JP2013201335A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013201335A JP2013201335A JP2012069463A JP2012069463A JP2013201335A JP 2013201335 A JP2013201335 A JP 2013201335A JP 2012069463 A JP2012069463 A JP 2012069463A JP 2012069463 A JP2012069463 A JP 2012069463A JP 2013201335 A JP2013201335 A JP 2013201335A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- breakdown voltage
- element region
- low
- memory
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、同一の半導体基板上の異なる素子領域に耐電圧が異なるMOSFETと半導体メモリ素子とが設けられた半導体装置と、その製造方法とに関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which MOSFETs and semiconductor memory elements having different withstand voltages are provided in different element regions on the same semiconductor substrate, and a manufacturing method thereof.
電子時計や携帯電話機などの電子機器を制御するマイクロコンピュータを始め、液晶表示装置を駆動するICなどには、多数の半導体メモリ素子や半導体スイッチング素子を集積した半導体装置が使用されている。 Semiconductor devices in which a large number of semiconductor memory elements and semiconductor switching elements are integrated are used in ICs for driving liquid crystal display devices, including microcomputers that control electronic devices such as electronic watches and mobile phones.
そのような半導体メモリ素子は、電気的にデータの書き換えができ、電源をオフにしても記憶したデータを保持することができる不揮発性メモリ素子が多用されている。このような不揮発性メモリ素子は、従来はフローティングゲート型メモリ素子が殆どであったが、近年はMONOS型メモリ素子が使用されるようになってきている。 As such a semiconductor memory element, a nonvolatile memory element that can electrically rewrite data and can retain stored data even when the power is turned off is frequently used. Conventionally, most of such nonvolatile memory elements are floating gate type memory elements, but in recent years, MONOS type memory elements have been used.
MONOS型メモリ素子は、金属(metal)、酸化膜(Oxide)、窒化膜(Nitride)、酸化膜(Oxide)、半導体(Semiconductor)という構成の不揮発性メモリ素子である。 The MONOS memory element is a nonvolatile memory element having a structure of a metal (metal), an oxide film (Oxide), a nitride film (Nitride), an oxide film (Oxide), and a semiconductor (Semiconductor).
MONOS型メモリ素子は、半導体基板であるシリコン基板上に、シリコン酸化膜からなるトンネル酸化膜と、電荷を蓄積するシリコン窒化膜からなるメモリ窒化膜と、シリコン酸化膜からなるトップ酸化膜を順次積層してONO膜を形成し、そのトップ酸化膜上にポリシリコン等によるメモリゲート電極を形成する構造を有している。 The MONOS type memory device sequentially stacks a tunnel oxide film made of a silicon oxide film, a memory nitride film made of a silicon nitride film for accumulating charges, and a top oxide film made of a silicon oxide film on a silicon substrate which is a semiconductor substrate. Then, an ONO film is formed, and a memory gate electrode made of polysilicon or the like is formed on the top oxide film.
MONOS型メモリ素子は、従来のフローティングゲート型メモリ素子に比して、比較的低電圧で、データの書き込みや消去を行うことができるという特徴があり、近年多くの半導体装置に採用され始めた。 The MONOS type memory element has a feature that data can be written and erased at a relatively low voltage as compared with a conventional floating gate type memory element, and has recently begun to be adopted in many semiconductor devices.
このような構成を有するMONOS型メモリ素子へのデータの書き込み及び消去は、メモリゲート電極とシリコン基板間とへの印加電圧を変化させることにより行う。
例えば、書き込み時には、メモリゲート電極に書き込み電圧を印加し、シリコン基板を接地電位とすることにより、シリコン基板の表面近傍の電荷がトンネル酸化膜を通過してメモリ窒化膜へ蓄積される。消去時には、メモリゲート電極を接地電位とし、シリコン基板に消去電圧を印加することにより、メモリ窒化膜に蓄積されている電荷がトンネル酸化膜を通過してシリコン基板へ引き抜かれる。
Data writing and erasing to the MONOS type memory device having such a configuration is performed by changing the voltage applied between the memory gate electrode and the silicon substrate.
For example, at the time of writing, by applying a write voltage to the memory gate electrode and setting the silicon substrate to the ground potential, charges near the surface of the silicon substrate pass through the tunnel oxide film and are accumulated in the memory nitride film. At the time of erasing, the memory gate electrode is set to the ground potential and an erasing voltage is applied to the silicon substrate, whereby charges accumulated in the memory nitride film pass through the tunnel oxide film and are extracted to the silicon substrate.
半導体装置に複数のMONOS型メモリ素子を搭載している場合、各個のメモリ素子に対してデータの書き換えや読み出しを正しく行うためには、メモリ素子を選択するアドレストランジスタが、メモリ素子ごとに必要である。そのようなアドレストランジスタは、MOSFETが使用される。 When a plurality of MONOS memory elements are mounted on a semiconductor device, an address transistor for selecting the memory element is required for each memory element in order to correctly rewrite and read data for each memory element. is there. As such an address transistor, a MOSFET is used.
すでに説明したように、MONOS型メモリ素子は、従来に比べて書き込み電圧を低電圧(例えば、10V以下)にすることが可能になるため、アドレストランジスタであるMOSFETも特殊な高耐圧構造とする必要性がない。
そのため、通常の低耐圧MOSFETをアドレストランジスタとして用い、各MONOS型メモリ素子に隣接して設けることができる。このような構成は、多くの提案をみるものである。
As already described, the MONOS memory element can make the write voltage lower (for example, 10 V or less) than the conventional one, so that the MOSFET as the address transistor also needs to have a special high breakdown voltage structure. There is no sex.
Therefore, a normal low breakdown voltage MOSFET can be used as an address transistor and can be provided adjacent to each MONOS type memory element. Such a configuration sees many proposals.
しかし、より高集積化あるいは多機能化した半導体装置を構成するためには、同一の半導体基板上に他の装置との信号のやり取りを行う入出力回路や昇圧回路などを搭載する必要がある。このような回路は、より駆動電圧の高い高耐圧のMOSFETで構成される場合が多い。 However, in order to configure a highly integrated or multifunctional semiconductor device, it is necessary to mount an input / output circuit, a booster circuit, and the like that exchange signals with other devices on the same semiconductor substrate. Such a circuit is often composed of a high-breakdown-voltage MOSFET having a higher drive voltage.
MOSFETは、知っての通り、金属(Metal)、酸化膜(Oxide)、半導体(Semiconductor)という構成であり、シリコン基板上にシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜を形成し、その上にポリシリコン等によるゲート電極を設けている。そして、耐電圧が異なるMOSFETは、そのゲート絶縁膜の膜厚が異なる。つまり、通常の低耐圧MOSFETよりも高耐圧MOSFETの方が、ゲート絶縁膜の膜厚が厚い。 As is known, the MOSFET is composed of a metal (Metal), an oxide film (Oxide), and a semiconductor (Semiconductor). A gate insulating film made of a silicon oxide film is formed on a silicon substrate, and polysilicon or the like is formed thereon. A gate electrode is provided. And, MOSFETs having different withstand voltages have different gate insulating film thicknesses. That is, the gate insulating film is thicker in the high breakdown voltage MOSFET than in the normal low breakdown voltage MOSFET.
このように、同一の半導体基板上にMONOS型メモリ素子と、低耐圧MOSFETと、高耐圧MOSFETとを混載した半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As described above, a semiconductor device in which a MONOS type memory element, a low breakdown voltage MOSFET, and a high breakdown voltage MOSFET are mixedly mounted on the same semiconductor substrate is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に示した従来技術に関る製造方法について、図7を用いて説明する。
なお、説明あっては、MOSFET、MONOS型メモリ素子におけるゲート絶縁膜、及びONO膜を形成する製造方法について説明し、それ以外の製造方法については説明を省略する。
A manufacturing method related to the prior art shown in
In the description, a manufacturing method for forming a MOSFET, a gate insulating film and an ONO film in a MONOS memory element will be described, and description of other manufacturing methods will be omitted.
