金属シリサイド層11)が、コンタクトホールCNT(このコンタクトホールCNTをコンタクトホールCNT1と称する)の底部で露出して、そのコンタクトホールCNT1を埋めるプラグPG(このプラグPGをプラグPG1と称する)と電気的に接続された断面が示されている。また、図3においては、上部電極UE(の表面上の金属シリサイド層11)の一部が、コンタクトホールCNTの底部で露出して、そのコンタクトホールCNTを埋めるプラグPGと電気的に接続された断面が示されている。 In FIG. 1, a part of the n + -type semiconductor region 8b (the metal silicide layer 11 on the surface thereof) is exposed at the bottom of the contact hole CNT and electrically connected to the plug PG filling the contact hole CNT. Connected cross sections are shown. In FIG. 2, the contact portion MGa (the metal silicide layer 11 on the surface thereof) of the memory gate electrode MG is exposed at the bottom of the contact hole CNT (this contact hole CNT is referred to as a contact hole CNT1). A cross section electrically connected to a plug PG filling the contact hole CNT1 (this plug PG is referred to as a plug PG1) is shown. Further, in FIG. 3, a part of the upper electrode UE (the metal silicide layer 11 on the surface thereof) is exposed at the bottom of the contact hole CNT and electrically connected to the plug PG filling the contact hole CNT. A cross section is shown.

図2に示されるように、コンタクト部MGaにおいて素子分離領域2上に位置して平坦となっている部分の上部にコンタクトホールCNTのうちのコンタクトホールCNT1が形成され、このコンタクトホールCNT1に埋め込まれたプラグPG1が、コンタクト部MGaと電気的に接続されている。プラグPG1は、コンタクトホールCNT1の底部でメモリゲート電極MGのコンタクト部MGaに接して電気的に接続される。メモリゲート電極MGの上部に金属シリサイド層11を形成した場合には、図2に示されるように、コンタクトホールCNT1に埋め込まれたプラグPG1は、コンタクトホールCNT1の底部で、コンタクト部MGa上の金属シリサイド層11に接して電気的に接続され、それによってメモリゲート電極MG(のコンタクト部MGa)に電気的に接続されることになる。   As shown in FIG. 2, in the contact portion MGa, a contact hole CNT1 of the contact holes CNT is formed above the flat portion located on the element isolation region 2, and is buried in the contact hole CNT1. The plug PG1 is electrically connected to the contact part MGa. Plug PG1 is electrically connected in contact with contact portion MGa of memory gate electrode MG at the bottom of contact hole CNT1. When the metal silicide layer 11 is formed on the memory gate electrode MG, as shown in FIG. 2, the plug PG1 embedded in the contact hole CNT1 is a metal on the contact portion MGa at the bottom of the contact hole CNT1. It is in contact with and electrically connected to the silicide layer 11, thereby being electrically connected to the memory gate electrode MG (contact portion MGa thereof).

プラグPGが埋め込まれた絶縁膜12上には配線(配線層)M1が形成されている。配線M1は、例えばダマシン配線(埋込配線)であり、絶縁膜12上に形成された絶縁膜14に設けられた配線溝に埋め込まれている。配線M1は、プラグPGを介して、メモリトランジスタのソース領域(半導体領域MS)、制御トランジスタのドレイン領域(半導体領域MD)、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、上部電極UEあるいは下部電極LEなどと電気的に接続される。なお、図1においては、配線M1の例として、制御トランジスタのドレイン領域(半導体領域MD)にプラグPGを介して電気的に接続された配線M1aが示され、図2においては、メモリゲート電極MG(のコンタクト部MGa)にプラグPG1を介して電気的に接続された配線M1bが示され、図3においては、上部電極UEにプラグPGを介して電気的に接続された配線M1cが示されている。更に上層の配線および絶縁膜も形成されているが、ここではその図示および説明は省略する。また、配線M1およびそれよりも上層の配線は、ダマシン配線(埋込配線)に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン配線またはアルミニウム配線などとすることもできる。   A wiring (wiring layer) M1 is formed on the insulating film 12 in which the plug PG is embedded. The wiring M1 is, for example, a damascene wiring (embedded wiring), and is embedded in a wiring groove provided in the insulating film 14 formed on the insulating film 12. The wiring M1 is connected via a plug PG to the source region (semiconductor region MS) of the memory transistor, the drain region (semiconductor region MD) of the control transistor, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the upper electrode UE, the lower electrode LE, and the like. And electrically connected. In FIG. 1, as an example of the wiring M1, a wiring M1a electrically connected to the drain region (semiconductor region MD) of the control transistor via the plug PG is shown. In FIG. 2, the memory gate electrode MG is shown. A wiring M1b electrically connected to the (contact portion MGa) via the plug PG1 is shown. In FIG. 3, a wiring M1c electrically connected to the upper electrode UE via the plug PG is shown. Yes. Further, upper wirings and insulating films are also formed, but their illustration and description are omitted here. Further, the wiring M1 and the wiring above it are not limited to damascene wiring (embedded wiring), and can be formed by patterning a conductor film for wiring, for example, tungsten wiring or aluminum wiring. You can also.

図5は、メモリセルMCの等価回路図である。図6は、本実施の形態の「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。図6の表には、「書込」、「消去」および「読出」時のそれぞれにおいて、図1および図4に示されるようなメモリセル(選択メモリセル)のメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmg、ソース領域(半導体領域MS)に印加する電圧Vs、制御ゲート電極CGに印加する電圧Vcg、ドレイン領域(半導体領域MD)に印加する電圧Vd、およびp型ウエルPWに印加される電圧Vbが記載されている。なお、図6の表に示したものは電圧の印加条件の好適な一例であり、これに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更可能である。また、本実施の形態では、メモリトランジスタの絶縁膜5中の電荷蓄積層(電荷蓄積部)である窒化シリコン膜5bへの電子の注入を「書込」、ホール(hole:正孔)の注入を「消去」と定義する。   FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the memory cell MC. FIG. 6 is a table showing an example of voltage application conditions to each portion of the selected memory cell at the time of “write”, “erase”, and “read” in the present embodiment. The table in FIG. 6 shows the voltage applied to the memory gate electrode MG of the memory cell (selected memory cell) as shown in FIGS. 1 and 4 at the time of “write”, “erase”, and “read”. Vmg, voltage Vs applied to the source region (semiconductor region MS), voltage Vcg applied to the control gate electrode CG, voltage Vd applied to the drain region (semiconductor region MD), and voltage Vb applied to the p-type well PW. Are listed. The table shown in the table of FIG. 6 is a preferred example of the voltage application conditions, and is not limited to this, and various changes can be made as necessary. In the present embodiment, the electron injection into the silicon nitride film 5b which is the charge storage layer (charge storage portion) in the insulating film 5 of the memory transistor is “writing”, and the hole is injected. Is defined as “erase”.

書込み方式は、いわゆるSSI(Source Side Injection:ソースサイド注入)方式と呼ばれるホットエレクトロン書込みを用いることができる。例えば図6の「書込」の欄に示されるような電圧を、書込みを行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルの絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b中に電子(エレクトロン)を注入する。ホットエレクトロンは、2つのゲート電極(メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG)間の下のチャネル領域(ソース、ドレイン間)で発生し、メモリゲート電極MGの下の絶縁膜5中の電荷蓄積層(電荷蓄積部)である窒化シリコン膜5bにホットエレクトロンが注入される。注入されたホットエレクトロン(電子)は、絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。   As the writing method, hot electron writing called a so-called SSI (Source Side Injection) method can be used. For example, a voltage as shown in the “write” column of FIG. 6 is applied to each part of the selected memory cell to be written, and electrons (electrons) are contained in the silicon nitride film 5b in the insulating film 5 of the selected memory cell. Inject. Hot electrons are generated in the channel region (between the source and drain) between the two gate electrodes (memory gate electrode MG and control gate electrode CG), and the charge storage layer in the insulating film 5 below the memory gate electrode MG. Hot electrons are injected into the silicon nitride film 5b which is a (charge storage portion). The injected hot electrons (electrons) are captured by the trap level in the silicon nitride film 5b in the insulating film 5, and as a result, the threshold voltage of the memory transistor rises.

消去方法は、BTBT(Band-To-Band Tunneling:バンド間トンネル現象)ホットホール注入消去方式を用いることができる。すなわち、BTBT(バンド間トンネル現象)により発生したホール(正孔)を電荷蓄積部(絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b)に注入することにより消去を行う。例えば図6の「消去」の欄に示されるような電圧を、消去を行う選択メモリセルの各部位に印加し、BTBT(Band-To-Band Tunneling)現象によりホール(正孔)を発生させ電界加速することで選択メモリセルの絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b中にホールを注入し、それによってメモリトランジスタのしきい値電圧を低下させる。   As an erasing method, a BTBT (Band-To-Band Tunneling) hot hole injection erasing method can be used. That is, erasing is performed by injecting holes generated by BTBT (interband tunneling phenomenon) into the charge storage portion (silicon nitride film 5b in the insulating film 5). For example, a voltage as shown in the “erase” column of FIG. 6 is applied to each part of a selected memory cell to be erased, and a hole (hole) is generated by a BTBT (Band-To-Band Tunneling) phenomenon to generate an electric field. By accelerating, holes are injected into the silicon nitride film 5b in the insulating film 5 of the selected memory cell, thereby lowering the threshold voltage of the memory transistor.

読出し時には、例えば図6の「読出」の欄に示されるような電圧を、読出しを行う選択メモリセルの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmgを、書込み状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧と消去状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧との間の値にすることで、書込み状態と消去状態とを判別することができる。   At the time of reading, for example, a voltage as shown in the “read” column in FIG. 6 is applied to each part of the selected memory cell to be read. By setting the voltage Vmg applied to the memory gate electrode MG at the time of reading to a value between the threshold voltage of the memory transistor in the writing state and the threshold voltage of the memory transistor in the erasing state, the writing state and the erasing state Can be discriminated.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described.

図7は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図8〜図44は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。このうち、図8〜図10は互いに同じ工程段階に対応し、図11〜図13は互いに同じ工程段階に対応し、図14〜図16は互いに同じ工程段階に対応し、図17〜図21は互いに同じ工程段階に対応し、図22〜図24は互いに同じ工程段階に対応し、図25〜図27は互いに同じ工程段階に対応する。また、図28〜図30は互いに同じ工程段階に対応し、図31および図32は互いに同じ工程段階に対応し、図33〜図35は互いに同じ工程段階に対応し、図36〜図38は互いに同じ工程段階に対応し、図39〜図41は互いに同じ工程段階に対応し、図42〜図44は互いに同じ工程段階に対応する。なお、図8〜図44のうち、図8、図11、図14、図17、図22、図25、図28、図31、図33、図36、図39および図42には、上記図1に対応する断面領域(メモリセル領域1Aの要部断面図)が示されている。また、図8〜図44のうち、図9、図12、図15、図18、図23、図26、図29、図32、図34、図37、図40および図43には、上記図2に対応する断面領域(メモリゲートシャント領域1Bの要部断面図)が示されている。また、図8〜図44のうち、図10、図13、図16、図19、図24、図27、図30、図35、図38、図41および図44には、上記図3に対応する断面領域(キャパシタ形成領域1Cの要部断面図)が示されている。また、図20は、図17の部分拡大断面図であり、図21は、図19の部分拡大断面図である。   FIG. 7 is a process flow diagram showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 8 to 44 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 8 to 10 correspond to the same process steps, FIGS. 11 to 13 correspond to the same process steps, FIGS. 14 to 16 correspond to the same process steps, and FIGS. Corresponds to the same process step, FIGS. 22 to 24 correspond to the same process step, and FIGS. 25 to 27 correspond to the same process step. 28 to 30 correspond to the same process steps, FIGS. 31 and 32 correspond to the same process steps, FIGS. 33 to 35 correspond to the same process steps, and FIGS. 39 to 41 correspond to the same process step, and FIGS. 42 to 44 correspond to the same process step. 8 to 44, FIGS. 8, 11, 14, 17, 17, 22, 25, 28, 31, 33, 36, 39, and 42 are the same as those shown in FIG. 1 is shown (a cross-sectional view of the main part of the memory cell region 1A). 8 to 44, FIG. 9, FIG. 12, FIG. 15, FIG. 18, FIG. 23, FIG. 26, FIG. 29, FIG. 2 is shown (a cross-sectional view of the main part of the memory gate shunt region 1B). 8 to 44, FIGS. 10, 13, 16, 19, 24, 27, 30, 30, 35, 38, 41 and 44 correspond to FIG. 3 above. A cross-sectional area (a cross-sectional view of the main part of the capacitor forming area 1C) is shown. 20 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 17, and FIG. 21 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG.

図8〜図10に示されるように、まず、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1を用意(準備)する(図7のステップS1)。それから、半導体基板1の主面に、活性領域を規定(画定)する素子分離領域(素子間分離絶縁領域)2を形成する(図7のステップS2)。素子分離領域2は、酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon )法などにより形成することができる。例えば、半導体基板1の主面に素子分離用の溝を形成した後、この素子分離用の溝内に、例えば酸化シリコンなどからなる絶縁膜を埋め込むことで、素子分離領域2を形成することができる。メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cでは、半導体基板1の主面全体に素子分離領域2が形成される。   As shown in FIGS. 8 to 10, first, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm, for example, is prepared (prepared) (step of FIG. 7). S1). Then, an element isolation region (inter-element isolation insulating region) 2 that defines (defines) an active region is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 (step S2 in FIG. 7). The element isolation region 2 is made of an insulator such as silicon oxide, and can be formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. For example, the element isolation region 2 may be formed by forming an element isolation groove in the main surface of the semiconductor substrate 1 and then embedding an insulating film made of, for example, silicon oxide in the element isolation groove. it can. In the memory gate shunt region 1B and the capacitor formation region 1C, the element isolation region 2 is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 1.

次に、半導体基板1のメモリセル領域1Aにp型ウエルPWを形成する(図7のステップS3)。p型ウエルPWは、例えばホウ素(B)などのp型の不純物を半導体基板1にイオン注入することなどによって形成することができる。p型ウエルPWは、半導体基板1の主面から所定の深さにわたって形成される。   Next, a p-type well PW is formed in the memory cell region 1A of the semiconductor substrate 1 (step S3 in FIG. 7). The p-type well PW can be formed, for example, by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate 1. The p-type well PW is formed from the main surface of the semiconductor substrate 1 to a predetermined depth.

次に、メモリセル領域1Aに後で形成される制御トランジスタのしきい電圧を調整するために、必要に応じて、メモリセル領域1Aのp型ウエルPWの表面部(表層部)に対してチャネルドープイオン注入を行う。   Next, in order to adjust the threshold voltage of a control transistor formed later in the memory cell region 1A, a channel is formed with respect to the surface portion (surface layer portion) of the p-type well PW in the memory cell region 1A as necessary. Dope ion implantation is performed.

次に、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板1(p型ウエルPW)の表面を清浄化した後、図11〜図13に示されるように、半導体基板1の主面(p型ウエルPWの表面)に、ゲート絶縁膜用(制御トランジスタのゲート絶縁膜用)の絶縁膜3を形成する(図7のステップS4)。絶縁膜3は、例えば薄い酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜などにより形成することができる。絶縁膜3の膜厚(形成膜厚)は、例えば2〜3nm程度とすることができる。絶縁膜3を熱酸化法により形成した場合には、素子分離領域2上には絶縁膜3は形成されない。   Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) by dilute hydrofluoric acid cleaning or the like, as shown in FIGS. 11 to 13, the main surface of the semiconductor substrate 1 (surface of the p-type well PW) ), An insulating film 3 for the gate insulating film (for the gate insulating film of the control transistor) is formed (step S4 in FIG. 7). The insulating film 3 can be formed of, for example, a thin silicon oxide film or a silicon oxynitride film. The film thickness (formed film thickness) of the insulating film 3 can be set to, for example, about 2 to 3 nm. When the insulating film 3 is formed by the thermal oxidation method, the insulating film 3 is not formed on the element isolation region 2.

次に、半導体基板1の主面全面上に、すなわちメモリセル領域1Aの絶縁膜3上とメモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cの素子分離領域2上とに、制御ゲート電極CG形成用と下部電極LE形成用とを兼ねる導電体膜としてシリコン膜4を形成(堆積)する(図7のステップS5)。   Next, on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 3 in the memory cell region 1A and on the element isolation region 2 in the memory gate shunt region 1B and capacitor forming region 1C, A silicon film 4 is formed (deposited) as a conductor film that also serves to form the lower electrode LE (step S5 in FIG. 7).

シリコン膜4は、多結晶シリコン膜からなり、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法などを用いて形成することができる。シリコン膜4の膜厚(堆積膜厚)は、例えば100〜200nm程度とすることができる。成膜時はシリコン膜4をアモルファスシリコン膜として形成してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。   The silicon film 4 is made of a polycrystalline silicon film and can be formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The film thickness (deposited film thickness) of the silicon film 4 can be set to about 100 to 200 nm, for example. At the time of film formation, the silicon film 4 can be formed as an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.

シリコン膜4は、n型不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P)など)が導入されて低抵抗率とされている。シリコン膜4にn型不純物が導入されるのは、シリコン膜4の成膜時であっても、成膜後であってもよい。シリコン膜の成膜時にn型不純物を導入する場合には、シリコン膜4の成膜用のガスにドーピングガス(n型不純物添加用のガス)を含ませることで、n型不純物が導入されたシリコン膜4を成膜することができる。一方、シリコン膜の成膜後にn型不純物を導入する場合には、意図的には不純物を導入せずにシリコン膜を成膜した後に、このシリコン膜にn型不純物をイオン注入法などで導入することで、n型不純物が導入されたシリコン膜4を形成することができる。いずれにしても、メモリセル領域1A、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cに、n型不純物が導入されたシリコン膜4が形成される。   The silicon film 4 has a low resistivity by introducing n-type impurities (for example, arsenic (As) or phosphorus (P)). The n-type impurity may be introduced into the silicon film 4 during or after the formation of the silicon film 4. In the case of introducing an n-type impurity during the formation of the silicon film, the n-type impurity is introduced by including a doping gas (a gas for adding an n-type impurity) in the gas for forming the silicon film 4. A silicon film 4 can be formed. On the other hand, when an n-type impurity is introduced after the formation of the silicon film, the silicon film is intentionally formed without introducing the impurity, and then the n-type impurity is introduced into the silicon film by an ion implantation method or the like. As a result, the silicon film 4 into which the n-type impurity is introduced can be formed. In any case, the silicon film 4 into which n-type impurities are introduced is formed in the memory cell region 1A, the memory gate shunt region 1B, and the capacitor formation region 1C.

次に、図14〜図16に示されるように、メモリセル領域1A、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cのシリコン膜4をフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いてパターニングすることにより、制御ゲート電極CGおよび下部電極LEを形成する(図7のステップS6)。このステップS6のパターニング工程は、例えば次のようにして行うことができる。   Next, as shown in FIGS. 14 to 16, the silicon film 4 in the memory cell region 1 </ b> A, the memory gate shunt region 1 </ b> B, and the capacitor formation region 1 </ b> C is patterned by patterning using a photolithography technique and a dry etching technique. A gate electrode CG and a lower electrode LE are formed (step S6 in FIG. 7). The patterning process in step S6 can be performed as follows, for example.

すなわち、シリコン膜4上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(ここでは図示しないけれども、制御ゲート電極CG形成予定領域と下部電極LE形成予定領域にこのフォトレジストパターンが形成される)を形成し、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、シリコン膜4をエッチング(ドライエッチング)してパターニングする。その後、このフォトレジストパターンを除去する。   That is, a photoresist pattern is formed on the silicon film 4 using a photolithography method (although not shown here, this photoresist pattern is formed in the control gate electrode CG formation planned region and the lower electrode LE formation planned region). Then, using this photoresist pattern as an etching mask, the silicon film 4 is patterned by etching (dry etching). Thereafter, the photoresist pattern is removed.

このようにして、ステップS6でシリコン膜4がパターニングされ、図14および図15に示されるように、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bに、パターニングされたシリコン膜4からなる制御ゲート電極CGが形成され、図16に示されるように、キャパシタ形成領域1Cに、パターニングされたシリコン膜4からなる下部電極LEが形成される。制御ゲート電極CGと下部電極LEとは、同層のシリコン膜4からなるが、互いに分離されている。また、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの下に残存する絶縁膜3が、制御トランジスタのゲート絶縁膜となる。従って、シリコン膜4からなる制御ゲート電極CGは、半導体基板1(p型ウエルPW)上にゲート絶縁膜としての絶縁膜3を介して形成された状態となっている。なお、メモリゲートシャント領域1Bにおいては、制御ゲート電極CGは素子分領域2上に形成される。   In this way, the silicon film 4 is patterned in step S6, and as shown in FIGS. 14 and 15, the control gate electrode CG made of the patterned silicon film 4 is formed in the memory cell region 1A and the memory gate shunt region 1B. As shown in FIG. 16, the lower electrode LE made of the patterned silicon film 4 is formed in the capacitor forming region 1C. The control gate electrode CG and the lower electrode LE are made of the same silicon film 4 but are separated from each other. In the memory cell region 1A, the insulating film 3 remaining under the control gate electrode CG becomes a gate insulating film of the control transistor. Therefore, the control gate electrode CG made of the silicon film 4 is formed on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) via the insulating film 3 as a gate insulating film. In the memory gate shunt region 1B, the control gate electrode CG is formed on the element distribution region 2.

制御ゲート電極CGで覆われた部分以外の絶縁膜3(すなわちゲート絶縁膜となる部分以外の絶縁膜3)は、ステップS6のパターニング工程で行うドライエッチングや、あるいはそのドライエッチング後にウェットエッチングを行うことによって除去され得る。   The insulating film 3 other than the portion covered with the control gate electrode CG (that is, the insulating film 3 other than the portion serving as the gate insulating film) is subjected to dry etching performed in the patterning process of step S6 or wet etching after the dry etching. Can be removed.

