JP2015026732A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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利広 永井
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郷子 笹原
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve manufacturing yield of a semiconductor device by detecting a position of a superposition inspection mark with high accuracy in a photolithography process.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: forming a mark trench MT on a principal surface of a semiconductor substrate SUB in a superposition inspection mark region, and subsequently filling the inside of the mark trench MT with an insulation film; and subsequently, after forming a gate insulation film GI1 on the principal surface of the semiconductor substrate SUB, removing the gate insulation film GI1 in a low-voltage nMIS region, a low-voltage pMIS region and the superposition inspection mark region by wet etching. In the wet etching, a superposition inspection mark MTI of a recess structure, which is composed of the insulation film filled inside the mark trench MT is formed by performing processing in a manner such that a top face of the insulation film filled inside the mark trench MT reaches a depth of about 20 nm from the principal surface of the semiconductor substrate SUB.

Description

本発明は半導体装置の製造技術に関し、例えば半導体装置の製造過程であるフォトリソグラフィ工程に好適に利用できるものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and can be suitably used for, for example, a photolithography process which is a manufacturing process of a semiconductor device.

例えば特開2006−13359号公報(特許文献1)に、基板の表面に複数の凹部を形成する工程と、凹部の内部に選択的に膜を形成する工程と、凹部およびその近傍を含む第1の領域を局所的にエッチングして段差を形成する工程とを備え、段差が形成された位置をアライメントマークとして利用する半導体装置の製造方法が開示されている。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-13359 (Patent Document 1) discloses a first step including a step of forming a plurality of recesses on the surface of a substrate, a step of selectively forming a film inside the recesses, and the recesses and the vicinity thereof. And a step of locally etching the region to form a step, and a method for manufacturing a semiconductor device is disclosed that uses the position where the step is formed as an alignment mark.

特開2006−13359号公報JP 2006-13359 A

フォトリソグラフィ工程における被合わせ層と露光層との重ね合わせ精度の検査に、基板に形成された溝の内部に絶縁膜を埋め込んだ被合わせ層の重ね合わせ検査マークと露光層の重ね合わせ検査マーク用レジストパターンとが用いられている。しかし、被合わせ層の重ね合わせ検査マークの溝の底面が非対称の場合は、検出波形が溝の底面からの信号強度を拾うため、検出波形も非対称となり、被合わせ層の重ね合わせ検査マークの検出精度が低下する。また、被合わせ層の重ね合わせ検査マークの溝の内部に埋め込まれる絶縁膜の上面の平坦性が悪い場合も、散乱光により被合わせ層の重ね合わせ検査マークの検出精度が低下する。   For inspection of overlay accuracy between the mating layer and the exposure layer in the photolithography process, for overlay inspection mark of the mating layer with an insulating film embedded in the groove formed in the substrate and overlay inspection mark of the exposure layer A resist pattern is used. However, when the bottom of the groove of the overlay inspection mark of the mating layer is asymmetric, the detection waveform picks up the signal intensity from the bottom of the groove, so the detection waveform is also asymmetric, and the overlay inspection mark of the mating layer is detected. Accuracy is reduced. Moreover, even when the flatness of the upper surface of the insulating film embedded in the groove of the overlay inspection mark of the mating layer is poor, the detection accuracy of the overlay inspection mark of the mating layer is lowered by the scattered light.

その他の課題と新規な特徴は、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。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態の半導体装置の製造方法は、まず、重ね合わせ検査マーク領域の半導体基板の主面に溝を形成し、この溝の内部に絶縁膜を埋め込む。次に、低圧系素子領域、高圧系素子領域、および重ね合わせ検査マーク領域の半導体基板の主面上に第1絶縁膜を形成する。次に、低圧系素子領域および重ね合わせ検査マーク領域の第1絶縁膜をウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングの際、溝の内部に埋め込まれた絶縁膜の上面が半導体基板の主面から20nm程度の深さとなるまで加工して、リセス構造の重ね合わせ検査マークを形成する。その後、低圧系素子領域の半導体基板の主面上に第2絶縁膜を形成する。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment, first, a groove is formed in the main surface of the semiconductor substrate in the overlay inspection mark region, and an insulating film is embedded in the groove. Next, a first insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate in the low-voltage element region, the high-voltage element region, and the overlay inspection mark region. Next, the first insulating film in the low-voltage element region and the overlay inspection mark region is removed by wet etching. During this wet etching, the upper surface of the insulating film embedded in the groove is processed to a depth of about 20 nm from the main surface of the semiconductor substrate, thereby forming an overlay inspection mark having a recess structure. Thereafter, a second insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate in the low-voltage element region.

一実施の形態によれば、フォトリソグラフィ工程において、重ね合わせ検査マークの位置を精度よく検出することにより、半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。   According to one embodiment, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved by accurately detecting the position of the overlay inspection mark in the photolithography process.

実施の形態1による半導体装置の製造工程を示すメモリ領域、周辺回路領域(低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域)、および重ね合わせ検査マーク領域の要部断面図である。Memory region, peripheral circuit region (low voltage system nMIS region, low voltage system pMIS region, high voltage system nMIS region, and high voltage system pMIS region) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, and an essential part of overlay inspection mark region It is sectional drawing. 図1に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 2 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 1; 図2に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 3 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 2; 図3に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 4 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 3; 図4に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 5 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 4; 図5に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 6 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 5; 図6に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 7 is an essential part cross-sectional view of the same place as that in FIG. 1 during the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 6; 図7に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 8 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 7; 図8に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 9 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 8; 図9に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 10 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 9; 図10に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 11 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 10; 図11に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 12 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 11; (a)および(b)はそれぞれ、実施の形態1による被合わせ層の重ね合わせ検査マークと露光層の重ね合わせ検査マーク用レジストパターンとを示す要部平面図および要部断面図(同図(a)に示すA−A線に沿った断面図)である。(A) And (b) is the principal part top view and principal part sectional drawing which show the overlay inspection mark of the to-be-matched layer by Embodiment 1, and the resist pattern for overlay inspection marks of an exposure layer, respectively (same figure ( It is sectional drawing along the AA line shown to a). 実施の形態1による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形、ならびに比較例による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形である。FIG. 3 is a cross-sectional view and a detection waveform of a main part of an overlay inspection mark for a layer to be bonded according to the first embodiment, and a cross-sectional view and a detection waveform of a main part of an overlay inspection mark for a layer to be bonded according to a comparative example. 図12に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 13 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 12; 図15に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 16 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 15; 図16に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 17 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 16; 図17に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 18 is an essential part cross-sectional view of the same place as that in FIG. 1 during the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 17; 図18に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross-sectional view of the same place as that in FIG. 1 during the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 18; 図19に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 20 is an essential part cross-sectional view of the same place as that in FIG. 1 during the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 19; 図20に続く、半導体装置の製造工程中の図1と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 21 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 1 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 20; 実施の形態2による半導体装置の製造工程を示すメモリ領域、周辺回路領域(低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域)、および重ね合わせ検査マーク領域の要部断面図である。Memory area, peripheral circuit area (low voltage system nMIS area, low voltage system pMIS area, high voltage system nMIS area, and high voltage system pMIS area) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment, and the main part of the overlay inspection mark area It is sectional drawing. 図22に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 23 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 22; 図23に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 24 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 23; 図24に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 25 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 24; 図25に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 26 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 25; 図26に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 27 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 26; 図27に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 28 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 27; 図28に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 29 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 28; 実施の形態2による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part and a detection waveform of an overlay inspection mark for a layer to be bonded according to a second embodiment. 図29に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 30 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 29; 図31に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 33 is an essential part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 31; 図32に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 33 is an essential part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 32; 図33に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 34 is an essential part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 33; 図34に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 35 is an essential part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 34; 図35に続く、半導体装置の製造工程中の図22と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 36 is a principal part cross-sectional view of the same place as in FIG. 22 in the process of manufacturing the semiconductor device, following FIG. 35;

以下の実施の形態において、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。   In the following embodiments, when 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, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

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よい。   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.

また、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。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.

また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するもので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 addition, when referring to “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A”, other elements are excluded unless specifically indicated that only that element is included. It goes without saying that it is not what you do. 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.

また、以下の実施の形態においては、電界効果トランジスタを代表するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をMISと略し、pチャネル型のMISFETをpMISと略し、nチャネル型のMISFETをnMISと略す。また、以下の実施の形態で記載するMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型メモリセルについても、上記MISの下位概念に含まれることは勿論である。   In the following embodiments, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) representing a field effect transistor is abbreviated as MIS, a p-channel type MISFET is abbreviated as pMIS, and an n-channel type MISFET is abbreviated as nMIS. Of course, MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type memory cells described in the following embodiments are also included in the subordinate concept of the MIS.

また、以下の実施の形態において、窒化シリコン、窒化ケイ素またはシリコンナイトライドというときは、Siは勿論であるが、それのみではなく、シリコンの窒化物で類似組成の絶縁膜を含むものとする。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Si(Silicon)単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、SOI(Silicon On Insulator)ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。 In the following embodiments, when referring to silicon nitride, silicon nitride, or silicon nitride, not only Si 3 N 4 but also silicon nitride is used and includes an insulating film having a similar composition. . In the following embodiments, the term “wafer” is mainly a Si (Silicon) single crystal wafer. However, not only that, but also an SOI (Silicon On Insulator) wafer and an integrated circuit are formed thereon. Insulating film substrate or the like. The shape includes not only a circle or a substantially circle but also a square, a rectangle and the like.

また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
実施の形態1による半導体装置の製造方法を図1〜図21を用いて工程順に説明する。実施の形態1では、MONOS型不揮発性メモリセルを有する半導体装置の製造過程であるフォトリソグラフィ工程において使用する重ね合わせ検査マークについて説明する。また、不揮発性メモリセルには、選択用nMISの選択ゲート電極の片側面にサイドウォール形状のメモリ用nMISのメモリゲート電極を形成した2トランジスタ構成のスプリットゲート構造のメモリセルを例示する。
(Embodiment 1)
A method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. In the first embodiment, an overlay inspection mark used in a photolithography process which is a manufacturing process of a semiconductor device having a MONOS type nonvolatile memory cell will be described. Further, as the nonvolatile memory cell, a split-gate memory cell having a two-transistor structure in which a sidewall-shaped memory nMIS memory gate electrode is formed on one side surface of the selection nMIS selection gate electrode is illustrated.

図1〜図12および図15〜図21は、実施の形態1による半導体装置の製造工程中におけるメモリ領域、周辺回路領域(低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域)、および重ね合わせ検査マーク領域の要部断面図である。メモリ領域および周辺回路領域においてはゲート長方向の断面図を示している。周辺回路領域に形成されるMISFETは、CPU等のプロセッサ、論理回路、入出力回路、デコーダ、および昇圧回路等を構成する。図13(a)および(b)はそれぞれ、実施の形態1による被合わせ層の重ね合わせ検査マークと露光層の重ね合わせ検査マーク用レジストパターンとを示す要部平面図および要部断面図(同図(a)に示すA−A線に沿った断面図)である。図14は、実施の形態1による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形、ならびに比較例による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形である。   1 to 12 and FIGS. 15 to 21 illustrate a memory region, a peripheral circuit region (low-voltage nMIS region, low-voltage pMIS region, high-voltage nMIS region, and high-voltage system) during the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a pMIS region) and an overlay inspection mark region. In the memory region and the peripheral circuit region, a sectional view in the gate length direction is shown. The MISFET formed in the peripheral circuit region constitutes a processor such as a CPU, a logic circuit, an input / output circuit, a decoder, and a booster circuit. FIGS. 13A and 13B are a plan view and a cross-sectional view of the relevant part showing the overlay inspection mark for the layer to be bonded and the resist pattern for overlay inspection mark for the exposure layer according to the first embodiment, respectively. It is sectional drawing along the AA line shown to a figure (a). FIG. 14 is a cross-sectional view and a detection waveform of the main part of the overlay inspection mark for the mating layer according to the first embodiment, and a cross-sectional view and a detection waveform of the main part of the overlay inspection mark for the mating layer according to the comparative example.