図7において、91は半導体基板、92は素子分離絶縁膜、94はトップ酸化膜、95は電荷蓄積用絶縁膜、96はトンネル絶縁膜、98は高耐圧素子領域、99は低耐圧素子領域、100はMONOS型メモリ素子領域、103は低耐圧ゲート絶縁膜、104は高耐圧ゲート絶縁膜である。トップ絶縁膜94と電荷蓄積用絶縁膜95とトンネル絶縁膜96とでメモリ絶縁膜97を構成する。
In FIG. 7, 91 is a semiconductor substrate, 92 is an element isolation insulating film, 94 is a top oxide film, 95 is a charge storage insulating film, 96 is a tunnel insulating film, 98 is a high breakdown voltage element area, 99 is a low breakdown voltage element area, Reference numeral 100 denotes a MONOS type memory element region, 103 denotes a low breakdown voltage gate insulating film, and 104 denotes a high breakdown voltage gate insulating film. The top insulating film 94, the charge
図7(a)は、素子分離後、メモリ絶縁膜97を形成する様子を示している。図7(b)は、低耐圧ゲート絶縁膜103を形成する様子を示している。図7(c)は、高耐圧ゲート絶縁膜104を形成する様子を示している。
FIG. 7A shows how the
特許文献1に示した従来技術にかかる製造方法は、図7(a)から図7(c)を順番に見て理解できるように、MONOS型メモリ素子領域100のメモリ絶縁膜97と、高耐圧素子領域98の高耐圧ゲート絶縁膜104と、低耐圧素子領域99の低耐圧ゲート絶縁膜103を、それぞれ別個に成膜し、その後に所定形状に加工してなる。
The manufacturing method according to the prior art disclosed in
特許文献1に示した従来技術にかかる製造方法は、搭載する素子の構造ごとに個別にメモリ絶縁膜97、低耐圧ゲート絶縁膜103、高耐圧ゲート絶縁膜104を形成していたため、これにより製造プロセスが長くなるという問題があった。
The manufacturing method according to the prior art disclosed in
また、搭載する素子のうち他の素子の膜を形成しているときに受けるダメージや、搭載する素子の製造ばらつきにより電気特性が劣化してしまうという問題もある。 In addition, there is a problem that electrical characteristics deteriorate due to damage received when a film of another element among the elements to be mounted is formed and manufacturing variations of the elements to be mounted.
例えば、低耐圧素子領域99及び高耐圧素子領域98は、メモリ絶縁膜97のエッチング加工及び高耐圧ゲート絶縁膜104のエッチング加工によって、半導体基板91表面が
2度エッチングに晒されてダメージを受ける。特に低耐圧素子領域99に設ける低耐圧ゲート絶縁膜103膜は、高耐圧素子領域98に設ける高耐圧ゲート絶縁膜104に比べてその膜質が薄いため、低耐圧MOSFETはその影響を受けやすく、絶縁耐圧不良を引き起こす危険性が高くなるのである。この絶縁耐圧不良が発生するとMOSFETとしての機能を損なうため、問題である。
For example, the low breakdown
また例えば、高耐圧素子領域98に形成するMOSFETの高耐圧ゲート絶縁膜104は、製造工程のばらつきなどで、設計値通りの膜厚で形成できないことがある。仮に膜厚が薄くなってしまうと、耐電圧が低くなり、高耐圧素子としての電気特性が低下してしまうのである。
高耐圧素子領域98に形成するMOSFETは、入出力回路や昇圧回路、MONOS型メモリ素子へのデータの書き込み電圧や消去電圧を発生する回路などを構成するため、半導体装置として正常に機能しなくなり、問題である。
Further, for example, the high breakdown voltage
The MOSFET formed in the high breakdown
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、半導体基板上にメモリ素子と低耐圧MOSFETと高耐圧MOSFETとを混載した半導体装置において、高耐圧MOSFETの耐圧の確保及び低耐圧MOSFETの絶縁耐圧の維持と、製造プロセスの短縮と、を両立させる技術の提供を目的とするものである。 The present invention has been made to solve such a problem. In a semiconductor device in which a memory element, a low breakdown voltage MOSFET, and a high breakdown voltage MOSFET are mixedly mounted on a semiconductor substrate, the breakdown voltage of the high breakdown voltage MOSFET is ensured. An object of the present invention is to provide a technique that achieves both the maintenance of the withstand voltage of the low breakdown voltage MOSFET and the shortening of the manufacturing process.
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、以下の方法を採用するものである。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention employs the following method.
トンネル絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜、トップ絶縁膜を積層してなる3層構造のメモリ絶縁膜を有するMOSFET型の不揮発性半導体記憶素子と、不揮発性半導体記憶素子の所定の動作を制御するために、低耐圧用ゲート絶縁膜を有する低耐圧MOSFET及び高耐圧用ゲート絶縁膜を有する高耐圧MOSFETとを、半導体基板に設けるメモリ素子領域、低耐圧素子領域、高耐圧素子領域にそれぞれ設ける半導体装置の製造方法であって、
メモリ素子領域と低耐圧素子領域と高耐圧素子領域とに、同時に下地絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、メモリ素子領域の下地絶縁膜を除去する下地絶縁膜除去工程と、下地絶縁膜除去工程の後に、高耐圧素子領域と低耐圧素子領域とメモリ素子領域とに、同時に半導体基板側からトンネル絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜、トップ絶縁膜を順次積層してメモリ絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程と、第2の絶縁膜形成工程の後に、低耐圧素子領域に、低耐圧用ゲート絶縁膜を形成する第3の絶縁膜形成工程と、を有することを特徴とする。
A MOSFET type nonvolatile semiconductor memory element having a three-layer memory insulating film formed by laminating a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film, and a predetermined operation of the nonvolatile semiconductor memory element A semiconductor device in which a low breakdown voltage MOSFET having a low breakdown voltage gate insulating film and a high breakdown voltage MOSFET having a high breakdown voltage gate insulating film are respectively provided in a memory element region, a low breakdown voltage element region, and a high breakdown voltage element region provided in a semiconductor substrate. A manufacturing method of
A first insulating film forming step for simultaneously forming a base insulating film in the memory element region, the low withstand voltage element region, and the high withstand voltage element region; a base insulating film removing step for removing the base insulating film in the memory element region; After the insulating film removal step, a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film are sequentially stacked from the semiconductor substrate side at the same time in the high withstand voltage element region, the low withstand voltage element region, and the memory element region. A second insulating film forming step to be formed; and a third insulating film forming step for forming a low breakdown voltage gate insulating film in the low breakdown voltage element region after the second insulating film forming step. And
このようにすれば、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を、下地絶縁膜とメモリ絶縁膜とで構成するから、高耐圧MOSFETの耐圧確保ができ、これを少ない製造工程で形成できるため、製造工程を短縮することができる。半導体基板表面がエッチング晒される機会が少ないため、低耐圧MOSFETの絶縁耐圧維持もできる。 In this case, since the gate insulating film of the high breakdown voltage MOSFET is composed of the base insulating film and the memory insulating film, the breakdown voltage of the high breakdown voltage MOSFET can be secured and can be formed with a small number of manufacturing processes. It can be shortened. Since the surface of the semiconductor substrate is less likely to be exposed to etching, the withstand voltage of the low voltage MOSFET can be maintained.
下地絶縁膜は低耐圧用ゲート絶縁膜であり、第3の絶縁膜形成工程は、低耐圧素子領域のメモリ絶縁膜を除去することで低耐圧用ゲート絶縁膜を形成するようにしてもよい。 The base insulating film is a low withstand voltage gate insulating film, and the third insulating film forming step may form the low withstand voltage gate insulating film by removing the memory insulating film in the low withstand voltage element region.
