JP2012069652A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Yoshiyuki Kawashima
祥之 川嶋
Kota Funayama
幸太 舟山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a performance of a semiconductor device having a nonvolatile memory.SOLUTION: Insulator films 5 are formed between a memory gate electrode MG of a split gate type nonvolatile memory and a p-type well PW1, and between a control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Among the insulator films 5, a portion between a lower face of the memory gate electrode MG and an upper face of a semiconductor substrate 1 has silicon oxide films 6a, 6c and a silicon nitride film 6b sandwiched between the silicon oxide films 6a, 6c. Among the insulator films 5, a portion between a side face of the control gate electrode CG and a side face of the memory gate electrode MG has the silicone oxide films 6a, 6c and a cavity CAV sandwiched between the silicon oxide films 6a, 6c, and does not have the silicon nitride film 6b.

Description

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

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

特開2005−259843号公報(特許文献1)、特開2009−212399号公報(特許文献2)、特開2006−41227号公報(特許文献3)および特開2007−324188号公報(特許文献4)には、MONOS型不揮発性メモリに関する技術が記載されている。   JP 2005-259843 A (Patent Document 1), JP 2009-212399 A (Patent Document 2), JP 2006-41227 A (Patent Document 3) and JP 2007-324188 A (Patent Document 4). ) Describes a technique related to a MONOS type nonvolatile memory.

特開2005−259843号公報JP 2005-259843 A 特開2009−212399号公報JP 2009-212399 A 特開2006−41227号公報JP 2006-41227 A 特開2007−324188号公報JP 2007-324188 A

本発明者の検討によれば、次のことが分かった。   According to the study of the present inventor, the following has been found.

スプリットゲート型の不揮発性メモリには、積層ゲート絶縁膜が形成され、不揮発性メモリの制御ゲート電極とメモリゲート電極とは、この積層ゲート絶縁膜を介して隣接している。近年、上記不揮発性メモリにおいて、隣接するゲート電極間の耐圧を向上させることや、積層ゲート絶縁膜の信頼性を確保することや、電気的性能を向上させることなどが望まれている。   In the split gate type nonvolatile memory, a stacked gate insulating film is formed, and the control gate electrode and the memory gate electrode of the nonvolatile memory are adjacent to each other through the stacked gate insulating film. In recent years, in the nonvolatile memory, it is desired to improve the breakdown voltage between adjacent gate electrodes, ensure the reliability of the stacked gate insulating film, and improve the electrical performance.

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

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

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

代表的な実施の形態による半導体装置は、不揮発性メモリのメモリセルを備える半導体装置であって、半導体基板の上部にゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、前記半導体基板の上部に形成されて前記第1ゲート電極と隣り合う第2ゲート電極と、前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間および前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に形成された絶縁膜とを有している。前記絶縁膜のうち、前記第2ゲート電極の下面と前記半導体基板の上面との間の第1の部分は、第1酸化シリコン膜と第2酸化シリコン膜と前記第1および第2酸化シリコン膜に挟まれた窒化シリコン膜とを有し、前記窒化シリコン膜は、メモリセルの電荷蓄積部として機能する。前記絶縁膜のうち、前記第1ゲート電極の側面と前記第2ゲート電極の側面との間の第2の部分は、前記第1酸化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜と前記第1および第2酸化シリコン膜に挟まれた空洞とを有し、前記窒化シリコン膜を有していない。   A semiconductor device according to a typical embodiment is a semiconductor device including a memory cell of a nonvolatile memory, and includes a first gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and an upper portion of the semiconductor substrate. A second gate electrode adjacent to the first gate electrode; an insulation formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate; and between the first gate electrode and the second gate electrode. And a membrane. Of the insulating film, a first portion between the lower surface of the second gate electrode and the upper surface of the semiconductor substrate includes a first silicon oxide film, a second silicon oxide film, and the first and second silicon oxide films. The silicon nitride film functions as a charge storage portion of a memory cell. Of the insulating film, a second portion between the side surface of the first gate electrode and the side surface of the second gate electrode includes the first silicon oxide film, the second silicon oxide film, the first and first A cavity sandwiched between silicon dioxide films, and does not have the silicon nitride film.

また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、不揮発性メモリのメモリセルを備える半導体装置の製造方法であって、(a)半導体基板を用意する工程、(b)前記半導体基板の主面上に第1ゲート絶縁膜を介して前記メモリセルを構成する第1ゲート電極を形成する工程を有している。更に、(c)前記半導体基板の主面と前記第1ゲート電極の側面上に、第1酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2酸化シリコン膜の積層膜からなる絶縁膜を形成する工程、(d)前記絶縁膜上に、前記第1ゲート電極と前記絶縁膜を介して隣り合い、前記メモリセルを構成する第2ゲート電極を形成する工程、(e)前記第2ゲート電極で覆われていない部分の前記絶縁膜を除去する工程を有している。更に、(f)前記(e)工程後、前記第2ゲート電極の側壁であって、前記第1ゲート電極に隣接する側とは反対側の側壁上に、側壁絶縁膜を形成する工程、(g)前記(f)工程後、前記絶縁膜のうち、前記第1ゲート電極の側面と前記第2ゲート電極の側面との間の部分の前記窒化シリコン膜を除去して空洞を形成する工程を有している。   In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to a representative embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device including a memory cell of a nonvolatile memory, wherein (a) a step of preparing a semiconductor substrate, (b) a step of preparing the semiconductor substrate Forming a first gate electrode constituting the memory cell on the main surface through a first gate insulating film; (C) forming an insulating film made of a laminated film of a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film on the main surface of the semiconductor substrate and the side surface of the first gate electrode; d) forming a second gate electrode adjacent to the first gate electrode via the insulating film on the insulating film and forming the memory cell; and (e) being covered with the second gate electrode. A step of removing the insulating film in a portion not present. (F) after the step (e), forming a sidewall insulating film on the sidewall of the second gate electrode opposite to the side adjacent to the first gate electrode; g) After the step (f), a step of forming a cavity by removing the silicon nitride film in a portion of the insulating film between the side surface of the first gate electrode and the side surface of the second gate electrode. Have.

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

代表的な実施の形態によれば、半導体装置の電気的性能を向上させることができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、電気的性能を向上させることができ、かつ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the representative embodiment, the electrical performance of the semiconductor device can be improved. In addition, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, electrical performance can be improved and the reliability of the semiconductor device can be improved.

本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1の一部を拡大した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded a part of FIG. メモリセルの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a memory cell. 「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。6 is a table showing an example of voltage application conditions to each part of a selected memory cell during “write”, “erase”, and “read”. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。It is a process flow figure showing a part of manufacturing process of a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of one embodiment of this invention. 図6に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 7 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 11 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 14 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 15 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 14; 図15の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図15に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 15; 図17に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 17; 図18の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 18; 図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 20; 図21の部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図21に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 22 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 21; 図23の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図23に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 24 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 23; 図25の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図25に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 26 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 25; 図27に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 28 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 27; 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 29 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 28; 図29に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 29; 図30に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 31 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 30; 図31に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 32 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 31; 比較例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of a comparative example. 図33の一部を拡大した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded a part of FIG. 本発明の一実施の形態である半導体装置の説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 空洞と窒化シリコン膜の形成領域を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation area of a cavity and a silicon nitride film. 空洞と窒化シリコン膜の形成領域を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation area of a cavity and a silicon nitride film. 空洞と窒化シリコン膜の形成領域を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation area of a cavity and a silicon nitride film. 空洞と窒化シリコン膜の形成領域を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation area of a cavity and a silicon nitride film. 空洞と窒化シリコン膜の形成領域を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the formation area of a cavity and a silicon nitride film. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 図41の一部を拡大した部分拡大断面図である。It is the partial expanded sectional view which expanded a part of FIG. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of other embodiment of this invention.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

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

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

本実施の形態の半導体装置およびその製造方法を図面を参照して説明する。   A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、不揮発性メモリを備えた半導体装置であり、図1には、不揮発性メモリのメモリセル領域の要部断面図が示されている。図2は、本実施の形態の半導体装置におけるメモリセルMCの部分拡大断面図(要部断面図)であり、図1の一部が拡大して示してある。図3は、メモリセルMCの等価回路図である。なお、図2は、理解を簡単にするために、図1の構造のうち、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、絶縁膜3,5および側壁絶縁膜SW1と、それらの直下の基板領域(p型ウエルPW1を構成する半導体基板1の一部)のみが図示されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device of the present embodiment. The semiconductor device of the present embodiment is a semiconductor device including a nonvolatile memory, and FIG. 1 shows a cross-sectional view of a main part of a memory cell region of the nonvolatile memory. FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view (main cross-sectional view) of the memory cell MC in the semiconductor device of the present embodiment, and a part of FIG. 1 is enlarged. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the memory cell MC. 2 shows the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the insulating films 3 and 5, the side wall insulating film SW1, and the substrate region immediately below them in order to simplify the understanding. Only a part of the semiconductor substrate 1 constituting the p-type well PW1 is illustrated.

図1に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1には、素子を分離するための素子分離領域(後述の素子分離領域2に対応するが、ここでは図示されていない)が形成されており、この素子分離領域で分離(規定)された活性領域に、p型ウエルPW1が形成されている。メモリセル領域のp型ウエルPW1には、図1に示されるようなメモリトランジスタおよび制御トランジスタ(選択トランジスタ)からなる不揮発性メモリのメモリセルMCが形成されている。各メモリセル領域には複数のメモリセルMCがアレイ状に形成されており、各メモリセル領域は、素子分離領域によって他の領域から電気的に分離されている。   As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm, for example, has an element isolation region (elements described later) for isolating elements. The p-type well PW1 is formed in the active region isolated (defined) corresponding to the isolation region 2 (not shown here). In the p-type well PW1 in the memory cell region, a memory cell MC of a nonvolatile memory including a memory transistor and a control transistor (selection transistor) as shown in FIG. 1 is formed. In each memory cell region, a plurality of memory cells MC are formed in an array, and each memory cell region is electrically isolated from other regions by an element isolation region.

図1〜図3に示されるように、本実施の形態の半導体装置における不揮発性メモリのメモリセルMCは、スプリットゲート型のメモリセルであり、制御ゲート電極(選択ゲート電極)CGを有する制御トランジスタ(選択トランジスタ)とメモリゲート電極(メモリ用ゲート電極)MGを有するメモリトランジスタとの2つのMISFETを接続したものである。   As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the memory cell MC of the nonvolatile memory in the semiconductor device of the present embodiment is a split gate type memory cell and has a control gate electrode (selection gate electrode) CG. Two MISFETs of a (selection transistor) and a memory transistor having a memory gate electrode (memory gate electrode) MG are connected.

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

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

図1および図2に示されるように、不揮発性メモリのメモリセルMCは、半導体基板1のp型ウエルPW1中に形成されたソースおよびドレイン用のn型の半導体領域MS,MDと、半導体基板1(p型ウエルPW1)の上部に形成された制御ゲート電極CGと、半導体基板1(p型ウエルPW1)の上部に形成されて制御ゲート電極CGと隣合うメモリゲート電極MGとを有している。そして、不揮発性メモリのメモリセルMCは、更に、制御ゲート電極CGおよび半導体基板1(p型ウエルPW1)間に形成された絶縁膜(ゲート絶縁膜)3と、メモリゲート電極MGおよび半導体基板1(p型ウエルPW1)間とメモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG間とに形成された絶縁膜5とを有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the memory cell MC of the nonvolatile memory includes n-type semiconductor regions MS and MD for source and drain formed in the p-type well PW1 of the semiconductor substrate 1, and the semiconductor substrate. A control gate electrode CG formed on the top of 1 (p-type well PW1), and a memory gate electrode MG formed on the top of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and adjacent to the control gate electrode CG. Yes. The memory cell MC of the nonvolatile memory further includes an insulating film (gate insulating film) 3 formed between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1), the memory gate electrode MG, and the semiconductor substrate 1 The insulating film 5 is formed between the (p-type well PW1) and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.

制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、それらの対向側面(側壁)の間に絶縁膜5を介した状態で、半導体基板1の主面に沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの延在方向は、図1の紙面に垂直な方向である。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、半導体領域MDおよび半導体領域MS間の半導体基板1(p型ウエルPW1)の上部に絶縁膜3,5を介して(但し、制御ゲート電極CGは絶縁膜3を介し、メモリゲート電極MGは絶縁膜5を介して)形成されており、半導体領域MS側にメモリゲート電極MGが位置し、半導体領域MD側に制御ゲート電極CGが位置している。   The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG extend along the main surface of the semiconductor substrate 1 and are arranged side by side with the insulating film 5 interposed between the opposing side surfaces (side walls). The extending direction of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are disposed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) between the semiconductor region MD and the semiconductor region MS via insulating films 3 and 5 (however, the control gate electrode CG is an insulating film). 3, the memory gate electrode MG is formed via the insulating film 5), the memory gate electrode MG is located on the semiconductor region MS side, and the control gate electrode CG is located on the semiconductor region MD side.

制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、間に絶縁膜5を介在して互いに隣り合っており、メモリゲート電極MGは、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。また、絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって延在している。   The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are adjacent to each other with the insulating film 5 interposed therebetween, and the memory gate electrode MG is disposed on the side wall of the control gate electrode CG via the insulating film 5 via the sidewall spacer. It is formed in a shape. The insulating film 5 extends over both the region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. .

制御ゲート電極CGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に形成された絶縁膜3(すなわち制御ゲート電極CGの下の絶縁膜3)が、制御トランジスタのゲート絶縁膜として機能し、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の絶縁膜5(すなわちメモリゲート電極MGの下の絶縁膜5)が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜(内部に電荷蓄積部を有するゲート絶縁膜)として機能する。   An insulating film 3 (that is, an insulating film 3 under the control gate electrode CG) formed between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) functions as a gate insulating film of the control transistor, and is a memory gate. The insulating film 5 between the electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) (that is, the insulating film 5 under the memory gate electrode MG) is a gate insulating film of the memory transistor (a gate insulating film having a charge storage portion inside). ).

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

絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって延在しているが、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域とで、絶縁膜5の構成(構造)が異なっている。   The insulating film 5 extends over both the region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The configuration (structure) of the insulating film 5 is different between a region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and a region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.

すなわち、絶縁膜5は、酸化シリコン膜(酸化シリコン層)6aと、酸化シリコン膜6a上の窒化シリコン膜(窒化シリコン層、電荷蓄積層)6bと、窒化シリコン膜6b上の酸化シリコン膜(酸化シリコン層)6cとの積層構造を有している領域と、酸化シリコン膜6a,6cは有しているが、酸化シリコン膜6a,6c間に窒化シリコン膜6bが無く、代わりに空洞CAVが存在している領域とを有している。詳細は後述するが、絶縁膜5は、その形成時には、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6a上の窒化シリコン膜6bと窒化シリコン膜6b上の酸化シリコン膜6cとの積層膜として形成されていたものが、その後に窒化シリコン膜6bの一部を除去することで、窒化シリコン膜6bが除去された部分が空洞CAVとなったものである。従って、絶縁膜5は、窒化シリコン膜6bを有している領域(すなわち酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜となっている領域)には、空洞CAVが無く、一方、酸化シリコン膜6a,6c間に空洞CAVが形成されている領域には、窒化シリコン膜6bが無い状態となっている。このため、空洞CAVと窒化シリコン膜6bとは互いに隣接しており、窒化シリコン膜6bの端部が、空洞CAVに隣接して空洞CAVの内壁の一部を形成している。また、窒化シリコン膜6bが除去された部分が空洞CAVとなっているため、空洞CAVの厚みと窒化シリコン膜6bの厚みとは、ほぼ同じである。ここで、空洞CAVの厚みは、空洞CAVを挟む酸化シリコン膜6a,6cの厚み方向に平行な方向の厚み(寸法)に対応する。また、絶縁膜5全体にわたって、酸化シリコン膜6aは一体的に形成されており、また、絶縁膜5全体にわたって、酸化シリコン膜6cは一体的に形成されている。   That is, the insulating film 5 includes a silicon oxide film (silicon oxide layer) 6a, a silicon nitride film (silicon nitride layer, charge storage layer) 6b on the silicon oxide film 6a, and a silicon oxide film (oxidized film) on the silicon nitride film 6b. The silicon layer 6c has a region having a laminated structure and the silicon oxide films 6a and 6c, but there is no silicon nitride film 6b between the silicon oxide films 6a and 6c, and a cavity CAV exists instead. And a region that has Although details will be described later, the insulating film 5 was formed as a laminated film of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b on the silicon oxide film 6a, and the silicon oxide film 6c on the silicon nitride film 6b at the time of formation. However, by removing a part of the silicon nitride film 6b after that, the part from which the silicon nitride film 6b is removed becomes a cavity CAV. Therefore, the insulating film 5 has no cavity CAV in the region having the silicon nitride film 6b (that is, the region in which the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c are stacked). On the other hand, the silicon nitride film 6b is not present in the region where the cavity CAV is formed between the silicon oxide films 6a and 6c. For this reason, the cavity CAV and the silicon nitride film 6b are adjacent to each other, and the end of the silicon nitride film 6b forms a part of the inner wall of the cavity CAV adjacent to the cavity CAV. Further, since the portion from which the silicon nitride film 6b has been removed is a cavity CAV, the thickness of the cavity CAV and the thickness of the silicon nitride film 6b are substantially the same. Here, the thickness of the cavity CAV corresponds to the thickness (dimension) in a direction parallel to the thickness direction of the silicon oxide films 6a and 6c sandwiching the cavity CAV. Further, the silicon oxide film 6 a is integrally formed over the entire insulating film 5, and the silicon oxide film 6 c is formed integrally over the entire insulating film 5.

メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)との間に位置する部分の絶縁膜5は、メモリトランジスタのゲート絶縁膜として機能する。一方、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間に位置する部分の絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間を絶縁(電気的に分離)するための絶縁膜として機能する。   A portion of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) functions as a gate insulating film of the memory transistor. On the other hand, the portion of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is an insulating film for insulating (electrically separating) the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. Function.

メモリトランジスタのゲート絶縁膜は、電荷蓄積部を有するが、この電荷蓄積部となるのが窒化シリコン膜6bである。すなわち、絶縁膜5において、窒化シリコン膜6bは、電荷を蓄積するための絶縁膜であり、電荷蓄積層(電荷蓄積部)として機能する。つまり、窒化シリコン膜6bは、絶縁膜5中に形成されたトラップ性絶縁膜である。このため、絶縁膜5のうち、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜となっている部分は、内部に電荷蓄積部(電荷蓄積層、ここでは窒化シリコン膜6b)を有する絶縁膜とみなすことができる。窒化シリコン膜6bの上下に位置する酸化シリコン膜6cおよび酸化シリコン膜6aは、電荷ブロック層(電荷ブロック膜、電荷閉じ込め層)として機能することができる。窒化シリコン膜6bを酸化シリコン膜6cおよび酸化シリコン膜6aで挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜6bへの電荷の蓄積が可能となる。   The gate insulating film of the memory transistor has a charge storage portion, and the silicon nitride film 6b is the charge storage portion. That is, in the insulating film 5, the silicon nitride film 6b is an insulating film for accumulating charges and functions as a charge accumulation layer (charge accumulation portion). That is, the silicon nitride film 6 b is a trapping insulating film formed in the insulating film 5. Therefore, a portion of the insulating film 5 that is a laminated film of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c has a charge storage portion (charge storage layer, here, the silicon nitride film 6b). ). The silicon oxide film 6c and the silicon oxide film 6a located above and below the silicon nitride film 6b can function as a charge block layer (charge block film, charge confinement layer). With the structure in which the silicon nitride film 6b is sandwiched between the silicon oxide film 6c and the silicon oxide film 6a, charges can be accumulated in the silicon nitride film 6b.

本実施の形態では、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5が、酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた窒化シリコン膜6bを有し、この窒化シリコン膜6bが電荷蓄積部として機能し、一方、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間に位置する部分の絶縁膜5が空洞CAVを有するようにしている。すなわち、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGの下面と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間の部分は、酸化シリコン膜6a,6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた窒化シリコン膜とを有し、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面とメモリゲート電極MGの側面との間の部分は、酸化シリコン膜6a,6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた空洞CAVとを有し、窒化シリコン膜6bを有さないようにしている。   In the present embodiment, a portion of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) has a silicon nitride film 6b sandwiched between silicon oxide films 6a and 6c. The silicon nitride film 6b functions as a charge storage portion, while the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG has a cavity CAV. That is, a portion of the insulating film 5 between the lower surface of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c and the silicon oxide films 6a and 6c. A portion of the insulating film 5 between the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the memory gate electrode MG is sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c and the silicon oxide films 6a and 6c. The cavity CAV is included and the silicon nitride film 6b is not included.

このように、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5は、主として、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層構造を有し、一方、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間に位置する部分の絶縁膜5は、主として、酸化シリコン膜6aおよび酸化シリコン膜6cと、酸化シリコン膜6a,6c間の空洞CAVとで構成されている。   As described above, the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) mainly has a laminated structure of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c. On the other hand, a portion of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG mainly includes a cavity CAV between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c and the silicon oxide films 6a and 6c. It consists of and.

絶縁膜5をこのような構成とした理由については、後でより詳細に説明する。   The reason why the insulating film 5 has such a configuration will be described later in detail.

空洞CAVの上部は、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとによって挟まれた絶縁膜部分(絶縁体部分)10aによって塞がれている状態(蓋をされた状態)となっている。この絶縁膜部分10aは、詳細は後述するが、サイドウォールスペーサSW2を形成するための絶縁膜(後述の絶縁膜10に対応)の一部によって形成されており、絶縁体(サイドウォールスペーサSW2の少なくとも一部と同種の絶縁体材料)からなるが、好ましくは酸化シリコンからなる。従って、空洞CAVは、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび絶縁膜部分10aによって囲まれており、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび絶縁膜部分10aによって空洞CAVの内壁が形成されている。   The upper part of the cavity CAV is in a state (covered state) closed by an insulating film part (insulator part) 10a sandwiched between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c. Although details will be described later, the insulating film portion 10a is formed by a part of an insulating film (corresponding to an insulating film 10 described later) for forming the sidewall spacer SW2, and an insulator (of the sidewall spacer SW2). At least part of the same kind of insulator material), but preferably made of silicon oxide. Therefore, the cavity CAV is surrounded by the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b, and the insulating film portion 10a. The inner wall of the cavity CAV is surrounded by the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b, and the insulating film portion 10a. Is formed.

半導体領域MSは、ソース領域またはドレイン領域の一方として機能する半導体領域であり、半導体領域MDは、ソース領域またはドレイン領域の他方として機能する半導体領域である。ここでは、半導体領域MSはソース領域として機能する半導体領域、半導体領域MDはドレイン領域として機能する半導体領域である。半導体領域MS,MDは、n型の不純物が導入された半導体領域(n型不純物拡散層)よりなり、それぞれLDD(lightly doped drain)構造を備えている。すなわち、ソース用の半導体領域MSは、n型半導体領域(エクステンション領域)9aと、n型半導体領域9aよりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域(ソース領域)11aとを有し、ドレイン用の半導体領域MDは、n型半導体領域(エクステンション領域)9bと、n型半導体領域9bよりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域(ドレイン領域)11bとを有している。n型半導体領域11aは、n型半導体領域9aよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高く、また、n型半導体領域11bは、n型半導体領域9bよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。 The semiconductor region MS is a semiconductor region that functions as one of a source region or a drain region, and the semiconductor region MD is a semiconductor region that functions as the other of a source region or a drain region. Here, the semiconductor region MS is a semiconductor region functioning as a source region, and the semiconductor region MD is a semiconductor region functioning as a drain region. The semiconductor regions MS and MD are each composed of a semiconductor region (n-type impurity diffusion layer) into which n-type impurities are introduced, and each has an LDD (lightly doped drain) structure. That is, the source semiconductor region MS includes an n type semiconductor region (extension region) 9a and an n + type semiconductor region (source region) 11a having an impurity concentration higher than that of the n type semiconductor region 9a. The semiconductor region MD for drain has an n type semiconductor region (extension region) 9b and an n + type semiconductor region (drain region) 11b having an impurity concentration higher than that of the n type semiconductor region 9b. The n + type semiconductor region 11a has a deeper junction depth and higher impurity concentration than the n type semiconductor region 9a, and the n + type semiconductor region 11b has a deeper junction depth than the n type semiconductor region 9b. And the impurity concentration is high.

メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの側壁(互いに隣接していない側の側壁)上には、絶縁体(絶縁膜)からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、側壁スペーサ、サイドウォールスペーサ、オフセットスペーサ)SW1が形成されている。更に、メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの側壁(互いに隣接していない側の側壁)上には、この側壁絶縁膜SW1を介して、絶縁体(絶縁膜)からなるサイドウォールスペーサ(サイドウォール、側壁スペーサ、側壁絶縁膜)SW2が形成されている。すなわち、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGに隣接する側とは逆側のメモリゲート電極MGの側壁(側面)上と、絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGに隣接する側とは逆側の制御ゲート電極CGの側壁(側面)上とに、側壁絶縁膜SW1およびサイドウォールスペーサSW2が形成されており、メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGに近い側に側壁絶縁膜SW1が、遠い側にサイドウォールスペーサSW2が配置されている。   On the side walls (side walls not adjacent to each other) of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, side wall insulating films (side walls, side wall spacers, side wall spacers, offset spacers) made of an insulator (insulating film) SW1 is formed. Furthermore, sidewall spacers (sidewalls) made of an insulator (insulating film) are formed on the sidewalls (sidewalls not adjacent to each other) of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG via the sidewall insulating film SW1. , Sidewall spacers, sidewall insulating films) SW2 are formed. That is, the side (side surface) of the memory gate electrode MG opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5 and the side adjacent to the memory gate electrode MG via the insulating film 5 are opposite. A side wall insulating film SW1 and a side wall spacer SW2 are formed on the side wall (side surface) of the control gate electrode CG on the side, and the side wall insulating film SW1 is far from the side close to the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. Side wall spacers SW2 are arranged on the side.

ソース部のn型半導体領域9aはメモリゲート電極MGの側壁上の側壁絶縁膜SW1に対して自己整合的に形成され、n型半導体領域11aはメモリゲート電極MGの側壁上に側壁絶縁膜SW1を介して形成されたサイドウォールスペーサSW2に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のn型半導体領域9aはメモリゲート電極MGの側壁上のサイドウォールスペーサSW2の下に形成され、高濃度のn型半導体領域11aは低濃度のn型半導体領域9aの外側に形成されている。従って、低濃度のn型半導体領域9aはメモリトランジスタのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn型半導体領域11aは低濃度のn型半導体領域9aに接し、メモリトランジスタのチャネル領域からn型半導体領域9aの分だけ離間するように形成されている。 The n type semiconductor region 9a of the source part is formed in a self-aligned manner with respect to the sidewall insulating film SW1 on the sidewall of the memory gate electrode MG, and the n + type semiconductor region 11a is formed on the sidewall of the memory gate electrode MG. It is formed in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacer SW2 formed through SW1. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 9a is formed under the sidewall spacer SW2 on the side wall of the memory gate electrode MG, and the high concentration n + type semiconductor region 11a is the low concentration n type semiconductor region 9a. It is formed outside. Accordingly, the lightly doped n type semiconductor region 9a is formed adjacent to the channel region of the memory transistor, the heavily doped n + type semiconductor region 11a is in contact with the lightly doped n type semiconductor region 9a, and The n type semiconductor region 9a is formed so as to be separated from the channel region.