まず、図1に示すように、半導体基板(この段階では半導体ウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板)SUBの主面上に、酸化シリコン膜SO1および窒化シリコン膜SN1を順次形成する。酸化シリコン膜SO1は、例えば熱酸化法により形成され、窒化シリコン膜SN1は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。   First, as shown in FIG. 1, a silicon oxide film SO1 and a silicon nitride film SN1 are sequentially formed on the main surface of a semiconductor substrate (planar substantially circular semiconductor thin plate called a semiconductor wafer in this stage) SUB. The silicon oxide film SO1 is formed by, for example, a thermal oxidation method, and the silicon nitride film SN1 is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

続いて、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより、素子分離部および重ね合わせ検査マークが形成される所定箇所の窒化シリコン膜SN1および酸化シリコン膜SO1を除去する。さらに、素子分離部が形成される半導体基板SUBの所定箇所に分離溝STを形成し、重ね合わせ検査マークが形成される半導体基板SUBの所定箇所にマーク溝MTを形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。   Subsequently, the silicon nitride film SN1 and the silicon oxide film SO1 at predetermined positions where the element isolation portion and the overlay inspection mark are formed are removed by dry etching using the resist pattern as a mask. Further, the isolation groove ST is formed at a predetermined position of the semiconductor substrate SUB where the element isolation portion is formed, and the mark groove MT is formed at a predetermined position of the semiconductor substrate SUB where the overlay inspection mark is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

重ね合わせ検査マークが形成される重ね合わせ検査マーク領域は、例えばスクライブ領域に配置される。平面視において、マーク溝MTは四角の枠形状を有している(後述の図13参照)。マーク溝MTの幅は、例えば2μmであり、マーク溝MTの半導体基板SUBの主面からの深さは、例えば300〜350nmである。   The overlay inspection mark area where the overlay inspection mark is formed is arranged, for example, in a scribe area. In plan view, the mark groove MT has a square frame shape (see FIG. 13 described later). The width of the mark groove MT is 2 μm, for example, and the depth of the mark groove MT from the main surface of the semiconductor substrate SUB is 300 to 350 nm, for example.

次に、図2に示すように、半導体基板SUBの主面上に絶縁膜を堆積し、さらに、その絶縁膜が分離溝STの内部およびマーク溝MTの内部のみに残されるように、その絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法等によって研磨する。これにより、分離溝STの内部に埋め込まれた絶縁膜からなる素子分離部STIが活性領域を取り囲むように形成される。また、マーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜からなる重ね合わせ検査マークMTIが重ね合わせ検査マーク領域に形成される。   Next, as shown in FIG. 2, an insulating film is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB, and further, the insulating film is left so as to remain only in the isolation trench ST and in the mark trench MT. The film is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like. Thus, an element isolation portion STI made of an insulating film embedded in the isolation trench ST is formed so as to surround the active region. An overlay inspection mark MTI made of an insulating film embedded in the mark groove MT is formed in the overlay inspection mark region.

分離溝STおよびマーク溝MTに埋め込まれる上記絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜であり、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate;Si(OC)とオゾン(O)とをソースガスに用いたプラズマCVD法で堆積される。 The insulating film embedded in the isolation trench ST and the mark trench MT is, for example, a silicon oxide film, and uses TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate; Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and ozone (O 3 ) as a source gas. Deposited by plasma CVD method.

次に、図3に示すように、窒化シリコン膜SN1を除去した後、周辺回路領域の半導体基板SUBにn型不純物を選択的にイオン注入することにより、n型の埋め込みウェルNISOを形成する。続いて、メモリ領域および高圧系nMIS領域の半導体基板SUBにp型不純物を選択的にイオン注入することによりp型のウェルWHpを形成し、高圧系pMIS領域の半導体基板SUBにn型不純物を選択的にイオン注入することによりn型のウェルWHnを形成する。同様に、低圧系nMIS領域の半導体基板SUBにp型不純物を選択的にイオン注入することによりp型のウェルWLpを形成し、低圧系pMIS領域の半導体基板SUBにn型不純物を選択的にイオン注入することによりn型のウェルWLnを形成する。   Next, as shown in FIG. 3, after removing the silicon nitride film SN1, an n-type buried well NISO is formed by selectively ion-implanting n-type impurities into the semiconductor substrate SUB in the peripheral circuit region. Subsequently, a p-type well WHp is formed by selectively ion-implanting a p-type impurity into the semiconductor substrate SUB in the memory region and the high-voltage nMIS region, and an n-type impurity is selected in the semiconductor substrate SUB in the high-voltage pMIS region. An n-type well WHn is formed by ion implantation. Similarly, a p-type well WLp is formed by selectively ion-implanting p-type impurities into the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region, and n-type impurities are selectively ionized into the semiconductor substrate SUB in the low-voltage pMIS region. By implanting, an n-type well WLn is formed.

次に、メモリ領域の半導体基板SUBに所定の不純物をイオン注入する。これにより、、選択用nMISのチャネル形成用の半導体領域Ccを形成する。同様に、周辺回路領域の低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域のそれぞれの半導体基板SUBに所定の不純物をイオン注入する。これにより、周辺回路領域の低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域のそれぞれの半導体基板SUBにチャネル形成用の半導体領域CLn,CLp,CHn,CHpを形成する。   Next, predetermined impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate SUB in the memory region. Thereby, a semiconductor region Cc for channel formation of the selection nMIS is formed. Similarly, a predetermined impurity is ion-implanted into each semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region, the low-voltage pMIS region, the high-voltage nMIS region, and the high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region. Thus, semiconductor regions CLn, CLp, CHn, and CHp for channel formation are formed on the respective semiconductor substrates SUB of the low-voltage nMIS region, the low-voltage pMIS region, the high-voltage nMIS region, and the high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region. .

次に、酸化シリコン膜SO1をウェットエッチングにより除去した後、半導体基板SUBに対して酸化処理を施すことにより、半導体基板SUBの主面に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜GI1を形成する。ゲート絶縁膜GI1の厚さは、例えば20nmである。   Next, after removing the silicon oxide film SO1 by wet etching, the semiconductor substrate SUB is subjected to an oxidation process, thereby forming a gate insulating film GI1 made of, for example, silicon oxide on the main surface of the semiconductor substrate SUB. The thickness of the gate insulating film GI1 is, for example, 20 nm.

次に、図4に示すように、メモリ領域、低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、および重ね合わせ検査マーク領域のゲート絶縁膜GI1をウェットエッチングにより除去する。この際、重ね合わせ検査マーク領域のマーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面が、半導体基板SUBの主面から所定の深さとなるまで、ウェットエッチングを行う。すなわち、重ね合わせ検査マークMTIを、その上面が窪んだリセス構造(凹構造)とする。半導体基板SUBの主面からマーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面までの深さ(リセス量)は、例えば15〜25nmである。重ね合わせ検査マークMTIをリセス構造とするため、メモリ領域、低圧系nMIS領域、および低圧系pMIS領域の素子分離部STIもリセス構造となる。   Next, as shown in FIG. 4, the gate insulating film GI1 in the memory region, the low-pressure nMIS region, the low-pressure pMIS region, and the overlay inspection mark region is removed by wet etching. At this time, wet etching is performed until the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove MT in the overlay inspection mark region reaches a predetermined depth from the main surface of the semiconductor substrate SUB. That is, the overlay inspection mark MTI has a recess structure (concave structure) whose upper surface is recessed. The depth (recess amount) from the main surface of the semiconductor substrate SUB to the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove MT is, for example, 15 to 25 nm. Since the overlay inspection mark MTI has a recess structure, the element isolation portion STI in the memory region, the low-voltage nMIS region, and the low-voltage pMIS region also has a recess structure.

また、マーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面をウェットエッチングにより加工しているので、マーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜は平滑な上面を有する。   Further, since the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove MT is processed by wet etching, the insulating film embedded in the mark groove MT has a smooth upper surface.

前述の特許文献1では、段差が形成された位置をアライメントマークとして利用する半導体装置の製造方法が開示されているが、上記アライメントマークを形成するための複数の工程が必要である。これに対して、実施の形態1では、互いに厚さの異なる2種類のゲート絶縁膜を形成する際のエッチング工程を利用して、重ね合わせ検査マークMTIを窪みを有するリセス構造としている。従って、工程数が増加することなく、重ね合わせ検査マークMTIのリセス構造を実現することができる。   In the above-mentioned Patent Document 1, a method for manufacturing a semiconductor device using a position where a step is formed as an alignment mark is disclosed. However, a plurality of steps for forming the alignment mark are required. On the other hand, in the first embodiment, the overlay inspection mark MTI has a recess structure having a recess by using an etching process when two types of gate insulating films having different thicknesses are formed. Therefore, the recess structure of the overlay inspection mark MTI can be realized without increasing the number of processes.

次に、図5に示すように、半導体基板SUBに対して酸化処理を施す。これにより、メモリ領域、低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、および重ね合わせ検査マーク領域の半導体基板SUBの主面に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜GI2を形成する。ゲート絶縁膜GI2の厚さは、例えば1〜5nmである。   Next, as shown in FIG. 5, the semiconductor substrate SUB is oxidized. Thus, the gate insulating film GI2 made of, for example, silicon oxide is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the memory region, the low-pressure nMIS region, the low-pressure pMIS region, and the overlay inspection mark region. The thickness of the gate insulating film GI2 is, for example, 1 to 5 nm.

次に、図6に示すように、半導体基板SUBの主面上に、例えば非晶質シリコンからなる導電膜SIをCVD法により堆積する。導電膜SIの厚さは、例えば150nmである。続いて、メモリ領域の導電膜SIにn型不純物をイオン注入法等によって導入することにより、n型の導電膜SIn1を形成する。   Next, as shown in FIG. 6, a conductive film SI made of, for example, amorphous silicon is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method. The thickness of the conductive film SI is, for example, 150 nm. Subsequently, an n-type conductive film SIn1 is formed by introducing an n-type impurity into the conductive film SI in the memory region by an ion implantation method or the like.

次に、図7に示すように、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより、メモリ領域のn型の導電膜SIn1を加工する。これにより、メモリ領域にn型の導電膜SIn1からなる選択用nMISの選択ゲート電極CGを形成する。メモリ領域の選択ゲート電極CGのゲート長は、例えば100nmである。その後、上記レジストパターンを除去する。   Next, as shown in FIG. 7, the n-type conductive film SIn1 in the memory region is processed by dry etching using the resist pattern as a mask. Thus, the selection gate electrode CG of the selection nMIS made of the n-type conductive film SIn1 is formed in the memory region. The gate length of the selection gate electrode CG in the memory region is, for example, 100 nm. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、選択用nMISの選択ゲート電極CGおよびレジストパターンをマスクとして、メモリ領域の半導体基板SUBの主面にn型不純物、例えばヒ素またはリンをイオン注入することにより、メモリ用nMISのチャネル形成用のn型の半導体領域Cmを形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。   Next, an n-type impurity, for example, arsenic or phosphorus is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB in the memory region using the selection gate electrode CG of the selection nMIS and the resist pattern as a mask, thereby forming a channel for the memory nMIS. N-type semiconductor region Cm is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図8に示すように、半導体基板SUBの主面上に、例えば酸化シリコンからなる下層の絶縁膜Ib、窒化シリコンからなるトラップ準位を有する電荷蓄積層CSL、および酸化シリコンからなる上層の絶縁膜Itを順次形成する。下層の絶縁膜Ibは、例えば熱酸化法またはISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法により形成され、その厚さは、例えば1〜10nmである。電荷蓄積層CSLは、例えばCVD法により形成され、その厚さは、例えば5〜20nmである。上層の絶縁膜Itは、例えばCVD法またはISSG酸化法により形成され、その厚さは、例えば4〜15nmである。また、絶縁膜Ib,Itは、窒素を含んだ酸化シリコン膜でもよく、電荷蓄積層CSLは、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)膜、酸化ハフニウム膜、または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜でもよい。   Next, as shown in FIG. 8, on the main surface of the semiconductor substrate SUB, for example, a lower insulating film Ib made of silicon oxide, a charge storage layer CSL having a trap level made of silicon nitride, and an upper layer made of silicon oxide. The insulating films It are sequentially formed. The lower insulating film Ib is formed by, for example, a thermal oxidation method or an ISSG (In-Situ Steam Generation) oxidation method, and the thickness thereof is, for example, 1 to 10 nm. The charge storage layer CSL is formed by, for example, a CVD method and has a thickness of, for example, 5 to 20 nm. The upper insulating film It is formed by, for example, a CVD method or an ISSG oxidation method, and has a thickness of, for example, 4 to 15 nm. The insulating films Ib and It may be a silicon oxide film containing nitrogen, and the charge storage layer CSL has a dielectric higher than that of the silicon nitride film, such as an aluminum oxide (alumina) film, a hafnium oxide film, or a tantalum oxide film. A high dielectric constant film having a constant may be used.

