JP2012059777A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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福夫 大和田
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of improving the operating speed of a semiconductor device by reducing the resistance in an extension region on the source side of an FET formed on a semiconductor substrate.SOLUTION: A first sidewall 6w and a second sidewall 6n having different widths in the gate length direction of a gate electrode 4d are formed, respectively, on the sidewall of the gate electrode 4d. Consequently, extension regions 37 and 38 are formed in self-alignment mannar under the first sidewall 6w and the second sidewall 6n with different widths on the upper surface of a semiconductor substrate SB.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、高耐圧MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)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ものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a high breakdown voltage MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) and a technique effective when applied to the manufacturing method thereof.

半導体基板上の集積回路には、例えば半導体素子として、低電圧で動作し、大きい電流駆動力を必要とするMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、または、前記MISFETよりも高い電圧で動作し高耐圧を必要とするMISFET(以下、単に高耐圧MISFETという)などが混在している場合がある。   In an integrated circuit on a semiconductor substrate, for example, as a semiconductor element, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) that operates at a low voltage and requires a large current driving force, or operates at a voltage higher than the MISFET and operates at a high voltage. In some cases, MISFETs that require a withstand voltage (hereinafter simply referred to as high withstand voltage MISFETs) are mixed.

また、高耐圧MISFETのひとつに、MONOS構造を有する書き換え可能な不揮発性メモリ(以下、単にMONOSメモリという)がある。MONOSメモリは、例えば2層の酸化シリコン膜の間に電荷蓄積層である窒化シリコン膜の層が形成されたONO(Oxide Nitride Oxide)膜からなる絶縁膜を、ゲート電極と半導体基板の間に有するFETであり、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリのメモリセルとして広く使用されている。   One of the high voltage MISFETs is a rewritable nonvolatile memory (hereinafter simply referred to as a MONOS memory) having a MONOS structure. The MONOS memory has an insulating film made of an ONO (Oxide Nitride Oxide) film in which a silicon nitride film layer as a charge storage layer is formed between two silicon oxide films, for example, between a gate electrode and a semiconductor substrate. The FET is widely used as a memory cell of a nonvolatile memory such as a flash memory.

近年はMISFETの微細化に伴い、耐圧などの信頼性を向上させる目的で、MISFETのソース・ドレイン領域よりも低濃度の不純物が添加されたエクステンション領域を、半導体基板の主面であってゲート電極の端部の下部からソース・ドレイン領域にかけて形成し、拡散層をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることが主流となっている。LDD構造を有するMISFETのエクステンション領域の幅は、通常、MISFETのゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールの幅(スペーサー長)によって決まる。   In recent years, with the miniaturization of the MISFET, an extension region to which an impurity having a lower concentration than the source / drain region of the MISFET is added is formed on the main surface of the semiconductor substrate as a gate electrode for the purpose of improving reliability such as breakdown voltage. The diffusion layer has an LDD (Lightly Doped Drain) structure, which is mainly formed from the lower part of the end portion to the source / drain region. The width of the extension region of the MISFET having the LDD structure is usually determined by the width (spacer length) of the side wall formed on the side wall of the gate electrode of the MISFET.

高耐圧MISFETおよびMONOSメモリのサイドウォールにおいては、それらのスペーサー長を低電圧で動作する周辺回路のMISFETのスペーサー長に対して異なる長さで形成することが望ましい。従来の一般的な半導体装置の製造方法では、同一半導体基板上にスペーサー長に違いのある2種以上のサイドウォールを形成するために、2種LDD形成用の専用マスクを用いてフォトレジスト膜を選択的に形成し、サイドウォールを作り分けている。ここで、2種LDDまたは2種LDD構造とは、同一の半導体基板上に幅が異なるサイドウォールを有し、幅が異なるエクステンション領域が形成されたMISFETを含む半導体装置の構造のことをいう。2種LDD構造を実現するための技術としては、例えば特許文献1(特開2004−349680号公報)にその方法が開示されている。   In the sidewalls of the high breakdown voltage MISFET and the MONOS memory, it is desirable that the spacer length be different from the spacer length of the MISFET of the peripheral circuit operating at a low voltage. In a conventional general semiconductor device manufacturing method, a photoresist film is formed using a special mask for forming two types of LDDs in order to form two or more types of sidewalls having different spacer lengths on the same semiconductor substrate. They are selectively formed to create side walls. Here, the two-type LDD or the two-type LDD structure refers to a structure of a semiconductor device including a MISFET having sidewalls having different widths and extension regions having different widths formed on the same semiconductor substrate. As a technique for realizing the two-type LDD structure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-349680 discloses a method thereof.

特開2004−349680号公報JP 2004-349680 A 特開平5−62994号公報JP-A-5-62994 特開平9−213713号公報JP-A-9-213713 特開2001−274259号公報JP 2001-274259 A

2種LDDを形成するプロセスによって高耐圧MISFETまたはMONOSメモリの両側の側壁には、高耐圧MISFETよりも低電圧で動作するMISFET(以下、単に低耐圧MISFETという)のゲート電極の側壁に形成されるサイドウォールよりもスペーサー長が長いサイドウォールが形成される。   By the process of forming the two-type LDD, the sidewalls on both sides of the high breakdown voltage MISFET or MONOS memory are formed on the sidewalls of the gate electrode of the MISFET that operates at a lower voltage than the high breakdown voltage MISFET (hereinafter simply referred to as the low breakdown voltage MISFET). A sidewall having a spacer length longer than that of the sidewall is formed.

高耐圧MISFETまたはMONOSメモリでは、ゲート電極の両側の側壁に幅が長いサイドウォールを形成することで、サイドウォールの下部に幅が長いエクステンション領域を形成することが考えられる。このことは、高耐圧MISFETまたはMONOSメモリのソース領域およびドレイン領域の両方に高い電圧が印加され、ソース・ドレイン領域とゲートまたはウエル(半導体基板)との間に高い電位差が生じる場合に、ソース・ドレイン領域の耐圧を向上させる上で有効である。   In a high breakdown voltage MISFET or MONOS memory, it is conceivable that an extension region having a long width is formed below the side wall by forming a wide side wall on both side walls of the gate electrode. This is because when a high voltage is applied to both the source region and the drain region of the high breakdown voltage MISFET or MONOS memory and a high potential difference is generated between the source / drain region and the gate or well (semiconductor substrate), This is effective in improving the breakdown voltage of the drain region.

しかし、一部の高耐圧MISFETまたはMONOSメモリにおいては、用途によって、例えばドレイン領域とウエルには高い耐圧が要求され、ソース領域はドレイン領域よりも低い耐圧が要求される素子がある。つまり、このFETでは、ドレイン領域とゲート間またはドレイン領域とウエル間には高い電位差が生じるが、ソース領域とゲート間またはソース領域とウエル間には、ドレイン領域のような高い電位差は生じない。   However, in some high-breakdown-voltage MISFETs or MONOS memories, there are elements that require a high breakdown voltage, for example, in the drain region and well, and a breakdown voltage in the source region that is lower than that in the drain region. That is, in this FET, a high potential difference is generated between the drain region and the gate or between the drain region and the well, but a high potential difference is not generated between the source region and the gate or between the source region and the well as in the drain region.

このようなFETで、高い耐圧を必要としないソース領域にまで幅が長いエクステンション領域を形成することは、ソース−ドレイン間に流れる電流が小さくなる要因となる。すなわち、エクステンション領域はソース領域よりも高抵抗な領域であり、このエクステンション領域の幅が長くなれば、その分ソース−ドレイン間の抵抗値が高くなり、半導体装置の動作の高速化の妨げとなる。   In such an FET, forming an extension region having a long width even in a source region that does not require a high breakdown voltage causes a reduction in current flowing between the source and the drain. That is, the extension region is a region having a higher resistance than the source region, and if the width of the extension region is increased, the resistance value between the source and the drain is increased correspondingly, which hinders the speeding up of the operation of the semiconductor device. .

また、ソース領域に特定の電位を供給する接続部材であるコンタクトプラグは、エクステンション領域の幅の分だけゲート電極と離して配置しなければならない。したがって、ドレイン領域は高い耐圧を必要とし、かつソース領域は高い耐圧を必要としないFETにおいて、ソース領域にまで幅が長いエクステンション領域を形成した場合、ソース領域のエクステンション領域の長さが長いために、ゲート電極とコンタクトプラグとの間の距離を長く確保する必要が生じ、半導体装置の微細化が困難となる。   In addition, a contact plug that is a connection member that supplies a specific potential to the source region must be arranged away from the gate electrode by the width of the extension region. Therefore, in the FET where the drain region requires a high breakdown voltage and the source region does not require a high breakdown voltage, when the extension region having a long width is formed in the source region, the extension region of the source region is long. Therefore, it is necessary to ensure a long distance between the gate electrode and the contact plug, and it becomes difficult to miniaturize the semiconductor device.

特許文献2(特開平5−62994号公報)には、ソース側のエクステンション領域(n層)を除去したトランジスタを形成することが記載されている。具体的には、半導体基板の主面にゲート電極、エクステンション領域およびゲート絶縁膜の両側の側壁のサイドウォールを形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を用いてソース側のサイドウォールを一部除去し、半導体基板にエクステンション領域よりも不純物濃度が高いn層(ソース・ドレイン領域)を形成することにより、ソース側のエクステンション領域をn層に変える。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-62994) describes forming a transistor from which a source-side extension region (n layer) is removed. Specifically, after forming a gate electrode, an extension region, and sidewalls on both sides of the gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate, a part of the sidewall on the source side is removed by using a photolithography technique and an etching method. Then, by forming an n + layer (source / drain region) having an impurity concentration higher than that of the extension region on the semiconductor substrate, the extension region on the source side is changed to the n + layer.

なお、特許文献2では、ソース側のエクステンション領域を除去したトランジスタの他に、異なる用途のトランジスタであって、例えば前記トランジスタよりも低電圧で動作し、相対的に幅が短いサイドウォールおよびエクステンション領域を有するトランジスタなどが形成されているか否かについての記載はない。   In Patent Document 2, in addition to the transistor from which the extension region on the source side is removed, the transistor is used for a different purpose, for example, operates at a lower voltage than the transistor and has a relatively short sidewall and extension region. There is no description as to whether or not a transistor or the like having n is formed.

特許文献3(特開平9−213713号公報)には、ソース側のエクステンション領域の幅をドレイン側のエクステンション領域の幅より短くした電界効果トランジスタを形成することが記載されている。具体的には、半導体基板の主面にゲート電極およびエクステンション領域を形成した後、半導体基板の主面に第1のスルー膜(絶縁膜)を堆積し、続いてソース形成領域側の第1のスルー膜を除去する。その後、半導体基板の主面に第2のスルー膜(絶縁膜)を形成し、第1および第2のスルー膜を介して半導体基板の主面にn層(ソース・ドレイン領域)を形成する。ここで、ドレイン側のゲート電極の側壁には第1および第2のスルー膜が形成されており、ソース側のゲート電極の側壁には第2のスルー膜のみが形成されているため、ドレイン側のエクステンション領域の幅よりもソース側のエクステンション領域の幅の方が短くなる。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-213713) describes forming a field effect transistor in which the width of the extension region on the source side is shorter than the width of the extension region on the drain side. Specifically, after forming the gate electrode and the extension region on the main surface of the semiconductor substrate, a first through film (insulating film) is deposited on the main surface of the semiconductor substrate, and then the first through the source forming region side. The through film is removed. Thereafter, a second through film (insulating film) is formed on the main surface of the semiconductor substrate, and n + layers (source / drain regions) are formed on the main surface of the semiconductor substrate via the first and second through films. . Here, the first and second through films are formed on the side wall of the drain side gate electrode, and only the second through film is formed on the side wall of the source side gate electrode. The width of the extension region on the source side is shorter than the width of the extension region.

なお、特許文献3では、ソース側のエクステンション領域を短くした電界効果トランジスタの他に、異なる用途のトランジスタであって、例えば前記電界効果トランジスタよりも低電圧で動作し、幅が短いサイドウォールおよびエクステンション領域を有するトランジスタなどが形成されているか否かについての記載はない。   In Patent Document 3, in addition to a field effect transistor in which the extension region on the source side is shortened, the transistor is used for a different purpose, for example, operates at a lower voltage than the field effect transistor and has a shorter width and extension. There is no description as to whether or not a transistor having a region is formed.

特許文献4(特開2001−274259号公報)には、ソース側のエクステンション領域の幅をドレイン側のエクステンション領域の幅より短くしたトランジスタを形成することが記載されている。具体的には、ゲート電極およびエクステンション領域を形成した半導体基板の主面上に絶縁膜を形成し、ドレイン形成領域側の前記絶縁膜上にレジストマスクを形成した後、半導体基板の主面の前記絶縁膜をエッチバックすることでドレイン形成領域側のゲート電極の側壁に幅が長いサイドウォールを形成する。続いて、このサイドウォールをマスクとして半導体基板の主面にn拡散層を形成することで、ソース側にドレイン側よりも幅が短いエクステンション領域を有するトランジスタを形成する。 Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-274259) describes forming a transistor in which the width of the extension region on the source side is shorter than the width of the extension region on the drain side. Specifically, an insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate on which the gate electrode and the extension region are formed, a resist mask is formed on the insulating film on the drain forming region side, and then the main surface of the semiconductor substrate is By etching back the insulating film, a sidewall having a long width is formed on the sidewall of the gate electrode on the drain formation region side. Subsequently, an n + diffusion layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate using this sidewall as a mask, thereby forming a transistor having an extension region on the source side that is shorter than the drain side.

なお、特許文献4では、ソース側のエクステンション領域を短くした電界効果トランジスタの他に、異なる用途のトランジスタであって、例えば前記電界効果トランジスタよりも低電圧で動作し、短いサイドウォールおよびエクステンション領域を有するトランジスタなどが形成されているか否かについての記載はない。   In Patent Document 4, in addition to a field effect transistor having a source-side extension region shortened, the transistor is used for a different purpose. For example, the transistor operates at a lower voltage than the field effect transistor, and has a short sidewall and extension region. There is no description on whether or not a transistor or the like is formed.

本発明の目的は、半導体装置の動作速度を向上することにある。   An object of the present invention is to improve the operation speed of a semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、半導体装置を微細化することにある。   Another object of the present invention is to miniaturize a 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実施の形態のうち、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 embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の好ましい一実施の形態である半導体装置は、
半導体基板の主面の第1領域に形成された第1電界効果トランジスタと、前記半導体基板の主面の第2領域に形成され、前記第1電界効果トランジスタよりも高い電圧で動作する第2電界効果トランジスタとを有する半導体装置であって、
前記第1電界効果トランジスタは、
前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極の両側の側壁にそれぞれ形成された第1サイドウォールと、
前記第1サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成された第1エクステンション領域と、
前記第1エクステンション領域と電気的に接続され、前記半導体基板の上面に形成され、且つ、前記第1エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第1拡散層と、
を有し、
前記第2電界効果トランジスタは、
前記半導体基板上に第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、
前記第2ゲート電極の両側の側壁の一方に、前記第1サイドウォールの同層に形成され、且つ前記第1ゲート電極のゲート長方向の前記第1サイドウォールの幅と同じ幅を有する第2サイドウォールと、
前記第2ゲート電極の両側の側壁のもう一方に形成され、且つ、前記ゲート長方向の幅が前記第2サイドウォールよりも大きい第3サイドウォールと、
前記第2サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成された第2エクステンション領域と、
前記第3サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成され、且つ、前記ゲート長方向の幅が前記第2エクステンション領域よりも大きい第3エクステンション領域と、
前記半導体基板の上面に形成され、前記第2エクステンション領域と電気的に接続され、且つ、前記第2エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第2拡散層と、
前記半導体基板の上面に形成され、前記第3エクステンション領域と電気的に接続され、且つ、前記第3エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第3拡散層と、
を有するものである。
A semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention includes:
A first field effect transistor formed in a first region of the main surface of the semiconductor substrate and a second electric field formed in a second region of the main surface of the semiconductor substrate and operating at a higher voltage than the first field effect transistor. A semiconductor device having an effect transistor,
The first field effect transistor is:
A first gate electrode formed on the semiconductor substrate via a first gate insulating film;
First sidewalls respectively formed on sidewalls on both sides of the first gate electrode;
A first extension region formed on an upper surface of the semiconductor substrate below the first sidewall;
A first diffusion layer electrically connected to the first extension region, formed on an upper surface of the semiconductor substrate, and having a higher impurity concentration than the first extension region;
Have
The second field effect transistor is:
A second gate electrode formed on the semiconductor substrate via a second gate insulating film;
The second gate electrode is formed on one of the sidewalls on both sides of the second gate electrode in the same layer as the first sidewall and has the same width as the width of the first sidewall in the gate length direction of the first gate electrode. Side walls,
A third sidewall formed on the other side wall on both sides of the second gate electrode and having a width in the gate length direction larger than the second sidewall;
A second extension region formed on the upper surface of the semiconductor substrate below the second sidewall;
A third extension region formed on an upper surface of the semiconductor substrate below the third sidewall and having a width in the gate length direction larger than the second extension region;
A second diffusion layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate, electrically connected to the second extension region, and having a higher impurity concentration than the second extension region;
A third diffusion layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate, electrically connected to the third extension region, and having an impurity concentration higher than that of the third extension region;
It is what has.

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.

上記した本発明の好ましい一実施の形態によれば、半導体装置の動作速度を向上させることができる。   According to the preferred embodiment of the present invention described above, the operation speed of the semiconductor device can be improved.

また、半導体装置を微細化することができる。   In addition, the semiconductor device can be miniaturized.

本発明の実施の形態1である半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図2(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device. (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.2 (a). 図2(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a)は図3に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。(b)は図4(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. (A) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following FIG. (B) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device following Fig.4 (a). 図4(b)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 図5に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8. 図9に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 13; 本発明の実施の形態2である半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態1および2のMONOSメモリの消去動作を説明する図である。(a)はMONOSメモリの回路図である。(b)はMONOSメモリの断面図である。It is a figure explaining erasure | elimination operation | movement of the MONOS memory of Embodiment 1 and 2 of this invention. (A) is a circuit diagram of a MONOS memory. (B) is a cross-sectional view of a MONOS memory. 本発明の実施の形態1および2のMONOSメモリの書込動作を説明する図である。(a)はMONOSメモリの回路図である。(b)はMONOSメモリの断面図である。It is a figure explaining the write-in operation | movement of the MONOS memory of Embodiment 1 and 2 of this invention. (A) is a circuit diagram of a MONOS memory. (B) is a cross-sectional view of a MONOS memory. 本発明の実施の形態1および2のMONOSメモリの書込動作を説明する図である。(a)はMONOSメモリの回路図である。(b)はMONOSメモリの断面図である。It is a figure explaining the write-in operation | movement of the MONOS memory of Embodiment 1 and 2 of this invention. (A) is a circuit diagram of a MONOS memory. (B) is a cross-sectional view of a MONOS memory. 本発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 図19に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 19; 図20に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 20; 図21に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 21;

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、特に必要なときを除き、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. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1によるMISFETの構造の一例を図1を用いて説明する。図1は、同一基板上に形成された複数のFETを示す断面図であり、図の左から順に、MONOS型のメモリセル(MONOSメモリ)Mn、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1、第2高耐圧MISFETH2を示している。
(Embodiment 1)
An example of the structure of the MISFET according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a plurality of FETs formed on the same substrate. In order from the left of the figure, a MONOS type memory cell (MONOS memory) Mn, a low breakdown voltage MISFET Ln, a first high breakdown voltage MISFET H1, a second A high voltage MISFET H2 is shown.

例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板SBの上面には、p型の不純物(例えばB(ホウ素))が導入されたpウエル2a、2b、2cおよび2dが形成されており、それぞれのウエルは素子分離層1により区切られている。素子分離層1は半導体基板SBの主面に形成された溝(素子分離溝)1aに埋め込まれた絶縁膜により形成されている。   For example, p wells 2a, 2b, 2c and 2d into which p type impurities (for example, B (boron)) are introduced are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB made of p type single crystal silicon. Are separated by an element isolation layer 1. The element isolation layer 1 is formed of an insulating film embedded in a groove (element isolation groove) 1a formed on the main surface of the semiconductor substrate SB.

図1に示すMONOSメモリMnは不揮発性メモリであり、pウエル2aが形成された半導体基板SBの主面上に半導体基板SB側から順に形成されたボトム酸化膜3g、電荷蓄積層3h、トップ酸化膜3iおよびゲート電極4aと、ゲート電極4aの両側の半導体基板SBの主面に形成されたソース領域を構成する拡散層42およびドレイン領域を構成する拡散層41とを有し、電荷蓄積層3hに電荷(情報)を蓄積する。ボトム酸化膜3gおよびトップ酸化膜3iは電位障壁膜として働く。MONOSメモリMnの書込動作時などには、記憶用のMONOSメモリMn内のドレイン−ゲート間またはドレイン−ウエル(半導体基板)間などに高い電位差(例えば5V〜12V程度)が生じるため、MONOSメモリMnは相対的に高耐圧のFETである必要がある。   The MONOS memory Mn shown in FIG. 1 is a non-volatile memory, and a bottom oxide film 3g, a charge storage layer 3h, a top oxide formed in this order on the main surface of the semiconductor substrate SB on which the p-well 2a is formed, from the semiconductor substrate SB side. A charge storage layer 3h having a film 3i, a gate electrode 4a, a diffusion layer 42 forming a source region and a diffusion layer 41 forming a drain region formed on the main surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4a; Charge (information) is stored in the. The bottom oxide film 3g and the top oxide film 3i function as a potential barrier film. During the writing operation of the MONOS memory Mn, a high potential difference (for example, about 5 V to 12 V) is generated between the drain and gate or the drain and well (semiconductor substrate) in the memory MONOS memory Mn. Mn needs to be a relatively high breakdown voltage FET.

低耐圧MISFETLnは相対的に低い電圧で動作する電界効果トランジスタであり、pウエル2bが形成された半導体基板SBの主面上に半導体基板SB側から順にゲート絶縁膜3bを介して形成されたゲート電極4bと、ゲート電極4bの両側の半導体基板SBの主面に形成されたソース領域を構成する拡散層43およびドレイン領域を構成する拡散層44とを有する。低耐圧MISFETLnは、例えばMONOSメモリMnの選択動作などを行う周辺回路を構成するFETである。ここでは、低耐圧MISFETLnはMONOSメモリMnよりも低い電圧で動作するFETであるものとする。   The low breakdown voltage MISFET Ln is a field effect transistor that operates at a relatively low voltage, and a gate formed on the main surface of the semiconductor substrate SB on which the p-well 2b is formed via the gate insulating film 3b in order from the semiconductor substrate SB side. The electrode 4b includes a diffusion layer 43 constituting a source region and a diffusion layer 44 constituting a drain region formed on the main surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4b. The low withstand voltage MISFET Ln is an FET constituting a peripheral circuit that performs, for example, a selection operation of the MONOS memory Mn. Here, it is assumed that the low breakdown voltage MISFET Ln is an FET that operates at a voltage lower than that of the MONOS memory Mn.