ドレイン部のn型半導体領域9bは制御ゲート電極CGの側壁上の側壁絶縁膜SW1に対して自己整合的に形成され、n型半導体領域11bは制御ゲート電極CGの側壁上に側壁絶縁膜SW1を介して形成されたサイドウォールスペーサSW2に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のn型半導体領域9bは制御ゲート電極CGの側壁上のサイドウォールスペーサSW2の下に形成され、高濃度のn型半導体領域11bは低濃度のn型半導体領域9bの外側に形成されている。従って、低濃度のn型半導体領域9bは制御トランジスタのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn型半導体領域11bは低濃度のn型半導体領域9bに接し、制御トランジスタのチャネル領域からn型半導体領域9bの分だけ離間するように形成されている。 The n type semiconductor region 9b in the drain portion is formed in a self-aligned manner with respect to the sidewall insulating film SW1 on the sidewall of the control gate electrode CG, and the n + type semiconductor region 11b is formed on the sidewall of the control gate electrode CG. It is formed in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacer SW2 formed through SW1. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 9b is formed under the sidewall spacer SW2 on the side wall of the control gate electrode CG, and the high concentration n + type semiconductor region 11b is the low concentration n type semiconductor region 9b. It is formed outside. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 9b is formed adjacent to the channel region of the control transistor, the high concentration n + type semiconductor region 11b is in contact with the low concentration n type semiconductor region 9b, and the control transistor The n type semiconductor region 9b is formed so as to be separated from the channel region.

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

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

メモリゲート電極MGは導電体(導電体膜)からなるが、好ましくはシリコン膜7nからなる。シリコン膜7nは、好ましくはn型のシリコン膜であり、n型不純物が導入されて低抵抗率とされている。シリコン膜7nは、より好ましくは、n型ポリシリコン膜(n型不純物を導入した多結晶シリコン膜、ドープトポリシリコン膜)である。メモリゲート電極MGは、後述するように、半導体基板1上に制御ゲート電極CGを覆うように形成したシリコン膜7nを異方性エッチングし、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してこのシリコン膜7nを残存させることにより形成されている。このため、メモリゲート電極MGは、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。   The memory gate electrode MG is made of a conductor (conductor film), but is preferably made of a silicon film 7n. The silicon film 7n is preferably an n-type silicon film and has a low resistivity by introducing n-type impurities. The silicon film 7n is more preferably an n-type polysilicon film (polycrystalline silicon film doped with n-type impurities, doped polysilicon film). As will be described later, the memory gate electrode MG is formed by anisotropically etching a silicon film 7n formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG, and an insulating film 5 is interposed on the side wall of the control gate electrode CG. It is formed by leaving this silicon film 7n. For this reason, the memory gate electrode MG is formed in the shape of a sidewall spacer on the sidewall of the control gate electrode CG via the insulating film 5.

メモリゲート電極MG(を構成するシリコン膜7n)の上部(上面)と制御ゲート電極CG(を構成するシリコン膜4n)の上部(上面)とn型半導体領域11a,11bの上部(上面、表面)には、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術などにより、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)13が形成されている。金属シリサイド層13は、例えばコバルトシリサイド層またはニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層13により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。制御ゲート電極CGを構成するシリコン膜4nと、その上部の金属シリサイド層13とを合わせたものを、制御電極CGとみなすこともでき、また、メモリゲート電極MGを構成するシリコン膜7nと、その上部の金属シリサイド層13とを合わせたものを、メモリゲート電極MGとみなすこともできる。また、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間のショートをできるだけ防止するという観点から、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの一方または両方の上部に金属シリサイド層13を形成しない場合もあり得る。 The upper portion (upper surface) of the memory gate electrode MG (the silicon film 7n constituting the memory gate), the upper portion (upper surface) of the control gate electrode CG (the silicon film 4n constituting the memory gate electrode CG), and the upper portions (upper surface, surface) of the n + type semiconductor regions 11a and 11b. ), A metal silicide layer (metal silicide film) 13 is formed by a salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technique or the like. The metal silicide layer 13 is made of, for example, a cobalt silicide layer or a nickel silicide layer. The metal silicide layer 13 can reduce diffusion resistance and contact resistance. A combination of the silicon film 4n constituting the control gate electrode CG and the metal silicide layer 13 on the upper part thereof can be regarded as the control electrode CG, and the silicon film 7n constituting the memory gate electrode MG, The combination of the upper metal silicide layer 13 can also be regarded as the memory gate electrode MG. In addition, from the viewpoint of preventing a short circuit between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG as much as possible, the metal silicide layer 13 may not be formed on one or both of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. obtain.

半導体基板1上には、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、側壁絶縁膜SW1およびサイドウォールスペーサSW2を覆うように、絶縁膜14と絶縁膜14上の絶縁膜15とが形成されている。絶縁膜14は、絶縁膜15よりも薄く、好ましくは窒化シリコン膜からなる。絶縁膜15は、絶縁膜14よりも厚く、好ましくは酸化シリコン膜からなる。後述するように、絶縁膜14,15にコンタクトホールCNTが形成され、コンタクトホールCNTにプラグPGが埋め込まれ、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜15上に配線M1などが形成されているが、図1および図2では図示を省略している。なお、絶縁膜15は、層間絶縁膜として機能し、絶縁膜14は、絶縁膜15に後述のコンタクトホールCNTを形成する際のエッチングストッパ膜として機能することができる。   On the semiconductor substrate 1, an insulating film 14 and an insulating film 15 on the insulating film 14 are formed so as to cover the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the side wall insulating film SW1, and the side wall spacer SW2. The insulating film 14 is thinner than the insulating film 15 and is preferably made of a silicon nitride film. The insulating film 15 is thicker than the insulating film 14 and is preferably made of a silicon oxide film. As will be described later, contact holes CNT are formed in the insulating films 14 and 15, plugs PG are embedded in the contact holes CNT, and wirings M1 and the like are formed on the insulating film 15 in which the plugs PG are embedded. The illustration is omitted in FIGS. 1 and 2. The insulating film 15 functions as an interlayer insulating film, and the insulating film 14 can function as an etching stopper film when a contact hole CNT described later is formed in the insulating film 15.

図4は、本実施の形態の「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。図4の表には、「書込」、「消去」および「読出」時のそれぞれにおいて、図1および図2に示されるようなメモリセル(選択メモリセル)のメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmg、ソース領域(半導体領域MS)に印加する電圧Vs、制御ゲート電極CGに印加する電圧Vcg、ドレイン領域(半導体領域MD)に印加する電圧Vd、およびp型ウエルPW1に印加されるベース電圧Vbが記載されている。なお、図4の表に示したものは電圧の印加条件の好適な一例であり、これに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更可能である。また、本実施の形態では、メモリトランジスタの絶縁膜5中の電荷蓄積部(電荷蓄積層)である窒化シリコン膜6bへの電子の注入を「書込」、ホール(hole:正孔)の注入を「消去」と定義する。   FIG. 4 is a table showing an example of voltage application conditions to each part of the selected memory cell during “write”, “erase”, and “read” in the present embodiment. The table of FIG. 4 shows the voltage applied to the memory gate electrode MG of the memory cell (selected memory cell) as shown in FIGS. 1 and 2 at the time of “write”, “erase”, and “read”. Vmg, voltage Vs applied to the source region (semiconductor region MS), voltage Vcg applied to the control gate electrode CG, voltage Vd applied to the drain region (semiconductor region MD), and base voltage Vb applied to the p-type well PW1 Is described. Note that what is shown in the table of FIG. 4 is a preferred example of the voltage application conditions, and is not limited to this, and can be variously changed as necessary. In the present embodiment, the electron injection into the silicon nitride film 6b, which is the charge storage portion (charge storage layer) in the insulating film 5 of the memory transistor, is “writing”, and the injection of holes (holes). Is defined as “erase”.

なお、図4の表において、Aの欄は、書込み方法がSSI方式で、かつ消去方法がBTBT方式の場合に対応し、Bの欄は、書込み方法がSSI方式で、かつ消去方法がFN方式の場合に対応し、Cの欄は、書込み方法がFN方式で、かつ消去方法がBTBT方式の場合に対応し、Dの欄は、書込み方法がFN方式で、かつ消去方法がFN方式の場合に対応している。   In the table of FIG. 4, the column A corresponds to the case where the writing method is the SSI method and the erasing method is the BTBT method, and the column B is the writing method is the SSI method and the erasing method is the FN method. The column C corresponds to the case where the writing method is the FN method and the erasing method is the BTBT method, and the column D is the case where the writing method is the FN method and the erasing method is the FN method. It corresponds to.

SSI方式は、窒化シリコン膜6bにホットエレクトロンを注入することによってメモリセルの書込みを行う動作法とみなすことができ、BTBT方式は、窒化シリコン膜6bにホットホールを注入することによってメモリセルの消去を行う動作法とみなすことができ、FN方式は、電子またはホールのトンネリングによって書込みまたは消去を行う動作法とみなすことができる。FN方式について、別の表現で言うと、FN方式の書込みは、窒化シリコン膜6bにFNトンネル効果により電子を注入することによってメモリセルの書込みを行う動作方式とみなすことができ、FN方式の消去は、窒化シリコン膜6bにFNトンネル効果によりホールを注入することによってメモリセルの消去を行う動作方式とみなすことができる。以下、具体的に説明する。   The SSI method can be regarded as an operation method in which a memory cell is written by injecting hot electrons into the silicon nitride film 6b. The BTBT method is an erasure of the memory cell by injecting hot holes into the silicon nitride film 6b. The FN method can be regarded as an operation method in which writing or erasing is performed by electron or hole tunneling. In other words, the FN method writing can be regarded as an operation method in which memory cells are written by injecting electrons into the silicon nitride film 6b by the FN tunnel effect. Can be regarded as an operation method in which memory cells are erased by injecting holes into the silicon nitride film 6b by the FN tunnel effect. This will be specifically described below.

書込み方式は、いわゆるSSI(Source Side Injection:ソースサイド注入)方式と呼ばれるソースサイド注入によるホットエレクトロン注入で書込みを行う書込み方式(ホットエレクトロン注入書込み方式)と、いわゆるFN方式と呼ばれるFN(Fowler Nordheim)トンネリングにより書込みを行う書込み方式(トンネリング書込み方式)とがある。   There are two writing methods: a so-called SSI (Source Side Injection) method that writes by hot electron injection by source side injection (hot electron injection writing method) and a so-called FN method called FN (Fowler Nordheim). There is a writing method (tunneling writing method) in which writing is performed by tunneling.

SSI方式の書込みでは、例えば図4の表のAの欄またはBの欄の「書込動作電圧」に示されるような電圧(Vmg=10V,Vs=5V,Vcg=1V,Vd=0.5V,Vb=0V)を、書込みを行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルの絶縁膜5中の窒化シリコン膜6b中に電子(エレクトロン)を注入することで書込みを行う。この際、ホットエレクトロンは、2つのゲート電極(メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG)間の下のチャネル領域(ソース、ドレイン間)で発生し、メモリゲート電極MGの下の絶縁膜5中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜6bにホットエレクトロンが注入される。注入されたホットエレクトロン(電子)は、絶縁膜5中の窒化シリコン膜6b中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する(書込み状態となる)。   In the SSI writing, for example, voltages (Vmg = 10V, Vs = 5V, Vcg = 1V, Vd = 0.5V) as shown in the “write operation voltage” in the column A or B in the table of FIG. , Vb = 0 V) is applied to each part of the selected memory cell to be written, and writing is performed by injecting electrons into the silicon nitride film 6b in the insulating film 5 of the selected memory cell. At this time, hot electrons are generated in a channel region (between the source and drain) between the two gate electrodes (memory gate electrode MG and control gate electrode CG), and in the insulating film 5 below the memory gate electrode MG. Hot electrons are injected into the silicon nitride film 6b which is a charge storage portion. The injected hot electrons (electrons) are trapped in the trap level in the silicon nitride film 6b in the insulating film 5, and as a result, the threshold voltage of the memory transistor rises (becomes a write state).

FN方式の書込みでは、例えば図4の表のCの欄またはDの欄の「書込動作電圧」に示されるような電圧(Vmg=−12V,Vs=0V,Vcg=0V,Vd=0V,Vb=0V)を、書込みを行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルにおいて、メモリゲート電極MGから電子をトンネリングさせて絶縁膜5中の窒化シリコン膜6bに注入することで書込みを行う。この際、電子はメモリゲートMGからFNトンネリング(FNトンネル効果)により酸化シリコン膜6cをトンネリングして絶縁膜5中に注入され、絶縁膜5中の窒化シリコン膜6b中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する(書込み状態となる)。   In the FN system writing, for example, voltages (Vmg = −12V, Vs = 0V, Vcg = 0V, Vd = 0V, as shown in “writing operation voltage” in the column C or D in the table of FIG. Vb = 0V) is applied to each part of the selected memory cell to be written, and electrons are tunneled from the memory gate electrode MG and injected into the silicon nitride film 6b in the insulating film 5 in the selected memory cell. Do. At this time, electrons are injected from the memory gate MG through the silicon oxide film 6 c by FN tunneling (FN tunneling effect) and injected into the insulating film 5, and are trapped by trap levels in the silicon nitride film 6 b in the insulating film 5. As a result, the threshold voltage of the memory transistor increases (becomes a write state).

なお、FN方式の書込みにおいて、半導体基板1から電子をトンネリングさせて絶縁膜5中の窒化シリコン膜6bに注入することで書込みを行うこともでき、この場合、書込動作電圧は、例えば図4の表のCの欄またはDの欄の「書込動作電圧」の正負を反転させたものとすることができる。   In the FN mode writing, writing can also be performed by tunneling electrons from the semiconductor substrate 1 and injecting the electrons into the silicon nitride film 6b in the insulating film 5. In this case, the writing operation voltage is, for example, FIG. The “write operation voltage” in the column C or D in the table of FIG.

消去方法は、いわゆるBTBT方式と呼ばれるBTBT(Band-To-Band Tunneling:バンド間トンネル現象)によるホットホール注入により消去を行う消去方式(ホットホール注入消去方式)と、いわゆるFN方式と呼ばれるFN(Fowler Nordheim)トンネリングにより消去を行う消去方式(トンネリング消去方式)とがある。   The erasing method includes an erasing method (hot hole injection erasing method) in which erasing is performed by hot hole injection by BTBT (Band-To-Band Tunneling) called a BTBT method, and an FN (Fowler) called a FN method. There is an erasing method (tunneling erasing method) that performs erasing by tunneling.

BTBT方式の消去では、BTBT(Band-To-Band Tunneling)により発生したホール(正孔)を電荷蓄積部(絶縁膜5中の窒化シリコン膜6b)に注入することにより消去を行う。例えば図4の表のAの欄またはCの欄の「消去動作電圧」に示されるような電圧(Vmg=−6V,Vs=6V,Vcg=0V,Vd=open,Vb=0V)を、消去を行う選択メモリセルの各部位に印加する。これにより、BTBT(Band-To-Band Tunneling)現象によりホール(正孔)を発生させ電界加速することで選択メモリセルの絶縁膜5中の窒化シリコン膜6b中にホールを注入し、それによってメモリトランジスタのしきい値電圧を低下させる(消去状態となる)。   In the BTBT erasure, erasure is performed by injecting holes generated by BTBT (Band-To-Band Tunneling) into the charge storage portion (the silicon nitride film 6b in the insulating film 5). For example, the voltage (Vmg = −6V, Vs = 6V, Vcg = 0V, Vd = open, Vb = 0V) as shown in the “erase operation voltage” in the column A or C in the table of FIG. Is applied to each part of the selected memory cell. As a result, holes are generated by the BTBT (Band-To-Band Tunneling) phenomenon and the electric field is accelerated to inject holes into the silicon nitride film 6b in the insulating film 5 of the selected memory cell. The threshold voltage of the transistor is lowered (becomes an erased state).

FN方式の消去では、例えば図4の表のBの欄またはDの欄の「消去動作電圧」に示されるような電圧(Vmg=12V,Vs=0V,Vcg=0V,Vd=0V,Vb=0V)を、消去を行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルにおいて、メモリゲート電極MGからホール(正孔)をトンネリングさせて絶縁膜5中の窒化シリコン膜6bに注入することで消去を行う。この際、ホールはメモリゲートMGからFNトンネリング(FNトンネル効果)により酸化シリコン膜6cをトンネリングして絶縁膜5中に注入され、絶縁膜5中の窒化シリコン膜6b中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が低下する(消去状態となる)。   In the FN type erasure, for example, voltages (Vmg = 12 V, Vs = 0 V, Vcg = 0 V, Vd = 0 V, Vb = 0V) is applied to each part of the selected memory cell to be erased, and in the selected memory cell, holes (holes) are tunneled from the memory gate electrode MG and injected into the silicon nitride film 6b in the insulating film 5. Erase. At this time, holes are injected into the insulating film 5 by tunneling the silicon oxide film 6 c from the memory gate MG by FN tunneling (FN tunneling effect), and trapped in trap levels in the silicon nitride film 6 b in the insulating film 5. As a result, the threshold voltage of the memory transistor decreases (becomes an erased state).

なお、FN方式の消去において、半導体基板1からホールをトンネリングさせて絶縁膜5中の窒化シリコン膜6bに注入することで消去を行うこともでき、この場合、消去動作電圧は、例えば図4の表のBの欄またはDの欄の「消去動作電圧」の正負を反転させたものとすることができる。   In FN erasing, erasing can also be performed by tunneling holes from the semiconductor substrate 1 and injecting them into the silicon nitride film 6b in the insulating film 5. In this case, the erasing operation voltage is, for example, as shown in FIG. The sign of “erase operation voltage” in the column B or D in the table can be reversed.

また、FN方式で書込みまたは消去を行う場合(すなわち動作方式B,C,Dの場合)でメモリゲート電極MGから電荷をトンネリングさせて窒化シリコン膜6bに注入する場合には、酸化シリコン膜6cの膜厚を酸化シリコン膜6aの膜厚よりも薄くしておくことが好ましい。一方、FN方式で書込みまたは消去を行う場合(すなわち動作方式B,C,Dの場合)で半導体基板1から電荷をトンネリングさせて窒化シリコン膜6bに注入する場合には、酸化シリコン膜6aの膜厚を酸化シリコン膜6cの膜厚よりも薄くしておくことが好ましい。また、書込みがSSI方式でかつ消去がBTBT方式の場合(すなわち動作方式Aの場合)は、酸化シリコン膜6cの膜厚を酸化シリコン膜6aの膜厚以上としておくことが好ましい。   When writing or erasing is performed by the FN method (that is, in the case of the operation methods B, C, and D), when charges are tunneled from the memory gate electrode MG and injected into the silicon nitride film 6b, the silicon oxide film 6c It is preferable to make the film thickness thinner than the film thickness of the silicon oxide film 6a. On the other hand, when writing or erasing is performed by the FN method (that is, in the case of the operation methods B, C, and D), when charges are tunneled from the semiconductor substrate 1 and injected into the silicon nitride film 6b, the film of the silicon oxide film 6a It is preferable to make the thickness smaller than the thickness of the silicon oxide film 6c. In addition, when the writing is the SSI method and the erasing is the BTBT method (that is, the operation method A), the thickness of the silicon oxide film 6c is preferably set to be equal to or larger than the thickness of the silicon oxide film 6a.

読出し時には、例えば図4の表のAの欄、Bの欄、Cの欄またはDの欄の「読出動作電圧」に示されるような電圧を、読出しを行う選択メモリセルの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmgを、書込み状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧と消去状態におけるしきい値電圧との間の値にすることで、書込み状態と消去状態とを判別することができる。   At the time of reading, for example, a voltage as shown in “reading operation voltage” in the columns A, B, C, or D in the table of FIG. 4 is applied to each part of the selected memory cell to be read. . The voltage Vmg applied to the memory gate electrode MG at the time of reading is set to a value between the threshold voltage of the memory transistor in the writing state and the threshold voltage in the erasing state, thereby discriminating between the writing state and the erasing state. can do.

なお、以下では、簡略化のために、書込みがSSI方式でかつ消去がBTBT方式の場合を動作方式Aと称し、書込みがSSI方式でかつ消去がFN方式の場合を動作方式Bと称し、書込みがFN方式でかつ消去がBTBT方式の場合を動作方式Cと称し、書込みがFN方式でかつ消去がFN方式の場合を動作方式Dと称することとする。動作方式Aでは、例えば図4の表のAの欄の動作電圧を使用することができ、動作方式Bでは、例えば図4の表のBの欄の動作電圧を使用することができ、動作方式Cでは、例えば図4の表のCの欄の動作電圧を使用することができ、動作方式Dでは、例えば図4の表のDの欄の動作電圧を使用することができる。   In the following, for simplification, the case where the writing is the SSI method and the erasing is the BTBT method is referred to as operation method A, and the case where the writing is the SSI method and the erasing is FN method is referred to as the operation method B. Is the operation method C, and the writing is the FN method and the erasing is the FN method, and the operation method D is called the FN method. In the operation method A, for example, the operation voltage in the column A in the table of FIG. 4 can be used. In the operation method B, for example, the operation voltage in the column B of the table in FIG. 4 can be used. In C, for example, the operating voltage in the column C of the table of FIG. 4 can be used, and in the operation method D, for example, the operating voltage in the column of D in the table of FIG. 4 can be used.

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

図5は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図6〜図32は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。このうち、図6〜図15、図17、図18、図20、図21、図23、図25および図27〜図32の断面図には、メモリセル領域(不揮発性メモリのメモリセルMCが形成される領域)1Aおよび周辺回路領域(不揮発性メモリ以外の回路が形成される領域)1Bの要部断面図が示されており、メモリセル領域1AにメモリセルMCが、周辺回路領域1BにMISFETが、それぞれ形成される様子が示されている。また、図16は図15の部分拡大断面図に対応し、図19は図18の部分拡大断面図に対応し、図22は図21の部分拡大断面図に対応し、図24は図23の部分拡大断面図に対応し、図26は図25の部分拡大断面図に対応している。メモリセル領域1Aと周辺回路領域1Bとは同じ半導体基板1に形成されている。メモリセル領域1Aと周辺回路領域1Bは隣り合っていなくともよいが、理解を簡単にするために、図6〜図15、図17、図18、図20、図21、図23、図25および図27〜図32の断面図においては、メモリセル領域1Aの隣に周辺回路領域1Bを図示している。ここで、周辺回路とは、例えばCPUなどのプロセッサ、制御回路、センスアンプ、カラムデコーダ、ロウデコーダ、入出力回路などである。   FIG. 5 is a process flow diagram showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 6 to 32 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. Among these, the cross-sectional views of FIGS. 6 to 15, 17, 18, 20, 21, 23, 25, and 27 to 32 show the memory cell region (the memory cell MC of the non-volatile memory). 1A and a peripheral circuit region (region where a circuit other than a non-volatile memory is formed) 1B are shown. The memory cell MC is shown in the memory cell region 1A, and the peripheral circuit region 1B is shown in the memory cell region 1B. A state in which MISFETs are formed is shown. 16 corresponds to the partially enlarged sectional view of FIG. 15, FIG. 19 corresponds to the partially enlarged sectional view of FIG. 18, FIG. 22 corresponds to the partially enlarged sectional view of FIG. 21, and FIG. 26 corresponds to the partially enlarged sectional view, and FIG. 26 corresponds to the partially enlarged sectional view of FIG. The memory cell region 1A and the peripheral circuit region 1B are formed on the same semiconductor substrate 1. Although the memory cell region 1A and the peripheral circuit region 1B do not have to be adjacent to each other, for the sake of easy understanding, FIGS. 6 to 15, 17, 18, 20, 20, 21, 23, 25, and 25 27 to 32, the peripheral circuit region 1B is shown next to the memory cell region 1A. Here, the peripheral circuits are, for example, a processor such as a CPU, a control circuit, a sense amplifier, a column decoder, a row decoder, an input / output circuit, and the like.

また、本実施の形態においては、メモリセル領域1Aにnチャネル型のMISFET(制御トランジスタおよびメモリトランジスタ)を形成する場合について説明するが、導電型を逆にしてpチャネル型のMISFET(制御トランジスタおよびメモリトランジスタ)をメモリセル領域1Aに形成することもできる。同様に、本実施の形態においては、周辺回路領域1Bにnチャネル型のMISFETを形成する場合について説明するが、導電型を逆にしてpチャネル型のMISFETを周辺回路領域1Bに形成することもでき、また、周辺回路領域1BにCMISFET(Complementary MISFET)などを形成することもできる。   In the present embodiment, the case where an n-channel MISFET (control transistor and memory transistor) is formed in the memory cell region 1A will be described. However, the p-channel MISFET (control transistor and Memory transistor) can also be formed in the memory cell region 1A. Similarly, in this embodiment, the case where an n-channel type MISFET is formed in the peripheral circuit region 1B will be described, but a p-channel type MISFET may be formed in the peripheral circuit region 1B with the conductivity type reversed. In addition, a CMISFET (Complementary MISFET) or the like can be formed in the peripheral circuit region 1B.

図6に示されるように、まず、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1を用意(準備)する(図5のステップS1)。それから、半導体基板1の主面に、活性領域を規定(画定)する素子分離領域(素子間分離絶縁領域)2を形成する(図5のステップS2)。素子分離領域2は、酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon )法などにより形成することができる。例えば、半導体基板1の主面に素子分離用の溝を形成した後、この素子分離用の溝内に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を埋め込むことで、素子分離領域2を形成することができる。   As shown in FIG. 6, first, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of, for example, p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared (prepared) (step S1 in FIG. 5). Then, an element isolation region (inter-element isolation insulating region) 2 that defines (defines) an active region is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 (step S2 in FIG. 5). The element isolation region 2 is made of an insulator such as silicon oxide, and can be formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. For example, the element isolation region 2 can be formed by forming an element isolation groove in the main surface of the semiconductor substrate 1 and then embedding an insulating film made of, for example, silicon oxide in the element isolation groove. .

次に、図7に示されるように、半導体基板1のメモリセル領域1Aにp型ウエルPW1を、周辺回路領域1Bにp型ウエルPW2を形成する(図5のステップS3)。p型ウエルPW1,PW2は、例えばホウ素(B)などのp型の不純物を半導体基板1にイオン注入することなどによって形成することができる。p型ウエルPW1,PW2は、半導体基板1の主面から所定の深さにわたって形成される。   Next, as shown in FIG. 7, a p-type well PW1 is formed in the memory cell region 1A of the semiconductor substrate 1 and a p-type well PW2 is formed in the peripheral circuit region 1B (step S3 in FIG. 5). The p-type wells PW1 and PW2 can be formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate 1, for example. The p-type wells PW1 and PW2 are formed from the main surface of the semiconductor substrate 1 to a predetermined depth.