次に、半導体基板SUBの主面上に、例えば低抵抗多結晶シリコンからなるn型の導電膜を堆積する。この導電膜は、例えばCVD法により形成され、その厚さは、例えば40〜100nmである。続いて、この導電膜を異方性のドライエッチングを用いてエッチバックする。   Next, an n-type conductive film made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB. This conductive film is formed by, for example, the CVD method, and the thickness thereof is, for example, 40 to 100 nm. Subsequently, the conductive film is etched back using anisotropic dry etching.

これにより、図9に示すように、メモリ領域において、選択用nMISの選択ゲート電極CGからなる積層膜の両側面に、絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLを介してサイドウォールSW1を形成する。   As a result, as shown in FIG. 9, in the memory region, the sidewall SW1 is formed on both side surfaces of the stacked film including the selection gate electrode CG of the selection nMIS via the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL. .

次に、図10に示すように、レジストパターンをマスクとして、そこから露出するサイドウォールSW1をエッチングする。これにより、メモリ領域において、選択用nMISの選択ゲート電極CGの片側面のみにメモリ用nMISのメモリゲート電極MG(サイドウォールSW1)を形成する。メモリゲート電極MGのゲート長は、例えば65nmである。その後、上記レジストパターンを除去する。   Next, as shown in FIG. 10, using the resist pattern as a mask, the sidewall SW1 exposed therefrom is etched. Thus, the memory gate electrode MG (side wall SW1) of the memory nMIS is formed only on one side surface of the selection gate electrode CG of the selection nMIS in the memory region. The gate length of the memory gate electrode MG is, for example, 65 nm. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、メモリ領域において、選択ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間、および半導体基板SUBとメモリゲート電極MGとの間の絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLを残して、その他の領域の絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLを選択的にエッチングする。   Next, in the memory region, the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL between the select gate electrode CG and the memory gate electrode MG and between the semiconductor substrate SUB and the memory gate electrode MG are left, and other regions are left. The insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL are selectively etched.

次に、図11に示すように、周辺回路領域の低圧系nMIS領域および高圧系nMIS領域の導電膜SIにn型不純物をイオン注入法等によって導入することにより、n型の導電膜SIn2を形成する。また、周辺回路領域の低圧系pMIS領域および高圧系pMIS領域の導電膜SIにp型不純物をイオン注入法等によって導入することにより、p型の導電膜SIpを形成する。   Next, as shown in FIG. 11, an n-type conductive film SIn2 is formed by introducing an n-type impurity into the conductive film SI in the low-voltage nMIS region and the high-voltage nMIS region in the peripheral circuit region by an ion implantation method or the like. To do. Further, a p-type conductive film SIp is formed by introducing a p-type impurity into the conductive film SI in the low-voltage pMIS region and the high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region by an ion implantation method or the like.

次に、図12に示すように、フォトリソグラフィ法により、周辺回路領域の低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISのそれぞれのゲート電極を形成するために用いるレジストパターンRPを形成する。   Next, as shown in FIG. 12, resist patterns RP used for forming the gate electrodes of the low-voltage nMIS, low-voltage pMIS, high-voltage nMIS, and high-voltage pMIS in the peripheral circuit region are formed by photolithography. Form.

このレジストパターンRPを形成する際に、重ね合わせ検査マーク領域に重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRPを形成する。重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRPは、平面視において、重ね合わせ検査マークMTIより大きい四角の枠形状を有している(後述の図13参照)。そして、重ね合わせ検査マーク領域にすでに形成されている重ね合わせ検査マークMTIと重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRPとを用いて、重ね合わせ精度を検査する。   When this resist pattern RP is formed, a registration inspection mark resist pattern MRP is formed in the registration inspection mark region. The overlay inspection mark resist pattern MRP has a square frame shape larger than the overlay inspection mark MTI in plan view (see FIG. 13 described later). Then, the overlay accuracy is inspected using the overlay inspection mark MTI and the overlay inspection mark resist pattern MRP already formed in the overlay inspection mark area.

図13(a)および(b)はそれぞれ、重ね合わせ検査マーク領域に形成された被合わせ層の重ね合わせ検査マークと露光層の重ね合わせ検査マーク用レジストパターンとを示す要部平面図および要部断面図である。   FIGS. 13A and 13B are a main part plan view and a main part showing the overlay inspection mark of the mating layer and the resist pattern for the overlay inspection mark of the exposure layer formed in the overlay inspection mark area, respectively. It is sectional drawing.

素子分離部STIを形成する際に、四角の枠形状を有する重ね合わせ検査マークMTIが半導体基板SUBの主面に形成されており、重ね合わせ検査マークMTIより大きい四角の枠形状を有する重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRPが、重ね合わせ検査マークMTIと重なるように形成される。そして、重ね合わせ検査マークMTIと重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRPとの平面方向の相対的な位置ずれを測定することにより、被合わせ層と露光層との重ね合わせ精度を検査する。   When forming the element isolation portion STI, an overlay inspection mark MTI having a square frame shape is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB, and an overlay inspection having a square frame shape larger than the overlay inspection mark MTI. A mark resist pattern MRP is formed so as to overlap the overlay inspection mark MTI. Then, by measuring the relative positional deviation in the plane direction between the overlay inspection mark MTI and the overlay inspection mark resist pattern MRP, the overlay accuracy between the layer to be aligned and the exposure layer is inspected.

図14に、実施の形態1による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形を示す。また、比較例による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形を示す。比較例は、半導体基板に形成されたマーク溝の内部に埋め込まれた絶縁膜の上面が、半導体基板の主面とほぼ同じ位置にある重ね合わせ検査マークである。   FIG. 14 shows a cross-sectional view and a detected waveform of the main part of the overlay inspection mark of the layer to be bonded according to the first embodiment. Moreover, the principal part sectional drawing and detection waveform of the overlay inspection mark of the to-be-matched layer by a comparative example are shown. The comparative example is an overlay inspection mark in which the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove formed in the semiconductor substrate is at substantially the same position as the main surface of the semiconductor substrate.

比較例による重ね合わせ検査マークMTIから得られる検出波形は、マーク溝MTの形状に影響され易い。このため、マーク溝MTの形状、特にマーク溝MTの底面の形状およびマーク溝MTの深さが非対称の場合は検出波形も非対称となり、重ね合わせ検査マークMTIの位置が正確に得られない。   The detected waveform obtained from the overlay inspection mark MTI according to the comparative example is easily influenced by the shape of the mark groove MT. For this reason, when the shape of the mark groove MT, in particular, the shape of the bottom surface of the mark groove MT and the depth of the mark groove MT is asymmetric, the detection waveform is also asymmetric, and the position of the overlay inspection mark MTI cannot be obtained accurately.

これに対して、実施の形態1による重ね合わせ検査マークでMTIは、その上面が窪んだ側壁部分(図14に示すA領域)において、マーク溝MTの底面からの散乱光が抑えられることから、マーク溝MTの深さが非対称であっても検出波形の非対称性が解消されて、重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出することができる。   On the other hand, the MTI in the overlay inspection mark according to the first embodiment suppresses scattered light from the bottom surface of the mark groove MT in the side wall portion (A region shown in FIG. 14) where the upper surface is depressed. Even if the depth of the mark groove MT is asymmetric, the asymmetry of the detection waveform is eliminated, and the position of the overlay inspection mark MTI can be detected with high accuracy.

すなわち、重ね合わせ検査マークMTIと重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRPとの重ね合わせ精度を検査するには、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出する必要がある。実施の形態1では、前述の図4を用いて説明したように、重ね合わせ検査マークMTIをリセス構造とし、さらに、平滑な上面を有する絶縁膜がマーク溝MTの内部に埋め込まれている。従って、マーク溝MTの底面からの散乱光およびマーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面からの散乱光が抑えられることから、重ね合わせ検査マークMTIから得られる検出波形が、中心位置の光強度が最も強く、かつ、対称性の良い波形となる。これにより、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出することができる。   That is, in order to inspect the overlay accuracy of the overlay inspection mark MTI and the overlay inspection mark resist pattern MRP, it is necessary to detect the position of the overlay inspection mark MTI of the layer to be matched with high accuracy. In the first embodiment, as described with reference to FIG. 4 described above, the overlay inspection mark MTI has a recess structure, and an insulating film having a smooth upper surface is embedded in the mark groove MT. Accordingly, since scattered light from the bottom surface of the mark groove MT and scattered light from the top surface of the insulating film embedded in the mark groove MT are suppressed, the detection waveform obtained from the overlay inspection mark MTI has a center position. The waveform has the highest light intensity and good symmetry. Thereby, the position of the overlay inspection mark MTI on the layer to be bonded can be detected with high accuracy.

実施の形態1では、マーク溝MTの深さを、例えば300〜350nmとし、重ね合わせ検査マークのリセス量を、例えば15〜25nmとした。この場合、リセス量が250nm以上となると、マーク溝MTの底面の形状が検出波形に直接影響を及ぼすことになる。また、マーク溝の内部に埋め込まれた絶縁膜の上面をウェットエッチングする際には、同時に、分離溝STの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面もウェットエッチングされるので、リセス量が大きくなると、メモリ領域、低圧系nMIS領域、および低圧系pMIS領域の素子分離部STIの機能が低下する恐れもある。このため、リセス量の制御は重要であり、リセス量としては、20nmを中心値とする15〜25nmの範囲が最も好適と考えられる。   In the first embodiment, the depth of the mark groove MT is set to 300 to 350 nm, for example, and the recess amount of the overlay inspection mark is set to 15 to 25 nm, for example. In this case, when the recess amount is 250 nm or more, the shape of the bottom surface of the mark groove MT directly affects the detection waveform. In addition, when the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove is wet-etched, the upper surface of the insulating film embedded in the separation groove ST is also wet-etched. There is also a possibility that the function of the element isolation portion STI in the memory region, the low-voltage nMIS region, and the low-voltage pMIS region may deteriorate. For this reason, the control of the recess amount is important, and it is considered that the recess amount is most preferably in the range of 15 to 25 nm with 20 nm as the center value.

次に、図15に示すように、レジストパターンRPをマスクとして、周辺回路領域の導電膜SIn2,SIpをドライエッチングにより加工して、導電膜SIn2からなる低圧系nMISのゲート電極GLnおよび高圧系nMISのゲート電極GHnを形成し、導電膜SIpからなる低圧系pMISのゲート電極GLpおよび高圧系pMISのゲート電極GHpを形成する。活性領域における低圧系nMISのゲート電極GLnおよび低圧系pMISのゲート電極GLpのゲート長は、例えば100nmであり、高圧系nMISのゲート電極GHnおよび高圧系pMISのゲート電極GHpのゲート長は、例えば400nmである。その後、上記レジストパターンRP,MRPを除去する。   Next, as shown in FIG. 15, using the resist pattern RP as a mask, the conductive films SIn2 and SIp in the peripheral circuit region are processed by dry etching to form a low-voltage nMIS gate electrode GLn and a high-voltage nMIS made of the conductive film SIn2. The gate electrode GHn of the low voltage system pMIS and the gate electrode GHp of the high voltage system pMIS made of the conductive film SIp are formed. The gate length of the gate electrode GLn of the low-voltage nMIS and the gate electrode GLp of the low-voltage pMIS in the active region is, for example, 100 nm, and the gate length of the gate electrode GHn of the high-voltage nMIS and the gate electrode GHp of the high-voltage pMIS is, for example, 400 nm. It is. Thereafter, the resist patterns RP and MRP are removed.

次に、周辺回路領域の高圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の高圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域HLnをゲート電極GHnに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the resist pattern as a mask on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage nMIS region of the peripheral circuit region. An n type semiconductor region HLn is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the system nMIS region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GHn. Thereafter, the resist pattern is removed.