次に、メモリセル領域1Aに後で形成されるメモリトランジスタのしきい電圧を調整するために、必要に応じて、メモリセル領域1Aのp型ウエルPWの表面部(表層部)に対してチャネルドープイオン注入を行う。   Next, in order to adjust the threshold voltage of a memory transistor to be formed later in the memory cell region 1A, a channel is formed with respect to the surface portion (surface layer portion) of the p-type well PW in the memory cell region 1A as necessary. Dope ion implantation is performed.

次に、洗浄処理を行って、半導体基板1の主面を清浄化処理した後、図17〜図21に示されるように、半導体基板1の主面と制御ゲート電極CGの表面(上面および側面)と下部電極LEの表面(上面および側面)上に、メモリトランジスタのゲート絶縁膜用と容量素子の容量絶縁膜用とを兼ねる絶縁膜5を形成する(図7のステップS7)。なお、図20および図21は、それぞれ図17および図19の一部を拡大した部分拡大断面図であり、図20には、メモリセル領域1Aの一部が拡大して示してあり、図21には、キャパシタ形成領域1Cの一部が拡大して示してある。   Next, after performing a cleaning process to clean the main surface of the semiconductor substrate 1, as shown in FIGS. 17 to 21, the main surface of the semiconductor substrate 1 and the surface of the control gate electrode CG (upper surface and side surface). ) And the surface (upper surface and side surface) of the lower electrode LE, the insulating film 5 serving as both the gate insulating film of the memory transistor and the capacitive insulating film of the capacitive element is formed (step S7 in FIG. 7). 20 and FIG. 21 are partially enlarged cross-sectional views in which a part of FIG. 17 and FIG. 19 is enlarged, respectively, and FIG. 20 shows a part of the memory cell region 1A in an enlarged manner. In FIG. 2, a part of the capacitor formation region 1C is enlarged.

絶縁膜5は、上記のように、内部に電荷蓄積部(電荷蓄積層)を有する絶縁膜であり、絶縁膜として、下から順に形成された酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜からなるが、図面を見やすくするために、図17〜図19では、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜を、単に絶縁膜5として図示している。従って、実際には、図20および図21に示されるように、絶縁膜5は、酸化シリコン膜(酸化膜)5aと、酸化シリコン膜5a上の窒化シリコン膜(窒化膜)5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜(酸化膜)5cとの積層膜からなる。ステップS7において、図17〜図21に示されるように、絶縁膜5は、半導体基板1(p型ウエルPWおよび素子分離領域2を含む)の主面(表面)と制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)と下部電極LEの表面(側面および上面)とに形成される(但し制御ゲート電極CGの下部と下部電極LEの下部とには絶縁膜5は形成されない)。また、成膜工程上、素子分離領域2上にも絶縁膜5が形成されることが一般的であるが、素子分離領域2上には絶縁膜5が形成されなくともよい。   As described above, the insulating film 5 is an insulating film having a charge storage portion (charge storage layer) inside, and as the insulating film, the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film formed in order from the bottom. In order to make the drawings easy to see, in FIG. 17 to FIG. 19, the stacked film of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c is simply shown as the insulating film 5. . Therefore, actually, as shown in FIGS. 20 and 21, the insulating film 5 includes a silicon oxide film (oxide film) 5a, a silicon nitride film (nitride film) 5b on the silicon oxide film 5a, and silicon nitride. It consists of a laminated film with a silicon oxide film (oxide film) 5c on the film 5b. In step S7, as shown in FIGS. 17 to 21, the insulating film 5 includes the main surface (surface) of the semiconductor substrate 1 (including the p-type well PW and the element isolation region 2) and the surface of the control gate electrode CG (surface). (Side surface and upper surface) and the surface (side surface and upper surface) of the lower electrode LE (however, the insulating film 5 is not formed on the lower portion of the control gate electrode CG and the lower portion of the lower electrode LE). In general, the insulating film 5 is also formed on the element isolation region 2 in the film forming process, but the insulating film 5 may not be formed on the element isolation region 2.

絶縁膜5のうち、酸化シリコン膜5a,5cは、例えば酸化処理(熱酸化処理)またはCVD法あるいはその組み合わせにより形成することができる。この際の酸化処理(熱酸化処理)には、ISSG(In Situ Steam Generation)酸化を用いることも可能である。絶縁膜5のうち、窒化シリコン膜5bは、例えばCVD法により形成することができる。   Of the insulating film 5, the silicon oxide films 5a and 5c can be formed by, for example, an oxidation process (thermal oxidation process), a CVD method, or a combination thereof. It is possible to use ISSG (In Situ Steam Generation) oxidation for the oxidation treatment (thermal oxidation treatment) at this time. Of the insulating film 5, the silicon nitride film 5b can be formed by, for example, a CVD method.

また、本実施の形態においては、トラップ準位を有する絶縁膜(電荷蓄積層)として、窒化シリコン膜5bを形成しているが、信頼性の面などで窒化シリコン膜が好適であるが、窒化シリコン膜に限定されものではなく、例えば酸化アルミニウム膜(アルミナ)、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜を電荷蓄積層(電荷蓄積部)として使用することもできる。また、シリコンナノドットで電荷蓄積層(電荷蓄積部)を形成することもできる。   In the present embodiment, the silicon nitride film 5b is formed as an insulating film (charge storage layer) having a trap level. However, a silicon nitride film is preferable in terms of reliability. The charge storage layer (charge storage portion) is not limited to a silicon film, and a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of a silicon nitride film, such as an aluminum oxide film (alumina), a hafnium oxide film, or a tantalum oxide film, is used. It can also be used. In addition, a charge storage layer (charge storage portion) can be formed using silicon nanodots.

絶縁膜5を形成するには、例えば、まず、半導体基板1(p型ウエルPW)の表面上と制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)上と下部電極LEの表面(側面および上面)上とに酸化シリコン膜5aを熱酸化法(好ましくはISSG酸化)により形成してから、酸化シリコン膜5a上に窒化シリコン膜5bをCVD法で堆積し、更に窒化シリコン膜5b上に酸化シリコン膜5cをCVD法または熱酸化あるいはその両方で形成する。これにより、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜からなる絶縁膜5を形成することができる。   In order to form the insulating film 5, for example, first, on the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW), on the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG, and on the surface (side surface and upper surface) of the lower electrode LE. After the silicon oxide film 5a is formed by a thermal oxidation method (preferably ISSG oxidation), a silicon nitride film 5b is deposited on the silicon oxide film 5a by a CVD method, and a silicon oxide film 5c is further formed on the silicon nitride film 5b. It is formed by CVD or thermal oxidation or both. Thereby, the insulating film 5 composed of a laminated film of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c can be formed.

酸化シリコン膜5aの厚みは、例えば3〜6nm程度とすることができ、窒化シリコン膜5bの厚みは、例えば5〜10nm程度とすることができ、酸化シリコン膜5cの厚みは、例えば4〜7nm程度とすることができる。最後の酸化膜(絶縁膜5のうちの最上層の酸化シリコン膜5c)は、例えば窒化膜(絶縁膜5のうちの中間層の窒化シリコン膜5b)の上層部分を酸化して形成することで、高耐圧膜を形成することもできる。   The thickness of the silicon oxide film 5a can be, for example, about 3 to 6 nm, the thickness of the silicon nitride film 5b can be, for example, about 5 to 10 nm, and the thickness of the silicon oxide film 5c can be, for example, 4 to 7 nm. Can be about. The last oxide film (the uppermost silicon oxide film 5c of the insulating film 5) is formed, for example, by oxidizing the upper layer portion of the nitride film (the intermediate silicon nitride film 5b of the insulating film 5). A high breakdown voltage film can also be formed.

メモリセル領域1Aに形成された絶縁膜5は、後で形成されるメモリゲート電極MGのゲート絶縁膜として機能し、電荷保持(電荷蓄積)機能を有し、また、キャパシタ形成領域1Cに形成された絶縁膜5は、容量素子CPの容量絶縁膜(誘電体膜)として機能する。   The insulating film 5 formed in the memory cell region 1A functions as a gate insulating film of a memory gate electrode MG to be formed later, has a charge holding (charge storage) function, and is formed in the capacitor forming region 1C. The insulating film 5 functions as a capacitive insulating film (dielectric film) of the capacitive element CP.

従って、絶縁膜5は、メモリトランジスタの電荷保持(電荷蓄積)機能を有するゲート絶縁膜として機能できるように、少なくとも3層の積層構造を有し、外側の層(酸化シリコン膜5a,5c)のポテンシャル障壁高さに比べ、内側の層(窒化シリコン膜5b)のポテンシャル障壁高さが低くなる。これは、本実施の形態のように、絶縁膜5を、酸化シリコン膜5aと、酸化シリコン膜5a上の窒化シリコン膜5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜5cとを有する積層膜とすることで達成できる。   Therefore, the insulating film 5 has a laminated structure of at least three layers so that it can function as a gate insulating film having a charge holding (charge accumulation) function of the memory transistor, and the outer layers (silicon oxide films 5a and 5c). The potential barrier height of the inner layer (silicon nitride film 5b) is lower than the potential barrier height. This is because, as in the present embodiment, the insulating film 5 includes a silicon oxide film 5a, a stacked film including a silicon nitride film 5b on the silicon oxide film 5a, and a silicon oxide film 5c on the silicon nitride film 5b. This can be achieved.

次に、図22〜図24に示されるように、半導体基板1の主面全面上に、すなわち絶縁膜5上に、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bにおいては制御ゲート電極CGを覆うように、キャパシタ形成領域1Cにおいては下部電極LEを覆うように、シリコン膜6aを形成(堆積)する(図7のステップS8)。それから、図25〜図27に示されるように、半導体基板1の主面全面上に、すなわちシリコン膜6a上に、シリコン膜6bを形成(堆積)する(図7のステップS9)。なお、図22〜図27および以降の図28〜図44でも、上記図17〜図19と同様に、図面を見易くするために、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜を、単に絶縁膜5として図示している。   Next, as shown in FIGS. 22 to 24, the memory cell region 1 </ b> A and the memory gate shunt region 1 </ b> B cover the control gate electrode CG on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 5. In addition, the silicon film 6a is formed (deposited) so as to cover the lower electrode LE in the capacitor formation region 1C (step S8 in FIG. 7). Then, as shown in FIGS. 25 to 27, a silicon film 6b is formed (deposited) on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, that is, on the silicon film 6a (step S9 in FIG. 7). 22 to 27 and subsequent FIGS. 28 to 44, as in FIGS. 17 to 19, the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c are stacked in order to make the drawings easy to see. The film is shown simply as an insulating film 5.

シリコン膜6aは、多結晶シリコン膜からなり、CVD法などを用いて形成することができる。シリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1は、好ましくは10〜30nm程度とすることができる。成膜時はシリコン膜6aをアモルファスシリコン膜として形成してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。   The silicon film 6a is made of a polycrystalline silicon film and can be formed using a CVD method or the like. The thickness (deposited film thickness) t1 of the silicon film 6a is preferably about 10 to 30 nm. At the time of film formation, the silicon film 6a can be formed as an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.

シリコン膜6bは、多結晶シリコン膜からなり、CVD法などを用いて形成することができる。シリコン膜6bの厚さ(堆積膜厚)t2は、好ましくは20〜40nm程度とすることができる。成膜時はシリコン膜6bをアモルファスシリコン膜として形成してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。理由は後述するが、シリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1よりも、シリコン膜6bの厚さ(堆積膜厚)t2を厚くすること(すなわちt1<t2)が好ましい。   The silicon film 6b is made of a polycrystalline silicon film and can be formed using a CVD method or the like. The thickness (deposited film thickness) t2 of the silicon film 6b is preferably about 20 to 40 nm. At the time of film formation, the silicon film 6b can be formed as an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment. Although the reason will be described later, it is preferable to make the thickness (deposited film thickness) t2 of the silicon film 6b thicker (that is, t1 <t2) than the thickness (deposited film thickness) t1 of the silicon film 6a.

シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜は、メモリゲート電極MG形成用と上部電極UE形成用とを兼ねた導電体膜である。ここで、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜を積層膜6と称することとする。   The laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a is a conductor film that serves both for forming the memory gate electrode MG and for forming the upper electrode UE. Here, a laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a is referred to as a laminated film 6.

ステップS8で形成されたシリコン膜6aは、ノンドープ(アンドープ)のシリコン膜であり、シリコン膜6aの成膜時に、シリコン膜6aには、不純物は意図的には導入(添加、ドープ)しない。このため、ステップS8のシリコン膜6aの形成(堆積)工程では、シリコン膜6aの成膜用のガスがドーピングガス(不純物添加用のガス)を含まないようにする。また、ステップS8のシリコン膜6aの形成(堆積)工程の後で行う種々のイオン注入工程(例えば後述のステップS13,S15のイオン注入工程)では、シリコン膜6aにできるだけ不純物イオンが導入(注入)されないようにすることが好ましい。   The silicon film 6a formed in step S8 is a non-doped (undoped) silicon film, and no impurity is intentionally introduced (added or doped) into the silicon film 6a when the silicon film 6a is formed. For this reason, in the formation (deposition) process of the silicon film 6a in step S8, the gas for forming the silicon film 6a does not include a doping gas (impurity addition gas). Further, in various ion implantation processes (for example, ion implantation processes in steps S13 and S15 described later) performed after the formation (deposition) process of the silicon film 6a in step S8, impurity ions are introduced (implanted) into the silicon film 6a as much as possible. It is preferable not to do so.

一方、ステップS9で形成されたシリコン膜6bは、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜であり、シリコン膜6bには、不純物が意図的に導入(添加、ドープ)されて低抵抗率とされている。シリコン膜6bに不純物を導入する手法としては、シリコン膜6bの成膜時にシリコン膜6bに不純物を導入する(すなわち不純物が導入されているシリコン膜6bをステップS9で堆積させる)ことが好ましく、この場合、シリコン膜6bの成膜用のガスにドーピングガス(不純物添加用のガス)を含ませればよい。これにより、ノンドープのシリコン膜6aと、不純物が導入されたシリコン膜6bとの積層膜を得ることができる。シリコン膜6bに導入した不純物は、n型の不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P)など)が好ましいため、シリコン膜6bは、好ましくは、n型ポリシリコン膜(n型のドープトポリシリコン膜)である。   On the other hand, the silicon film 6b formed in step S9 is a silicon film into which impurities are introduced (doped), and impurities are intentionally introduced (added or doped) into the silicon film 6b to have a low resistivity. ing. As a method for introducing impurities into the silicon film 6b, it is preferable to introduce impurities into the silicon film 6b when the silicon film 6b is formed (that is, depositing the silicon film 6b into which impurities are introduced in step S9). In this case, a doping gas (impurity addition gas) may be included in the gas for forming the silicon film 6b. Thereby, a laminated film of the non-doped silicon film 6a and the silicon film 6b doped with impurities can be obtained. Since the impurity introduced into the silicon film 6b is preferably an n-type impurity (for example, arsenic (As) or phosphorus (P)), the silicon film 6b is preferably an n-type polysilicon film (n-type doped poly-silicon). Silicon film).

このようにして、メモリセル領域1A、メモリゲートシャント領域1Bおよびキャパシタ形成領域1Cを含む半導体基板1の主面に、シリコン膜6a,6bの積層膜6が形成される。シリコン膜6a,6bを成膜した段階で、シリコン膜6aは、ノンドープのシリコン膜として形成されているのに対して、シリコン膜6bは、n型不純物が導入されたシリコン膜として形成されているので、シリコン膜6bの不純物濃度はシリコン膜6aの不純物濃度よりも高く、かつ、シリコン膜6bの抵抗率(比抵抗)はシリコン膜6aの抵抗率(比抵抗)よりも低くなっている。   In this manner, the laminated film 6 of the silicon films 6a and 6b is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the memory cell region 1A, the memory gate shunt region 1B, and the capacitor forming region 1C. At the stage where the silicon films 6a and 6b are formed, the silicon film 6a is formed as a non-doped silicon film, whereas the silicon film 6b is formed as a silicon film into which an n-type impurity is introduced. Therefore, the impurity concentration of the silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the silicon film 6a, and the resistivity (specific resistance) of the silicon film 6b is lower than the resistivity (specific resistance) of the silicon film 6a.

次に、フォトリソグラフィ法を用いて、メモリゲートシャント領域1Bにおけるメモリゲート電極MGのコンタクト部MGa形成予定領域のシリコン膜6b上と、キャパシタ形成領域1Cにおける上部電極UE形成予定領域のシリコン膜6b上とに、レジストパターンとしてフォトレジストパターンRP1を形成する。ここで、図26に示されるように、メモリゲートシャント領域1Bにおいてメモリゲート電極MGのコンタクト部MGa形成予定領域に形成されたフォトレジストパターンRP1を、符号RP1aを付してフォトレジストパターンRP1aと称することとする。また、図27に示されるように、キャパシタ形成領域1Cにおいて上部電極UE形成予定領域に形成されたフォトレジストパターンRP1を、符号RP1bを付してフォトレジストパターンRP1bと称することとする。従って、フォトレジストパターンRP1aとフォトレジストパターンRP1bとは、同工程(すなわち同じフォトリソグラフィ工程)で形成された同層のフォトレジストパターンRP1で構成されているが、互いに分離されている。   Next, using the photolithography method, on the silicon film 6b in the region where the contact portion MGa of the memory gate electrode MG is to be formed in the memory gate shunt region 1B, and on the silicon film 6b in the region where the upper electrode UE is to be formed in the capacitor formation region 1C At the same time, a photoresist pattern RP1 is formed as a resist pattern. Here, as shown in FIG. 26, in the memory gate shunt region 1B, the photoresist pattern RP1 formed in the region where the contact portion MGa is to be formed of the memory gate electrode MG is denoted by a reference numeral RP1a and is referred to as a photoresist pattern RP1a. I will do it. Further, as shown in FIG. 27, the photoresist pattern RP1 formed in the upper electrode UE formation scheduled region in the capacitor forming region 1C is referred to as a photoresist pattern RP1b with reference numeral RP1b. Accordingly, the photoresist pattern RP1a and the photoresist pattern RP1b are composed of the same layer of the photoresist pattern RP1 formed in the same process (that is, the same photolithography process), but are separated from each other.

次に、図28〜図30に示されるように、異方性エッチング技術によりシリコン膜6bおよびシリコン膜6aをエッチバック(エッチング、ドライエッチング、異方性エッチング)する(図7のステップS10)。このステップS10のエッチバック工程の後、フォトレジストパターンRP1(すなわちフォトレジストパターンRP1a,RP1b)は除去される。図28〜図30は、フォトレジストパターンRP1を除去する前の段階が示されている。   Next, as shown in FIGS. 28 to 30, the silicon film 6b and the silicon film 6a are etched back (etching, dry etching, anisotropic etching) by anisotropic etching technique (step S10 in FIG. 7). After the etch back process in step S10, the photoresist pattern RP1 (that is, the photoresist patterns RP1a and RP1b) is removed. 28 to 30 show a stage before the removal of the photoresist pattern RP1.

ステップS10のエッチバック工程では、積層膜6の堆積膜厚の分だけ積層膜6(すなわちシリコン膜6bおよびシリコン膜6a)を異方性エッチング(エッチバック)することにより、制御ゲート電極CGの両方の側壁上に絶縁膜5を介して積層膜6をサイドウォールスペーサ状に残し、フォトレジストパターンRP1の下に積層膜6を残し、他の領域の積層膜を除去する。これにより、図28に示されるように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの両方の側壁のうち、一方の側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサに残存した積層膜6により、メモリゲート電極MGが形成され、また、他方の側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残存した積層膜6により、シリコンスペーサSP1が形成される。このシリコンスペーサSP1は、シリコンからなるサイドウォールスペーサとみなすこともできる。メモリゲート電極MGとシリコンスペーサSP1とは、制御ゲート電極CGの互いに反対側となる側壁上に形成されており、制御ゲート電極CGを挟んでほぼ対称な構造を有している。   In the etch back process of step S10, both the control gate electrodes CG are obtained by anisotropically etching (etching back) the laminated film 6 (that is, the silicon film 6b and the silicon film 6a) by the amount of the deposited film thickness of the laminated film 6. The laminated film 6 is left in the shape of a sidewall spacer on the side wall of the insulating film 5, the laminated film 6 is left under the photoresist pattern RP 1, and the laminated film in other regions is removed. As a result, as shown in FIG. 28, in the memory cell region 1A, the stacked film 6 remaining in the sidewall spacer via the insulating film 5 on one of the sidewalls of the control gate electrode CG, A memory gate electrode MG is formed, and a silicon spacer SP1 is formed by the laminated film 6 remaining in the shape of a side wall spacer on the other side wall via the insulating film 5. The silicon spacer SP1 can be regarded as a sidewall spacer made of silicon. The memory gate electrode MG and the silicon spacer SP1 are formed on the side walls opposite to each other of the control gate electrode CG, and have a substantially symmetrical structure with the control gate electrode CG interposed therebetween.

また、ステップS10のエッチバック工程では、フォトレジストパターンRP1(すなわちフォトレジストパターンRP1a,RP1b)がエッチングマスクとして機能するため、図30に示されるように、キャパシタ形成領域1Cにおいて、フォトレジストパターン(第1レジストパターン)RP1bの下に、エッチングされずに残存した積層膜6により、上部電極UEが形成される。従って、上部電極UEは、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜6により形成される。また、図29に示されるように、メモリゲートシャント領域1Bにおいて、フォトレジストパターンRP1aの下に、エッチングされずに残存した積層膜6により、コンタクト部MGaが形成される。ステップS10のエッチバック工程は異方性エッチングであるため、形成されたコンタクト部MGaは、フォトレジストパターンRP1aと同様のパターン形状(平面形状)を有し、また、形成された上部電極UEは、フォトレジストパターンRP1bと同様のパターン形状(平面形状)を有している。   Further, in the etch back process of step S10, the photoresist pattern RP1 (that is, the photoresist patterns RP1a and RP1b) functions as an etching mask. Therefore, as shown in FIG. (1 resist pattern) The upper electrode UE is formed by the laminated film 6 that remains without being etched under the RP1b. Therefore, the upper electrode UE is formed by the laminated film 6 of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a. Further, as shown in FIG. 29, in the memory gate shunt region 1B, the contact portion MGa is formed by the laminated film 6 that remains without being etched under the photoresist pattern RP1a. Since the etch back process of step S10 is anisotropic etching, the formed contact portion MGa has the same pattern shape (planar shape) as the photoresist pattern RP1a, and the formed upper electrode UE is It has the same pattern shape (planar shape) as the photoresist pattern RP1b.