次に、メモリセル領域1Aに後で形成される制御トランジスタのしきい電圧を調整するために、必要に応じて、メモリセル領域1Aのp型ウエルPW1の表面部(表層部)に対してチャネルドープイオン注入を行う。また、周辺回路領域1Bに後で形成されるMISFETのしきい電圧を調整するために、必要に応じて、周辺回路領域1Bのp型ウエルPW2の表面部(表層部)に対してチャネルドープイオン注入を行う。   Next, in order to adjust the threshold voltage of a control transistor formed later in the memory cell region 1A, a channel is formed with respect to the surface portion (surface layer portion) of the p-type well PW1 in the memory cell region 1A as necessary. Dope ion implantation is performed. Further, in order to adjust the threshold voltage of the MISFET formed later in the peripheral circuit region 1B, channel dope ions are applied to the surface portion (surface layer portion) of the p-type well PW2 in the peripheral circuit region 1B as necessary. Make an injection.

次に、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板1(p型ウエルPW1,PW2)の表面を清浄化した後、半導体基板1の主面(p型ウエルPW1,PW2の表面)に、ゲート絶縁膜用の絶縁膜3を形成する(図5のステップS4)。絶縁膜3は、例えば薄い酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜などにより形成することができる。絶縁膜3の膜厚(形成膜厚)は、例えば2〜3nm程度とすることができる。   Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2) by dilute hydrofluoric acid cleaning or the like, the main surface of the semiconductor substrate 1 (surfaces of the p-type wells PW1, PW2) is used for the gate insulating film. The insulating film 3 is formed (step S4 in FIG. 5). The insulating film 3 can be formed of, for example, a thin silicon oxide film or a silicon oxynitride film. The film thickness (formed film thickness) of the insulating film 3 can be set to, for example, about 2 to 3 nm.

次に、図8に示されるように、半導体基板1の主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜3上に、ゲート電極用の導体膜としてシリコン膜4を形成(堆積)する(図5のステップS5)。シリコン膜4は、多結晶シリコン膜からなり、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法などを用いて形成することができる。シリコン膜4の膜厚(堆積膜厚)は、例えば50〜250nm程度とすることができる。成膜時はシリコン膜4をアモルファスシリコン膜として形成してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。   Next, as shown in FIG. 8, a silicon film 4 is formed (deposited) on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 3, as a gate electrode conductor film (FIG. 8). 5 step S5). The silicon film 4 is made of a polycrystalline silicon film and can be formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The film thickness (deposition film thickness) of the silicon film 4 can be set to, for example, about 50 to 250 nm. At the time of film formation, the silicon film 4 can be formed as an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.

シリコン膜4を形成した後、シリコン膜4上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(ここでは図示しないけれども、周辺回路領域1B全体にこのフォトレジストパターンが形成される)を形成し、このフォトレジストパターンをマスクとして用いて、メモリセル領域1A(のシリコン膜4)にn型不純物をイオン注入法などによって導入することにより、メモリセル領域1Aにn型のシリコン膜4nを形成する。すなわち、メモリセル領域1Aのシリコン膜4にn型不純物が導入されて、メモリセル領域1Aのシリコン膜4が、n型不純物が導入されたn型のシリコン膜4nとなる。   After the silicon film 4 is formed, a photoresist pattern (not shown here, but this photoresist pattern is formed over the entire peripheral circuit region 1B) is formed on the silicon film 4 by photolithography. An n-type silicon film 4n is formed in the memory cell region 1A by introducing an n-type impurity into the memory cell region 1A (the silicon film 4) by an ion implantation method or the like using the resist pattern as a mask. That is, an n-type impurity is introduced into the silicon film 4 in the memory cell region 1A, and the silicon film 4 in the memory cell region 1A becomes an n-type silicon film 4n into which the n-type impurity is introduced.

次に、図9に示されるように、メモリセル領域1Aのn型のシリコン膜4nをエッチングによりパターニングして制御ゲート電極CGを形成する(図5のステップS6)。ステップS6のパターニング工程は、例えば次のようにして行うことができる。   Next, as shown in FIG. 9, the n-type silicon film 4n in the memory cell region 1A is patterned by etching to form a control gate electrode CG (step S6 in FIG. 5). The patterning process of step S6 can be performed as follows, for example.

すなわち、シリコン4n,4上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(ここでは図示しないけれども、制御ゲート電極CG形成予定領域と周辺回路領域1B全体にこのフォトレジストパターンが形成される)を形成し、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、メモリセル領域1Aのシリコン膜4nをエッチング(ドライエッチング)してパターニングする。その後、このフォトレジストパターンを除去する。   That is, a photoresist pattern is formed on the silicon 4n and 4 using a photolithography method (although not shown here, this photoresist pattern is formed in the entire region of the control gate electrode CG and the peripheral circuit region 1B). Then, using this photoresist pattern as an etching mask, the silicon film 4n in the memory cell region 1A is etched (dry etching) and patterned. Thereafter, the photoresist pattern is removed.

このようにして、ステップS6でシリコン膜4nがパターニングされ、図9に示されるように、メモリセル領域1Aに、パターニングされたシリコン膜4nからなる制御ゲート電極CGが形成される。このとき、周辺回路領域1Bでは、上述したようにフォトレジストパターンを形成していたため、シリコン膜4のパターニングは行われていない。また、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの下に残存する絶縁膜3が、制御トランジスタのゲート絶縁膜となる。従って、シリコン膜4nからなる制御ゲート電極CGは、半導体基板1(p型ウエルPW1)上にゲート絶縁膜としての絶縁膜3を介して形成された状態となる。   In this manner, the silicon film 4n is patterned in step S6, and as shown in FIG. 9, the control gate electrode CG made of the patterned silicon film 4n is formed in the memory cell region 1A. At this time, since the photoresist pattern is formed in the peripheral circuit region 1B as described above, the silicon film 4 is not patterned. In the memory cell region 1A, the insulating film 3 remaining under the control gate electrode CG becomes a gate insulating film of the control transistor. Therefore, the control gate electrode CG made of the silicon film 4n is formed on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) via the insulating film 3 as a gate insulating film.

メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGで覆われた部分以外の絶縁膜3(すなわちゲート絶縁膜となる部分以外の絶縁膜3)は、ステップS6のパターニング工程で行うドライエッチングや、あるいはそのドライエッチング後にウェットエッチングを行うことによって除去され得る。   In the memory cell region 1A, the insulating film 3 other than the portion covered with the control gate electrode CG (that is, the insulating film 3 other than the portion that becomes the gate insulating film) is dry-etched in the patterning process of step S6 or the dry film thereof. It can be removed by wet etching after etching.

次に、メモリセル領域1Aに後で形成されるメモリトランジスタのしきい値電圧を調整するために、必要に応じて、メモリセル領域1Aのp型ウエルPW1の表面部(表層部)に対してチャネルドープイオン注入を行う。   Next, in order to adjust the threshold voltage of a memory transistor formed later in the memory cell region 1A, the surface portion (surface layer portion) of the p-type well PW1 in the memory cell region 1A is adjusted as necessary. Channel doped ion implantation is performed.

次に、洗浄処理を行って、半導体基板1の主面を清浄化処理した後、図10に示されるように、半導体基板1の主面(表面)と制御ゲート電極CGの表面(上面および側面)上に、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜からなる絶縁膜5を形成する(図5のステップS7)。   Next, after performing a cleaning process to clean the main surface of the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 10, the main surface (front surface) of the semiconductor substrate 1 and the surface of the control gate electrode CG (upper surface and side surfaces). ), An insulating film 5 made of a laminated film of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c is formed (step S7 in FIG. 5).

絶縁膜5は、メモリトランジスタのゲート絶縁膜用の絶縁膜であり、内部に電荷蓄積部(電荷蓄積層)を有する絶縁膜であり、下から順に形成された酸化シリコン膜(酸化膜)6a、窒化シリコン膜(窒化膜)6bおよび酸化シリコン膜(酸化膜)6cの積層膜(ONO膜)からなる。すなわち、絶縁膜5は、酸化シリコン膜(酸化膜)6aと、酸化シリコン膜6a上の窒化シリコン膜(窒化膜)6bと、窒化シリコン膜6b上の酸化シリコン膜(酸化膜)6cとの積層膜からなる。ステップS7において、図10に示されるように、絶縁膜5は、制御ゲート電極CGおよびシリコン膜4で覆われていない部分の半導体基板1の表面と、制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)と、シリコン膜4の表面(側面および上面)とに形成される。   The insulating film 5 is an insulating film for a gate insulating film of the memory transistor, and is an insulating film having a charge storage portion (charge storage layer) inside, and a silicon oxide film (oxide film) 6a formed in order from the bottom. It consists of a laminated film (ONO film) of a silicon nitride film (nitride film) 6b and a silicon oxide film (oxide film) 6c. That is, the insulating film 5 includes a silicon oxide film (oxide film) 6a, a silicon nitride film (nitride film) 6b on the silicon oxide film 6a, and a silicon oxide film (oxide film) 6c on the silicon nitride film 6b. It consists of a membrane. In step S7, as shown in FIG. 10, the insulating film 5 includes the surface of the semiconductor substrate 1 that is not covered with the control gate electrode CG and the silicon film 4, and the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG. And on the surface (side surface and upper surface) of the silicon film 4.

絶縁膜5のうち、酸化シリコン膜6a,6cは、例えば酸化処理(熱酸化処理)またはCVD法あるいはその組み合わせにより形成することができる。この際の酸化処理(熱酸化処理)には、ISSG(In Situ Steam Generation)酸化を用いることも可能である。絶縁膜5のうち、窒化シリコン膜6bは、例えばCVD法により形成することができる。   Of the insulating film 5, the silicon oxide films 6a and 6c can be formed by, for example, an oxidation process (thermal oxidation process), a CVD method, or a combination thereof. It is possible to use ISSG (In Situ Steam Generation) oxidation for the oxidation treatment (thermal oxidation treatment) at this time. Of the insulating film 5, the silicon nitride film 6b can be formed by, for example, a CVD method.

絶縁膜5を形成するには、例えば、まず、半導体基板1の表面上と制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)上とシリコン膜4の表面(側面および上面)上とに酸化シリコン膜6aを熱酸化法(好ましくはISSG酸化)により形成してから、酸化シリコン膜6a上に窒化シリコン膜6bをCVD法で堆積し、更に窒化シリコン膜6b上に酸化シリコン膜6cをCVD法または熱酸化あるいはその両方で形成する。これにより、酸化シリコン膜6a、窒化シリコン膜6bおよび酸化シリコン膜6cの積層膜からなる絶縁膜5を形成することができる。   In order to form the insulating film 5, for example, first, the silicon oxide film 6a is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, on the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG, and on the surface (side surface and upper surface) of the silicon film 4. Is formed by a thermal oxidation method (preferably ISSG oxidation), a silicon nitride film 6b is deposited on the silicon oxide film 6a by a CVD method, and a silicon oxide film 6c is further formed on the silicon nitride film 6b by a CVD method or thermal oxidation. Alternatively, both are formed. Thereby, the insulating film 5 composed of a laminated film of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c can be formed.

酸化シリコン膜6aの厚みは、例えば2〜10nm程度とすることができ、窒化シリコン膜6bの厚みは、例えば5〜15nm程度とすることができ、酸化シリコン膜6cの厚みは、例えば2〜10nm程度とすることができる。最後の酸化膜(絶縁膜5のうちの最上層の酸化シリコン膜6c)は、例えば窒化膜(絶縁膜5のうちの中間層の窒化シリコン膜6b)の上層部分を酸化して形成することで、高耐圧膜を形成することもできる。   The thickness of the silicon oxide film 6a can be, for example, about 2 to 10 nm, the thickness of the silicon nitride film 6b can be, for example, about 5 to 15 nm, and the thickness of the silicon oxide film 6c can be, for example, 2 to 10 nm. Can be about. The last oxide film (the uppermost silicon oxide film 6c in the insulating film 5) is formed by oxidizing the upper layer portion of, for example, the nitride film (the intermediate silicon nitride film 6b in the insulating film 5). A high breakdown voltage film can also be formed.

絶縁膜5は、後で形成されるメモリゲート電極MGのゲート絶縁膜として機能し、電荷保持機能を有する。従って、絶縁膜5は、メモリトランジスタの電荷保持(電荷蓄積)機能を有するゲート絶縁膜として機能できるように、少なくとも3層の積層構造を有し、外側の層(酸化シリコン膜6a,6c)のポテンシャル障壁高さに比べ、内側の層(窒化シリコン膜6b)のポテンシャル障壁高さが低くなる。これは、本実施の形態のように、絶縁膜5を、酸化シリコン膜6aと、酸化シリコン膜6a上の窒化シリコン膜6bと、窒化シリコン膜6b上の酸化シリコン膜6cとを有する積層膜とすることで達成できる。ステップS7で絶縁膜5を形成した段階では、絶縁膜5全体が、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜で構成されており、空洞CAVはまだ形成されていない。   The insulating film 5 functions as a gate insulating film of a memory gate electrode MG to be formed later and has a charge holding function. Therefore, the insulating film 5 has a laminated structure of at least three layers so that it can function as a gate insulating film having a charge holding (charge accumulation) function of the memory transistor, and the outer layers (silicon oxide films 6a and 6c). The potential barrier height of the inner layer (silicon nitride film 6b) is lower than the potential barrier height. This is because, as in the present embodiment, the insulating film 5 includes a silicon oxide film 6a, a stacked film including a silicon nitride film 6b on the silicon oxide film 6a, and a silicon oxide film 6c on the silicon nitride film 6b. This can be achieved. At the stage where the insulating film 5 is formed in step S7, the entire insulating film 5 is composed of a laminated film of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c, and the cavity CAV has not yet been formed. .

次に、図11に示されるように、半導体基板1の主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜5上に、メモリセル領域1Aにおいては制御ゲート電極CGを覆うように、周辺回路領域1Bにおいてはシリコン膜4を覆うように、メモリゲート電極MG形成用の導電体膜としてシリコン膜7nを形成(堆積)する(図5のステップS8)。   Next, as shown in FIG. 11, on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 5, in the memory cell region 1A, the peripheral circuit region is covered so as to cover the control gate electrode CG. In 1B, a silicon film 7n is formed (deposited) as a conductor film for forming the memory gate electrode MG so as to cover the silicon film 4 (step S8 in FIG. 5).

シリコン膜7nは、多結晶シリコン膜からなり、CVD法などを用いて形成することができる。シリコン膜7nの膜厚(堆積膜厚)は、例えば30〜150nm程度とすることができる。成膜時はシリコン膜7nをアモルファスシリコン膜として形成してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。   The silicon film 7n is made of a polycrystalline silicon film and can be formed using a CVD method or the like. The film thickness (deposition film thickness) of the silicon film 7n can be, for example, about 30 to 150 nm. At the time of film formation, the silicon film 7n can be formed as an amorphous silicon film, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.

シリコン膜7nは、n型不純物が導入されて低抵抗とされている。シリコン膜7nの成膜後のイオン注入でシリコン膜7nにn型不純物を導入することもできるが、シリコン膜7nの成膜時にシリコン膜7nにn型不純物を導入することもできる。シリコン膜7nの成膜時にn型不純物を導入する場合には、シリコン膜7nの成膜用のガスにドーピングガス(n型不純物添加用のガス)を含ませることで、n型不純物が導入されたシリコン膜7nを成膜することができる。いずれにしても、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bに、n型不純物が導入されたシリコン膜7nが形成される。   The silicon film 7n has a low resistance by introducing an n-type impurity. An n-type impurity can be introduced into the silicon film 7n by ion implantation after the formation of the silicon film 7n, but an n-type impurity can also be introduced into the silicon film 7n when the silicon film 7n is formed. When introducing an n-type impurity when forming the silicon film 7n, the doping gas (gas for adding an n-type impurity) is included in the gas for forming the silicon film 7n so that the n-type impurity is introduced. The silicon film 7n can be formed. In any case, a silicon film 7n doped with n-type impurities is formed in the memory cell region 1A and the peripheral circuit region 1B.

次に、異方性エッチング技術により、シリコン膜7nをエッチバック(エッチング、ドライエッチング、異方性エッチング)する(図5のステップS9)。   Next, the silicon film 7n is etched back (etching, dry etching, anisotropic etching) by an anisotropic etching technique (step S9 in FIG. 5).

ステップS9のエッチバック工程では、シリコン膜7nの堆積膜厚の分だけシリコン膜7nを異方性エッチング(エッチバック)することにより、制御ゲート電極CGの両方の側壁上に(絶縁膜5を介して)シリコン膜7nをサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域のシリコン膜7nを除去する。これにより、図12に示されるように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの両方の側壁のうち、一方の側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残存したシリコン膜7nにより、メモリゲート電極MGが形成され、また、他方の側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残存したシリコン膜7nにより、シリコンスペーサSP1が形成される。メモリゲート電極MGは、絶縁膜5上に、制御ゲート電極CGと絶縁膜5を介して隣り合うように形成される。   In the etch back process of step S9, the silicon film 7n is anisotropically etched (etched back) by an amount corresponding to the deposited film thickness of the silicon film 7n, so that both sides of the control gate electrode CG (on the insulating film 5) are formed. The silicon film 7n is left in the shape of a sidewall spacer, and the silicon film 7n in other regions is removed. As a result, as shown in FIG. 12, in the memory cell region 1A, the silicon film 7n remaining in the shape of a sidewall spacer on one of the sidewalls of the control gate electrode CG via the insulating film 5 is used. Then, the memory gate electrode MG is formed, and the silicon spacer SP1 is formed by the silicon film 7n remaining in the shape of the sidewall spacer on the other sidewall via the insulating film 5. The memory gate electrode MG is formed on the insulating film 5 so as to be adjacent to the control gate electrode CG with the insulating film 5 interposed therebetween.

シリコンスペーサSP1は、導電体からなるサイドウォールスペーサ、すなわち導電体スペーサとみなすこともできる。メモリゲート電極MGとシリコンスペーサSP1とは、制御ゲート電極CGの互いに反対側となる側壁上に形成されており、制御ゲート電極CGを挟んでほぼ対称な構造を有している。また、周辺回路領域1Bに残存させているシリコン膜4の側壁上にも、絶縁膜5を介してシリコンスペーサSP1が形成され得る。   The silicon spacer SP1 can also be regarded as a side wall spacer made of a conductor, that is, a conductor spacer. The memory gate electrode MG and the silicon spacer SP1 are formed on the side walls opposite to each other of the control gate electrode CG, and have a substantially symmetrical structure with the control gate electrode CG interposed therebetween. Also, the silicon spacer SP1 can be formed on the sidewall of the silicon film 4 remaining in the peripheral circuit region 1B via the insulating film 5.

ステップS9のエッチバック工程を行った段階で、メモリゲート電極MGとシリコンスペーサSP1で覆われていない領域の絶縁膜5が露出される。メモリセル領域1Aにおけるメモリゲート電極MGの下の絶縁膜5が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜となる。シリコン膜7nの堆積膜厚によってメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まるので、上記ステップS8で堆積するシリコン膜7nの堆積膜厚を調整することで、メモリゲート長を調整することができる。   At the stage where the etch back process of step S9 is performed, the insulating film 5 in the region not covered with the memory gate electrode MG and the silicon spacer SP1 is exposed. The insulating film 5 under the memory gate electrode MG in the memory cell region 1A becomes a gate insulating film of the memory transistor. Since the memory gate length (the gate length of the memory gate electrode MG) is determined by the deposited film thickness of the silicon film 7n, the memory gate length is adjusted by adjusting the deposited film thickness of the silicon film 7n deposited in step S8. Can do.

次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、メモリゲート電極MGが覆われかつシリコンスペーサSP1が露出されるようなフォトレジストパターン(図示せず)を半導体基板1上に形成してから、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとしたドライエッチングにより、シリコンスペーサSP1を除去する(図5のステップS10)。その後、このフォトレジストパターンを除去する。ステップS10のエッチング工程により、図13に示されるように、シリコンスペーサSP1が除去されるが、メモリゲート電極MGは、フォトレジストパターンで覆われていたので、エッチングされずに残存する。   Next, a photolithography technique is used to form a photoresist pattern (not shown) on the semiconductor substrate 1 so as to cover the memory gate electrode MG and expose the silicon spacer SP1. The silicon spacer SP1 is removed by dry etching using as an etching mask (step S10 in FIG. 5). Thereafter, the photoresist pattern is removed. As shown in FIG. 13, the silicon spacer SP <b> 1 is removed by the etching process of step S <b> 10, but the memory gate electrode MG remains unetched because it is covered with the photoresist pattern.

次に、図14に示されるように、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGで覆われずに露出する部分をエッチング(例えばウェットエッチング)によって除去する(図5のステップS11)。この際、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGの下とメモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG間とに位置する絶縁膜5は、除去されずに残存し、他の領域の絶縁膜5は除去される。   Next, as shown in FIG. 14, a portion of the insulating film 5 that is exposed without being covered with the memory gate electrode MG is removed by etching (for example, wet etching) (step S11 in FIG. 5). At this time, in the memory cell region 1A, the insulating film 5 located under the memory gate electrode MG and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG remains without being removed, and the insulating film 5 in other regions remains Removed.

次に、周辺回路領域1Bに形成されているシリコン膜4上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(ここでは図示しないけれども、メモリセル領域1A全体と周辺回路領域1Bのpチャネル型MISFET形成予定領域にこのフォトレジストパターンが形成される)を形成し、このフォトレジストパターンをマスクとして用いて、周辺回路領域1Bのシリコン膜4にn型不純物をイオン注入法などによって導入する。これにより、周辺回路領域1Bにn型のシリコン膜(周辺回路領域1Bにおいてn型不純物が導入されたシリコン膜4に対応)が形成される。その後、このn型のシリコン膜上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(ここでは図示しないけれども、メモリセル領域1A全体と周辺回路領域1Bのゲート電極GE形成予定領域とにこのフォトレジストパターンが形成される)を形成し、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、前記n型のシリコン膜をエッチング(ドライエッチング)してパターニングする。このとき、メモリセル領域1Aは、フォトレジストパターンで覆われており、エッチングされない。その後、このフォトレジストパターンを除去する。これにより、図15に示されるように、パターニングされたn型のシリコン膜(すなわち周辺回路領域1Bにおいてn型不純物が導入されたシリコン膜4をパターニングしたもの)からなるゲート電極GEが形成される。   Next, a photoresist pattern is formed on the silicon film 4 formed in the peripheral circuit region 1B by using a photolithography method (although not shown here, a p-channel MISFET is to be formed in the entire memory cell region 1A and the peripheral circuit region 1B). This photoresist pattern is formed in the region), and using this photoresist pattern as a mask, an n-type impurity is introduced into the silicon film 4 in the peripheral circuit region 1B by ion implantation or the like. As a result, an n-type silicon film (corresponding to the silicon film 4 doped with n-type impurities in the peripheral circuit region 1B) is formed in the peripheral circuit region 1B. Thereafter, a photoresist pattern is formed on the n-type silicon film by using a photolithography method (although not shown here, this photoresist pattern is formed in the entire memory cell region 1A and the gate electrode GE formation region in the peripheral circuit region 1B). The n-type silicon film is etched (dry etching) and patterned using this photoresist pattern as an etching mask. At this time, the memory cell region 1A is covered with the photoresist pattern and is not etched. Thereafter, the photoresist pattern is removed. As a result, as shown in FIG. 15, a gate electrode GE made of a patterned n-type silicon film (that is, a patterned silicon film 4 doped with n-type impurities in the peripheral circuit region 1B) is formed. .

図16は、図15の部分拡大断面図であり、図15におけるメモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている。図16からも分かるように、絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって連続的に延在しており、絶縁膜5全体が、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜で構成されている。この段階では、絶縁膜5にまだ空洞CAVは形成されていない。   FIG. 16 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 15, and shows a part of the memory cell region 1A in FIG. 15 in an enlarged manner. As can be seen from FIG. 16, the insulating film 5 includes both a region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and a region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The entire insulating film 5 is composed of a laminated film of a silicon oxide film 6a, a silicon nitride film 6b, and a silicon oxide film 6c. At this stage, the cavity CAV has not yet been formed in the insulating film 5.

次に、図17に示されるように、半導体基板1の主面(主面全面)上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEを覆うように、絶縁膜8を形成する(図5のステップS12a)。   Next, as shown in FIG. 17, an insulating film 8 is formed on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE ( Step S12a in FIG.

絶縁膜8は、好ましくは酸化シリコン膜からなり、その形成膜厚(厚み)は、例えば5〜20nm程度とすることができる。また、絶縁膜8は、例えばCVD法などを用いて形成することができる。   The insulating film 8 is preferably made of a silicon oxide film, and the formed film thickness (thickness) can be set to about 5 to 20 nm, for example. The insulating film 8 can be formed using, for example, a CVD method.

次に、図18に示されるように、異方性エッチング技術により、絶縁膜8をエッチバック(エッチング、ドライエッチング、異方性エッチング)する(図5のステップS12b)。図19は、図18の部分拡大断面図であり、図18におけるメモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている。   Next, as shown in FIG. 18, the insulating film 8 is etched back (etching, dry etching, anisotropic etching) by an anisotropic etching technique (step S12b in FIG. 5). FIG. 19 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 18, showing a part of the memory cell region 1A in FIG. 18 in an enlarged manner.

ステップS12bのエッチバック工程では、絶縁膜8の堆積膜厚の分だけ絶縁膜8を異方性エッチング(エッチバック)することにより、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの側壁上に絶縁膜8を残し、他の領域の絶縁膜8を除去する。これにより、図18および図19に示されるように、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの各側壁上に残存する絶縁膜8からなる側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ、オフセットスペーサ)SW1が形成される。   In the etch back process of step S12b, the insulating film 8 is anisotropically etched (etched back) by the amount of the deposited film of the insulating film 8 so that the sidewalls of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE are formed. Then, the insulating film 8 is left, and the insulating film 8 in other regions is removed. As a result, as shown in FIGS. 18 and 19, sidewall insulating films (sidewall spacers, offset spacers) made of the insulating film 8 remaining on the sidewalls of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE. SW1 is formed.

側壁絶縁膜SW1は、ゲート電極GEの両側壁上と、制御ゲート電極CGの側壁のうち、絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGに隣接している側の側壁とは反対側の側壁上と、メモリゲート電極MGの側壁のうち、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGに隣接している側の側壁とは反対側の側壁上とに形成される。   Side wall insulating film SW1 is formed on both side walls of gate electrode GE and on the side wall of control gate electrode CG opposite to the side wall adjacent to memory gate electrode MG through insulating film 5 Of the sidewalls of the memory gate electrode MG, the sidewalls on the side opposite to the sidewall adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5 are formed.