第1高耐圧MISFETH1は、pウエル2cが形成された半導体基板SBの主面上に半導体基板SB側から順にゲート絶縁膜3cを介して形成されたゲート電極4cと、ゲート電極4cの両側の半導体基板SBの主面に形成された、ソース領域を構成する拡散層45およびドレイン領域を構成する拡散層46とを有している。第1高耐圧MISFETH1は低耐圧MISFETLnよりも高い電圧で動作するFETであり、半導体装置の入力電流または出力電流が流れる回路の保護素子または電源の昇圧回路などに用いられる。   The first high breakdown voltage MISFET H1 includes a gate electrode 4c formed on the main surface of the semiconductor substrate SB on which the p-well 2c is formed via the gate insulating film 3c in this order from the semiconductor substrate SB side, and semiconductors on both sides of the gate electrode 4c. A diffusion layer 45 constituting a source region and a diffusion layer 46 constituting a drain region are formed on the main surface of the substrate SB. The first high withstand voltage MISFET H1 is an FET that operates at a voltage higher than that of the low withstand voltage MISFET Ln, and is used for a protection element of a circuit through which an input current or an output current of a semiconductor device flows or a booster circuit of a power supply.

第2高耐圧MISFETH2は、第1高耐圧MISFETH1と同様に、pウエル2dが形成された半導体基板SBの主面上に半導体基板SB側から順にゲート絶縁膜3dを介して形成されたゲート電極4dと、ゲート電極4dの両側の半導体基板SBの主面に形成されたソース領域を構成する拡散層47およびドレイン領域を構成する拡散層48とを有している。第2高耐圧MISFETH2は低耐圧MISFETLnよりも高い電圧で動作するFETであり、半導体装置の入力電流または出力電流が流れる回路の保護素子または電源の昇圧回路などに用いられる。   Similarly to the first high breakdown voltage MISFET H1, the second high breakdown voltage MISFET H2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB on which the p-well 2d is formed via the gate insulating film 3d sequentially from the semiconductor substrate SB side. And a diffusion layer 47 constituting a source region and a diffusion layer 48 constituting a drain region formed on the main surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4d. The second high withstand voltage MISFET H2 is an FET that operates at a voltage higher than that of the low withstand voltage MISFET Ln, and is used for a protection element of a circuit through which an input current or an output current of a semiconductor device flows, a booster circuit of a power supply, or the like.

なお、第1高耐圧MISFETH1は、例えば検出回路またはレベルシフタなどに用いられるMISFETであり、第2高耐圧MISFETH2は、例えば昇圧回路または直接周辺回路などに使われるMISFETである。   The first high breakdown voltage MISFET H1 is a MISFET used for, for example, a detection circuit or a level shifter, and the second high breakdown voltage MISFET H2 is a MISFET used for, for example, a booster circuit or a direct peripheral circuit.

第1高耐圧MISFETH1が用いられることが考えられる検出回路とは、例えばセキュリティー用のICカードのマイコン(マイクロコンピュータ)に用いられ、ICカードの不正利用などの目的で前記マイコンに規定範囲外の電圧または温度が加えられたり、規定範囲外の周波数の電流が流れた際にそれを検知し、前記マイコン内の回路の動作を停止させるための回路をいう。また、レベルシフタとは、信号電圧の大きさが互いに異なる二つのデジタルシステムを連結する際、二つのシステムの間に位置して信号電圧の大きさを変える回路である。このようなレベルシフタは、特に小さい電圧範囲から大きい電圧範囲に信号電圧のサイズを変える場合に用いられる。   The detection circuit in which the first high withstand voltage MISFET H1 is considered to be used is, for example, a microcomputer (microcomputer) for an IC card for security, and a voltage outside the specified range for the purpose of illegal use of the IC card. Alternatively, it refers to a circuit for detecting when a temperature is applied or a current having a frequency outside the specified range flows, and stopping the operation of the circuit in the microcomputer. The level shifter is a circuit that is located between two systems and changes the magnitude of the signal voltage when two digital systems having different magnitudes of the signal voltage are connected. Such a level shifter is used particularly when the size of the signal voltage is changed from a small voltage range to a large voltage range.

一方、第2高耐圧MISFETH2が用いられることが考えられる昇圧回路とは、DC/DCコンバータのように、ある値の電源電圧から別の値の電圧を取り出す回路である。また、直接周辺回路は、例えばデコーダまたはセンスアンプなどの高い電圧が印加される回路を指す。   On the other hand, a booster circuit in which the second high-breakdown-voltage MISFET H2 is considered to be used is a circuit that extracts a voltage having a different value from a certain power supply voltage, such as a DC / DC converter. A direct peripheral circuit refers to a circuit to which a high voltage is applied, such as a decoder or a sense amplifier.

第1高耐圧MISFETH1は、動作する際にそのソース領域およびドレイン領域の両方に高い電圧が印加されるMISFETであり、第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域にも、同様に第2高耐圧MISFETH2が動作する際に相対的に高い電圧が印加される。ただし、第2高耐圧MISFETH2の動作時において、第2高耐圧MISFETH2のソース領域には、第1高耐圧MISFETH1のソース領域、ドレイン領域、または第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域とゲート電極4c、4dまたはpウエル2c、2dとの間に生じるような高い電位差は発生しない。   The first high breakdown voltage MISFET H1 is a MISFET in which a high voltage is applied to both the source region and the drain region during operation. Similarly, the second high breakdown voltage MISFET H2 operates in the drain region of the second high breakdown voltage MISFET H2. In doing so, a relatively high voltage is applied. However, during the operation of the second high voltage MISFET H2, the source region of the second high voltage MISFET H2 includes the source region and drain region of the first high voltage MISFET H1, or the drain region and the gate electrodes 4c and 4d of the second high voltage MISFET H2. Alternatively, a high potential difference that occurs between the p-wells 2c and 2d does not occur.

第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2は低耐圧MISFETLnよりも高い電圧で動作するFETである。高耐圧MISFETは、MONOSメモリと同様に動作の際に例えばドレイン−ゲート間に比較的高い電位差が発生するため、低耐圧MISFETLnのゲート絶縁膜3bよりも膜厚が厚いゲート絶縁膜を必要とする。また、ゲート電極4a、4cおよび4dのゲート長は、ゲート電極4bのゲート長よりも長い。MONOSメモリMn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2のそれぞれのゲート電極4a、4cおよび4dが低耐圧MISFETLnよりも長いゲート長を有するのは、MONOSメモリMn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2の方が低耐圧MISFETLnよりも高い電圧で動作するためである。   The first high breakdown voltage MISFET H1 and the second high breakdown voltage MISFET H2 are FETs that operate at a higher voltage than the low breakdown voltage MISFET Ln. The high withstand voltage MISFET requires a gate insulating film thicker than the gate insulating film 3b of the low withstand voltage MISFET Ln because, for example, a relatively high potential difference is generated between the drain and the gate during operation in the same manner as the MONOS memory. . The gate lengths of the gate electrodes 4a, 4c and 4d are longer than the gate length of the gate electrode 4b. The gate electrodes 4a, 4c and 4d of the MONOS memory Mn, the first high breakdown voltage MISFET H1 and the second high breakdown voltage MISFET H2 have a longer gate length than the low breakdown voltage MISFET Ln. 2 because the high breakdown voltage MISFET H2 operates at a higher voltage than the low breakdown voltage MISFET Ln.

ゲート電極4a〜4dのそれぞれの両側の側壁には絶縁膜からなるサイドウォールが形成されており、各サイドウォールの下部の半導体基板SBの主面には、n型の不純物(例えばP(リン))が低濃度で導入されて形成された半導体領域であるエクステンション領域が形成されている。また、それぞれのサイドウォールの外側の領域の半導体基板SBの上面には、n型の不純物(例えばP(リン))が前記エクステンション領域よりも高濃度で導入された半導体領域である拡散層が形成されている。すなわち、MONOSメモリMn、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2のそれぞれのソース・ドレイン領域は不純物濃度が高い低抵抗な拡散層と、拡散層よりも不純物濃度が低く高抵抗なエクステンション領域とを含み、LDD構造を構成している。   Side walls made of an insulating film are formed on the side walls on both sides of each of the gate electrodes 4a to 4d, and n-type impurities (for example, P (phosphorus)) are formed on the main surface of the semiconductor substrate SB below each side wall. ) Is introduced at a low concentration, and an extension region which is a semiconductor region formed is formed. Further, a diffusion layer which is a semiconductor region into which an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced at a higher concentration than the extension region is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the region outside each sidewall. Has been. That is, each of the source / drain regions of the MONOS memory Mn, the low breakdown voltage MISFET Ln, the first high breakdown voltage MISFET H1, and the second high breakdown voltage MISFET H2 has a low resistance diffusion layer having a high impurity concentration, and a lower resistance concentration and a higher resistance than the diffusion layer. An extension region and an LDD structure.

ゲート電極4aおよび4cのそれぞれの両側の側壁およびゲート電極4dの一方の側壁には、絶縁膜6a、絶縁膜6および絶縁膜7により構成される積層膜からなる第1サイドウォール6wがそれぞれ形成されている。すなわち、半導体基板SBの上面と、ゲート電極4aおよび4cのそれぞれの両側の側壁およびゲート電極4dの一方の側壁とには、絶縁膜6aが形成され、絶縁膜6a上には絶縁膜6が形成され、絶縁膜6上には絶縁膜7が形成されている。   A first side wall 6w made of a laminated film composed of the insulating film 6a, the insulating film 6 and the insulating film 7 is formed on each side wall of the gate electrodes 4a and 4c and one side wall of the gate electrode 4d. ing. That is, the insulating film 6a is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB, the side walls on both sides of the gate electrodes 4a and 4c, and one side wall of the gate electrode 4d, and the insulating film 6 is formed on the insulating film 6a. An insulating film 7 is formed on the insulating film 6.

言い換えれば、MONOSメモリMnのゲート電極4aの両側の側壁には、半導体基板SBの主面上から連続して絶縁膜6aが形成され、半導体基板SB上であってゲート電極4aの側壁には、絶縁膜6aを介して形成された絶縁膜6および絶縁膜7が順に形成されている。また、低耐圧MISFETLnのゲート電極4bの両側の側壁には、半導体基板SBの主面上から連続して絶縁膜6aが形成され、半導体基板SB上であってゲート電極4bの側壁には、絶縁膜6aを介して形成された絶縁膜6が形成されている。また、第1高耐圧MISFETH1のゲート電極4cの両側の側壁には、半導体基板SBの主面上から連続して絶縁膜6aが形成され、半導体基板SB上であってゲート電極4cの側壁には、絶縁膜6aを介して絶縁膜6および絶縁膜7が順に形成されている。また、第2高耐圧MISFETH2のゲート電極4dの両側の側壁の一方には、半導体基板SBの主面上から連続して絶縁膜6aが形成され、半導体基板SB上であってゲート電極4dの前記一方の側壁には、絶縁膜6aを介して絶縁膜6および絶縁膜7が順に形成されている。また、第2高耐圧MISFETH2のゲート電極4dの両側の側壁のもう一方には、半導体基板SBの主面上から連続して絶縁膜6aが形成され、半導体基板SB上であってゲート電極4dの前記もう一方の側壁には、絶縁膜6aを介して形成された絶縁膜6が形成されている。   In other words, the insulating film 6a is continuously formed from the main surface of the semiconductor substrate SB on the side walls on both sides of the gate electrode 4a of the MONOS memory Mn. On the side wall of the gate electrode 4a on the semiconductor substrate SB, An insulating film 6 and an insulating film 7 formed through the insulating film 6a are sequentially formed. In addition, an insulating film 6a is continuously formed on the side walls on both sides of the gate electrode 4b of the low breakdown voltage MISFET Ln from the main surface of the semiconductor substrate SB, and an insulating film is formed on the side wall of the gate electrode 4b on the semiconductor substrate SB. An insulating film 6 is formed through the film 6a. In addition, an insulating film 6a is formed on both side walls of the gate electrode 4c of the first high breakdown voltage MISFET H1 continuously from the main surface of the semiconductor substrate SB, and on the side wall of the gate electrode 4c on the semiconductor substrate SB. The insulating film 6 and the insulating film 7 are sequentially formed through the insulating film 6a. Also, an insulating film 6a is formed on one of the side walls on both sides of the gate electrode 4d of the second high breakdown voltage MISFET H2 from the main surface of the semiconductor substrate SB, and the gate electrode 4d is formed on the semiconductor substrate SB. On one side wall, the insulating film 6 and the insulating film 7 are formed in order via the insulating film 6a. Further, an insulating film 6a is formed on the other side wall on both sides of the gate electrode 4d of the second high breakdown voltage MISFET H2 from the main surface of the semiconductor substrate SB, and the gate electrode 4d is formed on the semiconductor substrate SB. An insulating film 6 is formed on the other side wall through an insulating film 6a.

ここで、絶縁膜6は絶縁膜6aを介して各ゲート電極の側壁に形成されているため、ゲート電極4a、4cおよび4dの側壁には接していない。なお、絶縁膜6aおよび絶縁膜7は例えば酸化シリコン膜からなり、絶縁膜7は例えば窒化シリコン膜からなるものとする。   Here, since the insulating film 6 is formed on the side wall of each gate electrode through the insulating film 6a, the insulating film 6 is not in contact with the side walls of the gate electrodes 4a, 4c and 4d. The insulating film 6a and the insulating film 7 are made of, for example, a silicon oxide film, and the insulating film 7 is made of, for example, a silicon nitride film.

一方、ゲート電極4bの両側の側壁および、ゲート電極4cの側壁であって第1サイドウォール6wが形成されている側壁の反対側の側壁には、絶縁膜6aおよび絶縁膜6により構成される積層膜からなる第2サイドウォール6nがそれぞれ形成されている。すなわち、半導体基板SBの上面と、ゲート電極4bの両側の側壁および、ゲート電極4cの側壁であって第1サイドウォール6wの形成されている側壁の反対側の側壁とには、連続した絶縁膜6aがそれぞれ形成され、絶縁膜6a上には絶縁膜6が形成されている。つまり、第1サイドウォール6wは第2サイドウォール6nよりも積層数が多い積層構造を有している。なお、絶縁膜6は絶縁膜6aを介して各ゲート電極の側壁に形成されているため、ゲート電極4a、4cおよび4dの側壁には接していない。   On the other hand, on the side wall on both sides of the gate electrode 4b and the side wall on the opposite side of the side wall of the gate electrode 4c where the first side wall 6w is formed, a stacked layer composed of the insulating film 6a and the insulating film 6 is formed. Second sidewalls 6n made of a film are formed respectively. That is, a continuous insulating film is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB, the side walls on both sides of the gate electrode 4b, and the side wall of the gate electrode 4c opposite to the side wall on which the first side wall 6w is formed. 6a is formed, and the insulating film 6 is formed on the insulating film 6a. That is, the first sidewall 6w has a stacked structure in which the number of stacked layers is larger than that of the second sidewall 6n. Since the insulating film 6 is formed on the side walls of the gate electrodes via the insulating film 6a, the insulating film 6 is not in contact with the side walls of the gate electrodes 4a, 4c and 4d.

ゲート電極4bの両側の側壁および、ゲート電極4cの側壁であって第1サイドウォール6wが形成されている側壁の反対側の側壁に形成されたそれぞれの第2サイドウォール6nは、製造工程において同一の絶縁積層膜により構成され、同一の工程によって形成された同層の絶縁膜である。   The sidewalls on both sides of the gate electrode 4b and the second sidewalls 6n formed on the sidewalls of the gate electrode 4c opposite to the sidewalls on which the first sidewalls 6w are formed are the same in the manufacturing process. It is the insulating film of the same layer comprised by the same insulating laminated film, and was formed of the same process.

第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nは各ゲート電極の側壁に異方性エッチングによって自己整合的に形成された側壁スペーサーであり、第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nがそれぞれ接するゲート電極のゲート長方向の第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nの幅(スペーサー長)は、第1サイドウォール6wの方が第2サイドウォール6nよりも大きい。   The first sidewall 6w and the second sidewall 6n are sidewall spacers formed in a self-aligned manner on the sidewalls of the gate electrodes by anisotropic etching, and the gates to which the first sidewall 6w and the second sidewall 6n are in contact, respectively. The width (spacer length) of the first sidewall 6w and the second sidewall 6n in the gate length direction of the electrode is larger in the first sidewall 6w than in the second sidewall 6n.

つまり、第2高耐圧MISFETH2のゲート電極4cの一方の側壁には第1サイドウォール6wが形成され、ゲート電極4cのもう一方の側壁には、第1サイドウォール6wよりもスペーサー長が小さい第2サイドウォール6nが形成されており、ゲート電極4cのそれぞれの側壁に幅が違うサイドウォールが形成された構造となっている。   That is, the first side wall 6w is formed on one side wall of the gate electrode 4c of the second high breakdown voltage MISFET H2, and the second side wall having a spacer length smaller than that of the first side wall 6w is formed on the other side wall of the gate electrode 4c. A side wall 6n is formed, and a side wall having a different width is formed on each side wall of the gate electrode 4c.

また、MONOSメモリMnのゲート電極4aの両側の領域のうち、一方の領域の半導体基板SBの上面には、エクステンション領域32および拡散層42が形成されており、もう一方の領域の半導体基板SBの上面には、エクステンション領域31および拡散層41が形成されている。エクステンション領域31、32は拡散層41、42よりも半導体基板SBの上面から深い接合深さを有し、ゲート電極4aの側壁の下部から素子分離層1の側面にかけて形成されている。拡散層41、42は、ゲート電極4aの側壁に形成された第1サイドウォール6wの側壁であってゲート電極4aと接していない側壁の下部から素子分離層1の側面にかけてエクステンション領域31、32上にそれぞれ形成されている。エクステンション領域31および拡散層41はMONOSメモリMnのソース領域を構成しており、エクステンション領域32および拡散層42はMONOSメモリMnのドレイン領域を構成している。   In addition, an extension region 32 and a diffusion layer 42 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in one of the regions on both sides of the gate electrode 4a of the MONOS memory Mn, and the semiconductor substrate SB in the other region is formed. An extension region 31 and a diffusion layer 41 are formed on the upper surface. The extension regions 31 and 32 have a deeper junction depth from the upper surface of the semiconductor substrate SB than the diffusion layers 41 and 42, and are formed from the lower portion of the side wall of the gate electrode 4a to the side surface of the element isolation layer 1. The diffusion layers 41 and 42 are on the extension regions 31 and 32 from the lower part of the side wall of the first side wall 6w formed on the side wall of the gate electrode 4a and not in contact with the gate electrode 4a to the side surface of the element isolation layer 1. Are formed respectively. The extension region 31 and the diffusion layer 41 constitute a source region of the MONOS memory Mn, and the extension region 32 and the diffusion layer 42 constitute a drain region of the MONOS memory Mn.

エクステンション領域31、32は、n型の半導体領域である拡散層41、42よりも低い不純物濃度を有するn型の半導体領域であり、拡散層41、42よりも高い抵抗値を有する。エクステンション領域31、32は、半導体基板SBの上面においてゲート電極4aの側壁に形成された第1サイドウォール6wの下面と接しており、ゲート電極4aのゲート長方向の半導体基板SBの上面のエクステンション領域31、32の幅は、同方向の第1サイドウォール6wの幅とほぼ同じ長さとなっている。なお、ここでいう半導体基板SBの上面のエクステンション領域の幅とは、ゲート電極のゲート長方向における半導体基板SBの上面の、エクステンション領域の端部からもう一方の端部までの長さを指す。 The extension regions 31 and 32 are n type semiconductor regions having an impurity concentration lower than that of the diffusion layers 41 and 42 which are n + type semiconductor regions, and have a resistance value higher than that of the diffusion layers 41 and 42. The extension regions 31 and 32 are in contact with the lower surface of the first sidewall 6w formed on the sidewall of the gate electrode 4a on the upper surface of the semiconductor substrate SB, and the extension regions on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the gate length direction of the gate electrode 4a. The widths 31 and 32 are substantially the same as the width of the first sidewall 6w in the same direction. The width of the extension region on the upper surface of the semiconductor substrate SB here refers to the length from the end of the extension region to the other end of the upper surface of the semiconductor substrate SB in the gate length direction of the gate electrode.

同様に、第1高耐圧MISFETH1のゲート電極4cの両側の領域の半導体基板SBの上面には、エクステンション領域35、36および拡散層45、46が形成されており、エクステンション領域35および拡散層45は第1高耐圧MISFETH1のソース領域を構成しており、エクステンション領域36および拡散層46は第1高耐圧MISFETH1のドレイン領域を構成している。さらに、第2高耐圧MISFETH2のゲート電極4dの両側の領域の半導体基板SBの上面には、エクステンション領域37、38および拡散層47、48が形成されており、エクステンション領域37および拡散層47は第2高耐圧MISFETH2のソース領域を構成しており、エクステンション領域38および拡散層48は第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域を構成している。   Similarly, extension regions 35 and 36 and diffusion layers 45 and 46 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in regions on both sides of the gate electrode 4c of the first high breakdown voltage MISFET H1, and the extension region 35 and the diffusion layer 45 are The source region of the first high voltage MISFET H1 is configured, and the extension region 36 and the diffusion layer 46 configure the drain region of the first high voltage MISFET H1. Furthermore, extension regions 37 and 38 and diffusion layers 47 and 48 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the regions on both sides of the gate electrode 4d of the second high breakdown voltage MISFET H2, and the extension region 37 and the diffusion layer 47 are formed in the first region. 2 constitutes the source region of the high voltage MISFET H2, and the extension region 38 and the diffusion layer 48 constitute the drain region of the second high voltage MISFET H2.

なお、ゲート電極4dのゲート長方向の半導体基板SBの上面のエクステンション領域37、38の幅は、それぞれの上部に形成された第2サイドウォール6nおよび第1サイドウォール6wの幅とほぼ同じ長さとなっている。つまり、前述したように、第2サイドウォール6nの幅(スペーサー長)は第1サイドウォール6wの幅(スペーサー長)よりも小さいため、ゲート電極4dの側壁の第2サイドウォール6nの下部の半導体基板SBの上面のエクステンション領域37の幅は、ゲート電極4dの側壁の第1サイドウォール6wの下部の半導体基板SBの上面のエクステンション領域38の幅よりも短い。   The widths of the extension regions 37 and 38 on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the gate length direction of the gate electrode 4d are substantially the same as the widths of the second sidewall 6n and the first sidewall 6w formed on the respective upper portions. It has become. That is, as described above, since the width (spacer length) of the second side wall 6n is smaller than the width (spacer length) of the first side wall 6w, the semiconductor below the second side wall 6n on the side wall of the gate electrode 4d. The width of the extension region 37 on the upper surface of the substrate SB is shorter than the width of the extension region 38 on the upper surface of the semiconductor substrate SB below the first sidewall 6w on the side wall of the gate electrode 4d.