このようにすれば、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を、低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜とメモリ絶縁膜とで構成できるから、製造工程を増加せず、高耐圧MOSFETの耐圧確保ができる。 In this case, since the gate insulating film of the high breakdown voltage MOSFET can be composed of the gate insulating film of the low breakdown voltage MOSFET and the memory insulating film, the breakdown voltage of the high breakdown voltage MOSFET can be secured without increasing the number of manufacturing steps.
下地絶縁膜は高耐圧用ゲート絶縁膜であり、第3の絶縁膜形成工程は、低耐圧素子領域のメモリ絶縁膜及び下地絶縁膜を除去して半導体基板の表面を露出させた後に、低耐圧用
ゲート絶縁膜を形成するようにしてもよい。
The base insulating film is a high breakdown voltage gate insulating film. In the third insulating film forming step, the memory insulating film and the base insulating film in the low breakdown voltage element region are removed to expose the surface of the semiconductor substrate. A gate insulating film may be formed.
このようにすれば、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜とメモリ絶縁膜とで構成できるから、製造工程を増加せず、高耐圧MOSFETはより高い耐圧を確保できる。 In this case, since the gate insulating film of the high voltage MOSFET can be constituted by the gate insulating film and the memory insulating film of the high voltage MOSFET, the high voltage MOSFET can secure a higher voltage without increasing the number of manufacturing steps.
下地絶縁膜は高耐圧用ゲート絶縁膜であり、第3の絶縁膜形成工程は、低耐圧素子領域のメモリ絶縁膜を除去し、下地絶縁膜の一部を除去することで、低耐圧用ゲート絶縁膜を形成するようにしてもよい。 The base insulating film is a high withstand voltage gate insulating film. In the third insulating film forming step, the memory insulating film in the low withstand voltage element region is removed, and a part of the base insulating film is removed. An insulating film may be formed.
このようにすれば、低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を薄く加工することで構成できるから、製造工程が増加しない。 In this case, since the gate insulating film of the low breakdown voltage MOSFET can be formed by thinly processing the gate insulating film of the high breakdown voltage MOSFET, the manufacturing process does not increase.
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、以下の構造を採用するものである。 In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention employs the following structure.
トンネル絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜、トップ絶縁膜を積層してなる3層構造のメモリ絶縁膜を有するMOSFET型の不揮発性半導体記憶素子と、不揮発性半導体記憶素子の所定の動作を制御するために、低耐圧用ゲート絶縁膜を有する低耐圧MOSFET及び高耐圧用ゲート絶縁膜を有する高耐圧MOSFETと、を同一の半導体基板に混載した半導体装置であって、高耐圧MOSFETは、下地絶縁膜として高耐圧用ゲート絶縁膜又は低耐圧用ゲート絶縁膜を有し、その上部にメモリ絶縁膜を備える4層構造のゲート絶縁膜を有することを特徴とする。 A MOSFET type nonvolatile semiconductor memory element having a three-layer memory insulating film formed by laminating a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film, and a predetermined operation of the nonvolatile semiconductor memory element In addition, a low breakdown voltage MOSFET having a low breakdown voltage gate insulating film and a high breakdown voltage MOSFET having a high breakdown voltage gate insulating film are mixedly mounted on the same semiconductor substrate, and the high breakdown voltage MOSFET is used as a base insulating film. It has a high-voltage gate insulating film or a low-voltage gate insulating film, and has a four-layer gate insulating film provided with a memory insulating film on the gate insulating film.
このような構成とすることにより、高耐圧MOSFETは、4層構造のゲート絶縁膜となるため、絶縁耐圧特性が向上する。 With such a configuration, the high breakdown voltage MOSFET becomes a gate insulating film having a four-layer structure, so that the breakdown voltage characteristics are improved.
低耐圧用ゲート絶縁膜と高耐圧用ゲート絶縁膜とは、材質が同じであり、低耐圧用ゲート絶縁膜は、高耐圧用ゲート絶縁膜よりも膜厚が薄く、トンネル絶縁膜よりも膜厚が厚くなるようにしてもよい。 The low breakdown voltage gate insulation film and the high breakdown voltage gate insulation film are made of the same material, and the low breakdown voltage gate insulation film is thinner than the high breakdown voltage gate insulation film and thicker than the tunnel insulation film. May be made thicker.
このような構成とすることにより、製造工程を増加させずに、低耐圧MOSFETを、トンネル効果の発生を防止し、閾値電圧も低くすることができる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent the tunnel effect from occurring and reduce the threshold voltage of the low breakdown voltage MOSFET without increasing the number of manufacturing steps.
本発明によれば、高耐圧MOSFETの耐圧確保と低耐圧MOSFETの絶縁耐圧維持とを、少ない製造工程で形成できる。 According to the present invention, securing the withstand voltage of the high withstand voltage MOSFET and maintaining the withstand voltage of the low withstand voltage MOSFET can be formed with few manufacturing processes.
本発明の半導体装置は、MOSFET型の不揮発性半導体記憶素子のメモリ絶縁膜と、高耐圧素子のゲート絶縁膜と、低耐圧素子のゲート絶縁膜とをそれぞれ別個に形成するのではなく、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を下地絶縁膜とメモリ絶縁膜とで構成する。 The semiconductor device of the present invention does not form a memory insulating film of a MOSFET type nonvolatile semiconductor memory element, a gate insulating film of a high breakdown voltage element, and a gate insulating film of a low breakdown voltage element separately, The gate insulating film of the MOSFET is composed of a base insulating film and a memory insulating film.
この下地絶縁膜は、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜として十分な耐電圧が確保できる、いわゆる高耐圧用ゲート絶縁膜そのものか、低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜として十分な耐電圧が確保できる、いわゆる低耐圧用ゲート絶縁膜のどちらかを用いることができる。 This base insulating film can secure a sufficient withstand voltage as a gate insulating film of a high withstand voltage MOSFET, so-called high withstand voltage gate insulating film itself, or a so-called low withstand voltage sufficient as a gate insulating film of a low withstand voltage MOSFET. Either of the withstand voltage gate insulating films can be used.
つまり、下地絶縁膜を高耐圧用ゲート絶縁膜そのものとする場合、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜は、高耐圧用ゲート絶縁膜とメモリ絶縁膜との2つの膜で構成することになる。一方、下地絶縁膜を低耐圧用ゲート絶縁膜とする場合、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜は、低耐圧用ゲート絶縁膜とメモリ絶縁膜との2つの膜で構成することになる。 That is, when the base insulating film is the high breakdown voltage gate insulating film itself, the gate insulating film of the high breakdown voltage MOSFET is composed of two films, the high breakdown voltage gate insulating film and the memory insulating film. On the other hand, when the base insulating film is a low breakdown voltage gate insulating film, the gate insulating film of the high breakdown voltage MOSFET is composed of two films, a low breakdown voltage gate insulating film and a memory insulating film.
上述のどちらの場合も、メモリ絶縁膜は、半導体基板側からトンネル絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜、トップ絶縁膜の3つの絶縁膜を順次積層してなるから、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜は、下地絶縁膜であるそれら3つの絶縁膜と高耐圧用ゲート絶縁膜との4層の絶縁膜となるか、それら3つの絶縁膜と低耐圧用ゲート絶縁膜との4層の絶縁膜のどちらかとなる。 In both cases, the memory insulating film is formed by sequentially stacking three insulating films, ie, a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film, from the semiconductor substrate side. Either the three insulating films that are the base insulating film and the four-layer insulating film of the high-voltage gate insulating film or the four-layer insulating film of the three insulating films and the low-voltage gate insulating film It becomes.
高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜は、従来知られているような構成を有するときに必要な膜厚に比してこの4層構造の膜厚はより厚くなる。このため、高耐圧MOSFETは、より高い耐電圧を有することができる。 The gate insulating film of the high voltage MOSFET has a thickness of this four-layer structure that is larger than that required when the gate insulating film has a conventionally known configuration. For this reason, the high voltage MOSFET can have a higher withstand voltage.
