JP2015026870A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2015026870A
JP2015026870A JP2014225037A JP2014225037A JP2015026870A JP 2015026870 A JP2015026870 A JP 2015026870A JP 2014225037 A JP2014225037 A JP 2014225037A JP 2014225037 A JP2014225037 A JP 2014225037A JP 2015026870 A JP2015026870 A JP 2015026870A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
film
region
insulating film
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014225037A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5937172B2 (en
Inventor
功一 鳥羽
Koichi Toba
功一 鳥羽
泰之 石井
Yasuyuki Ishii
泰之 石井
茶木原 啓
Hiroshi Chagihara
啓 茶木原
幸太 舟山
Kota Funayama
幸太 舟山
祥之 川嶋
Yoshiyuki Kawashima
祥之 川嶋
孝司 橋本
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2014225037A priority Critical patent/JP5937172B2/en
Publication of JP2015026870A publication Critical patent/JP2015026870A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5937172B2 publication Critical patent/JP5937172B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve characteristics of a semiconductor device having a nonvolatile memory.SOLUTION: A semiconductor device is configured to comprise: control gate electrodes CG, memory gate electrodes MG disposed so as to be adjacent to the control gate electrodes CG, insulating films 3, and insulating films 5 each having a charge storage portion in its inside. The memory gate electrodes MG are composed of a silicon film having first silicon regions 6a disposed on the insulating films 5 and second silicon regions 6b disposed above the first silicon regions 6a. The second silicon regions 6b contain a p-type impurity. Concentration of the p-type impurity of the first silicon regions 6a is configured to be lower than that of the second silicon regions 6b.

Description

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

電気的に書込・消去が可能な不揮発性半導体記憶装置であるEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)の一種としてフラッシュメモリ(flash memory)が、広く使用されている。このフラッシュメモリは、MISFETのゲート電極下に、酸化膜で囲まれた導電性の浮遊ゲート電極やトラップ性絶縁膜を有する。この浮遊ゲートやトラップ性絶縁膜中の電荷(電子またはホール)の有無によるMISFETの閾値の違いを利用して情報を記憶するものである。   A flash memory is widely used as a kind of EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) which is a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased. This flash memory has a conductive floating gate electrode and a trapping insulating film surrounded by an oxide film under the gate electrode of the MISFET. Information is stored by utilizing the difference in threshold value of the MISFET depending on the presence or absence of electric charges (electrons or holes) in the floating gate and the trapping insulating film.

例えば、特開2006−303918号公報(特許文献1)には、MONOS型不揮発性メモリにおいて、メモリゲート電極をドープド多結晶シリコン膜で構成し、このドープド多結晶シリコン膜を下層の高濃度層と上層の低濃度層との2層で構成する技術が記載されている。   For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-303918 (Patent Document 1), in a MONOS type nonvolatile memory, a memory gate electrode is formed of a doped polycrystalline silicon film, and the doped polycrystalline silicon film is formed as a lower high-concentration layer. A technique that consists of two layers, an upper layer and a low concentration layer, is described.

また、特開2006−19373号公報(特許文献2)には、MONOS型不揮発性メモリにおいて、メモリゲートはドープド多結晶シリコン膜からなり、アンドープドシリコン膜に不純物をイオン注入して形成した多結晶シリコン膜からなるコントロールゲートよりもシート抵抗を低くする技術が記載されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-19373 (Patent Document 2) discloses a polycrystalline MONOS nonvolatile memory in which a memory gate is made of a doped polycrystalline silicon film, and impurities are ion-implanted into the undoped silicon film. A technique for lowering sheet resistance than a control gate made of a silicon film is described.

また、特開2004−186452号公報(特許文献3)には、MONOS型不揮発性メモリにおいて、選択ゲート電極を形成した後、n型不純物をドーピングした多結晶シリコン膜を堆積し、その状態で半導体基板中にp型不純物をイオン注入し、その後に、さらにn型不純物をドーピングした多結晶シリコン膜を堆積し、堆積したn型不純物2層を異方性エッチングすることで、メモリゲートを形成する技術が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2004-186252 (Patent Document 3) discloses that in a MONOS type nonvolatile memory, after forming a selection gate electrode, a polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity is deposited, and a semiconductor in that state is deposited. A p-type impurity is ion-implanted into the substrate, and then a polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity is further deposited, and the two deposited n-type impurities are anisotropically etched to form a memory gate. The technology is described.

特開2006−303918号公報JP 2006-303918 A 特開2006−19373号公報JP 2006-19373 A 特開2004−186452号公報JP 2004-186252 A

本発明者は、フラッシュメモリの研究開発に従事している。中でも、スプリットゲート型の不揮発性メモリの特性向上について検討している。このスプリットゲート型の不揮発性メモリのメモリゲート電極は、低抵抗化のため、不純物を含有するドープトシリコン膜で形成されていた。   The present inventor is engaged in research and development of flash memory. In particular, improvement of the characteristics of the split gate nonvolatile memory is being studied. The memory gate electrode of this split gate type nonvolatile memory has been formed of a doped silicon film containing impurities in order to reduce the resistance.

近年、上記不揮発性メモリを有する半導体装置において、動作速度の向上や、不揮発性メモリのデータ保持特性の向上などの特性向上が望まれている。   In recent years, in the semiconductor device having the nonvolatile memory, it is desired to improve characteristics such as an improvement in operation speed and data retention characteristics of the nonvolatile memory.

そこで、本発明の目的は、半導体装置の特性を向上させることができる技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the characteristics of a semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、より良い製造工程で良好な特性の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that manufactures a semiconductor device having good characteristics in a better manufacturing process.