また、同様に、低耐圧MISFETLnのゲート電極4bの両側の領域の半導体基板SBの上面には、エクステンション領域33、34および拡散層43、44が形成されており、エクステンション領域33および拡散層43は低耐圧MISFETLnのソース領域を構成しており、エクステンション領域34および拡散層44は低耐圧MISFETLnのドレイン領域を構成している。ただし、低耐圧MISFETLnにおいては、エクステンション領域33、34の接合深さは、拡散層43、44の接合深さよりも浅く形成されている。   Similarly, extension regions 33 and 34 and diffusion layers 43 and 44 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the regions on both sides of the gate electrode 4b of the low breakdown voltage MISFET Ln. The source region of the low breakdown voltage MISFET Ln is configured, and the extension region 34 and the diffusion layer 44 configure the drain region of the low breakdown voltage MISFET Ln. However, in the low breakdown voltage MISFET Ln, the junction depths of the extension regions 33 and 34 are formed shallower than the junction depths of the diffusion layers 43 and 44.

図1に示すように、ゲート電極4a〜4dおよび拡散層41〜48のそれぞれの上部にはシリサイド層9が形成されており、シリサイド層9、MONOSメモリMn、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2を含む半導体基板SBの主面はストッパ絶縁膜10および層間絶縁膜11の積層膜により覆われている。ストッパ絶縁膜10および層間絶縁膜11には、層間絶縁膜11の上面から各シリサイド層9の上面に達するコンタクトホール12が形成され、それぞれのコンタクトホール12内には導電膜からなるコンタクトプラグ13が形成されている。なお、図1ではゲート電極4a〜4d上にコンタクトホール12およびコンタクトプラグ13が形成されている領域は示していない。   As shown in FIG. 1, a silicide layer 9 is formed on each of the gate electrodes 4a to 4d and the diffusion layers 41 to 48, and the silicide layer 9, the MONOS memory Mn, the low breakdown voltage MISFET Ln, and the first high breakdown voltage MISFET H1. The main surface of the semiconductor substrate SB including the second high voltage MISFET H2 is covered with a laminated film of the stopper insulating film 10 and the interlayer insulating film 11. In the stopper insulating film 10 and the interlayer insulating film 11, contact holes 12 reaching from the upper surface of the interlayer insulating film 11 to the upper surfaces of the silicide layers 9 are formed, and contact plugs 13 made of a conductive film are formed in the respective contact holes 12. Is formed. FIG. 1 does not show a region where the contact hole 12 and the contact plug 13 are formed on the gate electrodes 4a to 4d.

層間絶縁膜11上にはストッパ絶縁膜14を介して層間絶縁膜15が形成されており、ストッパ絶縁膜14および層間絶縁膜15には、層間絶縁膜15の上面からコンタクトプラグ13の上面に達する配線溝16が形成され、配線溝16内には、導体膜からなる金属配線17が形成されている。   An interlayer insulating film 15 is formed on the interlayer insulating film 11 via a stopper insulating film 14. The stopper insulating film 14 and the interlayer insulating film 15 reach the upper surface of the contact plug 13 from the upper surface of the interlayer insulating film 15. A wiring groove 16 is formed, and a metal wiring 17 made of a conductor film is formed in the wiring groove 16.

シリサイド層9は、拡散層41〜46とコンタクトプラグ13との間に介在することで拡散層41〜46とコンタクトプラグ13との接触抵抗を低減する働きを有する。シリサイド層9は金属とシリコンとの反応層であり、その材料としては、例えばニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、プラチナシリサイドまたはチタンシリサイドなどを用いることができる。   The silicide layer 9 has a function of reducing the contact resistance between the diffusion layers 41 to 46 and the contact plug 13 by being interposed between the diffusion layers 41 to 46 and the contact plug 13. The silicide layer 9 is a reaction layer of metal and silicon, and as its material, for example, nickel silicide, cobalt silicide, platinum silicide or titanium silicide can be used.

コンタクトプラグ13は、コンタクトホール12の内壁および底部に形成されたバリア導体膜(図示しない)を介して形成された接続部材であり、MONOSメモリMn、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2のそれぞれのソース・ドレイン領域と、金属配線17とを電気的に接続している。コンタクトプラグ13は例えばタングステンなどからなり、その側壁および底部に形成されたバリア導体膜は、例えば窒化チタンなどからなる。なお、図示していない領域において、ゲート電極4a〜4dは、それぞれの上部に形成されたシリサイド層9およびコンタクトプラグ13を介して金属配線(図示しない)と電気的に接続されている。   The contact plug 13 is a connection member formed through a barrier conductor film (not shown) formed on the inner wall and bottom of the contact hole 12, and includes a MONOS memory Mn, a low withstand voltage MISFET Ln, a first high withstand voltage MISFET H1, and a second. The source / drain regions of the high breakdown voltage MISFET H2 and the metal wiring 17 are electrically connected. The contact plug 13 is made of, for example, tungsten, and the barrier conductor film formed on the side wall and the bottom thereof is made of, for example, titanium nitride. Note that, in a region not shown, the gate electrodes 4a to 4d are electrically connected to a metal wiring (not shown) through a silicide layer 9 and a contact plug 13 formed on each of the gate electrodes 4a to 4d.

ストッパ絶縁膜10は例えば窒化シリコン膜からなり、コンタクトホール12を形成する際にエッチングストッパ膜として働く。また、層間絶縁膜11、15は例えば酸化シリコン膜またはSiOC膜などの絶縁膜からなる。ストッパ絶縁膜14は例えば窒化シリコン膜からなり、配線溝16を形成する際にエッチングストッパ膜として働く。   The stopper insulating film 10 is made of, for example, a silicon nitride film, and functions as an etching stopper film when the contact hole 12 is formed. The interlayer insulating films 11 and 15 are made of an insulating film such as a silicon oxide film or a SiOC film. The stopper insulating film 14 is made of, for example, a silicon nitride film, and functions as an etching stopper film when the wiring trench 16 is formed.

金属配線17は、MONOSメモリMn、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2に所定の電位を供給する配線であり、周知のダマシンプロセスによって形成されている。金属配線17は、配線溝16の内壁および底部に形成されたバリア導体膜と、前記バリア導体膜を介して配線溝16内に充填された金属膜からなる。前記バリア導体膜は例えばTa(タンタル)とTaN(窒化タンタル)との積層膜からなり、前記金属膜は、主にCu(銅)からなる膜である。前記バリア膜は、前記金属膜内の金属元素が層間絶縁膜15内などに拡散することを防ぐ目的で設けられている。なお、バリア導体膜の部材としては、タンタルの他に、チタン(Ti)、ルテニウム(Ru)、マンガン(Mn)またはそれらの化合物などを用いてもよい。   The metal wiring 17 is a wiring for supplying a predetermined potential to the MONOS memory Mn, the low breakdown voltage MISFET Ln, the first high breakdown voltage MISFET H1, and the second high breakdown voltage MISFET H2, and is formed by a known damascene process. The metal wiring 17 includes a barrier conductor film formed on the inner wall and the bottom of the wiring groove 16 and a metal film filled in the wiring groove 16 through the barrier conductor film. The barrier conductor film is made of a laminated film of Ta (tantalum) and TaN (tantalum nitride), for example, and the metal film is a film mainly made of Cu (copper). The barrier film is provided for the purpose of preventing the metal element in the metal film from diffusing into the interlayer insulating film 15 or the like. In addition to tantalum, titanium (Ti), ruthenium (Ru), manganese (Mn), or a compound thereof may be used as a member of the barrier conductor film.

なお、金属配線17は、ダマシン構造に限られず、アルミニウムを主体とした導体膜をパターニングして形成される配線構造としてもよい。   The metal wiring 17 is not limited to the damascene structure, and may be a wiring structure formed by patterning a conductor film mainly composed of aluminum.

MONOSメモリMnは、ゲート電極4aの下部の電荷蓄積層3h内に電子を出し入れすることにより情報の書込および消去を行うことができる。電子の出し入れの方法には2通りあり、電荷蓄積層3hの下面全面にトンネル電流で電子を出し入れすることにより書込・消去を行なう方法と、ホットキャリアを用いてドレイン領域を構成するエクステンション領域32の近傍の電荷蓄積層3h端部に電子を入れて書込を行い、エクステンション領域32の端部で発生するホットホールによって消去を行う方法とがある。トンネル電流を用いる方法は、書き換え回数を多くすることができ、高い信頼性が確保することができる一方で、ホットキャリアを用いる方法の場合、書込・消去の動作電圧を低くでき、かつ高速にすることができる。   The MONOS memory Mn can perform information writing and erasing by putting electrons into and out of the charge storage layer 3h below the gate electrode 4a. There are two ways to put in and out the electrons. The writing and erasing is performed by putting electrons into and out of the entire lower surface of the charge storage layer 3h with a tunnel current, and the extension region 32 constituting the drain region using hot carriers. There is a method in which writing is performed by putting electrons into the end of the charge storage layer 3h in the vicinity, and erasing is performed by hot holes generated at the end of the extension region 32. The method using the tunnel current can increase the number of times of rewriting and ensure high reliability. On the other hand, in the method using the hot carrier, the operation voltage for writing / erasing can be lowered and the operation speed can be increased. can do.

以下に、MONOSメモリMnの回路動作について、図16〜図18を用いて説明する。図16(a)、図17(a)および図18(a)は、MONOSメモリMnの回路図である。図16(b)、図17(b)および図18(b)は、MONOSメモリMnの断面図である。   Hereinafter, the circuit operation of the MONOS memory Mn will be described with reference to FIGS. FIGS. 16A, 17A, and 18A are circuit diagrams of the MONOS memory Mn. FIGS. 16B, 17B, and 18B are cross-sectional views of the MONOS memory Mn.

MONOSメモリは、情報の書込および消去の方法によって、ドレイン領域および半導体基板間とソース領域および半導体基板間との両方に高い電位差が生じる場合と、ドレイン領域および半導体基板間とに生じるような高い電位差がソース領域および半導体基板間において発生しない場合とに別れる。すなわち、メモリの書込および消去の方法によっては、ソース領域がドレイン領域よりも低い耐圧であってもソース領域とウエルとの間での耐圧を保つことが可能である。   The MONOS memory has a high potential difference between the drain region and the semiconductor substrate, and between the drain region and the semiconductor substrate, depending on the method of writing and erasing information, and between the drain region and the semiconductor substrate. This is different from the case where a potential difference does not occur between the source region and the semiconductor substrate. That is, depending on the memory writing and erasing methods, the breakdown voltage between the source region and the well can be maintained even when the source region has a lower breakdown voltage than the drain region.

ここで、複数のMONOSメモリのうちの一部のメモリにおいて、チャネル全面にホール注入を行うことで情報の消去を行い、チャネル全面にエレクトロン注入を行うことで情報の書込を行う方法について、図16(a)、(b)を用いて説明する。   Here, in a part of a plurality of MONOS memories, information is erased by injecting holes into the entire surface of the channel, and information is written by injecting electrons into the entire surface of the channel. This will be described with reference to 16 (a) and (b).

図16(b)に示す4個のメモリセルM1〜M4のうち、一番左のメモリセルM1は、図16(a)に示すメモリセルM1に相当し、図16(b)の左から2番目のメモリセルM2は、図16(a)に示すメモリセルM2に相当する。図16(b)の右から2番目のメモリセルM3は、図16(a)に示すメモリセルM3に相当し、図16(b)の一番右のメモリセルM4は、図16(a)に示すメモリセルM4に相当する。   Of the four memory cells M1 to M4 shown in FIG. 16 (b), the leftmost memory cell M1 corresponds to the memory cell M1 shown in FIG. 16 (a), and 2 from the left in FIG. 16 (b). The th memory cell M2 corresponds to the memory cell M2 shown in FIG. The second memory cell M3 from the right in FIG. 16B corresponds to the memory cell M3 shown in FIG. 16A, and the rightmost memory cell M4 in FIG. Corresponds to the memory cell M4 shown in FIG.

図16(a)、(b)に示すように、メモリセルM1は半導体基板SB上に電荷蓄積層を有するONO膜3を介して形成されたゲートG1と、半導体基板SBの上面に形成されたソースS1、およびドレインD1を有しているnチャネル型のメモリセルである。同様に、メモリセルM2はゲートG1、ソースS2およびドレインD2を有し、メモリセルM3はゲートG2、ソースS1およびドレインD1を有し、メモリセルM4はゲートG2、ソースS2およびドレインD2を有する。なお、ここではメモリセルM1〜M4は、いずれもゲートの両側に同じ幅のサイドウォールを有し、前記サイドウォールの下部にはゲートの両側において同じ幅のエクステンション領域が形成されているものとする。メモリセルM1はエクステンション領域31b、32bを有し、メモリセルM2はエクステンション領域33b、34bを有し、メモリセルM3はエクステンション領域35b、36bを有し、メモリセルM4はエクステンション領域37b、38bを有する。また、メモリセルM1〜M4はnチャネル型のMONOSメモリであり、メモリセルM1〜M4は、いずれも半導体基板SBの主面に形成されたp型のウエル上に形成されている。   As shown in FIGS. 16A and 16B, the memory cell M1 is formed on the semiconductor substrate SB via the ONO film 3 having the charge storage layer and the upper surface of the semiconductor substrate SB. This is an n-channel type memory cell having a source S1 and a drain D1. Similarly, the memory cell M2 has a gate G1, a source S2, and a drain D2, the memory cell M3 has a gate G2, a source S1, and a drain D1, and the memory cell M4 has a gate G2, a source S2, and a drain D2. Note that here, the memory cells M1 to M4 all have sidewalls having the same width on both sides of the gate, and extension regions having the same width are formed on both sides of the gate below the sidewall. . The memory cell M1 has extension regions 31b and 32b, the memory cell M2 has extension regions 33b and 34b, the memory cell M3 has extension regions 35b and 36b, and the memory cell M4 has extension regions 37b and 38b. . The memory cells M1 to M4 are n-channel MONOS memories, and the memory cells M1 to M4 are all formed on a p-type well formed on the main surface of the semiconductor substrate SB.

メモリセルM1〜M4はそれぞれ同一基板上に形成されており、半導体基板(pウエル)SBの電位はメモリセルM1〜M4の下部においていずれも同一の電位を有するものとする。また、メモリセルM1およびメモリセルM2のゲートG1は電気的に接続され、メモリセルM3およびメモリセルM4のゲートG2は電気的に接続されている。また、メモリセルM1およびメモリセルM3のソースS1は電気的に接続され、メモリセルM2およびメモリセルM4のソースS2は電気的に接続されている。また、メモリセルM1およびメモリセルM3のドレインD1は電気的に接続され、メモリセルM2およびメモリセルM4のドレインD2は電気的に接続されている。   The memory cells M1 to M4 are respectively formed on the same substrate, and the potential of the semiconductor substrate (p well) SB has the same potential below the memory cells M1 to M4. The gates G1 of the memory cells M1 and M2 are electrically connected, and the gates G2 of the memory cells M3 and M4 are electrically connected. Further, the source S1 of the memory cell M1 and the memory cell M3 is electrically connected, and the source S2 of the memory cell M2 and the memory cell M4 is electrically connected. The drains D1 of the memory cells M1 and M3 are electrically connected, and the drains D2 of the memory cells M2 and M4 are electrically connected.

なお、図17(a)および図18(a)に示す回路は図16(a)に示す回路と同様の構造を有しており、図17(b)および図18(b)に示す半導体装置は図16(b)に示す半導体装置と同様の構造を有しているが、図16(a)、(b)と図17(a)、(b)と図18(a)、(b)とでは、電圧の印加条件がそれぞれ異なる。   Note that the circuits shown in FIGS. 17A and 18A have the same structure as the circuit shown in FIG. 16A, and the semiconductor device shown in FIGS. 17B and 18B. 16 has the same structure as that of the semiconductor device shown in FIG. 16B, but FIGS. 16A and 16B, FIGS. 17A and 17B, and FIGS. 18A and 18B. And the voltage application conditions are different.

まず、MONOSメモリの消去動作について説明する。MONOSメモリの消去動作では、図16(a)に示すように、ワード線単位で情報の消去を行う。すなわち、同一のワード線(ゲート)に接続されている一または複数のMONOSメモリが選択され、この消去動作によって、それぞれのメモリに書き込まれていた情報はいずれも消去される。図16(a)では、消去動作によって情報を消去される選択メモリセルを破線で囲って示している。   First, the erase operation of the MONOS memory will be described. In the erase operation of the MONOS memory, information is erased in units of word lines as shown in FIG. That is, one or a plurality of MONOS memories connected to the same word line (gate) are selected, and the information written in each memory is erased by this erasing operation. In FIG. 16A, a selected memory cell from which information is erased by an erase operation is surrounded by a broken line.

この際、選択されるメモリセル(選択メモリセル)M1、M2のゲートG1には例えば−8.5Vの電圧が印加され、ソースS1、S2、ドレインD1、D2、半導体基板SBには1.5Vの電圧がそれぞれ印加される。また、選択されないメモリセル(非選択メモリセル)M3、M4のゲートG2、ソースS1、S2、ドレインD1、D2、半導体基板SBには、例えば1.5Vの電圧がそれぞれ印加される。   At this time, for example, a voltage of −8.5V is applied to the gates G1 of the selected memory cells (selected memory cells) M1 and M2, and 1.5V is applied to the sources S1 and S2, the drains D1 and D2, and the semiconductor substrate SB. Are respectively applied. Further, for example, a voltage of 1.5 V is applied to the gate G2, the sources S1 and S2, the drains D1 and D2, and the semiconductor substrate SB of the unselected memory cells (non-selected memory cells) M3 and M4.

この消去動作では、図16(b)に示すように、メモリセルM1、M2のチャネル領域から、ONO膜3の下面の全面を介してONO膜3内の電荷蓄積層にホールを注入し、メモリセルM1、M2の情報を消去する。このとき、メモリセルM1〜M4のソースS1、S2、ドレインD1、D2、半導体基板SBには、それぞれ1.5Vの電圧が印加されているため、各ソース・ドレイン領域と半導体基板SBとの間には殆ど電位差が生じない。すなわち、ソース・ドレイン領域とウエルとの間には殆ど電位差が生じないため、この消去動作において各ソース・ドレイン領域は高い耐圧を必要としない。   In this erasing operation, as shown in FIG. 16B, holes are injected into the charge storage layer in the ONO film 3 from the channel regions of the memory cells M1 and M2 through the entire lower surface of the ONO film 3. The information in the cells M1 and M2 is erased. At this time, since a voltage of 1.5 V is applied to the sources S1 and S2, the drains D1 and D2, and the semiconductor substrate SB of the memory cells M1 to M4, respectively, between each source / drain region and the semiconductor substrate SB. Almost no potential difference occurs. That is, there is almost no potential difference between the source / drain region and the well, so that the source / drain region does not require a high breakdown voltage in this erase operation.

次に、MONOSメモリの書込動作について説明する。書込動作には、チャネル全面からMONOSメモリの電荷蓄積層にエレクトロン注入を行う方法と、ドレイン近傍においてMONOSメモリの電荷蓄積層にホットエレクトロン注入を行う方法とがある。   Next, the write operation of the MONOS memory will be described. The writing operation includes a method of injecting electrons from the entire surface of the channel into the charge storage layer of the MONOS memory and a method of performing hot electron injection into the charge storage layer of the MONOS memory near the drain.

チャネル全面からMONOSメモリの電荷蓄積層にエレクトロン注入して書込を行う場合、図17(a)に示すように、選択メモリセルであるメモリセルM1のゲートG1には例えば1.5Vの電圧が印加され、ソースS1、ドレインD1および半導体基板SBには−11.0Vの電圧がそれぞれ印加される。また、非選択メモリセルであるメモリセルM2、M4のソースS2およびドレインD2には、例えば1.5Vの電圧がそれぞれ印加される。また、非選択メモリセルであるメモリセルM3、M4のゲートG2には、例えば−11.0Vの電圧が印加される。図17(a)では、書込動作によって情報を書き込まれる選択メモリセルを破線で囲って示している。   When writing is performed by injecting electrons into the charge storage layer of the MONOS memory from the entire channel surface, a voltage of 1.5 V, for example, is applied to the gate G1 of the memory cell M1, which is the selected memory cell, as shown in FIG. The voltage of −11.0 V is applied to the source S1, the drain D1, and the semiconductor substrate SB. Further, for example, a voltage of 1.5 V is applied to the source S2 and the drain D2 of the memory cells M2 and M4 which are non-selected memory cells. Further, for example, a voltage of −11.0 V is applied to the gates G2 of the memory cells M3 and M4 which are non-selected memory cells. In FIG. 17A, a selected memory cell into which information is written by a write operation is surrounded by a broken line.

この書込動作では、図17(b)に示すように、選択メモリセルであるメモリセルM1のチャネル領域から、ONO膜3の下面の全面を介してONO膜3内の電荷蓄積層にエレクトロンを注入し、メモリセルM1に情報を書き込む。   In this write operation, as shown in FIG. 17B, electrons are emitted from the channel region of the memory cell M1, which is the selected memory cell, to the charge storage layer in the ONO film 3 through the entire lower surface of the ONO film 3. The information is written into the memory cell M1.

このとき、メモリセルM1のソースS1、ドレインD1および半導体基板SBには、それぞれ−11.0Vの電圧が印加されているため、ソース・ドレイン領域と半導体基板SBとの間には殆ど電位差が生じない。   At this time, since a voltage of −11.0 V is applied to the source S1, the drain D1 and the semiconductor substrate SB of the memory cell M1, a potential difference is almost generated between the source / drain region and the semiconductor substrate SB. Absent.

また、非選択メモリセルであるメモリセルM2では、ソースS2およびドレインD2に1.5Vの電圧が印加され、半導体基板SBに−11.0Vの電圧が印加されるが、ゲートG2には1.5Vの正の電圧が印加されており、メモリセルM2内のソースS2とドレインD2との間にはチャネルが形成されて、ソースS2と半導体基板SB、およびドレインD2と半導体基板SB間の接合破壊を起こすゲートG2端部下の電界が弱まるため、ソース・ドレイン領域と半導体基板SBとの間の電位差は問題とならない。   In the memory cell M2, which is a non-selected memory cell, a voltage of 1.5V is applied to the source S2 and the drain D2, and a voltage of -11.0V is applied to the semiconductor substrate SB. A positive voltage of 5 V is applied, and a channel is formed between the source S2 and the drain D2 in the memory cell M2, and the junction breakdown between the source S2 and the semiconductor substrate SB and between the drain D2 and the semiconductor substrate SB is formed. The potential difference between the source / drain regions and the semiconductor substrate SB does not cause a problem because the electric field under the edge of the gate G2 that causes the decrease is weakened.