以下、本発明の半導体装置の実施形態を説明するが、実施例1として、下地絶縁膜を低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である低耐圧用ゲート絶縁膜を用いる例を説明する。
実施例2として、下地絶縁膜を高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である高耐圧用ゲート絶縁膜を用いる例を説明する。
実施例3として、実施例2と同様に下地絶縁膜に高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である高耐圧用ゲート絶縁膜を用い、この絶縁膜の一部を除去することで低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を形成する例を説明する。
Hereinafter, an embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described. As an example 1, an example in which a low withstand voltage gate insulating film which is a gate insulating film of a low withstand voltage MOSFET is used as a base insulating film will be described.
As Example 2, an example in which a high-breakdown-voltage gate insulating film that is a gate insulating film of a high-breakdown-voltage MOSFET is used as a base insulating film will be described.
As Example 3, as in Example 2, a high withstand voltage gate insulating film, which is a gate insulating film of a high withstand voltage MOSFET, is used as a base insulating film, and a part of this insulating film is removed to thereby insulate the gate of the low withstand voltage MOSFET. An example of forming a film will be described.
なお、実施例の説明にあっては、トンネル絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜、トップ絶縁膜を積層してなる3層構造のメモリ絶縁膜を有するMOSFET型の不揮発性半導体記憶素子として、MONOS型メモリ素子を用いる例で説明する。 In the description of the embodiments, a MONOS type nonvolatile semiconductor memory element having a three-layer memory insulating film formed by laminating a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film is used. An example using a memory element will be described.
また、説明は図面を使用して行うが、その図面は、発明を説明するために必要な部分のみを示す模式図としている。例えば、一部の図面を除きゲート電極やソース領域やドレイン領域などについての記載を省略している。また、発明に直接関係のない構成、例えば、半導体装置を構成する金属配線や最終保護膜などについても記載を省略している。
なお、説明にあっては、同一の構成には同一の番号を付与しており、説明を省略する。
The description will be made with reference to the drawings, which are schematic diagrams showing only the portions necessary for explaining the invention. For example, descriptions of a gate electrode, a source region, a drain region, and the like are omitted except for some drawings. In addition, descriptions of configurations that are not directly related to the invention, such as metal wirings and final protective films constituting the semiconductor device, are omitted.
In the description, the same number is assigned to the same configuration, and the description is omitted.
以下、半導体装置の第1の実施形態を図1及び図2を用いて説明する。
第1の実施形態は、すでに説明したように、下地絶縁膜を低耐圧MOSFETのゲート
絶縁膜である低耐圧用ゲート絶縁膜を用いる例である。
Hereinafter, a first embodiment of a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
As described above, the first embodiment is an example in which a low breakdown voltage gate insulating film that is a gate insulating film of a low breakdown voltage MOSFET is used as a base insulating film.
[第1の実施形態の構造:図1]
まず、図1を用いて構造を説明する。
図1は、半導体装置の構造を模式的に示す断面図である。図1(a)は、後述する製造方法によって、高耐圧素子領域と、低耐圧素子領域と、MONOS型メモリ素子領域とに、それぞれゲート絶縁膜及びメモリ絶縁膜を形成したところを模式的に示す断面図であり、
図1(b)は、その後にゲート電極、ソース領域やドレイン領域を設けたところを模式的に示す断面図である。
[Structure of First Embodiment: FIG. 1]
First, the structure will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a semiconductor device. FIG. 1A schematically shows that a gate insulating film and a memory insulating film are formed in a high breakdown voltage element region, a low breakdown voltage element region, and a MONOS type memory element region, respectively, by a manufacturing method described later. It is a sectional view,
FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a place where a gate electrode, a source region, and a drain region are provided thereafter.
図1において、1は半導体基板、2は素子分離絶縁膜である。3は下地絶縁膜であり、低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である低耐圧用ゲート絶縁膜である。4はトップ絶縁膜、5は電荷蓄積用絶縁膜、6はトンネル絶縁膜、8は高耐圧素子領域、9は低耐圧素子領域、10はMONOS型メモリ素子領域である。トップ絶縁膜4と電荷蓄積用絶縁膜5とトンネル絶縁膜6とでメモリ絶縁膜7を構成する。
In FIG. 1, 1 is a semiconductor substrate and 2 is an element isolation insulating film.
同じく図1において、1aはMONOS型メモリ素子領域10の半導体基板1の表面近傍の領域であり、MONOS型メモリ素子を構成するソース領域やドレイン領域を形成する部分である。
Similarly, in FIG. 1, reference numeral 1 a denotes a region in the vicinity of the surface of the
また、12aは、高耐圧MOSFETのゲート電極、12bは低耐圧MOSFETのゲート電極、12cはMONOS型メモリ素子のメモリゲート電極である。11a、11b、11cは、それぞれ高耐圧MOSFET、高耐圧MOSFET、MONOS型メモリ素子のソース領域やドレイン領域である。 Reference numeral 12a denotes a gate electrode of the high breakdown voltage MOSFET, 12b denotes a gate electrode of the low breakdown voltage MOSFET, and 12c denotes a memory gate electrode of the MONOS type memory element. Reference numerals 11a, 11b, and 11c denote a source region and a drain region of a high breakdown voltage MOSFET, a high breakdown voltage MOSFET, and a MONOS type memory element, respectively.
半導体基板1は、例えば、シリコン基板を用いることができる。また、下地絶縁膜3、トンネル絶縁膜6及びトップ絶縁膜4は、シリコン酸化膜で構成することができる。そして、電荷蓄積用絶縁膜5は、シリコン窒化膜によって構成することができる。
For example, a silicon substrate can be used as the
高耐圧素子領域8の半導体基板1の表面には、下地絶縁膜3が形成されている。この下地絶縁膜3は低耐圧用ゲート絶縁膜であるから、低耐圧素子領域9の半導体基板1の表面にも設けている。
その膜厚は、低耐圧MOSFETの動作電圧に則して決められるものであるが、一例を示すと、低耐圧MOSFETの動作電圧を1.5V(絶対値)とすると、100Å程度である。
A
The film thickness is determined in accordance with the operating voltage of the low breakdown voltage MOSFET. For example, when the operating voltage of the low breakdown voltage MOSFET is 1.5 V (absolute value), the film thickness is about 100 mm.
高耐圧素子領域8の半導体基板1の表面に設けている下地絶縁膜3の上部には、トンネル絶縁膜6と電荷蓄積用絶縁膜5とトップ絶縁膜4とが順次積層されたメモリ絶縁膜7が形成されている。このメモリ絶縁膜7は、MONOS型メモリ素子領域10の半導体基板1の表面にも設けており、データを書き込むと電荷蓄積用絶縁膜5に電荷がトラップされる。
A
つまり、メモリ絶縁膜7は、高耐圧素子領域8においては高耐圧用ゲート絶縁膜の一部となり、MONOS型メモリ素子領域10においてはメモリ絶縁膜となっている。
That is, the
トンネル絶縁膜6と電荷蓄積用絶縁膜5とトップ絶縁膜4とのそれぞれの膜厚は、MONOS型メモリ素子の電気特性により決められている。
一例を示すと、書き込み電圧及び消去電圧を9.0V(絶対値)とすると、トンネル絶縁膜6は20Å程度、電荷蓄積用絶縁膜5は90Å程度、トップ絶縁膜4は40Å程度で
ある。
The film thicknesses of the
As an example, if the write voltage and the erase voltage are set to 9.0 V (absolute value), the
高耐圧素子領域8に設ける高耐圧MOSFETは、そのゲート絶縁膜は、下地絶縁膜3とメモリ絶縁膜7とで合計すると4層構造となっている。半導体基板1と電荷蓄積用絶縁膜5との間には、トンネル絶縁膜6と下地絶縁膜3とがあるためその膜厚は厚く、半導体装置の製造中又は製造後にもトンネル効果が発生せず、電荷蓄積用絶縁膜5へのチャージが成されない。
The gate insulating film of the high breakdown voltage MOSFET provided in the high breakdown
図1(b)に示すように、高耐圧素子領域8に形成する高耐圧MOSFETのゲート電極12aは、下地絶縁膜3とメモリ絶縁膜7との上部に所定の形状で設ける。低耐圧素子領域9に形成する低耐圧MOSFETのゲート電極12bは、下地絶縁膜3の上部に所定の形状で設ける。MONOS型メモリ素子領域10に形成するMONOS型メモリ素子のメモリゲート電極12cは、半導体基板1の上部に所定の形状で設ける。
As shown in FIG. 1B, the gate electrode 12 a of the high voltage MOSFET formed in the high
なお、ゲート電極12a、12b及びメモリゲート電極12cは、例えば、ポリシリコンで形成することができる。 The gate electrodes 12a and 12b and the memory gate electrode 12c can be formed of, for example, polysilicon.