本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

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

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上方に配置された第1ゲート電極と、半導体基板の上方に、第1ゲート電極と隣合うように配置された第2ゲート電極と、を有する。さらに、第1ゲート電極と半導体基板との間に形成された第1絶縁膜と、第2ゲート電極と半導体基板との間および第1ゲート電極と第2ゲート電極との間に形成された第2絶縁膜であって、その内部に電荷蓄積部を有する第2絶縁膜と、を有する。上記第2ゲート電極は、第2絶縁膜上に位置する第1シリコン領域と、第1シリコン領域の上方に位置する第2シリコン領域と、を有するシリコン膜よりなる。上記第2シリコン領域は、p型不純物を含有し、上記第1シリコン領域のp型不純物の濃度は、上記第2シリコン領域の前記p型不純物の濃度よりも低い。   Among the inventions disclosed in this application, a semiconductor device shown in a typical embodiment includes a semiconductor substrate, a first gate electrode disposed above the semiconductor substrate, and a first gate electrode above the semiconductor substrate. And a second gate electrode arranged adjacent to each other. Further, a first insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, a first insulating film formed between the second gate electrode and the semiconductor substrate, and between the first gate electrode and the second gate electrode. A second insulating film having a charge storage portion therein. The second gate electrode is made of a silicon film having a first silicon region located on the second insulating film and a second silicon region located above the first silicon region. The second silicon region contains a p-type impurity, and the concentration of the p-type impurity in the first silicon region is lower than the concentration of the p-type impurity in the second silicon region.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、(b)第1ゲート電極上に、内部に電荷蓄積部を有する第2絶縁膜を形成する工程と、を有する。また、(c)第2絶縁膜上に、第1シリコン層と、第1シリコン層上に配置され、第1シリコン層の不純物濃度より不純物濃度が高い第2シリコン層とを有する多層シリコン膜を形成する工程、を有する。さらに、(d)多層シリコン膜を選択的に除去し、第1ゲート電極の側壁部に第2絶縁膜を介して多層シリコン膜を残存させることにより、第2ゲート電極を形成する工程、を有する。   Among the inventions disclosed in this application, a method for manufacturing a semiconductor device shown in a representative embodiment includes: (a) a step of forming a first gate electrode on a semiconductor substrate with a first insulating film interposed therebetween; and b) forming a second insulating film having a charge storage portion therein on the first gate electrode. (C) a multilayer silicon film having a first silicon layer and a second silicon layer disposed on the first silicon layer and having an impurity concentration higher than the impurity concentration of the first silicon layer on the second insulating film; Forming. And (d) forming a second gate electrode by selectively removing the multilayer silicon film and leaving the multilayer silicon film on the side wall of the first gate electrode via the second insulating film. .

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、(b)第1ゲート電極上に、内部に電荷蓄積部を有する第2絶縁膜を形成する工程と、(c)第2絶縁膜上に、不純物を含有しないシリコン膜を形成する工程と、を有する。また、(d)シリコン膜に、不純物イオンを注入する工程と、(e)上記(d)工程の後、熱処理を施し、不純物イオンを拡散させる工程と、を有する。さらに、(f)シリコン膜を選択的に除去し、第1ゲート電極の側壁部に第2絶縁膜を介してシリコン膜を残存させることにより、第2ゲート電極を形成する工程、を有する。   Among the inventions disclosed in this application, a method for manufacturing a semiconductor device shown in a representative embodiment includes: (a) a step of forming a first gate electrode on a semiconductor substrate with a first insulating film interposed therebetween; b) forming a second insulating film having a charge storage portion therein on the first gate electrode; and (c) forming a silicon film containing no impurities on the second insulating film. . Further, (d) a step of implanting impurity ions into the silicon film, and (e) a step of performing heat treatment and diffusing the impurity ions after the step (d). And (f) forming a second gate electrode by selectively removing the silicon film and leaving the silicon film on the side wall of the first gate electrode via the second insulating film.

本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   Among the inventions disclosed in the present application, according to the semiconductor device described in the following representative embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

また、本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、より良い製造工程で良好な特性の半導体装置を製造することができる。   In addition, among the inventions disclosed in the present application, according to the method for manufacturing a semiconductor device shown in the following representative embodiment, a semiconductor device having good characteristics can be manufactured in a better manufacturing process.

実施の形態1の半導体装置を示す要部断面図である。FIG. 3 is a main-portion cross-sectional view showing the semiconductor device of First Embodiment; 図1の一部を拡大した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded a part of FIG. メモリセルの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a memory cell. 「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。6 is a table showing an example of voltage application conditions to each part of a selected memory cell during “write”, “erase”, and “read”. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。7 is a fragmentary cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of First Embodiment; FIG. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図5に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 5; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図6に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 6; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図7に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 7; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図8に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 9 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 8; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図9に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 9 and showing the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図10に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 11 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 10; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図11に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 12 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 11; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図12に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 13 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 12; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図13に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 13; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図14に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 14; (a)はメモリゲート電極がp型のゲート電極である場合のバンド図である。(b)はメモリゲート電極がn型のゲート電極である場合のバンド図である。(A) is a band diagram in the case where the memory gate electrode is a p-type gate electrode. (B) is a band diagram in the case where the memory gate electrode is an n-type gate electrode. 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of Embodiment 2; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図17に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the second embodiment, following the step shown in FIG. 17; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of Embodiment 3; 実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of Embodiment 4; 実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図20に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 21 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 4, which is subsequent to FIG. 20; 実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図21に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the fourth embodiment, following the step shown in FIG. 21; 実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図22に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the fourth embodiment, following the step shown in FIG. 22; 図22の一部を拡大した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded a part of FIG. 実施の形態5の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 25 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of Embodiment 5; 実施の形態5の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図25に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the fifth embodiment, following the step shown in FIG. 25; 実施の形態5の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図26に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 27 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 5, which is subsequent to FIG. 26; 実施の形態5の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図27に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 28 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 5, which is subsequent to FIG. 27; 実施の形態5の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図28に続く半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 29 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 5, which is subsequent to FIG. 28;

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。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、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。   Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. 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 numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).