本実施の形態では、後で空洞CAVを的確に形成できるように、メモリゲート電極MGの側壁であって、制御ゲート電極CGに(絶縁膜5を介して)隣接する側とは反対側の側壁上に、側壁絶縁膜SW1が形成されることが重要である。この側壁絶縁膜SW1は、後述のように、エクステンション領域(n型半導体領域9a,9b,9cに対応)形成時のイオン注入素子マスクとしても機能し得る。 In the present embodiment, the side wall of the memory gate electrode MG that is opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG (via the insulating film 5) so that the cavity CAV can be accurately formed later. It is important that the sidewall insulating film SW1 is formed thereon. The sidewall insulating film SW1 can also function as an ion implantation element mask when forming extension regions (corresponding to the n type semiconductor regions 9a, 9b, and 9c), as will be described later.

次に、イオン注入法などを用いて例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物を、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEとそれらの側壁上の側壁絶縁膜SW1とをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて半導体基板1(p型ウエルPW1,PW2)に導入(ドーピング)することで、図20のように、n型半導体領域(不純物拡散層)9a,9b,9cを形成する(図5のステップS13)。 Next, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is removed from the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, and the side wall insulating film on the side walls using an ion implantation method or the like. By introducing (doping) into the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2) using SW1 as a mask (ion implantation blocking mask), an n -type semiconductor region (impurity diffusion layer) 9a as shown in FIG. , 9b, 9c are formed (step S13 in FIG. 5).

この際、n型半導体領域9aは、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGと隣り合う側とは反対側の側壁)上の側壁絶縁膜SW1の側面(制御ゲート電極CGに接している側とは反対側の側面)に自己整合して形成される。また、n型半導体領域9bは、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの側壁(絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGと隣り合う側とは反対側の側壁)上の側壁絶縁膜SW1の側面(メモリゲート電極MGに接している側とは反対側の側面)に自己整合して形成される。また、n型半導体領域9cは、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GEの両側壁上の側壁絶縁膜SW1の側面(ゲート電極GEに接している側とは反対側の側面)に自己整合して形成される。n型半導体領域9aおよびn型半導体領域9bは、メモリセル領域1Aに形成されるメモリセルのソース・ドレイン領域の一部として機能し、n型半導体領域9cは周辺回路領域1Bに形成されるMISFETのソース・ドレイン領域の一部として機能することができる。 At this time, the n -type semiconductor region 9a includes a sidewall insulating film on the sidewall of the memory gate electrode MG (the sidewall opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5) in the memory cell region 1A. It is formed in self-alignment with the side surface of SW1 (the side surface opposite to the side in contact with the control gate electrode CG). Further, the n type semiconductor region 9b includes the sidewall insulating film SW1 on the sidewall of the control gate electrode CG (the sidewall opposite to the side adjacent to the memory gate electrode MG via the insulating film 5) in the memory cell region 1A. Is formed in a self-aligned manner on the side surface (the side surface opposite to the side in contact with the memory gate electrode MG). The n type semiconductor region 9c is self-aligned with the side surface of the side wall insulating film SW1 on the both side walls of the gate electrode GE (the side surface opposite to the side in contact with the gate electrode GE) in the peripheral circuit region 1B. Formed. The n type semiconductor region 9a and the n type semiconductor region 9b function as a part of the source / drain region of the memory cell formed in the memory cell region 1A, and the n type semiconductor region 9c is formed in the peripheral circuit region 1B. It can function as a part of the source / drain region of the MISFET.

次に、図21に示されるように、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって延在している絶縁膜5のうち、窒化シリコン膜6bの一部をエッチングによって除去する(図5のステップS14)。窒化シリコン膜6bが除去された部分は空洞CAVとなる。図22は、図21の部分拡大断面図であり、図21におけるメモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている(なお図22では、n型半導体領域9a,9bは図示を省略してp型ウエルPW1に含めてある)。 Next, as shown in FIG. 21, the region extending over both the region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG are extended. Of the existing insulating film 5, a part of the silicon nitride film 6b is removed by etching (step S14 in FIG. 5). The portion from which the silicon nitride film 6b is removed becomes a cavity CAV. 22 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 21, in which a part of the memory cell region 1A in FIG. 21 is shown enlarged (in FIG. 22, the n type semiconductor regions 9a and 9b are not shown). And included in the p-type well PW1).

このステップS14では、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面とメモリゲート電極MGの側面との間の部分の窒化シリコン膜6bを除去して空洞CAVを形成する。   In this step S14, a portion of the silicon nitride film 6b between the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the memory gate electrode MG in the insulating film 5 is removed to form a cavity CAV.

ステップS14を行う前の段階では、絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって連続的に延在しており、この絶縁膜5全体が、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜(ONO膜)によって構成されている(図19の状態に対応)。この段階において、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間に位置する部分の絶縁膜5は、その上端部5aが露出した状態となっている。ここで、絶縁膜5の上端部5aは、絶縁膜5において、メモリゲート電極MGの上部と制御ゲート電極CGの上部とで挟まれた側の端部に対応している。   In the stage before performing step S14, the insulating film 5 includes both of a region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and a region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The insulating film 5 as a whole extends over a region, and is composed of a laminated film (ONO film) of a silicon oxide film 6a, a silicon nitride film 6b, and a silicon oxide film 6c (state of FIG. 19). Corresponding). At this stage, the upper end portion 5a of the portion of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is exposed. Here, the upper end portion 5a of the insulating film 5 corresponds to the end portion of the insulating film 5 that is sandwiched between the upper portion of the memory gate electrode MG and the upper portion of the control gate electrode CG.

ステップS14では、好ましくはウェットエッチングを行うが、この際、絶縁膜5を構成する窒化シリコン膜6bを選択的にエッチングできるようなエッチング液を使用する。すなわち、窒化シリコン膜6bのエッチング速度が、酸化シリコン膜6a,6cのエッチング速度およびシリコン膜4n,7n,4(すなわち制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEを構成する各シリコン膜)のエッチング速度よりも大きくなるようなエッチング液を使用する。換言すれば、窒化シリコン膜6bがエッチングされやすく、酸化シリコン膜6a,6cやシリコン膜4n,6n,4が窒化シリコン膜6bに比べてエッチングされにくいようなエッチング液を使用する。エッチング液としては、例えば熱燐酸などを用いることができる。これにより、ステップS14では、絶縁膜5を構成する窒化シリコン膜6bの一部をエッチングにより選択的に除去するとともに、絶縁膜5を構成する酸化シリコン膜6a,6cや、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEを構成するシリコン膜4n,6n,4がエッチングされるのを抑制または防止することができる。   In step S14, wet etching is preferably performed. At this time, an etching solution capable of selectively etching the silicon nitride film 6b constituting the insulating film 5 is used. That is, the etching rate of the silicon nitride film 6b is the same as the etching rate of the silicon oxide films 6a and 6c and the silicon films 4n, 7n and 4 (that is, the silicon films constituting the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG and the gate electrode GE). An etching solution that is larger than the etching rate is used. In other words, an etchant is used that is easy to etch the silicon nitride film 6b and is less likely to etch the silicon oxide films 6a, 6c and the silicon films 4n, 6n, 4 than the silicon nitride film 6b. As the etchant, for example, hot phosphoric acid can be used. Thereby, in step S14, a part of the silicon nitride film 6b constituting the insulating film 5 is selectively removed by etching, and the silicon oxide films 6a and 6c constituting the insulating film 5, the control gate electrode CG, the memory It is possible to suppress or prevent etching of the silicon films 4n, 6n, and 4 constituting the gate electrode MG and the gate electrode GE.

本実施の形態においては、絶縁膜5を酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとの積層膜(ONO膜)によって形成し、その後、所望の場所の窒化シリコン膜6bを除去している。しかし、上記窒化シリコン膜6bのエッチング工程において、窒化シリコン膜6bを選択的にエッチングすることが可能であれば、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとを酸化シリコン膜だけでなく、その他の絶縁膜で形成することも可能である。例えば、酸化シリコン膜を形成した後に窒素を導入した酸窒化シリコン膜などは、窒素が導入されている量が多くなく、窒化シリコン膜のエッチング速度が十分に速ければ、酸化シリコン膜6a及び酸化シリコン膜6cとを酸窒化シリコン膜などで形成することも可能である。   In the present embodiment, the insulating film 5 is formed by a laminated film (ONO film) of a silicon oxide film 6a, a silicon nitride film 6b, and a silicon oxide film 6c, and then the silicon nitride film 6b at a desired location is removed. ing. However, if the silicon nitride film 6b can be selectively etched in the etching process of the silicon nitride film 6b, the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c are not only silicon oxide films but also other insulating materials. It is also possible to form with a film. For example, a silicon oxynitride film in which nitrogen is introduced after forming a silicon oxide film does not have a large amount of nitrogen introduced, and if the etching rate of the silicon nitride film is sufficiently high, the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film It is also possible to form the film 6c with a silicon oxynitride film or the like.

ステップS14のエッチング工程の直前段階において、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間に位置する部分の絶縁膜5は、その上端部5aが露出されており、一方、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5は、露出部を有していない。これは、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGと隣り合う側とは反対側の側壁)上には側壁絶縁膜SW1が形成されているため、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5の端部(側壁絶縁膜SW1に接する端部)5bは、側壁絶縁膜SW1で覆われて、露出していないからである。つまり、ステップS12bで側壁絶縁膜SW1を形成した後は、絶縁膜5におけるメモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)とで挟まれた側の端部5bは、側壁絶縁膜SW1で覆われて、露出していない。   Immediately before the etching process in step S14, the upper end portion 5a of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is exposed, while the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate are exposed. A portion of the insulating film 5 located between 1 (p-type well PW1) does not have an exposed portion. This is because the side wall insulating film SW1 is formed on the side wall of the memory gate electrode MG (the side wall opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5). This is because the end portion (end portion in contact with the side wall insulating film SW1) 5b of the portion of the insulating film 5 located between the semiconductor substrates 1 (p-type well PW1) is covered with the side wall insulating film SW1 and is not exposed. is there. That is, after the sidewall insulating film SW1 is formed in step S12b, the end 5b on the side of the insulating film 5 sandwiched between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is the sidewall insulating film SW1. Covered and not exposed.

絶縁膜5を構成する窒化シリコン膜6bは、酸化シリコン膜6a,6cで挟まれているため、窒化シリコン膜6bが露出するのは、絶縁膜5の端部である。このため、ステップS14のエッチング工程で窒化シリコン膜6bのエッチングを行おうとすると、絶縁膜5の端部のうちの露出部から窒化シリコン膜6bのエッチングが進行し得る。しかしながら、絶縁膜5の露出する端部は、上端部5aであるため、ステップS14のエッチング工程では、絶縁膜5の上端部5a側から窒化シリコン膜6bのエッチングが進行する。すなわち、ステップS14のエッチング工程では、絶縁膜5における制御ゲート電極CGの上部とメモリゲート電極MGの上部とで挟まれた上端部5a側から、窒化シリコン6b膜のエッチングが進行する。窒化シリコン膜6bの端部5b側からは、窒化シリコン膜6bのエッチングは進行しない。   Since the silicon nitride film 6b constituting the insulating film 5 is sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b is exposed at the end of the insulating film 5. Therefore, if the silicon nitride film 6b is to be etched in the etching process of step S14, the etching of the silicon nitride film 6b can proceed from the exposed portion of the end portion of the insulating film 5. However, since the exposed end portion of the insulating film 5 is the upper end portion 5a, the etching of the silicon nitride film 6b proceeds from the upper end portion 5a side of the insulating film 5 in the etching process of step S14. That is, in the etching process of step S14, the etching of the silicon nitride 6b film proceeds from the upper end 5a side sandwiched between the upper part of the control gate electrode CG and the upper part of the memory gate electrode MG in the insulating film 5. Etching of the silicon nitride film 6b does not proceed from the end 5b side of the silicon nitride film 6b.

ステップS14のエッチング工程におけるエッチング時間などを調整することで、窒化シリコン膜6bがエッチングされて除去される距離を制御することができる。絶縁膜5において、窒化シリコン膜6bが除去された部分は、空洞(空間)CAVとなる。すなわち、ステップS14のエッチング工程によって、絶縁膜5における窒化シリコン膜6bの一部が除去されて、空洞CAVとなる。空洞CAVには、絶縁膜5の材料が存在しない。   By adjusting the etching time and the like in the etching process of step S14, the distance at which the silicon nitride film 6b is etched away can be controlled. A portion of the insulating film 5 from which the silicon nitride film 6b has been removed becomes a cavity (space) CAV. That is, a part of the silicon nitride film 6b in the insulating film 5 is removed by the etching process in step S14 to form a cavity CAV. The material of the insulating film 5 does not exist in the cavity CAV.

ステップS14のエッチング工程において、窒化シリコン膜6bは、絶縁膜5の上端部5a側からエッチングされるが、メモリゲート電極MG側面と制御ゲート電極CG側面との間に位置する部分の絶縁膜5中の窒化シリコン膜6bが全て除去されるまでは、エッチングを継続することが好ましい。これにより、ステップS14のエッチング工程が終了すると、図22にも示されるように、メモリゲート電極MGの側面と制御ゲート電極CGの側面との間に位置する部分の絶縁膜5は、窒化シリコン膜6bを有しておらず、酸化シリコン膜6aおよび酸化シリコン膜6cと、酸化シリコン膜6a,6c間の空洞CAVとで構成された状態とすることができる。   In the etching process of step S14, the silicon nitride film 6b is etched from the upper end portion 5a side of the insulating film 5, but in the portion of the insulating film 5 located between the side surface of the memory gate electrode MG and the side surface of the control gate electrode CG. Etching is preferably continued until all of the silicon nitride film 6b is removed. As a result, when the etching process of step S14 is completed, as shown in FIG. 22, the insulating film 5 in a portion located between the side surface of the memory gate electrode MG and the side surface of the control gate electrode CG is formed of a silicon nitride film. 6b is not provided, and the silicon oxide film 6a, the silicon oxide film 6c, and the cavity CAV between the silicon oxide films 6a and 6c can be formed.

しかしながら、ステップS14のエッチング時間が長すぎると、絶縁膜5から全ての窒化シリコン膜6bが除去されてしまい、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5も、窒化シリコン膜6bを有していない状態となるが、この場合、絶縁膜5に電荷蓄積部が存在しなくなるため、不揮発性メモリとしての動作を行えなくなってしまう。このため、ステップS14のエッチング工程は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5から全ての窒化シリコン膜6bが除去されてしまう前にエッチングを終了する。これにより、ステップS14のエッチング工程後に、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5が、窒化シリコン膜6bを有している状態となり、この窒化シリコン膜6bが電荷蓄積部として機能できるため、不揮発性メモリとしての動作を行うことが可能になる。すなわち、ステップS14(窒化シリコン膜6bのエッチング工程)で除去されずにメモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)との間に残存する窒化シリコン膜6bは、メモリセルの電荷蓄積部(電荷蓄積層)として機能することができる。   However, if the etching time in step S14 is too long, all of the silicon nitride film 6b is removed from the insulating film 5, and the insulating portion located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is insulated. The film 5 also does not have the silicon nitride film 6b. However, in this case, since the charge storage portion does not exist in the insulating film 5, the operation as a nonvolatile memory cannot be performed. Therefore, the etching process in step S14 is performed before the entire silicon nitride film 6b is removed from the insulating film 5 in the portion located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1). finish. As a result, after the etching process in step S14, the insulating film 5 in a portion located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) has the silicon nitride film 6b. Since the silicon film 6b can function as a charge storage portion, it is possible to perform an operation as a nonvolatile memory. That is, the silicon nitride film 6b remaining between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) without being removed in step S14 (etching process of the silicon nitride film 6b) is a charge storage portion of the memory cell. It can function as a (charge storage layer).

次に、図23に示されるように、半導体基板1の主面(主面全面)上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GEおよび側壁絶縁膜SW1を覆うように、絶縁膜10を形成する(図5のステップS15)。図24は、図23の部分拡大断面図であり、図23におけるメモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている(なお図24では、n型半導体領域9a,9bは図示を省略してp型ウエルPW1に含めてある)。 Next, as shown in FIG. 23, an insulating film is formed on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, and the sidewall insulating film SW1. 10 is formed (step S15 in FIG. 5). 24 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 23, in which a part of the memory cell region 1A in FIG. 23 is shown enlarged (in FIG. 24, the n type semiconductor regions 9a and 9b are not shown). And included in the p-type well PW1).

絶縁膜10は、好ましくは、酸化シリコン膜の単体膜、下から順に酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の積層膜、あるいは、下から順に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の積層膜からなる。絶縁膜10の形成膜厚(厚み)は、例えば30〜100nm程度とすることができる。また、絶縁膜10は、例えばCVD法などを用いて形成することができる。上記空洞CAVは、絶縁膜10によって塞がれた(蓋をされた)状態となり、閉空間となる。   The insulating film 10 is preferably composed of a single film of a silicon oxide film, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film in order from the bottom, or a laminated film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film in order from the bottom. . The formed film thickness (thickness) of the insulating film 10 can be, for example, about 30 to 100 nm. The insulating film 10 can be formed using, for example, a CVD method. The cavity CAV is closed (covered) by the insulating film 10 and becomes a closed space.

図24にも示されるように、ステップS15で絶縁膜10を形成すると、空洞CAVは絶縁膜10で覆われるが、絶縁膜10の一部が空洞CAVの上部に侵入し、空洞CAVが絶縁膜10の一部(空洞CAVの上部に侵入した部分)で塞がれた(蓋をされた)状態となる。このため、ステップS14で空洞を形成した後で、ステップS15で絶縁膜10を形成する前は、空洞CAVは、上部(上端部5aに対応する部分)が開放された開空間であったが、ステップS15で絶縁膜10を形成すると、空洞CAVは、上部(上端部5aに対応する部分)が絶縁膜10で塞がれた(閉じられた)閉空間となる。   As shown in FIG. 24, when the insulating film 10 is formed in step S15, the cavity CAV is covered with the insulating film 10, but a part of the insulating film 10 penetrates into the upper part of the cavity CAV, and the cavity CAV becomes the insulating film. A part of 10 (portion that has entered the upper part of the cavity CAV) is closed (covered). For this reason, after forming the cavity in step S14 and before forming the insulating film 10 in step S15, the cavity CAV was an open space in which the upper part (the part corresponding to the upper end part 5a) was opened. When the insulating film 10 is formed in step S15, the cavity CAV becomes a closed space in which the upper portion (the portion corresponding to the upper end portion 5a) is closed (closed) with the insulating film 10.

次に、図25に示されるように、異方性エッチング技術により、絶縁膜10をエッチバック(エッチング、ドライエッチング、異方性エッチング)する(図5のステップS16)。図26は、図25の部分拡大断面図であり、図25におけるメモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている(なお図26では、n型半導体領域9a,9bは図示を省略してp型ウエルPW1に含めてある)。 Next, as shown in FIG. 25, the insulating film 10 is etched back (etching, dry etching, anisotropic etching) by an anisotropic etching technique (step S16 in FIG. 5). 26 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 25, in which a part of the memory cell region 1A in FIG. 25 is shown enlarged (in FIG. 26, the n type semiconductor regions 9a and 9b are not shown). And included in the p-type well PW1).

ステップS16のエッチバック工程では、絶縁膜10の堆積膜厚の分だけ絶縁膜10を異方性エッチング(エッチバック)することにより、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの側壁上に絶縁膜10をサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域の絶縁膜10を除去する。これにより、図25および図26に示されるように、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの各側壁上に、残存する絶縁膜10からなるサイドウォールスペーサ(サイドウォール、側壁スペーサ、側壁絶縁膜)SW2が形成される。サイドウォールスペーサSW2は、残存する絶縁膜10からなるが、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの各側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介して、サイドウォールスペーサSW2が形成される。   In the etch back process of step S16, the insulating film 10 is anisotropically etched (etched back) by the amount of the deposited film thickness of the insulating film 10, so that the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE are formed on the sidewalls. Then, the insulating film 10 is left in the form of a sidewall spacer, and the insulating film 10 in other regions is removed. Thus, as shown in FIGS. 25 and 26, sidewall spacers (sidewalls, sidewall spacers, side walls made of the remaining insulating film 10 are formed on the sidewalls of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE. Side wall insulating film (SW2) is formed. The side wall spacer SW2 is made of the remaining insulating film 10, but the side wall spacer SW2 is formed on each side wall of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE via the side wall insulating film SW1. .

具体的には、制御ゲート電極CGの側壁のうち、メモリゲート電極MGに隣接している側の側壁とは反対側の側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介してサイドウォールスペーサSW2が形成され、メモリゲート電極MGの側壁のうち、制御ゲート電極CGに隣接している側の側壁とは反対側の側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介してサイドウォールスペーサSW2が形成された状態となる。また、ゲート電極GEの両側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介してサイドウォールスペーサSW2が形成された状態となる。すなわち、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGにおいては、互いに隣接する側とは反対側の側壁上に、(側壁絶縁膜SW1を介して)サイドウォールスペーサSW2が形成された状態となる。   Specifically, a side wall spacer SW2 is formed on the side wall of the control gate electrode CG opposite to the side wall adjacent to the memory gate electrode MG via the side wall insulating film SW1, A side wall spacer SW2 is formed on the side wall of the memory gate electrode MG opposite to the side wall adjacent to the control gate electrode CG via the side wall insulating film SW1. Further, the side wall spacer SW2 is formed on both side walls of the gate electrode GE via the side wall insulating film SW1. That is, in the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, the side wall spacer SW2 is formed on the side wall opposite to the side adjacent to each other (via the side wall insulating film SW1).

ステップS15で絶縁膜10を形成すると、絶縁膜10の一部が空洞CAVの上部に侵入し、空洞CAVが絶縁膜10の一部(空洞CAVの上部に侵入した部分)で塞がれた(蓋をされた)状態となるが、この状態でステップS16のエッチバック工程を行って絶縁膜10を異方性エッチングすると、空洞CAVの上部に侵入していた部分の絶縁膜10は、除去されずに残存し、絶縁膜部分(絶縁体部分)10aとなる。すなわち、ステップS16のエッチバック工程後、空洞CAVの上部に絶縁膜10の一部が絶縁膜部分10aとして残存する。   When the insulating film 10 is formed in step S15, a part of the insulating film 10 enters the upper part of the cavity CAV, and the cavity CAV is blocked by a part of the insulating film 10 (a part that enters the upper part of the cavity CAV) ( In this state, when the insulating film 10 is anisotropically etched by performing the etch-back process in step S16, the portion of the insulating film 10 that has entered the upper part of the cavity CAV is removed. The insulating film portion (insulator portion) 10a remains. That is, after the etch back process in step S16, a part of the insulating film 10 remains as the insulating film portion 10a on the cavity CAV.

絶縁膜部分10aは、絶縁膜10の一部(酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとの間に残存する部分)によって形成される。このため、空洞CAVの上部が、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとによって挟まれた絶縁膜部分10aによって塞がれた(蓋をされた)状態となる。つまり、空洞CAVは、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび絶縁膜部分10aによって囲まれた閉空間になり、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび絶縁膜部分10aによって空洞CAVの内壁が形成されることになる。空洞CAVが絶縁膜部分10aで塞がれて以降は、空洞CAVが閉空間であることが維持され得る。空洞CAVが絶縁膜部分10aで塞がれたことで、不要なもの(例えば洗浄工程などで使用する各種の液体、フォトレジスト材料、あるいは後述の金属膜12など)が空洞CAVに侵入してしまうのを防止することができる。この観点から、上記ステップS14で窒化シリコン膜6bをエッチングして空洞CAVを形成した後、フォトリソグラフィ工程や他のエッチング工程を行わずに、上記ステップS15で絶縁膜10を形成することが好ましい。   The insulating film portion 10a is formed by a part of the insulating film 10 (portion remaining between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c). For this reason, the upper part of the cavity CAV is closed (covered) by the insulating film portion 10a sandwiched between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c. That is, the cavity CAV becomes a closed space surrounded by the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b, and the insulating film portion 10a, and the cavity CAV is formed by the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b, and the insulating film portion 10a. The inner wall will be formed. After the cavity CAV is closed by the insulating film portion 10a, it can be maintained that the cavity CAV is a closed space. Since the cavity CAV is blocked by the insulating film portion 10a, unnecessary liquids (for example, various liquids used in the cleaning process, a photoresist material, or a metal film 12 described later) enter the cavity CAV. Can be prevented. From this point of view, it is preferable to form the insulating film 10 in step S15 without performing the photolithography process or other etching processes after the silicon nitride film 6b is etched in step S14 to form the cavity CAV.

絶縁膜部分10aは、絶縁膜10の下層部分からなるため、絶縁膜10が、酸化シリコン膜の単体膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の積層膜、あるいは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の積層膜のいずれの場合も、絶縁膜部分10aは酸化シリコンからなる。このため、絶縁膜部分10aは、好ましくは酸化シリコンからなる。サイドウォールスペーサSW2と絶縁膜部分10aは、いずれも絶縁膜10の一部によって形成されるため、絶縁膜部分10aは、サイドウォールスペーサSW2の少なくとも一部と同種の絶縁体材料からなる。   Since the insulating film portion 10a is composed of a lower layer portion of the insulating film 10, the insulating film 10 is a single film of a silicon oxide film, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, or a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an oxide film. In any case of the laminated film of the silicon film, the insulating film portion 10a is made of silicon oxide. For this reason, the insulating film portion 10a is preferably made of silicon oxide. Since both the sidewall spacer SW2 and the insulating film portion 10a are formed by a part of the insulating film 10, the insulating film portion 10a is made of the same kind of insulator material as at least a part of the sidewall spacer SW2.

次に、図27に示されるように、n型半導体領域(不純物拡散層)11a,11b,11cをイオン注入法などを用いて形成する(図5のステップS17)。例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物を、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEとそれらの側壁上の側壁絶縁膜SW1およびサイドウォールスペーサSW2とをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて半導体基板1(p型ウエルPW1,PW2)に導入することで、n型半導体領域11a,11b,11cを形成することができる。この際、n型半導体領域11aは、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGの側壁上のサイドウォールスペーサSW2に自己整合して形成され、n型半導体領域11bは、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの側壁上のサイドウォールスペーサSW2に自己整合して形成される。また、n型半導体領域11cは、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GEの両側壁上のサイドウォールスペーサSW2に自己整合して形成される。これにより、LDD(lightly doped drain)構造が形成される。 Next, as shown in FIG. 27, n + -type semiconductor regions (impurity diffusion layers) 11a, 11b, and 11c are formed using an ion implantation method or the like (step S17 in FIG. 5). For example, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is masked on the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE and the sidewall insulating film SW1 and the sidewall spacer SW2 on the sidewalls thereof ( By introducing it into the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2) using it as an ion implantation blocking mask), n + -type semiconductor regions 11a, 11b, 11c can be formed. At this time, the n + -type semiconductor region 11a is formed in self-alignment with the sidewall spacer SW2 on the sidewall of the memory gate electrode MG in the memory cell region 1A, and the n + -type semiconductor region 11b is formed in the memory cell region 1A. , Formed in self-alignment with the sidewall spacer SW2 on the sidewall of the control gate electrode CG. The n + type semiconductor region 11c is formed in self-alignment with the sidewall spacer SW2 on both side walls of the gate electrode GE in the peripheral circuit region 1B. Thereby, an LDD (lightly doped drain) structure is formed.