ステップS10で形成されたメモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW)との間およびメモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間には絶縁膜5が介在しており、このメモリゲート電極MGは、絶縁膜5に接するシリコン膜6aと、シリコン膜6aを介して絶縁膜5から離間するシリコン膜6bとで形成されている。   An insulating film 5 is interposed between the memory gate electrode MG formed in step S10 and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The electrode MG is formed of a silicon film 6a that is in contact with the insulating film 5 and a silicon film 6b that is separated from the insulating film 5 via the silicon film 6a.

ステップS10のエッチバック工程を行った段階で、メモリゲート電極MG(コンタクト部MGaを含む)とシリコンスペーサSP1と上部電極UEとで覆われていない領域の絶縁膜5が露出される。メモリセル領域1Aにおけるメモリゲート電極MGの下の絶縁膜5が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜となる。積層膜6の堆積膜厚(すなわちシリコン膜6aの堆積膜厚とシリコン膜6bの堆積膜厚との合計)によってメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まるので、上記ステップS8,S9で堆積するシリコン膜6a,6bの合計の堆積膜厚(すなわちt1+t2)を調整することで、メモリゲート長を調整することができる。   In the stage where the etch-back process of step S10 is performed, the insulating film 5 in a region not covered with the memory gate electrode MG (including the contact portion MGa), the silicon spacer SP1, and the upper electrode UE is exposed. The insulating film 5 under the memory gate electrode MG in the memory cell region 1A becomes a gate insulating film of the memory transistor. The memory gate length (the gate length of the memory gate electrode MG) is determined by the deposited film thickness of the laminated film 6 (that is, the sum of the deposited film thickness of the silicon film 6a and the deposited film thickness of the silicon film 6b). The memory gate length can be adjusted by adjusting the total deposited film thickness (ie, t1 + t2) of the silicon films 6a and 6b deposited in (1).

次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、メモリゲート電極MG(コンタクト部MGaを含む)および上部電極UEが覆われかつシリコンスペーサSP1が露出されるようなフォトレジストパターン(図示せず)を半導体基板1上に形成してから、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとしたドライエッチングにより、シリコンスペーサSP1を除去する(図7のステップS11)。その後、このフォトレジストパターンを除去する。図31および図32には、この段階が示されている。   Next, using a photolithography technique, a photoresist pattern (not shown) that covers the memory gate electrode MG (including the contact portion MGa) and the upper electrode UE and exposes the silicon spacer SP1 is formed on the semiconductor substrate 1. After the formation, the silicon spacer SP1 is removed by dry etching using the photoresist pattern as an etching mask (step S11 in FIG. 7). Thereafter, the photoresist pattern is removed. FIG. 31 and FIG. 32 show this stage.

ステップS11のエッチング工程により、図31および図32に示されるように、シリコンスペーサSP1が除去されるが、メモリゲート電極MG(コンタクト部MGaを含む)および上部電極UEは、フォトレジストパターンで覆われていたので、エッチングされずに残存する。   As shown in FIGS. 31 and 32, the silicon spacer SP1 is removed by the etching process of step S11, but the memory gate electrode MG (including the contact portion MGa) and the upper electrode UE are covered with a photoresist pattern. Therefore, it remains without being etched.

次に、図33〜図35に示されるように、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MG(コンタクト部MGaを含む)および上部電極UEで覆われずに露出する部分をエッチング(例えばウェットエッチング)によって除去する(図7のステップS12)。この際、メモリセル領域1Aおよびメモリゲートシャント領域1Bにおいて、メモリゲート電極MGの下とメモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG間とに位置する絶縁膜5は、除去されずに残存し、キャパシタ形成領域1Cにおいて、上部電極UEの下に位置する絶縁膜5は、除去されずに残存し、他の領域の絶縁膜5は除去される。キャパシタ形成領域1Cにおいて、上部電極UEの下に残存した絶縁膜5が、容量素子CPの容量絶縁膜DEとなる。   Next, as shown in FIG. 33 to FIG. 35, the insulating film 5 is etched (for example, wet etching) in the portion exposed without being covered with the memory gate electrode MG (including the contact portion MGa) and the upper electrode UE. (Step S12 in FIG. 7). At this time, in the memory cell region 1A and the memory gate shunt region 1B, the insulating film 5 located under the memory gate electrode MG and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG remains without being removed, thereby forming a capacitor. In the region 1C, the insulating film 5 located under the upper electrode UE remains without being removed, and the insulating film 5 in other regions is removed. In the capacitor formation region 1C, the insulating film 5 remaining under the upper electrode UE becomes the capacitive insulating film DE of the capacitive element CP.

次に、イオン注入法などを用いて例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物を、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGをイオン注入阻止マスクとして用いて半導体基板1(p型ウエルPW)に導入(ドーピング)することで、n型半導体領域(不純物拡散層)7a,7bを形成する(図7のステップS13)。 Next, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is used by using an ion implantation method or the like, and the semiconductor substrate 1 (p) using the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG as an ion implantation blocking mask. By introducing (doping) into the type well PW), n type semiconductor regions (impurity diffusion layers) 7a and 7b are formed (step S13 in FIG. 7).

この際、n型半導体領域7aは、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成され、n型半導体領域7bは、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの側壁(絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。n型半導体領域7aおよびn型半導体領域7bは、メモリセル領域1Aに形成されるメモリセルのソース・ドレイン領域の一部として機能することができる。n型半導体領域7aとn型半導体領域7bとは、同じイオン注入工程で形成することができるが、異なるイオン注入工程で形成することも可能である。 At this time, the n type semiconductor region 7a is self-aligned with the side wall of the memory gate electrode MG (side wall opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5) in the memory cell region 1A. The n type semiconductor region 7b formed is self-aligned with the side wall of the control gate electrode CG (the side wall opposite to the side adjacent to the memory gate electrode MG via the insulating film 5) in the memory cell region 1A. It is formed. The n type semiconductor region 7a and the n type semiconductor region 7b can function as a part of the source / drain region of the memory cell formed in the memory cell region 1A. The n type semiconductor region 7a and the n type semiconductor region 7b can be formed by the same ion implantation step, but can also be formed by different ion implantation steps.

次に、図36〜図38に示されるように、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して互いに隣合う側とは反対側の側壁)上に、例えば酸化シリコンなどの絶縁体からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWを形成する(図7のステップS14)。例えば、半導体基板1の主面全面上に酸化シリコン膜などの絶縁膜を堆積し、この絶縁膜を異方性エッチング(エッチバック)することによって、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側壁上に選択的にこの絶縁膜を残して、側壁絶縁膜SWを形成することができる。図38に示されるように、側壁絶縁膜SWは、上部電極UEの側壁(側面)上にも形成され得る。   Next, as shown in FIGS. 36 to 38, on the side walls of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG (on the side opposite to the side adjacent to each other through the insulating film 5), for example, silicon oxide or the like Sidewall insulating films (sidewalls, sidewall spacers) SW made of this insulator are formed (step S14 in FIG. 7). For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, and the insulating film is anisotropically etched (etched back) to thereby form the sidewalls of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. The sidewall insulating film SW can be formed by selectively leaving the insulating film. As shown in FIG. 38, the sidewall insulating film SW can also be formed on the sidewall (side surface) of the upper electrode UE.

次に、イオン注入法などを用いて例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物を、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGとそれらの側壁上の側壁絶縁膜SWとをイオン注入阻止マスクとして用いて半導体基板1(p型ウエルPW)に導入(ドーピング)することで、高不純物濃度のn型半導体領域(不純物拡散層)8a,8bを形成する(図7のステップS15)。 Next, an ion implantation method or the like is used to ionize n-type impurities such as arsenic (As) or phosphorus (P) to control gate electrode CG and memory gate electrode MG and side wall insulating film SW on the side walls. By introducing (doping) into the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) using it as an implantation blocking mask, high impurity concentration n + -type semiconductor regions (impurity diffusion layers) 8a and 8b are formed (step S15 in FIG. 7). ).

この際、n型半導体領域8aは、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGの側壁上の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成され、n型半導体領域8bは、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの側壁上の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。これにより、LDD構造が形成される。n型半導体領域8aとn型半導体領域8bは、同じイオン注入工程で形成することができるが、異なるイオン注入工程で形成することも可能である。 At this time, the n + type semiconductor region 8a is formed in the memory cell region 1A in self-alignment with the sidewall insulating film SW on the side wall of the memory gate electrode MG, and the n + type semiconductor region 8b is formed in the memory cell region 1A. The self-alignment is formed on the sidewall insulating film SW on the sidewall of the control gate electrode CG. Thereby, an LDD structure is formed. The n + type semiconductor region 8a and the n + type semiconductor region 8b can be formed by the same ion implantation process, but can also be formed by different ion implantation processes.

型半導体領域7aとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域8aとにより、メモリトランジスタのソース領域として機能するn型の半導体領域MSが形成され、n型半導体領域7bとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域8bとにより、制御トランジスタ(選択トランジスタ)のドレイン領域として機能するn型の半導体領域MDが形成される。 n - the type semiconductor region 7a and the impurity concentration higher than that n + -type semiconductor regions 8a, n-type semiconductor region MS functioning as a source region of the memory transistor is formed, n - -type semiconductor regions 7b and than The n + type semiconductor region 8b having a high impurity concentration forms an n type semiconductor region MD that functions as a drain region of the control transistor (select transistor).

次に、ソースおよびドレイン用のn型の半導体領域MS,MD(n型半導体領域7a,7bおよびn型半導体領域8a,8b)に導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う(図7のステップS16)。 Next, activation is heat treatment for activating the impurities introduced into the n-type semiconductor regions MS and MD (n -type semiconductor regions 7a and 7b and n + -type semiconductor regions 8a and 8b) for the source and drain. Annealing is performed (step S16 in FIG. 7).

このようにして、メモリセル領域1Aに不揮発性メモリのメモリセルMCが形成される。   In this way, the memory cell MC of the nonvolatile memory is formed in the memory cell region 1A.

次に、必要に応じてエッチング(例えば希フッ酸などを用いたウェットエッチング)を行って、n型半導体領域8a,8bの上面(表面)と制御ゲート電極CGの上面とメモリゲート電極MGの上面(側壁絶縁膜SWで覆われていない部分)と上部電極UEの上面(側壁絶縁膜SWで覆われていない部分)と下部電極LEの上面(容量絶縁膜DEおよび上部電極UEで覆われていない部分)とを清浄化(露出)させる。このときのエッチングは、自然酸化膜を除去する程度の軽いエッチングとすることができる。 Next, etching (for example, wet etching using dilute hydrofluoric acid) is performed as necessary, and the upper surfaces (surfaces) of the n + -type semiconductor regions 8a and 8b, the upper surface of the control gate electrode CG, and the memory gate electrode MG. The upper surface (portion not covered with the sidewall insulating film SW), the upper surface of the upper electrode UE (portion not covered with the sidewall insulating film SW), and the upper surface of the lower electrode LE (covered with the capacitor insulating film DE and the upper electrode UE). (Excluded part) and clean (expose). The etching at this time can be light enough to remove the natural oxide film.

次に、図39〜図41に示されるように、サリサイド技術を用いて、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、n型半導体領域8a,8bおよび上部電極UEの上部(上面、表面、上層部)に、それぞれ金属シリサイド層(金属シリサイド膜)11を形成する(図7のステップS17)。金属シリサイド層11を形成したことにより、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。この金属シリサイド層11は、次のようにして形成することができる。 Next, as shown in FIGS. 39 to 41, the salicide technique is used to control the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the n + type semiconductor regions 8a and 8b, and the upper portion of the upper electrode UE (upper surface, surface, upper layer). The metal silicide layer (metal silicide film) 11 is formed on each of the portions (step S17 in FIG. 7). By forming the metal silicide layer 11, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. The metal silicide layer 11 can be formed as follows.

まず、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、上部電極UEおよびn型半導体領域8a,8bの上面(表面)上を含む半導体基板1の主面全面上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、上部電極UEおよび側壁絶縁膜SWを覆うように、金属膜(図示せず)を形成(堆積)する。この金属膜は、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。それから、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、上部電極UEおよびn型半導体領域8a,8bの上層部分(表層部分)を上記金属膜と反応させる。これにより、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、上部電極UEおよびn型半導体領域8a,8bの上部(上面、表面、上層部)に、それぞれ金属シリサイド層11が形成される。金属シリサイド層11は、例えばコバルトシリサイド層(上記金属膜がコバルト膜の場合)またはニッケルシリサイド層(上記金属膜がニッケル膜の場合)とすることができる。その後、未反応の上記金属膜を除去する。図39〜図41にはこの段階の断面図が示されている。また、図41の断面図では示されないが、下部電極LEの上面のうち、上部電極UEおよび容量絶縁膜DEの積層パターンで覆われていない領域には、金属シリサイド層11が形成され得る。 First, the control gate electrode CG, the memory gate electrode, over the entire main surface of the semiconductor substrate 1 including the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the upper electrode UE, and the upper surfaces (surfaces) of the n + -type semiconductor regions 8a, 8b. A metal film (not shown) is formed (deposited) so as to cover MG, upper electrode UE, and sidewall insulating film SW. This metal film is made of, for example, a cobalt (Co) film or a nickel (Ni) film, and can be formed using a sputtering method or the like. Then, by subjecting the semiconductor substrate 1 to heat treatment, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the upper electrode UE, and the upper layer portions (surface layer portions) of the n + type semiconductor regions 8a and 8b are reacted with the metal film. . As a result, the metal silicide layers 11 are formed on the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the upper electrode UE, and the upper portions (upper surface, surface, upper layer portion) of the n + type semiconductor regions 8a and 8b, respectively. The metal silicide layer 11 can be, for example, a cobalt silicide layer (when the metal film is a cobalt film) or a nickel silicide layer (when the metal film is a nickel film). Thereafter, the unreacted metal film is removed. 39 to 41 show cross-sectional views at this stage. Further, although not shown in the cross-sectional view of FIG. 41, the metal silicide layer 11 can be formed in a region of the upper surface of the lower electrode LE that is not covered with the stacked pattern of the upper electrode UE and the capacitive insulating film DE.

次に、図42〜44に示されるように、半導体基板1の主面全面上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、下部電極LE、上部電極UEおよび側壁絶縁膜SWを覆うように、層間絶縁膜として絶縁膜(層間絶縁膜)12を形成(堆積)する。絶縁膜12は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上に該窒化シリコン膜よりも厚く形成された酸化シリコン膜との積層膜などからなり、例えばCVD法などを用いて形成することができる。絶縁膜12の形成後、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などを用いて絶縁膜12の上面を平坦化する。   Next, as shown in FIGS. 42 to 44, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the lower electrode LE, the upper electrode UE, and the sidewall insulating film SW are covered over the entire main surface of the semiconductor substrate 1. An insulating film (interlayer insulating film) 12 is formed (deposited) as an interlayer insulating film. The insulating film 12 is composed of a single film of a silicon oxide film or a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film formed thicker than the silicon nitride film on the silicon nitride film. Can be formed. After the formation of the insulating film 12, the upper surface of the insulating film 12 is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like as necessary.

次に、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁膜12上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、絶縁膜12をドライエッチングすることにより、絶縁膜12にコンタクトホール(開口部、貫通孔)CNTを形成する。   Next, the insulating film 12 is dry-etched using a photoresist pattern (not shown) formed on the insulating film 12 by a photolithography method as an etching mask, whereby a contact hole (opening, penetrating through the insulating film 12). Hole) CNT is formed.

次に、コンタクトホールCNT内に、導電体部(接続用導体部)として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する。   Next, a conductive plug PG made of tungsten (W) or the like is formed in the contact hole CNT as a conductor portion (connection conductor portion).

プラグPGを形成するには、例えば、コンタクトホールCNTの内部(底部および側壁上)を含む絶縁膜12上に、バリア導体膜13aを形成する。このバリア導体膜13aは、例えば、チタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜とすることができる。それから、このバリア導体膜13a上にタングステン膜などからなる主導体膜13bをコンタクトホールCNTを埋めるように形成し、絶縁膜12上の不要な主導体膜13bおよびバリア導体膜13aをCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグPGを形成することができる。   In order to form the plug PG, for example, the barrier conductor film 13a is formed on the insulating film 12 including the inside (on the bottom and side walls) of the contact hole CNT. The barrier conductor film 13a can be, for example, a titanium film, a titanium nitride film, or a laminated film thereof. Then, a main conductor film 13b made of a tungsten film or the like is formed on the barrier conductor film 13a so as to fill the contact holes CNT. By removing by a back method or the like, the plug PG can be formed.

コンタクトホールCNTおよびそれに埋め込まれたプラグPGは、n型半導体領域8a,8b、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、下部電極LEおよび上部電極UEの上部などに形成される。コンタクトホールCNTの底部では、半導体基板1の主面の一部、例えばn型半導体領域8a,8b(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、制御ゲート電極CG(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、メモリゲート電極MG(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、下部電極LE(の表面上の金属シリサイド層11)の一部、上部電極UE(の表面上の金属シリサイド層11)の一部などが露出される。 The contact hole CNT and the plug PG embedded therein are formed on the n + type semiconductor regions 8a and 8b, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the lower electrode LE, and the upper electrode UE. At the bottom of the contact hole CNT, a part of the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a part of the n + type semiconductor regions 8a and 8b (the metal silicide layer 11 on the surface thereof), a metal on the surface of the control gate electrode CG (the surface on the surface). Part of the silicide layer 11), part of the memory gate electrode MG (metal silicide layer 11 on the surface thereof), part of the lower electrode LE (metal silicide layer 11 on the surface thereof), and on the surface of the upper electrode UE (on the surface) A part of the metal silicide layer 11) is exposed.

なお、図42においては、n型半導体領域8b(の表面上の金属シリサイド層11)の一部が、コンタクトホールCNTの底部で露出して、そのコンタクトホールCNTを埋めるプラグPGと電気的に接続された断面が示されている。また、図43においては、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGa(の表面上の金属シリサイド層11)が、コンタクトホールCNT(このコンタクトホールCNTをコンタクトホールCNT1と称する)の底部で露出して、そのコンタクトホールCNT1を埋めるプラグPG(このプラグPGをプラグPG1と称する)と電気的に接続された断面が示されている。また、図44においては、上部電極UE(の表面上の金属シリサイド層11)の一部が、コンタクトホールCNTの底部で露出して、そのコンタクトホールCNTを埋めるプラグPGと電気的に接続された断面が示されている。 In FIG. 42, a part of the n + type semiconductor region 8b (the metal silicide layer 11 on the surface thereof) is exposed at the bottom of the contact hole CNT and electrically connected to the plug PG filling the contact hole CNT. Connected cross sections are shown. In FIG. 43, the contact portion MGa (the metal silicide layer 11 on the surface) of the memory gate electrode MG is exposed at the bottom of the contact hole CNT (this contact hole CNT is referred to as a contact hole CNT1). A cross section electrically connected to a plug PG filling the contact hole CNT1 (this plug PG is referred to as a plug PG1) is shown. In FIG. 44, a part of the upper electrode UE (the metal silicide layer 11 on the surface thereof) is exposed at the bottom of the contact hole CNT and electrically connected to the plug PG filling the contact hole CNT. A cross section is shown.

次に、上記図1〜図3に示されるように、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜12上に配線(配線層)M1を形成する。この配線M1を、ダマシン技術(ここではシングルダマシン技術)を用いて形成する場合について説明する。   Next, as shown in FIGS. 1 to 3, a wiring (wiring layer) M1 is formed on the insulating film 12 in which the plug PG is embedded. A case where the wiring M1 is formed using a damascene technique (here, a single damascene technique) will be described.

まず、上記図1〜図3に示されるように、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜12上に絶縁膜(層間絶縁膜)14を形成してから、この絶縁膜14に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて配線溝(絶縁膜14において配線M1が埋め込まれる溝)を形成する。それから、半導体基板1の主面上(すなわち配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜14上)にバリア導体膜(例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜など)を形成し、続いて、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成し、銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。その後、配線溝内以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜をCMP法により除去して、銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。配線M1は、絶縁膜14の配線溝に埋め込まれた状態となっている。なお、図面の簡略化のために、上記図1〜図3では、配線M1を構成する銅めっき膜、シード層およびバリア導体膜を一体化して示してある。   First, as shown in FIGS. 1 to 3, an insulating film (interlayer insulating film) 14 is formed on the insulating film 12 in which the plug PG is embedded, and then the photolithography technique and the dry film are formed on the insulating film 14. A wiring trench (a trench in which the wiring M1 is embedded in the insulating film 14) is formed using an etching technique. Then, a barrier conductor film (for example, a titanium nitride film, a tantalum film, or a tantalum nitride film) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 (that is, on the insulating film 14 including the bottom and side walls of the wiring trench). A copper seed layer is formed on the barrier conductor film by CVD or sputtering, and a copper plating film is further formed on the seed layer by electrolytic plating or the like, and the inside of the wiring trench is filled with the copper plating film. Thereafter, the copper plating film, the seed layer, and the barrier metal film in a region other than the inside of the wiring trench are removed by CMP to form a first layer wiring M1 using copper as a main conductive material. The wiring M1 is embedded in the wiring groove of the insulating film 14. For simplification of the drawings, in FIGS. 1 to 3, the copper plating film, the seed layer, and the barrier conductor film constituting the wiring M1 are shown in an integrated manner.