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

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

また、実施の形態で用いる不純物の濃度は、TEM(Transmission Electron Microscope)によるエネルギー分散型蛍光X線分析(EDX:Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)により測定された濃度であるものとする。   In addition, the impurity concentration used in the embodiment is assumed to be a concentration measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) using a transmission electron microscope (TEM).

(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構造と製造方法について詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the structure and manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

[構造説明]
図1は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図であり、図2は、図1の一部を拡大した部分拡大断面図である。なお、図1および図2は、後述する半導体装置の製造工程の説明における最終工程断面図である。
[Description of structure]
FIG. 1 is a main part sectional view showing a semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 2 is a partly enlarged sectional view in which a part of FIG. 1 is enlarged. 1 and 2 are cross-sectional views of the final process in the description of the semiconductor device manufacturing process described later.

まず、本実施の形態で説明する半導体装置は、不揮発性メモリ(不揮発性半導体記憶装置(EEPROM、フラッシュメモリ、不揮発性記憶素子)および周辺回路を有する。   First, the semiconductor device described in this embodiment includes a nonvolatile memory (nonvolatile semiconductor memory device (EEPROM, flash memory, nonvolatile memory element)) and a peripheral circuit.

不揮発性メモリは、電荷蓄積部としてトラップ性絶縁膜(電荷を蓄積可能な絶縁膜)を用いたものである。また、メモリセルMCは、スプリットゲート型のメモリセルである。即ち、制御ゲート電極(選択ゲート電極)CGを有する制御トランジスタ(選択トランジスタ)と、メモリゲート電極(メモリ用ゲート電極)MGを有するメモリトランジスタとの2つのMISFETを接続したものである。   The nonvolatile memory uses a trapping insulating film (an insulating film capable of storing charges) as a charge storage portion. The memory cell MC is a split gate type memory cell. That is, two MISFETs of a control transistor (selection transistor) having a control gate electrode (selection gate electrode) CG and a memory transistor having a memory gate electrode (memory gate electrode) MG are connected.

ここで、電荷蓄積部(電荷蓄積層)を含むゲート絶縁膜およびメモリゲート電極MGを備えるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をメモリトランジスタ(記憶用トランジスタ)といい、また、ゲート絶縁膜および制御ゲート電極CGを備えるMISFETを制御トランジスタ(選択トランジスタ、メモリセル選択用トランジスタ)という。   Here, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) including a gate insulating film including a charge storage portion (charge storage layer) and a memory gate electrode MG is referred to as a memory transistor (memory transistor). The MISFET including the gate electrode CG is referred to as a control transistor (selection transistor, memory cell selection transistor).

周辺回路とは、不揮発性メモリを駆動するための回路であり、例えば、種々の論理回路などにより構成される。種々の論理回路は、例えば、後述するnチャネル型MISFETQnやpチャネル型MISFETなどにより構成される。   The peripheral circuit is a circuit for driving the nonvolatile memory, and is configured by various logic circuits, for example. The various logic circuits are configured by, for example, an n-channel type MISFET Qn, a p-channel type MISFET, etc., which will be described later.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板1のメモリセル領域1Aに配置された不揮発性メモリのメモリセルMCと、周辺回路領域2Aに配置されたnチャネル型MISFETQnとを有している。図中の左部に、ソース領域(MS)を共有する2つのメモリセルMCの要部断面図を、図中の右部に、周辺回路を構成するnチャネル型MISFETQnの要部断面図を示す。2つのメモリセルは、ソース領域(MS)を挟んでほぼ対称に配置される。なお、メモリセル領域1Aには、さらに、複数のメモリセルMCが配置される。例えば、図1に示すメモリセル領域1Aの左側のメモリセルMCのさらに左にはドレイン領域(MD)を共有するメモリセル(図示せず)が配置される。このように、共有されるソース領域(MS)および共有されるドレイン領域(MD)が交互に配置されるようにメモリセルMCが、図1中の左右方向(ゲート長方向)に配置され、メモリセル列を構成している。また、図1の紙面に垂直な方向(ゲート幅方向)にも、メモリセル列が複数配置されている。このように、複数のメモリセルMCがアレイ状に形成されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment includes a memory cell MC of a nonvolatile memory arranged in a memory cell region 1A of a semiconductor substrate 1, an n-channel MISFET Qn arranged in a peripheral circuit region 2A, have. In the left part of the figure, a main part sectional view of two memory cells MC sharing a source region (MS) is shown, and in the right part of the figure, a main part sectional view of an n-channel MISFET Qn constituting a peripheral circuit is shown. . The two memory cells are arranged almost symmetrically with the source region (MS) in between. A plurality of memory cells MC are further arranged in the memory cell region 1A. For example, a memory cell (not shown) sharing the drain region (MD) is arranged further to the left of the memory cell MC on the left side of the memory cell region 1A shown in FIG. Thus, the memory cells MC are arranged in the left-right direction (gate length direction) in FIG. 1 so that the shared source regions (MS) and the shared drain regions (MD) are alternately arranged, and the memory A cell column is configured. A plurality of memory cell columns are also arranged in a direction (gate width direction) perpendicular to the paper surface of FIG. Thus, a plurality of memory cells MC are formed in an array.

図1に示すように、半導体基板(半導体ウエハ)1には、素子を分離するための素子分離領域2が形成されており、この素子分離領域2で区画(分離)された活性領域に、p型ウエルPW1、PW2が形成されている。   As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 is formed with an element isolation region 2 for isolating elements. The active region partitioned (isolated) by the element isolation region 2 is formed in p Mold wells PW1 and PW2 are formed.