このようにして、n型半導体領域9aとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域11aとにより、メモリトランジスタのソース領域として機能するn型の半導体領域MSが形成され、n型半導体領域9bとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域11bとにより、制御トランジスタのドレイン領域として機能するn型の半導体領域MDが形成される。また、n型半導体領域9cとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域11cとにより、周辺回路領域1BのMISFETのソース・ドレイン領域として機能するn型の半導体領域SDが形成される。 In this manner, the n type semiconductor region 9 a functioning as the source region of the memory transistor is formed by the n type semiconductor region 9 a and the n + type semiconductor region 11 a having a higher impurity concentration than that, thereby forming the n type semiconductor. An n-type semiconductor region MD that functions as a drain region of the control transistor is formed by the region 9b and the n + -type semiconductor region 11b having a higher impurity concentration. The n type semiconductor region 9c and the n + type semiconductor region 11c having a higher impurity concentration form an n type semiconductor region SD that functions as a source / drain region of the MISFET in the peripheral circuit region 1B.

次に、ソースおよびドレイン用のn型の半導体領域MS,MD,SD(n型半導体領域9a,9b,9cおよびn型半導体領域11a,11b,11c)に導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う。 Next, the impurities introduced into the n-type semiconductor regions MS, MD, SD (n type semiconductor regions 9a, 9b, 9c and n + type semiconductor regions 11a, 11b, 11c) for the source and drain are activated. Activation annealing, which is a heat treatment for the purpose, is performed.

このようにして、メモリセル領域1Aに不揮発性メモリのメモリセルMCが形成され、周辺回路領域1BにMISFETが形成される。   In this manner, the memory cell MC of the nonvolatile memory is formed in the memory cell region 1A, and the MISFET is formed in the peripheral circuit region 1B.

次に、半導体基板1の主面全面上に酸化シリコン膜をCVD法などにより形成する。次にフォトリソグラフィ法、エッチング法を用いてn型半導体領域11a,11b,11cの上面(表面)と制御ゲート電極CGの上面とメモリゲート電極MGの上面とゲート電極GEの上面のシリコン面(シリコン領域、シリコン膜)を露出させる。それから、図28に示されるように、n型半導体領域11a,11b,11cの上面(表面)上とメモリゲート電極MGの上面(サイドウォールスペーサSW2で覆われていない部分)上と制御ゲート電極CGの上面上とゲート電極GEの上面上とを含む半導体基板1の主面全面上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GEおよびサイドウォールスペーサSW2を覆うように、金属膜12を形成(堆積)する。金属膜12は、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。 Next, a silicon oxide film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method or the like. Next, silicon surfaces (upper surfaces) of the n + type semiconductor regions 11a, 11b, and 11c, the upper surface of the control gate electrode CG, the upper surface of the memory gate electrode MG, and the upper surface of the gate electrode GE are formed by photolithography and etching. (Silicon region, silicon film) is exposed. Then, as shown in FIG. 28, on the upper surfaces (surfaces) of the n + -type semiconductor regions 11a, 11b, and 11c, on the upper surface of the memory gate electrode MG (portion not covered with the sidewall spacer SW2), and the control gate electrode The metal film 12 covers the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, and the sidewall spacer SW2 over the entire main surface of the semiconductor substrate 1 including the upper surface of the CG and the upper surface of the gate electrode GE. Is formed (deposited). The metal film 12 is made of, for example, a cobalt (Co) film or a nickel (Ni) film, and can be formed using a sputtering method or the like.

次に、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、n型半導体領域11a,11b,11c、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの上層部分(表層部分)を金属膜12と反応さる。これにより、図29に示されるように、n型半導体領域11a,11b,11c、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの上部(上面、表面、上層部)に、それぞれ金属シリサイド層13が形成される。金属シリサイド層13は、例えばコバルトシリサイド層(金属膜12がコバルト膜の場合)またはニッケルシリサイド層(金属膜12がニッケル膜の場合)とすることができる。その後、未反応の金属膜12を除去する。図29にはこの段階の断面図が示されている。このように、いわゆるサリサイドプロセスを行うことによって、n型半導体領域11a,11b,11c、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの上部に金属シリサイド層13を形成し、それによって、ソース、ドレインや各ゲート電極(CG,MG,GE)の抵抗を低抵抗化することができる。 Next, by subjecting the semiconductor substrate 1 to heat treatment, the upper layer portion (surface layer portion) of the n + type semiconductor regions 11a, 11b, and 11c, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE is changed to the metal film 12. React with. As a result, as shown in FIG. 29, metal silicide is formed on the n + type semiconductor regions 11a, 11b, 11c, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE, respectively (upper surface, surface, upper layer portion). Layer 13 is formed. The metal silicide layer 13 can be, for example, a cobalt silicide layer (when the metal film 12 is a cobalt film) or a nickel silicide layer (when the metal film 12 is a nickel film). Thereafter, the unreacted metal film 12 is removed. FIG. 29 shows a cross-sectional view at this stage. Thus, by performing the so-called salicide process, the metal silicide layer 13 is formed on the n + type semiconductor regions 11a, 11b, and 11c, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE, thereby The resistance of the source, drain and each gate electrode (CG, MG, GE) can be reduced.

次に、図30に示されるように、半導体基板1の主面全面上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GEおよびサイドウォールスペーサSW2を覆うように、絶縁膜14を形成(堆積)し、絶縁膜14上に絶縁膜15を形成(堆積)する。それから、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などを用いて絶縁膜15の上面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 30, an insulating film 14 is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, and the sidewall spacer SW2 ( The insulating film 15 is formed (deposited) on the insulating film 14. Then, the upper surface of the insulating film 15 is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like as necessary.

絶縁膜14は好ましくは窒化シリコン膜からなり、絶縁膜14上の絶縁膜15は好ましくは酸化シリコン膜などからなり、それぞれCVD法などを用いて形成することができる。絶縁膜14の膜厚は、絶縁膜15の膜厚よりも薄い。厚い絶縁膜15は、層間絶縁膜として機能し、薄い絶縁膜14は、絶縁膜15にコンタクトホールを形成する際のエッチングストッパ膜としてとして機能する。   The insulating film 14 is preferably made of a silicon nitride film, and the insulating film 15 on the insulating film 14 is preferably made of a silicon oxide film or the like, and each can be formed using a CVD method or the like. The insulating film 14 is thinner than the insulating film 15. The thick insulating film 15 functions as an interlayer insulating film, and the thin insulating film 14 functions as an etching stopper film when a contact hole is formed in the insulating film 15.

次に、図31に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁膜15上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、絶縁膜15および絶縁膜14をドライエッチングすることにより、絶縁膜14,15にコンタクトホール(開口部、貫通孔)CNTを形成する。コンタクトホールCNTを形成する際には、まず絶縁膜15をドライエッチングして絶縁膜14をエッチングストッパ膜として機能させ、その後、コンタクトホールCNTの底部の絶縁膜14をドライエッチングで除去して、絶縁膜14,15を貫通するコンタクトホールCNTを形成する。このように、絶縁膜14を、絶縁膜(層間絶縁膜)15をエッチングする際のエッチングストッパとして機能させることで、コンタクトホールCNTをエッチングにより形成する際に、その掘り過ぎにより下層に損傷を与えたり、加工寸法精度が劣化したりすることを回避することができる。   Next, as shown in FIG. 31, the insulating film 15 and the insulating film 14 are dry-etched by using a photoresist pattern (not shown) formed on the insulating film 15 by photolithography as an etching mask. Then, contact holes (openings, through holes) CNT are formed in the insulating films 14 and 15. When forming the contact hole CNT, first, the insulating film 15 is dry-etched to cause the insulating film 14 to function as an etching stopper film, and then the insulating film 14 at the bottom of the contact hole CNT is removed by dry etching to provide insulation. A contact hole CNT penetrating the films 14 and 15 is formed. In this way, by causing the insulating film 14 to function as an etching stopper when etching the insulating film (interlayer insulating film) 15, when the contact hole CNT is formed by etching, the lower layer is damaged due to excessive digging. It is possible to avoid the deterioration of the processing dimensional accuracy.

コンタクトホールCNTは、n型半導体領域11a,11b,11c、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GEの上部などに形成される。コンタクトホールCNTの底部では、半導体基板1の主面の一部、例えばn型半導体領域11a,11b,11c(の表面上の金属シリサイド層13)の一部、制御ゲート電極CG(の表面上の金属シリサイド層13)の一部、メモリゲート電極MG(の表面上の金属シリサイド層13)の一部、あるいはゲート電極GE(の表面上の金属シリサイド層13)の一部などが露出される。なお、図31の断面図においては、n型半導体領域11b,11c(の表面上の金属シリサイド層13)の一部がコンタクトホールCNTの底部で露出した断面が示されている。 The contact hole CNT is formed over the n + type semiconductor regions 11a, 11b, 11c, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, and the like. At the bottom of the contact hole CNT, a part of the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a part of the n + type semiconductor regions 11a, 11b, 11c (the metal silicide layer 13 on the surface thereof), the control gate electrode CG (on the surface of the control hole electrode CG) Part of the metal silicide layer 13), part of the memory gate electrode MG (metal silicide layer 13 on the surface thereof), or part of the gate electrode GE (metal silicide layer 13 on the surface thereof), etc. are exposed. . In the cross-sectional view of FIG. 31, a cross section in which a part of the n + type semiconductor regions 11b and 11c (the metal silicide layer 13 on the surface thereof) is exposed at the bottom of the contact hole CNT is shown.

次に、コンタクトホールCNT内に、タングステン(W)などからなる導電性のプラグ(接続用導体部)PGを形成する。プラグPGを形成するには、例えば、コンタクトホールCNTの内部(底部および側壁上)を含む絶縁膜15上に、バリア導体膜(例えばチタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜)を形成する。それから、このバリア導体膜上にタングステン膜などからなる主導体膜をコンタクトホールCNTを埋めるように形成し、絶縁膜15上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグPGを形成することができる。なお、図面の簡略化のために、図31では、プラグPGを構成するバリア導体膜および主導体膜(タングステン膜)を一体化して示してある。   Next, a conductive plug (connection conductor portion) PG made of tungsten (W) or the like is formed in the contact hole CNT. In order to form the plug PG, for example, a barrier conductor film (for example, a titanium film, a titanium nitride film, or a laminated film thereof) is formed on the insulating film 15 including the inside (on the bottom and side walls) of the contact hole CNT. . Then, a main conductor film made of a tungsten film or the like is formed on the barrier conductor film so as to fill the contact holes CNT, and unnecessary main conductor films and barrier conductor films on the insulating film 15 are formed by a CMP method or an etch back method. By removing, the plug PG can be formed. For simplification of the drawing, FIG. 31 shows the barrier conductor film and the main conductor film (tungsten film) constituting the plug PG in an integrated manner.

次に、図32に示されるように、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜15上に、絶縁膜16を形成する。絶縁膜16は、複数の絶縁膜の積層膜で形成することもできる。   Next, as shown in FIG. 32, the insulating film 16 is formed on the insulating film 15 in which the plug PG is embedded. The insulating film 16 can also be formed of a stacked film of a plurality of insulating films.

次に、シングルダマシン法により第1層目の配線である配線M1を形成する。具体的には、次のようにして配線M1を形成することができる。まず、フォトレジストパターン(図示せず)をマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜16の所定の領域に配線溝を形成した後、配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜16上にバリア導体膜(例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜など)を形成する。続いて、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成して、銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。それから、配線溝以外の領域の主導体膜(銅めっき膜およびシード層)とバリア導体膜をCMP法により除去して、配線溝に埋め込まれた銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。図面の簡略化のために、配線M1は、バリア導体膜、シード層および銅めっき膜を一体化して示してある。   Next, the wiring M1 which is the first layer wiring is formed by a single damascene method. Specifically, the wiring M1 can be formed as follows. First, after a wiring groove is formed in a predetermined region of the insulating film 16 by dry etching using a photoresist pattern (not shown) as a mask, a barrier conductor film (on the insulating film 16 including the bottom and side walls of the wiring groove is formed. For example, a titanium nitride film, a tantalum film, a tantalum nitride film, or the like is formed. Subsequently, a copper seed layer is formed on the barrier conductor film by a CVD method or a sputtering method, and a copper plating film is further formed on the seed layer by using an electrolytic plating method. Embed the inside. Then, the main conductor film (copper plating film and seed layer) and the barrier conductor film in the region other than the wiring trench are removed by the CMP method, and the first layer wiring using the copper buried in the wiring trench as the main conductive material M1 is formed. For simplification of the drawing, the wiring M1 is shown by integrating a barrier conductor film, a seed layer, and a copper plating film.

配線M1はプラグPGを介して、メモリトランジスタのソース領域(半導体領域MS)、制御トランジスタのドレイン領域(半導体領域MD)、周辺回路領域1BのMISFETのソース・ドレイン領域(半導体領域SD)、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGあるいはゲート電極GEなどと電気的に接続される。その後、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。また、配線M1およびそれよりも上層の配線は、ダマシン配線に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン配線またはアルミニウム配線などとすることもできる。   The wiring M1 is connected via a plug PG to the source region (semiconductor region MS) of the memory transistor, the drain region (semiconductor region MD) of the control transistor, the source / drain region (semiconductor region SD) of the MISFET in the peripheral circuit region 1B, and the control gate. It is electrically connected to the electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, or the like. Thereafter, the second and subsequent wirings are formed by a dual damascene method or the like, but illustration and description thereof are omitted here. Further, the wiring M1 and the wiring higher than that are not limited to damascene wiring, and can be formed by patterning a conductor film for wiring, for example, tungsten wiring or aluminum wiring.

以上のようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。   As described above, the semiconductor device of the present embodiment is manufactured.

次に、比較例を参照しながら、本実施の形態の構成や効果について、より詳細に説明する。   Next, the configuration and effects of the present embodiment will be described in more detail with reference to a comparative example.

まず、比較例の半導体装置について説明する。図33および図34は、比較例の半導体装置の要部断面図であり、本実施の形態の上記図1および図2にそれぞれ相当するものである。   First, a semiconductor device of a comparative example will be described. FIGS. 33 and 34 are cross-sectional views of main parts of the semiconductor device of the comparative example, and correspond to FIGS. 1 and 2 of the present embodiment, respectively.

図33および図34に示される比較例の半導体装置は、不揮発性メモリのメモリセルを有する半導体装置であり、半導体基板101のp型ウエルPW101の上部に、不揮発性メモリセルを構成する制御ゲート電極CG101とメモリゲート電極MG101とが互いに隣合うように形成されている。制御ゲート電極CG101とp型ウエルPW101との間には、ゲート絶縁膜としての絶縁膜103が形成されている。また、メモリゲート電極MG101とp型ウエルPW101との間および制御ゲート電極CG101とメモリゲート電極MG101との間には、酸化シリコン膜106a、窒化シリコン膜106bおよび酸化シリコン膜106cの積層膜からなる絶縁膜105が形成されている。制御ゲート電極CG101およびメモリゲート電極MG101は、それぞれn型ポリシリコン膜により形成されている。p型ウエルPW101には、ソース領域として機能する半導体領域が、n型半導体領域109aとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域111aとにより形成され、ドレイン領域として機能する半導体領域が、n型半導体領域109bとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域111bとにより形成されている。制御ゲート電極CG101およびメモリゲート電極MG101の互いに隣接する側とは反対側の側壁上には側壁絶縁膜SW101が形成されている。また、n型半導体領域111a,111b、制御ゲート電極CG101およびメモリゲート電極MG101の上部には金属シリサイド層113が形成されている。半導体基板101上には、制御ゲート電極CG101、メモリゲート電極MG101およびサイドウォールスペーサSW102を覆うように、層間絶縁膜として、絶縁膜114,115の積層膜が形成されている。 The semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 33 and FIG. 34 is a semiconductor device having a memory cell of a nonvolatile memory, and a control gate electrode constituting the nonvolatile memory cell is formed above the p-type well PW101 of the semiconductor substrate 101. The CG 101 and the memory gate electrode MG101 are formed adjacent to each other. An insulating film 103 as a gate insulating film is formed between the control gate electrode CG101 and the p-type well PW101. Further, an insulating film made of a stacked film of a silicon oxide film 106a, a silicon nitride film 106b, and a silicon oxide film 106c is provided between the memory gate electrode MG101 and the p-type well PW101 and between the control gate electrode CG101 and the memory gate electrode MG101. A film 105 is formed. Control gate electrode CG101 and memory gate electrode MG101 are each formed of an n-type polysilicon film. In the p-type well PW101, a semiconductor region functioning as a source region is formed by an n type semiconductor region 109a and an n + type semiconductor region 111a having a higher impurity concentration than that, and a semiconductor region functioning as a drain region is formed The n type semiconductor region 109b and the n + type semiconductor region 111b having a higher impurity concentration than that are formed. A side wall insulating film SW101 is formed on the side wall of the control gate electrode CG101 and the memory gate electrode MG101 opposite to the side adjacent to each other. A metal silicide layer 113 is formed on the n + type semiconductor regions 111a and 111b, the control gate electrode CG101, and the memory gate electrode MG101. On the semiconductor substrate 101, a laminated film of insulating films 114 and 115 is formed as an interlayer insulating film so as to cover the control gate electrode CG101, the memory gate electrode MG101, and the sidewall spacer SW102.

図33および図34に示される比較例の半導体装置では、絶縁膜105は、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の領域と、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101の間の領域の、両領域にわたって連続的に延在しており、絶縁膜105全体が、酸化シリコン膜106aと窒化シリコン膜106bと酸化シリコン膜106cとの積層膜で構成されている。このため、窒化シリコン膜106bは、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中だけでなく、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101の間の絶縁膜105中にも存在している。   In the semiconductor device of the comparative example shown in FIGS. 33 and 34, the insulating film 105 includes the region between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101), the memory gate electrode MG101, and the control gate electrode CG101. The insulating film 105 as a whole is formed of a laminated film of a silicon oxide film 106a, a silicon nitride film 106b, and a silicon oxide film 106c. Therefore, the silicon nitride film 106b is not only in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101), but also in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101. Also exist.

このような構造の比較例の半導体装置は、次のような課題(第1の課題および第2の課題)を有している。   The semiconductor device of the comparative example having such a structure has the following problems (first problem and second problem).

まず、第1の課題について説明する。メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101とは、薄い絶縁膜105を介在して隣接しており、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の絶縁耐圧は、この絶縁膜105に依存している。しかしながら、絶縁膜105は、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の領域と、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101の間の領域の、両領域にわたって延在している。絶縁膜105を構成する酸化シリコン膜106a,106cおよび窒化シリコン膜106bの各厚みは、メモリトランジスタのゲート絶縁膜および電荷蓄積膜としての機能を考慮して決めることから、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101の間の絶縁膜105の厚みを調整して、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の耐圧を向上させることは容易ではない。   First, the first problem will be described. The memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 are adjacent to each other with a thin insulating film 105 interposed therebetween, and the withstand voltage between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 depends on the insulating film 105. Yes. However, the insulating film 105 extends over both the region between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101) and the region between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101. . Since the thicknesses of the silicon oxide films 106a and 106c and the silicon nitride film 106b constituting the insulating film 105 are determined in consideration of the functions as the gate insulating film and the charge storage film of the memory transistor, the memory gate electrode MG101 and the control gate It is not easy to improve the withstand voltage between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 by adjusting the thickness of the insulating film 105 between the electrodes CG101.

また、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の耐圧向上のために、絶縁膜105を構成する酸化シリコン膜106a,106cおよび窒化シリコン膜106bの各厚みを調整することで、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の絶縁膜105の厚みを厚くした場合には、不揮発性メモリの読出し電流の減少や、あるいは、書込み速度の低下などが引き起こされる虞がある。   In addition, in order to improve the breakdown voltage between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101, the thickness of each of the silicon oxide films 106a and 106c and the silicon nitride film 106b constituting the insulating film 105 is adjusted, whereby the memory gate electrode When the thickness of the insulating film 105 between the MG 101 and the control gate electrode CG101 is increased, there is a possibility that the read current of the nonvolatile memory is decreased or the write speed is decreased.

すなわち、絶縁膜105の厚みを厚くした場合には、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の距離L101(この距離L101は図34に示されており、絶縁膜105の厚みが距離L101に相当したものとなる)が大きくなる。p型ウエルPW101において、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間に介在する絶縁膜105の下方には、メモリゲート電極MG101によっても、制御ゲート電極CG101によっても電界が印加されにくく、チャネル領域が形成されにくい領域121(この領域121は図33に示されている)が形成されている。この領域121のゲート長方向の寸法は、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の距離L101(すなわちメモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間に介在する絶縁膜105の厚み)が大きくなるほど、大きくなる。この領域121は、抵抗成分となるため、上記距離L101(絶縁膜105の膜厚に相当)が大きくなって、領域121のゲート長方向の寸法が大きくなると、不揮発性メモリのメモリセルの読出し電流(読出し動作時にソース・ドレイン間に流れる電流値)の減少や、あるいは、書込み速度の低下などを引き起こしてしまう。このため、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の距離L101を大きくしなくとも、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の耐圧を向上できる技術が望まれる。   That is, when the thickness of the insulating film 105 is increased, the distance L101 between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 (this distance L101 is shown in FIG. 34, and the thickness of the insulating film 105 is equal to the distance L101). Becomes larger). In the p-type well PW101, an electric field is hardly applied to both the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 below the insulating film 105 interposed between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101. Is formed in a region 121 (this region 121 is shown in FIG. 33). The dimension of the region 121 in the gate length direction is the distance L101 between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 (that is, the thickness of the insulating film 105 interposed between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101). The bigger it gets, the bigger it gets. Since this region 121 becomes a resistance component, when the distance L101 (corresponding to the film thickness of the insulating film 105) increases and the size of the region 121 in the gate length direction increases, the read current of the memory cell of the nonvolatile memory increases. (Current value flowing between the source and drain during the read operation) may decrease, or the write speed may decrease. Therefore, a technique that can improve the withstand voltage between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 without increasing the distance L101 between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 is desired.

次に、第2の課題について説明する。上述したように、不揮発性メモリへの書込み方式は、SSI方式とFN方式とがあり、消去方法は、BTBT方式とFN方式とがある。不揮発性メモリへの書込み時には、SSI方式とFN方式のいずれの場合も、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bに電子を注入する。不揮発性メモリの消去時には、BTBT方式とFN方式のいずれの場合も、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにホール(正孔)を注入する。   Next, the second problem will be described. As described above, the writing method to the nonvolatile memory includes the SSI method and the FN method, and the erasing method includes the BTBT method and the FN method. When writing to the nonvolatile memory, electrons are injected into the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101) in both cases of the SSI method and the FN method. . When erasing the non-volatile memory, in both the BTBT method and the FN method, holes are formed in the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101). Inject.

SSI方式で書込む際には、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、均一に電子が注入されるのではなく、ホットエレクトロンの発生場所に起因して、ソース領域側の領域よりも、制御ゲート電極CGに近い側(すなわちドレイン領域に近い側)の領域に高密度に電子が注入されてしまう傾向にある。   When writing by the SSI method, electrons are not uniformly injected into the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101), but hot electrons are injected. Due to the location of occurrence of electrons, electrons tend to be injected at a higher density into a region closer to the control gate electrode CG (that is, closer to the drain region) than to a region on the source region side.

また、FN方式の書込みでは、SSI方式の書込みに比べると、窒化シリコン膜106bに比較的均一に電子が注入されやすい。しかしながら、そのFN方式の書込みでも、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、メモリゲート電極MG101の角部MG101aでの電界集中に起因して、ソース領域側の領域よりも、制御ゲート電極CGに近い側(すなわちドレイン領域に近い側)の領域に高密度に電子が注入されてしまう傾向にある。   In addition, in the FN method writing, compared to the SSI method writing, electrons are likely to be injected relatively uniformly into the silicon nitride film 106b. However, even in the FN mode writing, the electric field is concentrated in the corner portion MG101a of the memory gate electrode MG101 in the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101). As a result, electrons tend to be injected at a higher density in a region closer to the control gate electrode CG (that is, closer to the drain region) than in the region on the source region side.

従って、SSI方式の書込みとFN方式の書込みのいずれの場合にも、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、制御ゲート電極CGに近い側(すなわちドレイン領域に近い側)の領域に高密度に電子が注入されてしまう傾向がある。   Therefore, in both of the SSI method writing and the FN method writing, the control gate electrode CG in the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101). There is a tendency that electrons are injected at a high density into a region close to (that is, a side close to the drain region).

一方、BTBT方式の消去では、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、均一にホールが注入されるのではなく、ホットホールの発生場所に起因して、制御ゲート電極CGに近い側(すなわちドレイン領域に近い側)の領域よりも、ソース領域側の領域に高密度に電子が注入されてしまう傾向にある。   On the other hand, in the BTBT erase, holes are not uniformly injected into the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101). Due to the generation location, electrons tend to be injected at a higher density in the region closer to the source region than in the region closer to the control gate electrode CG (that is, closer to the drain region).

また、FN方式の消去では、メモリゲート電極MG101と半導体基板101(p型ウエルPW101)の間の絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、メモリゲート電極MG101の角部MG101aでの電界集中に起因して、ソース領域側の領域よりも、制御ゲート電極CGに近い側(すなわちドレイン領域に近い側)の領域に高密度にホールが注入されてしまう傾向にある。   In the FN mode erasure, the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101) is caused by electric field concentration at the corner MG101a of the memory gate electrode MG101. As a result, holes tend to be injected at a higher density in a region closer to the control gate electrode CG (that is, closer to the drain region) than the region on the source region side.

このため、書込みがSSI方式でかつ消去がBTBT方式の場合(動作方式A)と、書込みがFN方式でかつ消去がBTBT方式の場合(動作方式C)とでは、絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、書込み時に電子が注入されやすい位置と、消去時にホールが注入されやすい位置とがずれているため、消去動作後に、電荷の消し残りが生じてしまう。すなわち、図34において点線で囲まれた領域122における窒化シリコン膜106b中に、SSI方式またはFN方式の書込み時に電子が他の領域よりも高密度に注入されるが、BTBT方式の消去時には、この領域122の窒化シリコン膜106b中にはホールが注入されにくいため、消去後に、この領域122の窒化シリコン膜106b中に消し残りの電子が残りやすい。窒化シリコン膜106b中に消し残りの電子があると、この消し残りの電子に起因してメモリトランジスタのしきい値電圧が変動してしまう虞があり、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能低下を招く虞がある。   Therefore, the silicon nitride film in the insulating film 105 is used when the writing is the SSI method and the erasing is the BTBT method (operation method A) and when the writing is the FN method and the erasing is the BTBT method (operation method C). In 106b, the position where electrons are likely to be injected at the time of writing and the position where holes are easily injected at the time of erasure are misaligned, so that unerased charges remain after the erasing operation. That is, electrons are injected at a higher density in the silicon nitride film 106b in the region 122 surrounded by the dotted line in FIG. 34 than in other regions when writing in the SSI method or FN method, but when erasing in the BTBT method, Since holes are not easily injected into the silicon nitride film 106b in the region 122, after erasing, the unerased electrons are likely to remain in the silicon nitride film 106b in the region 122. If there are unerased electrons in the silicon nitride film 106b, the threshold voltage of the memory transistor may fluctuate due to the unerased electrons, which degrades the performance of a semiconductor device including a nonvolatile memory. There is a risk of inviting.