配線M1は、プラグPGを介して、メモリトランジスタのソース領域(半導体領域MS)、制御トランジスタのドレイン領域(半導体領域MD)、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG(のコンタクト部MGa)、上部電極UEあるいは下部電極LEなどと電気的に接続される。   The wiring M1 is connected via a plug PG to the source region (semiconductor region MS) of the memory transistor, the drain region (semiconductor region MD) of the control transistor, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG (contact portion MGa thereof), and the upper electrode. It is electrically connected to the UE or the lower electrode LE.

その後、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。また、配線M1およびそれよりも上層の配線は、ダマシン配線(埋込配線)に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン配線またはアルミニウム配線などとすることもできる。   Thereafter, the second and subsequent wirings are formed by a dual damascene method or the like, but illustration and description thereof are omitted here. Further, the wiring M1 and the wiring above it are not limited to damascene wiring (embedded wiring), and can be formed by patterning a conductor film for wiring, for example, tungsten wiring or aluminum wiring. You can also.

次に、本実施の形態の特徴と効果について、より詳細に説明する。   Next, features and effects of the present embodiment will be described in more detail.

まず、第1の比較例の半導体装置について説明する。図45および図46は、第1の比較例の半導体装置の要部断面図であり、本実施の形態の上記図1および図2にそれぞれ相当するものである。   First, the semiconductor device of the first comparative example will be described. 45 and 46 are main part cross-sectional views of the semiconductor device of the first comparative example, and correspond to FIGS. 1 and 2 of the present embodiment, respectively.

図45および図46に示される第1の比較例の半導体装置は、不揮発性メモリのメモリセルを有する半導体装置であり、半導体基板101のp型ウエルPW101の上部に、不揮発性メモリセルを構成する制御ゲート電極CG101とメモリゲート電極MG101とが互いに隣合うように形成されている。制御ゲート電極CG101とp型ウエルPW101との間には、ゲート絶縁膜としての絶縁膜103が形成されている。また、メモリゲート電極MG101とp型ウエルPW101との間および制御ゲート電極CG101とメモリゲート電極MG101との間には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の積層膜からなる絶縁膜105が形成されている。制御ゲート電極CG101は、n型不純物が導入されて低抵抗率とされたn型ポリシリコン膜104の単体膜により形成されている。メモリゲート電極MG101は、ポリシリコン膜106の単体膜により形成されている。p型ウエルPW101には、ソース領域として機能する半導体領域が、n型半導体領域107aとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域108aとにより形成され、ドレイン領域として機能する半導体領域が、n型半導体領域107bとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域108bとにより形成されている。制御ゲート電極CG101およびメモリゲート電極MG101の互いに隣接する側とは反対側の側壁上には側壁絶縁膜SW101が形成されている。また、n型半導体領域108a,108b、制御ゲート電極CG101およびメモリゲート電極MG101の上部には金属シリサイド層111が形成されている。 The semiconductor device of the first comparative example shown in FIG. 45 and FIG. 46 is a semiconductor device having a memory cell of a nonvolatile memory, and constitutes a nonvolatile memory cell above the p-type well PW101 of the semiconductor substrate 101. Control gate electrode CG101 and memory gate electrode MG101 are formed adjacent to each other. An insulating film 103 as a gate insulating film is formed between the control gate electrode CG101 and the p-type well PW101. Further, an insulating film 105 made of a stacked film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film is provided between the memory gate electrode MG101 and the p-type well PW101 and between the control gate electrode CG101 and the memory gate electrode MG101. Is formed. The control gate electrode CG101 is formed of a single film of the n-type polysilicon film 104 in which an n-type impurity is introduced to make the resistivity low. The memory gate electrode MG101 is formed of a single film of the polysilicon film 106. In the p-type well PW101, a semiconductor region functioning as a source region is formed by an n -type semiconductor region 107a and an n + -type semiconductor region 108a having a higher impurity concentration than that, and a semiconductor region functioning as a drain region is formed The n type semiconductor region 107b and the n + type semiconductor region 108b having a higher impurity concentration than that are formed. A side wall insulating film SW101 is formed on the side wall of the control gate electrode CG101 and the memory gate electrode MG101 opposite to the side adjacent to each other. A metal silicide layer 111 is formed on the n + type semiconductor regions 108a and 108b, the control gate electrode CG101, and the memory gate electrode MG101.

このような構造の第1の比較例の半導体装置は、次のような課題を有している。   The semiconductor device of the first comparative example having such a structure has the following problems.

メモリゲート電極MG101はポリシリコン膜106の単体膜により形成されているが、メモリゲート電極MG101は、メモリセルアレイ(アレイ状に配列した複数のメモリセル)を形成する際に、長い配線(メモリゲート電極同士を接続する配線)を兼ねるため、低抵抗率であることが望まれる。この観点では、メモリゲート電極MG101を構成するポリシリコン膜106を、n型不純物を導入して低抵抗率とされたn型のドープトポリシリコン膜とすることが好ましい。   The memory gate electrode MG101 is formed of a single film of the polysilicon film 106. However, the memory gate electrode MG101 has a long wiring (memory gate electrode) when forming a memory cell array (a plurality of memory cells arranged in an array). It is desirable that the resistivity be low. From this viewpoint, it is preferable that the polysilicon film 106 constituting the memory gate electrode MG101 is an n-type doped polysilicon film having a low resistivity by introducing an n-type impurity.

しかしながら、メモリ素子としての観点からは、メモリゲート電極MG101を構成するポリシリコン膜106の不純物濃度を低くすることが望ましい。これは、メモリゲート電極MG101の不純物濃度が少ない方が、絶縁膜105に隣接するメモリゲート電極MG101の空乏化により、電荷保持時の絶縁膜105近傍のメモリゲート電極MG101における電界が緩和される。これにより、電荷蓄積層(第1の比較例の半導体装置の場合は絶縁膜105中の窒化シリコン膜に対応し、本実施の形態の半導体装置の場合は窒化シリコン膜5bに対応する)からメモリゲート電極MG101に電荷が移動しにくくなり、データが反転する現象を抑制できるため、データ保持(データリテンション)特性の面で有利だからである。   However, from the viewpoint of a memory element, it is desirable to reduce the impurity concentration of the polysilicon film 106 constituting the memory gate electrode MG101. This is because, when the impurity concentration of the memory gate electrode MG101 is lower, the electric field in the memory gate electrode MG101 in the vicinity of the insulating film 105 during charge retention is reduced due to depletion of the memory gate electrode MG101 adjacent to the insulating film 105. Accordingly, the memory from the charge storage layer (corresponding to the silicon nitride film in the insulating film 105 in the case of the semiconductor device of the first comparative example and corresponding to the silicon nitride film 5b in the case of the semiconductor device of the present embodiment). This is because charges are less likely to move to the gate electrode MG101 and the phenomenon of data inversion can be suppressed, which is advantageous in terms of data retention characteristics.

このため、メモリゲート電極MG101を構成するポリシリコン膜106にノンドープのポリシリコン膜を用いれば、不揮発性メモリのデータ保持特性を向上することができる。しかしながら、その反面、ノンドープのポリシリコン膜106の単体膜でメモリゲート電極MG101を形成すると、メモリゲート電極MG101全体が高抵抗率となってしまうため、不揮発性メモリを有する半導体装置の性能を低下させる可能性がある。   Therefore, if a non-doped polysilicon film is used for the polysilicon film 106 constituting the memory gate electrode MG101, the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved. However, if the memory gate electrode MG101 is formed with a single film of the non-doped polysilicon film 106, the entire memory gate electrode MG101 has a high resistivity, which deteriorates the performance of the semiconductor device having a nonvolatile memory. there is a possibility.

また、メモリゲート電極MG101の上部にサリサイド技術を用いて金属シリサイド層111を形成することで、メモリゲート電極MG101の抵抗を低下させることが考えられる。しかしながら、図46に示されるように、メモリゲート電極MG101のコンタクト部MG101a(本実施の形態のコンタクト部MGaに相当する部分)には段差があるため、コンタクト部MG101aの段差の側壁(側面)上に側壁絶縁膜SW101(この側壁絶縁膜SW101を側壁絶縁膜SW101aと称する)が形成される。このため、メモリゲート電極MG101の上部に金属シリサイド層111をサリサイド技術で形成したとしても、コンタクト部MG101a上に形成された金属シリサイド層111は、側壁絶縁膜SW101aで分断され、コンタクト部MG101aの段差の側壁上と側壁絶縁膜SW101aの下部とには金属層111は形成されない。このため、メモリゲート電極MG101を構成するポリシリコン膜106をノンドープのポリシリコン膜で形成した場合には、サリサイド技術で金属シリサイド層111を形成したとしても、金属シリサイド層111が形成されずに低抵抗化の効果を得にくい高抵抗領域RG101がコンタクト部MG101aに発生する。   In addition, it is conceivable to reduce the resistance of the memory gate electrode MG101 by forming the metal silicide layer 111 on the upper portion of the memory gate electrode MG101 by using the salicide technique. However, as shown in FIG. 46, the contact portion MG101a of the memory gate electrode MG101 (the portion corresponding to the contact portion MGa in the present embodiment) has a step, and therefore on the side wall (side surface) of the step of the contact portion MG101a. A sidewall insulating film SW101 (this sidewall insulating film SW101 is referred to as a sidewall insulating film SW101a) is formed. Therefore, even if the metal silicide layer 111 is formed on the memory gate electrode MG101 by the salicide technique, the metal silicide layer 111 formed on the contact portion MG101a is divided by the sidewall insulating film SW101a, and the level difference of the contact portion MG101a. The metal layer 111 is not formed on the side wall of the semiconductor device and on the lower side of the side wall insulating film SW101a. For this reason, when the polysilicon film 106 constituting the memory gate electrode MG101 is formed of a non-doped polysilicon film, even if the metal silicide layer 111 is formed by the salicide technique, the metal silicide layer 111 is not formed and the low thickness is reduced. A high resistance region RG101 in which it is difficult to obtain the effect of resistance is generated in the contact portion MG101a.

この高抵抗領域RG101は、絶縁膜105を介して制御ゲート電極CG101に隣接する領域に発生する。コンタクト部MG101a以外の領域のメモリゲート電極MG101は、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されているが、このサイドウォールスペーサ状のメモリゲート電極MG101は、コンタクト部MG101aのこの高抵抗領域RG101に一体的に連結されるため、コンタクト部MG101aに高抵抗領域RG101が存在すると、メモリゲート電極MGの抵抗を高めてしまう。これは、不揮発性メモリを有する半導体装置の性能を低下させる可能性がある。   The high resistance region RG101 is generated in a region adjacent to the control gate electrode CG101 through the insulating film 105. The memory gate electrode MG101 in a region other than the contact portion MG101a is formed in a sidewall spacer shape on the side wall of the control gate electrode CG via the insulating film 5. The sidewall spacer-shaped memory gate electrode MG101 is Since the contact portion MG101a is integrally connected to the high resistance region RG101, the presence of the high resistance region RG101 in the contact portion MG101a increases the resistance of the memory gate electrode MG. This may reduce the performance of the semiconductor device having a nonvolatile memory.

それに対して、本実施の形態では、上記図1、図2および図4にも示されるように、メモリゲート電極MGを、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜により形成している。このため、メモリゲート電極MGにおいて、シリコン膜6aおよびシリコン膜6bを、それぞれシリコン領域(第1シリコン領域および第2シリコン領域)とみなすことができる。そして、メモリゲート電極MGは、絶縁膜5に隣接する領域(第1シリコン領域)がシリコン膜6aで構成され、その領域(シリコン膜6aで構成された領域、第1シリコン領域)を介して絶縁膜5から離間する領域(第2シリコン領域)が、シリコン膜6bで構成された状態となっている。従って、メモリゲート電極MGにおいて、シリコン膜6aを、絶縁膜5に隣接する領域(第1シリコン領域)とみなすことができ、シリコン膜6bを、シリコン膜6aで構成された前記領域(第1シリコン領域)を介して絶縁膜5から離間する領域(第2シリコン領域)とみなすことができる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1, 2 and 4, the memory gate electrode MG is formed of a laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a. is doing. Therefore, in the memory gate electrode MG, the silicon film 6a and the silicon film 6b can be regarded as silicon regions (first silicon region and second silicon region), respectively. In the memory gate electrode MG, a region adjacent to the insulating film 5 (first silicon region) is configured by the silicon film 6a, and the memory gate electrode MG is insulated via the region (region configured by the silicon film 6a, first silicon region). A region (second silicon region) separated from the film 5 is in a state constituted by the silicon film 6b. Therefore, in the memory gate electrode MG, the silicon film 6a can be regarded as a region (first silicon region) adjacent to the insulating film 5, and the silicon film 6b is the region composed of the silicon film 6a (first silicon region). It can be regarded as a region (second silicon region) that is separated from the insulating film 5 via a region).

シリコン膜6a,6bの位置を具体的に説明すると、メモリゲート電極MGのシリコン膜6b(第2シリコン領域)と半導体基板1(のp型ウエルPW)との間に、絶縁膜5とメモリゲート電極MGのシリコン膜6a(第1シリコン領域)とが介在し、メモリゲート電極MGのシリコン膜6b(第2シリコン領域)と制御ゲート電極CGとの間には、絶縁膜5とメモリゲート電極MGのシリコン膜6a(第1シリコン領域)とが介在している。メモリゲート電極MGのシリコン膜6b(第2シリコン領域)は、絶縁膜5に接していない。   Specifically, the positions of the silicon films 6a and 6b will be described. Between the silicon film 6b (second silicon region) of the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (the p-type well PW), the insulating film 5 and the memory gate are provided. The silicon film 6a (first silicon region) of the electrode MG is interposed, and the insulating film 5 and the memory gate electrode MG are interposed between the silicon film 6b (second silicon region) of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The silicon film 6a (first silicon region) is interposed. The silicon film 6 b (second silicon region) of the memory gate electrode MG is not in contact with the insulating film 5.

そして、本実施の形態では、シリコン膜6aをノンドープのシリコン膜で形成し、シリコン膜6bを、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜で形成している。メモリゲート電極MGにおける絶縁膜5に隣接する領域(第1シリコン領域)をノンドープのシリコン膜6aで形成しているため、メモリゲート絶縁膜(ここでは絶縁膜5)に隣接する領域(すなわちシリコン膜6a)は、不純物濃度が低くなっている。このため、メモリゲート絶縁膜(ここでは絶縁膜5)に隣接する領域(すなわちシリコン膜6a)の不純物濃度が低いことで、電荷保持時のメモリゲート絶縁膜(ここでは絶縁膜5)近傍のメモリゲート電極MGにおける電界が緩和され、電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)からメモリゲート電極MGに電荷が移動しにくくなり、不揮発性メモリのデータ保持特性を向上させることができる。   In this embodiment, the silicon film 6a is formed of a non-doped silicon film, and the silicon film 6b is formed of a silicon film into which impurities are introduced (doped). Since the region (first silicon region) adjacent to the insulating film 5 in the memory gate electrode MG is formed of the non-doped silicon film 6a, the region adjacent to the memory gate insulating film (here, the insulating film 5) (that is, the silicon film) 6a) has a low impurity concentration. For this reason, since the impurity concentration in the region adjacent to the memory gate insulating film (here, the insulating film 5) (ie, the silicon film 6a) is low, the memory in the vicinity of the memory gate insulating film (here, the insulating film 5) at the time of charge retention. The electric field in the gate electrode MG is relaxed, and it becomes difficult for charges to move from the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) to the memory gate electrode MG, so that the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved.

更に、本実施の形態では、メモリゲート電極MGにおいて、シリコン膜6aで構成された領域(第1シリコン領域)を介して絶縁膜5から離間する領域(第2シリコン領域)は、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜6bで形成しているため、不純物濃度が高く、低抵抗率の状態となっている。このため、メモリゲート電極MGを低抵抗化することができ、不揮発性メモリの動作速度を向上させることができる。また、メモリゲート電極MGは、メモリセルアレイ(アレイ状に配列した複数のメモリセル)を形成する際に、長い配線(メモリゲート電極MGの延在方向に並んだ複数のメモリセルのメモリゲート電極MG同士を接続する配線)を兼ねるが、この配線も低抵抗化することができるため、不揮発性メモリの動作速度を向上させることができる。従って、不揮発性メモリの性能を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, in the memory gate electrode MG, impurities are introduced into a region (second silicon region) separated from the insulating film 5 via a region (first silicon region) formed of the silicon film 6a ( Since the doped silicon film 6b is formed, the impurity concentration is high and the resistivity is low. For this reason, the resistance of the memory gate electrode MG can be reduced, and the operation speed of the nonvolatile memory can be improved. The memory gate electrode MG is formed of a long wiring (a plurality of memory cells arranged in the extending direction of the memory gate electrode MG) when forming a memory cell array (a plurality of memory cells arranged in an array). Although the wiring can also be reduced in resistance, the operation speed of the nonvolatile memory can be improved. Therefore, the performance of the nonvolatile memory can be improved.

また、メモリゲート電極MGの上部にサリサイド技術を用いて金属シリサイド層11を形成することで、メモリゲート電極MGの抵抗を低下させることができるが、この場合、図2に示されるように、メモリゲート電極MGのコンタクト部MGaには段差があるため、コンタクト部MGaの段差の側壁(側面)上に側壁絶縁膜SW(この側壁絶縁膜SWを側壁絶縁膜SWaと称する)が形成される。このため、メモリゲート電極MGの上部に金属シリサイド層11をサリサイド技術で形成したとしても、コンタクト部MGa上に形成された金属シリサイド層11は、側壁絶縁膜SWaで分断され、コンタクト部MGaの段差の側壁上と側壁絶縁膜SWaの下部とには金属シリサイド層11は形成されない。しかしながら、本実施の形態では、シリコン膜6bを不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜としているため、シリコン膜6bは低抵抗率とすることができる。このため、本実施の形態では、たとえコンタクト部MGaの段差の側壁上と側壁絶縁膜SWaの下部とに金属シリサイド層11が形成されなくとも、シリコン膜6bが低抵抗率となっているため、上記図46の第1の比較例の半導体装置のように上記高抵抗領域RG101が発生するのを抑制または防止することができる。従って、メモリゲート電極MGに高抵抗部分が生じるのを抑制または防止でき、不揮発性メモリの動作速度を向上して不揮発性メモリを有する半導体装置の性能を向上させることができる。   Further, by forming the metal silicide layer 11 on the memory gate electrode MG using the salicide technique, the resistance of the memory gate electrode MG can be reduced. In this case, as shown in FIG. Since there is a step in the contact part MGa of the gate electrode MG, a side wall insulating film SW (this side wall insulating film SW is referred to as a side wall insulating film SWa) is formed on the side wall (side surface) of the step of the contact part MGa. For this reason, even if the metal silicide layer 11 is formed on the memory gate electrode MG by the salicide technique, the metal silicide layer 11 formed on the contact portion MGa is divided by the sidewall insulating film SWa, and the level difference of the contact portion MGa. The metal silicide layer 11 is not formed on the side wall of the semiconductor device and on the lower side of the side wall insulating film SWa. However, in this embodiment, since the silicon film 6b is a silicon film into which impurities are introduced (doped), the silicon film 6b can have a low resistivity. Therefore, in the present embodiment, even if the metal silicide layer 11 is not formed on the side wall of the step of the contact portion MGa and the lower portion of the side wall insulating film SWa, the silicon film 6b has a low resistivity. Generation of the high resistance region RG101 as in the semiconductor device of the first comparative example of FIG. 46 can be suppressed or prevented. Accordingly, it is possible to suppress or prevent the generation of the high resistance portion in the memory gate electrode MG, and it is possible to improve the operation speed of the nonvolatile memory and improve the performance of the semiconductor device having the nonvolatile memory.

このように、本実施の形態では、メモリゲート電極MGをシリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜により形成し、シリコン膜6aをノンドープのシリコン膜とすることで、不揮発性メモリのデータ保持特性を向上させ、シリコン膜6bを不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜とすることで、メモリゲート電極MGの抵抗を低下させている。これにより、不揮発性メモリを有する半導体装置の性能を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the memory gate electrode MG is formed of a stacked film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a, and the silicon film 6a is a non-doped silicon film, so that the nonvolatile memory is formed. The resistance of the memory gate electrode MG is lowered by improving the data retention characteristics of the memory and making the silicon film 6b a silicon film doped with impurities. Thereby, the performance of the semiconductor device having a nonvolatile memory can be improved.

また、電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)に蓄えた電荷(電子またはホール)がメモリゲート電極MGに移動してデータが反転する現象を抑制してデータ保持特性を向上させる観点からは、図22〜24に示されているシリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1は10nm以上であることが好ましい。シリコン膜6aの厚さt1を10nm以上(すなわちt1≧10nm)とすることで、上記現象を的確に抑制してデータ保持特性を的確に向上させることができる。厚さt1は、製造後の本実施の形態の不揮発性メモリセルを示す図1においては、制御ゲート電極CGとシリコン膜6bとの間に形成されたシリコン膜6aのメモリゲート電極MGのゲート長方向の厚さ(膜厚)に相当する。また、メモリゲート電極MGの低抵抗化を図る観点からは、図25〜27に示されているシリコン膜6bの厚さ(堆積膜厚)t2は20nm以上(すなわちt2≧20nm)とすることが好ましい。厚さt2は、製造後の本実施の形態の不揮発性メモリセルを示す図1においては、シリコン膜6bの下面でシリコン膜6aに接する領域のメモリゲート電極MGのゲート長方向の厚さ(膜厚)に相当する。   Further, from the viewpoint of improving the data retention characteristics by suppressing the phenomenon that charges (electrons or holes) stored in the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) move to the memory gate electrode MG to invert data, The thickness (deposited film thickness) t1 of the silicon film 6a shown in FIGS. 22 to 24 is preferably 10 nm or more. By setting the thickness t1 of the silicon film 6a to 10 nm or more (that is, t1 ≧ 10 nm), it is possible to accurately suppress the above phenomenon and improve the data retention characteristics. The thickness t1 is the gate length of the memory gate electrode MG of the silicon film 6a formed between the control gate electrode CG and the silicon film 6b in FIG. 1 showing the nonvolatile memory cell of the present embodiment after manufacture. It corresponds to the thickness (film thickness) in the direction. From the viewpoint of reducing the resistance of the memory gate electrode MG, the thickness (deposited film thickness) t2 of the silicon film 6b shown in FIGS. 25 to 27 is 20 nm or more (that is, t2 ≧ 20 nm). preferable. The thickness t2 is the thickness in the gate length direction of the memory gate electrode MG in the region in contact with the silicon film 6a on the lower surface of the silicon film 6b in FIG. Thickness).