また、非選択メモリセルであるメモリセルM3では、ソースS1、ドレインD1および半導体基板SBにそれぞれ−11.0Vの電圧が印加されているため、ソース・ドレイン領域と半導体基板SBとの間には殆ど電位差が生じない。   In addition, in the memory cell M3 that is a non-selected memory cell, a voltage of −11.0 V is applied to the source S1, the drain D1, and the semiconductor substrate SB, respectively, and therefore, between the source / drain region and the semiconductor substrate SB. Almost no potential difference occurs.

すなわち、メモリセルM1〜M3ではソース・ドレイン領域とウエルとの間には殆ど電位差が生じないか、もしくは電界が緩和されるため、この書込動作において、各ソース・ドレイン領域は高い耐圧を必要としない。   That is, in the memory cells M1 to M3, there is almost no potential difference between the source / drain region and the well, or the electric field is alleviated. Therefore, in this write operation, each source / drain region requires a high breakdown voltage. And not.

しかし、これに対して、非選択メモリセルであるメモリセルM4ではソースS2およびドレインD2に1.5Vの電圧が印加され、半導体基板SBに−11.0Vの電圧が印加される。また、メモリセルM4のゲートG4には−11.0Vの負の電圧が印加されるため、ソース−ドレイン間の電界が強まる。このような場合、特に図17(b)に示すゲートG4のゲート長方向の端部の近傍のチャネル領域、すなわちエクステンション領域37bとエクステンション領域38bとの間のウエルであって、エクステンション領域37b、38bの端部の近傍の電界が強まる。したがって、ソース−ウエル間の電位差およびドレイン−ウエル間の電位差は約12V程度となる。つまり、メモリセルM4ではソース・ドレイン領域とウエルとの間に高い電位差が生じるため、この書込動作において、メモリセルM4のソース領域およびドレイン領域は共に高い耐圧を必要とする。したがって、MONOSメモリには、幅の広いサイドウォール6Wを用いることが望ましい。   However, on the other hand, in the memory cell M4 which is a non-selected memory cell, a voltage of 1.5V is applied to the source S2 and the drain D2, and a voltage of -11.0V is applied to the semiconductor substrate SB. Further, since a negative voltage of -11.0 V is applied to the gate G4 of the memory cell M4, the electric field between the source and the drain is strengthened. In such a case, in particular, the channel region in the vicinity of the end of the gate G4 in the gate length direction shown in FIG. 17B, that is, the well between the extension region 37b and the extension region 38b, and the extension regions 37b, 38b. The electric field in the vicinity of the end of the is increased. Therefore, the potential difference between the source and the well and the potential difference between the drain and the well are about 12V. That is, since a high potential difference is generated between the source / drain region and the well in the memory cell M4, both the source region and the drain region of the memory cell M4 require a high breakdown voltage in this writing operation. Therefore, it is desirable to use a wide sidewall 6W for the MONOS memory.

次に、ドレイン近傍においてMONOSメモリの電荷蓄積層にホットエレクトロン注入を行うことによりMONOSメモリに書込を行う方法について説明する。この場合、図18(a)に示すように、選択メモリセルであるメモリセルM1のゲートG1には例えば7.0Vの電圧が印加され、ソースS1および半導体基板SBには0Vの電圧がそれぞれ印加され、ドレインD1には5.0Vの電圧が印加される。また、非選択メモリセルであるメモリセルM2、M4のソースS2およびドレインD2には、例えば0Vの電圧が印加され、非選択メモリセルであるメモリセルM3、M4のゲートG2には、例えば0Vの電圧が印加される。図18(a)では、書込動作によって情報を書き込まれる選択メモリセルを破線で囲って示している。   Next, a method for writing in the MONOS memory by injecting hot electrons into the charge storage layer of the MONOS memory near the drain will be described. In this case, as shown in FIG. 18A, for example, a voltage of 7.0 V is applied to the gate G1 of the memory cell M1, which is the selected memory cell, and a voltage of 0 V is applied to the source S1 and the semiconductor substrate SB, respectively. A voltage of 5.0 V is applied to the drain D1. Further, a voltage of, for example, 0V is applied to the source S2 and the drain D2 of the memory cells M2, M4 that are non-selected memory cells, and a voltage of, for example, 0V is applied to the gate G2 of the memory cells M3, M4 that are non-selected memory cells. A voltage is applied. In FIG. 18A, a selected memory cell into which information is written by a write operation is surrounded by a broken line.

この書込動作では、図18(b)に示すように、選択メモリセルであるメモリセルM1のドレインD1近傍のチャネル領域から、ドレイン領域の近傍のONO膜3内の電荷蓄積層にホットエレクトロンを注入し、メモリセルM1に情報を書き込む。   In this write operation, as shown in FIG. 18B, hot electrons are applied from the channel region in the vicinity of the drain D1 of the memory cell M1, which is the selected memory cell, to the charge storage layer in the ONO film 3 in the vicinity of the drain region. The information is written into the memory cell M1.

このとき、メモリセルM1のソースS1および半導体基板SBには、それぞれ0Vの電圧が印加されており、ドレインD1には5Vの電圧が印加され、ゲートG1には7Vの正の電圧が印加されている。この状態では、ドレインD1付近のチャネルはピンチオフ状態であり、積極的にドレインD1と半導体基板SBの電界を高めてホットエレクトロンが発生し易い状況にある。   At this time, a voltage of 0V is applied to the source S1 and the semiconductor substrate SB of the memory cell M1, a voltage of 5V is applied to the drain D1, and a positive voltage of 7V is applied to the gate G1. Yes. In this state, the channel in the vicinity of the drain D1 is in a pinch-off state, and the electric field between the drain D1 and the semiconductor substrate SB is positively increased and hot electrons are easily generated.

また、非選択メモリセルであるメモリセルM2,M4のソースS2、ドレインD2および半導体基板SBには、それぞれ0Vの電圧が印加されているため、各ソース・ドレイン領域と半導体基板SBとの間には殆ど電位差が生じない。また、非選択メモリセルであるメモリセルM3では、ソースS1および半導体基板SBにそれぞれ0Vの電圧が印加され、ドレインD1には5Vの電圧が印加されている。このとき、メモリセルM3のソースS1と半導体基板SBとの間には殆ど電位差が生じないが、ドレインD1と半導体基板SBとの間には5V程度の比較的高い電位差が生じている。このときゲートG2は0VであるがドレインD1付近で発生したホットエレクトロンにより弱い書込状態(ディスターブ)を起こす。しかし、ドレインD1側では、幅の大きいサイドウォールおよびエクステンション領域を適用しているため、ディスターブに強い構造となっている。   Further, since a voltage of 0 V is applied to the source S2, the drain D2 and the semiconductor substrate SB of the memory cells M2 and M4 which are non-selected memory cells, respectively, between each source / drain region and the semiconductor substrate SB. Almost no potential difference occurs. Further, in the memory cell M3 that is a non-selected memory cell, a voltage of 0 V is applied to the source S1 and the semiconductor substrate SB, respectively, and a voltage of 5 V is applied to the drain D1. At this time, almost no potential difference is generated between the source S1 of the memory cell M3 and the semiconductor substrate SB, but a relatively high potential difference of about 5 V is generated between the drain D1 and the semiconductor substrate SB. At this time, although the gate G2 is 0 V, a weak write state (disturb) is caused by hot electrons generated in the vicinity of the drain D1. However, on the drain D1 side, since a wide sidewall and extension region are applied, the structure is resistant to disturbance.

すなわち、メモリセルM1、M2およびM4ではソース・ドレイン領域とウエルとの間には殆ど電位差が生じないため、この書込動作において、各ソース・ドレイン領域は高い耐圧を必要としない。しかし、メモリセルM3ではソース領域とウエルとの間には殆ど電位差が生じないのに対し、ドレイン領域とウエルとの間においては比較的高い電位差が生じるため、ドレインD2はウエルとの間に高い耐圧を必要とする。したがって、MONOSメモリには、幅の広いサイドウォール6Wを用いることが望ましい。   That is, in the memory cells M1, M2 and M4, there is almost no potential difference between the source / drain region and the well. Therefore, in this write operation, each source / drain region does not require a high breakdown voltage. However, in the memory cell M3, almost no potential difference is generated between the source region and the well, whereas a relatively high potential difference is generated between the drain region and the well. Therefore, the drain D2 is high between the well and the well. Requires pressure resistance. Therefore, it is desirable to use a wide sidewall 6W for the MONOS memory.

次に、本実施の形態の低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第1高耐圧MISFETH2の効果について説明する。   Next, effects of the low breakdown voltage MISFET Ln, the first high breakdown voltage MISFET H1, and the first high breakdown voltage MISFET H2 of the present embodiment will be described.

図1に示す低耐圧MISFETLnおよび第1高耐圧MISFETH1または低耐圧MISFETLnおよびMONOSメモリMnのように、異なる電圧で動作する複数の素子が同一の半導体基板SB上に形成される場合、2種LDDプロセスを用いてそれぞれの素子に異なる幅のエクステンション領域を形成することが好ましい。   When a plurality of elements operating at different voltages are formed on the same semiconductor substrate SB, such as the low breakdown voltage MISFET Ln and the first high breakdown voltage MISFET H1 or the low breakdown voltage MISFET Ln and the MONOS memory Mn shown in FIG. It is preferable to form extension regions having different widths in the respective elements using.

例えば、低耐圧MISFETLnおよび第1高耐圧MISFETH1のように、ゲート電極4bの側壁とゲート電極4cの側壁とに、ゲート電極4b、4cのゲート長方向において異なる幅(スペーサー長)を有する第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nをそれぞれ形成することにより、第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nの下部に形成されるエクステンション領域の幅を、低耐圧MISFETLnと第1高耐圧MISFETH1とで異なる長さにすることができる。図1に示すように、エクステンション領域33、34の幅は、エクステンション領域35、36の幅よりも小さい。したがって、拡散層45および拡散層46の間のエクステンション領域35、36の抵抗値は、拡散層43および拡散層44の間のエクステンション領域33、34の抵抗値よりも高くなる。   For example, as in the low breakdown voltage MISFET Ln and the first high breakdown voltage MISFET H1, the first side having different widths (spacer lengths) in the gate length direction of the gate electrodes 4b and 4c is formed on the sidewalls of the gate electrode 4b and the gate electrode 4c. By forming the wall 6w and the second sidewall 6n, respectively, the width of the extension region formed below the first sidewall 6w and the second sidewall 6n is different between the low breakdown voltage MISFET Ln and the first high breakdown voltage MISFET H1. Can be length. As shown in FIG. 1, the widths of the extension regions 33 and 34 are smaller than the widths of the extension regions 35 and 36. Therefore, the resistance values of the extension regions 35 and 36 between the diffusion layer 45 and the diffusion layer 46 are higher than the resistance values of the extension regions 33 and 34 between the diffusion layer 43 and the diffusion layer 44.

これにより、低耐圧MISFETLnの拡散層43または拡散層44に印加される電圧よりも高い電圧が第1高耐圧MISFETH1の拡散層45または拡散層46に印加されても、第1高耐圧MISFETH1は、幅が相対的に長く高抵抗なエクステンション領域35、36を有するため、拡散層45または拡散層46とゲート電極4cとの間でリーク電流が発生することを防ぐことができる。また、同様の理由から、拡散層45または拡散層46とpウエル2cとの間の耐圧を保つことができる。   Thereby, even when a voltage higher than the voltage applied to the diffusion layer 43 or the diffusion layer 44 of the low breakdown voltage MISFET Ln is applied to the diffusion layer 45 or the diffusion layer 46 of the first high breakdown voltage MISFET H1, the first high breakdown voltage MISFET H1 Since the extension regions 35 and 36 having a relatively long width and a high resistance are provided, it is possible to prevent a leakage current from being generated between the diffusion layer 45 or the diffusion layer 46 and the gate electrode 4c. For the same reason, the breakdown voltage between the diffusion layer 45 or the diffusion layer 46 and the p-well 2c can be maintained.

また、2種LDDプロセスを用いて異なる幅を有するエクステンション領域33、34とエクステンション領域35、36とを作り分けることにより、第1高耐圧MISFETH1の耐圧を確保した上で、高い耐圧を必要としない低耐圧MISFETLnのエクステンション領域33、34の抵抗により拡散層43および拡散層44の間の電流が小さくなることを防ぐことができる。   Further, by separately forming the extension regions 33 and 34 and the extension regions 35 and 36 having different widths by using the two kinds of LDD processes, the high breakdown voltage is not required while ensuring the breakdown voltage of the first high breakdown voltage MISFET H1. It is possible to prevent the current between the diffusion layer 43 and the diffusion layer 44 from being reduced by the resistance of the extension regions 33 and 34 of the low breakdown voltage MISFET Ln.

このように、ソース領域およびドレイン領域の両方に低耐圧MISFETよりも高い電圧が印加され、ソース領域およびドレイン領域の両方において相対的に高い耐圧を必要とするMISFETでは、低耐圧MISFETよりも長い幅を有するエクステンション領域をソース領域およびドレイン領域の両方に設けたLDD構造とすることが望ましい。   Thus, a voltage higher than that of the low breakdown voltage MISFET is applied to both the source region and the drain region, and a MISFET that requires a relatively high breakdown voltage in both the source region and the drain region has a longer width than the low breakdown voltage MISFET. It is desirable to have an LDD structure in which extension regions having s are provided in both the source region and the drain region.

しかし、低耐圧MISFETLnよりも高い耐圧を必要とするMISFETであっても、ドレイン領域には高い耐圧が必要となるが、ソース領域には前記ドレイン領域のような高い耐圧を必要としないMISFETも形成される場合がある。すなわち、このようにソース領域に高い耐圧を必要としないMISFETのソース領域は、第2高耐圧MISFETH2のソース領域を構成する拡散層45ほど高い耐圧を必要としないため、低耐圧MISFETLnのエクステンション領域33と同様に幅が小さいエクステンション領域が設けられていても問題ない。   However, even in a MISFET that requires a higher breakdown voltage than the low breakdown voltage MISFET Ln, a high breakdown voltage is required in the drain region, but a MISFET that does not require a high breakdown voltage like the drain region is also formed in the source region. May be. That is, the source region of the MISFET that does not require a high breakdown voltage in the source region does not require a breakdown voltage as high as that of the diffusion layer 45 constituting the source region of the second high breakdown voltage MISFET H2, and thus the extension region 33 of the low breakdown voltage MISFET Ln. Similarly to the above, there is no problem even if an extension region having a small width is provided.

つまり、高耐圧MISFETには、第2高耐圧MISFETH2のように、ドレイン領域に高い耐圧を必要とし、ソース領域には高い耐圧を必要としないものがある。このような高耐圧MISFETのソース領域にまで幅が長いエクステンション領域を形成すると、ソース−ドレイン間に流れる電流が必要以上に小さくなる。すなわち、エクステンション領域はソース領域よりも高抵抗な領域であり、このエクステンション領域の幅が長くなれば、その分ソース−ドレイン間の抵抗値が高くなり、半導体装置の動作の高速化の妨げとなる。   That is, some high breakdown voltage MISFETs, like the second high breakdown voltage MISFET H2, require a high breakdown voltage in the drain region and do not require a high breakdown voltage in the source region. When an extension region having a long width is formed in the source region of such a high breakdown voltage MISFET, the current flowing between the source and the drain becomes smaller than necessary. That is, the extension region is a region having a higher resistance than the source region, and if the width of the extension region is increased, the resistance value between the source and the drain is increased correspondingly, which hinders the speeding up of the operation of the semiconductor device. .

また、ソース領域に特定の電位を供給するコンタクトプラグは、エクステンション領域の幅の分だけゲート電極から離して配置しなければならない。したがって、ドレイン領域は高い耐圧を必要とし、ソース領域は高い耐圧を必要としないMISFETのソース領域にまで幅が長いエクステンション領域を形成した場合、ソース領域のエクステンション領域の幅が長いために、ゲート電極とコンタクトプラグとの間の距離を長く確保する必要が生じ、半導体装置の微細化が困難となる。   In addition, the contact plug for supplying a specific potential to the source region must be arranged away from the gate electrode by the width of the extension region. Therefore, when the extension region having a long width is formed even in the source region of the MISFET that does not require a high breakdown voltage in the drain region and the source region does not need a high breakdown voltage, the extension region of the source region has a long width. Therefore, it is necessary to ensure a long distance between the contact plug and the contact plug, which makes it difficult to miniaturize the semiconductor device.

これに対し、本実施の形態の半導体装置では、図1に示す第2高耐圧MISFETH2のように、ゲート電極4dの両側の側壁のうち、ドレイン領域を構成する拡散層48側の一方の側壁に幅(スペーサー長)が大きい第1サイドウォール6wを形成し、もう一方のソース領域を構成している拡散層47側の側壁に、第1サイドウォール6wよりも幅(スペーサー長)が小さい第2サイドウォール6nを形成している。後述するように、エクステンション領域の幅はその上部のサイドウォールの幅によってほぼ規定されるため、第1サイドウォール6wの下部のエクステンション領域38の幅は、第2サイドウォール6nの下部のエクステンション領域37の幅よりも大きい。   On the other hand, in the semiconductor device of the present embodiment, like the second high breakdown voltage MISFET H2 shown in FIG. 1, among the side walls on both sides of the gate electrode 4d, on one side wall on the diffusion layer 48 side constituting the drain region. A first sidewall 6w having a large width (spacer length) is formed, and a second sidewall having a width (spacer length) smaller than that of the first sidewall 6w is formed on the side wall on the diffusion layer 47 side constituting the other source region. Sidewalls 6n are formed. As will be described later, since the width of the extension region is substantially defined by the width of the upper sidewall, the width of the extension region 38 below the first sidewall 6w is equal to the extension region 37 below the second sidewall 6n. Greater than the width of

第2高耐圧MISFETH2は、前述したように高耐圧を必要とするドレイン領域と、高耐圧を必要としないソース領域を有するMISFETであるため、ソース領域を構成する拡散層47側のエクステンション領域37の幅をドレイン領域を構成する拡散層48側のエクステンション領域38の幅よりも小さくすることで、ソース−ドレイン間に流れる電流が小さくなることを防いでいる。これにより、ソース−ドレイン間に流れる電流を大きくすることができるため、半導体装置の動作速度を速くすることができる。   Since the second high breakdown voltage MISFET H2 is a MISFET having a drain region that requires a high breakdown voltage and a source region that does not require a high breakdown voltage, as described above, the second high breakdown voltage MISFET H2 is an extension region 37 on the diffusion layer 47 side that constitutes the source region. By making the width smaller than the width of the extension region 38 on the diffusion layer 48 side constituting the drain region, the current flowing between the source and the drain is prevented from being reduced. Thereby, since the current flowing between the source and the drain can be increased, the operation speed of the semiconductor device can be increased.

また、第2高耐圧MISFETH2は、拡散層47側のエクステンション領域37の幅を拡散層48側のエクステンション領域38の幅よりも小さくすることで、第1高耐圧MISFETH1のように幅が長いエクステンション領域35を形成する場合に比べて、拡散層47に電位を供給するコンタクトプラグ13をゲート電極4dに近付けて配置することができる。これにより、第2高耐圧MISFETH2のエクステンション領域37の幅を狭めることで、ゲート電極4dのゲート長方向において半導体装置を微細化することが可能となる。   The second high breakdown voltage MISFET H2 has a longer extension region like the first high breakdown voltage MISFET H1 by making the width of the extension region 37 on the diffusion layer 47 side smaller than the width of the extension region 38 on the diffusion layer 48 side. Compared with the case of forming 35, the contact plug 13 for supplying a potential to the diffusion layer 47 can be disposed closer to the gate electrode 4d. As a result, the semiconductor device can be miniaturized in the gate length direction of the gate electrode 4d by narrowing the width of the extension region 37 of the second high voltage MISFET H2.

次に、本実施の形態の製造方法について、図2〜図14を用いて説明する。図2〜図14はMONOSメモリ、低耐圧MISFET、第1高耐圧MISFETおよび第2高耐圧MISFETを同一基板上に形成する場合の半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、図2〜図14では、左から順にMONOSメモリ形成領域1A、低耐圧MISFET形成領域1B、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dを示している。なお、図2(a)は半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図2(b)は図2(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。また、図4(a)は図3に続く半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図4(b)は図4(a)に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。   Next, the manufacturing method of this Embodiment is demonstrated using FIGS. 2 to 14 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device when the MONOS memory, the low breakdown voltage MISFET, the first high breakdown voltage MISFET, and the second high breakdown voltage MISFET are formed on the same substrate. 2 to 14 show the MONOS memory formation region 1A, the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C, and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D in order from the left. 2A is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 2A. 4A is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 4A.

まず、図2(a)に示すように、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)SBを準備する。続いて、半導体基板SBの主面に素子分離層1を形成する。素子分離層1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)法などにより形成される。例えば、半導体基板SBに形成された溝(素子分離溝)1aに埋め込まれた絶縁膜により、素子分離層1を形成することができる。   First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) SB made of, for example, p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared. Subsequently, the element isolation layer 1 is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The element isolation layer 1 is made of an insulator such as silicon oxide, and is formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. For example, the element isolation layer 1 can be formed of an insulating film embedded in a groove (element isolation groove) 1a formed in the semiconductor substrate SB.

次に、半導体基板SBのMONOSメモリを形成する領域(MONOSメモリ形成領域1A)、低耐圧MISFETを形成する領域(低耐圧MISFET形成領域1B)、第1高耐圧MISFETを形成する領域(第1高耐圧MISFET形成領域1C)および第2高耐圧MISFETを形成する領域(第2高耐圧MISFET形成領域1D)に、pウエル2a、2b、2cおよび2dをそれぞれ形成する。このとき、pウエル2a、2b、2cおよび2dは、半導体基板SBの上面に例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成される。なお、pウエル2a、2b、2cおよび2dはそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いて別工程によって不純物を打ち分け、異なる不純物濃度とすることができる。   Next, a region for forming a MONOS memory (MONOS memory formation region 1A), a region for forming a low breakdown voltage MISFET (low breakdown voltage MISFET formation region 1B), and a region for forming a first high breakdown voltage MISFET (first high breakdown voltage). The p wells 2a, 2b, 2c, and 2d are formed in the breakdown voltage MISFET formation region 1C) and the second high breakdown voltage MISFET formation region (second high breakdown voltage MISFET formation region 1D), respectively. At this time, the p wells 2a, 2b, 2c and 2d are formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the upper surface of the semiconductor substrate SB. The p wells 2a, 2b, 2c, and 2d can be made to have different impurity concentrations by allocating impurities in separate steps using photolithography technology.