同様に、周辺回路領域の高圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてp型不純物、例えばフッ化ボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の高圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面にp型の半導体領域HLpをゲート電極GHpに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Similarly, by ion-implanting a p-type impurity such as boron fluoride into the main surface of the semiconductor substrate SUB in the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage pMIS region of the peripheral circuit region, using the resist pattern as a mask, A p -type semiconductor region HLp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GHp on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage pMIS region. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図16に示すように、半導体基板SUBの主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜をCVD法により堆積した後、この絶縁膜を異方性のドライエッチングを用いてエッチバックする。これにより、メモリ領域では、選択ゲート電極CGのメモリゲート電極MGと反対側の側面およびメモリゲート電極MGの側面にそれぞれサイドウォールSW2を形成する。さらに、周辺回路領域では、低圧系nMISのゲート電極GLn、低圧系pMISのゲート電極GLp、高圧系nMISのゲート電極GHn、および高圧系pMISのゲート電極GHpの両側面にそれぞれサイドウォールSW2を形成する。サイドウォールSW2のスペーサ長は、例えば6nm程度である。   Next, as shown in FIG. 16, after an insulating film made of, for example, silicon oxide is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method, the insulating film is etched back using anisotropic dry etching. . Thereby, in the memory region, the sidewalls SW2 are formed on the side surface of the selection gate electrode CG opposite to the memory gate electrode MG and the side surface of the memory gate electrode MG, respectively. Further, in the peripheral circuit region, sidewalls SW2 are formed on both side surfaces of the low-voltage nMIS gate electrode GLn, the low-voltage pMIS gate electrode GLp, the high-voltage nMIS gate electrode GHn, and the high-voltage pMIS gate electrode GHp, respectively. . The spacer length of the sidewall SW2 is, for example, about 6 nm.

これにより、選択用nMISの選択ゲート電極CGと半導体基板SUBとの間のゲート絶縁膜GI2の露出していた側面、ならびにメモリ用nMISのメモリゲート電極MGと半導体基板SUBとの間の絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLの露出していた側面をサイドウォールSW2によって覆うことができる。   As a result, the exposed side surface of the gate insulating film GI2 between the selection gate electrode CG of the selection nMIS and the semiconductor substrate SUB, and the insulating film Ib between the memory gate electrode MG of the memory nMIS and the semiconductor substrate SUB. , It and the exposed side surface of the charge storage layer CSL can be covered with the sidewall SW2.

次に、その端部がメモリ領域の選択用nMISの選択ゲート電極CGの上面に位置してメモリ用nMISのメモリゲート電極MG側の選択ゲート電極CGの一部およびメモリゲート電極MGを覆うレジストパターンを形成した後、選択ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、およびレジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域Dnを選択ゲート電極CGに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, a resist pattern whose end is located on the upper surface of the selection gate electrode CG of the memory region selection nMIS and covers a part of the selection gate electrode CG on the memory gate electrode MG side of the memory nMIS and the memory gate electrode MG Then, n − -type impurity, for example, arsenic is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the selection gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the resist pattern as a mask, thereby forming n − on the main surface of the semiconductor substrate SUB. A type semiconductor region Dn is formed in a self-aligned manner with respect to the select gate electrode CG. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、その端部がメモリ領域の選択用nMISの選択ゲート電極CGの上面に位置してメモリ用nMISのメモリゲート電極MGと反対側の選択ゲート電極CGの一部を覆うレジストパターンを形成した後、選択ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、およびレジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域Snをメモリゲート電極MGに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, a resist pattern is formed, the end of which is located on the upper surface of the selection gate electrode CG of the memory region selection nMIS and covers a part of the selection gate electrode CG opposite to the memory gate electrode MG of the memory nMIS. Thereafter, an n-type semiconductor, such as arsenic, is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the selection gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the resist pattern as a mask, thereby forming an n type semiconductor on the main surface of the semiconductor substrate SUB. The region Sn is formed in a self-aligned manner with respect to the memory gate electrode MG. Thereafter, the resist pattern is removed.

ここでは、先にn型の半導体領域Dnを形成し、その後n型の半導体領域Snを形成したが、先にn型の半導体領域Snを形成し、その後n型の半導体領域Dnを形成してもよい。また、n型の半導体領域Dnを形成するn型不純物のイオン注入に続いて、p型不純物、例えばボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入し、n型の半導体領域Dnの下部を囲むようにp型の半導体領域を形成してもよい。 Here, the n type semiconductor region Dn is formed first and then the n type semiconductor region Sn is formed. However, the n type semiconductor region Sn is formed first and then the n type semiconductor region Dn. May be formed. Further, following the ion implantation of the n-type impurity for forming the n -type semiconductor region Dn, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB, and the lower portion of the n -type semiconductor region Dn is formed. A p-type semiconductor region may be formed so as to surround it.

次に、図17に示すように、周辺回路領域の低圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の低圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域LLnをゲート電極GLnに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, as shown in FIG. 17, n-type impurities such as arsenic are ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB in the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region in the peripheral circuit region using the resist pattern as a mask. Thus, the n type semiconductor region LLn is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLn on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region in the peripheral circuit region. Thereafter, the resist pattern is removed.

同様に、周辺回路領域の低圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてp型不純物、例えばフッ化ボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の低圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面にp型の半導体領域LLpをゲート電極GLpに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Similarly, by ion-implanting a p-type impurity such as boron fluoride into the main surface of the semiconductor substrate SUB on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage pMIS region of the peripheral circuit region using the resist pattern as a mask, the peripheral circuit region A p type semiconductor region LLp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLp on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low pressure pMIS region. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図18に示すように、半導体基板SUBの主面上に、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、および酸化シリコン膜をCVD法により順次堆積し、これらを異方性のドライエッチングでエッチバックする。これにより、メモリ領域では、選択ゲート電極CGのメモリゲート電極MGと反対側の側面ならびにメモリゲート電極MGの側面に、周辺回路領域では、低圧系nMISのゲート電極GLn、低圧系pMISのゲート電極GLp、高圧系nMISのゲート電極GHn、および高圧系pMISのゲート電極GHpの両側面にそれぞれサイドウォールSW3を形成する。下層の酸化シリコン膜の厚さは、例えば20nm、窒化シリコン膜の厚さは、例えば25nm、および上層の酸化シリコン膜の厚さは、例えば50nmである。   Next, as shown in FIG. 18, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are sequentially deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method, and these are etched by anisotropic dry etching. Back. Accordingly, in the memory region, the side surface of the selection gate electrode CG opposite to the memory gate electrode MG and the side surface of the memory gate electrode MG, and in the peripheral circuit region, the gate electrode GLn of the low-voltage system nMIS and the gate electrode GLp of the low-voltage system pMIS. Side walls SW3 are formed on both side surfaces of the high-voltage nMIS gate electrode GHn and the high-voltage pMIS gate electrode GHp, respectively. The thickness of the lower silicon oxide film is, for example, 20 nm, the thickness of the silicon nitride film is, for example, 25 nm, and the thickness of the upper silicon oxide film is, for example, 50 nm.

次に、図19に示すように、周辺回路領域の低圧系pMIS領域および高圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてp型不純物、例えばボロンまたはフッ化ボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入する。そして、低圧系pMISのゲート電極GLpおよび高圧系pMISのゲート電極GHpに対してp型の半導体領域Hpを自己整合的に形成する。これにより、p型の半導体領域HLpとp型の半導体領域Hpとからなる高圧系pMISのソース・ドレイン領域SDが形成され、p型の半導体領域LLpとp型の半導体領域Hpとからなる低圧系pMISのソース・ドレイン領域SDが形成される。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, as shown in FIG. 19, a p-type impurity such as boron or boron fluoride is applied to the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage pMIS region and high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region, using a resist pattern as a mask. Ions are implanted into the main surface of the SUB. Then, a p + type semiconductor region Hp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLp of the low-voltage pMIS and the gate electrode GHp of the high-voltage pMIS. Thus, p - type source and drain regions SD of the high-voltage pMIS comprising the semiconductor region HLp and p + -type semiconductor region Hp is formed of, p - type semiconductor regions LLp and p + -type semiconductor region Hp A source / drain region SD of the low-pressure pMIS consisting of is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、メモリ領域、ならびに周辺回路領域の低圧系nMIS領域および高圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素およびリンを半導体基板SUBの主面にイオン注入する。そして、メモリ領域では、選択用nMISの選択ゲート電極CGおよびメモリ用nMISのメモリゲート電極MGに対してn型の半導体領域Hmを自己整合的に形成し、周辺回路領域では、低圧系nMISのゲート電極GLnおよび高圧系nMISのゲート電極GHnに対してn型の半導体領域Hnを自己整合的に形成する。これにより、メモリ領域では、n型の半導体領域Dnおよびn型の半導体領域Hmからなるドレイン領域Drmが形成され、n型の半導体領域Snおよびn型の半導体領域Hmからなるソース領域Srmが形成される。また、周辺回路領域では、n型の半導体領域HLnとn型の半導体領域Hnとからなる高圧系nMISのソース・ドレイン領域SDが形成され、n型の半導体領域LLnとn型の半導体領域Hnとからなる低圧系nMISのソース・ドレイン領域SDが形成される。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, n-type impurities such as arsenic and phosphorus are applied to the main surface of the semiconductor substrate SUB with the resist pattern as a mask on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region and high-voltage nMIS region in the memory region and the peripheral circuit region. Ion implantation. In the memory region, an n + type semiconductor region Hm is formed in a self-aligned manner with respect to the selection gate electrode CG of the selection nMIS and the memory gate electrode MG of the memory nMIS, and in the peripheral circuit region, a low-voltage nMIS is formed. An n + -type semiconductor region Hn is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLn and the gate electrode GHn of the high-voltage nMIS. As a result, in the memory region, a drain region Drm composed of an n type semiconductor region Dn and an n + type semiconductor region Hm is formed, and a source region composed of the n type semiconductor region Sn and the n + type semiconductor region Hm. Srm is formed. In the peripheral circuit region, a source / drain region SD of a high voltage nMIS composed of an n type semiconductor region HLn and an n + type semiconductor region Hn is formed, and the n type semiconductor region LLn and the n + type semiconductor region Hn are formed. A source / drain region SD of the low-voltage nMIS composed of the semiconductor region Hn is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図20に示すように、メモリ領域では、メモリ用nMISのメモリゲート電極MGの上面、選択用nMISの選択ゲート電極CGの上面、およびn型の半導体領域Hmの上面に、シリサイド層SIL、例えばニッケルシリサイドまたはコバルトシリサイドを自己整合法、例えばサリサイド(Salicide:Self Align silicide)プロセスにより形成する。同様に、周辺回路領域では、低圧系nMISのゲート電極GLnの上面とn型の半導体領域Hnの上面、低圧系pMISのゲート電極GLpの上面とp型の半導体領域Hpの上面、高圧系nMISのゲート電極GHnの上面とn型の半導体領域Hnの上面、および高圧系pMISのゲート電極GHpの上面とp型の半導体領域Hpの上面にシリサイド層SILを形成する。 Next, as shown in FIG. 20, in the memory region, a silicide layer is formed on the upper surface of the memory gate electrode MG of the memory nMIS, the upper surface of the selection gate electrode CG of the selection nMIS, and the upper surface of the n + type semiconductor region Hm. SIL, for example, nickel silicide or cobalt silicide, is formed by a self-alignment method, for example, a salicide (Salicide: Self Align silicide) process. Similarly, in the peripheral circuit region, the upper surface of the gate electrode GLn of the low voltage system nMIS and the upper surface of the n + type semiconductor region Hn, the upper surface of the gate electrode GLp of the low voltage system pMIS and the upper surface of the p + type semiconductor region Hp, the high voltage system Silicide layers SIL are formed on the upper surface of the nMIS gate electrode GHn and the upper surface of the n + -type semiconductor region Hn, and on the upper surface of the gate electrode GHp of the high-voltage pMIS and the upper surface of the p + -type semiconductor region Hp.

次に、図21に示すように、半導体基板SUBの主面上に、絶縁膜として窒化シリコン膜SN2をCVD法により堆積する。この窒化シリコン膜SN2は、後述のコンタクトホールを形成する際に、エッチングストッパとして機能する。続いて、絶縁膜として酸化シリコン膜SO2をCVD法により堆積した後、酸化シリコン膜SO2をCMP法により研磨することによって、窒化シリコン膜SN2および酸化シリコン膜SO2からなる層間絶縁膜ILSを形成する。   Next, as shown in FIG. 21, a silicon nitride film SN2 is deposited as an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method. This silicon nitride film SN2 functions as an etching stopper when a contact hole described later is formed. Subsequently, after depositing a silicon oxide film SO2 as an insulating film by a CVD method, the silicon oxide film SO2 is polished by a CMP method, thereby forming an interlayer insulating film ILS composed of the silicon nitride film SN2 and the silicon oxide film SO2.