また、シリコン膜6aの厚さt1とシリコン膜6bの厚さt2との合計によってメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まるため、シリコン膜6aとシリコン膜6bとの合計の厚さ(すなわちt1+t2)は、最適なメモリゲート長を得られる寸法に設計される。そして、最適なメモリゲート長に相当する上記合計の厚さ(すなわちt1+t2)をシリコン膜6aの厚さt1とシリコン膜6bの厚さt2とに配分する際に、半分より多くをシリコン膜6bの厚さt2に配分し、残りをシリコン膜6aの厚さt1に配分することが好ましい。すなわち、シリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1よりも、シリコン膜6bの厚さ(堆積膜厚)t2を厚くすること(すなわちt1<t2)が好ましい。シリコン膜6aとシリコン膜6bとの合計の厚さ(すなわちt1+t2)に占めるシリコン膜6bの厚みt2の割合が大きいほど、ゲート電極MGの低抵抗化を図る上で有利となるため、シリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1よりも、シリコン膜6bの厚さ(堆積膜厚)t2を厚く(すなわちt1<t2)することで、ゲート電極MGを効率的に低抵抗化することができる。また、シリコン膜6aの厚さt1をシリコン膜6bの厚さt2よりも薄く(すなわちt1<t2)しても、上述のようにシリコン膜6aの厚さt1を10nm以上(すなわちt1≧10nm)としておけば、データ保持特性の向上効果を的確に得ることができる。このため、製造後の本実施の形態の不揮発性メモリセルを示す図1において、t1<t2の関係が成り立つことが好ましい。   Further, since the memory gate length (gate length of the memory gate electrode MG) is determined by the sum of the thickness t1 of the silicon film 6a and the thickness t2 of the silicon film 6b, the total thickness of the silicon film 6a and the silicon film 6b. (I.e., t1 + t2) is designed to have a dimension capable of obtaining an optimum memory gate length. When the total thickness corresponding to the optimum memory gate length (ie, t1 + t2) is distributed between the thickness t1 of the silicon film 6a and the thickness t2 of the silicon film 6b, more than half of the total thickness of the silicon film 6b is used. It is preferable to distribute to the thickness t2 and distribute the remainder to the thickness t1 of the silicon film 6a. That is, it is preferable to make the thickness (deposited film thickness) t2 of the silicon film 6b thicker (that is, t1 <t2) than the thickness (deposited film thickness) t1 of the silicon film 6a. Since the larger the ratio of the thickness t2 of the silicon film 6b to the total thickness of the silicon film 6a and the silicon film 6b (ie, t1 + t2), the more advantageous it is to reduce the resistance of the gate electrode MG, the silicon film 6a By making the thickness (deposited film thickness) t2 of the silicon film 6b thicker (that is, t1 <t2) than the thickness (deposited film thickness) t1, the gate electrode MG can be efficiently reduced in resistance. . Even if the thickness t1 of the silicon film 6a is smaller than the thickness t2 of the silicon film 6b (ie, t1 <t2), the thickness t1 of the silicon film 6a is 10 nm or more (ie, t1 ≧ 10 nm) as described above. If so, the effect of improving the data retention characteristics can be obtained accurately. For this reason, in FIG. 1 which shows the non-volatile memory cell of this Embodiment after manufacture, it is preferable that the relationship of t1 <t2 is satisfied.

また、本実施の形態では、同じ半導体基板1に不揮発性メモリ(のメモリセルMC)と容量素子CPとが形成(混載)されている。容量素子CPの下部電極LEは、制御ゲート電極CGと同層のシリコン膜4により形成されている。容量素子CPの容量絶縁膜DEは、メモリトランジスタのメモリゲート絶縁膜(メモリセル領域1Aの絶縁膜5)と同層の絶縁膜5により形成されている。容量素子CPの上部電極UEは、メモリゲート電極MGと同層のシリコン膜6a,6bにより形成されている。すなわち、メモリゲート電極MGと上部電極UEとは、いずれも、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜により形成されている。換言すれば、上記積層膜6(シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜)を、メモリトランジスタのメモリゲートMGと容量素子CPの上部電極UEとに使用している。但し、メモリゲートMGを構成する積層膜6と、上部電極UEを構成する積層膜6とは、上記ステップS8,S9でシリコン膜6a,6bを形成した段階では一体化されていたが、上記ステップS10で分離されるため、製造された半導体装置においては分離されている。   In the present embodiment, a non-volatile memory (memory cell MC thereof) and a capacitor element CP are formed (mixed) on the same semiconductor substrate 1. The lower electrode LE of the capacitive element CP is formed of the silicon film 4 in the same layer as the control gate electrode CG. The capacitive insulating film DE of the capacitive element CP is formed of the same insulating film 5 as the memory gate insulating film (insulating film 5 in the memory cell region 1A) of the memory transistor. The upper electrode UE of the capacitive element CP is formed of silicon films 6a and 6b in the same layer as the memory gate electrode MG. That is, both the memory gate electrode MG and the upper electrode UE are formed by a laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a. In other words, the laminated film 6 (a laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a) is used for the memory gate MG of the memory transistor and the upper electrode UE of the capacitive element CP. However, the laminated film 6 constituting the memory gate MG and the laminated film 6 constituting the upper electrode UE are integrated at the stage where the silicon films 6a and 6b are formed in the steps S8 and S9. Since it is separated in S10, it is separated in the manufactured semiconductor device.

本実施の形態とは異なり、上記図45および図46の第1の比較例の半導体装置のように、メモリゲート電極MG101をポリシリコン膜106の単体膜により形成した場合には、容量素子の上部電極(上部電極UEに相当するもの)もポリシリコン膜106の単体膜により形成されることになる。容量素子の電極は低抵抗であることが好ましいため、容量素子の上部電極を構成するポリシリコン膜106を高不純物濃度のドープトポリシリコン膜にしようとすると、メモリゲート電極MG101を構成するポリシリコン膜106も高不純物濃度のポリシリコン膜となるため、データ保持特性の面で不利となる。   Unlike the present embodiment, when the memory gate electrode MG101 is formed of a single film of the polysilicon film 106 as in the semiconductor device of the first comparative example shown in FIGS. The electrode (corresponding to the upper electrode UE) is also formed by a single film of the polysilicon film 106. Since the electrode of the capacitor element preferably has a low resistance, if the polysilicon film 106 constituting the upper electrode of the capacitor element is made to be a doped polysilicon film having a high impurity concentration, the polysilicon constituting the memory gate electrode MG101 will be described. The film 106 is also a high impurity concentration polysilicon film, which is disadvantageous in terms of data retention characteristics.

それに対して、本実施の形態では、容量素子CPの上部電極UEは、上記図3にも示されるように、シリコン膜6aとシリコン膜6a上のシリコン膜6bとの積層膜により形成している。このうち、シリコン膜6aは、ノンドープのシリコン膜からなり、シリコン膜6bは、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜からなる。上部電極UEの下層部分(下層領域)はノンドープのシリコン膜6aで構成されているが、上部電極UEの上層部分(上層領域)を、不純物が導入(ドープ)されて低抵抗率とされたシリコン膜6bで構成することで、上部電極UEの抵抗を低減することができる。これにより、不揮発性メモリとともに容量素子CPを有する半導体装置の性能を向上させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the upper electrode UE of the capacitive element CP is formed of a laminated film of the silicon film 6a and the silicon film 6b on the silicon film 6a as shown in FIG. . Among these, the silicon film 6a is made of a non-doped silicon film, and the silicon film 6b is made of a silicon film into which impurities are introduced (doped). The lower layer portion (lower layer region) of the upper electrode UE is composed of a non-doped silicon film 6a. However, the upper layer portion (upper layer region) of the upper electrode UE is doped (doped) with low resistivity. By configuring with the film 6b, the resistance of the upper electrode UE can be reduced. Thereby, the performance of the semiconductor device having the capacitive element CP together with the nonvolatile memory can be improved.

また、上部電極UEの上部にサリサイド技術を用いて金属シリサイド層11を形成することで、上部電極UEの抵抗を低下させることができるが、この場合、図3に示されるように、下地の下部電極LEを反映して上部電極UEには段差があるため、上部電極UEの段差の側壁(側面)上に側壁絶縁膜SW(この側壁絶縁膜SWを側壁絶縁膜SWbと称する)が形成される。このため、上部電極UEの上部に金属シリサイド層11をサリサイド技術で形成したとしても、上部電極UE上に形成された金属シリサイド層11は、側壁絶縁膜SWbで分断され、上部電極UEの段差の側壁上と側壁絶縁膜SWbの下部とには金属シリサイド層11は形成されない。しかしながら、本実施の形態では、シリコン膜6bを不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜としているため、シリコン膜6bは低抵抗率とすることができる。このため、本実施の形態では、たとえ上部電極UEの段差の側壁上と側壁絶縁膜SWbの下部とに金属シリサイド層11が形成されなくとも、シリコン膜6bが低抵抗率となっているため、シリコン膜6b自身の低抵抗率化により、上部電極UEに高抵抗領域が発生するのを防止することができる。このため、不揮発性メモリとともに容量素子CPを有する半導体装置の性能を向上させることができる。   Further, the resistance of the upper electrode UE can be reduced by forming the metal silicide layer 11 on the upper electrode UE using the salicide technique. In this case, as shown in FIG. Since the upper electrode UE has a step reflecting the electrode LE, a sidewall insulating film SW (this sidewall insulating film SW is referred to as a sidewall insulating film SWb) is formed on the sidewall (side surface) of the step of the upper electrode UE. . For this reason, even if the metal silicide layer 11 is formed on the upper electrode UE by the salicide technique, the metal silicide layer 11 formed on the upper electrode UE is divided by the sidewall insulating film SWb, and the level difference of the upper electrode UE is reduced. The metal silicide layer 11 is not formed on the sidewall and below the sidewall insulating film SWb. However, in this embodiment, since the silicon film 6b is a silicon film into which impurities are introduced (doped), the silicon film 6b can have a low resistivity. Therefore, in the present embodiment, even if the metal silicide layer 11 is not formed on the side wall of the step of the upper electrode UE and the lower portion of the side wall insulating film SWb, the silicon film 6b has a low resistivity. By reducing the resistivity of the silicon film 6b itself, it is possible to prevent a high resistance region from being generated in the upper electrode UE. For this reason, the performance of the semiconductor device having the capacitive element CP together with the nonvolatile memory can be improved.

図47は、第2の比較例の半導体装置の要部断面図であり、本実施の形態の上記図1に相当するものである。   FIG. 47 is a cross-sectional view of a principal part of the semiconductor device of the second comparative example, and corresponds to FIG. 1 of the present embodiment.

図47に示される第2の比較例の半導体装置は、メモリゲート電極MG201の構成が、上記図45の第1の比較例の半導体装置と異なっている。それ以外は、図47に示される第2の比較例の半導体装置は、上記図45の第1の比較例の半導体装置とほぼ同様の構造を有しているので、ここではメモリゲート電極MG201以外の説明は省略する。   The semiconductor device of the second comparative example shown in FIG. 47 is different from the semiconductor device of the first comparative example of FIG. 45 in the configuration of the memory gate electrode MG201. Other than that, the semiconductor device of the second comparative example shown in FIG. 47 has substantially the same structure as the semiconductor device of the first comparative example of FIG. 45, and here, except for the memory gate electrode MG201. Description of is omitted.

図47に示される第2の比較例の半導体装置は、メモリゲート電極MG201が、ノンドープのポリシリコン膜106aと、不純物が導入(ドープ)されて低抵抗率とされたドープトポリシリコン膜106bとで形成されている。このメモリゲート電極MG201は、次のようにして形成される。   The semiconductor device of the second comparative example shown in FIG. 47 includes a memory gate electrode MG201, a non-doped polysilicon film 106a, and a doped polysilicon film 106b in which impurities are introduced (doped) and have a low resistivity. It is formed with. The memory gate electrode MG201 is formed as follows.

p型ウエルPW101上に絶縁膜103を介して制御ゲート電極CG101を形成してから、半導体基板101の主面と制御ゲート電極CG101の表面上に、メモリトランジスタのゲート絶縁膜用の絶縁膜105を形成する。それから、絶縁膜105上に制御ゲート電極CG101を覆うようにノンドープのポリシリコン膜106aを形成してから、このポリシリコン膜106aを異方性エッチング技術によりエッチバックすることで、制御ゲート電極CG101の側壁上に絶縁膜105を介してポリシリコン膜106aをサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域のポリシリコン膜106aを除去する。それから、絶縁膜105上にポリシリコン膜106aを覆うように、不純物が導入(ドープ)されたドープトポリシリコン膜106bを形成してから、このドープトポリシリコン膜106bを異方性エッチング技術によりエッチバックする。このエッチバックにより、制御ゲート電極CG101の側壁上に絶縁膜105およびポリシリコン膜106aを介してドープトポリシリコン膜106bをサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域のドープトポリシリコン膜106bを除去する。これにより、ノンドープのポリシリコン膜106aとドープトポリシリコン膜106bとからなるメモリゲート電極MG201が、制御ゲート電極CG101の側壁上に絶縁膜105を介して形成される。   After forming the control gate electrode CG101 over the p-type well PW101 via the insulating film 103, an insulating film 105 for the gate insulating film of the memory transistor is formed on the main surface of the semiconductor substrate 101 and the surface of the control gate electrode CG101. Form. Then, after forming a non-doped polysilicon film 106a on the insulating film 105 so as to cover the control gate electrode CG101, the polysilicon film 106a is etched back by an anisotropic etching technique, thereby forming the control gate electrode CG101. The polysilicon film 106a is left on the side wall through the insulating film 105 in the form of a sidewall spacer, and the polysilicon film 106a in other regions is removed. Then, a doped polysilicon film 106b into which impurities are introduced (doped) is formed on the insulating film 105 so as to cover the polysilicon film 106a, and then the doped polysilicon film 106b is formed by an anisotropic etching technique. Etch back. By this etch back, the doped polysilicon film 106b is left on the side wall of the control gate electrode CG101 via the insulating film 105 and the polysilicon film 106a as a sidewall spacer, and the doped polysilicon film 106b in other regions is removed. To do. As a result, the memory gate electrode MG201 composed of the non-doped polysilicon film 106a and the doped polysilicon film 106b is formed on the side wall of the control gate electrode CG101 via the insulating film 105.

このように、図47に示される第2の比較例の半導体装置では、ノンドープのポリシリコン膜106aを堆積してこのポリシリコン膜106aをエッチバックしてから、ドープトポリシリコン膜106bを堆積してこのドープトポリシリコン膜106bをエッチバックすることで、メモリゲート電極MG201を形成している。このため、メモリゲート電極MG201の下面(絶縁膜105に接する下面)は、制御ゲート電極CGに近い側がノンドープのポリシリコン膜106aで構成され、ソース領域(n型半導体領域107aおよびn型半導体領域108a)に近い側はドープトポリシリコン膜106bで構成された状態となっている。 As described above, in the semiconductor device of the second comparative example shown in FIG. 47, the non-doped polysilicon film 106a is deposited, the polysilicon film 106a is etched back, and then the doped polysilicon film 106b is deposited. The memory gate electrode MG201 is formed by etching back the doped polysilicon film 106b. For this reason, the lower surface of the memory gate electrode MG201 (the lower surface in contact with the insulating film 105) is composed of the non-doped polysilicon film 106a on the side close to the control gate electrode CG, and the source region (the n type semiconductor region 107a and the n + type semiconductor). The side close to the region 108a) is in a state constituted by the doped polysilicon film 106b.

このような第2の比較例の半導体装置は、次のような課題を有している。   Such a semiconductor device of the second comparative example has the following problems.

ポリシリコン膜106aをエッチバックする際に、メモリゲート絶縁膜として使用される部分の絶縁膜105(すなわちメモリゲート電極MG201のうちのドープトポリシリコン膜106bで構成される部分の下部に位置する予定の絶縁膜105)が露出されるため、オーバーエッチングによりダメージを受ける可能性がある。絶縁膜105にこのエッチングダメージが残ったままでドープトポリシリコン膜106bを堆積してこのシリコン膜106bをエッチバックすることでメモリゲート電極MG201を形成した場合には、エッチングダメージが残った絶縁膜105がメモリゲート電極MG201の下部に位置してメモリゲート絶縁膜として使用されるため、不揮発性メモリの信頼性を低下させる可能性がある。   When the polysilicon film 106a is etched back, the portion of the insulating film 105 used as the memory gate insulating film (that is, the portion of the memory gate electrode MG201 that is to be located below the portion constituted by the doped polysilicon film 106b) Since the insulating film 105) is exposed, it may be damaged by over-etching. In the case where the doped polysilicon film 106b is deposited while the etching damage remains on the insulating film 105 and this silicon film 106b is etched back to form the memory gate electrode MG201, the insulating film 105 on which the etching damage remains. Is located below the memory gate electrode MG201 and is used as a memory gate insulating film, which may reduce the reliability of the nonvolatile memory.

そこで、ノンドープのポリシリコン膜106aを堆積してこのポリシリコン膜106aをエッチバックした後で、ドープトポリシリコン膜106bを堆積する前に、エッチングダメージを受けた絶縁膜105のダメージを回復するための再酸化処理を行うことが考えられる。図48は、上記第2の比較例の半導体装置を製造する際に、この再酸化処理を行った場合の要部断面図であり、上記図47と同じ領域が示されている。   Therefore, in order to recover the damage of the insulating film 105 that has been subjected to the etching damage after depositing the non-doped polysilicon film 106a and etching back the polysilicon film 106a and before depositing the doped polysilicon film 106b. It is conceivable to perform reoxidation treatment. FIG. 48 is a fragmentary cross-sectional view when this reoxidation process is performed when manufacturing the semiconductor device of the second comparative example, and shows the same region as FIG. 47 described above.

この再酸化処理を行うことにより、露出する絶縁膜105の表面が再酸化されることにより、メモリゲート絶縁膜(メモリゲート電極MG301の下部の絶縁膜105)におけるエッチングダメージの改善を図ることができるが、この再酸化処理によってポリシリコン膜106aの表面が酸化されて薄い酸化膜(酸化シリコン膜)106cが形成される。この酸化膜106cを除去してからドープトポリシリコン膜106bを形成しようとすると、酸化膜106cを除去する際に絶縁膜105の一部もエッチングされてしまうので、これを防止するためには、酸化膜106cは除去せずに、ドープトポリシリコン膜106bを形成することになる。このため、ポリシリコン膜106aとドープトポリシリコン膜106bとの間に酸化膜106c介在し、この状態でメモリゲート電極MG301が形成されることになり、それが図48に示されている。   By performing this re-oxidation treatment, the exposed surface of the insulating film 105 is re-oxidized, whereby etching damage in the memory gate insulating film (the insulating film 105 under the memory gate electrode MG301) can be improved. However, this re-oxidation process oxidizes the surface of the polysilicon film 106a to form a thin oxide film (silicon oxide film) 106c. If the doped polysilicon film 106b is formed after the oxide film 106c is removed, a part of the insulating film 105 is also etched when the oxide film 106c is removed. In order to prevent this, The doped polysilicon film 106b is formed without removing the oxide film 106c. Therefore, the oxide film 106c is interposed between the polysilicon film 106a and the doped polysilicon film 106b, and the memory gate electrode MG301 is formed in this state, which is shown in FIG.

この場合(図48の場合)には、メモリゲート電極MG301において、ポリシリコン膜106aとドープトポリシリコン膜106bとの間に酸化膜106cが介在するため、ポリシリコン膜106aとドープトポリシリコン膜106bとは、直接接しないため、直接導通が取れない。このため、サリサイド技術でメモリゲート電極MG301の上部に形成した金属シリサイド層111を介して、ポリシリコン膜106aとドープトポリシリコン膜106bとが電気的に接続する必要がある。しかしながら、この場合、メモリゲート電極MG301におけるポリシリコン膜106aで構成される部分とドープトポリシリコン膜106bで構成される部分とが金属シリサイド層111を介して電気的に接続される構成のため、電気的接続の信頼性が低くなり、また、メモリゲート電極MG301の抵抗が高くなりやすい。また、メモリゲート電極MG301を形成するのに、ノンドープのポリシリコン膜106aの堆積工程、ポリシリコン膜106aのエッチバック工程、絶縁膜105の再酸化工程(この際に酸化膜106cが形成される)、ドープトポリシリコン膜106bの堆積工程およびドープトポリシリコン膜106bのエッチバック工程が必要なため、半導体装置の製造工程数が増大し、半導体装置のスループットが低下してしまう。また、ノンドープのポリシリコン膜106aを堆積してこのポリシリコン膜106aをエッチバックした後で、ドープトポリシリコン膜106bを堆積する前に、エッチングダメージを受けた絶縁膜105のダメージを回復するための再酸化処理を行ったとしても、ダメージ回復が十分でない場合には、不揮発性メモリの信頼性の低下が懸念される。   In this case (in the case of FIG. 48), since the oxide film 106c is interposed between the polysilicon film 106a and the doped polysilicon film 106b in the memory gate electrode MG301, the polysilicon film 106a and the doped polysilicon film Since it is not in direct contact with 106b, direct conduction cannot be obtained. Therefore, it is necessary to electrically connect the polysilicon film 106a and the doped polysilicon film 106b through the metal silicide layer 111 formed on the memory gate electrode MG301 by the salicide technique. However, in this case, because the portion constituted by the polysilicon film 106a and the portion constituted by the doped polysilicon film 106b in the memory gate electrode MG301 are electrically connected via the metal silicide layer 111, The reliability of electrical connection is lowered, and the resistance of the memory gate electrode MG301 is likely to be increased. Further, in order to form the memory gate electrode MG301, a deposition process of the non-doped polysilicon film 106a, an etch-back process of the polysilicon film 106a, and a re-oxidation process of the insulating film 105 (at this time, the oxide film 106c is formed). Since the deposition process of the doped polysilicon film 106b and the etch-back process of the doped polysilicon film 106b are necessary, the number of manufacturing processes of the semiconductor device increases and the throughput of the semiconductor device decreases. Further, after the non-doped polysilicon film 106a is deposited and this polysilicon film 106a is etched back, before the doped polysilicon film 106b is deposited, damage to the insulating film 105 that has been damaged by etching is recovered. Even if the re-oxidation treatment is performed, if the damage recovery is not sufficient, there is a concern that the reliability of the nonvolatile memory may be lowered.