なお、メモリセル領域1Aに示される断面部おいては、素子分離領域2は現れないが、メモリセルMCがアレイ状に形成されるメモリセル領域全体は、素子分離領域2で区画されている。さらに、例えば、メモリセル列間(但し、ソース領域(MS)を除く)には、素子分離領域2が配置される等、電気的な分離が必要な箇所には適宜、素子分離領域2が配置される。   In the cross section shown in the memory cell region 1A, the element isolation region 2 does not appear, but the entire memory cell region in which the memory cells MC are formed in an array is partitioned by the element isolation region 2. Further, for example, an element isolation region 2 is appropriately disposed at a place where electrical isolation is required, such as an element isolation region 2 between memory cell columns (except for the source region (MS)). Is done.

まず、メモリセル領域1AのメモリセルMCの構成について説明する。   First, the configuration of the memory cell MC in the memory cell region 1A will be described.

メモリセルMCは、半導体基板1(p型ウエルPW1)の上方に配置された制御ゲート電極(第1ゲート電極)CGと、半導体基板1(p型ウエルPW1)の上方に配置され、制御ゲート電極CGと隣合うメモリゲート電極(第2ゲート電極)MGとを有する。メモリセルMCは、さらに、制御ゲート電極CGおよび半導体基板1(p型ウエルPW1)間に配置された絶縁膜3と、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)との間に配置され、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間に配置された絶縁膜5とを有する。また、メモリセルMCは、さらに、半導体基板1のp型ウエルPW1中に形成されたソース領域MSおよびドレイン領域MDを有する。   The memory cell MC is disposed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the control gate electrode (first gate electrode) CG disposed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1). The memory gate electrode (second gate electrode) MG adjacent to the CG is included. The memory cell MC is further disposed between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1), and between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1). The insulating film 5 is disposed between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. The memory cell MC further includes a source region MS and a drain region MD formed in the p-type well PW1 of the semiconductor substrate 1.

制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、それらの対向側面(側壁)の間に絶縁膜5を介した状態で、半導体基板1の主面上に図1中の左右方向(ゲート長方向)に並んで配置されている。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの延在方向は、図1の紙面に垂直な方向(ゲート幅方向)である。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、ドレイン領域MDおよびソース領域MS間の半導体基板1(p型ウエルPW1)の上部に絶縁膜3、5を介して(但し、制御ゲート電極CGは絶縁膜3を介し、メモリゲート電極MGは絶縁膜5を介して)形成されており、ソース領域MS側にメモリゲート電極MGが位置し、ドレイン領域MD側に制御ゲート電極CGが位置している。なお、本明細書では、ソース領域MSおよびドレイン領域MDを読出し動作時を基準に定義している。後述する書き込み動作時には高電圧を印加する半導体領域をソース領域MSと、書き込み動作時に低電圧を印加する半導体領域をドレイン領域MDと、統一して呼ぶことにする。   The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are arranged in the horizontal direction (gate length direction) in FIG. 1 on the main surface of the semiconductor substrate 1 with the insulating film 5 interposed between the opposing side surfaces (side walls). They are arranged side by side. The extending direction of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is a direction (gate width direction) perpendicular to the paper surface of FIG. The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are formed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) between the drain region MD and the source region MS via the insulating films 3 and 5 (however, the control gate electrode CG is an insulating film). 3, the memory gate electrode MG is formed via the insulating film 5), the memory gate electrode MG is located on the source region MS side, and the control gate electrode CG is located on the drain region MD side. In this specification, the source region MS and the drain region MD are defined on the basis of the reading operation. A semiconductor region to which a high voltage is applied during a write operation, which will be described later, is collectively referred to as a source region MS, and a semiconductor region to which a low voltage is applied during a write operation is referred to as a drain region MD.

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

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

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

絶縁膜5は、図2に示すように、絶縁膜として、たとえば、酸化シリコン膜(酸化膜)5aと、酸化シリコン膜5a上の窒化シリコン膜(窒化膜、電荷蓄積層)5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜(酸化膜)5cとを有する積層膜からなる。   As shown in FIG. 2, the insulating film 5 includes, for example, a silicon oxide film (oxide film) 5a, a silicon nitride film (nitride film, charge storage layer) 5b on the silicon oxide film 5a, and silicon nitride. It consists of a laminated film having a silicon oxide film (oxide film) 5c on the film 5b.

なお、図1では、図面を見やすくするために、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜を、単に絶縁膜5として図示している(図5〜図15についても同様)。   In FIG. 1, in order to make the drawing easier to see, the laminated film of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c is simply shown as the insulating film 5 (the same applies to FIGS. 5 to 15). ).

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

窒化シリコン膜5bの上下に位置する酸化シリコン膜5cおよび酸化シリコン膜5aは、電荷ブロック層(電荷ブロック膜、電荷閉じ込め層)として機能する。   The silicon oxide film 5c and the silicon oxide film 5a located above and below the silicon nitride film 5b function as a charge block layer (charge block film, charge confinement layer).

このように、窒化シリコン膜5bを酸化シリコン膜5cおよび酸化シリコン膜5aで挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜5bへの電荷の蓄積が可能となる。酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜を、ONO(oxide-nitride-oxide)膜と言うこともある。   As described above, the silicon nitride film 5b is sandwiched between the silicon oxide film 5c and the silicon oxide film 5a, whereby charges can be accumulated in the silicon nitride film 5b. The laminated film of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c may be referred to as an ONO (oxide-nitride-oxide) film.