図1に示す例では、MONOS型メモリ素子領域10の領域1aの上部には下地絶縁膜3を設けないものであるが、この部分に下地絶縁膜3を設けてもよく、その理由については、後述の第2の実施形態で詳述する。
In the example shown in FIG. 1, the
図1に示す例では、高耐圧素子領域8及び低耐圧素子領域9にソース領域やドレイン領域(11aや11b)を形成する場合、イオン注入技術を用いて不純物イオンを半導体基板1に導入するときは、この下地絶縁膜3を貫通するようにしてイオン注入すればよい。
同様に、MONOS型メモリ素子領域10にソース領域やドレイン領域(11c)を形成する場合、領域1aにイオン注入すればよい。イオン注入後、所定の熱拡散処理を行うことで、半導体基板1内にソース領域やドレイン領域が形成される。
In the example shown in FIG. 1, when source regions and drain regions (11 a and 11 b) are formed in the high breakdown
Similarly, when a source region or a drain region (11c) is formed in the MONOS type
[第1の実施形態の製造方法の説明:図1、図2]
次に、主に図2を用いて製造方法を説明する。
図2は、図1に示す構造の製造方法を順に説明するために模式的に表した断面図である。図2(a)は、素子分離工程後、下地絶縁膜3を形成する様子を示している。図2(b)は、メモリ絶縁膜7を順に成膜する様子を示している。図2(c)は、メモリ絶縁膜7を所定の形状にマスキングしてエッチングする様子を示している。
[Description of Manufacturing Method of First Embodiment: FIGS. 1 and 2]
Next, a manufacturing method will be described mainly using FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing the structure shown in FIG. 1 in order. FIG. 2A shows a state in which the
第1の実施形態の製造方法の特徴は、半導体基板に設ける素子分離膜にて高耐圧素子領域8、低耐圧素子領域9、MONOS型メモリ素子領域10を形成した後、これら3つの領域に、一度に下地絶縁膜として低耐圧用ゲート絶縁膜(低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜)を形成する点にある。
A feature of the manufacturing method of the first embodiment is that, after forming a high breakdown
[第1の絶縁膜形成工程:図2(a)]
図2(a)に示すように、半導体基板1を選択的に酸化し、素子分離絶縁膜2を形成する。この製造工程は、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)法と呼ばれる公知の選択酸化法で形成する。素子分離絶縁膜2の膜厚は、例えば、5000Å程度である。
[First Insulating Film Forming Step: FIG. 2A]
As shown in FIG. 2A, the
素子分離絶縁膜2を形成した後は、半導体基板1の表面が露出しており、この部分が素子形成領域となっている。この素子形成領域がそれぞれ高耐圧素子領域8、低耐圧素子領域9、MONOS型メモリ素子領域10となり、ゲート絶縁膜をはじめとする構成物を形成する領域となる。また素子分離絶縁膜2によって、隣接する素子形成領域との電気的絶
縁性が確保される。
After the element
次に、下地絶縁膜3を形成する。下地絶縁膜3は一般的な熱酸化法によって形成する。熱酸化法では半導体基板1の表面のシリコンを酸化させることによって酸化膜を成長させるので、シリコンが露出している半導体基板1の表面の全領域に、下地絶縁膜3は形成される。
Next, the
なお、この下地絶縁膜3の形成は、上述の製造方法では半導体基板1を酸化処理して行う例を示したが、これに限定はしない。
例えば、半導体基板1の上部に、シリコン酸化膜を公知のCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法などにより堆積させて形成してもよいのである。
Although the formation of the
For example, a silicon oxide film may be deposited on the upper portion of the
この下地絶縁膜3は、低耐圧MOSFETの動作電圧に則して決められるものである。
一例を示すと、動作電圧を1.5V(絶対値)とすると、100Å程である。
The base
As an example, when the operating voltage is 1.5 V (absolute value), it is about 100 V.
[下地絶縁膜除去工程]
次に、高耐圧素子領域8及び低耐圧素子領域9の半導体基板1の表面をマスキングし、MONOS型メモリ素子領域10の下地絶縁膜3のみをエッチングして除去する。これにより、MONOS型メモリ素子領域10は半導体基板1の表面が露出した状態となる。
[Underlying film removal process]
Next, the surface of the
マスキングによる被服膜は、例えば、ポジレジストを用いることができる。この膜を用いたとき、エッチングは、フッ酸溶液を用いて20秒程度のウェット処理を行う。 For example, a positive resist can be used as the coating film by masking. When this film is used, etching is performed using a hydrofluoric acid solution for about 20 seconds.
[第2の絶縁膜形成工程:図2(b)]
図2(b)に示すように、半導体基板1の表面にメモリ絶縁膜7を形成するべく、まずは半導体基板1の表面を酸化してトンネル絶縁膜6を形成する。MONOS型メモリ素子領域10にあっては、半導体基板1の表面にトンネル絶縁膜6が形成され、高耐圧素子領域8及び低耐圧素子領域9にあっては、下地絶縁膜3の上部にトンネル絶縁膜6が形成される。
[Second Insulating Film Forming Step: FIG. 2B]
As shown in FIG. 2B, in order to form the
そして、トンネル絶縁膜6の上面に電荷蓄積用絶縁膜5を知られているCVD法などで形成し、電荷蓄積用絶縁膜5の表面を再び酸化してトップ絶縁膜4を形成する。
Then, the charge
一例をあげると、トンネル絶縁膜6の酸化条件は、その膜厚を20Åとすると、900℃で25分である。トップ絶縁膜4の酸化条件は、その膜厚を40Åとすると、950℃で29分である。また、CVD法による電荷蓄積用絶縁膜5の形成条件は、その膜厚を90Åとすると、700℃で6分である。
As an example, the oxidation condition of the
[第3の絶縁膜形成工程:図2(c)]
図2(c)に示すように、高耐圧素子領域8及びMONOS型メモリ素子領域10のうち、後にゲート電極を形成する部分を覆うように図示しないレジストによりマスキングする。このとき、低耐圧素子領域9にはマスキング用のレジストは設けない。
[Third Insulating Film Forming Step: FIG. 2 (c)]
As shown in FIG. 2C, masking is performed with a resist (not shown) so as to cover portions of the high breakdown
そしてエッチング処理によってトップ絶縁膜4、電荷蓄積用絶縁膜5、トンネル絶縁膜6をエッチングする。このエッチングはエッチング条件を変えて複数回に分けて実施してもよく、これにより、高耐圧素子領域8及びMONOS型メモリ素子領域10のメモリ絶縁膜7は、所定形状に加工されて残り、低耐圧素子領域9のメモリ絶縁膜7は全て除去されて下地絶縁膜3のみ残るようにエッチングされる。
Then, the top insulating
このときのエッチング処理にかかるエッチング条件は、エッチング条件を変えて複数回に分けて実施するときは、各絶縁膜ごとに、例えば、トップ絶縁膜4はフッ酸溶液による15秒のウェットエッチングを、電荷蓄積用絶縁膜5はフロン系ガスによる1分のドライエッチングを、トンネル絶縁膜6はフッ酸溶液による35秒のウェットエッチングを、それぞれ行う。
When the etching conditions for the etching process at this time are divided into a plurality of times by changing the etching conditions, for example, the top insulating
このエッチング処理により、低耐圧素子領域9にはメモリ絶縁膜7がなくなり下地絶縁膜3が露出することで、低耐圧用ゲート絶縁膜(低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜)が形成されることになる。
By this etching process, the
以上の製造工程により、高耐圧素子領域8の表面には下地絶縁膜3及びメモリ絶縁膜7から成る4層のゲート絶縁膜が、低耐圧素子領域9の表面には下地絶縁膜3から成る単層の低耐圧用ゲート絶縁膜が、MONOS型メモリ素子領域10の表面にはメモリ絶縁膜7から成る3層のメモリゲート絶縁膜が、それぞれ形成されたこととなる。
Through the above manufacturing process, a four-layer gate insulating film composed of the
後に、半導体基板1の上部に所定の膜厚でポリシリコンを形成し、マスキング及びエッチングの製造工程によって、高耐圧素子領域8、低耐圧素子領域9、MONOS型メモリ素子領域10には、図1(b)に示すように、ゲート電極12a、12b、メモリゲート電極12cを所定の形状に形成する。
Later, polysilicon is formed on the upper portion of the
また、これ以降の製造工程、例えば、ソース領域やドレイン領域(11a〜11c)の形成工程や金属配線形成工程などについては、公知の技術を用いるものであるから、説明は省略する。 Moreover, since the manufacturing process after this, for example, the formation process of the source region and the drain region (11a to 11c) and the metal wiring formation process, etc. are used, a description thereof will be omitted.