それに対して、本実施の形態では、上記ステップS8でシリコン膜6aを形成(堆積)した後、シリコン膜6aをエッチバックすることなく、上記ステップS9でシリコン膜6a上にシリコン膜6bを形成(堆積)し、その後、シリコン膜6a,6bの積層膜6を上記ステップS10で異方性エッチング技術によりエッチバックしている。すなわち、シリコン膜6aとシリコン膜6bとを連続的に成膜してから、このシリコン膜6a,6bの積層膜6を上記ステップS10で異方性エッチングして、メモリゲート電極MGおよび上部電極UEを形成している。上記ステップS8,S9でシリコン膜6a,6bの積層膜6を形成してから、この積層膜6を上記ステップS10でエッチバックしているため、メモリゲート絶縁膜として使用される部分の絶縁膜5(すなわちメモリゲート電極MGの下部に位置する予定の絶縁膜5)は露出されず、エッチングダメージを受けることがない。このため、エッチングダメージを受けていない絶縁膜5がメモリゲート電極MGの下部に位置してメモリゲート絶縁膜として機能するため、不揮発性メモリの信頼性を向上させることができる。   In contrast, in the present embodiment, after forming (depositing) the silicon film 6a in step S8, the silicon film 6b is formed on the silicon film 6a in step S9 without etching back the silicon film 6a (see FIG. Thereafter, the laminated film 6 of the silicon films 6a and 6b is etched back by the anisotropic etching technique in the above step S10. That is, after the silicon film 6a and the silicon film 6b are continuously formed, the laminated film 6 of the silicon films 6a and 6b is anisotropically etched in the above step S10, so that the memory gate electrode MG and the upper electrode UE are formed. Is forming. Since the laminated film 6 of the silicon films 6a and 6b is formed in the steps S8 and S9, and then the laminated film 6 is etched back in the step S10, the portion of the insulating film 5 used as the memory gate insulating film. That is, the insulating film 5 scheduled to be located below the memory gate electrode MG is not exposed and is not damaged by etching. For this reason, since the insulating film 5 which is not damaged by etching is located below the memory gate electrode MG and functions as a memory gate insulating film, the reliability of the nonvolatile memory can be improved.

また、本実施の形態では、上記ステップS8のシリコン膜6aの堆積工程、上記ステップS9のシリコン膜6bの堆積工程および上記ステップS10の積層膜6(シリコン膜6a,6bの積層膜6)のエッチバック工程により、メモリゲート電極MGを形成することができるため、半導体装置の製造工程数を低減でき、半導体装置のスループットを向上することができる。   In the present embodiment, the silicon film 6a deposition process in step S8, the silicon film 6b deposition process in step S9, and the stacked film 6 (stacked film 6 of silicon films 6a and 6b) in step S10 are etched. Since the memory gate electrode MG can be formed by the back process, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced, and the throughput of the semiconductor device can be improved.

また、本実施の形態では、メモリゲート電極MGにおけるシリコン膜6aで構成される部分とシリコン膜6bで構成される部分とが直接的に接しているため、シリコン膜6bの不純物濃度を高めたことによるメモリゲート電極MGの抵抗低減効果を、より的確に得ることができる。   In the present embodiment, since the portion formed of the silicon film 6a and the portion formed of the silicon film 6b in the memory gate electrode MG are in direct contact with each other, the impurity concentration of the silicon film 6b is increased. Thus, the resistance reduction effect of the memory gate electrode MG can be obtained more accurately.

また、本実施の形態では、メモリゲート電極MGの下面(絶縁膜5に接する下面)は、シリコン膜6aで構成されており、シリコン膜6aよりも不純物濃度が高いシリコン膜6bは、絶縁膜5との間にシリコン膜6aが介在するため、メモリゲート絶縁膜(メモリゲート電極MGの下に位置する絶縁膜5)に接していない構造となっている。すなわち、本実施の形態では、絶縁膜5は、不純物濃度が低いシリコン膜6aと接触するが、不純物濃度が高いシリコン膜6bとは接触していない。従って、不純物濃度が高いシリコン膜6bがメモリゲート絶縁膜(絶縁膜5)に接していない本実施の形態の方が、図47または図48のように不純物濃度が高いドープトポリシリコン膜106bがメモリゲート絶縁膜(絶縁膜105)に接している第2の比較例に比べて、電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)に蓄えた電荷(電子またはホール)がメモリゲート電極MGに移動してデータが反転する現象を、より確実に抑制できる。このため、本実施の形態では、不揮発性メモリのデータ保持特性を、より確実に向上させることができる。   In the present embodiment, the lower surface of the memory gate electrode MG (the lower surface in contact with the insulating film 5) is composed of the silicon film 6a. The silicon film 6b having a higher impurity concentration than the silicon film 6a is the insulating film 5 The silicon film 6a is interposed between the memory gate insulating film 5 and the memory gate insulating film (the insulating film 5 located under the memory gate electrode MG). That is, in this embodiment, the insulating film 5 is in contact with the silicon film 6a having a low impurity concentration, but is not in contact with the silicon film 6b having a high impurity concentration. Therefore, in the present embodiment in which the silicon film 6b having a high impurity concentration is not in contact with the memory gate insulating film (insulating film 5), the doped polysilicon film 106b having a high impurity concentration is used as shown in FIG. Compared with the second comparative example in contact with the memory gate insulating film (insulating film 105), the charges (electrons or holes) stored in the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) move to the memory gate electrode MG. Thus, the phenomenon of data inversion can be more reliably suppressed. For this reason, in this Embodiment, the data retention characteristic of a non-volatile memory can be improved more reliably.

また、書き込み時にSSIを用いた場合、メモリゲート電極MGの下面に形成された電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)の制御ゲート電極CG近傍に、注入される電子の分布のピークが形成されるため、第2の比較例の半導体装置のように、メモリゲート電極MGの制御ゲート電極CG側の下端部に、不純物濃度が低いシリコン膜6aが形成されることが好ましいが、注入される電子の分布の裾は、絶縁膜5の下面、即ち、メモリゲート電極MGの下面全体にも広がっているため、メモリゲート電極MGの下面全体が不純物濃度が低いシリコン膜6aで形成されている本実施の形態の構造の方が、上記の不揮発性メモリのデータの保持特性をより確実に向上させることができるため、より好ましいと言える。   In addition, when SSI is used at the time of writing, a peak of the distribution of injected electrons is formed in the vicinity of the control gate electrode CG of the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) formed on the lower surface of the memory gate electrode MG. Therefore, as in the semiconductor device of the second comparative example, it is preferable that the silicon film 6a having a low impurity concentration be formed at the lower end portion of the memory gate electrode MG on the control gate electrode CG side. Since the bottom of the distribution also extends to the lower surface of the insulating film 5, that is, the entire lower surface of the memory gate electrode MG, the entire lower surface of the memory gate electrode MG is formed of the silicon film 6a having a low impurity concentration. The structure of this form can be said to be more preferable because the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved more reliably.

また、本実施の形態においては、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGの不純物濃度が高いシリコン膜6bとの間に、不純物濃度が低いシリコン膜6aが形成されていることで、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の耐圧が確保され、不揮発性メモリの信頼性を確保することが可能となっている。即ち、メモリゲート電極MGの下面全体が不純物濃度が低いシリコン膜6aで形成されていることに加えて、制御ゲート電極CGと不純物濃度が高いシリコン膜6bとの間に不純物濃度が低いシリコン膜6aが形成されていることで、本実施の形態における半導体装置の性能を向上させ、かつ、信頼性を向上させることが可能となっている。言い換えれば、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間および半導体基板1とメモリゲート電極MGとの間に電荷蓄積層を含む絶縁膜5が形成され、絶縁膜5と不純物濃度が高いシリコン膜6bとの間に不純物濃度が低いシリコン膜6aが形成されていることにより、本実施の形態における半導体装置の性能を向上させ、かつ、信頼性を向上させることが可能となっている。   In the present embodiment, since the silicon film 6a having a low impurity concentration is formed between the control gate electrode CG and the silicon film 6b having a high impurity concentration in the memory gate electrode MG, the control gate electrode CG And the memory gate electrode MG are secured, and the reliability of the nonvolatile memory can be secured. That is, in addition to the entire lower surface of the memory gate electrode MG being formed of the silicon film 6a having a low impurity concentration, the silicon film 6a having a low impurity concentration between the control gate electrode CG and the silicon film 6b having a high impurity concentration. As a result, the performance of the semiconductor device in this embodiment and the reliability can be improved. In other words, the insulating film 5 including the charge storage layer is formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG and between the semiconductor substrate 1 and the memory gate electrode MG, and the insulating film 5 and the silicon film having a high impurity concentration are formed. Since the silicon film 6a having a low impurity concentration is formed between the semiconductor device 6b and the semiconductor device 6b, the performance of the semiconductor device in the present embodiment can be improved and the reliability can be improved.

また、上記ステップS8,S9でシリコン膜6a,6bを形成するには、成膜装置のチャンバ(成膜室)内に半導体基板1を配置し、半導体基板1を大気中にさらすことなく、ステップS8のシリコン膜6aの形成(堆積)工程とステップS9のシリコン膜6bの形成(堆積)工程とをin−situ(インサイチュウ)で連続的に行うことができる。例えば、成膜装置のチャンバ内に配置した半導体基板1の主面にシリコン膜6aを形成(堆積)してから、半導体基板1をチャンバから出さずに、チャンバ内の半導体基板1の主面のシリコン膜6a上にシリコン膜6bを形成(堆積)する。この際、シリコン膜6aの形成(堆積)工程からシリコン膜6bの形成(堆積)工程へは、成膜ガス(成膜用のガス)を切換えることによって移行することができる。この場合、ステップS8のシリコン膜6aの形成工程では、ドーピングガス(不純物添加用のガス)を含有しない成膜ガスを用い、ステップS9のシリコン膜6bの形成工程では、ドーピングガス(n型不純物添加用のガス)を含有する成膜ガスを用いればよい。   Further, in order to form the silicon films 6a and 6b in the above steps S8 and S9, the semiconductor substrate 1 is disposed in the chamber (deposition chamber) of the film forming apparatus, and the step is performed without exposing the semiconductor substrate 1 to the atmosphere. The step of forming (depositing) the silicon film 6a in S8 and the step of forming (depositing) the silicon film 6b in step S9 can be continuously performed in-situ. For example, after the silicon film 6a is formed (deposited) on the main surface of the semiconductor substrate 1 disposed in the chamber of the film forming apparatus, the semiconductor substrate 1 is not removed from the chamber, and the main surface of the semiconductor substrate 1 in the chamber is removed. A silicon film 6b is formed (deposited) on the silicon film 6a. At this time, it is possible to shift from the formation (deposition) step of the silicon film 6a to the formation (deposition) step of the silicon film 6b by switching the film formation gas (film formation gas). In this case, in the formation process of the silicon film 6a in step S8, a film forming gas not containing a doping gas (impurity addition gas) is used, and in the formation process of the silicon film 6b in step S9, a doping gas (n-type impurity addition) is performed. Film-forming gas containing the gas for use) may be used.

ステップS8のシリコン膜6aの形成(堆積)工程とステップS9のシリコン膜6bの形成(堆積)工程とをin−situで連続的に行った場合には、シリコン膜6a,6bの成膜工程を簡略化することができる。また、シリコン膜6a,6bの成膜時間を短縮することができ、スループットを向上することができる。   When the formation (deposition) process of the silicon film 6a in step S8 and the formation (deposition) process of the silicon film 6b in step S9 are continuously performed in-situ, the film formation process of the silicon films 6a and 6b is performed. It can be simplified. Moreover, the film formation time of the silicon films 6a and 6b can be shortened, and the throughput can be improved.

一方、ステップS8のシリコン膜6aの形成(堆積)工程とステップS9のシリコン膜6bの形成(堆積)工程とを別工程で行うこともできる。例えば、成膜装置のチャンバ内に配置した半導体基板1の主面にシリコン膜6aを形成(堆積)してから、半導体基板1への成膜を一旦停止し、所定の時間が経過してから、半導体基板1の主面のシリコン膜6a上にシリコン膜6bを形成(堆積)する。この際、シリコン膜6aを成膜した後でかつシリコン膜6bを成膜する前に、半導体基板1を成膜装置の外部に取り出すなどして半導体基板1を大気中にさらした場合には、シリコン膜6aの表面に自然酸化膜などの不要な膜が形成され得るため、シリコン膜6bの成膜前にフッ酸などを用いた洗浄処理を行ってシリコン膜6aの表面の不要な膜(自然酸化膜など)を除去することが好ましい。その後、再度成膜装置のチャンバ内に半導体基板1を配置して、半導体基板1の主面のシリコン膜6a上にシリコン膜6bを形成(堆積)すればよい。   On the other hand, the step of forming (depositing) the silicon film 6a in step S8 and the step of forming (depositing) the silicon film 6b in step S9 can be performed as separate steps. For example, after the silicon film 6a is formed (deposited) on the main surface of the semiconductor substrate 1 disposed in the chamber of the film forming apparatus, the film formation on the semiconductor substrate 1 is temporarily stopped and a predetermined time has elapsed. A silicon film 6 b is formed (deposited) on the silicon film 6 a on the main surface of the semiconductor substrate 1. At this time, when the semiconductor substrate 1 is exposed to the atmosphere after the silicon film 6a is formed and before the silicon film 6b is formed, such as by taking the semiconductor substrate 1 out of the film forming apparatus, Since an unnecessary film such as a natural oxide film can be formed on the surface of the silicon film 6a, a cleaning process using hydrofluoric acid or the like is performed before the formation of the silicon film 6b, so that an unnecessary film on the surface of the silicon film 6a (natural It is preferable to remove the oxide film or the like. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is disposed again in the chamber of the film forming apparatus, and the silicon film 6 b may be formed (deposited) on the silicon film 6 a on the main surface of the semiconductor substrate 1.

ステップS8のシリコン膜6aの形成(堆積)工程とステップS9のシリコン膜6bの形成(堆積)工程とを別工程で行った場合には、シリコン膜6aとシリコン膜6bとの間に界面が形成され、この界面が存在すると、シリコン膜6bからシリコン膜6aへの不純物の拡散が抑制されやすい。このため、シリコン膜6bからシリコン膜6aへ不純物が拡散することによるシリコン膜6aの不純物濃度の上昇を、より的確に抑制または防止することができる。   When the formation (deposition) process of the silicon film 6a in step S8 and the formation (deposition) process of the silicon film 6b in step S9 are performed in separate processes, an interface is formed between the silicon film 6a and the silicon film 6b. If this interface exists, diffusion of impurities from the silicon film 6b to the silicon film 6a is easily suppressed. Therefore, an increase in the impurity concentration of the silicon film 6a due to the diffusion of impurities from the silicon film 6b to the silicon film 6a can be suppressed or prevented more accurately.

図49は、シリコン膜6a,6bの導電型を示す表(説明図)であり、本実施の形態1および後述の実施の形態2,3において、シリコン膜6a,6bの成膜時におけるシリコン膜6a,6bの導電型と、半導体装置の製造後におけるシリコン膜6a,6bの導電型とを表としてまとめてある。図49の表において、「n型」と「n型」とはいずれもn型であるが、「n型」は「n型」よりも不純物濃度が高いことを示す。また、「p型」はp型であるが、「p型」の不純物濃度(p型不純物濃度)は「n型」の不純物濃度(n型不純物濃度)よりも低いことを示す。また、また、メモリトランジスタをpチャネル型MISFETとした場合には、図49において、n型とp型とを反転させればよい。 FIG. 49 is a table (explanatory view) showing the conductivity types of the silicon films 6a and 6b. In the first embodiment and the second and third embodiments described later, the silicon films at the time of forming the silicon films 6a and 6b are shown. The conductivity types 6a and 6b and the conductivity types of the silicon films 6a and 6b after the manufacture of the semiconductor device are summarized as a table. In the table of FIG. 49, “n + type” and “n type” are both n type, but “n + type” has a higher impurity concentration than “n type”. Further, “p type” is p type, but “p type” impurity concentration (p type impurity concentration) is lower than “n + type” impurity concentration (n type impurity concentration). If the memory transistor is a p-channel MISFET, the n-type and p-type may be inverted in FIG.

本実施の形態では、ステップS8で形成するシリコン膜6a(成膜時のシリコン膜6a)をノンドープのシリコン膜とするが、その後の種々の加熱工程(特に上記ステップS16の活性化アニール工程)によって、シリコン膜6b中の不純物がシリコン膜6aに拡散することで、シリコン膜6a中に不純物が導入される場合もあり得る。シリコン膜6bからシリコン膜6aへ不純物が拡散した場合には、製造後の半導体装置においては、シリコン膜6aはn型のシリコン膜となる。しかしながら、シリコン膜6b中の不純物がシリコン膜6aに拡散した場合であっても、製造された半導体装置において、シリコン膜6bの不純物濃度がシリコン膜6aの不純物濃度よりも高くなっていれば、すなわち、シリコン膜6bの抵抗率がシリコン膜6aの抵抗率よりも低くなっていれば、上述したデータ保持特性の向上効果と、メモリゲート電極MGの低抵抗化による性能向上効果(例えば動作速度向上効果)とを得ることができる。但し、製造された半導体装置において、シリコン膜6a,6bに不純物が導入された状態でかつシリコン膜6bの不純物濃度がシリコン膜6aの不純物濃度よりも高い状態の場合、シリコン膜6bの導電型とシリコン膜6aの導電型とは同じである(例えばシリコン膜6bがn型の場合にはシリコン膜6aもn型)ことが必要であり、これにより、シリコン膜6aとシリコン膜6bとの間にPN接合が形成されるのを防止できる。 In the present embodiment, the silicon film 6a (silicon film 6a at the time of film formation) formed in step S8 is a non-doped silicon film, but by various subsequent heating processes (especially the activation annealing process in step S16). The impurities in the silicon film 6b may be diffused into the silicon film 6a so that the impurities are introduced into the silicon film 6a. When impurities diffuse from the silicon film 6b to the silicon film 6a, the silicon film 6a becomes an n -type silicon film in the semiconductor device after manufacture. However, even if the impurities in the silicon film 6b are diffused into the silicon film 6a, if the impurity concentration of the silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the silicon film 6a in the manufactured semiconductor device, that is, If the resistivity of the silicon film 6b is lower than the resistivity of the silicon film 6a, the effect of improving the above-mentioned data retention characteristics and the effect of improving the performance by reducing the resistance of the memory gate electrode MG (for example, the effect of improving the operating speed). ) And can be obtained. However, in the manufactured semiconductor device, when the impurity is introduced into the silicon films 6a and 6b and the impurity concentration of the silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the silicon film 6a, the conductivity type of the silicon film 6b is The conductivity type of the silicon film 6a must be the same (for example, when the silicon film 6b is n-type, the silicon film 6a is also n-type), so that the silicon film 6a is interposed between the silicon film 6a and the silicon film 6b. Formation of a PN junction can be prevented.

なお、データ保持特性の向上効果を高めるためには、シリコン膜6b中の不純物がシリコン膜6aに拡散するのをできるだけ抑制することが好ましく、製造された半導体装置において、シリコン膜6aがノンドープのシリコン膜となっている場合に、データ保持特性の向上効果は最も大きくなる。   In order to enhance the effect of improving the data retention characteristics, it is preferable to suppress the diffusion of impurities in the silicon film 6b into the silicon film 6a as much as possible. In the manufactured semiconductor device, the silicon film 6a is non-doped silicon. In the case of a film, the effect of improving data retention characteristics is greatest.

従って、本実施の形態では、成膜時にシリコン膜6aをノンドープとすることにより、製造された半導体装置において、シリコン膜6aの不純物濃度がシリコン膜6bの不純物濃度よりも低くなっており、より好ましくは、製造された半導体装置において、シリコン膜6aがノンドープのシリコン膜となっている。   Therefore, in the present embodiment, by making the silicon film 6a non-doped at the time of film formation, the impurity concentration of the silicon film 6a is lower than the impurity concentration of the silicon film 6b in the manufactured semiconductor device. In the manufactured semiconductor device, the silicon film 6a is a non-doped silicon film.

(実施の形態2)
図49にも示されるように、上記実施の形態1では、ステップS8で形成するシリコン膜6aをノンドープのシリコン膜としていたが、本実施の形態2では、ステップS8で形成するシリコン膜6aを、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜とする。このため、本実施の形態では、シリコン膜6aには、不純物が意図的に導入(添加、ドープ)されている。シリコン膜6bについては、本実施の形態も上記実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 49, in the first embodiment, the silicon film 6a formed in step S8 is a non-doped silicon film. However, in the second embodiment, the silicon film 6a formed in step S8 is A silicon film into which impurities are introduced (doped) is used. For this reason, in the present embodiment, impurities are intentionally introduced (added or doped) into the silicon film 6a. As for the silicon film 6b, the present embodiment is the same as the first embodiment.