上記絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW1)との間の絶縁膜5は、電荷(電子またはホール)を保持した状態または電荷を保持しない状態で、メモリトランジスタのゲート絶縁膜として機能する。また、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の絶縁膜5は、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間を絶縁(電気的に分離)するための絶縁膜として機能する。   Among the insulating films 5, the insulating film 5 between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) is a memory transistor in a state of retaining charges (electrons or holes) or not retaining charges. Functions as a gate insulating film. The insulating film 5 between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG functions as an insulating film for insulating (electrically separating) the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.

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

前述したとおり、書き込み動作時において、ソース領域MSは、高電圧が印加される半導体領域であり、ドレイン領域MDは低電圧が印加される半導体領域である。これらの領域MS、MDは、n型不純物が導入された半導体領域(n型不純物拡散層)よりなる。   As described above, in the write operation, the source region MS is a semiconductor region to which a high voltage is applied, and the drain region MD is a semiconductor region to which a low voltage is applied. These regions MS and MD are formed of a semiconductor region (n-type impurity diffusion layer) into which an n-type impurity is introduced.

このうち、ドレイン領域MDは、LDD(lightly doped drain)構造の領域である。すなわち、ドレイン領域MDは、n型半導体領域(低濃度不純物拡散層)7bと、n型半導体領域7bよりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域(高濃度不純物拡散層)8bとを有している。n型半導体領域8bは、n型半導体領域7bよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。 Among these, the drain region MD is a region having an LDD (lightly doped drain) structure. That is, the drain region MD includes an n type semiconductor region (low concentration impurity diffusion layer) 7b and an n + type semiconductor region (high concentration impurity diffusion layer) 8b having an impurity concentration higher than that of the n type semiconductor region 7b. Have. The n + type semiconductor region 8b has a deeper junction depth and a higher impurity concentration than the n type semiconductor region 7b.

一方、ソース領域MSは、LDD構造を有さず、n型半導体領域(低濃度不純物拡散層)7aのみで構成される。このn型半導体領域7aは、n型半導体領域(高濃度不純物拡散層)8bより低濃度のn型不純物領域であり、例えば、n×E20/cmオーダー(n:1〜10)の濃度以下の領域、より好ましくは2×E20/cm濃度以下の領域である。E20は、10の20乗(1020)を表す。また、例えば、n型半導体領域7aは、n型半導体領域7bと同程度の接合深さとすることができる。また、n型半導体領域7aは、n型半導体領域8bよりも不純物濃度が低く、また、n型半導体領域8bよりも接合深さが浅い。 On the other hand, the source region MS does not have an LDD structure, and is composed only of an n type semiconductor region (low concentration impurity diffusion layer) 7a. The n type semiconductor region 7a is an n type impurity region having a lower concentration than the n + type semiconductor region (high concentration impurity diffusion layer) 8b. For example, the n type semiconductor region 7a has an order of n × E20 / cm 3 (n: 1 to 10). It is an area | region below a density | concentration, More preferably, it is an area | region below a 2 * E20 / cm < 3 > density | concentration. E20 represents 10 to the 20th power (10 20 ). Further, for example, the n type semiconductor region 7a can have a junction depth similar to that of the n type semiconductor region 7b. Further, n - -type semiconductor regions 7a has a lower impurity concentration than the n + -type semiconductor region 8b, also a shallow junction depth than the n + -type semiconductor region 8b.

メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの合成パターンの側壁部には、酸化シリコンなどの絶縁体(酸化シリコン膜、絶縁膜)からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWが形成されている。すなわち、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGに隣接する側とは逆側のメモリゲート電極MGの側壁(側面)上と、絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGに隣接する側とは逆側の制御ゲート電極CGの側壁(側面)上とに、側壁絶縁膜SWが形成されている。   A sidewall insulating film (sidewall, sidewall spacer) SW made of an insulator (silicon oxide film, insulating film) such as silicon oxide is formed on the sidewall portion of the combined pattern of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. Yes. That is, the side (side surface) of the memory gate electrode MG opposite to the side adjacent to the control gate electrode CG via the insulating film 5 and the side adjacent to the memory gate electrode MG via the insulating film 5 are opposite. A sidewall insulating film SW is formed on the sidewall (side surface) of the control gate electrode CG on the side.

ソース領域MSのn型半導体領域7aはメモリゲート電極MGの側壁に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のn型半導体領域7aはメモリゲート電極MGの側壁部の側壁絶縁膜SWの下に形成される。したがって、低濃度のn型半導体領域7aはメモリトランジスタのチャネル領域に隣接するように形成されている。 The n type semiconductor region 7a of the source region MS is formed in a self-aligned manner with respect to the sidewall of the memory gate electrode MG. Therefore, the low-concentration n type semiconductor region 7a is formed under the side wall insulating film SW on the side wall portion of the memory gate electrode MG. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 7a is formed adjacent to the channel region of the memory transistor.

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

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

メモリゲート電極MGは、図1および図2に示すように、シリコン膜6により形成されている。シリコン膜6は、絶縁膜5に接した領域の近傍がノンドープシリコン膜6aにより形成され、その領域が半導体基板1の表面に沿って延在している。また、ノンドープシリコン膜6a上の領域が、p型不純物が導入されたドープトシリコン膜6bにより形成されている。言い換えれば、シリコン膜6は、ノンドープシリコン膜6aとドープトシリコン膜6bとの積層膜であり、ノンドープシリコン膜6aが下層で、ドープトシリコン膜6bが上層となる。ノンドープシリコン膜6aは、ノンドープ(アンドープ)のシリコン膜からなり、ドープトシリコン膜6bは、p型不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜からなる。p型不純物は、例えばホウ素(B)またはインジウム(In)などである。   The memory gate electrode MG is formed of a silicon film 6 as shown in FIGS. The silicon film 6 is formed by a non-doped silicon film 6 a in the vicinity of a region in contact with the insulating film 5, and the region extends along the surface of the semiconductor substrate 1. The region on the non-doped silicon film 6a is formed by the doped silicon film 6b into which p-type impurities are introduced. In other words, the silicon film 6 is a laminated film of a non-doped silicon film 6a and a doped silicon film 6b, with the non-doped silicon film 6a being the lower layer and the doped silicon film 6b being the upper layer. The non-doped silicon film 6a is made of a non-doped (undoped) silicon film, and the doped silicon film 6b is made of a silicon film into which p-type impurities are introduced (doped). The p-type impurity is, for example, boron (B) or indium (In).