また、書込みがSSI方式でかつ消去がFN方式の場合(動作方式B)と、書込みがFN方式でかつ消去がFN方式の場合(動作方式D)とでは、絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、書込み時に電子が注入されやすい位置と、消去時にホールが注入されやすい位置とがほぼ一致しているため、消去動作後に、電荷の消し残りが生じにくい。すなわち、図34において点線で囲まれた領域122における窒化シリコン膜106b中に、SSI方式またはFN方式の書込み時に電子が他の領域よりも高密度に注入されるが、FN方式の消去時には、この領域122の窒化シリコン膜106b中にホールが注入されやすいため、消去後に、この領域122の窒化シリコン膜106b中に消し残りの電子が残りにくい。このため、窒化シリコン膜106bにおける消し残りの電荷に起因したメモリトランジスタのしきい値電圧の変動は生じにくい。しかしながら、動作方式Bの場合と、動作方式Dの場合とでは、メモリゲート電極MG101の角部MG101aでの電界集中に起因して、メモリゲート電極MG101の角部MG101aと半導体基板101(p型ウエルPW101)との間の絶縁膜105の中の窒化シリコン膜106b(領域122の窒化シリコン膜106bにほぼ対応)に多量に電荷が注入される。このため、メモリゲート電極MG101の角部MG101aと半導体基板101(p型ウエルPW101)との間の絶縁膜105(領域122の絶縁膜105にほぼ対応)が劣化して絶縁膜105の信頼性が低下する虞があり、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能低下を招く虞がある。   The silicon nitride film 106b in the insulating film 105 is used when the writing is the SSI method and the erasing is the FN method (operation method B) and when the writing is the FN method and the erasing is the FN method (operation method D). In FIG. 2, the position where electrons are easily injected at the time of writing and the position where holes are easily injected at the time of erasure substantially coincide with each other. That is, electrons are injected at a higher density in the silicon nitride film 106b in the region 122 surrounded by the dotted line in FIG. 34 than in other regions when writing with the SSI method or the FN method. Since holes are likely to be injected into the silicon nitride film 106b in the region 122, it is difficult for erasure remaining electrons to remain in the silicon nitride film 106b in the region 122 after erasing. Therefore, the threshold voltage of the memory transistor is unlikely to vary due to the unerased charge in the silicon nitride film 106b. However, in the operation method B and the operation method D, the corner portion MG101a of the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well) are caused by electric field concentration at the corner portion MG101a of the memory gate electrode MG101. A large amount of charge is injected into the silicon nitride film 106b (substantially corresponding to the silicon nitride film 106b in the region 122) in the insulating film 105 with the PW101). For this reason, the insulating film 105 (corresponding to the insulating film 105 in the region 122) between the corner portion MG101a of the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101) is deteriorated, and the reliability of the insulating film 105 is improved. There is a possibility that the performance of a semiconductor device including a nonvolatile memory may be degraded.

このように、上記比較例の半導体装置は、第1の課題と第2の課題を有している。   Thus, the semiconductor device of the comparative example has the first problem and the second problem.

それに対して、本実施の形態では、絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MG1と制御ゲート電極CG1の間の領域の、両領域にわたって延在しているが、両領域で絶縁膜5の構成(構造)が異なっている。   On the other hand, in the present embodiment, the insulating film 5 includes a region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and a region between the memory gate electrode MG1 and the control gate electrode CG1. Although extending over both regions, the structure (structure) of the insulating film 5 is different in both regions.

すなわち、本実施形態では、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGの下面24と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間の部分(第1の部分、ゲート絶縁膜部分)5cは、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた窒化シリコン膜6bとを有している。そして、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の部分(第2の部分、絶縁部分)5dは、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた空洞CAVとを有しており、窒化シリコン膜6bは有していない。   That is, in the present embodiment, a portion (first portion, gate insulating film portion) 5c between the lower surface 24 of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) in the insulating film 5 is A silicon oxide film 6a, a silicon oxide film 6c, and a silicon nitride film 6b sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c. Of the insulating film 5, a portion (second portion, insulating portion) 5d between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG is composed of the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c. The cavity CAV is sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c, and the silicon nitride film 6b is not included.

ここで、絶縁膜5を、ゲート絶縁膜部分5cと絶縁部分5dと角部分5eとに仮想的に分けて考えることとする。図35は、本実施の形態の半導体装置の説明図であり、ゲート絶縁膜部分5c、絶縁部分5dおよび角部分5eが絶縁膜5のどの部分を指しているのかを模式的に示してある。図35は、上記図2と同じ断面領域が示されており、図35では、絶縁膜5を、ゲート絶縁膜部分5c、絶縁部分5dおよび角部分5eに仮想的に分けて示してあるが、実際には、絶縁膜5は上記図2のような断面構造を有しており、絶縁膜5は、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび空洞CAVによって形成されている。   Here, the insulating film 5 is virtually divided into a gate insulating film portion 5c, an insulating portion 5d, and a corner portion 5e. FIG. 35 is an explanatory diagram of the semiconductor device of the present embodiment, and schematically shows which part of the insulating film 5 the gate insulating film part 5c, the insulating part 5d, and the corner part 5e indicate. FIG. 35 shows the same cross-sectional area as FIG. 2, and in FIG. 35, the insulating film 5 is virtually divided into a gate insulating film portion 5c, an insulating portion 5d, and a corner portion 5e. Actually, the insulating film 5 has a cross-sectional structure as shown in FIG. 2, and the insulating film 5 is formed of silicon oxide films 6a and 6c, a silicon nitride film 6b, and a cavity CAV.

絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGの下面24と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間の部分5cを、「ゲート絶縁膜部分5c」と称することとする。また、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の部分5dを、「絶縁部分5d」と称することとする。また、絶縁膜5のうち、ゲート絶縁膜部分5c(すなわちメモリゲート電極MGの下面24と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間の部分5c)と絶縁部分5d(すなわち制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の部分5d)との間の部分(第3の部分)5eを、「角部分5e」と称することとする。ゲート絶縁膜部分5cと絶縁部分5dとの間に、角部分5eが介在している。なお、制御ゲート電極CGの側面26は、絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGに対向する側の側面であり、メモリゲート電極MGの側面25は、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGに対向する側の側面である。また、メモリゲート電極MGの下面24は、ゲート絶縁膜部分5cに接している面である。   Of the insulating film 5, a portion 5c between the lower surface 24 of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is referred to as a “gate insulating film portion 5c”. In the insulating film 5, a portion 5d between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG is referred to as an “insulating portion 5d”. Of the insulating film 5, the gate insulating film portion 5c (that is, the portion 5c between the lower surface 24 of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1)) and the insulating portion 5d (that is, the control gate electrode). A portion (third portion) 5e between the side surface 26 of the CG and the portion 5d between the side surface 25 of the memory gate electrode MG is referred to as a “corner portion 5e”. A corner portion 5e is interposed between the gate insulating film portion 5c and the insulating portion 5d. The side surface 26 of the control gate electrode CG is a side surface facing the memory gate electrode MG through the insulating film 5, and the side surface 25 of the memory gate electrode MG is connected to the control gate electrode CG through the insulating film 5. It is a side surface on the opposite side. The lower surface 24 of the memory gate electrode MG is a surface in contact with the gate insulating film portion 5c.

ゲート絶縁膜部分5cは、メモリゲート電極MGの下面24と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間に位置しているため、メモリトランジスタのゲート絶縁膜として機能することができる。ゲート絶縁膜部分5cにおける窒化シリコン膜6bは、メモリセルの電荷蓄積部(電荷蓄積層)として機能することができる。   Since the gate insulating film portion 5c is located between the lower surface 24 of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1), it can function as a gate insulating film of the memory transistor. The silicon nitride film 6b in the gate insulating film portion 5c can function as a charge storage portion (charge storage layer) of the memory cell.

絶縁部分5dは、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間に位置しているため、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとを絶縁分離するよう機能することができる。   Since the insulating portion 5d is located between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG, the insulating portion 5d can function to insulate and separate the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. .

角部分5eは、断面(図1および図2の断面に対応)がL字型の絶縁膜5の角部に位置している。このため、ゲート絶縁膜部分5cと角部5eとは、半導体基板1の主面に沿って(すなわち半導体基板1の主面にほぼ平行に)延在しており、また、絶縁部分5dと角部5eとは、上下方向(すなわち半導体基板1の主面に略垂直な方向)に延在しており、絶縁膜5において、横方向(半導体基板1の主面に平行な方向)から上下方向(半導体基板1の主面に略垂直な方向)への折れ曲がりの角部分が、角部分5eに対応している。   The corner portion 5e has a cross section (corresponding to the cross section of FIGS. 1 and 2) located at a corner portion of the L-shaped insulating film 5. For this reason, the gate insulating film portion 5c and the corner portion 5e extend along the main surface of the semiconductor substrate 1 (that is, substantially parallel to the main surface of the semiconductor substrate 1). The portion 5e extends in the up-down direction (that is, the direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1), and in the insulating film 5, from the horizontal direction (direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate 1) in the up-down direction. A corner portion bent in a direction (substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1) corresponds to the corner portion 5e.

絶縁膜5において、ゲート絶縁膜部分5cはメモリゲート電極MGの直下に位置しているが、絶縁部分5dと角部分5eとは、メモリゲート電極MGの直下には位置していない。図35からも分かるように、絶縁部分5dと角部分5eとの境界は、角部分5e近傍におけるメモリゲート電極MGの下面24の延長面と一致し、ゲート絶縁膜部分5cと角部5eとの境界は、角部分5e近傍におけるメモリゲート電極MGの側面25の延長面と一致している。   In the insulating film 5, the gate insulating film portion 5c is located immediately below the memory gate electrode MG, but the insulating portion 5d and the corner portion 5e are not located immediately below the memory gate electrode MG. As can be seen from FIG. 35, the boundary between the insulating portion 5d and the corner portion 5e coincides with the extended surface of the lower surface 24 of the memory gate electrode MG in the vicinity of the corner portion 5e, and the gate insulating film portion 5c and the corner portion 5e are separated from each other. The boundary coincides with the extended surface of the side surface 25 of the memory gate electrode MG in the vicinity of the corner portion 5e.

本実施の形態では、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGの下面24と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間に位置するゲート絶縁膜部分5cが、酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた窒化シリコン膜6bを有していることで、この窒化シリコン膜6bに電荷を蓄積させることができ、それによって、メモリトランジスタに情報を記憶させることができる。   In the present embodiment, of the insulating film 5, the gate insulating film portion 5c located between the lower surface 24 of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is formed of silicon oxide films 6a and 6c. By having the silicon nitride film 6b sandwiched between the layers, charges can be accumulated in the silicon nitride film 6b, whereby information can be stored in the memory transistor.

そして、本実施の形態では、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間に位置する絶縁部分5dが、酸化シリコン膜6a,6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた空洞CAVとを有し、窒化シリコン膜6bを有していないことで、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の耐圧(絶縁耐圧)を向上させることができる。すなわち、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間に位置する絶縁部分5dに絶縁膜6bが無く、代わりに空洞CAVがあることで、上記図33および図34の比較例の半導体装置に比べて、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の耐圧を向上させることができる。すなわち、上記第1の課題を解決または改善することができる。   In the present embodiment, among the insulating film 5, the insulating portion 5d located between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG is formed of the silicon oxide films 6a and 6c and the silicon oxide film. By having the cavity CAV sandwiched between 6a and 6c and not having the silicon nitride film 6b, the breakdown voltage (insulation breakdown voltage) between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG can be improved. . That is, the insulating portion 5d located between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG does not have the insulating film 6b, and instead has a cavity CAV. Compared to the semiconductor device of the example, the breakdown voltage between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG can be improved. That is, the first problem can be solved or improved.

具体的に説明すると、上記比較例の半導体装置を参照して説明したように、メモリゲート電極MG101と制御ゲート電極CG101との間の絶縁膜105の厚みを厚くした場合には、不揮発性メモリの読出し電流(読出し時にソース・ドレイン間に流れる電流値)の減少や、あるいは、書込み速度の低下などが引き起こされ、不揮発性メモリを有する半導体装置の性能が低下してしまう虞がある。それに対して、本実施の形態では、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の絶縁部分5dの厚みを厚くしなくとも、空洞CAVの存在によりメモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の耐圧を向上させることができるため、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の耐圧の向上と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の絶縁膜5(すなわち絶縁部分5d)の厚みの抑制とを両立することができる。本実施の形態では、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の絶縁膜5(すなわち絶縁部分5d)の厚みを抑制できることで、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の距離L1を小さくすることができ、上記領域121に相当する領域のゲート長方向の寸法を小さくして、不揮発性メモリのメモリセルの読出し電流を増大でき、また、書込み速度を向上することができる。従って、不揮発性メモリを有する半導体装置の性能を向上させることができる。なお、距離L1は上記図2に示されており、絶縁部分5dの厚みが距離L1に相当したものとなる。また、上記領域121に相当する領域とは、絶縁部分5dおよび角部分5eの下方に位置し、メモリゲート電極MGによっても制御ゲート電極CGによっても電界が印加されにくく、チャネル領域が形成されにくい基板領域に対応する。   Specifically, as described with reference to the semiconductor device of the comparative example, when the thickness of the insulating film 105 between the memory gate electrode MG101 and the control gate electrode CG101 is increased, the nonvolatile memory A decrease in read current (a current value flowing between the source and drain during reading) or a decrease in writing speed may be caused, and the performance of a semiconductor device having a nonvolatile memory may be deteriorated. On the other hand, in the present embodiment, even if the thickness of the insulating portion 5d between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is not increased, the presence of the cavity CAV causes the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG to be separated. Therefore, the breakdown voltage between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is improved, and the insulating film 5 between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG (that is, the insulating portion 5d). ) Can be achieved at the same time. In the present embodiment, since the thickness of the insulating film 5 (that is, the insulating portion 5d) between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG can be suppressed, the distance L1 between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. , The dimension in the gate length direction of the region corresponding to the region 121 can be reduced, the read current of the memory cell of the nonvolatile memory can be increased, and the writing speed can be improved. Therefore, the performance of a semiconductor device having a nonvolatile memory can be improved. Note that the distance L1 is shown in FIG. 2, and the thickness of the insulating portion 5d corresponds to the distance L1. In addition, the region corresponding to the region 121 is located below the insulating portion 5d and the corner portion 5e, and the substrate is difficult to form an electric field by the memory gate electrode MG or the control gate electrode CG and the channel region is not easily formed. Corresponds to the region.

また、本実施の形態では、空洞CAVの上部は、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとに挟まれた絶縁膜部分10aによって塞がれた(蓋をされた)状態となっている。この絶縁膜部分10aは、好ましくは酸化シリコンからなり、サイドウォールスペーサSW2を形成するための上記絶縁膜10の一部によって形成されている。空洞CAVの上部が、酸化シリコン膜6a,6c間に挟まれた絶縁膜部分10aによって塞がれた状態となっていることで、半導体装置の製造中および製造後において、空洞CAV内に不要な材料が侵入することを防止し、空洞CAVを的確に形成しかつ維持することができる。   In the present embodiment, the upper part of the cavity CAV is closed (covered) by the insulating film portion 10a sandwiched between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c. The insulating film portion 10a is preferably made of silicon oxide and is formed by a part of the insulating film 10 for forming the side wall spacer SW2. Since the upper part of the cavity CAV is closed by the insulating film portion 10a sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c, it is unnecessary in the cavity CAV during and after the manufacture of the semiconductor device. The material can be prevented from entering, and the cavity CAV can be accurately formed and maintained.

また、本実施の形態では、絶縁膜5の形成時(具体的には上記ステップ7)には、絶縁膜5を酸化シリコン膜6a、窒化シリコン膜6bおよび酸化シリコン膜6cの積層膜として形成し、その後(具体的には上記ステップS14)に窒化シリコン膜6bをエッチングすることで空洞CAVを形成しているため、空洞CAVを容易かつ的確に形成することができる。このため、空洞CAVは、窒化シリコン膜6bが除去された領域であることから、製造された半導体装置において、窒化シリコン膜6bの端部23が、空洞CAVに隣接した状態となる。   Further, in the present embodiment, when the insulating film 5 is formed (specifically, step 7 above), the insulating film 5 is formed as a stacked film of the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c. Then, since the cavity CAV is formed by etching the silicon nitride film 6b thereafter (specifically, in step S14), the cavity CAV can be formed easily and accurately. Therefore, since the cavity CAV is a region where the silicon nitride film 6b is removed, in the manufactured semiconductor device, the end 23 of the silicon nitride film 6b is adjacent to the cavity CAV.

また、本実施の形態では、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の部分5d(すなわち絶縁部分5d)が窒化シリコン膜6bを有していないことも、主要な特徴の一つとしている。   In the present embodiment, a portion 5d (that is, the insulating portion 5d) between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG in the insulating film 5 has the silicon nitride film 6b. The lack of it is also one of the main characteristics.

図36〜図40は、絶縁膜5における空洞CAVと窒化シリコン膜6bの形成領域を説明するための説明図(要部断面図、部分拡大断面図)であり、上記図2の一部を拡大したものに対応している。   36 to 40 are explanatory views (main part sectional view, partially enlarged sectional view) for explaining the formation region of the cavity CAV and the silicon nitride film 6b in the insulating film 5, and a part of FIG. 2 is enlarged. It corresponds to what you did.

図36〜図40に示されるように、窒化シリコン膜6bの端部23は空洞CAV(の端部)と隣接しており、窒化シリコン膜6bの端部6bが空洞CAVの内壁の一部を形成している。この空洞CAVに隣接する窒化シリコン膜6bの端部23の位置が、図36〜図40のそれぞれで相違している。   36 to 40, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is adjacent to (the end portion of) the cavity CAV, and the end portion 6b of the silicon nitride film 6b covers a part of the inner wall of the cavity CAV. Forming. The position of the end portion 23 of the silicon nitride film 6b adjacent to the cavity CAV is different in each of FIGS.

図36の場合は、窒化シリコン膜6bの端部23は絶縁部分5d内に位置している。このため、図36の場合は、絶縁部分5dに、空洞CAVと窒化シリコン膜6bの両方が存在している。   In the case of FIG. 36, the end 23 of the silicon nitride film 6b is located in the insulating portion 5d. For this reason, in the case of FIG. 36, both the cavity CAV and the silicon nitride film 6b exist in the insulating portion 5d.

図36の場合のように、窒化シリコン膜6bが、制御ゲート電極CGの側面とメモリゲート電極MGの側面との間の絶縁部分5d中にも延在していると、その窒化シリコン膜6bが存在する部分の絶縁部分5dは、空洞CAVが存在する部分の絶縁部分5dに比べて、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の耐圧が低下してしまう。   As in the case of FIG. 36, when the silicon nitride film 6b extends also into the insulating portion 5d between the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the memory gate electrode MG, the silicon nitride film 6b is The insulation part 5d in the existing part has a lower breakdown voltage between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG than the insulation part 5d in the part where the cavity CAV exists.

そこで、本実施の形態では、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の絶縁部分5dには、窒化シリコン膜6bが延在しないようにすることが好ましく、図37〜図40は、この条件を満たしている。図37〜図40では、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の絶縁部分5dには窒化シリコン膜6bが延在しておらず、代わりに空洞CAVが延在しているため、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の耐圧を的確に向上させることができる。   Therefore, in the present embodiment, in the insulating film 5, the silicon nitride film 6b is prevented from extending in the insulating portion 5d between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG. It is preferable that FIGS. 37 to 40 satisfy this condition. 37 to 40, the silicon nitride film 6b does not extend in the insulating portion 5d between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG, and instead, the cavity CAV extends. Therefore, the breakdown voltage between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be improved accurately.

また、図37〜図40の各図の構造では、制御ゲート電極CGの側面26とメモリゲート電極MGの側面25との間の絶縁部分5dには窒化シリコン膜6bが延在しておらず、代わりに空洞CAVが延在している点は共通であり、空洞CAVを設けたことによる制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の耐圧向上効果の観点では、ほぼ同じである。しかしながら、上記第2の課題を解決または改善するためには、窒化シリコン膜6bの端部23の位置は重要である。   37 to 40, the silicon nitride film 6b does not extend in the insulating portion 5d between the side surface 26 of the control gate electrode CG and the side surface 25 of the memory gate electrode MG. Instead, the cavity CAV extends in common, and is substantially the same in terms of the breakdown voltage improvement effect between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG due to the provision of the cavity CAV. However, in order to solve or improve the second problem, the position of the end 23 of the silicon nitride film 6b is important.

図37の場合は、窒化シリコン膜6bの端部23が、メモリゲート電極MGの下面24と同じ高さ位置に位置している。すなわち、窒化シリコン膜6bの端部23が、絶縁部分5dと角部分5eとの境界に位置している。このため、図37の場合は、絶縁膜5のうち、ゲート絶縁膜部分5cと角部分5eとは、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された積層構造を有している。   In the case of FIG. 37, the end 23 of the silicon nitride film 6b is located at the same height as the lower surface 24 of the memory gate electrode MG. That is, the end 23 of the silicon nitride film 6b is located at the boundary between the insulating portion 5d and the corner portion 5e. Therefore, in the case of FIG. 37, the gate insulating film portion 5c and the corner portion 5e of the insulating film 5 have a laminated structure in which the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c are laminated. is doing.

図37の場合は、上述のように上記第1の課題を解決または改善できる効果を得られ、その効果は、図38〜図40の場合とほぼ同等である。しかしながら、図38〜図40の場合は、更に、上記第2の課題を解決または改善できる効果も得ることができる。   In the case of FIG. 37, the effect which can solve or improve the said 1st subject as mentioned above is acquired, The effect is substantially equivalent to the case of FIGS. 38-40. However, in the case of FIGS. 38 to 40, it is possible to further obtain an effect capable of solving or improving the second problem.

図38の場合は、絶縁膜5の角部分5eにも窒化シリコン膜6bが延在しているが、絶縁膜5の角部分5eに延在する窒化シリコン膜6bの長さは、図36や図37の場合に比べて短い。図39や図40の場合は、絶縁膜5の角部分5eには、窒化シリコン膜6bは延在していない。   In the case of FIG. 38, the silicon nitride film 6b extends to the corner portion 5e of the insulating film 5, but the length of the silicon nitride film 6b extending to the corner portion 5e of the insulating film 5 is as shown in FIG. It is shorter than the case of FIG. In the case of FIGS. 39 and 40, the silicon nitride film 6 b does not extend at the corner portion 5 e of the insulating film 5.

上記第2の課題を解決または改善するためには、絶縁膜5の角部分5eに存在する窒化シリコン膜6bを少なくすることが有効であり、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在しないようにすることが、より好ましい。その理由は、次のようなものである。   In order to solve or improve the second problem, it is effective to reduce the silicon nitride film 6b present at the corner portion 5e of the insulating film 5, and the silicon nitride film 6b is formed at the corner portion 5e of the insulating film 5. More preferably, it does not exist. The reason is as follows.

上記図33および図34の比較例の半導体装置では、上記第2の課題に関連して説明したように、動作方式Aの場合と動作方式Cの場合は、絶縁膜105中の窒化シリコン膜106bにおいて、書込み時に電子が注入されやすい位置と、消去時にホールが注入されやすい位置とがずれているため、消去動作後に、電荷の消し残りが生じてしまい、この消し残りの電子に起因してメモリトランジスタのしきい値電圧が変動してしまう虞がある。これは、上記図34において点線で囲まれた領域122における窒化シリコン膜106b中に、書込み時に電子が他の領域よりも高密度に注入され、消去時には、この領域122の窒化シリコン膜106b中にはホールが注入されにくいため、消去後に、この領域122の窒化シリコン膜106b中に消し残りの電子が残りやすいことに起因している。   In the semiconductor device of the comparative example of FIGS. 33 and 34, as described in relation to the second problem, in the case of the operation method A and the operation method C, the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 is used. , The position where electrons are likely to be injected at the time of writing and the position where holes are likely to be injected at the time of erasing are misaligned, so that unerased charges are generated after the erasing operation, and the memory is caused by the unerased electrons. There is a risk that the threshold voltage of the transistor may fluctuate. This is because electrons are injected into the silicon nitride film 106b in the region 122 surrounded by the dotted line in FIG. 34 at a higher density than other regions at the time of writing, and into the silicon nitride film 106b in the region 122 at the time of erasing. This is because holes are hard to be injected, so that after erasing, the remaining electrons are easily left in the silicon nitride film 106b in the region 122.

上記領域122の絶縁膜105は、本実施の形態では、絶縁膜5の角部分5eに相当している。このため、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在すると、その窒化シリコン膜6bに、消去動作後の電荷の消し残りが生じやすく、それに起因してメモリトランジスタのしきい値電圧の変動が生じる可能性がある。そこで、本実施の形態では、絶縁膜5の角部分5eに存在する窒化シリコン膜6bを、上記図33および図34の比較例の半導体装置に比べて少なくし、より好ましくは、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在しないようにしている。   The insulating film 105 in the region 122 corresponds to the corner portion 5e of the insulating film 5 in this embodiment. For this reason, when the silicon nitride film 6b is present at the corner portion 5e of the insulating film 5, unerased charges after the erasing operation are likely to occur in the silicon nitride film 6b, resulting in the threshold voltage of the memory transistor. Variations can occur. Therefore, in the present embodiment, the silicon nitride film 6b existing in the corner portion 5e of the insulating film 5 is reduced as compared with the semiconductor device of the comparative example shown in FIGS. The silicon nitride film 6b does not exist in the corner portion 5e.

絶縁膜5の角部分5eに存在する窒化シリコン膜6bを、上記図33および図34の比較例の半導体装置に比べて少なくすれば、角部分5eに存在する窒化シリコン膜6b中に書込み時に注入される電子の量を少なくすることができるため、消去後に角部分5eの窒化シリコン膜6b中に消し残りの電子が残るのを抑制することができる。   If the silicon nitride film 6b existing in the corner portion 5e of the insulating film 5 is reduced as compared with the semiconductor device of the comparative example shown in FIGS. 33 and 34, the silicon nitride film 6b existing in the corner portion 5e is injected at the time of writing. Since the amount of electrons to be reduced can be reduced, it is possible to suppress the remaining unerased electrons from remaining in the silicon nitride film 6b of the corner portion 5e after erasure.

そして、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在しないようにすれば、書込み時には、角部分5eには窒化シリコン膜6bが無いため電子が注入されず、ゲート絶縁膜部分5cの窒化シリコン膜6bにのみ電子が注入される。消去動作時には、ゲート絶縁膜部分5cの窒化シリコン膜6bにはホールが注入されやすく、ホールが注入されにくいはずの角部分5eには窒化シリコン膜6bが無いため、消去後に絶縁膜5(の窒化シリコン膜6b)中に消し残りの電子が残るのを更に的確に抑制することができる。   Then, if the silicon nitride film 6b does not exist in the corner portion 5e of the insulating film 5, at the time of writing, since the silicon nitride film 6b does not exist in the corner portion 5e, electrons are not injected, and the gate insulating film portion 5c is nitrided. Electrons are injected only into the silicon film 6b. During the erasing operation, holes are easily injected into the silicon nitride film 6b of the gate insulating film portion 5c, and the silicon nitride film 6b is not present in the corner portion 5e where it is difficult for holes to be injected. It is possible to more accurately suppress the remaining erased electrons from remaining in the silicon film 6b).