但し、本実施の形態では、ステップS8で形成(堆積)するシリコン膜6aに導入する不純物の導電型は、ステップS9で形成(堆積)するシリコン膜6bに導入する不純物の導電型と同じ(好ましくはn型)にし、かつ、ステップS8で形成(堆積)するシリコン膜6aの不純物濃度は、ステップS9で形成(堆積)するシリコン膜6bの不純物濃度よりも低くする。従って、ステップS8で形成されるシリコン膜6aは、ステップS9で形成されるシリコン膜6bと同じ導電型でかつシリコン膜6bよりも低不純物濃度のシリコン膜である。このため、ステップS9で形成(堆積)するシリコン膜6bの抵抗率は、ステップS8で形成(堆積)するシリコン膜6aの抵抗率よりも低くなっている。   However, in the present embodiment, the conductivity type of the impurity introduced into the silicon film 6a formed (deposited) in step S8 is the same as that of the impurity introduced into the silicon film 6b formed (deposited) in step S9 (preferably And the impurity concentration of the silicon film 6a formed (deposited) in step S8 is lower than the impurity concentration of the silicon film 6b formed (deposited) in step S9. Therefore, the silicon film 6a formed in step S8 is a silicon film having the same conductivity type as that of the silicon film 6b formed in step S9 and having a lower impurity concentration than the silicon film 6b. For this reason, the resistivity of the silicon film 6b formed (deposited) in step S9 is lower than the resistivity of the silicon film 6a formed (deposited) in step S8.

シリコン膜6aに不純物を導入する手法としては、シリコン膜6aの成膜時にシリコン膜6aに不純物を導入する(すなわち不純物が導入されているシリコン膜6aをステップS8で堆積させる)ことが好ましく、この場合、シリコン膜6aの成膜用のガスにドーピングガス(不純物添加用のガス)を含ませればよい。シリコン膜6a,6bは、いずれも好ましくはn型のドープトポリシリコン膜(但しシリコン膜6aよりも6bが高不純物濃度)であるが、成膜時にアモルファスシリコン膜(不純物が導入されたアモルファスシリコン膜)であったものを、その後の熱処理で多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜)とすることもできる。   As a method for introducing impurities into the silicon film 6a, it is preferable to introduce impurities into the silicon film 6a when the silicon film 6a is formed (that is, depositing the silicon film 6a into which impurities are introduced in step S8). In this case, a doping gas (impurity addition gas) may be included in the gas for forming the silicon film 6a. Each of the silicon films 6a and 6b is preferably an n-type doped polysilicon film (where 6b is higher in impurity concentration than the silicon film 6a), but an amorphous silicon film (amorphous silicon into which impurities are introduced) is formed at the time of film formation. The film) can be converted into a polycrystalline silicon film (doped polysilicon film) by a subsequent heat treatment.

本実施の形態2の他の構成については、上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略する。   Since the other configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here.

本実施の形態においても、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができるが、本実施の形態の固有の効果については、後で説明する。   In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, but the unique effect of the present embodiment will be described later.

(実施の形態3)
図49にも示されるように、本実施の形態3では、ステップS8で形成するシリコン膜6aを、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜とする。このため、本実施の形態では、シリコン膜6aには、不純物が意図的に導入(添加、ドープ)されている。シリコン膜6bについては、本実施の形態も上記実施の形態1と同様である。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 49, in the third embodiment, the silicon film 6a formed in step S8 is a silicon film into which impurities are introduced (doped). For this reason, in the present embodiment, impurities are intentionally introduced (added or doped) into the silicon film 6a. As for the silicon film 6b, the present embodiment is the same as the first embodiment.

但し、本実施の形態では、ステップS8で形成(堆積)するシリコン膜6aに導入する不純物の導電型は、ステップS9で形成(堆積)するシリコン膜6bに導入する不純物の導電型と逆型(好ましくはシリコン膜6aに導入する不純物をp型不純物とし、シリコン膜6bに導入する不純物をn型不純物とする)にする。そして、ステップS8で形成(堆積)するシリコン膜6aの不純物濃度は、ステップS9で形成(堆積)するシリコン膜6bの不純物濃度よりも低くする。従って、ステップS8で形成されたシリコン膜6aは、ステップS9で形成されたシリコン膜6bと逆の導電型でかつシリコン膜6bよりも低不純物濃度のシリコン膜である。   However, in the present embodiment, the conductivity type of the impurity introduced into the silicon film 6a formed (deposited) in step S8 is opposite to the conductivity type of the impurity introduced into the silicon film 6b formed (deposited) in step S9 ( Preferably, the impurity introduced into the silicon film 6a is a p-type impurity, and the impurity introduced into the silicon film 6b is an n-type impurity. The impurity concentration of the silicon film 6a formed (deposited) in step S8 is set lower than the impurity concentration of the silicon film 6b formed (deposited) in step S9. Accordingly, the silicon film 6a formed in step S8 is a silicon film having a conductivity type opposite to that of the silicon film 6b formed in step S9 and having a lower impurity concentration than the silicon film 6b.

シリコン膜6aに不純物を導入する手法としては、シリコン膜6aの成膜時にシリコン膜6aに不純物を導入する(すなわち不純物が導入されているシリコン膜6aをステップS8で堆積させる)ことが好ましく、この場合、シリコン膜6aの成膜用のガスにドーピングガス(不純物添加用のガス)を含ませればよい。シリコン膜6a,6bは、いずれも好ましくはドープトポリシリコン膜(不純物が導入された多結晶シリコン膜)であるが、成膜時にアモルファスシリコン膜(不純物が導入されたアモルファスシリコン膜)であったものを、その後の熱処理で多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜)とすることもできる。   As a method for introducing impurities into the silicon film 6a, it is preferable to introduce impurities into the silicon film 6a when the silicon film 6a is formed (that is, depositing the silicon film 6a into which impurities are introduced in step S8). In this case, a doping gas (impurity addition gas) may be included in the gas for forming the silicon film 6a. The silicon films 6a and 6b are preferably doped polysilicon films (polycrystalline silicon films into which impurities are introduced), but were amorphous silicon films (amorphous silicon films into which impurities were introduced) at the time of film formation. A thing can also be made into a polycrystalline silicon film (doped polysilicon film) by a subsequent heat treatment.

そして、シリコン膜6a,6bの成膜後、種々の加熱工程(特に上記ステップS16の活性化アニール工程)によってシリコン膜6b中の不純物がシリコン膜6aに拡散することにより、シリコン膜6aはその成膜時にはシリコン膜6bと逆の導電型であったものが、シリコン膜6bと同じ導電型に移行する。例えば、シリコン膜6a,6bを成膜した段階では、シリコン膜6aがp型のドープトポリシリコン膜でかつシリコン膜6bがn型のドープトポリシリコン膜であった(但しシリコン膜6aはシリコン膜6bよりも低不純物濃度)ものが、上記ステップS16の活性化アニールなどでシリコン膜6b中の不純物がシリコン膜6aに拡散することによって、シリコン膜6aがn型のポリシリコン膜となる。このため、成膜時のシリコン膜6aの不純物濃度は、上記ステップS16の活性化アニールなどでシリコン膜6bからシリコン膜6aに拡散する不純物濃度よりも少なくしておくことが必要である。また、本実施の形態では、成膜時にはシリコン膜6aとシリコン膜6bとは逆の導電型であるが、製造された半導体装置においては、シリコン膜6aとシリコン膜6bとが同じ導電型であることが必要であり、これにより、シリコン膜6aとシリコン膜6bとの間にPN接合が形成されるのを防止できる。但し、製造された半導体装置において、シリコン膜6aよりもシリコン膜6bの方が高不純物濃度で低抵抗率であることが必要である。   Then, after the formation of the silicon films 6a and 6b, impurities in the silicon film 6b are diffused into the silicon film 6a by various heating processes (particularly, the activation annealing process in step S16), so that the silicon film 6a is formed. At the time of film formation, the conductivity type opposite to that of the silicon film 6b is transferred to the same conductivity type as that of the silicon film 6b. For example, when the silicon films 6a and 6b are formed, the silicon film 6a is a p-type doped polysilicon film and the silicon film 6b is an n-type doped polysilicon film (provided that the silicon film 6a is a silicon film). What has a lower impurity concentration than the film 6b) diffuses impurities in the silicon film 6b into the silicon film 6a by the activation annealing in step S16, so that the silicon film 6a becomes an n-type polysilicon film. For this reason, the impurity concentration of the silicon film 6a at the time of film formation needs to be lower than the impurity concentration diffused from the silicon film 6b to the silicon film 6a by the activation annealing in step S16. In the present embodiment, the silicon film 6a and the silicon film 6b have opposite conductivity types at the time of film formation, but in the manufactured semiconductor device, the silicon film 6a and the silicon film 6b have the same conductivity type. Accordingly, it is possible to prevent the formation of a PN junction between the silicon film 6a and the silicon film 6b. However, in the manufactured semiconductor device, the silicon film 6b needs to have a higher impurity concentration and a lower resistivity than the silicon film 6a.

本実施の形態3の他の構成については、上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略する。   Since the other configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here.

上記実施の形態1〜3で共通するのは、製造された半導体装置において、シリコン膜6aよりもシリコン膜6bの方が高不純物濃度なことである。すなわち、製造された半導体装置において、メモリゲート電極MGは、絶縁膜5に隣接する第1シリコン領域(シリコン膜6aで形成された領域)と、第1シリコン領域を介して絶縁膜5から離間する第2シリコン領域(シリコン膜6bで形成された領域)とを有し、第1シリコン領域(シリコン膜6aで形成された領域)の不純物濃度は、第2シリコン領域(シリコン膜6bで形成された領域)の不純物濃度よりも低くなっているのである。製造された半導体装置において、第1シリコン領域(シリコン膜6aで形成された領域)の不純物濃度が第2シリコン領域(シリコン膜6bで形成された領域)の不純物濃度よりも低いため、第2シリコン領域(シリコン膜6bで形成された領域)の抵抗率は、第1シリコン領域(シリコン膜6aで形成された領域)の抵抗率よりも低くなっている。製造された半導体装置において、シリコン膜6a(第1シリコン領域)よりもシリコン膜6b(第2シリコン領域)を高不純物濃度で低抵抗率としたことで、上記実施の形態1で説明したように、電荷蓄積層(窒化シリコン膜5b)に蓄えた電荷(電子またはホール)がメモリゲート電極MGに移動してデータが反転する現象を抑制または防止できるため、不揮発性メモリのデータ保持特性を向上させることができる。また、製造された半導体装置において、シリコン膜6a(第1シリコン領域)よりもシリコン膜6b(第2シリコン領域)を高不純物濃度で低抵抗率としたことで、上記実施の形態1で説明したように、メモリゲート電極MGの抵抗を低下させることができ、不揮発性メモリの動作速度を向上させることができる。これにより、不揮発性メモリを有する半導体装置の性能を向上させることができる。   What is common to the first to third embodiments is that in the manufactured semiconductor device, the silicon film 6b has a higher impurity concentration than the silicon film 6a. In other words, in the manufactured semiconductor device, the memory gate electrode MG is separated from the insulating film 5 via the first silicon region (region formed by the silicon film 6a) adjacent to the insulating film 5 and the first silicon region. The impurity concentration of the first silicon region (region formed by the silicon film 6a) is the second silicon region (region formed by the silicon film 6b). This is lower than the impurity concentration of the region. In the manufactured semiconductor device, since the impurity concentration of the first silicon region (region formed by the silicon film 6a) is lower than the impurity concentration of the second silicon region (region formed by the silicon film 6b), the second silicon region The resistivity of the region (region formed with the silicon film 6b) is lower than the resistivity of the first silicon region (region formed with the silicon film 6a). In the manufactured semiconductor device, the silicon film 6b (second silicon region) has a higher impurity concentration and a lower resistivity than the silicon film 6a (first silicon region), and as described in the first embodiment. Since the phenomenon that charges (electrons or holes) stored in the charge storage layer (silicon nitride film 5b) move to the memory gate electrode MG and data is inverted can be suppressed or prevented, data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved. be able to. In the manufactured semiconductor device, the silicon film 6b (second silicon region) has a higher impurity concentration and a lower resistivity than the silicon film 6a (first silicon region), so that the first embodiment has been described. As described above, the resistance of the memory gate electrode MG can be reduced, and the operation speed of the nonvolatile memory can be improved. Thereby, the performance of the semiconductor device having a nonvolatile memory can be improved.

その上で、上記実施の形態1のようにシリコン膜6aをノンドープのシリコン膜とした場合には、メモリゲート電極MGにおける絶縁膜5に隣接する領域(すなわちシリコン膜6aで構成される領域)の不純物濃度をより的確に少なくすることができるため、電荷蓄積層(窒化シリコン膜5b)に蓄えた電荷(電子またはホール)がメモリゲート電極MGに移動してデータが反転する現象を防止できる効果を最も大きくすることができる。このため、データ保持特性の向上効果は最も大きい。   In addition, when the silicon film 6a is a non-doped silicon film as in the first embodiment, a region adjacent to the insulating film 5 in the memory gate electrode MG (that is, a region constituted by the silicon film 6a). Since the impurity concentration can be reduced more accurately, the effect of preventing the phenomenon that charges (electrons or holes) stored in the charge storage layer (silicon nitride film 5b) move to the memory gate electrode MG and data is inverted can be prevented. Can be the largest. For this reason, the effect of improving the data retention characteristics is the greatest.

また、上記実施の形態2のように、シリコン膜6a,6bを不純物が導入(ドープ)されているシリコン膜とし、かつシリコン膜6bよりもシリコン膜6aを低不純物濃度にした場合には、メモリゲート電極MGにおける絶縁膜5に隣接する領域(すなわちシリコン膜6aで構成される領域)の不純物濃度がシリコン膜6bよりも少ないことで、データ保持特性の向上効果を得ることができるが、その効果は上記実施の形態1の方が大きい。しかしながら、シリコン膜6aは不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜であるため、容量素子CPの上部電極UEにおける容量絶縁膜DEに隣接する領域(すなわち上部電極UEにおいてシリコン膜6aで構成される領域)はノンドープの領域ではなく不純物が導入(ドープ)された領域(すなわちシリコン膜6a)となっているため、上部電極UEの容量絶縁膜DEに隣接する領域が空乏化してしまうのを抑制できる。このため、この空乏化により容量素子CPの容量が低下して容量値が不安定になるのを抑制しつつ、不揮発性メモリのデータ保持特性を向上させることができる。   Further, as in the second embodiment, when the silicon films 6a and 6b are silicon films into which impurities are introduced (doped) and the silicon film 6a has a lower impurity concentration than the silicon film 6b, the memory Although the impurity concentration of the region adjacent to the insulating film 5 in the gate electrode MG (that is, the region formed of the silicon film 6a) is lower than that of the silicon film 6b, an effect of improving data retention characteristics can be obtained. Is larger in the first embodiment. However, since the silicon film 6a is a silicon film into which impurities are introduced (doped), a region adjacent to the capacitive insulating film DE in the upper electrode UE of the capacitive element CP (that is, a region formed of the silicon film 6a in the upper electrode UE). ) Is not a non-doped region but a region into which impurities are introduced (doped) (that is, the silicon film 6a), so that the region adjacent to the capacitive insulating film DE of the upper electrode UE can be suppressed from being depleted. Therefore, the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved while suppressing the capacitance of the capacitive element CP from being reduced due to this depletion and the capacitance value becoming unstable.

また、上記実施の形態3のようにシリコン膜6a,6bの成膜時にはシリコン膜6aの導電型をシリコン膜6bの導電型とは逆の導電型とし、かつシリコン膜6bよりもシリコン膜6aを低不純物濃度としておき、上記ステップS16の活性化アニールなどでシリコン膜6bからシリコン膜6aに不純物を拡散させることで、シリコン膜6aの導電型をシリコン膜6bの導電型と同じとした場合には、次のような特有の効果が得られる。   Further, as in the third embodiment, when the silicon films 6a and 6b are formed, the conductivity type of the silicon film 6a is set to a conductivity type opposite to that of the silicon film 6b, and the silicon film 6a is formed more than the silicon film 6b. In the case where the conductivity type of the silicon film 6a is made the same as the conductivity type of the silicon film 6b by diffusing impurities from the silicon film 6b to the silicon film 6a by the activation annealing in the above step S16, etc. The following unique effects can be obtained.

すなわち、上記実施の形態1では、成膜時にシリコン膜6aをノンドープのシリコン膜としているが、その後の種々の加熱工程(特に上記ステップS16の活性化アニール)でシリコン膜6bからシリコン膜6aに不純物が拡散してシリコン膜6a中に不純物が導入される可能性がある。ノンドープのシリコン膜6aにシリコン膜6bから不純物が拡散すると、シリコン膜6a中の不純物濃度が増加するため、不純物が増加した分だけ、不揮発性メモリのデータ保持特性の向上効果が低下してしまう可能性がある。それに対して、本実施の形態では、シリコン膜6bに導入される不純物とは逆の導電型の不純物を、シリコン膜6aの成膜時にシリコン膜6aに予め導入(ドープ)しておくことで、シリコン膜6aをノンドープシリコン膜として成膜した場合に比べて、ステップS16の活性化アニールなどでシリコン膜6bからシリコン膜6aに不純物が拡散した後でのシリコン膜6aのシリコン膜6bと同型の不純物濃度を少なくすることが可能である。これにより、シリコン膜6bからシリコン膜6aに不純物が拡散したことによるシリコン膜6a中の実効的なシリコン膜6bと同型の不純物濃度の増加を抑制することができ、不揮発性メモリのデータ保持特性の向上効果を高めることができる。このため、上記実施の形態3は、シリコン膜6a,6bの成膜後、種々の加熱工程(特に上記ステップS16の活性化アニール)によるシリコン膜6bからシリコン膜6aへの不純物の拡散が多い場合に適用すれば、より効果が大きい。   That is, in the first embodiment, the silicon film 6a is a non-doped silicon film at the time of film formation. However, impurities are transferred from the silicon film 6b to the silicon film 6a in various subsequent heating processes (especially, activation annealing in step S16). May diffuse and impurities may be introduced into the silicon film 6a. When impurities are diffused from the silicon film 6b into the non-doped silicon film 6a, the impurity concentration in the silicon film 6a increases, so that the effect of improving the data retention characteristics of the nonvolatile memory may be reduced by the increase in the impurities. There is sex. On the other hand, in this embodiment, by introducing (doping) an impurity having a conductivity type opposite to the impurity introduced into the silicon film 6b into the silicon film 6a in advance when the silicon film 6a is formed, Compared to the case where the silicon film 6a is formed as a non-doped silicon film, the impurity of the same type as the silicon film 6b of the silicon film 6a after the impurity is diffused from the silicon film 6b to the silicon film 6a by the activation annealing in step S16 or the like. It is possible to reduce the concentration. As a result, an increase in the impurity concentration of the same type as the effective silicon film 6b in the silicon film 6a due to the diffusion of impurities from the silicon film 6b to the silicon film 6a can be suppressed, and the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be reduced. The improvement effect can be enhanced. For this reason, in the third embodiment, after the formation of the silicon films 6a and 6b, there is a large amount of impurity diffusion from the silicon film 6b to the silicon film 6a due to various heating processes (especially the activation annealing in step S16). If applied to, the effect is greater.

なお、上記実施の形態1〜3の半導体装置の製造工程において、上記ステップS16の活性化アニールを行った後には、上記ステップS16の活性化アニールの温度(熱処理温度、アニール温度)よりも高温の熱処理(加熱処理)は行われない。このため、製造された半導体装置におけるシリコン膜6a,6bの各不純物濃度は、上記ステップS16の活性化アニールを行った段階で規定(決定)され、上記ステップS16の活性化アニールを行った後(直後)のシリコン膜6a,6bの各不純物濃度が、製造された半導体装置においても維持されている。このため、上記実施の形態1〜3において、製造された半導体装置におけるシリコン膜6a,6bの各不純物濃度の上述した関係は、上記ステップS16の活性化アニールを行った後のシリコン膜6a,6bの不純物濃度の関係にも適用できる。
(実施の形態4)
本実施の形態においては、上記実施の形態1〜3の不揮発性メモリの制御ゲート電極CGを絶縁膜とシリコン膜4との積層膜で形成する場合について説明する。
In the manufacturing process of the semiconductor device of the first to third embodiments, after the activation annealing in step S16, the temperature is higher than the activation annealing temperature (heat treatment temperature, annealing temperature) in step S16. No heat treatment (heat treatment) is performed. For this reason, each impurity concentration of the silicon films 6a and 6b in the manufactured semiconductor device is defined (determined) at the stage of performing the activation annealing in the above step S16, and after performing the activation annealing in the above step S16 ( Immediately) the respective impurity concentrations of the silicon films 6a and 6b are maintained in the manufactured semiconductor device. For this reason, in the first to third embodiments, the above-described relationship between the impurity concentrations of the silicon films 6a and 6b in the manufactured semiconductor device is the same as the silicon films 6a and 6b after the activation annealing in step S16. It can also be applied to the relationship of the impurity concentration.
(Embodiment 4)
In the present embodiment, a case will be described in which the control gate electrode CG of the nonvolatile memory of the first to third embodiments is formed of a laminated film of an insulating film and a silicon film 4.

図50〜図52は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、図50には、不揮発性メモリセル領域1Aの要部断面図が示され、図51、図52には、メモリゲートシャント領域1Bの要部断面図が示されている。   50 to 52 are principal part sectional views of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 50 is a principal part sectional view of the nonvolatile memory cell region 1A, and FIG. The principal part sectional view of the memory gate shunt region 1B is shown.