次に、メモリ領域では、ドレイン領域Drm上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCNTを層間絶縁膜ILSに形成する。同時に、ソース領域Srm上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCNTも形成されるが、図21では、説明の簡略化のため、ドレイン領域Drm上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCNTのみを図示している。   Next, in the memory region, a contact hole CNT reaching the silicide layer SIL on the drain region Drm is formed in the interlayer insulating film ILS. At the same time, a contact hole CNT reaching the silicide layer SIL on the source region Srm is also formed. However, in FIG. 21, only the contact hole CNT reaching the silicide layer SIL on the drain region Drm is illustrated for the sake of simplicity. Yes.

また、同時に、周辺回路領域では、低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISにおいて、それぞれのゲート電極GLn,GLp,GHn,GHp上のシリサイド層SILおよびソース・ドレイン領域SD上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCAを形成する。図21では、説明の簡略化のため、低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISのソース・ドレイン領域SD上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCAのみを図示している。   At the same time, in the peripheral circuit region, in the low-voltage system nMIS, the low-voltage system pMIS, the high-voltage system nMIS, and the high-voltage system pMIS, on the silicide layer SIL and the source / drain regions SD on the respective gate electrodes GLn, GLp, GHn, GHp. A contact hole CA reaching the silicide layer SIL is formed. In FIG. 21, only the contact hole CA reaching the silicide layer SIL on the source / drain region SD of the low-voltage nMIS, the low-voltage pMIS, the high-voltage nMIS, and the high-voltage pMIS is illustrated for simplification of description.

次に、コンタクトホールCNT,CA内にプラグPLGを形成する。プラグPLGは、例えばチタンと窒化チタンとの積層膜等からなる相対的に薄いバリア膜、およびそのバリア膜に包まれるように形成されたタングステンまたはアルミニウム等からなる相対的に厚い導電膜からなる積層膜によって構成される。   Next, plugs PLG are formed in the contact holes CNT and CA. The plug PLG is, for example, a relatively thin barrier film made of a laminated film of titanium and titanium nitride, and a laminated film made of a relatively thick conductive film made of tungsten, aluminum, or the like formed so as to be surrounded by the barrier film. Consists of a membrane.

その後、層間絶縁膜ILS上に、例えば銅またはアルミニウムを主成分とする第1層目の配線M1を形成することによって、メモリ領域に形成されるメモリセル、ならびに周辺回路領域に形成される低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISが略完成する。これ以降は、さらに上層の配線等を形成し、通常の半導体装置の製造工程を経て、不揮発性メモリを有する半導体装置が製造される。   After that, by forming a first layer wiring M1 mainly composed of, for example, copper or aluminum on the interlayer insulating film ILS, a memory cell formed in the memory region and a low-voltage system formed in the peripheral circuit region nMIS, low-pressure pMIS, high-pressure nMIS, and high-pressure pMIS are almost completed. Thereafter, an upper layer wiring and the like are further formed, and a semiconductor device having a nonvolatile memory is manufactured through a normal semiconductor device manufacturing process.

なお、実施の形態1では、被合わせ層を素子分離部STIを形成する工程とし、露光層を周辺回路領域の低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISのそれぞれのゲート電極GLn,GLp,GHn,GHpを形成する工程とした重ね合わせ精度の検査を例示しているが、これら工程に限定されるものではない。例えば被合わせ層をコンタクトホールCNT,CAを形成する工程、露光層を第1層目の配線M1を形成する工程とした重ね合わせ精度の検査等にも適用することができる。   In the first embodiment, the layer to be matched is the step of forming the element isolation portion STI, and the exposure layer is the gate electrode of each of the low-voltage nMIS, low-voltage pMIS, high-voltage nMIS, and high-voltage pMIS in the peripheral circuit region. Although the overlay accuracy inspection as a process of forming GLn, GLp, GHn, and GHp is illustrated, it is not limited to these processes. For example, the present invention can be applied to an overlay accuracy inspection in which the layer to be bonded is a step of forming contact holes CNT and CA, and the exposure layer is a step of forming a first layer wiring M1.

また、実施の形態1では、選択用nMISの選択ゲート電極CGの片側面にサイドウォール形状のメモリ用nMISのメモリゲート電極MGを形成したスプリットゲート構造のMONOS型不揮発性メモリセルを例示したが、これに限定されるものではない。例えば選択用nMISの選択ゲート電極CGの両側面にサイドウォール形状のメモリ用nMISのメモリゲート電極MGを形成したスプリットゲート構造のMONOS型不揮発性メモリセルにも実施の形態1で説明した重ね合わせ検査マークを適用することができる。   In the first embodiment, the split gate structure MONOS type nonvolatile memory cell in which the sidewall-shaped memory gate electrode MG is formed on one side surface of the selection gate electrode CG of the selection nMIS is illustrated. It is not limited to this. For example, the overlay inspection described in the first embodiment also applies to the MONOS type nonvolatile memory cell having the split gate structure in which the memory gate electrode MG of the memory nMIS having the sidewall shape is formed on both side surfaces of the selection gate electrode CG of the selection nMIS. Marks can be applied.

このように、実施の形態1によれば、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIを、平滑な上面を有する絶縁膜がマーク溝MTの内部に埋め込まれたリセス構造とすることにより、被合わせ層と露光層との重ね合わせ精度の検査において、重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出することができる。これにより、半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。さらに、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIは、半導体装置の製造過程における工程数を増加させることなく形成することができるので、半導体装置の製造コストおよび製造TAT(Turn around time)の増加を回避することができる。   As described above, according to the first embodiment, the overlay inspection mark MTI of the layer to be bonded has a recess structure in which the insulating film having a smooth upper surface is embedded in the mark groove MT. In the inspection of the overlay accuracy between the exposure layer and the exposure layer, the position of the overlay inspection mark MTI can be detected with high accuracy. Thereby, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. Furthermore, since the overlay inspection mark MTI of the mating layer can be formed without increasing the number of steps in the manufacturing process of the semiconductor device, an increase in manufacturing cost and manufacturing TAT (Turn around time) of the semiconductor device is avoided. can do.

(実施の形態2)
実施の形態2による半導体装置の製造方法を図22〜図36を用いて工程順に説明する。実施の形態2では、MONOS型不揮発性メモリセルを有する半導体装置の製造過程であるフォトリソグラフィ工程において使用する重ね合わせ検査マークについて説明する。また、不揮発性メモリセルには、1トランジスタ構成の単体構造のメモリセルを例示する。
(Embodiment 2)
A method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. In the second embodiment, an overlay inspection mark used in a photolithography process which is a manufacturing process of a semiconductor device having a MONOS type nonvolatile memory cell will be described. Further, as the nonvolatile memory cell, a single-structure memory cell having a one-transistor structure is illustrated.

図22〜図29および図31〜図36は、実施の形態2による半導体装置の製造工程中におけるメモリ領域、周辺回路領域(低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域)、および重ね合わせ検査マーク領域の要部断面図である。メモリ領域および周辺回路領域においてはゲート長方向の断面図を示している。図30は、実施の形態2による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形である。   22 to 29 and FIGS. 31 to 36 illustrate a memory region, a peripheral circuit region (low-voltage nMIS region, low-voltage pMIS region, high-voltage nMIS region, and high-voltage system) during the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a pMIS region) and an overlay inspection mark region. In the memory region and the peripheral circuit region, a sectional view in the gate length direction is shown. FIG. 30 is a cross-sectional view and a detection waveform of the main part of the overlay inspection mark of the layer to be bonded according to the second embodiment.

まず、図22に示すように、前述の実施の形態1と同様にして、素子分離部が形成される半導体基板SUBの所定箇所に分離溝STを形成し、重ね合わせ検査マークが形成される半導体基板SUBの所定箇所にマーク溝MTを形成する。   First, as shown in FIG. 22, in the same manner as in the first embodiment described above, a semiconductor in which an isolation inspection mark is formed by forming an isolation trench ST at a predetermined location of a semiconductor substrate SUB where an element isolation portion is to be formed. A mark groove MT is formed at a predetermined location on the substrate SUB.

重ね合わせ検査マークが形成される重ね合わせ検査マーク領域は、例えばスクライブ領域に配置される。平面視において、マーク溝MTは四角の枠形状を有している(前述の図13参照)。マーク溝MTの幅は、例えば2μmであり、マーク溝MTの半導体基板SUBの主面からの深さは、例えば300〜350nmである。   The overlay inspection mark area where the overlay inspection mark is formed is arranged, for example, in a scribe area. In plan view, the mark groove MT has a rectangular frame shape (see FIG. 13 described above). The width of the mark groove MT is 2 μm, for example, and the depth of the mark groove MT from the main surface of the semiconductor substrate SUB is 300 to 350 nm, for example.

次に、半導体基板SUBの主面上に絶縁膜を堆積し、さらに、その絶縁膜が分離溝STの内部およびマーク溝MTの内部のみに残されるように、その絶縁膜をCMP法等によって研磨する。これにより、絶縁膜が埋め込まれた分離溝STからなる素子分離部STIが活性領域を取り囲むように形成される。また、絶縁膜が埋め込まれたマーク溝MTからなる重ね合わせ検査マークMTIがスクライブ領域に形成される。分離溝STおよびマーク溝MTに埋め込まれる上記絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜であり、TEOSとオゾンとをソースガスに用いたプラズマCVD法で堆積される。   Next, an insulating film is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB, and further, the insulating film is polished by CMP or the like so that the insulating film remains only in the isolation trench ST and the mark trench MT. To do. Thereby, an element isolation portion STI including the isolation trench ST in which the insulating film is embedded is formed so as to surround the active region. In addition, an overlay inspection mark MTI including a mark groove MT in which an insulating film is embedded is formed in the scribe region. The insulating film embedded in the isolation trench ST and the mark trench MT is, for example, a silicon oxide film, and is deposited by a plasma CVD method using TEOS and ozone as source gases.

次に、図23に示すように、周辺回路領域の半導体基板SUBにn型不純物を選択的にイオン注入することにより、n型の埋め込みウェルNISOを形成する。続いて、メモリ領域および高圧系nMIS領域の半導体基板SUBにp型不純物を選択的にイオン注入することによりp型のウェルWHpを形成し、高圧系pMIS領域の半導体基板SUBにn型不純物を選択的にイオン注入することによりn型のウェルWHnを形成する。同様に、低圧系nMIS領域の半導体基板SUBにp型不純物を選択的にイオン注入することによりp型のウェルWLpを形成し、低圧系pMIS領域の半導体基板SUBにn型不純物を選択的にイオン注入することによりn型のウェルWLnを形成する。   Next, as shown in FIG. 23, an n-type buried well NISO is formed by selectively ion-implanting n-type impurities into the semiconductor substrate SUB in the peripheral circuit region. Subsequently, a p-type well WHp is formed by selectively ion-implanting a p-type impurity into the semiconductor substrate SUB in the memory region and the high-voltage nMIS region, and an n-type impurity is selected in the semiconductor substrate SUB in the high-voltage pMIS region. An n-type well WHn is formed by ion implantation. Similarly, a p-type well WLp is formed by selectively ion-implanting p-type impurities into the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region, and n-type impurities are selectively ionized into the semiconductor substrate SUB in the low-voltage pMIS region. By implanting, an n-type well WLn is formed.

次に、メモリ領域の半導体基板SUBに所定の不純物をイオン注入する。これにより、、メモリ領域の半導体基板SUBにチャネル形成用の半導体領域Ccを形成する。同様に、周辺回路領域の低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域のそれぞれの半導体基板SUBに所定の不純物をイオン注入する。これにより、周辺回路領域の低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域のそれぞれの半導体基板SUBにチャネル形成用の半導体領域CLn,CLp,CHn,CHpを形成する。   Next, predetermined impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate SUB in the memory region. Thereby, a semiconductor region Cc for channel formation is formed in the semiconductor substrate SUB in the memory region. Similarly, a predetermined impurity is ion-implanted into each semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region, the low-voltage pMIS region, the high-voltage nMIS region, and the high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region. Thus, semiconductor regions CLn, CLp, CHn, and CHp for channel formation are formed on the respective semiconductor substrates SUB of the low-voltage nMIS region, the low-voltage pMIS region, the high-voltage nMIS region, and the high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region. .