ここで、ノンドープのシリコン膜とは、不純物を含有(導入、添加、ドープ、インプラ)していないシリコン膜(真性のシリコン膜)を意味する。なお、ノンドープのシリコン膜と言うときには、意図しない微量の不純物が含まれる場合を除外するものではない。一方、不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜とは、不純物を意図的に含有(導入、添加、ドープ、インプラ)させたシリコン膜を意味する。   Here, the non-doped silicon film means a silicon film (intrinsic silicon film) that does not contain impurities (introduction, addition, doping, implantation). Note that the term “non-doped silicon film” does not exclude the case where a small amount of unintentional impurities are included. On the other hand, the silicon film into which impurities are introduced (doped) means a silicon film intentionally containing impurities (introduced, added, doped, implanted).

よって、ドープトシリコン膜6bの不純物濃度はノンドープシリコン膜6aの不純物濃度よりも高く、ドープトシリコン膜6bの抵抗率(比抵抗)はノンドープシリコン膜6aの抵抗率(比抵抗)よりも低くなっている。   Therefore, the impurity concentration of the doped silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the non-doped silicon film 6a, and the resistivity (specific resistance) of the doped silicon film 6b is lower than the resistivity (specific resistance) of the non-doped silicon film 6a. ing.

前述したとおり、ノンドープシリコン膜6aが下層で、ドープトシリコン膜6bが上層となる。即ち、絶縁膜5上にノンドープシリコン膜6aが位置し、さらに、このノンドープシリコン膜6a上にドープトシリコン膜6bが位置する。   As described above, the non-doped silicon film 6a is the lower layer and the doped silicon film 6b is the upper layer. That is, the non-doped silicon film 6a is located on the insulating film 5, and the doped silicon film 6b is located on the non-doped silicon film 6a.

また、本実施の形態においては、ドープトシリコン膜6bと制御ゲート電極CGとの間にも、ノンドープシリコン膜6aおよび絶縁膜5が介在している(図1、図2)。即ち、ノンドープシリコン膜6aは、半導体基板1(p型ウエルPW1)の表面と平行に位置する、即ち、水平に形成される水平部と、半導体基板1の表面に対して略垂直に延在する垂直部とを有する。また、絶縁膜5は、半導体基板1の表面と平行に位置する、即ち、水平に形成される水平部と、半導体基板1の表面に対して略垂直に延在する垂直部とを有する。言い換えれば、絶縁膜5およびノンドープシリコン膜6aは、それぞれ、ゲート長方向の断面において、L字又は逆L字状に配置されている。   In the present embodiment, the non-doped silicon film 6a and the insulating film 5 are also interposed between the doped silicon film 6b and the control gate electrode CG (FIGS. 1 and 2). That is, the non-doped silicon film 6a is positioned in parallel to the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1), that is, extends horizontally to a horizontal portion formed horizontally and to the surface of the semiconductor substrate 1. And a vertical portion. The insulating film 5 includes a horizontal portion that is positioned in parallel with the surface of the semiconductor substrate 1, that is, is formed horizontally, and a vertical portion that extends substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1. In other words, the insulating film 5 and the non-doped silicon film 6a are respectively arranged in an L shape or an inverted L shape in the cross section in the gate length direction.

メモリゲート電極MGの上部(上面)と制御ゲート電極CGの上部(上面)とn型半導体領域7aおよびn型半導体領域8bの上面(表面)には、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)11が形成されている。金属シリサイド層11は、例えばコバルトシリサイド層またはニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層11により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。また、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間のショートをできるだけ防止するという観点から、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの一方または両方の上部に金属シリサイド層11を形成しない場合もあり得る。 A metal silicide layer (metal silicide film) 11 is formed on the upper portion (upper surface) of the memory gate electrode MG, the upper portion (upper surface) of the control gate electrode CG, and the upper surfaces (front surfaces) of the n type semiconductor region 7a and the n + type semiconductor region 8b. Is formed. The metal silicide layer 11 is made of, for example, a cobalt silicide layer or a nickel silicide layer. The metal silicide layer 11 can reduce diffusion resistance and contact resistance. In addition, from the viewpoint of preventing a short circuit between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG as much as possible, the metal silicide layer 11 may not be formed on one or both of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. obtain.

次いで、周辺回路領域2Aのnチャネル型MISFETQnについて説明する。   Next, the n-channel MISFET Qn in the peripheral circuit region 2A will be described.

図1の右側に示すように、nチャネル型MISFETQnは、半導体基板1(p型ウエルPW2)の上方に配置されたゲート電極GEと、ゲート電極GEと半導体基板1(p型ウエルPW2)間に配置された絶縁膜3と、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW2)中に形成されたソース、ドレイン領域(7、8)を有する。   As shown on the right side of FIG. 1, the n-channel MISFET Qn includes a gate electrode GE disposed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2), and between the gate electrode GE and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2). The insulating film 3 is disposed, and the source and drain regions (7, 8) formed in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) on both sides of the gate electrode GE.