ここで、pウエル2a、2b、2cおよび2dを形成するためのイオン注入を行う前に、半導体基板SBの上面にスルー膜として酸化シリコン膜OXを形成しておくことが望ましい。酸化シリコン膜OXは例えば熱処理により形成される絶縁膜であり、pウエル2a、2b、2cおよび2dを形成する際のイオン注入により半導体基板SBがダメージを負うことを防ぐ働きを有する。   Here, it is desirable to form a silicon oxide film OX as a through film on the upper surface of the semiconductor substrate SB before ion implantation for forming the p wells 2a, 2b, 2c and 2d. The silicon oxide film OX is an insulating film formed by heat treatment, for example, and functions to prevent the semiconductor substrate SB from being damaged by ion implantation when forming the p wells 2a, 2b, 2c, and 2d.

次に、図2(b)に示すように、半導体基板SB上の酸化シリコン膜OXをドライエッチングまたはウェットエッチングによって除去し、周知の2種ゲート酸化プロセスにより第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dに厚膜絶縁膜3fをそれぞれ形成した後、MONOSメモリ形成領域1Aおよび低耐圧MISFET形成領域1Bに薄膜絶縁膜3eをそれぞれ形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the silicon oxide film OX on the semiconductor substrate SB is removed by dry etching or wet etching, and the first high-breakdown-voltage MISFET formation region 1C and the first 2 After the thick film insulating film 3f is formed in the high breakdown voltage MISFET formation region 1D, the thin film insulation film 3e is formed in the MONOS memory formation region 1A and the low breakdown voltage MISFET formation region 1B.

すなわち、酸化シリコン膜OXを除去した半導体基板SBの主面上の全面に厚い酸化シリコン膜を熱酸化法もしくはCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法により形成(堆積)した後、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dをフォトレジスト膜で覆う。続いて、前記フォトレジスト膜をマスクとしてMONOSメモリ形成領域1Aおよび低耐圧MISFET形成領域1Bの前記厚い酸化シリコン膜をドライエッチングまたはウェットエッチングにより選択的に除去し、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dに前記厚い酸化シリコン膜からなる厚膜絶縁膜3fを残して形成した後、前記フォトレジスト膜をアッシングにより除去する。その後、半導体基板SBの表面を熱酸化し、MONOSメモリ形成領域1Aおよび低耐圧MISFET形成領域1Bの半導体基板SBの上面に薄膜絶縁膜3eをそれぞれ形成することで、2種ゲート酸化を行う。薄膜絶縁膜3eは、厚膜絶縁膜3fよりも膜厚が薄い酸化シリコン膜により構成されている。なお、このとき、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dの厚膜絶縁膜3fの下のpウエル2c、2dの上面も若干酸化される。また、薄膜絶縁膜3eおよび図2(a)に示す酸化シリコン膜OXの製法は、熱酸化法に限られず、ISSG(In-Situ Steam Generation)酸化処理またはCVD法によって形成してもよい。   That is, a thick silicon oxide film is formed (deposited) on the entire main surface of the semiconductor substrate SB from which the silicon oxide film OX has been removed by thermal oxidation or CVD (Chemical Vapor Deposition). The first high breakdown voltage MISFET formation region 1C and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D are covered with a photoresist film. Subsequently, the thick silicon oxide film in the MONOS memory formation region 1A and the low breakdown voltage MISFET formation region 1B is selectively removed by dry etching or wet etching using the photoresist film as a mask, and the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C and After forming the thick insulating film 3f made of the thick silicon oxide film in the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D, the photoresist film is removed by ashing. Thereafter, the surface of the semiconductor substrate SB is thermally oxidized to form a thin film insulating film 3e on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A and the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, thereby performing two-type gate oxidation. The thin film insulating film 3e is composed of a silicon oxide film having a thickness smaller than that of the thick film insulating film 3f. At this time, the upper surfaces of the p wells 2c and 2d under the thick insulating film 3f in the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D are also slightly oxidized. Moreover, the manufacturing method of the thin film insulating film 3e and the silicon oxide film OX shown in FIG. 2A is not limited to the thermal oxidation method, and may be formed by ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation treatment or CVD method.

これにより、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dに相対的に膜厚の厚い厚膜絶縁膜3fが形成され、MONOSメモリ形成領域1Aおよび低耐圧MISFET形成領域1Bに、相対的に膜厚の薄い薄膜絶縁膜3eが形成される。その後、CVD法などにより半導体基板SBの主面の全面上に、導体膜であるポリシリコン膜4fを堆積する。   As a result, a thick insulating film 3f having a relatively large thickness is formed in the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D, and in the MONOS memory formation region 1A and the low breakdown voltage MISFET formation region 1B. A relatively thin thin film insulating film 3e is formed. Thereafter, a polysilicon film 4f as a conductor film is deposited on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by a CVD method or the like.

次に、図3に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、MONOSメモリ形成領域1Aのポリシリコン膜4fおよび薄膜絶縁膜3eを選択的に除去した後、半導体基板SBの上面の全面上に、酸化シリコン膜からなるボトム酸化膜3g、窒化シリコン膜からなる電荷蓄積層3h、酸化シリコン膜からなるトップ酸化膜3iおよびポリシリコン膜4eを熱酸化法またはCVD法などにより順次形成する。   Next, as shown in FIG. 3, after selectively removing the polysilicon film 4f and the thin film insulating film 3e in the MONOS memory formation region 1A using photolithography technology and dry etching, the entire upper surface of the semiconductor substrate SB is formed. Further, a bottom oxide film 3g made of a silicon oxide film, a charge storage layer 3h made of a silicon nitride film, a top oxide film 3i made of a silicon oxide film, and a polysilicon film 4e are sequentially formed by a thermal oxidation method or a CVD method.

次に、図4(a)に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、MONOSメモリ形成領域1Aのポリシリコン膜4e、トップ酸化膜3i、電荷蓄積層3hおよびボトム酸化膜3gをパターニングし、ポリシリコン膜4eからなるゲート電極4aと、ボトム酸化膜3g、電荷蓄積層3hおよびトップ酸化膜3iからなるONO膜3aとを形成する。このとき、低耐圧MISFET形成領域1B、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dに形成されたポリシリコン膜4f上のトップ酸化膜3i、電荷蓄積層3hおよびボトム酸化膜3gは除去する。   Next, as shown in FIG. 4A, the polysilicon film 4e, the top oxide film 3i, the charge storage layer 3h, and the bottom oxide film 3g in the MONOS memory formation region 1A are patterned using photolithography and dry etching. Then, the gate electrode 4a made of the polysilicon film 4e and the ONO film 3a made of the bottom oxide film 3g, the charge storage layer 3h, and the top oxide film 3i are formed. At this time, the top oxide film 3i, the charge storage layer 3h, and the bottom oxide film on the polysilicon film 4f formed in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C, and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D. 3 g is removed.

続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、低耐圧MISFET形成領域1B、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dのポリシリコン膜4f、薄膜絶縁膜3eおよび厚膜絶縁膜3fをパターニングする。これにより、低耐圧MISFET形成領域1B、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dに、ポリシリコン膜4fからなるゲート電極4b、4cおよび4dをそれぞれ形成する。また、低耐圧MISFET形成領域1Bの半導体基板SB上に薄膜絶縁膜3eからなるゲート絶縁膜3bを形成し、第1高耐圧MISFET形成領域1Cおよび第2高耐圧MISFET形成領域1Dの半導体基板SB上に、厚膜絶縁膜3fからなるゲート絶縁膜3c、3dをそれぞれ形成する。   Subsequently, using the photolithography technique and dry etching, the polysilicon film 4f, the thin film insulating film 3e, and the thick film in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C, and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D. The insulating film 3f is patterned. Thus, gate electrodes 4b, 4c and 4d made of the polysilicon film 4f are formed in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D, respectively. Further, a gate insulating film 3b made of a thin film insulating film 3e is formed on the semiconductor substrate SB in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, and on the semiconductor substrate SB in the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D. Then, gate insulating films 3c and 3d made of the thick film insulating film 3f are respectively formed.

すなわち、MONOSメモリ形成領域1Aには、pウエル2aが形成された半導体基板SBの上面上にONO膜3aを介して、MONOSメモリのメモリゲートとなるゲート電極4aが形成されている。また、低耐圧MISFET形成領域1Bには、pウエル2bが形成された半導体基板SBの上面上にゲート絶縁膜3bを介してゲート電極4bが形成されている。また、第1高耐圧MISFET形成領域1Cには、pウエル2cが形成された半導体基板SBの上面上にゲート絶縁膜3cを介してゲート電極4cが形成され、第2高耐圧MISFET形成領域1Dには、pウエル2dが形成された半導体基板SBの上面上にゲート絶縁膜3dを介してゲート電極4dが形成されている。ゲート絶縁膜3bの膜厚はゲート絶縁膜3cまたは3dのいずれの膜厚よりも薄く、また、ゲート電極4bのゲート長はゲート電極4cまたは4dのいずれのゲート長よりも短い。   In other words, in the MONOS memory formation region 1A, the gate electrode 4a serving as the memory gate of the MONOS memory is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB on which the p well 2a is formed via the ONO film 3a. In the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, a gate electrode 4b is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB on which the p-well 2b is formed via a gate insulating film 3b. In the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C, a gate electrode 4c is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB on which the p well 2c is formed via the gate insulating film 3c, and the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D is formed. A gate electrode 4d is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB on which the p-well 2d is formed via a gate insulating film 3d. The gate insulating film 3b is thinner than either the gate insulating film 3c or 3d, and the gate length of the gate electrode 4b is shorter than either of the gate electrodes 4c or 4d.

次に、図4(b)に示すように、半導体基板SBの主面にn型の不純物(例えばP(リン))をイオン注入することにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域であるエクステンション領域31、32を形成する。エクステンション領域31は、ゲート電極4aの両側の一方の領域の半導体基板SBの上面に形成され、エクステンション領域32は、ゲート電極4aのもう一方の領域の半導体基板SBの上面に形成される。 Next, as shown in FIG. 4B, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SB, whereby the main surface of the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A. Then, extension regions 31 and 32 which are n type semiconductor regions are formed. The extension region 31 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in one region on both sides of the gate electrode 4a, and the extension region 32 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB in the other region of the gate electrode 4a.

同様に、低耐圧MISFET形成領域1Bの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域であるエクステンション領域33、34を形成し、第1高耐圧MISFET形成領域1Cの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域であるエクステンション領域35、36を形成し、第2高耐圧MISFET形成領域1Dの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域であるエクステンション領域37、38を形成する。なお、MONOSメモリ形成領域1Aのエクステンション領域31、32は、それぞれ個別に形成してもよい。 Similarly, extension regions 33 and 34, which are n type semiconductor regions, are formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, and are formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C. n - to form extension regions 35 and 36 is a type of semiconductor region, n on the main surface of the semiconductor substrate SB of the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D - to form extension regions 37 and 38 is a type of semiconductor regions. Note that the extension regions 31 and 32 of the MONOS memory formation region 1A may be formed individually.

次に、図5に示すように、例えばCVD法により半導体基板SBの主面上の全面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜6a、窒化シリコン膜からなる絶縁膜6および酸化シリコン膜からなる絶縁膜7を順次形成する。   Next, as shown in FIG. 5, the insulating film 6a made of a silicon oxide film, the insulating film 6 made of a silicon nitride film, and the insulating film 7 made of a silicon oxide film are formed on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by, for example, the CVD method. Are sequentially formed.

次に、図6に示すように、異方性エッチングにより、絶縁膜7の一部を除去し、絶縁膜6の一部の表面を露出させる。これにより、ゲート電極4a〜4dを覆う絶縁膜6の側壁に、サイドウォール状に絶縁膜7が残る。   Next, as shown in FIG. 6, a part of the insulating film 7 is removed by anisotropic etching to expose a part of the surface of the insulating film 6. Thereby, the insulating film 7 remains in a sidewall shape on the side wall of the insulating film 6 covering the gate electrodes 4a to 4d.

次に、図7に示すように、低耐圧MISFET形成領域1Bと、第2高耐圧MISFETH2の一部とが露出するように半導体基板SB上にフォトレジスト膜PRを形成する。このとき、MONOSメモリ形成領域1Aおよび第1高耐圧MISFET形成領域1Cはフォトレジスト膜PRにより完全に覆い、低耐圧MISFET形成領域1Bはフォトレジスト膜PRで覆わず、露出させる。また、第2高耐圧MISFET形成領域1Dでは、エクステンション領域38が形成されている方のゲート電極4dの側壁に絶縁膜6a、6を介してサイドウォール状に形成された絶縁膜7を覆うようにフォトレジスト膜PRを形成する。一方、第2高耐圧MISFET形成領域1Dのエクステンション領域37が形成されている方のゲート電極4dの側壁に絶縁膜6a、6を介してサイドウォール状に形成された絶縁膜7はフォトレジスト膜PRにより覆わず、露出させる。   Next, as shown in FIG. 7, a photoresist film PR is formed on the semiconductor substrate SB so that the low breakdown voltage MISFET formation region 1B and a part of the second high breakdown voltage MISFET H2 are exposed. At this time, the MONOS memory formation region 1A and the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C are completely covered with the photoresist film PR, and the low breakdown voltage MISFET formation region 1B is not covered with the photoresist film PR but is exposed. In the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D, the side wall of the gate electrode 4d on which the extension region 38 is formed is covered with the insulating film 7 formed in a sidewall shape via the insulating films 6a and 6. A photoresist film PR is formed. On the other hand, the insulating film 7 formed in a sidewall shape on the side wall of the gate electrode 4d where the extension region 37 of the second high breakdown voltage MISFET forming region 1D is formed is formed as a photoresist film PR via the insulating films 6a and 6. Do not cover and expose.

ここでは、例えば、フォトレジスト膜PRはゲート電極4dの直上からエクステンション領域37が接する素子分離層1の直上にかけての領域を露出しているものとする。   Here, for example, it is assumed that the photoresist film PR exposes a region from directly above the gate electrode 4d to directly above the element isolation layer 1 in contact with the extension region 37.

次に、図8に示すように、フォトレジスト膜PRをマスクとし、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて、フォトレジスト膜PRから露出している低耐圧MISFET形成領域1Bのゲート電極4bの両側に形成された絶縁膜7と、第2高耐圧MISFET形成領域1Dのゲート電極4dの一方の側壁に形成された絶縁膜7とを選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 8, using the photoresist film PR as a mask, dry etching or wet etching is used to form both sides of the gate electrode 4b of the low breakdown voltage MISFET formation region 1B exposed from the photoresist film PR. The insulating film 7 and the insulating film 7 formed on one side wall of the gate electrode 4d in the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D are selectively removed.

次に、図9に示すように、フォトレジスト膜PRをアッシングにより除去した後、ドライエッチングを用いて絶縁膜7、6および6aのそれぞれの一部を除去し、ゲート電極4a〜4d、エクステンション領域31〜38の上面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 9, after the photoresist film PR is removed by ashing, a part of each of the insulating films 7, 6 and 6a is removed by dry etching, and gate electrodes 4a to 4d, extension regions are removed. The upper surfaces of 31 to 38 are exposed.

これにより、MONOSメモリ形成領域1Aでは、ゲート電極4aの両側の側壁に、絶縁膜6a、6および7からなる第1サイドウォール6wがそれぞれ形成される。また、低耐圧MISFET形成領域1Bでは、ゲート電極4bの両側の側壁に、絶縁膜6a、6からなる第2サイドウォール6nがそれぞれ形成される。また、第1高耐圧MISFET形成領域1Cでは、ゲート電極4cの両側の側壁に、絶縁膜6a、6および7からなる第1サイドウォール6wがそれぞれ形成される。また、第2高耐圧MISFET形成領域1Dでは、ゲート電極4dの両側の側壁のうち、半導体基板SBの上面にエクステンション領域37が形成されている側の一方の側壁に、絶縁膜6a、6からなる第2サイドウォール6nが形成され、半導体基板SBの上面にエクステンション領域38が形成されている側のもう一方の側壁に、絶縁膜6a、6および7からなる第1サイドウォール6wが形成される。   As a result, in the MONOS memory formation region 1A, the first sidewalls 6w made of the insulating films 6a, 6 and 7 are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode 4a. In the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, second sidewalls 6n made of insulating films 6a and 6 are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode 4b. In the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C, first sidewalls 6w made of insulating films 6a, 6 and 7 are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode 4c. In the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D, the insulating films 6a and 6 are formed on one side wall on the side where the extension region 37 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB among the side walls on both sides of the gate electrode 4d. A second sidewall 6n is formed, and a first sidewall 6w made of insulating films 6a, 6 and 7 is formed on the other sidewall on the side where the extension region 38 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB.

このエッチング工程では、絶縁膜7の下部に形成された絶縁膜6、6aは除去されずに残るため、隣接するゲート電極のゲート長方向における第1サイドウォール6wの幅(スペーサー長)は、図5を用いて説明した成膜工程の絶縁膜6a、6および7のそれぞれの膜厚を足した合計の長さとほぼ同一となる。これに対し、図8を用いて説明した工程において絶縁膜7が除去された低耐圧MISFET形成領域1Bのゲート電極4bの両側の側壁および第2高耐圧MISFET形成領域1Dのゲート電極4dの一方の側壁に形成された第2サイドウォール6n(図9参照)は、隣接するゲート電極のゲート長方向の幅(スペーサー長)が、図5を用いて説明した成膜工程の絶縁膜6aおよび6のそれぞれの膜厚を足した合計の長さとほぼ同一となる。   In this etching process, since the insulating films 6 and 6a formed under the insulating film 7 remain without being removed, the width (spacer length) of the first sidewall 6w in the gate length direction of the adjacent gate electrode is as shown in FIG. 5 is almost the same as the total length of the insulating films 6a, 6 and 7 in the film forming process described with reference to FIG. On the other hand, the side walls on both sides of the gate electrode 4b of the low breakdown voltage MISFET formation region 1B from which the insulating film 7 has been removed in the step described with reference to FIG. 8 and one of the gate electrodes 4d of the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D. The second side wall 6n (see FIG. 9) formed on the side wall has a width (spacer length) in the gate length direction of the adjacent gate electrode of the insulating films 6a and 6 in the film forming process described with reference to FIG. It is almost the same as the total length of each film thickness.

すなわち、第2サイドウォール6nは絶縁膜7を有していないため、第1サイドウォール6wよりも幅(スペーサー長)が小さく形成される。   That is, since the second sidewall 6n does not have the insulating film 7, the width (spacer length) is smaller than that of the first sidewall 6w.

これにより、低耐圧MISFET形成領域1Bのゲート電極4bの両側の側壁には、MONOSメモリ形成領域1Aのゲート電極4aの両側の側壁および第1高耐圧MISFET形成領域1Cのゲート電極4cの両側の側壁に形成される第1サイドウォール6wよりも幅(スペーサー長)が小さい第2サイドウォール6nが形成される。   Thus, the sidewalls on both sides of the gate electrode 4b in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode 4a in the MONOS memory formation region 1A and the sidewalls on both sides of the gate electrode 4c in the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C. A second side wall 6n having a smaller width (spacer length) than the first side wall 6w formed is formed.

また、図8を用いて説明したエッチング工程により、第2高耐圧MISFET形成領域1Dのゲート電極4dの一方の側壁の絶縁膜7は除去され、図9に示すエッチング工程ではゲート電極4dの一方の側壁に第2サイドウォール6nが形成され、もう一方の側壁に第1サイドウォール6wが形成される。つまり、ゲート電極4a〜4cの両方の側壁にはそれぞれ幅(スペーサー長)が同じサイドウォールが形成されるが、ゲート電極4dの両方の側壁には、幅(スペーサー長)が異なる第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nがそれぞれ形成される。   In addition, the insulating film 7 on one side wall of the gate electrode 4d in the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D is removed by the etching process described with reference to FIG. 8, and one of the gate electrodes 4d is removed in the etching process shown in FIG. A second side wall 6n is formed on the side wall, and a first side wall 6w is formed on the other side wall. That is, sidewalls having the same width (spacer length) are formed on both sidewalls of the gate electrodes 4a to 4c, but the first sidewall having a different width (spacer length) is formed on both sidewalls of the gate electrode 4d. 6w and the second sidewall 6n are formed.

次に、図10に示すように、半導体基板SBの上面にn型の不純物(例えばP(リン))を相対的に高い濃度でイオン注入することにより、MONOSメモリ形成領域1Aの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域である拡散層41、42を形成する。同様に、低耐圧MISFET形成領域1Bの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域である拡散層43、44を形成し、第1高耐圧MISFET形成領域1Cの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域である拡散層45、46を形成し、第2高耐圧MISFET形成領域1Dの半導体基板SBの主面にn型の半導体領域である拡散層47、48を形成する。拡散層41〜48はエクステンション領域31〜38よりも高い不純物濃度を有しているため、エクステンション領域31〜38よりも高い導電率を有している。 Next, as shown in FIG. 10, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is ion-implanted into the upper surface of the semiconductor substrate SB at a relatively high concentration, so that the semiconductor substrate SB in the MONOS memory formation region 1A is formed. Diffusion layers 41 and 42 which are n + type semiconductor regions are formed on the main surface. Similarly, diffusion layers 43 and 44, which are n + type semiconductor regions, are formed on the main surface of the semiconductor substrate SB in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, and on the main surface of the semiconductor substrate SB in the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C. the n + -type diffusion layer 45, 46 is a semiconductor region formed to form a second high breakdown voltage MISFET formation region 1D of the semiconductor substrate SB diffusion layers 47 and 48 is a semiconductor region of the n + -type on the main surface of the. Since the diffusion layers 41 to 48 have a higher impurity concentration than the extension regions 31 to 38, the diffusion layers 41 to 48 have a higher conductivity than the extension regions 31 to 38.

ここでは、拡散層41、42および45〜48は、隣接するエクステンション領域31、32および35〜38のそれぞれよりも浅い接合深さで形成する。これにより、低抵抗な拡散層41、42および45〜48と半導体基板SBとの間に、各拡散層よりも高抵抗なエクステンション領域31、32および35〜38をそれぞれ介在させることにより、拡散層41、42および45〜48と半導体基板SBと間の耐圧を高めることできる。また、同様の理由により、および拡散層41、42とゲート電極4a間、拡散層45、46とゲート電極4c間および拡散層47、48とゲート電極4d間の耐圧を高めることできる。   Here, the diffusion layers 41, 42 and 45 to 48 are formed with a shallower junction depth than the adjacent extension regions 31, 32 and 35 to 38, respectively. Accordingly, the extension layers 31, 32, and 35 to 38 having higher resistance than the respective diffusion layers are interposed between the low resistance diffusion layers 41, 42, and 45 to 48 and the semiconductor substrate SB, respectively. The withstand voltage between 41, 42 and 45 to 48 and the semiconductor substrate SB can be increased. For the same reason, the breakdown voltage between the diffusion layers 41 and 42 and the gate electrode 4a, between the diffusion layers 45 and 46 and the gate electrode 4c, and between the diffusion layers 47 and 48 and the gate electrode 4d can be increased.