次に、図24に示すように、半導体基板SUBに対して酸化処理を施すことにより、半導体基板SUBの主面に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜GI1を形成する。ゲート絶縁膜GI1の厚さは、例えば20nmである。   Next, as shown in FIG. 24, the semiconductor substrate SUB is oxidized to form a gate insulating film GI1 made of, for example, silicon oxide on the main surface of the semiconductor substrate SUB. The thickness of the gate insulating film GI1 is, for example, 20 nm.

次に、レジストパターンをマスクとしたウェットエッチングにより、低圧系nMIS領域および低圧系pMIS領域のゲート絶縁膜GI1を除去する。その後、上記レジストパターンを除去する。   Next, the gate insulating film GI1 in the low-pressure nMIS region and the low-pressure pMIS region is removed by wet etching using the resist pattern as a mask. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図25に示すように、半導体基板SUBに対して酸化処理を施す。これにより、低圧系nMIS領域および低圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜GI2を形成する。ゲート絶縁膜GI2の厚さは、例えば1〜5nmである。   Next, as shown in FIG. 25, the semiconductor substrate SUB is oxidized. Thereby, the gate insulating film GI2 made of, for example, silicon oxide is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-pressure nMIS region and the low-pressure pMIS region. The thickness of the gate insulating film GI2 is, for example, 1 to 5 nm.

次に、半導体基板SUBの主面上に、例えば多結晶シリコンからなる導電膜PS1をCVD法により堆積する。導電膜PS1の厚さは、例えば150nmである。   Next, a conductive film PS1 made of, for example, polycrystalline silicon is deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method. The thickness of the conductive film PS1 is, for example, 150 nm.

次に、図26に示すように、レジストパターンRP0をマスクとしたドライエッチングにより、メモリ領域および重ね合わせ検査マーク領域の導電膜PS1およびゲート絶縁膜GI1を除去する。その後、上記レジストパターンRP0を除去する。   Next, as shown in FIG. 26, the conductive film PS1 and the gate insulating film GI1 in the memory region and the overlay inspection mark region are removed by dry etching using the resist pattern RP0 as a mask. Thereafter, the resist pattern RP0 is removed.

次に、図27に示すように、重ね合わせ検査マーク領域以外の領域(メモリ領域、低圧系nMIS領域、低圧系pMIS領域、高圧系nMIS領域、および高圧系pMIS領域)にレジストパターンRP1を形成する。続いて、このレジストパターンRP1をマスクとして、重ね合わせ検査マーク領域のマーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面が、半導体基板SUBの主面から所定の深さとなるまで、ウェットエッチングを行う。すなわち、重ね合わせ検査マークMTIを、その上面が窪んだリセス構造(凹構造)とする。半導体基板SUBの主面からマーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面までの深さ(リセス量)は、例えば150nmである。その後、上記レジストパターンRP1を除去する。   Next, as shown in FIG. 27, a resist pattern RP1 is formed in a region other than the overlay inspection mark region (memory region, low-pressure nMIS region, low-pressure pMIS region, high-pressure nMIS region, and high-pressure pMIS region). . Subsequently, using this resist pattern RP1 as a mask, wet etching is performed until the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove MT in the overlay inspection mark region reaches a predetermined depth from the main surface of the semiconductor substrate SUB. . That is, the overlay inspection mark MTI has a recess structure (concave structure) whose upper surface is recessed. The depth (recess amount) from the main surface of the semiconductor substrate SUB to the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove MT is, for example, 150 nm. Thereafter, the resist pattern RP1 is removed.

ところで、前述の実施の形態1(前述の図4を用いて説明したウェットエッチング工程)においても同様に、マーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面が、半導体基板SUBの主面から所定の深さとなるまで、ウェットエッチングを行っている。しかし、前述の実施の形態1におけるウェットエッチング工程では、メモリ領域、低圧系nMIS領域、および低圧系pMIS領域の分離溝STの内部に埋め込まれた絶縁膜の上面もエッチングされるため、重ね合わせ検査マークMTIに最適なリセス量が得ることができない場合がある。   By the way, similarly in the first embodiment (the wet etching process described with reference to FIG. 4 described above), the upper surface of the insulating film embedded in the mark groove MT is predetermined from the main surface of the semiconductor substrate SUB. Wet etching is performed until the depth becomes the same. However, in the above-described wet etching process in the first embodiment, the upper surface of the insulating film embedded in the isolation trench ST in the memory region, the low-pressure nMIS region, and the low-pressure pMIS region is also etched. In some cases, an optimum recess amount cannot be obtained for the mark MTI.

しかし、実施の形態2におけるウェットエッチングの工程では、マーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜のみをウェットエッチングにより加工するため、この絶縁膜のエッチング量を制御することにより、最適なリセス量を精度よく得ることが可能である。   However, in the wet etching process according to the second embodiment, only the insulating film embedded in the mark groove MT is processed by wet etching. Therefore, by controlling the etching amount of this insulating film, an optimal recess amount is obtained. It is possible to obtain with high accuracy.

次に、図28に示すように、半導体基板SUBの主面上に、例えば酸化シリコンからなる下層の絶縁膜Ib、窒化シリコンからなるトラップ準位を有する電荷蓄積層CSL、および酸化シリコンからなる上層の絶縁膜Itを順次形成する。下層の絶縁膜Ibは、例えば熱酸化法またはISSG酸化法により形成され、その厚さは、例えば1〜10nmである。電荷蓄積層CSLは、例えばCVD法により形成され、その厚さは、例えば5〜20nmである。上層の絶縁膜Itは、例えばCVD法またはISSG酸化法により形成され、その厚さは、例えば4〜15nmである。また、絶縁膜Ib,Itは、窒素を含んだ酸化シリコン膜でもよく、電荷蓄積層CSLは、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)膜、酸化ハフニウム膜、または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜でもよい。   Next, as shown in FIG. 28, on the main surface of the semiconductor substrate SUB, for example, a lower insulating film Ib made of silicon oxide, a charge storage layer CSL having a trap level made of silicon nitride, and an upper layer made of silicon oxide. The insulating films It are sequentially formed. The lower insulating film Ib is formed by, for example, a thermal oxidation method or an ISSG oxidation method, and the thickness thereof is, for example, 1 to 10 nm. The charge storage layer CSL is formed by, for example, a CVD method and has a thickness of, for example, 5 to 20 nm. The upper insulating film It is formed by, for example, a CVD method or an ISSG oxidation method, and has a thickness of, for example, 4 to 15 nm. The insulating films Ib and It may be a silicon oxide film containing nitrogen, and the charge storage layer CSL has a dielectric higher than that of the silicon nitride film, such as an aluminum oxide (alumina) film, a hafnium oxide film, or a tantalum oxide film. A high dielectric constant film having a constant may be used.

ここで、絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLは重ね合わせ検査マーク領域にも形成される。すなわち、重ね合わせ検査マークMTIに形成された窪み部分の形状に倣って、窪み部分の底面および側壁にも絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLが形成される。   Here, the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL are also formed in the overlay inspection mark region. That is, the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL are also formed on the bottom surface and the side wall of the recessed portion following the shape of the recessed portion formed in the overlay inspection mark MTI.

次に、絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSL上に、例えば多結晶シリコンからなるn型の導電膜PS2をCVD法により堆積する。導電膜PS2の厚さは、例えば200nmである。   Next, an n-type conductive film PS2 made of, for example, polycrystalline silicon is deposited on the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL by the CVD method. The thickness of the conductive film PS2 is, for example, 200 nm.

次に、図29に示すように、フォトリソグラフィ法により、メモリ領域に選択ゲート電極を形成するために用いるレジストパターンRP2を形成する。このレジストパターンRP2を形成する際に、重ね合わせ検査マーク領域に重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRP2を形成する。重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRP2は、平面視において、重ね合わせ検査マークMTIより大きい四角の枠形状を有している(前述の図13参照)。そして、重ね合わせ検査マーク領域にすでに形成されている重ね合わせ検査マークMTIと重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRP2とを用いて、重ね合わせ精度を検査する。   Next, as shown in FIG. 29, a resist pattern RP2 used for forming a selection gate electrode in the memory region is formed by photolithography. When the resist pattern RP2 is formed, an overlay inspection mark resist pattern MRP2 is formed in the overlay inspection mark region. The overlay inspection mark resist pattern MRP2 has a square frame shape larger than the overlay inspection mark MTI in plan view (see FIG. 13 described above). Then, the overlay accuracy is inspected using the overlay inspection mark MTI and the overlay inspection mark resist pattern MRP2 already formed in the overlay inspection mark area.

重ね合わせ検査マークMTIと重ね合わせ検査マーク用レジストパターンMRP2との重ね合わせ精度を検査するには、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出する必要がある。前述の実施の形態1において説明したように、重ね合わせ検査マークMTIをリセス構造としたことにより、重ね合わせ検査マークMTIから得られる検出波形が、中心位置の光強度が最も強く、かつ、対称性の良い波形となる。これにより、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出することができる。   In order to inspect the overlay accuracy between the overlay inspection mark MTI and the overlay inspection mark resist pattern MRP2, it is necessary to accurately detect the position of the overlay inspection mark MTI in the layer to be aligned. As described in the first embodiment, since the overlay inspection mark MTI has a recess structure, the detection waveform obtained from the overlay inspection mark MTI has the strongest light intensity at the center position and symmetry. A good waveform. Thereby, the position of the overlay inspection mark MTI on the layer to be bonded can be detected with high accuracy.

しかし、リセス量のばらつきが大きくなると検出される信号強度のばらつきも大きくなるため、所望する光強度および対称性を有する検出波形が得られなくなる恐れがある。例えばリセス量が大きくなり過ぎると、マーク溝MTの底面の形状が検出波形に直接影響を及ぼす場合がある。   However, if the variation in the recess amount increases, the variation in the detected signal intensity also increases, so that it may not be possible to obtain a detection waveform having the desired light intensity and symmetry. For example, if the recess amount becomes too large, the shape of the bottom surface of the mark groove MT may directly affect the detected waveform.

図30は、実施の形態2による被合わせ層の重ね合わせ検査マークの要部断面図および検出波形を示す。重ね合わせ検査マークAと重ね合わせ検査マークBとはリセス量が互いに異なり、重ね合わせ検査マークAのリセス量は300nm、重ね合わせ検査マークBのリセス量は150nmである。   FIG. 30 shows a cross-sectional view of a principal part and a detection waveform of an overlay inspection mark for a layer to be bonded according to the second embodiment. The overlay inspection mark A and the overlay inspection mark B have different recess amounts, the overlay inspection mark A has a recess amount of 300 nm, and the overlay inspection mark B has a recess amount of 150 nm.

重ね合わせ検査マークBにおいて検出された検出波形は、中心位置の光強度が最も強く、かつ、対称性の良い波形となる。これに対して、重ね合わせ検査マークAにおいて検出された検出波形は、マーク溝MTの底面および側壁の形状の影響により、非対称となっている。   The detected waveform detected at the overlay inspection mark B is a waveform having the highest light intensity at the center position and good symmetry. On the other hand, the detection waveform detected in the overlay inspection mark A is asymmetric due to the influence of the shape of the bottom surface and the side wall of the mark groove MT.

このように、対称性の良い検出波形を得るには、重ね合わせ検査マークMTIのリセス量を制御することが重要である。実施の形態2では、前述の図27を用いて説明したように、マーク溝MTの内部に埋め込まれた絶縁膜のみをウェットエッチングにより加工するため、この絶縁膜のエッチング量を容易に制御することができる。従って、最適なリセス量を有する構造の重ね合わせ検査マークMTIが形成できるので、明確な光強度および対称性を有する検出波形を得ることができて、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出することができる。   Thus, in order to obtain a detection waveform with good symmetry, it is important to control the recess amount of the overlay inspection mark MTI. In the second embodiment, as described with reference to FIG. 27 described above, only the insulating film embedded in the mark groove MT is processed by wet etching, so that the etching amount of this insulating film can be easily controlled. Can do. Therefore, since the overlay inspection mark MTI having a structure having an optimal recess amount can be formed, a detection waveform having clear light intensity and symmetry can be obtained, and the position of the overlay inspection mark MTI on the layer to be bonded can be determined. It can be detected with high accuracy.