ゲート電極GEの延在方向は、図1の紙面に垂直な方向(ゲート幅方向)である。ゲート電極GEと半導体基板1(p型ウエルPW2)間に配置された絶縁膜3が、nチャネル型MISFETQnのゲート絶縁膜として機能する。ゲート電極GE下の絶縁膜3の下にnチャネル型MISFETQnのチャネル領域が形成される。   The extending direction of the gate electrode GE is a direction (gate width direction) perpendicular to the paper surface of FIG. The insulating film 3 disposed between the gate electrode GE and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) functions as a gate insulating film of the n-channel type MISFET Qn. A channel region of the n-channel type MISFET Qn is formed under the insulating film 3 under the gate electrode GE.

ソース、ドレイン領域(7、8)は、LDD構造を有し、n型半導体領域8とn型半導体領域7よりなる。n型半導体領域8は、n型半導体領域7よりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。 The source and drain regions (7, 8) have an LDD structure and are composed of an n + type semiconductor region 8 and an n type semiconductor region 7. The n + type semiconductor region 8 has a deeper junction depth and a higher impurity concentration than the n type semiconductor region 7.

ゲート電極GEの側壁部には、酸化シリコンなどの絶縁体(酸化シリコン膜、絶縁膜)からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWが形成されている。   A sidewall insulating film (sidewall, sidewall spacer) SW made of an insulator (silicon oxide film, insulating film) such as silicon oxide is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE.

型半導体領域7はゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のn型半導体領域7はゲート電極GEの側壁部の側壁絶縁膜SWの下に形成される。したがって、低濃度のn型半導体領域7はMISFETのチャネル領域に隣接するように形成されている。また、n型半導体領域8は側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成されている。このように、低濃度のn型半導体領域7はMISFETのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn型半導体領域8は低濃度のn型半導体領域7に接し、MISFETのチャネル領域からn型半導体領域7の分だけ離間するように形成されている。 The n type semiconductor region 7 is formed in a self-aligned manner with respect to the side wall of the gate electrode GE. For this reason, the low-concentration n type semiconductor region 7 is formed under the side wall insulating film SW on the side wall portion of the gate electrode GE. Therefore, the low concentration n type semiconductor region 7 is formed adjacent to the channel region of the MISFET. The n + type semiconductor region 8 is formed in a self-aligned manner with respect to the side surface of the sidewall insulating film SW. Thus, the low concentration n type semiconductor region 7 is formed adjacent to the channel region of the MISFET, the high concentration n + type semiconductor region 8 is in contact with the low concentration n type semiconductor region 7, and the MISFET The n type semiconductor region 7 is formed so as to be separated from the channel region.

ゲート電極GEは導電性膜(導電体膜)からなるが、例えば、上記制御ゲート電極CGと同様に、n型多結晶シリコン膜(n型不純物を導入した多結晶シリコン膜、ドープトポリシリコン膜)のようなシリコン膜4で構成することが好ましい。   The gate electrode GE is composed of a conductive film (conductor film). For example, similarly to the control gate electrode CG, an n-type polycrystalline silicon film (polycrystalline silicon film doped with n-type impurities, doped polysilicon film) It is preferable to use the silicon film 4 as described above.

ゲート電極GEの上部(上面)とn型半導体領域8の上面(表面)には、金属シリサイド層11が形成されている。金属シリサイド層11は、例えばコバルトシリサイド層またはニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層11により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。 A metal silicide layer 11 is formed on the top (upper surface) of the gate electrode GE and the upper surface (front surface) of the n + -type semiconductor region 8. The metal silicide layer 11 is made of, for example, a cobalt silicide layer or a nickel silicide layer. The metal silicide layer 11 can reduce diffusion resistance and contact resistance.

[動作説明]
図3は、メモリセルMCの等価回路図である。図示するように、ドレイン領域(MD)とソース領域(MS)との間に、メモリトランジスタと制御トランジスタとが直列に接続され一つのメモリセルを構成する。図4は、本実施の形態の「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。図4の表には、「書込」、「消去」および「読出」時のそれぞれにおいて、メモリゲート電極MGに印加する電圧Vmg、ソース領域(ソース領域MS)に印加する電圧Vs、制御ゲート電極CGに印加する電圧Vcg、ドレイン領域(ドレイン領域MD)に印加する電圧Vd、およびp型ウエルPW1に印加される電圧Vbが記載されている。なお、図4の表に示したものは電圧の印加条件の好適な一例であり、これに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更可能である。また、本実施の形態では、メモリトランジスタの絶縁膜5中の電荷蓄積層(電荷蓄積部)である窒化シリコン膜5bへの電子の注入を「書込」、ホール(hole:正孔)の注入を「消去」と定義する。
[Description of operation]
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the memory cell MC. As shown in the figure, a memory transistor and a control transistor are connected in series between a drain region (MD) and a source region (MS) to constitute one memory cell. FIG. 4 is a table showing an example of voltage application conditions to each part of the selected memory cell during “write”, “erase”, and “read” in the present embodiment. In the table of FIG. 4, the voltage Vmg applied to the memory gate electrode MG, the voltage Vs applied to the source region (source region MS), and the control gate electrode at the time of “write”, “erase”, and “read”, respectively. A voltage Vcg applied to CG, a voltage Vd applied to the drain region (drain region MD), and a voltage Vb applied to the p-type well PW1 are described. Note that what is shown in the table of FIG. 4 is a preferred example of the voltage application conditions, and is not limited to this, and can be variously changed as necessary. In the present embodiment, the electron injection into the silicon nitride film 5b which is the charge storage layer (charge storage portion) in the insulating film 5 of the memory transistor is “writing”, and the hole is injected. Is defined as “erase”.