一方、低耐圧MISFET形成領域1Bでは、拡散層43、44とpウエル2bとの間には第1高耐圧MISFETH1のソース・ドレイン領域およびウエル間のような高い電位差が生じることはないため、拡散層43、44の接合深さをエクステンション領域33、34よりも浅くする必要はない。ここでは、拡散層43、44はエクステンション領域33、34よりも半導体基板SBの上面から深い位置にまで形成されている。   On the other hand, in the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, there is no high potential difference between the diffusion layers 43 and 44 and the p well 2b, unlike the source / drain region and the well of the first high breakdown voltage MISFET H1. It is not necessary to make the junction depth of the layers 43 and 44 shallower than the extension regions 33 and 34. Here, the diffusion layers 43 and 44 are formed deeper from the upper surface of the semiconductor substrate SB than the extension regions 33 and 34.

なお、本実施の形態では拡散層41、42および45〜48の接合深さをエクステンション領域31、32および35〜38のそれぞれよりも浅い接合深さで形成しているが、拡散層41、42および45〜48と半導体基板SBとの耐圧が確保できるのであれば、拡散層41、42および45〜48の接合深さをエクステンション領域31、32および35〜38のそれぞれよりも深い接合深さで形成しても構わない。   In the present embodiment, the diffusion depths of the diffusion layers 41, 42 and 45 to 48 are formed to be shallower than the extension regions 31, 32 and 35 to 38, respectively. If the breakdown voltage between 45 and 48 and the semiconductor substrate SB can be secured, the junction depths of the diffusion layers 41, 42 and 45 to 48 are deeper than the extension regions 31, 32 and 35 to 38, respectively. It may be formed.

以上の工程により、MONOSメモリ形成領域1Aには、ONO膜3a、ゲート電極4a、エクステンション領域31、32、拡散層41および42を有するMONOSメモリMnが形成される。また、低耐圧MISFET形成領域1Bには、ゲート電極4b、エクステンション領域33、34、拡散層43および44を有する低耐圧MISFETLnが形成される。また、第1高耐圧MISFET形成領域1Cには、ゲート電極4c、エクステンション領域35、36、拡散層45および46を有する第1高耐圧MISFETH1が形成される。また、第2高耐圧MISFET形成領域1Dには、ゲート電極4d、エクステンション領域37、38、拡散層47および48を有する第2高耐圧MISFETH2が形成される。   Through the above steps, the MONOS memory Mn having the ONO film 3a, the gate electrode 4a, the extension regions 31 and 32, and the diffusion layers 41 and 42 is formed in the MONOS memory formation region 1A. In the low breakdown voltage MISFET formation region 1B, the low breakdown voltage MISFET Ln having the gate electrode 4b, the extension regions 33 and 34, and the diffusion layers 43 and 44 is formed. In the first high breakdown voltage MISFET formation region 1C, the first high breakdown voltage MISFET H1 having the gate electrode 4c, the extension regions 35 and 36, and the diffusion layers 45 and 46 is formed. In the second high breakdown voltage MISFET formation region 1D, a second high breakdown voltage MISFET H2 having a gate electrode 4d, extension regions 37 and 38, and diffusion layers 47 and 48 is formed.

拡散層41およびエクステンション領域31はMONOSメモリMnのソース領域として機能し、拡散層42およびエクステンション領域32はMONOSメモリMnのドレイン領域として機能する半導体領域である。また、拡散層43およびエクステンション領域33は低耐圧MISFETLnのソース領域領域として機能し、拡散層44およびエクステンション領域34は低耐圧MISFETLnのドレイン領域として機能する半導体領域である。また、拡散層45およびエクステンション領域35は第1高耐圧MISFETH1のソース領域として機能し、拡散層46およびエクステンション領域36は第1高耐圧MISFETH1のドレイン領域として機能する半導体領域である。また、拡散層47およびエクステンション領域37は第2高耐圧MISFETH2のソース領域として機能し、拡散層48およびエクステンション領域38は第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域として機能する半導体領域である。   The diffusion layer 41 and the extension region 31 function as a source region of the MONOS memory Mn, and the diffusion layer 42 and the extension region 32 are semiconductor regions that function as a drain region of the MONOS memory Mn. Further, the diffusion layer 43 and the extension region 33 function as a source region region of the low breakdown voltage MISFET Ln, and the diffusion layer 44 and the extension region 34 are semiconductor regions that function as a drain region of the low breakdown voltage MISFET Ln. The diffusion layer 45 and the extension region 35 function as a source region of the first high voltage MISFET H1, and the diffusion layer 46 and the extension region 36 are semiconductor regions that function as a drain region of the first high voltage MISFET H1. The diffusion layer 47 and the extension region 37 function as a source region of the second high breakdown voltage MISFET H2, and the diffusion layer 48 and the extension region 38 are semiconductor regions that function as a drain region of the second high breakdown voltage MISFET H2.

なお、ここでは拡散層41、43および45がソース領域として機能し、拡散層42、44および46がドレイン領域として機能するものとしたが、逆に、拡散層41、43および45がドレイン領域として機能し、拡散層42、44および46がソース領域として機能しても構わない。   Here, the diffusion layers 41, 43, and 45 function as source regions, and the diffusion layers 42, 44, and 46 function as drain regions. Conversely, the diffusion layers 41, 43, and 45 serve as drain regions. The diffusion layers 42, 44 and 46 may function as source regions.

また、拡散層41〜48は露出している半導体基板SBの上面に形成されるため、エクステンション領域31〜38はいずれも第2サイドウォール6nまたは6wの下部に残存し、拡散層41〜48は、エクステンション領域31〜38にそれぞれ接して形成される。例えば、半導体基板SBの上面において、ゲート電極4aのゲート長方向のエクステンション領域31の端部であって拡散層41と接している端部の反対側の端部は、ゲート電極4aの端部の下部の近傍に配置されている。また、半導体基板SBの上面におけるエクステンション領域31のもう一方の端部は拡散層41と接し、第1サイドウォール6wの端部であって、ゲート電極4aと接していない方の端部の下部の近傍に配置されている。すなわち、半導体基板SBの上面のエクステンション領域31の幅は、エクステンション領域31上に形成された第1サイドウォール6wの幅によってほぼ規定されている。   Further, since the diffusion layers 41 to 48 are formed on the exposed upper surface of the semiconductor substrate SB, all the extension regions 31 to 38 remain below the second sidewall 6n or 6w, and the diffusion layers 41 to 48 are The extension regions 31 to 38 are formed in contact with each other. For example, on the upper surface of the semiconductor substrate SB, the end of the extension region 31 in the gate length direction of the gate electrode 4a opposite to the end in contact with the diffusion layer 41 is the end of the gate electrode 4a. Located near the bottom. Further, the other end of the extension region 31 on the upper surface of the semiconductor substrate SB is in contact with the diffusion layer 41, and is an end of the first sidewall 6w and a lower portion of the end that is not in contact with the gate electrode 4a. It is arranged in the vicinity. That is, the width of the extension region 31 on the upper surface of the semiconductor substrate SB is substantially defined by the width of the first sidewall 6w formed on the extension region 31.

上述したように、低耐圧MISFETLnは相対的の幅が小さい第2サイドウォール6nを有し、それに対し、MONOSメモリMnおよび第1高耐圧MISFETH1は第2サイドウォール6nよりも幅が大きい第1サイドウォール6wを有している。サイドウォールの下部の半導体基板SBの上面におけるエクステンション領域の幅は、その上部のサイドウォールの幅によってほぼ規定されるため、第2サイドウォール6nの下部に形成されたエクステンション領域33、34の半導体基板SBの上面における幅は、第1サイドウォール6wの下部に形成されたエクステンション領域31、32、35および36の半導体基板SBの上面における幅よりも小さい。   As described above, the low breakdown voltage MISFET Ln has the second sidewall 6n having a relatively small width, whereas the MONOS memory Mn and the first high breakdown voltage MISFET H1 have the first side having a width larger than that of the second sidewall 6n. It has a wall 6w. Since the width of the extension region on the upper surface of the semiconductor substrate SB below the sidewall is substantially defined by the width of the sidewall above the sidewall, the semiconductor substrate of the extension regions 33 and 34 formed below the second sidewall 6n. The width of the upper surface of the SB is smaller than the width of the upper surface of the semiconductor substrate SB of the extension regions 31, 32, 35, and 36 formed in the lower portion of the first sidewall 6w.

つまり、低耐圧MISFETLnは、MONOSメモリMnおよび第1高耐圧MISFETH1のエクステンション領域31、32、35および36よりも半導体基板SBの上面における幅が小さいエクステンション領域32、33を有している。このようにして、ソース・ドレイン領域に高い耐圧を必要としない低耐圧MISFETLnには、短い幅を有するエクステンション領域33、34を形成し、低耐圧MISFETLnよりも高い耐圧を必要とするMONOSメモリMnには、エクステンション領域33、34よりも幅が大きいエクステンション領域31、32を形成している。また、同様に第1高耐圧MISFETH1には、エクステンション領域33、34よりも幅が大きいエクステンション領域35、36を形成している。   That is, the low breakdown voltage MISFET Ln has extension regions 32 and 33 having a smaller width on the upper surface of the semiconductor substrate SB than the extension regions 31, 32, 35 and 36 of the MONOS memory Mn and the first high breakdown voltage MISFET H1. In this way, extension regions 33 and 34 having a short width are formed in the low breakdown voltage MISFET Ln that does not require a high breakdown voltage in the source / drain regions, and the MONOS memory Mn that requires a breakdown voltage higher than that of the low breakdown voltage MISFET Ln is formed. The extension regions 31 and 32 having a width larger than the extension regions 33 and 34 are formed. Similarly, extension regions 35 and 36 having a width wider than the extension regions 33 and 34 are formed in the first high breakdown voltage MISFET H1.

これにより、エクステンション領域31〜38は拡散層41〜48よりも不純物濃度が低く、高抵抗な半導体領域であるので、相対的に幅が大きいエクステンション領域31、32、35および36を形成することにより、MONOSメモリMnおよび第1高耐圧MISFETH1のそれぞれのゲート電極4a、4bとソース・ドレイン領域との間の耐圧を高めることができる。また、ソース・ドレイン領域に高い耐圧を必要としない低耐圧MISFETLnには相対的に幅が小さいエクステンション領域33、34を形成することにより、必要以上にエクステンション領域の抵抗値が高くなるのを抑え、ソース−ドレイン間に流れる電流が小さくなることを防いでいる。このように、必要となる耐圧が異なる素子同士で異なる長さのエクステンション領域を形成することで、2種LDD構造を形成することができる。   As a result, the extension regions 31 to 38 have a lower impurity concentration than the diffusion layers 41 to 48 and are high resistance semiconductor regions. Therefore, by forming the extension regions 31, 32, 35, and 36 having relatively large widths, The breakdown voltage between the gate electrodes 4a and 4b of the MONOS memory Mn and the first high breakdown voltage MISFET H1 and the source / drain regions can be increased. Further, by forming extension regions 33 and 34 having relatively small widths in the low breakdown voltage MISFET Ln that does not require a high breakdown voltage in the source / drain regions, it is possible to suppress the resistance value of the extension region from becoming higher than necessary, The current flowing between the source and the drain is prevented from becoming small. In this manner, by forming extension regions having different lengths for elements having different required withstand voltages, a two-type LDD structure can be formed.

一方、第2高耐圧MISFETH2には、ゲート電極4dの両側の側壁の一方に第2サイドウォール6nが形成され、もう一方の側壁に第1サイドウォール6wが形成されているため、半導体基板SBの上面におけるエクステンション領域37の幅は、エクステンション領域38の幅よりも小さくなっている。すなわち、拡散層47および拡散層48の間において、エクステンション領域37よりも長い幅を有するエクステンション領域38は、エクステンション領域37よりも高い抵抗値を有している。したがって、拡散層47およびエクステンション領域37は第2高耐圧MISFETH2のソース領域として機能し、拡散層48およびエクステンション領域38は第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域として機能する半導体領域であるから、第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域は、ソース領域よりも高い抵抗値および高い耐圧を有している。   On the other hand, in the second high voltage MISFET H2, the second sidewall 6n is formed on one of the side walls on both sides of the gate electrode 4d, and the first sidewall 6w is formed on the other side wall. The width of the extension region 37 on the upper surface is smaller than the width of the extension region 38. That is, between the diffusion layer 47 and the diffusion layer 48, the extension region 38 having a width longer than the extension region 37 has a higher resistance value than the extension region 37. Accordingly, the diffusion layer 47 and the extension region 37 function as the source region of the second high breakdown voltage MISFET H2, and the diffusion layer 48 and the extension region 38 are the semiconductor regions that function as the drain region of the second high breakdown voltage MISFET H2. The drain region of the breakdown voltage MISFET H2 has a higher resistance value and a higher breakdown voltage than the source region.

次に、図11に示すように、周知のサリサイドプロセスにより、ゲート電極4a〜4dおよび拡散層41〜48のそれぞれの表面にシリサイド層9を形成する。シリサイド化の手順としては、まず半導体基板SBの主面上にスパッタリングで金属膜を堆積し、続いて半導体基板SBを熱処理した後、未反応の金属膜をウェットエッチングで除去することで、シリサイド層9を形成する。シリサイド層9の部材としては、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、チタンシリサイド、またはプラチナシリサイドを例示することができる。   Next, as shown in FIG. 11, silicide layers 9 are formed on the surfaces of the gate electrodes 4a to 4d and the diffusion layers 41 to 48 by a known salicide process. As a silicidation procedure, first, a metal film is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SB by sputtering, and then the semiconductor substrate SB is heat treated, and then the unreacted metal film is removed by wet etching, thereby forming a silicide layer. 9 is formed. Examples of the member of the silicide layer 9 include nickel silicide, cobalt silicide, titanium silicide, and platinum silicide.

次に、図12に示すように、半導体基板SBの主面上の全面に、例えばCVD法により窒化シリコン膜からなるストッパ絶縁膜10および酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜11を順次形成(堆積)する。   Next, as shown in FIG. 12, a stopper insulating film 10 made of a silicon nitride film and an interlayer insulating film 11 made of a silicon oxide film are sequentially formed (deposited) on the entire main surface of the semiconductor substrate SB by, eg, CVD. To do.

次に、図13に示すように、層間絶縁膜11の上面から拡散層41〜48のそれぞれの上面に形成されたシリサイド層9に達するコンタクトホール12を形成する。   Next, as shown in FIG. 13, contact holes 12 reaching the silicide layers 9 formed on the upper surfaces of the diffusion layers 41 to 48 from the upper surface of the interlayer insulating film 11 are formed.

続いて、コンタクトホール12内にチタンまたは窒化チタン等の薄いバリア導体膜を形成した後、コンタクトホール12内にタングステン膜を充填することにより、前記タングステン膜からなるコンタクトプラグ13を形成する。なお、図示していない他の領域では、同工程によって、層間絶縁膜11の上面からゲート電極4a〜4dのそれぞれの上部に形成されたシリサイド層9に達するコンタクトホールおよびコンタクトプラグが形成される。   Subsequently, after forming a thin barrier conductor film such as titanium or titanium nitride in the contact hole 12, the contact hole 12 is filled with a tungsten film, thereby forming the contact plug 13 made of the tungsten film. In other regions not shown, contact holes and contact plugs reaching the silicide layers 9 formed on the respective upper portions of the gate electrodes 4a to 4d from the upper surface of the interlayer insulating film 11 are formed by the same process.

次に、図14に示すように、周知の技術であるダマシンプロセスによって、層間絶縁膜11およびコンタクトプラグ13上にストッパ絶縁膜14、層間絶縁膜15および金属配線17を形成することで、本実施の形態の半導体装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 14, the stopper insulating film 14, the interlayer insulating film 15 and the metal wiring 17 are formed on the interlayer insulating film 11 and the contact plug 13 by a damascene process which is a well-known technique. A semiconductor device of the form is completed.

すなわち、層間絶縁膜11およびコンタクトプラグ13上に、CVD法などによりストッパ絶縁膜14および層間絶縁膜15を順次形成した後、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて層間絶縁膜15およびストッパ絶縁膜14を加工し、層間絶縁膜11およびコンタクトプラグ13の上面を露出する配線溝16を形成する。   That is, after the stopper insulating film 14 and the interlayer insulating film 15 are sequentially formed on the interlayer insulating film 11 and the contact plug 13 by the CVD method or the like, the interlayer insulating film 15 and the stopper insulating film 14 are used by photolithography and dry etching. Then, a wiring trench 16 exposing the upper surfaces of the interlayer insulating film 11 and the contact plug 13 is formed.

その後、層間絶縁膜15の上面および配線溝16の内壁および底部に、タンタル、窒化タンタル等またはそれらの積層膜からなるバリア導体膜と、銅を主成分とする導体膜とをスパッタリングなどにより形成する。続いて、前記バリア導体膜および前記導体膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨して層間絶縁膜15の上面を露出させることにより、配線溝16の内部に、前記バリア導体膜および前記導体膜からなる金属配線17が形成される。   Thereafter, a barrier conductor film made of tantalum, tantalum nitride, or the like or a laminated film thereof, and a conductor film mainly composed of copper are formed on the upper surface of the interlayer insulating film 15 and the inner wall and bottom of the wiring groove 16 by sputtering or the like. . Subsequently, the barrier conductor film and the conductor film are polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to expose the upper surface of the interlayer insulating film 15, so that the barrier conductor film and the conductor film are formed inside the wiring groove 16. A metal wiring 17 made of is formed.

本実施の形態では、上述したように、低耐圧MISFETLnとMONOSメモリMnおよび第1高耐圧MISFETH1とで異なる幅のエクステンション領域を形成する際に、図7に示す工程において第2高耐圧MISFET形成領域1Dのゲート電極4dの側壁の一方の絶縁膜7を露出し、図8に示すエッチング工程においてその絶縁膜7を除去している。これにより、図9に示すエッチング工程によって各ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する際に、ゲート電極4dの側壁に幅が短い第2サイドウォール6nと幅が長い第1サイドウォール6wとを形成した後、図10に示す工程によって、ゲート電極4dの両側の半導体基板SBの上面に幅が異なるエクステンション領域37、38を形成している。   In the present embodiment, as described above, when the extension regions having different widths are formed in the low breakdown voltage MISFET Ln, the MONOS memory Mn, and the first high breakdown voltage MISFET H1, the second high breakdown voltage MISFET formation region is formed in the process shown in FIG. One insulating film 7 on the side wall of the 1D gate electrode 4d is exposed, and the insulating film 7 is removed in the etching step shown in FIG. Thus, when the sidewalls are formed on the sidewalls of the gate electrodes by the etching process shown in FIG. 9, the second sidewall 6n having a short width and the first sidewall 6w having a large width are formed on the sidewall of the gate electrode 4d. After that, extension regions 37 and 38 having different widths are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4d by the process shown in FIG.

第2高耐圧MISFETH2のドレイン領域はソース領域よりも高い耐圧を必要とし、ソース領域を構成する拡散層47とpウエル4dとの間には、ドレイン領域を構成する拡散層48とpウエル4dとの間に生じる最も高い電位差よりも低い電位差のみが生じる。つまり、第2高耐圧MISFETH2のソース−ウエル間には、第2高耐圧MISFETH2のドレイン−ウエル間のような高い電位差は発生しない。また、同様に、第2高耐圧MISFETH2のソース−ゲート間には、第2高耐圧MISFETH2のドレイン−ゲート間のような高い電位差は発生しない。   The drain region of the second high breakdown voltage MISFET H2 requires a higher breakdown voltage than the source region, and between the diffusion layer 47 constituting the source region and the p well 4d, the diffusion layer 48 constituting the drain region and the p well 4d Only a potential difference lower than the highest potential difference occurring during That is, no high potential difference occurs between the source and well of the second high breakdown voltage MISFET H2 as between the drain and well of the second high breakdown voltage MISFET H2. Similarly, no high potential difference occurs between the source and gate of the second high voltage MISFET H2 as between the drain and gate of the second high voltage MISFET H2.

したがって、拡散層47側のエクステンション領域37の幅を拡散層48側のエクステンション領域38の幅よりも小さくしても、拡散層47(ソース領域)とpウエル2dとの間または拡散層47(ソース領域)とゲート電極4dとの間で耐圧を保つことができる。このように、エクステンション領域37の幅を拡散層48側のエクステンション領域38の幅よりも小さくすることで、ソース−ドレイン間に流れる電流が小さくなることを防ぐことができる。すなわち、ソース−ドレイン間に流れる電流を大きくすることができるため、半導体装置の動作速度を速くすることができる。   Therefore, even if the width of the extension region 37 on the diffusion layer 47 side is made smaller than the width of the extension region 38 on the diffusion layer 48 side, the region between the diffusion layer 47 (source region) and the p-well 2d or the diffusion layer 47 (source The breakdown voltage can be maintained between the region) and the gate electrode 4d. Thus, by making the width of the extension region 37 smaller than the width of the extension region 38 on the diffusion layer 48 side, it is possible to prevent the current flowing between the source and the drain from being reduced. That is, since the current flowing between the source and the drain can be increased, the operation speed of the semiconductor device can be increased.

また、第2高耐圧MISFETH2は、拡散層47側のエクステンション領域37の幅を拡散層48側のエクステンション領域38の幅よりも小さくすることで、第1高耐圧MISFETH1のように幅が長いエクステンション領域35を形成する場合に比べて、拡散層47に電位を供給するコンタクトプラグ13をゲート電極4dに近付けて配置することができる。つまり、半導体基板SBの上面における第2高耐圧MISFETH2のエクステンション領域37の幅を狭めることで、ゲート電極4dのゲート長方向において半導体装置を微細化することを可能としている。   The second high breakdown voltage MISFET H2 has a longer extension region like the first high breakdown voltage MISFET H1 by making the width of the extension region 37 on the diffusion layer 47 side smaller than the width of the extension region 38 on the diffusion layer 48 side. Compared with the case of forming 35, the contact plug 13 for supplying a potential to the diffusion layer 47 can be disposed closer to the gate electrode 4d. That is, by narrowing the width of the extension region 37 of the second high breakdown voltage MISFET H2 on the upper surface of the semiconductor substrate SB, the semiconductor device can be miniaturized in the gate length direction of the gate electrode 4d.

なお、本実施の形態では、例としてnチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリを有する半導体装置について説明したが、本発明はpチャネル型のMISFETに適用しても構わない。この場合、図1に示すpウエル2a〜2dはn型のウエルとして形成し、エクステンション領域31〜38および拡散層41〜48はp型の半導体領域として形成する。   Note that although a semiconductor device having an n-channel MISFET and a MONOS memory is described as an example in this embodiment, the present invention may be applied to a p-channel MISFET. In this case, the p wells 2a to 2d shown in FIG. 1 are formed as n type wells, and the extension regions 31 to 38 and the diffusion layers 41 to 48 are formed as p type semiconductor regions.