以下、半導体装置の第2の実施形態を図3及び図4を用いて説明する。
第2の実施形態は、すでに説明したように、下地絶縁膜を高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である高耐圧用ゲート絶縁膜を用いる例である。
Hereinafter, a second embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.
As described above, the second embodiment is an example in which a high withstand voltage gate insulating film which is a gate insulating film of a high withstand voltage MOSFET is used as the base insulating film.
[第2の実施形態の構造:図3]
まず、図3を用いて構造を説明する。
図3は、半導体装置の構造を模式的に示す断面図であって、後述する製造方法によって、高耐圧素子領域と、低耐圧素子領域と、MONOS型メモリ素子領域とに、それぞれゲート絶縁膜及びメモリ絶縁膜を形成したところを模式的に示す断面図である。
[Structure of Second Embodiment: FIG. 3]
First, the structure will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor device. A gate insulating film and a high breakdown voltage element region, a low breakdown voltage element region, and a MONOS type memory element region are respectively formed by a manufacturing method described later. It is sectional drawing which shows typically the place which formed the memory insulating film.
図3において、13は下地絶縁膜であり、この実施形態では高耐圧用ゲート絶縁膜である。3aは低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜であり、第1の実施形態では下地絶縁膜3に相当する絶縁膜である。
In FIG. 3,
高耐圧素子領域8の半導体基板1の表面には、下地絶縁膜13が形成されている。その膜厚は、高耐圧MOSFETの動作電圧を鑑みて決められるものであるが、この下地絶縁膜13の上部にはメモリ絶縁膜7も設けているので、この4層構造にて高耐圧MOSFETの耐圧を確保するように設計すればよい。
一例を示すと、動作電圧を9.0V(絶対値)とすると、150Å程度である。
A
As an example, when the operating voltage is 9.0 V (absolute value), it is about 150 V.
もちろん、この下地絶縁膜13のみで高耐圧MOSFETのゲート耐圧を確保できる程度の膜厚を有するようにしてもよい。そうすると、その上部のメモリ絶縁膜7の膜厚も加わるので、さらに高い耐圧を有することができる。
Of course, the
いずれにしても、高耐圧素子領域8にあっては、半導体基板1と電荷蓄積用絶縁膜5と
の間には、トンネル絶縁膜6と下地絶縁膜13とがあるから、半導体装置の製造中又は製造後にもトンネル効果が発生せず、電荷蓄積用絶縁膜5へのチャージが成されない。
In any case, in the high breakdown
高耐圧素子領域8の半導体基板1の表面のうち、下地絶縁膜13を設けていない表面には、低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である低耐圧用ゲート絶縁膜3aが設けてある。
同様に、この低耐圧用ゲート絶縁膜3aは、低耐圧素子領域9の半導体基板1の表面と、MONOS型メモリ素子領域10の半導体基板1の表面のうち、メモリ絶縁膜7を設けていない表面とにも設けている。
Of the surface of the
Similarly, the low-breakdown-voltage gate insulating film 3a is a surface of the surface of the
すでに説明した第1の実施形態では、MONOS型メモリ素子領域10は、領域1aが露出しており、ソース領域やドレイン領域(11c)を形成する場合、この部分にイオン注入していた。イオン注入は、注入条件によっては領域1aの半導体基板1の表面にイオンの衝突によるダメージが生じてしまうことがある。
In the first embodiment already described, the MONOS type
しかしながら、図3に示す第2の実施形態では、各素子を形成する領域の半導体基板1の表面には、低耐圧用ゲート絶縁膜3aが設けてある。不純物イオンを半導体基板1に導入するときは、この低耐圧用ゲート絶縁膜3aを貫通させてなる。このようにすれば、イオン注入条件によらず、半導体基板1の表面にイオン衝突によるダメージが生じてしまうことはない。
However, in the second embodiment shown in FIG. 3, the gate insulating film 3a for low withstand voltage is provided on the surface of the
[第2の実施形態の製造方法の説明:図3、図4]
次に、主に図4を用いて製造方法を説明する。
図4は、図3に示す構造の製造方法を順に説明するために模式的に表した断面図である。図4(a)は、素子分離工程後、下地絶縁膜13を形成し、その上部にメモリ絶縁膜7を形成する様子を示している。下地絶縁膜13はMONOS型メモリ素子領域10には設けていない。図4(b)は、メモリ絶縁膜7を所定の形状にマスキングしてエッチングすると共に、低耐圧素子領域9にあっては、下地絶縁膜13をすべて除去する様子を示している。図4(c)は、各素子領域の半導体基板1の表面に低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である低耐圧用ゲート絶縁膜3aを形成する様子を示している。
[Description of Manufacturing Method of Second Embodiment: FIGS. 3 and 4]
Next, a manufacturing method will be described mainly with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for sequentially explaining the manufacturing method of the structure shown in FIG. FIG. 4A shows a state in which the
第2の実施形態の製造方法の特徴は、半導体基板1に設ける素子分離絶縁膜2にて高耐圧素子領域8、低耐圧素子領域9、MONOS型メモリ素子領域10を形成した後、これら3つの領域に、一度に下地絶縁膜13として高耐圧用ゲート絶縁膜(高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜)を形成し、高耐圧素子領域8以外の各素子領域の下地絶縁膜13を除去し、その上で新たに低耐圧用ゲート絶縁膜3a(低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜)を形成する点にある。
The feature of the manufacturing method of the second embodiment is that after the high breakdown
[第1の絶縁膜形成工程:図4(a)]
図4(a)に示すように、半導体基板1に素子分離絶縁膜2を形成する。
次に、下地絶縁膜13を形成する。下地絶縁膜13は一般的な熱酸化法によって形成する。熱酸化法では半導体基板1の表面のシリコンを酸化させることによって酸化膜を成長させるので、シリコンが露出している半導体基板1の表面の全領域に、下地絶縁膜13は形成される。
[First Insulating Film Forming Step: FIG. 4A]
As shown in FIG. 4A, an element
Next, the
なお、この下地絶縁膜13の形成は、すでに説明しているように、公知のCVD法などにより堆積させて形成してもよい。
The
[下地絶縁膜除去工程:図4(a)]
同じく図4(a)に示すように、
高耐圧素子領域8及び低耐圧素子領域9を覆うようにし、MONOS型メモリ素子領域
10が露出するようにマスキング及びエッチング技術を用いてMONOS型メモリ素子領域10の半導体基板1の表面に形成されている下地絶縁膜13をエッチング除去する。このときの条件は、例えば、フッ酸溶液による20秒程度のウェットエッチングである。
[Step of removing base insulating film: FIG. 4A]
Similarly, as shown in FIG.