次に、図31に示すように、レジストパターンRP2をマスクとしたドライエッチングにより、メモリ領域のn型の導電膜PS2を加工する。これにより、メモリ領域にn型の導電膜PS2からなる選択ゲート電極CGを形成する。メモリ領域の選択ゲート電極CGのゲート長は、例えば100nmである。その後、上記レジストパターンRP2,MRP2を除去する。   Next, as shown in FIG. 31, the n-type conductive film PS2 in the memory region is processed by dry etching using the resist pattern RP2 as a mask. Thereby, the selection gate electrode CG made of the n-type conductive film PS2 is formed in the memory region. The gate length of the selection gate electrode CG in the memory region is, for example, 100 nm. Thereafter, the resist patterns RP2 and MRP2 are removed.

次に、メモリ領域において、選択ゲート電極CGと半導体基板SUBとの間、ならびに重ね合わせ検査マーク領域において、導電膜PS2と半導体基板SUBとの間の絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLを残して、その他の領域の絶縁膜Ib,Itおよび電荷蓄積層CSLを選択的にエッチングする。   Next, the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL between the conductive film PS2 and the semiconductor substrate SUB are left in the memory region between the select gate electrode CG and the semiconductor substrate SUB and in the overlay inspection mark region. Then, the insulating films Ib and It and the charge storage layer CSL in other regions are selectively etched.

次に、図32に示すように、レジストパターンをマスクとして、周辺回路領域の導電膜PS1をドライエッチングにより加工して、低圧系nMISのゲート電極GLn、低圧系pMISのゲート電極GLp、高圧系nMISのゲート電極GHn、および高圧系pMISのゲート電極GHpを形成する。活性領域における低圧系nMISのゲート電極GLnおよび低圧系pMISのゲート電極GLpのゲート長は、例えば100nmであり、高圧系nMISのゲート電極GHnおよび高圧系pMISのゲート電極GHpのゲート長は、例えば400nmである。その後、上記レジストパターンを除去する。   Next, as shown in FIG. 32, using the resist pattern as a mask, the conductive film PS1 in the peripheral circuit region is processed by dry etching to form a low-voltage nMIS gate electrode GLn, a low-voltage pMIS gate electrode GLp, and a high-voltage nMIS. Gate electrode GHn and high-voltage pMIS gate electrode GHp are formed. The gate length of the gate electrode GLn of the low-voltage nMIS and the gate electrode GLp of the low-voltage pMIS in the active region is, for example, 100 nm, and the gate length of the gate electrode GHn of the high-voltage nMIS and the gate electrode GHp of the high-voltage pMIS is, for example, 400 nm. It is. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、メモリ領域の半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域SDnを選択ゲート電極CGに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, an n-type impurity, for example, arsenic is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the resist pattern as a mask, so that the n -type semiconductor region SDn is selected on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the memory region. In a self-aligned manner. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図33に示すように、周辺回路領域の高圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の高圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域HLnをゲート電極GHnに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, as shown in FIG. 33, an n-type impurity, for example, arsenic, is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage nMIS region in the peripheral circuit region using the resist pattern as a mask. Thus, the n type semiconductor region HLn is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GHn on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage nMIS region in the peripheral circuit region. Thereafter, the resist pattern is removed.

同様に、周辺回路領域の高圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてp型不純物、例えばフッ化ボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の高圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面にp型の半導体領域HLpをゲート電極GHpに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Similarly, by ion-implanting a p-type impurity such as boron fluoride into the main surface of the semiconductor substrate SUB in the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage pMIS region of the peripheral circuit region, using the resist pattern as a mask, A p -type semiconductor region HLp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GHp on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the high-voltage pMIS region. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、周辺回路領域の低圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素を半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の低圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面にn型の半導体領域LLnをゲート電極GLnに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, an n-type impurity, for example, arsenic is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the resist pattern as a mask on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region of the peripheral circuit region. An n type semiconductor region LLn is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the system nMIS region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLn. Thereafter, the resist pattern is removed.

同様に、周辺回路領域の低圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてp型不純物、例えばフッ化ボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入することにより、周辺回路領域の低圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面にp型の半導体領域LLpをゲート電極GLpに対して自己整合的に形成する。その後、上記レジストパターンを除去する。 Similarly, by ion-implanting a p-type impurity such as boron fluoride into the main surface of the semiconductor substrate SUB on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage pMIS region of the peripheral circuit region using the resist pattern as a mask, the peripheral circuit region A p type semiconductor region LLp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLp on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low pressure pMIS region. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図34に示すように、半導体基板SUBの主面上に、例えば酸化シリコン膜Sb、窒化シリコン膜Sc、および酸化シリコン膜StをCVD法により順次堆積し、これらを異方性のドライエッチングでエッチバックする。これにより、メモリ領域では、選択ゲート電極CGの両側面に、周辺回路領域では、低圧系nMISのゲート電極GLn、低圧系pMISのゲート電極GLp、高圧系nMISのゲート電極GHn、および高圧系pMISのゲート電極GHpの両側面にそれぞれサイドウォール形状の絶縁膜を形成する。   Next, as shown in FIG. 34, for example, a silicon oxide film Sb, a silicon nitride film Sc, and a silicon oxide film St are sequentially deposited on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method, and these are anisotropically dried. Etch back by etching. Thus, in the memory region, on both side surfaces of the selection gate electrode CG, in the peripheral circuit region, the low-voltage nMIS gate electrode GLn, the low-voltage pMIS gate electrode GLp, the high-voltage nMIS gate electrode GHn, and the high-voltage pMIS Sidewall-shaped insulating films are formed on both side surfaces of the gate electrode GHp.

次に、周辺回路領域の低圧系pMIS領域および高圧系pMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてp型不純物、例えばボロンまたはフッ化ボロンを半導体基板SUBの主面にイオン注入する。そして、低圧系pMISのゲート電極GLpおよび高圧系pMISのゲート電極GHpに対してp型の半導体領域Hpを自己整合的に形成する。これにより、p型の半導体領域HLpとp型の半導体領域Hpとからなる高圧系pMISのソース・ドレイン領域SDが形成され、p型の半導体領域LLpとp型の半導体領域Hpとからなる低圧系pMISのソース・ドレイン領域SDが形成される。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, a p-type impurity such as boron or boron fluoride is ion-implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage pMIS region and the high-voltage pMIS region in the peripheral circuit region. To do. Then, a p + type semiconductor region Hp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GLp of the low-voltage pMIS and the gate electrode GHp of the high-voltage pMIS. Thus, p - type source and drain regions SD of the high-voltage pMIS comprising the semiconductor region HLp and p + -type semiconductor region Hp is formed of, p - type semiconductor regions LLp and p + -type semiconductor region Hp A source / drain region SD of the low-pressure pMIS consisting of is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、メモリ領域、ならびに周辺回路領域の低圧系nMIS領域および高圧系nMIS領域の半導体基板SUBの主面に、レジストパターンをマスクとしてn型不純物、例えばヒ素およびリンを半導体基板SUBの主面にイオン注入する。そして、メモリ領域では、n型の半導体領域Hmを選択ゲート電極CGに対して自己整合的に形成し、周辺回路領域では、n型の半導体領域Hnを低圧系nMISのゲート電極GLnおよび高圧系nMISのゲート電極GHnに対して自己整合的に形成する。これにより、メモリ領域では、n型の半導体領域SDnおよびn型の半導体領域Hmからなるソース・ドレイン領域SDrmが形成される。また、周辺回路領域では、n型の半導体領域HLnとn型の半導体領域Hnとからなる高圧系nMISのソース・ドレイン領域SDが形成され、n型の半導体領域LLnとn型の半導体領域Hnとからなる低圧系nMISのソース・ドレイン領域SDが形成される。その後、上記レジストパターンを除去する。 Next, n-type impurities such as arsenic and phosphorus are applied to the main surface of the semiconductor substrate SUB with the resist pattern as a mask on the main surface of the semiconductor substrate SUB in the low-voltage nMIS region and high-voltage nMIS region in the memory region and the peripheral circuit region. Ion implantation. In the memory region, the n + type semiconductor region Hm is formed in a self-aligned manner with respect to the selection gate electrode CG, and in the peripheral circuit region, the n + type semiconductor region Hn is formed with the gate electrode GLn of the low-voltage nMIS and the high voltage. It is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GHn of the system nMIS. As a result, in the memory region, a source / drain region SDrm including the n type semiconductor region SDn and the n + type semiconductor region Hm is formed. In the peripheral circuit region, a source / drain region SD of a high voltage nMIS composed of an n type semiconductor region HLn and an n + type semiconductor region Hn is formed, and the n type semiconductor region LLn and the n + type semiconductor region Hn are formed. A source / drain region SD of the low-voltage nMIS composed of the semiconductor region Hn is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、図35に示すように、メモリ領域では、選択ゲート電極CGの上面およびn型の半導体領域Hmの上面に、シリサイド層SIL、例えばニッケルシリサイドまたはコバルトシリサイドを自己整合法、例えばサリサイドプロセスにより形成する。同様に、周辺回路領域では、低圧系nMISのゲート電極GLnの上面とn型の半導体領域Hnの上面、低圧系pMISのゲート電極GLpの上面とp型の半導体領域Hpの上面、高圧系nMISのゲート電極GHnの上面とn型の半導体領域Hnの上面、および高圧系pMISのゲート電極GHpの上面とp型の半導体領域Hpの上面にシリサイド層SILを形成する。 Next, as shown in FIG. 35, in the memory region, a silicide layer SIL such as nickel silicide or cobalt silicide is applied to the upper surface of the select gate electrode CG and the upper surface of the n + type semiconductor region Hm by a self-alignment method such as a salicide process. To form. Similarly, in the peripheral circuit region, the upper surface of the gate electrode GLn of the low voltage system nMIS and the upper surface of the n + type semiconductor region Hn, the upper surface of the gate electrode GLp of the low voltage system pMIS and the upper surface of the p + type semiconductor region Hp, the high voltage system Silicide layers SIL are formed on the upper surface of the nMIS gate electrode GHn and the upper surface of the n + -type semiconductor region Hn, and on the upper surface of the gate electrode GHp of the high-voltage pMIS and the upper surface of the p + -type semiconductor region Hp.

次に、図36に示すように、半導体基板SUBの主面上に、絶縁膜として窒化シリコン膜SN2をCVD法により堆積する。この窒化シリコン膜SN2は、後述のコンタクトホールを形成する際に、エッチングストッパとして機能する。続いて、絶縁膜として酸化シリコン膜SO2をCVD法により堆積した後、酸化シリコン膜SO2をCMP法により研磨することによって、窒化シリコン膜SN2および酸化シリコン膜SO2からなる層間絶縁膜ILSを形成する。   Next, as shown in FIG. 36, a silicon nitride film SN2 is deposited as an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate SUB by a CVD method. This silicon nitride film SN2 functions as an etching stopper when a contact hole described later is formed. Subsequently, after depositing a silicon oxide film SO2 as an insulating film by a CVD method, the silicon oxide film SO2 is polished by a CMP method, thereby forming an interlayer insulating film ILS composed of the silicon nitride film SN2 and the silicon oxide film SO2.

次に、メモリ領域では、ソース・ドレイン領域SDrm上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCNTを層間絶縁膜ILSに形成する。   Next, in the memory region, a contact hole CNT reaching the silicide layer SIL on the source / drain region SDrm is formed in the interlayer insulating film ILS.

また、同時に、周辺回路領域では、低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISにおいて、それぞれのゲート電極GLn,GLp,GHn,GHp上のシリサイド層SILおよびソース・ドレイン領域SD上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCAを形成する。図36では、説明の簡略化のため、低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系pMISのソース・ドレイン領域SD上のシリサイド層SILに達するコンタクトホールCAのみを図示している。   At the same time, in the peripheral circuit region, in the low-voltage system nMIS, the low-voltage system pMIS, the high-voltage system nMIS, and the high-voltage system pMIS, on the silicide layer SIL and the source / drain regions SD on the respective gate electrodes GLn, GLp, GHn, GHp. A contact hole CA reaching the silicide layer SIL is formed. In FIG. 36, for simplification of description, only the contact hole CA reaching the silicide layer SIL on the source / drain region SD of the low-voltage nMIS, the low-voltage pMIS, the high-voltage nMIS, and the high-voltage pMIS is illustrated.