また、本発明はnチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリならびにpチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリを有する半導体装置に適用しても構わない。すなわち、本発明は、nチャネル型のMISFETおよびpチャネル型のMISFETを有するCMISFET(Complementary MISFET)に適用することができる。   The present invention may be applied to a semiconductor device having an n-channel type MISFET and a MONOS memory and a p-channel type MISFET and a MONOS memory. That is, the present invention can be applied to a CMISFET (Complementary MISFET) having an n-channel MISFET and a p-channel MISFET.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、ドレイン領域とソース領域とに幅が異なるエクステンション領域を有する高耐圧MISFETを含む半導体装置について説明した。本実施の形態では、前記実施の形態1の図1に示す第2高耐圧MISFETH2と同様に、ソース領域とドレイン領域とで幅が異なるエクステンション領域を有し、高耐圧を必要とするドレイン領域と、前記ドレイン領域のような高い耐圧を必要としないソース領域とを有するMONOSメモリを含む半導体装置について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the semiconductor device including the high breakdown voltage MISFET having the extension regions having different widths in the drain region and the source region has been described. In the present embodiment, similarly to the second high breakdown voltage MISFET H2 shown in FIG. 1 of the first embodiment, the source region and the drain region have extension regions having different widths, and the drain region requiring high breakdown voltage A semiconductor device including a MONOS memory having a source region that does not require a high breakdown voltage such as the drain region will be described.

図15に、本実施の形態の半導体装置の断面図を示す。図15に示すように、半導体基板SB上には前記実施の形態1と同様にMONOSメモリMn、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2が形成されており、低耐圧MISFETLn、第1高耐圧MISFETH1および第2高耐圧MISFETH2は前記実施の形態1と同様の構造を有している。   FIG. 15 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 15, the MONOS memory Mn, the low breakdown voltage MISFET Ln, the first high breakdown voltage MISFET H1, and the second high breakdown voltage MISFET H2 are formed on the semiconductor substrate SB as in the first embodiment, and the low breakdown voltage MISFET Ln, The first high breakdown voltage MISFET H1 and the second high breakdown voltage MISFET H2 have the same structure as in the first embodiment.

一方、MONOSメモリMnは、pウエル2aが形成された半導体基板SB上にONO膜3aを介して形成されたゲート電極4aを有し、ゲート電極4aの側壁の一方には、前記実施の形態1と同様と同様に、絶縁膜6a、6および7からなる第1サイドウォール6wが形成され、ゲート電極4aのもう一方の側壁には、前記実施の形態1と異なり、絶縁膜6a、6からなる第2サイドウォール6nが形成されている。   On the other hand, the MONOS memory Mn has a gate electrode 4a formed on the semiconductor substrate SB on which the p-well 2a is formed via the ONO film 3a, and one of the side walls of the gate electrode 4a has the above-described first embodiment. As in the first embodiment, a first sidewall 6w made of insulating films 6a, 6 and 7 is formed, and the other side wall of the gate electrode 4a is made of insulating films 6a and 6 unlike the first embodiment. A second sidewall 6n is formed.

ゲート電極4aの両側の半導体基板SBの上面のうち、第2サイドウォール6nが形成されている方には、エクステンション領域31aおよび拡散層41aが形成されており、もう一方の第1サイドウォール6wが形成されている方の半導体基板SBの上面には、前記実施の形態1と同様にエクステンション領域32および拡散層42が形成されている。   Of the upper surface of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4a, the extension region 31a and the diffusion layer 41a are formed on the side where the second sidewall 6n is formed, and the other first sidewall 6w is formed. An extension region 32 and a diffusion layer 42 are formed on the upper surface of the formed semiconductor substrate SB, as in the first embodiment.

すなわち、本実施の形態の半導体装置は、図15に示すように、MONOSメモリMnを構成するゲート電極4aの両方の側壁には、幅が異なる第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nがそれぞれ形成されている。また、図15に示すMONOSメモリMnは、第1サイドウォール6wの下部の半導体基板SBの上面に形成されたエクステンション領域31aと、第2サイドウォール6nの下部の半導体基板SBの上面に形成された半導体領域であって、半導体基板SBの上面においてエクステンション領域31aよりも幅が狭いエクステンション領域32とを有している。   That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 15, the first sidewall 6w and the second sidewall 6n having different widths are formed on both sidewalls of the gate electrode 4a constituting the MONOS memory Mn. Is formed. 15 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB below the first sidewall 6w and the extension region 31a formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB below the second sidewall 6n. The semiconductor region has an extension region 32 that is narrower than the extension region 31a on the upper surface of the semiconductor substrate SB.

つまり、前記実施の形態1で説明した第2高耐圧MISFETH2(図1参照)と同様に、本実施の形態のMONOSメモリMn(図15参照)は、そのドレイン領域がソース領域よりも高い耐圧を必要とする素子であり、半導体基板SBの上面において幅が異なるエクステンション領域31a、32を有しているため、MONOSメモリMnについて前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。前記実施の形態1では一部の高耐圧MISFETのソース側のエクステンション領域の幅を狭めることについて説明したが、本実施の形態のように、MONOSメモリについても、ドレイン側より幅が狭く、ドレイン側よりも低抵抗なエクステンション領域をソース側に形成することができる。   That is, like the second high breakdown voltage MISFET H2 (see FIG. 1) described in the first embodiment, the MONOS memory Mn (see FIG. 15) of the present embodiment has a higher breakdown voltage in the drain region than in the source region. Since it is a required element and has the extension regions 31a and 32 having different widths on the upper surface of the semiconductor substrate SB, the same effect as in the first embodiment can be obtained for the MONOS memory Mn. In the first embodiment, the width of the extension region on the source side of some high-breakdown-voltage MISFETs has been described. However, the width of the MONOS memory is narrower than that on the drain side as in this embodiment, and the drain side An extension region having a lower resistance than that can be formed on the source side.

これにより、図15に示す第2高耐圧MISFETH2に限らず、MONOSメモリMnのソース−ドレイン間に流れる電流(すなわちMONOSメモリMnの読出し電流)を大きくすることができる。また、半導体装置の動作速度を速くすることができる。   Accordingly, the current flowing between the source and the drain of the MONOS memory Mn (that is, the read current of the MONOS memory Mn) can be increased, not limited to the second high breakdown voltage MISFET H2 shown in FIG. In addition, the operation speed of the semiconductor device can be increased.

また、MONOSメモリMnは、拡散層41a側のエクステンション領域31aの幅を拡散層42側のエクステンション領域32の幅よりも小さくすることで、第1高耐圧MISFETH1のように幅が長いエクステンション領域35を形成する場合に比べて、拡散層41aに電位を供給するコンタクトプラグ13をゲート電極4aに近付けて配置することができる。つまり、半導体基板SBの上面における第2高耐圧MISFETH2のエクステンション領域31aの幅を狭めることで、ゲート電極4aのゲート長方向において半導体装置を微細化することが可能となる。   Further, the MONOS memory Mn has a longer extension region 35 as in the first high breakdown voltage MISFET H1 by making the width of the extension region 31a on the diffusion layer 41a side smaller than the width of the extension region 32 on the diffusion layer 42 side. Compared to the formation, the contact plug 13 for supplying a potential to the diffusion layer 41a can be disposed closer to the gate electrode 4a. That is, the semiconductor device can be miniaturized in the gate length direction of the gate electrode 4a by narrowing the width of the extension region 31a of the second high breakdown voltage MISFET H2 on the upper surface of the semiconductor substrate SB.

なお、本実施の形態のMONOSメモリの書込および消去動作は、前記実施の形態1と同様である。すなわち、本実施の形態では、前記実施の形態1と同様の効果を有すると共に、各MONOSメモリのサイズを縮小することができる。   The write and erase operations of the MONOS memory according to the present embodiment are the same as those in the first embodiment. In other words, the present embodiment has the same effects as those of the first embodiment and can reduce the size of each MONOS memory.

また、以下に記すように、各MONOSメモリの書込動作をホットエレクトロン注入で行なう場合に、特に有益である。   Further, as described below, it is particularly useful when the write operation of each MONOS memory is performed by hot electron injection.

上述したように、図17(a)、(b)を用いて説明した、チャネル全面からMONOSメモリの電荷蓄積層にエレクトロン注入を行う書込方法では、一部の非選択セル(図17(a)、(b)のメモリセルM4に相当)において、ソース領域およびドレイン領域のいずれにも高い耐圧が要求される。これに対し、図18(a)、(b)を用いて説明した、ドレイン近傍においてMONOSメモリの電荷蓄積層にホットエレクトロン注入を行う書込方法では、一部の非選択セル(図17(a)、(b)のメモリセルM3に相当)において、ドレイン領域のみに高い耐圧が要求される。また、図16(a)、(b)を用いて説明した消去動作では、いずれのメモリセルにおいても、ソース・ドレイン領域とウエルとの間には殆ど電位差が発生せず、各ソース・ドレイン領域は比較的低い耐圧を有すれば良い。   As described above, in the writing method in which electrons are injected from the entire surface of the channel into the charge storage layer of the MONOS memory described with reference to FIGS. 17A and 17B, some non-selected cells (FIG. 17A ) And (b) corresponding to the memory cell M4), a high breakdown voltage is required for both the source region and the drain region. On the other hand, in the writing method in which hot electrons are injected into the charge storage layer of the MONOS memory in the vicinity of the drain described with reference to FIGS. 18A and 18B, some non-selected cells (FIG. 17A ) And (b) corresponding to the memory cell M3), a high breakdown voltage is required only for the drain region. Further, in the erase operation described with reference to FIGS. 16A and 16B, in each memory cell, there is almost no potential difference between the source / drain region and the well, and each source / drain region is Should have a relatively low breakdown voltage.

すなわち、図16(a)、(b)を用いて説明した消去動作と、図18(a)、(b)を用いて説明した書込動作を用いてMONOSメモリを動作させた場合、各MONOSメモリのドレイン領域はウエルおよびゲート電極に対して高い耐圧を有する必要があるが、各MONOSメモリのソース領域は、前記ドレイン領域のような高い耐圧を有する必要がない。   That is, when the MONOS memory is operated using the erase operation described with reference to FIGS. 16A and 16B and the write operation described with reference to FIGS. The drain region of the memory needs to have a high breakdown voltage with respect to the well and the gate electrode, but the source region of each MONOS memory does not need to have a high breakdown voltage like the drain region.

したがって、このようにソース領域の耐圧がドレイン領域の耐圧より低くても問題ないMONOSメモリにおいては、図15に示すMONOSメモリMnのように、ソース領域側のサイドウォールおよびエクステンション領域の幅を、ドレイン領域側のサイドウォールおよびエクステンション領域の幅よりも短くした構造を適用することができる。これにより、前述したように、ソース側のエクステンション領域の抵抗値を低減することで、ソース−ドレイン間の電流を大きくし、半導体装置の動作速度を向上させ、半導体装置を微細化させることができる。   Therefore, in the MONOS memory in which there is no problem even if the breakdown voltage of the source region is lower than the breakdown voltage of the drain region, the widths of the sidewalls and extension regions on the source region side are set to be the same as the MONOS memory Mn shown in FIG. A structure shorter than the width of the side wall and the extension region on the region side can be applied. Thereby, as described above, by reducing the resistance value of the extension region on the source side, the current between the source and the drain can be increased, the operation speed of the semiconductor device can be improved, and the semiconductor device can be miniaturized. .

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図19〜図22を用いて説明する。図19〜図22は本実施の形態2における半導体装置の製造工程を説明する断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造方法は前記実施の形態1とほぼ同様であるが、MONOSメモリのゲート電極の側壁の一方に相対的に幅が狭いサイドウォールを形成し、その下部に幅が狭いエクステンション領域を形成する点で前記実施の形態1と製造方法が異なる。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 19 to 22 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, a relatively narrow sidewall is formed on one of the sidewalls of the gate electrode of the MONOS memory, and the width is formed below the sidewall. The manufacturing method is different from that of the first embodiment in that a narrow extension region is formed.

まず、最初の製造工程は前記実施の形態1の図6までは同様に行うため、詳しい説明は省略する。すなわち、半導体基板上に絶縁膜を介してゲート電極を複数形成し、それぞれのゲート電極の両側の半導体基板の上面にエクステンション領域を形成した後、半導体基板上に複数の絶縁膜を堆積する。   First, since the first manufacturing process is performed in the same manner up to FIG. 6 of the first embodiment, detailed description is omitted. That is, a plurality of gate electrodes are formed on a semiconductor substrate via an insulating film, an extension region is formed on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of each gate electrode, and then a plurality of insulating films are deposited on the semiconductor substrate.

次に、図19に示すように、図6の構造を得た後に、半導体基板SB上にフォトレジスト膜PRを形成する。このとき、前記実施の形態1と異なり、MONOSメモリ形成領域1Aのゲート電極4aの両側の絶縁膜7のうち、一方を露出させ、もう一方の絶縁膜7をフォトレジスト膜PRにより覆う。なお、ここではMONOSメモリ形成領域1Aのゲート電極4aの両側の半導体基板SBの上面のうち、一方にはエクステンション領域31aが形成され、もう一方にはエクステンション領域32が形成されている。エクステンション領域31aは、図6に示したエクステンション領域31と同様に、低濃度のn型の不純物(例えばP(リン))が導入された半導体領域である。   Next, as shown in FIG. 19, after obtaining the structure of FIG. 6, a photoresist film PR is formed on the semiconductor substrate SB. At this time, unlike the first embodiment, one of the insulating films 7 on both sides of the gate electrode 4a in the MONOS memory formation region 1A is exposed, and the other insulating film 7 is covered with the photoresist film PR. Here, an extension region 31a is formed on one of the upper surfaces of the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4a of the MONOS memory formation region 1A, and an extension region 32 is formed on the other. Similar to the extension region 31 shown in FIG. 6, the extension region 31a is a semiconductor region into which a low-concentration n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is introduced.

次に、図20に示すように、図8および図9を用いて説明した工程と同様の工程を行い、ゲート電極4a〜4dのそれぞれの側壁にサイドウォールを形成する。すなわち、図19に示したフォトレジスト膜PRをマスクとして絶縁膜7を除去した後、フォトレジスト膜PRを除去し、続いてドライエッチングによって絶縁膜7、6および6aをエッチングすることにより、各ゲート電極の両側の側壁に絶縁膜6a、6および7からなるサイドウォールを形成する。   Next, as shown in FIG. 20, the same steps as those described with reference to FIGS. 8 and 9 are performed to form sidewalls on the side walls of the gate electrodes 4a to 4d. That is, after the insulating film 7 is removed using the photoresist film PR shown in FIG. 19 as a mask, the photoresist film PR is removed, and then the insulating films 7, 6 and 6a are etched by dry etching, thereby forming each gate. Sidewalls made of insulating films 6a, 6 and 7 are formed on the side walls on both sides of the electrode.

このとき、ゲート電極4aの側壁の一方の絶縁膜7は除去されるため、その後の絶縁膜7、6および6aをエッチングする工程では、ゲート電極4aの一方の側壁には絶縁膜6a、6からなる第2サイドウォール6nが形成され、もう一方の側壁には絶縁膜6a、6および7からなる絶縁膜であって、第2サイドウォール6nよりも幅が広い第1サイドウォール6wが形成される。   At this time, since one insulating film 7 on the side wall of the gate electrode 4a is removed, in the subsequent step of etching the insulating films 7, 6 and 6a, one side wall of the gate electrode 4a is formed on the one side wall from the insulating films 6a and 6a. The second side wall 6n is formed, and the other side wall is an insulating film made of the insulating films 6a, 6 and 7, and the first side wall 6w wider than the second side wall 6n is formed. .

次に、図21に示すように、図10を用いて説明した工程と同様に、n型の不純物(例えばP(リン))を半導体基板SBの上面に比較的高濃度でイオン注入することにより、半導体基板SBの上面に拡散層41a、42〜48を形成する。ここでは、エクステンション領域31aの上面の一部に拡散層41aがエクステンション領域31aよりも浅い接合深さで形成され、その他の拡散層42〜48は、前記実施の形態1と同様に形成される。   Next, as shown in FIG. 21, n-type impurities (for example, P (phosphorus)) are ion-implanted into the upper surface of the semiconductor substrate SB at a relatively high concentration, as in the process described with reference to FIG. The diffusion layers 41a and 42 to 48 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB. Here, the diffusion layer 41a is formed in a part of the upper surface of the extension region 31a with a junction depth shallower than that of the extension region 31a, and the other diffusion layers 42 to 48 are formed in the same manner as in the first embodiment.

その後の工程は前記実施の形態1と同様であるため、詳しい説明は省略する。すなわち、図22に示すように、拡散層41a、42〜48およびゲート電極4a〜4dの上面にシリサイド層9をそれぞれ形成した後、半導体基板SB上にストッパ絶縁膜10および層間絶縁膜11を順次形成する。続いて、層間絶縁膜11の上面からシリサイド層9に達するコンタクトホール12を形成した後、コンタクトホール12の内部にコンタクトプラグ13を埋め込み、CMP法により層間絶縁膜11の上面を露出させる。続いて、層間絶縁膜11上およびコンタクトプラグ13上にストッパ絶縁膜14および層間絶縁膜15を順次形成した後、周知のダマシン法により、コンタクトプラグ13上であってストッパ絶縁膜14および層間絶縁膜15に形成された配線溝16内に金属配線17を形成することで、本実施の形態の半導体装置が完成する。   Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. That is, as shown in FIG. 22, after the silicide layers 9 are respectively formed on the upper surfaces of the diffusion layers 41a, 42 to 48 and the gate electrodes 4a to 4d, the stopper insulating film 10 and the interlayer insulating film 11 are sequentially formed on the semiconductor substrate SB. Form. Subsequently, after forming a contact hole 12 reaching the silicide layer 9 from the upper surface of the interlayer insulating film 11, a contact plug 13 is embedded in the contact hole 12, and the upper surface of the interlayer insulating film 11 is exposed by CMP. Subsequently, a stopper insulating film 14 and an interlayer insulating film 15 are sequentially formed on the interlayer insulating film 11 and the contact plug 13, and then the stopper insulating film 14 and the interlayer insulating film on the contact plug 13 by a known damascene method. By forming the metal wiring 17 in the wiring groove 16 formed in 15, the semiconductor device of the present embodiment is completed.

本実施の形態では、前記実施の形態1の図1に示す第2高耐圧MISFETH2の形成工程と同様に、図19に示した工程において、MONOSメモリ形成領域1Aのゲート電極4aの両側の絶縁膜7のうち、一方の絶縁膜7をフォトレジスト膜PRで覆い、もう一方の絶縁膜7をフォトレジスト膜PRから露出させることにより、図20に示した工程により、フォトレジスト膜PRから露出している絶縁膜7のみを除去している。したがって、その後、絶縁膜6a、6および7をエッチングして第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nを形成する際、絶縁膜7がない領域とある領域とで異なる幅の第1サイドウォール6wおよび第2サイドウォール6nを作り分けることができる。   In the present embodiment, similar to the formation process of the second high breakdown voltage MISFET H2 shown in FIG. 1 of the first embodiment, in the process shown in FIG. 19, the insulating films on both sides of the gate electrode 4a in the MONOS memory formation region 1A. 7, one insulating film 7 is covered with the photoresist film PR, and the other insulating film 7 is exposed from the photoresist film PR, so that it is exposed from the photoresist film PR by the process shown in FIG. 20. Only the insulating film 7 is removed. Therefore, after that, when the insulating films 6a, 6 and 7 are etched to form the first sidewall 6w and the second sidewall 6n, the first sidewall 6w having a different width between a region where the insulating film 7 is not present and a region where the insulating film 7 is not present. The second sidewall 6n can be made separately.

図15に示すエクステンション領域31a、32〜38の半導体基板SBの上面における幅は、エクステンション領域31a、32〜38の上部のサイドウォールの幅によって規定される。よって、幅が狭い第2サイドウォール6nと、第2サイドウォール6nよりも幅が広い第1サイドウォール6wとを形成することにより、MONOSメモリMnを構成するゲート電極4aの両側の半導体基板SBの上面に、幅が異なるエクステンション領域31a、32をそれぞれ形成することができる。   The widths of the extension regions 31a and 32 to 38 shown in FIG. 15 on the upper surface of the semiconductor substrate SB are defined by the width of the upper sidewalls of the extension regions 31a and 32 to 38. Therefore, by forming the second sidewall 6n having a narrow width and the first sidewall 6w having a width wider than the second sidewall 6n, the semiconductor substrate SB on both sides of the gate electrode 4a constituting the MONOS memory Mn is formed. Extension regions 31a and 32 having different widths can be formed on the upper surface, respectively.

これにより、上述したように、ソース側のエクステンション領域31aのソース−ドレイン間の幅がドレイン側のエクステンション領域32よりも狭くなることでエクステンション領域31aの抵抗値を低減する。したがって、ソース−ドレイン間の電流を大きくし、半導体装置の動作速度を向上させることが可能となり、また、エクステンション領域31aの幅を狭めることにより、半導体装置を微細化させることができる。   Accordingly, as described above, the source-drain width of the source-side extension region 31a is narrower than that of the drain-side extension region 32, thereby reducing the resistance value of the extension region 31a. Therefore, it is possible to increase the current between the source and the drain and improve the operation speed of the semiconductor device, and it is possible to miniaturize the semiconductor device by reducing the width of the extension region 31a.

なお、本実施の形態では、例としてnチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリを有する半導体装置について説明したが、本発明はpチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリに適用しても構わない。また、本発明はnチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリならびにpチャネル型のMISFETおよびMONOSメモリを有する半導体装置に適用しても構わない。   In this embodiment, a semiconductor device having an n-channel MISFET and a MONOS memory is described as an example. However, the present invention may be applied to a p-channel MISFET and a MONOS memory. The present invention may be applied to a semiconductor device having an n-channel type MISFET and a MONOS memory and a p-channel type MISFET and a MONOS memory.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、複数のMISFETを有する半導体装置に幅広く利用されるものである。   The present invention is widely used for semiconductor devices having a plurality of MISFETs.