つまり、本実施の形態では、書込み時に電子が注入されやすいが消去時にホールが注入されにくい位置にある角部分5eにおいて、電荷をトラップする窒化シリコン膜6bを少なくするか、無くすことで、消去動作後の電荷の消し残りを抑制または防止することができる。このため、電荷の消し残りに起因してメモリトランジスタのしきい値電圧の変動が生じるのを、抑制または防止することができる。従って、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能を向上することができる。   That is, in the present embodiment, the erase operation is performed by reducing or eliminating the silicon nitride film 6b that traps charges in the corner portion 5e at a position where electrons are easily injected at the time of writing but holes are not easily injected at the time of erasing. It is possible to suppress or prevent the remaining charges from being erased later. For this reason, it is possible to suppress or prevent fluctuations in the threshold voltage of the memory transistor due to unerased charges. Therefore, the performance of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be improved.

また、上記図33および図34の比較例の半導体装置では、上記第2の課題に関連して説明したように、動作方式Bの場合と動作方式Dの場合は、メモリゲート電極MG101の角部MG101aでの電界集中に起因して、メモリゲート電極MG101の角部MG101aと半導体基板101との間の絶縁膜105の中の窒化シリコン膜106b(領域122の窒化シリコン膜106bにほぼ対応)に多量に電荷が注入される。このため、メモリゲート電極MG101の角部MG101aと半導体基板101(p型ウエルPW101)との間の絶縁膜105(領域122の絶縁膜105にほぼ対応)が劣化して絶縁膜105の信頼性が低下する虞がある。この絶縁膜105の劣化しやすい領域は、本実施の形態では、絶縁膜5の角部分5eに相当している。このため、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在すると、その窒化シリコン膜6bに、多量に電荷が注入されてしまい、角部分5eが劣化して絶縁膜5の信頼性が低下する可能性がある。そこで、本実施の形態では、絶縁膜5の角部分5eに存在する窒化シリコン膜6bを、上記図33および図34の比較例の半導体装置に比べて少なくし、より好ましくは、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在しないようにしている。   In the semiconductor device of the comparative example of FIG. 33 and FIG. 34, as described in relation to the second problem, in the case of the operation method B and the operation method D, the corner portion of the memory gate electrode MG101. Due to the electric field concentration in the MG 101a, the silicon nitride film 106b in the insulating film 105 between the corner MG101a of the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (corresponding to the silicon nitride film 106b in the region 122) is large. Charge is injected into the. For this reason, the insulating film 105 (corresponding to the insulating film 105 in the region 122) between the corner portion MG101a of the memory gate electrode MG101 and the semiconductor substrate 101 (p-type well PW101) is deteriorated, and the reliability of the insulating film 105 is improved. May decrease. The region where the insulating film 105 is likely to deteriorate corresponds to the corner portion 5e of the insulating film 5 in the present embodiment. For this reason, if the silicon nitride film 6b exists in the corner portion 5e of the insulating film 5, a large amount of charge is injected into the silicon nitride film 6b, the corner portion 5e deteriorates and the reliability of the insulating film 5 decreases. there's a possibility that. Therefore, in the present embodiment, the silicon nitride film 6b existing in the corner portion 5e of the insulating film 5 is reduced as compared with the semiconductor device of the comparative example shown in FIGS. The silicon nitride film 6b does not exist in the corner portion 5e.

絶縁膜5の角部分5eに存在する窒化シリコン膜6bを、上記図33および図34の比較例の半導体装置に比べて少なくすれば、角部分5eに存在する窒化シリコン膜6b中に注入される電荷の量を少なくすることができるため、絶縁膜5の角部分5eが劣化するのを抑制することができる。   If the silicon nitride film 6b present in the corner portion 5e of the insulating film 5 is reduced as compared with the semiconductor device of the comparative example of FIGS. 33 and 34, the silicon nitride film 6b present in the corner portion 5e is implanted. Since the amount of charge can be reduced, it is possible to suppress the deterioration of the corner portion 5e of the insulating film 5.

そして、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在しないようにすれば、絶縁膜5の角部分5eは窒化シリコン膜6bが無いため電荷が注入されず、絶縁膜5の角部分5eが劣化するのを更に的確に抑制することができる。   If the silicon nitride film 6b does not exist in the corner portion 5e of the insulating film 5, no charge is injected into the corner portion 5e of the insulating film 5 because the silicon nitride film 6b does not exist, and the corner portion 5e of the insulating film 5 is not injected. Can be more accurately suppressed.

つまり、本実施の形態では、電荷が多量に注入されやすい位置にある角部分5eにおいて、電荷をトラップする窒化シリコン膜6bを少なくするか、無くすことで、絶縁膜5の角部分5eが劣化するのを抑制または防止することができる。このため、絶縁膜5が劣化するのを抑制または防止できるため、絶縁膜5の信頼性を向上することができる。従って、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能を向上することができる。   That is, in the present embodiment, the corner portion 5e of the insulating film 5 is deteriorated by reducing or eliminating the silicon nitride film 6b that traps the charge in the corner portion 5e at a position where a large amount of charge is easily injected. Can be suppressed or prevented. For this reason, since it can suppress or prevent that the insulating film 5 deteriorates, the reliability of the insulating film 5 can be improved. Therefore, the performance of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be improved.

窒化シリコン膜6bの端部23が、メモリゲート電極MGの直下に位置している場合は、絶縁膜5の角部分5eには窒化シリコン膜6bが存在しない。図39および図40のいずれの場合も、窒化シリコン膜6bの端部23は、メモリゲート電極MGの直下に位置しており、絶縁膜5の角部分5eには窒化シリコン膜6bが存在していない。このような構成をとると、不揮発性メモリの動作方式が動作方式Aまたは動作方式Cのいずれかの場合には、上述したように、消去後の電荷の消し残りを抑制でき、電荷の消し残りに起因したメモリトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制または防止することができる。また、不揮発性メモリの動作方式が動作方式Bまたは動作方式Dのいずれかの場合には、上述したように、絶縁膜5の劣化を抑制または防止でき、絶縁膜5の信頼性を向上することができる。従って、不揮発性メモリの動作方式が動作方式A、動作方式B、動作方式Cまたは動作方式Dのいずれの場合にも、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能を向上することができる。   When the end 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG, the silicon nitride film 6b does not exist at the corner portion 5e of the insulating film 5. 39 and 40, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG, and the silicon nitride film 6b is present at the corner portion 5e of the insulating film 5. Absent. With such a configuration, when the operation method of the nonvolatile memory is either the operation method A or the operation method C, as described above, the charge remaining after erasing can be suppressed, and the charge remaining unerased. It is possible to suppress or prevent fluctuations in the threshold voltage of the memory transistor due to the above. Further, when the operation method of the nonvolatile memory is either the operation method B or the operation method D, as described above, the deterioration of the insulating film 5 can be suppressed or prevented, and the reliability of the insulating film 5 is improved. Can do. Therefore, the performance of the semiconductor device including the nonvolatile memory can be improved regardless of whether the operation method of the nonvolatile memory is any of the operation method A, the operation method B, the operation method C, or the operation method D.

なお、窒化シリコン膜6bの端部23がメモリゲート電極MGの直下に位置している場合(図39または図40に対応)は、絶縁膜5の角部分5eは窒化シリコン膜6bを有しておらず、空洞CAVが角部分5eにも延在した状態となっている。   When the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG (corresponding to FIG. 39 or FIG. 40), the corner portion 5e of the insulating film 5 has the silicon nitride film 6b. In other words, the cavity CAV extends to the corner portion 5e.

窒化シリコン膜6bの端部23がメモリゲート電極MGの直下に位置している場合は、図39の場合と図40の場合とに分類される。   The case where the end 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG is classified into the case of FIG. 39 and the case of FIG.

図39の場合は、窒化シリコン膜6bの端部23は、メモリゲート電極MGの側面25の直下に位置しており、ゲート絶縁膜部分5c(より特定的にはゲート絶縁膜部分5c全体)は、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された積層構造を有している。   In the case of FIG. 39, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the side surface 25 of the memory gate electrode MG, and the gate insulating film portion 5c (more specifically, the entire gate insulating film portion 5c) is The silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c are stacked.

図40の場合は、窒化シリコン膜6bの端部23は、メモリゲート電極MGの側面25の直下の位置よりも、制御ゲート電極CGから遠い(離れる)側(すなわちソース領域に近づく側)に位置している。このため、図40の場合は、ゲート絶縁膜部分5cは、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された部分(第4の部分)5fと、酸化シリコン膜6aと空洞CAVと酸化シリコン膜6cとを含みかつ窒化シリコン膜6bを含んでいない部分(第5の部分)5gとを有し、部分5gは部分5fと角部分5eとの間に位置したものとなる。より具体的に説明すると、ゲート絶縁膜部分5cは、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された部分5fと、窒化シリコン膜6bの代わりに空洞CAVを有する部分5gとで構成され、部分5gが角部分5eに隣接し、部分5fと部分5gとの境界に、窒化シリコン膜6bの端部23が位置している。   In the case of FIG. 40, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located farther (away from) the control gate electrode CG (that is, closer to the source region) than the position directly below the side surface 25 of the memory gate electrode MG. is doing. Therefore, in the case of FIG. 40, the gate insulating film portion 5c includes a portion (fourth portion) 5f in which the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c are stacked, and the silicon oxide film 6a. A portion (fifth portion) 5g including the cavity CAV and the silicon oxide film 6c and not including the silicon nitride film 6b is provided, and the portion 5g is located between the portion 5f and the corner portion 5e. . More specifically, the gate insulating film portion 5c includes a portion 5f in which a silicon oxide film 6a, a silicon nitride film 6b, and a silicon oxide film 6c are stacked, and a portion 5g having a cavity CAV instead of the silicon nitride film 6b. The portion 5g is adjacent to the corner portion 5e, and the end 23 of the silicon nitride film 6b is located at the boundary between the portion 5f and the portion 5g.

図39の場合と図40の場合のいずれも、窒化シリコン膜6bの端部23がメモリゲート電極MGの直下に位置しており、絶縁膜5の角部分5eが窒化シリコン膜6bを有していないため、上述したメモリトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制または防止できる効果(動作方式Aまたは動作方式Cの場合)、あるいは上述した絶縁膜5の信頼性を向上できる効果(動作方式Bまたは動作方式Dの場合)を得ることができる。しかしながら、図40の場合は、更に次のような効果を得ることができる。   39 and 40, the end 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG, and the corner portion 5e of the insulating film 5 has the silicon nitride film 6b. Therefore, the effect of suppressing or preventing the threshold voltage fluctuation of the memory transistor described above (in the case of the operation method A or the operation method C) or the effect of improving the reliability of the insulating film 5 described above (operation method B or In the case of the operation method D). However, in the case of FIG. 40, the following effects can be further obtained.

すなわち、上記ステップS14で窒化シリコン膜6bをエッチングすることで空洞CAVを形成するが、エッチング条件の変動などに起因して、窒化シリコン膜6bの端部23の位置が多少変動する可能性がある。このため、図40の場合のように、窒化シリコン膜6bの端部23を、メモリゲート電極MGの側面25の直下の位置よりも、制御ゲート電極CGから遠い(離れる)側に設定しておけば、窒化シリコン膜6bの端部23の位置が多少変動したとしても、窒化シリコン膜6bの端部23がメモリゲート電極MGの直下に位置し、絶縁膜5の角部分5eが窒化シリコン膜6bを有していない状態を維持することができる。これにより、多少工程変動(具体的には上記ステップS14の工程変動)が生じても、絶縁膜5の角部分5eが窒化シリコン膜6bを有していない状態を維持できるため、上述したメモリトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制または防止することができる効果(動作方式Aまたは動作方式Cの場合)、あるいは上述した絶縁膜5の信頼性を向上することができる効果(動作方式Bまたは動作方式Dの場合)を、より的確に得ることができる。従って、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能をより的確に向上させることができる。   That is, although the cavity CAV is formed by etching the silicon nitride film 6b in step S14, the position of the end portion 23 of the silicon nitride film 6b may slightly vary due to variations in etching conditions. . Therefore, as in the case of FIG. 40, the end 23 of the silicon nitride film 6b can be set farther (away from) the control gate electrode CG than the position directly below the side surface 25 of the memory gate electrode MG. For example, even if the position of the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is slightly changed, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG, and the corner portion 5e of the insulating film 5 is the silicon nitride film 6b. The state which does not have can be maintained. As a result, even if a process variation occurs (specifically, the process variation in step S14), the corner portion 5e of the insulating film 5 can be maintained in a state in which the silicon nitride film 6b is not provided. The effect of suppressing or preventing the fluctuation of the threshold voltage (in the case of operation method A or operation method C), or the effect of improving the reliability of the insulating film 5 described above (operation method B or operation) The case of method D) can be obtained more accurately. Therefore, the performance of the semiconductor device including the nonvolatile memory can be improved more accurately.

一方、図39の場合(図37や図38の場合も)は、ゲート絶縁膜部分5c全体が、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された積層構造を有しているため、書込み速度を向上する点では有利である。   On the other hand, in the case of FIG. 39 (also in the case of FIGS. 37 and 38), the entire gate insulating film portion 5c has a laminated structure in which a silicon oxide film 6a, a silicon nitride film 6b, and a silicon oxide film 6c are laminated. Therefore, it is advantageous in improving the writing speed.

また、上記第2の課題を解決または改善するためには、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在しないようにすることが極めて有効であるが、絶縁膜5の角部分5eに窒化シリコン膜6bが存在していても、上記図33および図34の比較例の場合に比べて、絶縁膜5の角部分5eにおける窒化シリコン膜6bを少なくすれば、上記図33および図34の比較例の場合に比べて、上記第2の課題を改善することができる。この場合の例が、図38に対応している。   In order to solve or improve the second problem, it is extremely effective to prevent the silicon nitride film 6b from being present at the corner portion 5e of the insulating film 5, but the corner portion 5e of the insulating film 5 Even if the silicon nitride film 6b exists, if the silicon nitride film 6b in the corner portion 5e of the insulating film 5 is reduced as compared with the comparative example of FIGS. 33 and 34, the silicon nitride film 6b shown in FIGS. Compared to the comparative example, the second problem can be improved. An example in this case corresponds to FIG.

すなわち、図38の場合は、窒化シリコン膜6bの端部23が、メモリゲート電極MGの下面24よりも低い位置で、かつ、メモリゲート電極MGの側面25の直下の位置よりも制御ゲート電極CGに近い側に位置している。この場合、窒化シリコン膜6bの端部23は、角部分5e内に位置しており、ゲート絶縁膜部分5c(ゲート絶縁膜部分5c全体)は、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された積層構造を有している。このような構造とすれば、上記図33および図34の比較例の場合に比べて、絶縁膜5の角部分5eにおける窒化シリコン膜6bが少なくなるため、上記図33および図34の比較例の場合に比べて、上記第2の課題を改善することができる。すなわち、上記図33および図34の比較例の場合に比べて、消去後の電荷の消し残りを抑制してメモリトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制または防止することができる効果(動作方式Aまたは動作方式Cの場合)、あるいは絶縁膜5(の角部分5e)の劣化を抑制して絶縁膜5の信頼性を向上することができる効果(動作方式Bまたは動作方式Dの場合)を得ることができる。従って、不揮発性メモリを備える半導体装置の性能を向上させることができる。   That is, in the case of FIG. 38, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is lower than the lower surface 24 of the memory gate electrode MG and is lower than the position directly below the side surface 25 of the memory gate electrode MG. Located on the side close to In this case, the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located in the corner portion 5e, and the gate insulating film portion 5c (the entire gate insulating film portion 5c) includes the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide. It has a laminated structure in which the film 6c is laminated. With such a structure, the silicon nitride film 6b at the corner portion 5e of the insulating film 5 is reduced as compared with the comparative example of FIGS. 33 and 34. Therefore, the comparative example of FIGS. Compared to the case, the second problem can be improved. That is, as compared with the comparative example of FIG. 33 and FIG. 34 described above, an effect (operation method A) in which fluctuations in the threshold voltage of the memory transistor can be suppressed by suppressing unerased charges after erasure. Or in the case of the operation method C), or an effect (in the case of the operation method B or the operation method D) that can improve the reliability of the insulating film 5 by suppressing the deterioration of the insulating film 5 (corner portion 5e). be able to. Therefore, the performance of a semiconductor device including a nonvolatile memory can be improved.

窒化シリコン膜6bの端部23の位置は、上記ステップS14のエッチング工程におけるエッチング条件(例えばエッチング時間など)を調整することで、制御することができる。例えば、図39または図40の構造(窒化シリコン膜6bの端部23がメモリゲート電極MGの直下に位置している構造)を得るためには、上記ステップS14のエッチング工程において、空洞CAVに隣接する窒化シリコン膜5の端部23が、メモリゲート電極MGの直下の位置になるまで、窒化シリコン膜6bのエッチングを行えばよい。また、上記ステップS14のエッチング工程において、空洞CAVに隣接する窒化シリコン膜6bの端部23が、メモリゲート電極MGの下面24と同じ高さ位置か、それよりも低い位置になるまで、窒化シリコン膜6bのエッチングを行えば、図36〜図40のいずれかの構造を得ることができる。但し、ゲート絶縁膜部分5cから全ての窒化シリコン膜6bが除去されてしまうと、電荷蓄積部が存在しなくなるため、ステップS14のエッチング工程は、ゲート絶縁膜部分5cから全ての窒化シリコン膜6bが除去される前にエッチングを終了し、ステップS14のエッチング工程後にゲート絶縁膜部分5c中に窒化シリコン膜6bの少なくとも一部が存在(残存)しているようにする。図40の構造の場合、ゲート絶縁膜部分5cにおいて、酸化シリコン膜6aと窒化シリコン膜6bと酸化シリコン膜6cとが積層された部分5fのゲート長方向(メモリゲート電極MGのゲート長方向)の寸法は、10nm以上であればより好ましく、これにより、電荷蓄積部としての機能をより的確に発揮させることができる。   The position of the end 23 of the silicon nitride film 6b can be controlled by adjusting the etching conditions (for example, the etching time) in the etching process of step S14. For example, in order to obtain the structure of FIG. 39 or FIG. 40 (a structure in which the end portion 23 of the silicon nitride film 6b is located immediately below the memory gate electrode MG), it is adjacent to the cavity CAV in the etching process of step S14. The silicon nitride film 6b may be etched until the end 23 of the silicon nitride film 5 to be positioned is located immediately below the memory gate electrode MG. Further, in the etching process of step S14, the silicon nitride is continued until the end portion 23 of the silicon nitride film 6b adjacent to the cavity CAV is at the same height as the lower surface 24 of the memory gate electrode MG or at a lower position. If the film 6b is etched, one of the structures shown in FIGS. 36 to 40 can be obtained. However, if all of the silicon nitride film 6b is removed from the gate insulating film portion 5c, the charge storage portion does not exist. Therefore, in the etching process of step S14, all of the silicon nitride film 6b is removed from the gate insulating film portion 5c. The etching is finished before the removal, and at least a part of the silicon nitride film 6b is present (remains) in the gate insulating film portion 5c after the etching process of step S14. In the case of the structure of FIG. 40, in the gate insulating film portion 5c, the gate length direction (gate length direction of the memory gate electrode MG) of the portion 5f in which the silicon oxide film 6a, the silicon nitride film 6b, and the silicon oxide film 6c are stacked. The dimension is more preferably 10 nm or more, and thereby, the function as the charge storage unit can be more accurately exhibited.

(実施の形態2)
本実施の形態は、上記実施の形態1の変形例に対応している。
(Embodiment 2)
This embodiment corresponds to a modification of the first embodiment.

本実施の形態においては、上記実施の形態1の不揮発性メモリのメモリゲート電極MGの高さを制御ゲート電極CGの高さよりも高くなるように形成する場合について説明する。   In the present embodiment, a case where the height of the memory gate electrode MG of the nonvolatile memory of the first embodiment is formed to be higher than the height of the control gate electrode CG will be described.

図41および図42は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図である。図41は上記実施の形態1の上記図1に対応するものであり、不揮発性メモリのメモリセル領域の要部断面図が示されている。図42は上記実施の形態1の上記図2に対応するものであり、図41の一部が拡大して示してある。なお、図42は、理解を簡単にするために、図1の構造のうち、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、絶縁膜3,5および側壁絶縁膜SW2と、それらの直下の基板領域(p型ウエルPW1を構成する半導体基板1の一部)のみが図示されている。   41 and 42 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 41 corresponds to FIG. 1 of the first embodiment and shows a cross-sectional view of the main part of the memory cell region of the nonvolatile memory. FIG. 42 corresponds to FIG. 2 of the first embodiment, and a part of FIG. 41 is enlarged. 42, for easy understanding, in the structure of FIG. 1, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the insulating films 3 and 5, the side wall insulating film SW2, and the substrate region immediately below them ( Only a part of the semiconductor substrate 1 constituting the p-type well PW1 is illustrated.

図41および図42に示されるように、本実施の形態における不揮発性メモリのメモリセルは、制御ゲート電極CGの高さがメモリゲート電極MGの高さよりも低くなるように形成されている。より具体的な構成を以下で説明する。   As shown in FIGS. 41 and 42, the memory cell of the nonvolatile memory in the present embodiment is formed such that the height of the control gate electrode CG is lower than the height of the memory gate electrode MG. A more specific configuration will be described below.

制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、それらの対向側面(側壁)の間に絶縁膜5を介した状態で、半導体基板1の主面に沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、間に絶縁膜5を介在して互いに隣り合っており、メモリゲート電極MGは、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。ただし、上述したように、メモリゲート電極MGの高さは、制御ゲート電極CGの高さよりも高く形成されている。すなわち、制御ゲート電極CGの高さ(半導体基板1の主面に略垂直な方向の高さ)よりも、メモリゲート電極MGの高さ(半導体基板1の主面に略垂直な方向の高さ)の方が、高くなっている。   The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG extend along the main surface of the semiconductor substrate 1 and are arranged side by side with the insulating film 5 interposed between the opposing side surfaces (side walls). The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are adjacent to each other with the insulating film 5 interposed therebetween, and the memory gate electrode MG is disposed on the side wall of the control gate electrode CG via the insulating film 5 via the sidewall spacer. It is formed in a shape. However, as described above, the height of the memory gate electrode MG is formed higher than the height of the control gate electrode CG. That is, the height of the memory gate electrode MG (the height in the direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1) is higher than the height of the control gate electrode CG (the height in the direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1). ) Is higher.

また、絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって延在している。上記実施の形態1の場合と同様に、本実施の形態では、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)の間に位置する部分の絶縁膜5が、酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた窒化シリコン膜6bを有し、この窒化シリコン膜6bが電荷蓄積部として機能し、一方、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間に位置する部分の絶縁膜5が空洞CAVを有するようにしている。すなわち、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGの下面と半導体基板1(p型ウエルPW1)の上面との間の部分は、酸化シリコン膜6a,6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた窒化シリコン膜とを有し、絶縁膜5のうち、制御ゲート電極CGの側面とメモリゲート電極MGの側面との間の部分は、酸化シリコン膜6a,6cと酸化シリコン膜6a,6cに挟まれた空洞CAVとを有し、窒化シリコン膜6bを有さないようにしている。   The insulating film 5 extends over both the region between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the region between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. . As in the case of the first embodiment, in the present embodiment, a portion of the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is formed on the silicon oxide films 6a and 6c. The silicon nitride film 6b is sandwiched, and this silicon nitride film 6b functions as a charge storage portion, while the insulating film 5 located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG has a cavity CAV. I am doing so. That is, a portion of the insulating film 5 between the lower surface of the memory gate electrode MG and the upper surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c and the silicon oxide films 6a and 6c. A portion of the insulating film 5 between the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the memory gate electrode MG is sandwiched between the silicon oxide films 6a and 6c and the silicon oxide films 6a and 6c. The cavity CAV is included and the silicon nitride film 6b is not included.

空洞CAVの上部は、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとによって挟まれた絶縁膜部分(絶縁体部分)10aによって塞がれている状態(蓋をされた状態)となっている。この絶縁膜部分10aは、サイドウォールスペーサSW2を形成するための絶縁膜(後述の絶縁膜10に対応)の一部によって形成されており、絶縁体(サイドウォールスペーサSW2の少なくとも一部と同種の絶縁体材料)からなるが、好ましくは酸化シリコンからなる。従って、空洞CAVは、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび絶縁膜部分10aによって囲まれており、酸化シリコン膜6a,6c、窒化シリコン膜6bおよび絶縁膜部分10aによって空洞CAVの内壁が形成されている。ただし、本実施の形態では、図42に示されるように、酸化シリコン膜6aと酸化シリコン膜6cとによって挟まれた絶縁膜部分10aによって空洞CAVが塞がれているだけでなく、制御ゲート電極CGの高さがメモリゲート電極MGの高さよりも低くなるように形成されているため、制御ゲート電極CGの上部でかつ、メモリゲート電極MGのドレイン領域側の側壁にもサイドウォールスペーサSW2が形成されている。なお、制御ゲート電極CGの上部でかつ、メモリゲート電極MGのドレイン領域側の側壁に形成されたサイドウォールスペーサSW2をサイドウォールスペーサSW2aと称することとする。   The upper part of the cavity CAV is in a state (covered state) closed by an insulating film part (insulator part) 10a sandwiched between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c. The insulating film portion 10a is formed by a part of an insulating film (corresponding to an insulating film 10 to be described later) for forming the sidewall spacer SW2, and is an insulator (of the same kind as at least a part of the sidewall spacer SW2). Insulator material), preferably silicon oxide. Therefore, the cavity CAV is surrounded by the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b, and the insulating film portion 10a. The inner wall of the cavity CAV is surrounded by the silicon oxide films 6a and 6c, the silicon nitride film 6b, and the insulating film portion 10a. Is formed. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 42, not only the cavity CAV is blocked by the insulating film portion 10a sandwiched between the silicon oxide film 6a and the silicon oxide film 6c, but also the control gate electrode Since the height of the CG is formed to be lower than the height of the memory gate electrode MG, the sidewall spacer SW2 is formed on the control gate electrode CG and also on the side wall of the memory gate electrode MG on the drain region side. Has been. Note that the side wall spacer SW2 formed above the control gate electrode CG and on the side wall on the drain region side of the memory gate electrode MG is referred to as a side wall spacer SW2a.

また、本実施の形態では、絶縁膜部分10aは、サイドウォールスペーサSW2aと一体的に形成されている。すなわち、サイドウォールスペーサSW2aを構成している絶縁膜の一部が、制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGの間に侵入して絶縁膜部分10aとなっている。   In the present embodiment, the insulating film portion 10a is formed integrally with the sidewall spacer SW2a. That is, a part of the insulating film constituting the sidewall spacer SW2a penetrates between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG to form the insulating film portion 10a.