The high breakdown
[第2の絶縁膜形成工程:図4(a)、図4(b)]
同じく図4(a)に示すように、半導体基板1の表面にメモリ絶縁膜7を形成するべく、まずは半導体基板1の表面を酸化してトンネル絶縁膜6を形成する。そして、形成されたトンネル絶縁膜6の上面に電荷蓄積用絶縁膜5を知られているCVD法などで形成し、電荷蓄積用絶縁膜5の表面を再び酸化してトップ絶縁膜4を形成する。
[Second Insulating Film Forming Step: FIGS. 4A and 4B]
Similarly, as shown in FIG. 4A, in order to form the
[第3の絶縁膜形成工程:図4(b)]
次に、メモリ絶縁膜7を所定の形状に加工する。高耐圧素子領域8とMONOS型メモリ素子領域10とにおいては、素子の形状に合わせてメモリ絶縁膜7の形状をマスキング及びエッチング技術を用いて形成し、低耐圧素子領域9に関しては、メモリ絶縁膜7は全て除去する。
[Third Insulating Film Forming Step: FIG. 4B]
Next, the
次に、低耐圧素子領域9の半導体基板1の表面が露出するようにマスキングし、低耐圧素子領域9の下地絶縁膜3をエッチングして除去する。このときの条件は、例えば、フッ酸溶液による20秒程度のウェットエッチングである。
Next, masking is performed so that the surface of the
次に、図4(c)に示すように、半導体基板1の上部に低耐圧用ゲート絶縁膜3aを形成する。
低耐圧素子領域9には、それよりも前の製造工程により半導体基板1が露出しているから、形成される低耐圧用ゲート絶縁膜3aは、低耐圧MOSFETの電気特性に合わせてその膜厚を決めるとよい。一例をあげると、低耐圧MOSFETの動作電圧を1.5V(絶対値)とすると、100Å程度である。
Next, as shown in FIG. 4C, a low breakdown voltage gate insulating film 3 a is formed on the
Since the
以上の製造工程により、高耐圧素子領域8の表面には下地絶縁膜13及びメモリ絶縁膜7から成る4層のゲート絶縁膜が、低耐圧素子領域9の表面には単層の低耐圧用ゲート絶縁膜3aが、MONOS型メモリ素子領域10の表面にはメモリ絶縁膜7から成る3層のメモリゲート絶縁膜が、それぞれ形成されたこととなる。
Through the above manufacturing process, a four-layer gate insulating film composed of the
なお、これ以降の製造工程(例えば、ソース領域やドレイン領域の形成工程や金属配線形成工程など)については、説明は省略する。 Note that description of the subsequent manufacturing steps (for example, a source region and a drain region formation step, a metal wiring formation step, etc.) is omitted.
以下、半導体装置の第3の実施形態を図5及び図6を用いて説明する。
第3の実施形態は、第2の実施形態と同様に、下地絶縁膜に高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である高耐圧用ゲート絶縁膜を用いる。そして、低耐圧素子領域9は、ここに設けるこの高耐圧用ゲート絶縁膜の一部を除去することで低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を形成する例である。
Hereinafter, a third embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.
In the third embodiment, as in the second embodiment, a high-breakdown-voltage gate insulating film that is a gate insulating film of a high-breakdown-voltage MOSFET is used as the base insulating film. The low breakdown
[第3の実施形態の構造:図5]
まず、図5を用いて構造を説明する。
図5は、半導体装置の構造を模式的に示す断面図であって、後述する製造方法によって、高耐圧素子領域と、低耐圧素子領域と、MONOS型メモリ素子領域とに、それぞれゲート絶縁膜及びメモリ絶縁膜を形成したところを模式的に示す断面図である。
[Structure of Third Embodiment: FIG. 5]
First, the structure will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor device. A gate insulating film and a high breakdown voltage element region, a low breakdown voltage element region, and a MONOS type memory element region are respectively formed by a manufacturing method described later. It is sectional drawing which shows typically the place which formed the memory insulating film.
図5において、13aは、高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜でもある下地絶縁膜13を加工して形成する低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜である。
In FIG. 5, 13a is a gate insulating film of a low breakdown voltage MOSFET formed by processing the
高耐圧素子領域8の半導体基板1の表面には、下地絶縁膜13が形成されている。その膜厚は、すでに例示したように動作電圧を9.0V(絶対値)とすると、150Å程度である。
A
低耐圧素子領域9の半導体基板1の表面には、その下地絶縁膜13を加工して膜厚を薄くした低耐圧用ゲート絶縁膜13aが形成されている。この低耐圧用ゲート絶縁膜13aの膜厚は、例えば、動作電圧を1.5V(絶対値)とすると、100Å程度である。
On the surface of the
[第3の実施形態の製造方法の説明:図5、図6]
次に、主に図6を用いて製造方法を説明する。
図6は、図5に示す構造の製造方法を順に説明するために模式的に表した断面図である。図6(a)は、素子分離工程後、下地絶縁膜13を形成し、その上部にメモリ絶縁膜7を形成する様子を示している。下地絶縁膜13はMONOS型メモリ素子領域10には設けていない。図6(b)は、低耐圧素子領域9の下地絶縁膜13を加工して低耐圧MOSFETのゲート絶縁膜を形成する様子を示している。
[Description of Manufacturing Method of Third Embodiment: FIGS. 5 and 6]
Next, a manufacturing method will be described mainly with reference to FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the method for manufacturing the structure shown in FIG. 5 in order. FIG. 6A shows a state in which the
第3の実施形態の製造方法の特徴は、半導体基板1に設ける素子分離絶縁膜2にて高耐圧素子領域8、低耐圧素子領域9、MONOS型メモリ素子領域10を形成した後、これら3つの領域に、一度に下地絶縁膜13として高耐圧用ゲート絶縁膜(高耐圧MOSFETのゲート絶縁膜)を形成し、低耐圧素子領域9に形成している下地絶縁膜13を薄く加工して、低耐圧用ゲート絶縁膜13aとする点にある。
A feature of the manufacturing method of the third embodiment is that after the high breakdown
以下製造方法を説明するが、すでに説明した工程は省略し、特徴部分だけを説明する。 The manufacturing method will be described below, but the steps already described will be omitted, and only the characteristic part will be described.