1 素子分離層
1A MONOSメモリ形成領域
1B 低耐圧MISFET形成領域
1C 第1高耐圧MISFET形成領域
1D 第2高耐圧MISFET形成領域
2a〜2d pウエル
3 ONO膜
3a ONO膜
3b〜3d ゲート絶縁膜
3e 薄膜絶縁膜
3f 厚膜絶縁膜
3g ボトム酸化膜
3h 電荷蓄積層
3i トップ酸化膜
4a〜4d ゲート電極
4e ポリシリコン膜
4f ポリシリコン膜
6 絶縁膜
6a 絶縁膜
6n 第2サイドウォール
6w 第1サイドウォール
7 絶縁膜
9 シリサイド層
10 ストッパ絶縁膜
11 層間絶縁膜
12 コンタクトホール
13 コンタクトプラグ
14 ストッパ絶縁膜
15 層間絶縁膜
16 配線溝
17 金属配線
31〜38 エクステンション領域
31a エクステンション領域
31b〜38b エクステンション領域
41〜48 拡散層
41a 拡散層
D1 ドレイン
D2 ドレイン
G1 ゲート
G2 ゲート
H1 第1高耐圧MISFET
H2 第2高耐圧MISFET
Ln 低耐圧MISFET
M1〜M4 メモリセル
Mn MONOSメモリ
OX 酸化シリコン膜
PR フォトレジスト膜
S1 ソース
1 element isolation layer 1A MONOS memory formation region 1B low breakdown voltage MISFET formation region 1C first high breakdown voltage MISFET formation region 1D second high breakdown voltage MISFET formation region 2a to 2d p well 3 ONO film 3a ONO film 3b to 3d gate insulating film 3e thin film Insulating film 3f Thick film insulating film 3g Bottom oxide film 3h Charge storage layer 3i Top oxide films 4a to 4d Gate electrode 4e Polysilicon film 4f Polysilicon film 6 Insulating film 6a Insulating film 6n Second sidewall 6w First sidewall 7 Insulating Film 9 Silicide layer 10 Stopper insulating film 11 Interlayer insulating film 12 Contact hole 13 Contact plug 14 Stopper insulating film 15 Interlayer insulating film 16 Wiring groove 17 Metal wiring 31 to 38 Extension region 31a Extension region 31b to 38b Extension region 41 to 48 Expansion Layer 41a diffusion layers D1 drain D2 drain G1 gate G2 gate H1 first high voltage MISFET
H2 Second high voltage MISFET
Ln Low voltage MISFET
M1-M4 memory cell Mn MONOS memory OX silicon oxide film PR photoresist film S1 source

Claims (13)

半導体基板の主面の第1領域に形成された第1電界効果トランジスタと、前記半導体基板の主面の第2領域に形成され、前記第1電界効果トランジスタよりも高い電圧で動作する第2電界効果トランジスタとを有する半導体装置であって、
前記第1電界効果トランジスタは、
前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極の両側の側壁にそれぞれ形成された第1サイドウォールと、
前記第1サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成された第1エクステンション領域と、
前記第1エクステンション領域と電気的に接続され、前記半導体基板の上面に形成され、且つ、前記第1エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第1拡散層と、
を有し、
前記第2電界効果トランジスタは、
前記半導体基板上に第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、
前記第2ゲート電極の両側の側壁の一方に、前記第1サイドウォールの同層に形成され、且つ前記第1ゲート電極のゲート長方向の前記第1サイドウォールの幅と同じ幅を有する第2サイドウォールと、
前記第2ゲート電極の両側の側壁のもう一方に形成され、且つ、前記ゲート長方向の幅が前記第2サイドウォールよりも大きい第3サイドウォールと、
前記第2サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成された第2エクステンション領域と、
前記第3サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成され、且つ、前記ゲート長方向の幅が前記第2エクステンション領域よりも大きい第3エクステンション領域と、
前記半導体基板の上面に形成され、前記第2エクステンション領域と電気的に接続され、且つ、前記第2エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第2拡散層と、
前記半導体基板の上面に形成され、前記第3エクステンション領域と電気的に接続され、且つ、前記第3エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第3拡散層と、
を有すること特徴とする半導体装置。
A first field effect transistor formed in a first region of the main surface of the semiconductor substrate and a second electric field formed in a second region of the main surface of the semiconductor substrate and operating at a higher voltage than the first field effect transistor. A semiconductor device having an effect transistor,
The first field effect transistor is:
A first gate electrode formed on the semiconductor substrate via a first gate insulating film;
First sidewalls respectively formed on sidewalls on both sides of the first gate electrode;
A first extension region formed on an upper surface of the semiconductor substrate below the first sidewall;
A first diffusion layer electrically connected to the first extension region, formed on an upper surface of the semiconductor substrate, and having a higher impurity concentration than the first extension region;
Have
The second field effect transistor is:
A second gate electrode formed on the semiconductor substrate via a second gate insulating film;
The second gate electrode is formed on one of the sidewalls on both sides of the second gate electrode in the same layer as the first sidewall and has the same width as the width of the first sidewall in the gate length direction of the first gate electrode. Side walls,
A third sidewall formed on the other side wall on both sides of the second gate electrode and having a width in the gate length direction larger than the second sidewall;
A second extension region formed on the upper surface of the semiconductor substrate below the second sidewall;
A third extension region formed on an upper surface of the semiconductor substrate below the third sidewall and having a width in the gate length direction larger than the second extension region;
A second diffusion layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate, electrically connected to the second extension region, and having a higher impurity concentration than the second extension region;
A third diffusion layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate, electrically connected to the third extension region, and having an impurity concentration higher than that of the third extension region;
A semiconductor device comprising:
前記半導体基板上に、nチャネル型の前記第2電界効果トランジスタおよびpチャネル型の前記第2電界効果トランジスタが形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the n-channel type second field effect transistor and the p-channel type second field effect transistor are formed on the semiconductor substrate. 前記半導体基板上の第3領域には、前記第1電界効果トランジスタよりも高い電圧で動作し、且つ、前記第2電界効果トランジスタと用途が異なる第3電界効果トランジスタが形成され、
前記第3電界効果トランジスタは、
前記半導体基板上に第3ゲート絶縁膜を介して形成された第3ゲート電極と、
前記第3ゲート電極の両側の側壁に形成され、且つ、前記ゲート長方向の幅が前記第3サイドウォールと同じ第4サイドウォールと、
前記第4サイドウォールの下部の前記半導体基板の上面に形成された第4エクステンション領域と、
前記半導体基板の上面に形成され、前記第4エクステンション領域と電気的に接続され、且つ、前記第4エクステンション領域よりも高い不純物濃度を有する第4拡散層と、
を有すること特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A third field effect transistor that operates at a higher voltage than the first field effect transistor and has a different use from the second field effect transistor is formed in the third region on the semiconductor substrate,
The third field effect transistor is:
A third gate electrode formed on the semiconductor substrate via a third gate insulating film;
A fourth sidewall formed on sidewalls on both sides of the third gate electrode and having the same width in the gate length direction as the third sidewall;
A fourth extension region formed on the upper surface of the semiconductor substrate below the fourth sidewall;
A fourth diffusion layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate, electrically connected to the fourth extension region, and having a higher impurity concentration than the fourth extension region;
The semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記第1サイドウォールは前記半導体基板側および前記第1ゲート電極側から順に第1酸化シリコン膜および窒化シリコン膜が形成された積層構造を有し、
前記第2サイドウォールは前記半導体基板側および前記第2ゲート電極側から順に前記第1酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜が形成された積層構造を有し、
前記第3サイドウォールは、前記半導体基板側および前記第3ゲート電極側から順に前記第1酸化シリコン膜、前記窒化シリコン膜および第2酸化シリコン膜が形成された積層構造を有すること特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The first sidewall has a laminated structure in which a first silicon oxide film and a silicon nitride film are formed in order from the semiconductor substrate side and the first gate electrode side,
The second sidewall has a laminated structure in which the first silicon oxide film and the silicon nitride film are formed in order from the semiconductor substrate side and the second gate electrode side,
The third sidewall has a laminated structure in which the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second silicon oxide film are sequentially formed from the semiconductor substrate side and the third gate electrode side. Item 14. A semiconductor device according to Item 1.
前記第3サイドウォールの構造は、前記第1サイドウォールおよび前記第2サイドウォールよりも積層されている絶縁膜の数が多いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the third sidewall has a larger number of insulating films stacked than the first sidewall and the second sidewall. 前記第3電界効果トランジスタはMONOS型の不揮発性メモリセルであり、
前記第3ゲート絶縁膜は、前記半導体基板側から順に形成された電位障壁膜および電荷蓄積層を少なくとも含むことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
The third field effect transistor is a MONOS type nonvolatile memory cell;
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the third gate insulating film includes at least a potential barrier film and a charge storage layer formed in order from the semiconductor substrate side.
前記第2電界効果トランジスタはMONOS型の不揮発性メモリセルであり、
前記第2ゲート絶縁膜は、前記半導体基板側から順に形成された電位障壁膜および電荷蓄積層を少なくとも含むことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
The second field effect transistor is a MONOS type nonvolatile memory cell;
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the second gate insulating film includes at least a potential barrier film and a charge storage layer formed in order from the semiconductor substrate side.
前記第2拡散層は前記第2電界効果トランジスタのソース領域として機能することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second diffusion layer functions as a source region of the second field effect transistor. 半導体基板の主面の第1領域に形成された第1電界効果トランジスタと、半導体基板の主面の第2領域に形成され、前記第1電界効果トランジスタよりも高い電圧で動作する第2電界効果トランジスタとを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第1領域の前記半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記第2領域の前記半導体基板上に、前記第1絶縁膜よりも膜厚が厚い第2絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第1絶縁膜上および前記第2絶縁膜上に導体膜を形成する工程と、
(d)前記導体膜、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を加工して、前記第1領域および前記第2領域に、前記導体膜からなる第1ゲート電極および第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
(e)前記(d)工程の後、前記第1領域の前記半導体基板の上面に不純物を導入し、前記第1ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に第1エクステンション領域を形成する工程と、
(f)前記(d)工程の後、前記第2領域の前記半導体基板の上面に不純物を導入し、前記第2ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に第2エクステンション領域を形成する工程と、
(g)前記(e)工程および前記(f)工程の後、前記第1ゲート電極の両側の側壁および前記第2ゲート電極の両側の側壁の一方に第1サイドウォールを形成し、同工程において、前記第2ゲート電極のもう一方の側壁に、前記第2ゲート電極のゲート長方向の幅が前記第1サイドウォールよりも大きい第2サイドウォールを形成する工程と、
(h)前記(g)工程の後、前記第1領域の前記半導体基板の上面に前記第1エクステンション領域と同じ導電型の不純物を前記第1エクステンション領域よりも高い濃度で導入し、第1拡散層を形成する工程と、
(i)前記(g)工程の後、前記第2領域の前記半導体基板の上面に前記第2エクステンション領域と同じ導電型の不純物を前記第2エクステンション領域よりも高い濃度で導入し、第2拡散層を形成することで、前記第1領域に前記第1ゲート絶縁膜、前記第1ゲート電極、前記第1サイドウォール、前記第1エクステンション領域および前記第1拡散層を有する前記第1電界効果トランジスタを形成し、
前記第2領域に前記第2絶縁膜、前記第2ゲート電極、前記第1サイドウォール、前記第2サイドウォール、前記第1エクステンション領域、前記第2エクステンション領域および前記第2拡散層を有する前記第2電界効果トランジスタを形成する工程と、
を有し、
前記第2サイドウォールの下部の前記第2エクステンション領域は、前記第1エクステンション領域の下部の前記第1エクステンション領域よりも前記半導体基板の上面における前記ゲート長方向の幅が短いことを特徴する半導体装置の製造方法。
A first field effect transistor formed in the first region of the main surface of the semiconductor substrate and a second field effect formed in the second region of the main surface of the semiconductor substrate and operating at a higher voltage than the first field effect transistor. A method of manufacturing a semiconductor device having a transistor,
(A) forming a first insulating film on the semiconductor substrate in the first region;
(B) forming a second insulating film thicker than the first insulating film on the semiconductor substrate in the second region;
(C) forming a conductor film on the first insulating film and the second insulating film;
(D) Processing the conductor film, the first insulating film, and the second insulating film, and forming the first gate electrode and the second gate electrode made of the conductor film in the first region and the second region, respectively. Forming, and
(E) after the step (d), introducing impurities into the upper surface of the semiconductor substrate in the first region, and forming a first extension region on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the first gate electrode; ,
(F) After the step (d), introducing impurities into the upper surface of the semiconductor substrate in the second region, and forming a second extension region on the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the second gate electrode; ,
(G) After the step (e) and the step (f), a first sidewall is formed on one of the sidewalls on both sides of the first gate electrode and the sidewalls on both sides of the second gate electrode. Forming a second sidewall having a width in the gate length direction of the second gate electrode larger than the first sidewall on the other sidewall of the second gate electrode;
(H) After the step (g), an impurity having the same conductivity type as that of the first extension region is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the first region at a concentration higher than that of the first extension region. Forming a layer;
(I) After the step (g), an impurity having the same conductivity type as that of the second extension region is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the second region at a higher concentration than that of the second extension region. The first field effect transistor having the first gate insulating film, the first gate electrode, the first sidewall, the first extension region, and the first diffusion layer in the first region by forming a layer Form the
The second region includes the second insulating film, the second gate electrode, the first sidewall, the second sidewall, the first extension region, the second extension region, and the second diffusion layer. Forming a two field effect transistor;
Have
The second extension region under the second sidewall has a shorter width in the gate length direction on the upper surface of the semiconductor substrate than the first extension region under the first extension region. Manufacturing method.
前記半導体基板上の第3領域に、前記第1電界効果トランジスタよりも高い電圧で動作し、前記第2電界効果トランジスタと用途が異なる第3電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記(b)工程では、前記第3領域に前記第2絶縁膜を形成し、
前記(d)工程では、前記第3領域に前記導体膜からなる第3ゲート電極を形成し、
前記(d)工程の後であって前記(g)工程の前に、前記第3領域の前記半導体基板の上面に不純物を導入し、前記第3ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に第3エクステンション領域を形成し、
前記(g)工程では、前記第3ゲート電極の両側の側壁に前記第2サイドウォールを形成し、
前記(g)工程の後、前記第3領域の前記半導体基板の上面に前記第3エクステンション領域と同じ導電型の不純物を前記第3エクステンション領域よりも高い濃度で導入して第3拡散層を形成することにより、前記第3領域に前記第2絶縁膜、前記第3ゲート電極、前記第2サイドウォール、前記第3エクステンション領域および前記第3拡散層を有する前記第3電界効果トランジスタを形成することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a third field effect transistor operating in a third region on the semiconductor substrate at a voltage higher than that of the first field effect transistor and having a use different from that of the second field effect transistor,
In the step (b), the second insulating film is formed in the third region,
In the step (d), a third gate electrode made of the conductor film is formed in the third region,
After the step (d) and before the step (g), an impurity is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the third region, and the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the third gate electrode is 3 extension regions are formed,
In the step (g), the second sidewall is formed on the sidewalls on both sides of the third gate electrode,
After the step (g), an impurity having the same conductivity type as that of the third extension region is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the third region at a higher concentration than the third extension region to form a third diffusion layer. Thus, the third field effect transistor having the second insulating film, the third gate electrode, the second sidewall, the third extension region, and the third diffusion layer is formed in the third region. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
前記(g)工程は、
(g1)前記半導体基板の主面の全面上に第1酸化シリコン膜を形成する工程と、
(g2)前記第1酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
(g3)前記窒化シリコン膜上に第2酸化シリコン膜を形成する工程と、
(g4)前記第2酸化シリコン膜を加工し、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極のそれぞれの両側の側壁に前記第1酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜を介してサイドウォール形状の前記第2酸化シリコン膜を残す工程と、
(g5)前記(g5)工程の後、前記第2ゲート電極の両側の側壁の一方の前記第2酸化シリコン膜をフォトレジスト膜で覆う工程と、
(g6)前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記第1領域の前記第2酸化シリコン膜および前記第2ゲート電極の両側の側壁の一方の前記第2酸化シリコン膜を除去する工程と、
(g7)前記フォトレジスト膜を除去する工程と、
(g8)前記窒化シリコン膜および前記第1酸化シリコン膜を異方性エッチングにより加工し、前記第1ゲート電極の両側の側壁および前記第2ゲート電極の両側の側壁の一方に前記第1酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜からなる前記第1サイドウォールを形成し、同工程において、前記第2ゲート電極のもう一方の側壁に、前記第1酸化シリコン膜、前記窒化シリコン膜および前記第2酸化シリコン膜からなり、前記第2ゲート電極のゲート長方向の幅が前記第1サイドウォールよりも大きい前記第2サイドウォールを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
The step (g)
(G1) forming a first silicon oxide film over the entire main surface of the semiconductor substrate;
(G2) forming a silicon nitride film on the first silicon oxide film;
(G3) forming a second silicon oxide film on the silicon nitride film;
(G4) Processing the second silicon oxide film, and forming the sidewall shape on the side walls on both sides of the first gate electrode and the second gate electrode via the first silicon oxide film and the silicon nitride film, respectively. Leaving the second silicon oxide film;
(G5) After the step (g5), a step of covering the second silicon oxide film on one of the side walls on both sides of the second gate electrode with a photoresist film;
(G6) using the photoresist film as a mask, removing the second silicon oxide film in the first region and one of the second silicon oxide films on both side walls of the second gate electrode;
(G7) removing the photoresist film;
(G8) The silicon nitride film and the first silicon oxide film are processed by anisotropic etching, and the first silicon oxide film is formed on one of the side walls on both sides of the first gate electrode and the side walls on both sides of the second gate electrode. Forming the first sidewall comprising a film and the silicon nitride film, and in the same step, forming the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second silicon oxide on the other sidewall of the second gate electrode. Forming the second sidewall made of a film and having a width in the gate length direction of the second gate electrode larger than the first sidewall;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein:
前記半導体基板の主面の第4領域にMONOS型の不揮発性メモリセルを有する半導体装置の製造方法であって、
(c1)前記(c)工程の後、前記第4領域の前記導電膜および前記第1絶縁膜を除去する工程と、
(c2)前記(c1)工程の後、前記半導体基板の主面の全面上に電位障壁膜、電荷蓄積層および他の導電膜を順次形成する工程と、
(c3)前記(d)工程の前に、前記他の導電膜、前記電荷蓄積層および前記電位障壁膜を加工して前記導電膜の上面を露出させ、前記第4領域に前記他の導電膜からなる第4ゲート電極を形成する工程と、
をさらに有し、
前記(d)工程の後であって前記(g)工程の前に、前記第4領域の前記半導体基板の上面に不純物を導入し、前記第4ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に第4エクステンション領域を形成し、
前記(g)工程では、前記第4ゲート電極の両側の側壁に前記第2サイドウォールを形成し、
前記(g)工程の後、前記第4領域の前記半導体基板の上面に前記第4エクステンション領域と同じ導電型の不純物を前記第4エクステンション領域よりも高い濃度で導入して第4拡散層を形成することにより、前記第4領域に前記電位障壁膜、前記電荷蓄積層、前記第4ゲート電極、前記第2サイドウォール、前記第4エクステンション領域および前記第4拡散層を有する前記MONOS型の不揮発性メモリセルを形成することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a MONOS type nonvolatile memory cell in a fourth region of a main surface of the semiconductor substrate,
(C1) After the step (c), removing the conductive film and the first insulating film in the fourth region;
(C2) After the step (c1), a step of sequentially forming a potential barrier film, a charge storage layer, and another conductive film on the entire main surface of the semiconductor substrate;
(C3) Before the step (d), the other conductive film, the charge storage layer, and the potential barrier film are processed to expose an upper surface of the conductive film, and the other conductive film is formed in the fourth region. Forming a fourth gate electrode comprising:
Further comprising
After the step (d) and before the step (g), impurities are introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the fourth region, and the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the fourth gate electrode is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate. 4 extension regions are formed,
In the step (g), the second sidewall is formed on the sidewalls on both sides of the fourth gate electrode,
After the step (g), an impurity having the same conductivity type as that of the fourth extension region is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the fourth region at a higher concentration than the fourth extension region to form a fourth diffusion layer. Thus, the MONOS-type non-volatile having the potential barrier film, the charge storage layer, the fourth gate electrode, the second sidewall, the fourth extension region, and the fourth diffusion layer in the fourth region 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein a memory cell is formed.
前記半導体基板の主面の第4領域にMONOS型の不揮発性メモリセルを有する半導体装置の製造方法であって、
(d1)前記(c)工程の後、前記第4領域の前記導電膜および前記第1絶縁膜を除去する工程と、
(d2)前記(d1)工程の後、前記半導体基板の主面の全面上に電位障壁膜、電荷蓄積層および他の導電膜を順次形成する工程と、
(d3)前記(d)工程の前に、前記他の導電膜、前記電荷蓄積層および前記電位障壁膜を加工して前記導電膜の上面を露出させ、前記第4領域に前記他の導電膜からなる第4ゲート電極を形成する工程と、
をさらに有し、
前記(d)工程の後であって前記(g)工程の前に、前記第4領域の前記半導体基板の上面に不純物を導入し、前記第4ゲート電極の両側の前記半導体基板の上面に第4エクステンション領域を形成し、
前記(g)工程では、前記第4ゲート電極の両側の側壁の一方に前記第1サイドウォールを形成し、同工程において、前記第4ゲート電極のもう一方の側壁に前記第2サイドウォールを形成し、
前記(g)工程の後、前記第4領域の前記半導体基板の上面に前記第4エクステンション領域と同じ導電型の不純物を前記第4エクステンション領域よりも高い濃度で導入して第4拡散層を形成することにより、前記第4領域に前記電位障壁膜、前記電荷蓄積層、前記第4ゲート電極、前記第2サイドウォール、前記第4エクステンション領域および前記第4拡散層を有する前記MONOS型の不揮発性メモリセルを形成することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a MONOS type nonvolatile memory cell in a fourth region of a main surface of the semiconductor substrate,
(D1) After the step (c), removing the conductive film and the first insulating film in the fourth region;
(D2) After the step (d1), a step of sequentially forming a potential barrier film, a charge storage layer, and another conductive film on the entire main surface of the semiconductor substrate;
(D3) Before the step (d), the other conductive film, the charge storage layer, and the potential barrier film are processed to expose an upper surface of the conductive film, and the other conductive film is formed in the fourth region. Forming a fourth gate electrode comprising:
Further comprising
After the step (d) and before the step (g), impurities are introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the fourth region, and the upper surface of the semiconductor substrate on both sides of the fourth gate electrode is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate. 4 extension regions are formed,
In the step (g), the first sidewall is formed on one of the sidewalls on both sides of the fourth gate electrode, and in the step, the second sidewall is formed on the other sidewall of the fourth gate electrode. And
After the step (g), an impurity having the same conductivity type as that of the fourth extension region is introduced into the upper surface of the semiconductor substrate in the fourth region at a higher concentration than the fourth extension region to form a fourth diffusion layer. Thus, the MONOS-type non-volatile having the potential barrier film, the charge storage layer, the fourth gate electrode, the second sidewall, the fourth extension region, and the fourth diffusion layer in the fourth region 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein a memory cell is formed.
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