また、本実施の形態においては、後述するように、制御ゲート電極CGは最初シリコン膜4nと絶縁膜31との積層膜(積層パターン、積層構造)で構成され、絶縁膜31の一部が除去される際に、側壁絶縁膜SW1も除去されてしまうものとして、本実施の形態で記載しているが、側壁絶縁膜SW1が残る場合もあり得る。   In the present embodiment, as will be described later, the control gate electrode CG is first composed of a laminated film (laminated pattern, laminated structure) of the silicon film 4n and the insulating film 31, and a part of the insulating film 31 is removed. In this embodiment, the sidewall insulating film SW1 is also removed. However, although the sidewall insulating film SW1 may remain, the sidewall insulating film SW1 may remain.

また、本実施の形態においては、制御ゲート電極CG上にもサイドウォールスペーサSW2aが形成されているため、制御ゲート電極CG上に関しては、サイドウォールスペーサSW2aが形成されている部分には、金属シリサイド層13が形成されず、サイドウォールスペーサSW2aが形成されていない部分に金属シリサイド層13が形成されることになる。すなわち、制御ゲート電極のCGの上面において、サイドウォールスペーサSW2aで覆われている領域には金属シリサイド層13は形成されずに、制御ゲート電極CGの上面において、サイドウォールスペーサSW2aで覆われていない領域には金属シリサイド層13が形成されている。そのため、制御ゲート電極CG上に形成された金属シリサイド層13とメモリゲート電極MGに形成された金属シリサイド層13との間に、サイドウォールスペーサSW2a分の距離が確保されることとなり、上記2箇所の金属シリサイド層13(すなわち制御ゲート電極CG上の金属シリサイド層13とメモリゲート電極MG上の金属シリサイド層13)同士のショートを効果的に回避することができる。従って、半導体装置の信頼性を、より向上させることが可能となる。   In the present embodiment, since the sidewall spacer SW2a is also formed on the control gate electrode CG, a portion of the control gate electrode CG on which the sidewall spacer SW2a is formed has a metal silicide. The layer 13 is not formed, and the metal silicide layer 13 is formed in a portion where the sidewall spacer SW2a is not formed. That is, the metal silicide layer 13 is not formed in the region covered with the sidewall spacer SW2a on the upper surface of the control gate electrode CG, and is not covered with the sidewall spacer SW2a on the upper surface of the control gate electrode CG. A metal silicide layer 13 is formed in the region. Therefore, a distance corresponding to the side wall spacer SW2a is secured between the metal silicide layer 13 formed on the control gate electrode CG and the metal silicide layer 13 formed on the memory gate electrode MG. Short circuit between the metal silicide layers 13 (that is, the metal silicide layer 13 on the control gate electrode CG and the metal silicide layer 13 on the memory gate electrode MG) can be effectively avoided. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be further improved.

本実施の形態のメモリセルの他の構成は、上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略する。   Since the other configuration of the memory cell of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, the description thereof is omitted here.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程について説明する。図43〜図49は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図43〜図49のうち、図43〜図46、図48および図49には、上記実施の形態1における上記図6〜図15などとほぼ同じ断面領域が示されている。また、図47は図46の部分拡大断面図であり、図46におけるメモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている(なお図47では、n型半導体領域9a,9bは図示を省略してp型ウエルPW1に含めてある)。なお、図45は、上記ステップS13まで行った段階(上記図20と同じ工程段階)が示されている。また、図46および図47は、上記ステップS14を行った後(上記ステップS15を行う前)の段階の断面図である。また、図48は、上記ステップS15を行った段階(上記図23と同じ工程段階)が示され、図49は、上記ステップS16を行った段階(上記図25と同じ工程段階)が示されている。 Next, the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment will be described. 43 to 49 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 43 to 46, FIG. 43 to FIG. 46, FIG. 48, and FIG. 49 show substantially the same cross-sectional area as FIG. 6 to FIG. 15 in the first embodiment. 47 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 46, in which a part of the memory cell region 1A in FIG. 46 is enlarged (in FIG. 47, the n type semiconductor regions 9a and 9b are not shown). It is omitted and included in the p-type well PW1). Note that FIG. 45 shows the steps performed up to step S13 (the same process steps as in FIG. 20). 46 and 47 are cross-sectional views at the stage after performing step S14 (before performing step S15). FIG. 48 shows the stage where the above step S15 is performed (the same process stage as in FIG. 23), and FIG. 49 shows the stage where the above step S16 is performed (the same process stage as in FIG. 25). Yes.

本実施の形態の半導体装置の製造工程は、上記実施の形態1の半導体装置の製造工程と基本的には同じであるため、以下では、主として上記実施の形態1の製造工程との相違点について説明する。   Since the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment is basically the same as the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, differences from the manufacturing process according to the first embodiment will be mainly described below. explain.

上記実施の形態1と同様にして上記図8の構造を得た後、本実施の形態では、上記ステップS5と上記ステップS6との間に、図43に示されるように、シリコン膜4(4n)上に絶縁膜31を形成する工程が追加される。絶縁膜31は、シリコン膜4n(4)上の絶縁膜31aと絶縁膜31a上の絶縁膜31bとの積層膜(積層膜パターン)で構成されており、絶縁膜31aは、絶縁膜31bより薄く形成されている。絶縁膜31aは、好ましくは酸化シリコン膜からなり、絶縁膜31bは、好ましくは窒化シリコン膜からなり、本実施の形態においては、絶縁膜31aを酸化シリコン膜で、絶縁膜31bを窒化シリコン膜で形成した場合として説明する。絶縁膜31形成工程は、シリコン膜4(4n)上に絶縁膜31aを形成する工程と、絶縁膜31a上に絶縁膜31bを形成する工程とを有している。   After obtaining the structure shown in FIG. 8 in the same manner as in the first embodiment, in this embodiment, the silicon film 4 (4n) is interposed between the step S5 and the step S6 as shown in FIG. ) A step of forming the insulating film 31 thereon is added. The insulating film 31 is composed of a laminated film (laminated film pattern) of an insulating film 31a on the silicon film 4n (4) and an insulating film 31b on the insulating film 31a. The insulating film 31a is thinner than the insulating film 31b. Is formed. The insulating film 31a is preferably made of a silicon oxide film, and the insulating film 31b is preferably made of a silicon nitride film. In this embodiment, the insulating film 31a is a silicon oxide film, and the insulating film 31b is a silicon nitride film. This will be described as a case where it is formed. The insulating film 31 forming step includes a step of forming the insulating film 31a on the silicon film 4 (4n) and a step of forming the insulating film 31b on the insulating film 31a.

それから、上記ステップS6において、上記実施の形態1ではシリコン膜4nをパターニングして制御ゲート電極CGを形成したが、本実施の形態では、シリコン膜4nと絶縁膜31との積層膜をパターニングすることで、図44に示されるように、シリコン膜4nと絶縁膜31との積層膜パターンからなる制御ゲート電極CGを形成する。それから、ステップS6とステップS7の間に、絶縁膜31を除去すべき領域(例えば周辺回路領域1Bなど)において、適宜絶縁膜31の除去を行う。   In step S6, the control gate electrode CG is formed by patterning the silicon film 4n in the first embodiment. However, in the present embodiment, the stacked film of the silicon film 4n and the insulating film 31 is patterned. Thus, as shown in FIG. 44, a control gate electrode CG having a laminated film pattern of the silicon film 4n and the insulating film 31 is formed. Then, between steps S6 and S7, the insulating film 31 is appropriately removed in a region where the insulating film 31 is to be removed (for example, the peripheral circuit region 1B).

その後、上記ステップS7〜S14を上記実施の形態1と同様に行う。図45からも分かるように、図45の段階までは、制御ゲート電極CGは、シリコン膜4nとシリコン膜4n上の絶縁膜31との積層膜によって形成された状態となっており、シリコン膜4nと絶縁膜31との積層膜からなる制御ゲート電極CGの側壁上に、絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGがサイドウォールスペーサ状に形成される。一方、ステップS14においては、図46および図47に示されるように、窒化シリコン膜6bのエッチングにより、絶縁膜31bも同時にエッチングされ除去されてしまう。また、絶縁膜31aもその後の洗浄などによって除去され、前述のように、本実施の形態においてはその際に(絶縁膜31aが除去される際に)側壁絶縁膜SW1も除去されたものとして、上記図41、図42、図46〜図49を記載している。また、絶縁膜31aおよび側壁絶縁膜SW1が除去される際に、絶縁膜31とメモリゲート電極MGとの間に位置していた部分の酸化シリコン膜6a,6bも除去され得る。   Thereafter, steps S7 to S14 are performed in the same manner as in the first embodiment. As can be seen from FIG. 45, until the stage of FIG. 45, the control gate electrode CG is formed by a laminated film of the silicon film 4n and the insulating film 31 on the silicon film 4n, and the silicon film 4n. A memory gate electrode MG is formed in the shape of a side wall spacer on the side wall of the control gate electrode CG made of a laminated film of the insulating film 31 and the insulating film 5. On the other hand, in step S14, as shown in FIGS. 46 and 47, the insulating film 31b is also etched and removed simultaneously by etching the silicon nitride film 6b. Further, the insulating film 31a is also removed by subsequent cleaning or the like. As described above, in this embodiment, the sidewall insulating film SW1 is also removed at that time (when the insulating film 31a is removed). 41, FIG. 42, and FIGS. 46 to 49 are described. Further, when the insulating film 31a and the side wall insulating film SW1 are removed, the silicon oxide films 6a and 6b located between the insulating film 31 and the memory gate electrode MG can also be removed.

また、絶縁膜31bおよび絶縁膜31aが除去されたことで、図46〜図49からも分かるように、制御ゲート電極CGは、上部に絶縁膜31a,31bが形成されておらず、シリコン膜4nで構成された状態となる。メモリゲート電極MGは、シリコン膜4nと絶縁膜31との積層膜で構成されていた制御ゲート電極CGとほぼ同じ高さに形成されていたため、制御ゲート電極CGの上部の絶縁膜31が除去されて以降は、シリコン膜4nで構成された制御ゲート電極CGの高さは、シリコン膜7nで構成されたメモリゲート電極MGの高さよりも低くなる。   Further, since the insulating film 31b and the insulating film 31a are removed, as shown in FIGS. 46 to 49, the control gate electrode CG is not formed with the insulating films 31a and 31b on the upper portion, and the silicon film 4n. It will be in a state composed of. Since the memory gate electrode MG was formed at substantially the same height as the control gate electrode CG that was formed of the laminated film of the silicon film 4n and the insulating film 31, the insulating film 31 above the control gate electrode CG was removed. Thereafter, the height of the control gate electrode CG composed of the silicon film 4n is lower than the height of the memory gate electrode MG composed of the silicon film 7n.

その後、上記ステップS15〜S17を上記実施の形態1と同様に行う。図48および図49からも分かるように、本実施の形態では、ステップS16において、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの互いに隣接している側とは反対側の側壁上にサイドウォールスペーサSW2が形成されるだけでなく、制御ゲート電極CGの上部でかつ、メモリゲート電極MGのドレイン領域側の側壁にサイドウォールスペーサSW2aが形成される。これは、シリコン膜4nで構成された制御ゲート電極CGの高さがシリコン膜7nで構成されたメモリゲート電極MGの高さよりも低くなっているためである。   Thereafter, steps S15 to S17 are performed in the same manner as in the first embodiment. As can be seen from FIG. 48 and FIG. 49, in the present embodiment, in step S16, the side wall spacer SW2 is provided on the side wall opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. In addition to the formation, a sidewall spacer SW2a is formed on the control gate electrode CG and on the sidewall of the memory gate electrode MG on the drain region side. This is because the height of the control gate electrode CG composed of the silicon film 4n is lower than the height of the memory gate electrode MG composed of the silicon film 7n.

以降の工程は、上記実施の形態1と基本的には同様であるため、ここではその説明は省略する。   Since the subsequent steps are basically the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.

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

また、それに加えて、本実施の形態では、制御ゲート電極CGを最初シリコン膜4nと絶縁膜31(より特定的には絶縁膜31a,31b)との積層膜で形成するため、シリコン膜4(4n)を上記実施の形態1よりも薄く形成した場合においても、制御ゲート電極CGの側壁にサイドウォールスペーサ状に形成されるメモリゲート電極MGの高さを確保することができる。さらに、制御ゲート電極CG上に形成された金属シリサイド層13とメモリゲート電極MGに形成された金属シリサイド層13との間に、サイドウォールスペーサSW2a分の距離が確保されることとなり、上記2箇所の金属シリサイド層13(すなわち制御ゲート電極CG上の金属シリサイド層13とメモリゲート電極MG上の金属シリサイド層13)同士のショートを効果的に回避することができる。従って、半導体装置の信頼性を、より向上させることが可能となる。   In addition, in this embodiment, since the control gate electrode CG is first formed of a laminated film of the silicon film 4n and the insulating film 31 (more specifically, the insulating films 31a and 31b), the silicon film 4 ( Even when 4n) is formed thinner than that of the first embodiment, the height of the memory gate electrode MG formed in a sidewall spacer shape on the side wall of the control gate electrode CG can be ensured. Further, a distance corresponding to the side wall spacer SW2a is secured between the metal silicide layer 13 formed on the control gate electrode CG and the metal silicide layer 13 formed on the memory gate electrode MG. Short circuit between the metal silicide layers 13 (that is, the metal silicide layer 13 on the control gate electrode CG and the metal silicide layer 13 on the memory gate electrode MG) can be effectively avoided. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be further improved.

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

本発明は、半導体装置およびその製造技術に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to a semiconductor device and its manufacturing technology.

1 半導体基板
1A メモリセル領域
1B 周辺回路領域
2 素子分離領域
3 絶縁膜
4,4n シリコン膜
5 絶縁膜
5a 上端部
5b 端部
5c ゲート絶縁膜部分
5d 絶縁部分
5e 角部分
5f,5g 部分
6a,6c 酸化シリコン膜
6b 窒化シリコン膜
7n シリコン膜
8 絶縁膜
9a,9b,9c n型半導体領域
10 絶縁膜
10a 絶縁膜部分
11a,11b,11c n型半導体領域
12 金属膜
13 金属シリサイド層
14,15,16 絶縁膜
23 端部
24 下面
25 側面
26 側面
31,31a,31b 絶縁膜
101 半導体基板
103 絶縁膜
105 絶縁膜
106a,106c 酸化シリコン膜
106b 窒化シリコン膜
109a,109b n型半導体領域
111a,111b n型半導体領域
113 金属シリサイド層
114,115 絶縁膜
121 領域
122 領域
CAV 空洞
CG,CG101 制御ゲート電極
CNT コンタクトホール
GE ゲート電極
L1,L2,L101 距離
M1 配線
MC メモリセル
MD,MS 半導体領域
MG,MG101 メモリゲート電極
MG101a 角部
PG プラグ
SD 半導体領域
SP1 シリコンスペーサ
PW1,PW2,PW101 p型ウエル
SW1 側壁絶縁膜
SW2,SW2a,SW102 サイドウォールスペーサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 1A Memory cell area | region 1B Peripheral circuit area | region 2 Element isolation area | region 3 Insulating film 4, 4n Silicon film 5 Insulating film 5a Upper end part 5b End part 5c Gate insulating film part 5d Insulating part 5e Corner part 5f, 5g Part 6a, 6c Silicon oxide film 6b Silicon nitride film 7n Silicon film 8 Insulating films 9a, 9b, 9c n type semiconductor region 10 Insulating film 10a Insulating film portions 11a, 11b, 11c n + type semiconductor regions 12 Metal film 13 Metal silicide layers 14, 15 , 16 Insulating film 23 End 24 Lower surface 25 Side surface 26 Side surface 31, 31a, 31b Insulating film 101 Semiconductor substrate 103 Insulating film 105 Insulating film 106a, 106c Silicon oxide film 106b Silicon nitride film 109a, 109b n type semiconductor regions 111a, 111b n + -type semiconductor region 113 metal silicide layer 114, 115 absolute Film 121 region 122 region CAV cavity CG, CG101 control gate electrode CNT contact hole GE gate electrode L1, L2, L101 distance M1 wiring MC memory cell MD, MS semiconductor region MG, MG101 memory gate electrode MG101a corner PG plug SD semiconductor region SP1 Silicon spacer PW1, PW2, PW101 p-type well SW1 side wall insulating film SW2, SW2a, SW102 side wall spacer

Claims (22)

不揮発性メモリのメモリセルを備える半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成された、前記メモリセルを構成する第1ゲート電極と、
前記半導体基板の上部に形成され、前記第1ゲート電極と隣り合い、前記メモリセルを構成する第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間および前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に形成された絶縁膜と、
を有し、
前記絶縁膜のうち、前記第2ゲート電極の下面と前記半導体基板の上面との間の第1の部分は、第1酸化シリコン膜と第2酸化シリコン膜と前記第1および第2酸化シリコン膜に挟まれた窒化シリコン膜とを有し、
前記窒化シリコン膜は、前記メモリセルの電荷蓄積部として機能し、
前記絶縁膜のうち、前記第1ゲート電極の側面と前記第2ゲート電極の側面との間の第2の部分は、前記第1酸化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜と前記第1および第2酸化シリコン膜に挟まれた空洞とを有し、前記窒化シリコン膜を有していないことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a memory cell of a nonvolatile memory,
A semiconductor substrate;
A first gate electrode forming the memory cell formed on the semiconductor substrate;
A second gate electrode formed on the semiconductor substrate, adjacent to the first gate electrode and constituting the memory cell;
A first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate;
An insulating film formed between the second gate electrode and the semiconductor substrate and between the first gate electrode and the second gate electrode;
Have
Of the insulating film, a first portion between the lower surface of the second gate electrode and the upper surface of the semiconductor substrate includes a first silicon oxide film, a second silicon oxide film, and the first and second silicon oxide films. And a silicon nitride film sandwiched between
The silicon nitride film functions as a charge storage portion of the memory cell,
Of the insulating film, a second portion between the side surface of the first gate electrode and the side surface of the second gate electrode includes the first silicon oxide film, the second silicon oxide film, the first and first A semiconductor device having a cavity sandwiched between silicon dioxide films and not having the silicon nitride film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記空洞の上部は、前記第1酸化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜とに挟まれた絶縁膜部分で塞がれていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
An upper portion of the cavity is closed by an insulating film portion sandwiched between the first silicon oxide film and the second silicon oxide film.
請求項2記載の半導体装置において、
前記絶縁膜部分は、酸化シリコンからなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the insulating film portion is made of silicon oxide.
請求項3記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜の第1の端部は、前記空洞に隣接していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first end portion of the silicon nitride film is adjacent to the cavity.
請求項4記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜の前記第1の端部が、前記第2ゲート電極の直下に位置していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first end portion of the silicon nitride film is located immediately below the second gate electrode.
請求項5記載の半導体装置において、
前記絶縁膜のうち、前記第1の部分と前記第2の部分との間の第3の部分は、前記窒化シリコン膜を有しておらず、前記空洞が前記第3の部分にも延在していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
Of the insulating film, a third portion between the first portion and the second portion does not have the silicon nitride film, and the cavity extends to the third portion. A semiconductor device characterized by that.
請求項6記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜の前記第1の端部は、前記第2ゲート電極の側面の直下の位置よりも、前記第1ゲート電極から遠い側に位置し、
前記第1の部分は、前記第1酸化シリコン膜と前記窒化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜とが積層された第4の部分と、前記第1酸化シリコン膜と前記空洞と前記第2酸化シリコン膜とを含みかつ前記窒化シリコン膜を含んでいない第5の部分とを有し、
前記第5の部分は前記第4の部分と前記第3の部分との間に位置していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The first end portion of the silicon nitride film is located on a side farther from the first gate electrode than a position directly below the side surface of the second gate electrode,
The first portion includes a fourth portion in which the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second silicon oxide film are stacked, the first silicon oxide film, the cavity, and the second oxide. A fifth portion including a silicon film and not including the silicon nitride film,
The semiconductor device, wherein the fifth portion is located between the fourth portion and the third portion.
請求項6記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜の前記第1の端部は、前記第2ゲート電極の側面の直下に位置し、
前記第1の部分は、前記第1酸化シリコン膜と前記窒化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜とが積層された積層構造を有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The first end of the silicon nitride film is located immediately below the side surface of the second gate electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first portion has a stacked structure in which the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second silicon oxide film are stacked.
請求項4記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜の前記第1の端部が、前記第2ゲート電極の下面よりも低い位置で、かつ、前記第2ゲート電極の側面の直下の位置よりも前記第1ゲート電極に近い側に位置し、
前記第1の部分は、前記第1酸化シリコン膜と前記窒化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜とが積層された積層構造を有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4.
The first end of the silicon nitride film is at a position lower than the lower surface of the second gate electrode and closer to the first gate electrode than a position directly below the side surface of the second gate electrode. Position to,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first portion has a stacked structure in which the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second silicon oxide film are stacked.
請求項4記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜の前記第1の端部が、前記第2ゲート電極の下面と同じ高さ位置に位置し、
前記絶縁膜のうち、前記第1の部分と前記第2の部分との間の第3の部分と、前記第1の部分とは、前記第1酸化シリコン膜と前記窒化シリコン膜と前記第2酸化シリコン膜とが積層された積層構造を有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4.
The first end of the silicon nitride film is positioned at the same height as the lower surface of the second gate electrode;
Of the insulating film, a third part between the first part and the second part, and the first part include the first silicon oxide film, the silicon nitride film, and the second part. A semiconductor device having a stacked structure in which a silicon oxide film is stacked.
請求項1記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜にホットエレクトロンを注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記窒化シリコン膜に、ホットホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
Writing the memory cell by injecting hot electrons into the silicon nitride film,
A semiconductor device, wherein the memory cell is erased by injecting hot holes into the silicon nitride film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜にホットエレクトロンを注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記窒化シリコン膜にFNトンネル効果によりホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
Writing the memory cell by injecting hot electrons into the silicon nitride film,
A semiconductor device, wherein the memory cell is erased by injecting holes into the silicon nitride film by an FN tunnel effect.
請求項1記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜にFNトンネル効果により電子を注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記窒化シリコン膜に、ホットホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The memory cell is written by injecting electrons into the silicon nitride film by the FN tunnel effect,
A semiconductor device, wherein the memory cell is erased by injecting hot holes into the silicon nitride film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記窒化シリコン膜にFNトンネル効果により電子を注入することによって前記メモリセルの書込みを行い、
前記窒化シリコン膜にFNトンネル効果によりホールを注入することによって前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The memory cell is written by injecting electrons into the silicon nitride film by the FN tunnel effect,
A semiconductor device, wherein the memory cell is erased by injecting holes into the silicon nitride film by an FN tunnel effect.
不揮発性メモリのメモリセルを備える半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板を用意する工程、
(b)前記半導体基板の主面上に第1ゲート絶縁膜を介して前記メモリセルを構成する第1ゲート電極を形成する工程、
(c)前記半導体基板の主面と前記第1ゲート電極の側面上に、第1酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2酸化シリコン膜の積層膜からなる絶縁膜を形成する工程、
(d)前記絶縁膜上に、前記第1ゲート電極と前記絶縁膜を介して隣り合い、前記メモリセルを構成する第2ゲート電極を形成する工程、
(e)前記第2ゲート電極で覆われていない部分の前記絶縁膜を除去する工程、
(f)前記(e)工程後、前記第2ゲート電極の側壁であって、前記第1ゲート電極に隣接する側とは反対側の側壁上に、側壁絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記絶縁膜のうち、前記第1ゲート電極の側面と前記第2ゲート電極の側面との間の部分の前記窒化シリコン膜を除去して空洞を形成する工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a memory cell of a nonvolatile memory,
(A) preparing a semiconductor substrate;
(B) forming a first gate electrode constituting the memory cell on the main surface of the semiconductor substrate via a first gate insulating film;
(C) forming an insulating film made of a laminated film of a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film on the main surface of the semiconductor substrate and the side surface of the first gate electrode;
(D) forming a second gate electrode adjacent to the first gate electrode via the insulating film on the insulating film and constituting the memory cell;
(E) removing the portion of the insulating film not covered with the second gate electrode;
(F) After the step (e), forming a side wall insulating film on the side wall of the second gate electrode opposite to the side adjacent to the first gate electrode;
(G) After the step (f), a step of removing the silicon nitride film in a portion between the side surface of the first gate electrode and the side surface of the second gate electrode in the insulating film to form a cavity. ,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程では、ウェットエッチングにより前記窒化シリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
In the step (g), the silicon nitride film is removed by wet etching.
請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程の後、前記絶縁膜における前記第2ゲート電極と前記半導体基板とで挟まれた側の端部は、前記側壁絶縁膜で覆われて、露出していないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
After the step (f), an end portion of the insulating film sandwiched between the second gate electrode and the semiconductor substrate is covered with the sidewall insulating film and is not exposed. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程では、前記絶縁膜における前記第1ゲート電極の上部と前記第2ゲート電極の上部とで挟まれた上端部側から前記窒化シリコン膜のエッチングが進行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17.
In the step (g), the etching of the silicon nitride film proceeds from the upper end side of the insulating film sandwiched between the upper part of the first gate electrode and the upper part of the second gate electrode. Device manufacturing method.
請求項18記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程後に、
(h)前記半導体基板上に、前記第1および第2ゲート電極を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程、
(i)前記(h)工程後、前記第1絶縁膜を異方性エッチングして、前記第1および第2ゲート電極の互いに隣接する側とは反対側の側壁上にサイドウォールスペーサを形成する工程、
を更に有し、
前記(i)工程後、前記空洞の上部に、前記第1絶縁膜の一部が残存することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18.
After the step (g),
(H) forming a first insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the first and second gate electrodes;
(I) After the step (h), the first insulating film is anisotropically etched to form a side wall spacer on the side wall opposite to the side adjacent to the first and second gate electrodes. Process,
Further comprising
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein after the step (i), a part of the first insulating film remains above the cavity.
請求項19記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程で除去されずに前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間に残存する前記窒化シリコン膜は、前記メモリセルの電荷蓄積部として機能することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 19,
The silicon nitride film that remains between the second gate electrode and the semiconductor substrate without being removed in the step (e) functions as a charge storage portion of the memory cell. Method.
請求項20記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程では、
前記空洞に隣接する前記窒化シリコン膜の端部が、記第2ゲート電極の下面と同じ高さ位置か、それよりも低い位置になるまで、前記窒化シリコン膜のエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20,
In the step (g),
The silicon nitride film is etched until the end of the silicon nitride film adjacent to the cavity is at the same height as the lower surface of the second gate electrode or at a lower position. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項20記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程では、
前記空洞に隣接する前記窒化シリコン膜の端部が、前記第2ゲート電極の直下の位置になるまで、前記窒化シリコン膜のエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20,
In the step (g),
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon nitride film is etched until an end portion of the silicon nitride film adjacent to the cavity is located immediately below the second gate electrode.
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