図6(a)に示すように、半導体基板1に素子分離絶縁膜2と下地絶縁膜13を形成する。そして、図示はしないが、高耐圧素子領域8及び低耐圧素子領域9を覆うようにし、MONOS型メモリ素子領域10が露出するようにマスキング及びエッチング技術を用いてMONOS型メモリ素子領域10の半導体基板1の表面に形成されている下地絶縁膜13をエッチング除去する。その後、半導体基板1の表面にメモリ絶縁膜7を形成する。
As shown in FIG. 6A, the element
[第3の絶縁膜形成工程:図6(b)]
次に、高耐圧素子領域8及びMONOS型メモリ素子領域10を覆うようにし、低耐圧素子領域9が露出するようにマスキング技術を用いて、マスク40を形成する。その後、露出した低耐圧素子領域9のメモリ絶縁膜7をエッチング技術で全て除去する。
[Third Insulating Film Forming Step: FIG. 6B]
Next, a
そして、低耐圧素子領域9にて露出した下地絶縁膜13をエッチング技術を用いて一部を除去する。具体的には、膜厚が薄くなるようにその表面をエッチング除去する。一例をあげると、下地絶縁膜13の膜圧が150Å程度であるとき、低耐圧用ゲート絶縁膜13aを100Å程度とする。このときの条件は、例えば、フロン系ガスによる30秒程度のドライエッチングである。
Then, a part of the
本発明の半導体装置によれば、高耐圧MOSFETの耐圧確保と低耐圧MOSFETの絶縁耐圧維持とを、少ない製造工程で形成できるから、性能とコストが厳しい電子機器用の半導体装置に好適である。 According to the semiconductor device of the present invention, securing the withstand voltage of the high withstand voltage MOSFET and maintaining the withstand voltage of the low withstand voltage MOSFET can be formed with a small number of manufacturing steps, and therefore, it is suitable for a semiconductor device for electronic equipment with severe performance and cost.
1 半導体基板
2 素子分離絶縁膜
3、13 下地絶縁膜
3a、13a 低耐圧用ゲート絶縁膜
4 トップ絶縁膜
5 電荷蓄積用絶縁膜
6 トンネル絶縁膜
7 メモリ絶縁膜
8 高耐圧素子領域
9 低耐圧素子領域
10 MONOS型メモリ素子領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記不揮発性半導体記憶素子の所定の動作を制御するために、低耐圧用ゲート絶縁膜を有する低耐圧MOSFET及び高耐圧用ゲート絶縁膜を有する高耐圧MOSFETと、
を、半導体基板に設けるメモリ素子領域、低耐圧素子領域、高耐圧素子領域にそれぞれ設ける半導体装置の製造方法において、
前記メモリ素子領域と前記低耐圧素子領域と前記高耐圧素子領域とに、同時に下地絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、
前記メモリ素子領域の前記下地絶縁膜を除去する下地絶縁膜除去工程と、
前記下地絶縁膜除去工程の後に、前記高耐圧素子領域と前記低耐圧素子領域と前記メモリ素子領域とに、同時に前記半導体基板側から前記トンネル絶縁膜、前記電荷蓄積用絶縁膜、前記トップ絶縁膜を順次積層してメモリ絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程と、
前記第2の絶縁膜形成工程の後に、前記低耐圧素子領域に、前記低耐圧用ゲート絶縁膜を形成する第3の絶縁膜形成工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A MOSFET type nonvolatile semiconductor memory element having a memory insulating film having a three-layer structure in which a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film are stacked;
In order to control a predetermined operation of the nonvolatile semiconductor memory element, a low breakdown voltage MOSFET having a low breakdown voltage gate insulating film and a high breakdown voltage MOSFET having a high breakdown voltage gate insulating film;
In a method for manufacturing a semiconductor device provided in a memory element region, a low breakdown voltage element region, and a high breakdown voltage element region provided in a semiconductor substrate,
A first insulating film forming step of simultaneously forming a base insulating film in the memory element region, the low withstand voltage element region, and the high withstand voltage element region;
A base insulating film removing step for removing the base insulating film in the memory element region;
After the base insulating film removal step, the tunnel insulating film, the charge storage insulating film, and the top insulating film are simultaneously formed on the high withstand voltage element region, the low withstand voltage element region, and the memory element region from the semiconductor substrate side. A second insulating film forming step in which a memory insulating film is formed by sequentially stacking layers,
A third insulating film forming step of forming the low breakdown voltage gate insulating film in the low breakdown voltage element region after the second insulating film forming step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第3の絶縁膜形成工程は、前記低耐圧素子領域の前記メモリ絶縁膜を除去することで前記低耐圧用ゲート絶縁膜を形成するものであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The base insulating film is the low breakdown voltage gate insulating film;
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the third insulating film forming step forms the low withstand voltage gate insulating film by removing the memory insulating film in the low withstand voltage element region. 3. Device manufacturing method.
前記第3の絶縁膜形成工程は、前記低耐圧素子領域の前記メモリ絶縁膜及び前記下地絶縁膜を除去して前記半導体基板の表面を露出させた後に、前記低耐圧用ゲート絶縁膜を形成するものであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The base insulating film is the high voltage gate insulating film;
In the third insulating film forming step, the memory insulating film and the base insulating film in the low breakdown voltage element region are removed to expose the surface of the semiconductor substrate, and then the low breakdown voltage gate insulating film is formed. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a semiconductor device.
前記第3の絶縁膜形成工程は、前記低耐圧素子領域の前記メモリ絶縁膜を除去し、前記下地絶縁膜の一部を除去することで、前記低耐圧用ゲート絶縁膜を形成するものであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The base insulating film is the high voltage gate insulating film;
In the third insulating film forming step, the low-voltage gate insulating film is formed by removing the memory insulating film in the low-breakdown-voltage element region and removing a part of the base insulating film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記不揮発性半導体記憶素子の所定の動作を制御するために、低耐圧用ゲート絶縁膜を有する低耐圧MOSFET及び高耐圧用ゲート絶縁膜を有する高耐圧MOSFETと、
を同一の半導体基板に混載した半導体装置において、
前記高耐圧MOSFETは、下地絶縁膜として前記高耐圧用ゲート絶縁膜又は前記低耐圧用ゲート絶縁膜を有し、その上部に前記メモリ絶縁膜を備える4層構造のゲート絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。 A MOSFET type nonvolatile semiconductor memory element having a memory insulating film having a three-layer structure in which a tunnel insulating film, a charge storage insulating film, and a top insulating film are stacked;
In order to control a predetermined operation of the nonvolatile semiconductor memory element, a low breakdown voltage MOSFET having a low breakdown voltage gate insulating film and a high breakdown voltage MOSFET having a high breakdown voltage gate insulating film;
In a semiconductor device mixedly mounted on the same semiconductor substrate,
The high-breakdown-voltage MOSFET has the high-breakdown-voltage gate insulation film or the low-breakdown-voltage gate insulation film as a base insulation film, and has a four-layer structure gate insulation film provided with the memory insulation film thereon. A semiconductor device.
前記低耐圧用ゲート絶縁膜は、前記高耐圧用ゲート絶縁膜よりも膜厚が薄く、前記トンネル絶縁膜よりも膜厚が厚いことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The low breakdown voltage gate insulating film and the high breakdown voltage gate insulating film are made of the same material,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the low breakdown voltage gate insulating film is thinner than the high breakdown voltage gate insulating film and thicker than the tunnel insulating film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012069463A JP2013201335A (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012069463A JP2013201335A (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013201335A true JP2013201335A (en) | 2013-10-03 |
Family
ID=49521315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012069463A Pending JP2013201335A (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013201335A (en) |
-
2012
- 2012-03-26 JP JP2012069463A patent/JP2013201335A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5013050B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US7906396B1 (en) | Flash memory and method of fabricating the same | |
JP5556490B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009049338A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US8865536B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2011103401A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
JP2009044000A (en) | Nonvolatile semiconductor memory and method of manufacturing the same | |
JP5376123B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2010056391A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US7183158B2 (en) | Method of fabricating a non-volatile memory | |
JP2011187562A (en) | Manufacturing method of flash memory | |
JP2013201335A (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP2012049455A (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method for semiconductor memory device | |
JP4783210B2 (en) | Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device | |
US20130175592A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
US20080254584A1 (en) | Method of manufacturing flash memory device | |
JP4287801B2 (en) | Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device | |
JP2009054909A (en) | Semiconductor device, its manufacturing method and driving method | |
JP2012043856A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2005123348A (en) | Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device | |
JP2010129740A (en) | Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP2006196688A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and its manufacturing method | |
JP2008085102A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2006222277A (en) | Non-volatile semiconductor storage device and its manufacturing method | |
JPH10326881A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacture thereof |