次に、コンタクトホールCNT,CA内にプラグPLGを形成する。プラグPLGは、例えばチタンと窒化チタンとの積層膜等からなる相対的に薄いバリア膜、およびそのバリア膜に包まれるように形成されたタングステンまたはアルミニウム等からなる相対的に厚い導電膜からなる積層膜によって構成される。   Next, plugs PLG are formed in the contact holes CNT and CA. The plug PLG is, for example, a relatively thin barrier film made of a laminated film of titanium and titanium nitride, and a laminated film made of a relatively thick conductive film made of tungsten, aluminum, or the like formed so as to be surrounded by the barrier film. Consists of a membrane.

その後、層間絶縁膜ILS上に、例えば銅またはアルミニウムを主成分とする第1層目の配線M1を形成することによって、メモリ領域に形成されるメモリセル、ならびに周辺回路領域に形成される低圧系nMIS、低圧系pMIS、高圧系nMIS、および高圧系nMISが略完成する。これ以降は、さらに上層の配線等を形成し、通常の半導体装置の製造工程を経て、不揮発性メモリを有する半導体装置が製造される。   After that, by forming a first layer wiring M1 mainly composed of, for example, copper or aluminum on the interlayer insulating film ILS, a memory cell formed in the memory region and a low-voltage system formed in the peripheral circuit region An nMIS, a low-pressure pMIS, a high-pressure nMIS, and a high-pressure nMIS are almost completed. Thereafter, an upper layer wiring and the like are further formed, and a semiconductor device having a nonvolatile memory is manufactured through a normal semiconductor device manufacturing process.

このように、実施の形態2によれば、被合わせ層の重ね合わせ検査マークMTIを、平滑な上面を有する絶縁膜がマーク溝MTの内部に埋め込まれたリセス構造とすることにより、被合わせ層と露光層との重ね合わせ精度の検査において、重ね合わせ検査マークMTIの位置を精度よく検出することができる。さらに、リセス量の制御が可能であることから、最適なリセス量を有する構造の重ね合わせ検査マークMTIが形成できる。これにより、半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。   As described above, according to the second embodiment, the overlay inspection mark MTI of the mating layer has a recess structure in which the insulating film having a smooth upper surface is embedded in the mark groove MT, thereby the mating layer. In the inspection of the overlay accuracy between the exposure layer and the exposure layer, the position of the overlay inspection mark MTI can be detected with high accuracy. Further, since the recess amount can be controlled, the overlay inspection mark MTI having the optimum recess amount can be formed. Thereby, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

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

CA コンタクトホール
Cc チャネル形成用の半導体領域
CG 選択ゲート電極
CHn,CHp,CLn,CLp チャネル形成用の半導体領域
Cm チャネル形成用の半導体領域
CNT コンタクトホール
CSL 電荷蓄積層
Dn n型の半導体領域
Drm ドレイン領域
GI1,GI2 ゲート絶縁膜
GHn,GHp,GLn,GLp ゲート電極
HLn n型の半導体領域
HLp p型の半導体領域
Hm,Hn n型の半導体領域
Hp p型の半導体領域
Ib 下層の絶縁膜
ILS 層間絶縁膜
It 上層の絶縁膜
LLn n型の半導体領域
LLp p型の半導体領域
M1 第1層目の配線
MG メモリゲート電極
MRP,MRP2 重ね合わせ検査マーク用レジストパターン
MT マーク溝
MTI 重ね合わせ検査マーク
NISO n型の埋め込みウェル
PLG プラグ
PS1,PS2 n型の導電膜
RP,RP0,RP1,RP2 レジストパターン
Sb 酸化シリコン膜
Sc 窒化シリコン膜
SDn n型の半導体領域
SD,SDrm ソース・ドレイン領域
SI 導電膜
SIn1,SIn2 n型の導電膜
SIp p型の導電膜
SIL シリサイド層
Sn n型の半導体領域
SN1,SN2 窒化シリコン膜
SO1,SO2 酸化シリコン膜
Srm ソース領域
St 酸化シリコン膜
ST 分離溝
STI 素子分離部
SUB 半導体基板
SW1,SW2,SW3 サイドウォール
WHn n型のウェル
WHp p型のウェル
WLn n型のウェル
WLp p型のウェル
CA Contact hole Cc Semiconductor region CG for channel formation Select gate electrodes CHn, CHp, CLn, CLp Semiconductor region Cm for channel formation Semiconductor region CNT for channel formation CNT Contact hole CSL Charge storage layer Dn n type semiconductor region Drm Drain Region GI1, GI2 Gate insulating film GHn, GHp, GLn, GLp Gate electrode HLn n type semiconductor region HLp p type semiconductor region Hm, Hn n + type semiconductor region Hp p + type semiconductor region Ib Lower layer insulation Film ILS Interlayer insulating film It Upper insulating film LLn n type semiconductor region LLp p type semiconductor region M1 First layer wiring MG Memory gate electrode MRP, MRP2 Overlay inspection mark resist pattern MT Mark trench MTI Overlap Alignment inspection mark NISO n-type embedding E le PLG plug PS1, PS2 n-type conductive film RP, RP0, RP1, RP2 resist pattern Sb oxide silicon film Sc silicon nitride film SDn n - -type semiconductor region SD, SDRM source and drain regions SI conductive SIN1, sin @ 2 n Type conductive film SIpp p type conductive film SIL silicide layer Sn n type semiconductor region SN1, SN2 silicon nitride film SO1, SO2 silicon oxide film Srm source region St silicon oxide film ST isolation trench STI element isolation portion SUB semiconductor substrate SW1 , SW2, SW3 Side wall WHn n-type well WHp p-type well WLn n-type well WLp p-type well

Claims (12)

半導体基板に、第1厚さの第1絶縁膜が形成される第1領域、前記第1厚さと異なる第2厚さの第2絶縁膜が形成される第2領域、およびフォトリソグラフィ工程で用いる重ね合わせ検査マークが形成される第3領域を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第3領域の前記半導体基板の主面に溝を形成する工程、
(b)前記(a)工程の後、前記溝の内部に第3絶縁膜を埋め込む工程、
(c)前記(b)工程の後、前記第1領域、前記第2領域、および前記第3領域の前記半導体基板の主面に前記第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1領域および前記第3領域の前記第2絶縁膜をウェットエッチングにより除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1領域および前記第3領域の前記半導体基板の主面に前記第1絶縁膜を形成する工程、
を含み、
前記(d)工程において、前記第3絶縁膜の上面が前記半導体基板の主面から第1深さとなるまで前記第3絶縁膜を前記ウェットエッチングにより加工して、前記溝の内部に埋め込まれた前記第3絶縁膜からなる前記重ね合わせ検査マークを形成する、半導体装置の製造方法。
A first region in which a first insulating film having a first thickness is formed on a semiconductor substrate, a second region in which a second insulating film having a second thickness different from the first thickness is formed, and a photolithography process. A method of manufacturing a semiconductor device having a third region where an overlay inspection mark is formed,
(A) forming a groove in a main surface of the semiconductor substrate in the third region;
(B) After the step (a), a step of embedding a third insulating film in the trench,
(C) after the step (b), forming the second insulating film on the main surface of the semiconductor substrate in the first region, the second region, and the third region;
(D) a step of removing the second insulating film in the first region and the third region by wet etching after the step (c);
(E) after the step (d), forming the first insulating film on the main surface of the semiconductor substrate in the first region and the third region;
Including
In the step (d), the third insulating film is processed by the wet etching until the upper surface of the third insulating film reaches a first depth from the main surface of the semiconductor substrate, and is embedded in the groove. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the overlay inspection mark made of the third insulating film is formed.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1深さは15〜25nmである、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first depth is 15 to 25 nm.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3領域はスクライブ領域である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third region is a scribe region.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜は、前記半導体基板に対して酸化処理を施すことにより形成された酸化シリコンからなり、
前記第3絶縁膜は、プラズマCVD法により形成された酸化シリコンからなる、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first insulating film and the second insulating film are made of silicon oxide formed by oxidizing the semiconductor substrate,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the third insulating film is made of silicon oxide formed by a plasma CVD method.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、さらに、
(f)前記(e)工程の後、前記半導体基板の主面上に導電膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記導電膜上にレジストパターンを形成する工程、
を含み、
前記(g)工程において、前記第3領域に形成された前記レジストパターンと、前記重ね合わせ検査マークと、を用いて重ね合わせ精度を検査する、半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
(F) After the step (e), a step of forming a conductive film on the main surface of the semiconductor substrate;
(G) After the step (f), a step of forming a resist pattern on the conductive film,
Including
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (g), overlay accuracy is inspected using the resist pattern formed in the third region and the overlay inspection mark.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程において、前記ウェットエッチングが行われた前記第3絶縁膜の上面は平滑である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (d), the upper surface of the third insulating film subjected to the wet etching is smooth.
半導体基板に、メモリセルが形成される第1領域、およびフォトリソグラフィ工程で用いる重ね合わせ検査マークが形成される第2領域を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記第2領域の前記半導体基板の主面に溝を形成する工程、
(b)前記(a)工程の後、前記溝の内部に第1絶縁膜を埋め込む工程、
(c)前記(b)工程の後、前記第1絶縁膜の上面が前記半導体基板の主面から第1深さとなるまで前記第1絶縁膜をエッチングにより加工して、前記溝の内部に埋め込まれた前記第1絶縁膜からなる前記重ね合わせ検査マークを形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1領域および前記第2領域の前記半導体基板の主面上に第2絶縁膜を形成し、前記第2絶縁膜上に第1導電膜を形成する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1領域の前記第1導電膜上に第1レジストパターンを形成し、前記第2領域の前記第1導電膜上に第2レジストパターンを形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記第1レジストパターンをマスクとして、前記第1導電膜を加工することにより、前記第1領域に前記メモリセルのゲート電極を形成する工程、
を含み、
前記(e)工程では、前記第2領域に形成された前記第2レジストパターンと、前記重ね合わせ検査マークと、を用いて重ね合わせ精度を検査する、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first region where a memory cell is formed on a semiconductor substrate; and a second region where an overlay inspection mark used in a photolithography process is formed.
(A) forming a groove in the main surface of the semiconductor substrate in the second region;
(B) After the step (a), a step of embedding a first insulating film in the trench,
(C) After the step (b), the first insulating film is processed by etching until the upper surface of the first insulating film reaches a first depth from the main surface of the semiconductor substrate, and is embedded in the groove. Forming the overlay inspection mark made of the first insulating film,
(D) After the step (c), a second insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate in the first region and the second region, and a first conductive film is formed on the second insulating film. The process of
(E) After the step (d), a first resist pattern is formed on the first conductive film in the first region, and a second resist pattern is formed on the first conductive film in the second region. Process,
(F) After the step (e), forming the gate electrode of the memory cell in the first region by processing the first conductive film using the first resist pattern as a mask;
Including
In the step (e), the overlay accuracy is inspected using the second resist pattern formed in the second region and the overlay inspection mark.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2領域はスクライブ領域である、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second region is a scribe region.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1絶縁膜は、プラズマCVD法により形成された酸化シリコンからなり、
前記第2絶縁膜は、下層の絶縁膜、前記下層の絶縁膜上に形成された電荷蓄積層、および前記電荷蓄積層上に形成された上層の絶縁膜の積層膜からなる、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The first insulating film is made of silicon oxide formed by a plasma CVD method,
The second insulating film includes a lower insulating film, a charge storage layer formed on the lower insulating film, and a stacked film of an upper insulating film formed on the charge storage layer. Method.
請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
前記電荷蓄積層は窒化シリコンからなる、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the charge storage layer is made of silicon nitride.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程の前記エッチングはウェットエッチングである、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the etching in the step (c) is wet etching.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程において、前記エッチングが行われた前記第1絶縁膜の上面は平滑である、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (c), the upper surface of the first insulating film subjected to the etching is smooth.
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JP2018195625A (en) * 2017-05-12 2018-12-06 キヤノン株式会社 Method of manufacturing semiconductor device

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