本実施の形態における不揮発性メモリのメモリセルは、上述のように、制御ゲート電極CGがシリコン膜4と絶縁膜との積層膜で構成されている。詳しくは、制御ゲート電極CGが、シリコン膜4と絶縁膜15と絶縁膜16との積層膜で構成されている。絶縁膜15は、絶縁膜16より薄く形成され、本実施の形態においては、絶縁膜として酸化シリコン膜で形成されている。一方、絶縁膜16は、本実施の形態においては、窒化シリコン膜で形成されている。絶縁膜15はシリコン膜4上に形成され、絶縁膜16は絶縁膜15上に形成されている。   In the memory cell of the nonvolatile memory according to the present embodiment, as described above, the control gate electrode CG is configured by a laminated film of the silicon film 4 and the insulating film. Specifically, the control gate electrode CG is composed of a laminated film of the silicon film 4, the insulating film 15, and the insulating film 16. The insulating film 15 is formed thinner than the insulating film 16, and is formed of a silicon oxide film as the insulating film in the present embodiment. On the other hand, the insulating film 16 is formed of a silicon nitride film in the present embodiment. The insulating film 15 is formed on the silicon film 4, and the insulating film 16 is formed on the insulating film 15.

本実施の形態においては、メモリセルの制御ゲート電極CGの上部に絶縁膜15および絶縁膜16が形成されているため、メモリセルの制御ゲート電極CG上には、金属シリサイド層11は形成されない。   In the present embodiment, since the insulating film 15 and the insulating film 16 are formed on the control gate electrode CG of the memory cell, the metal silicide layer 11 is not formed on the control gate electrode CG of the memory cell.

本実施の形態のメモリセルの他の構成は、上記実施の形態1〜3と同様であるので、その説明は省略する。   Other configurations of the memory cell of the present embodiment are the same as those of the first to third embodiments, and thus description thereof is omitted.

図51に示されるように、本実施の形態におけるメモリゲートシャント領域1Bにおいては、制御ゲート電極CGがシリコン膜4と絶縁膜15と絶縁膜16との積層膜で構成されている構成が考えられる。   As shown in FIG. 51, in the memory gate shunt region 1B in the present embodiment, a configuration in which the control gate electrode CG is formed of a laminated film of the silicon film 4, the insulating film 15, and the insulating film 16 is conceivable. .

一方、図52に示されるように、メモリゲートシャント領域1Bにおいては、本実施の形態で形成される絶縁膜15および絶縁膜16を除去することにより、上記実施の形態1〜3と同じ構成(制御ゲート電極CGを構成するシリコン膜4上に絶縁膜15,16が無い構成)となる場合も考えられる。ただし、図52のようにメモリゲートシャント領域1Bを形成した場合は、シリコン膜4(制御ゲート電極CG)上の絶縁膜15および絶縁膜16が除去された分、メモリセル領域1Aに形成された制御ゲート電極CG(絶縁膜15,16を含む)よりも、メモリゲートシャント領域1Bに形成された制御ゲート電極CG(絶縁膜15,16を含まず)の高さが低くなる。このため、制御ゲート電極CGに乗り上げる状態でコンタクト部MGaを形成しても、図52の場合(メモリゲートシャント領域1Bで絶縁膜15,16が除去されている場合)には、絶縁膜15,16が除去された分メモリゲートシャント領域1Bに形成される素子の高さが低くなるので、図51の場合(メモリセル領域1Aだけでなくメモリゲートシャント領域1Bでも制御ゲート電極CGの上部に絶縁膜15,16が存在する場合)に比べて、絶縁膜12の形成膜厚を薄くすることができる。このため、コンタクトホールCNTを形成する際に、形状異常を発生させることなく、所望のコンタクトホールCNTを形成することができ、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。   On the other hand, as shown in FIG. 52, in memory gate shunt region 1B, by removing insulating film 15 and insulating film 16 formed in the present embodiment, the same configuration as in the first to third embodiments ( A case in which the insulating films 15 and 16 are not formed on the silicon film 4 constituting the control gate electrode CG is also conceivable. However, when the memory gate shunt region 1B is formed as shown in FIG. 52, it is formed in the memory cell region 1A as much as the insulating film 15 and the insulating film 16 on the silicon film 4 (control gate electrode CG) are removed. The height of the control gate electrode CG (not including the insulating films 15 and 16) formed in the memory gate shunt region 1B is lower than that of the control gate electrode CG (including the insulating films 15 and 16). For this reason, even if the contact portion MGa is formed in a state of running over the control gate electrode CG, in the case of FIG. 52 (when the insulating films 15 and 16 are removed in the memory gate shunt region 1B), the insulating film 15 and Since the height of the element formed in the memory gate shunt region 1B is reduced by the amount 16 is removed, in the case of FIG. 51 (not only the memory cell region 1A but also the memory gate shunt region 1B is insulated above the control gate electrode CG. Compared to the case where the films 15 and 16 are present, the insulating film 12 can be formed thinner. For this reason, when forming the contact hole CNT, the desired contact hole CNT can be formed without causing a shape abnormality, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

図51、図52どちらの場合においても、図面では、制御ゲート電極CGが延在する方向に垂直な方向にコンタクト部MGaが延在しているが、レイアウトによっては、制御ゲート電極CGが延在する方向と同じ方向にコンタクト部MGaが延在するように形成してもよい。メモリゲートシャント領域におけるその他の構成は、上記実施の形態1〜3と同様であるので、その説明を省略する。   51 and 52, in the drawings, the contact portion MGa extends in a direction perpendicular to the direction in which the control gate electrode CG extends. However, depending on the layout, the control gate electrode CG extends. You may form so that the contact part MGa may extend in the same direction as the direction to do. Since other configurations in the memory gate shunt region are the same as those in the first to third embodiments, description thereof is omitted.

キャパシタ形成領域1Cに形成される容量素子CPの構成は、前実施の形態1〜3と同じ構成となる。これは、図52の場合と同様に、キャパシタ形成領域1Cでは下部電極LE上部に形成された絶縁膜15および絶縁膜16を除去するからである。そうすることにより、下部電極LEと上部電極UEとの間に形成される絶縁膜の膜厚が薄くなり、前実施の形態1〜3と同様に、絶縁膜5と同層の容量絶縁膜DEのみとなるため、絶縁膜15および絶縁膜16を形成することによる容量素子CPの容量の減少を回避することが可能となり、半導体装置の性能を向上させることができる。   The configuration of the capacitive element CP formed in the capacitor formation region 1C is the same as that in the first to third embodiments. This is because the insulating film 15 and the insulating film 16 formed on the upper portion of the lower electrode LE are removed in the capacitor forming region 1C as in the case of FIG. By doing so, the film thickness of the insulating film formed between the lower electrode LE and the upper electrode UE is reduced, and the capacitive insulating film DE in the same layer as the insulating film 5 is formed as in the first to third embodiments. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the capacitance of the capacitive element CP due to the formation of the insulating film 15 and the insulating film 16, and the performance of the semiconductor device can be improved.

本実施の形態の半導体装置の製造工程は、図7のプロセスフローにおけるステップS5とステップS6との間に絶縁膜15および絶縁膜16を形成する工程が追加され、ステップS6において、シリコン膜4と同時に、絶縁膜15および絶縁膜16もパターニングし、ステップS6とステップS7の間に、絶縁膜15および絶縁膜16を除去すべき領域において、適宜除去(絶縁膜16および絶縁膜15の除去)を行う。本実施の形態の半導体装置の他の製造工程は、図7のプロセスフローと同様であるため、詳細な説明は省略する。   In the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, a process of forming the insulating film 15 and the insulating film 16 is added between step S5 and step S6 in the process flow of FIG. 7, and in step S6, the silicon film 4 and At the same time, the insulating film 15 and the insulating film 16 are also patterned, and appropriate removal (removal of the insulating film 16 and the insulating film 15) is performed in a region where the insulating film 15 and the insulating film 16 are to be removed between Step S6 and Step S7. Do. Since other manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment are the same as the process flow of FIG. 7, detailed description thereof is omitted.

本実施の形態においても、上記実施の形態1〜3と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment, the same effects as in the first to third embodiments can be obtained.

また、それに加えて、本実施の形態では、制御ゲート電極CGをシリコン膜4と絶縁膜15と絶縁膜16との積層膜で形成するため、シリコン膜4を実施の形態1〜3よりも薄く形成した場合においても、制御ゲート電極CGの側壁にサイドウォールスペーサ状に形成されるメモリゲート電極MGの高さを確保することができるため、メモリゲート電極MGをシリコン膜6aおよびシリコン膜6bの2層のポリシリコン層により形成することが容易となるという効果も有する。   In addition, in this embodiment, since the control gate electrode CG is formed of a laminated film of the silicon film 4, the insulating film 15, and the insulating film 16, the silicon film 4 is thinner than those in the first to third embodiments. Even when formed, since the height of the memory gate electrode MG formed in the shape of a sidewall spacer on the side wall of the control gate electrode CG can be secured, the memory gate electrode MG is formed of 2 of the silicon film 6a and the silicon film 6b. Another advantage is that it is easy to form the polysilicon layer.

以上、本発明者によってなされた発明をその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言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、半導体装置およびその製造方法に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

1 半導体基板
1A メモリセル領域
1B メモリゲートシャント領域
1C キャパシタ形成領域
2 素子分離領域
3 絶縁膜
4 シリコン膜
5 絶縁膜
5a,5c 酸化シリコン膜
5b 窒化シリコン膜
6 積層膜
6a,6b シリコン膜
7a,7b n型半導体領域
8a,8b n型半導体領域
11 金属シリサイド層
12 絶縁膜
13a バリア導体膜
13b 主導体膜
14 絶縁膜
CP 容量素子
CG 制御ゲート電極
CNT コンタクトホール
DE 容量絶縁膜
LE 下部電極
M1 配線
MC メモリセル
MD,MS 半導体領域
MG メモリゲート電極
PG プラグ
PW p型ウエル
RG101 高抵抗領域
SP1 シリコンスペーサ
SW 側壁絶縁膜
UE 上部電極
15 絶縁膜
16 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 1A Memory cell area | region 1B Memory gate shunt area | region 1C Capacitor formation area | region 2 Element isolation area | region 3 Insulating film 4 Silicon film 5 Insulating film 5a, 5c Silicon oxide film 5b Silicon nitride film 6 Stacked film 6a, 6b Silicon film 7a, 7b n type semiconductor regions 8a and 8b n + type semiconductor region 11 Metal silicide layer 12 Insulating film 13a Barrier conductor film 13b Main conductor film 14 Insulating film CP Capacitance element CG Control gate electrode CNT Contact hole DE Capacitance insulating film LE Lower electrode M1 Wiring MC memory cell MD, MS semiconductor region MG memory gate electrode PG plug PW p-type well RG101 high resistance region SP1 silicon spacer SW side wall insulating film UE upper electrode 15 insulating film 16 insulating film

Claims (21)

半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、
前記半導体基板の上部に形成され、前記第1ゲート電極と隣合う第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第1絶縁膜と、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間および前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に形成された第2絶縁膜であって、その内部に電荷蓄積部を有する前記第2絶縁膜と、
を有し、
前記第2ゲート電極は、前記第2絶縁膜に隣接する第1シリコン領域と、前記第1シリコン領域を介して前記第2絶縁膜から離間する第2シリコン領域とを有し、
前記第1シリコン領域の不純物濃度は、前記第2シリコン領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A second gate electrode formed on the semiconductor substrate and adjacent to the first gate electrode;
A first insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate;
A second insulating film formed between the second gate electrode and the semiconductor substrate and between the first gate electrode and the second gate electrode, the second insulating film having a charge storage portion therein; An insulating film;
Have
The second gate electrode includes a first silicon region adjacent to the second insulating film, and a second silicon region spaced from the second insulating film via the first silicon region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the first silicon region is lower than an impurity concentration of the second silicon region.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2シリコン領域の抵抗率は、前記第1シリコン領域の抵抗率よりも低いことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a resistivity of the second silicon region is lower than a resistivity of the first silicon region.
請求項2記載の半導体装置において、
前記第2ゲート電極の前記第2シリコン領域と前記半導体基板との間には、前記第2絶縁膜および前記第2ゲート電極の前記第1シリコン領域が介在し、
前記第2ゲート電極の前記第2シリコン領域と前記第1ゲート電極との間には、前記第2絶縁膜および前記第2ゲート電極の前記第1シリコン領域が介在していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The second insulating film and the first silicon region of the second gate electrode are interposed between the second silicon region of the second gate electrode and the semiconductor substrate,
The second insulating film and the first silicon region of the second gate electrode are interposed between the second silicon region of the second gate electrode and the first gate electrode. Semiconductor device.
請求項3記載の半導体装置において、
前記第2シリコン領域は、前記第2絶縁膜に接していないことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The semiconductor device, wherein the second silicon region is not in contact with the second insulating film.
請求項4記載の半導体装置において、
前記第1シリコン領域は第1シリコン膜により形成され、
前記第2シリコン領域は前記第1シリコン膜よりも高不純物濃度の第2シリコン膜により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 4.
The first silicon region is formed of a first silicon film;
The semiconductor device, wherein the second silicon region is formed of a second silicon film having a higher impurity concentration than the first silicon film.
請求項5記載の半導体装置において、
前記第1シリコン膜と前記第2シリコン膜とは、同じ導電型であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The semiconductor device, wherein the first silicon film and the second silicon film have the same conductivity type.
請求項5記載の半導体装置において、
前記第1シリコン膜は、ノンドープのシリコン膜からなり、
前記第2シリコン膜は、不純物が導入されたシリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The first silicon film is a non-doped silicon film,
The semiconductor device, wherein the second silicon film is made of a silicon film into which impurities are introduced.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2ゲート電極の上部に金属シリサイド層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a metal silicide layer is formed on the second gate electrode.
請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、不揮発性メモリを有し、
前記第1および第2ゲート電極は、前記不揮発性メモリを構成するゲート電極であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device has a nonvolatile memory,
The semiconductor device, wherein the first and second gate electrodes are gate electrodes constituting the nonvolatile memory.
請求項5記載の半導体装置において、
前記半導体基板の上部に形成された第1電極と、前記第1電極上に容量絶縁膜を介して形成された第2電極とを有する容量素子を更に有し、
前記容量絶縁膜は、前記第2絶縁膜と同層の絶縁膜により形成され、
前記第1電極は、前記第1ゲート電極と同層の導電体膜により形成され、
前記第2電極は、前記第1シリコン膜と同層のシリコン膜と、その上に形成された、前記第2シリコン膜と同層のシリコン膜との積層膜により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 5.
A capacitor element further including a first electrode formed on the semiconductor substrate and a second electrode formed on the first electrode via a capacitor insulating film;
The capacitive insulating film is formed of an insulating film in the same layer as the second insulating film,
The first electrode is formed of a conductor film in the same layer as the first gate electrode,
The second electrode is formed of a laminated film of a silicon film in the same layer as the first silicon film and a silicon film in the same layer formed on the silicon film. Semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1ゲート電極と前記第2シリコン領域との間に形成された前記第1シリコン領域の前記第2ゲート電極のゲート長方向の厚さをt1とし、
前記第2シリコン領域の下面で、前記第1シリコン領域と接する領域の前記第2ゲート電極のゲート長方向の厚さをt2としたとき、
前記t1と前記t2の間には、t1<t2の関係が成り立つことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The thickness in the gate length direction of the second gate electrode of the first silicon region formed between the first gate electrode and the second silicon region is t1,
When the thickness in the gate length direction of the second gate electrode of the region in contact with the first silicon region on the lower surface of the second silicon region is t2,
A semiconductor device characterized in that a relationship of t1 <t2 is established between the t1 and the t2.
半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成され、互いに隣合う第1ゲート電極および第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第2ゲート絶縁膜と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を用意する工程、
(b)前記半導体基板の主面に前記第1ゲート絶縁膜用の第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に前記第1ゲート電極用の第1導電体膜を形成する工程、
(d)前記第1導電体膜をパターニングして前記第1ゲート電極を形成する工程、
(e)前記半導体基板の主面と前記第1ゲート電極の表面に、前記第2ゲート絶縁膜用でかつ内部に電荷蓄積部を有する第2絶縁膜を形成する工程、
(f)前記第2絶縁膜上に第1シリコン膜を形成する工程、
(g)前記第1シリコン膜上に第2シリコン膜を形成する工程、
(h)前記第2シリコン膜および前記第1シリコン膜の積層膜をエッチバックすることで、前記第1ゲート電極の側壁上に前記第2絶縁膜を介して前記積層膜を残して前記第2ゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(f)工程で形成された前記第1シリコン膜の不純物濃度よりも、前記(g)工程で形成された前記第2シリコン膜の不純物濃度が高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor substrate;
A first gate electrode and a second gate electrode formed on the semiconductor substrate and adjacent to each other;
A first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate;
A second gate insulating film formed between the second gate electrode and the semiconductor substrate and having a charge storage portion therein;
A method of manufacturing a semiconductor device having
(A) preparing the semiconductor substrate;
(B) forming a first insulating film for the first gate insulating film on a main surface of the semiconductor substrate;
(C) forming a first conductor film for the first gate electrode on the first insulating film;
(D) patterning the first conductor film to form the first gate electrode;
(E) forming a second insulating film for the second gate insulating film and having a charge storage portion therein on the main surface of the semiconductor substrate and the surface of the first gate electrode;
(F) forming a first silicon film on the second insulating film;
(G) forming a second silicon film on the first silicon film;
(H) Etching back the laminated film of the second silicon film and the first silicon film to leave the laminated film on the sidewall of the first gate electrode with the second insulating film interposed therebetween. Forming a gate electrode;
Have
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity concentration of the second silicon film formed in the step (g) is higher than the impurity concentration of the first silicon film formed in the step (f).
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程で形成された前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間および前記第2ゲート電極と前記第1ゲート電極との間には、前記第2絶縁膜が介在し、
前記(h)工程で形成された前記第2ゲート電極は、前記第2絶縁膜に接する前記第1シリコン膜と、前記第1シリコン膜を介して前記第2絶縁膜から離間する前記第2シリコン膜とで形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
The second insulating film is interposed between the second gate electrode and the semiconductor substrate formed in the step (h) and between the second gate electrode and the first gate electrode,
The second gate electrode formed in the step (h) includes the first silicon film in contact with the second insulating film, and the second silicon separated from the second insulating film through the first silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a semiconductor device.
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程で形成された前記第1シリコン膜は、ノンドープのシリコン膜からなり、
前記(g)工程で形成された前記第2シリコン膜は、不純物が導入されたシリコン膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
The first silicon film formed in the step (f) is a non-doped silicon film,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film formed in the step (g) is made of a silicon film into which impurities are introduced.
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程で形成された前記第1シリコン膜は、不純物が導入された前記第1シリコン膜からなり、
前記(g)工程で形成された前記第2シリコン膜は、不純物が導入された前記第2シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
The first silicon film formed in the step (f) is composed of the first silicon film into which impurities are introduced,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film formed in the step (g) includes the second silicon film into which an impurity is introduced.
請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程で形成された前記第1シリコン膜に導入された不純物の導電型と、前記(g)工程で形成された前記第2シリコン膜に導入された不純物の導電型とが、同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
The conductivity type of the impurity introduced into the first silicon film formed in the step (f) is the same as the conductivity type of the impurity introduced into the second silicon film formed in the step (g). A method for manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程で形成された前記第1シリコン膜に導入された不純物の導電型と、前記(g)工程で形成された前記第2シリコン膜に導入された不純物の導電型とが、逆であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
The conductivity type of the impurity introduced into the first silicon film formed in the step (f) is opposite to the conductivity type of the impurity introduced into the second silicon film formed in the step (g). A method for manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程後に、
(i)イオン注入により前記半導体基板にソースまたはドレイン用の半導体領域を形成する工程、
(j)前記(i)工程後、前記ソースまたはドレイン用の半導体領域に導入された不純物を活性化させる熱処理を行う工程、
を更に有し、
前記(j)工程後、前記第2シリコン膜と前記第1シリコン膜の導電型とが同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17.
After the step (h),
(I) forming a semiconductor region for source or drain on the semiconductor substrate by ion implantation;
(J) After the step (i), performing a heat treatment for activating impurities introduced into the source or drain semiconductor region;
Further comprising
After the step (j), the semiconductor device manufacturing method is characterized in that the conductivity types of the second silicon film and the first silicon film are the same.
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)では、前記第1導電体膜をパターニングして前記第1ゲート電極と容量素子の下部電極とを形成し、
前記(e)工程では、前記半導体基板の主面と前記第1ゲート電極および前記下部電極の表面に前記第2絶縁膜を形成し、
前記(g)工程後で前記(h)工程前に、
(g1)前記第2シリコン膜上に第1レジストパターンを形成する工程、
を更に有し、
前記(h)工程では、前記第1レジストパターンをエッチングマスクとして前記第2シリコン膜および前記第1シリコン膜をエッチバックすることで、前記第1レジストパターンの下に前記積層膜を残して前記容量素子の上部電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
In (d), the first conductive film is patterned to form the first gate electrode and the lower electrode of the capacitive element,
In the step (e), the second insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate and the surfaces of the first gate electrode and the lower electrode,
After the step (g) and before the step (h),
(G1) forming a first resist pattern on the second silicon film;
Further comprising
In the step (h), the second silicon film and the first silicon film are etched back using the first resist pattern as an etching mask, thereby leaving the stacked film under the first resist pattern. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming an upper electrode of an element.
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程で形成する前記第1シリコン膜の膜厚をt1とし、
前記(g)工程で形成する前記第2シリコン膜の膜厚をt2としたとき、
前記t1と前記t2の間には、t1<t2の関係が成り立つことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
The film thickness of the first silicon film formed in the step (f) is t1,
When the thickness of the second silicon film formed in the step (g) is t2,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a relationship of t1 <t2 is established between the t1 and the t2.
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程と前記(g)工程は連続的に行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step (f) and the step (g) are performed continuously.
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