書込み方式は、いわゆるSSI(Source Side Injection:ソースサイド注入)方式と呼ばれるホットエレクトロン書込みを用いることができる。例えば図4の「書込」の欄に示されるような電圧を、書込みを行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルの絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b中に電子(エレクトロン)を注入する。ホットエレクトロンは、2つのゲート電極(メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG)間の下のチャネル領域(ソース、ドレイン間)で発生し、メモリゲート電極MGの下の絶縁膜5中の電荷蓄積層(電荷蓄積部)である窒化シリコン膜5bにホットエレクトロンが注入される。注入されたホットエレクトロン(電子)は、絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。   As the writing method, hot electron writing called a so-called SSI (Source Side Injection) method can be used. For example, a voltage as shown in the “write” column of FIG. 4 is applied to each part of the selected memory cell to be written, and electrons (electrons) are contained in the silicon nitride film 5b in the insulating film 5 of the selected memory cell. Inject. Hot electrons are generated in the channel region (between the source and drain) between the two gate electrodes (memory gate electrode MG and control gate electrode CG), and the charge storage layer in the insulating film 5 below the memory gate electrode MG. Hot electrons are injected into the silicon nitride film 5b which is a (charge storage portion). The injected hot electrons (electrons) are captured by the trap level in the silicon nitride film 5b in the insulating film 5, and as a result, the threshold voltage of the memory transistor rises.

消去方法は、BTBT(Band-To-Band Tunneling:バンド間トンネル現象)ホットホール注入消去方式を用いることができる。すなわち、BTBT(バンド間トンネル現象)により発生したホールを電荷蓄積部(絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b)に注入することにより消去を行う。例えば図4の「消去」の欄に示されるような電圧を、消去を行う選択メモリセルの各部位に印加し、BTBT現象によりホールを発生させ電界加速することで選択メモリセルの絶縁膜5中の窒化シリコン膜5b中にホールを注入し、それによってメモリトランジスタのしきい値電圧を低下させる。   As an erasing method, a BTBT (Band-To-Band Tunneling) hot hole injection erasing method can be used. That is, erasing is performed by injecting holes generated by BTBT (band-to-band tunneling phenomenon) into the charge storage portion (the silicon nitride film 5b in the insulating film 5). For example, a voltage as shown in the “erase” column of FIG. 4 is applied to each part of the selected memory cell to be erased, holes are generated by the BTBT phenomenon, and the electric field is accelerated, whereby the insulating film 5 of the selected memory cell is Holes are injected into the silicon nitride film 5b, thereby lowering the threshold voltage of the memory transistor.

読出し時には、例えば図4の「読出」の欄に示されるような電圧を、読出しを行う選択メモリセルの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmgを、書込み状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧と消去状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧との間の値にすることで、メモリセルに電流が流れるか否かで、書込み状態と消去状態とを判別することができる。   At the time of reading, for example, a voltage as shown in the “read” column of FIG. 4 is applied to each part of the selected memory cell to be read. By setting the voltage Vmg applied to the memory gate electrode MG at the time of reading to a value between the threshold voltage of the memory transistor in the writing state and the threshold voltage of the memory transistor in the erasing state, current flows in the memory cell. The writing state and the erasing state can be discriminated depending on whether or not it flows.

本実施の形態においては、上述のように、書き込み方式をSSI方式、消去方法をBTBTホットホール注入消去方式として説明したが、それらに限定されるものではなく、FN(Fowler Nordheim)方式のように、電子またはホールのトンネリングによる動作方法で書込みまたは消去を行うことも可能である。   In the present embodiment, as described above, the writing method is described as the SSI method, and the erasing method is the BTBT hot hole injection erasing method. However, the present invention is not limited to these, and the FN (Fowler Nordheim) method is used. It is also possible to perform writing or erasing by an operation method by electron or hole tunneling.

[製法説明]
次いで、図5〜図15を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図5〜図15は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
[Product description]
Next, the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 15 and the configuration of the semiconductor device will be further clarified. 5 to 15 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

まず、図5に示すように、半導体基板(半導体ウエハ)1として、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなるシリコン基板を準備する。なお、シリコン基板以外の半導体基板1を用いてもよい。   First, as shown in FIG. 5, as a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1, a silicon substrate made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 Ωcm is prepared. A semiconductor substrate 1 other than the silicon substrate may be used.

上記半導体基板1は、不揮発性メモリのメモリセルMCが形成されるメモリセル領域1Aと、周辺回路を構成するnチャネル型MISFETQnが形成される周辺回路領域2Aを有している。   The semiconductor substrate 1 has a memory cell region 1A where a memory cell MC of a nonvolatile memory is formed, and a peripheral circuit region 2A where an n-channel MISFET Qn constituting a peripheral circuit is formed.

次いで、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。例えば、半導体基板1中に素子分離溝を形成し、この素子分離溝の内部に絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域2を形成する。このような素子分離法は、STI(Shallow Trench Isolation)法と呼ばれる。この他、LOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などを用いて素子分離領域2を形成してもよい。   Next, the element isolation region 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. For example, an element isolation region 2 is formed by forming an element isolation groove in the semiconductor substrate 1 and embedding an insulating film in the element isolation groove. Such an element isolation method is called an STI (Shallow Trench Isolation) method. In addition, the element isolation region 2 may be formed using a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method or the like.

次いで、半導体基板1のメモリセル領域1Aにp型ウエルPW1を、半導体基板1の周辺回路領域2Aにp型ウエルPW2を、それぞれ形成する。p型ウエルPW1、PW2は、p型不純物(例えばホウ素(B)など)をイオン注入することによって形成する。   Next, a p-type well PW1 is formed in the memory cell region 1A of the semiconductor substrate 1, and a p-type well PW2 is formed in the peripheral circuit region 2A of the semiconductor substrate 1, respectively. The p-type wells PW1 and PW2 are formed by ion implantation of a p-type impurity (for example, boron (B)).

次いで、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2)の表面を清浄化した後、図6に示すように、半導体基板1の主面(p型ウエルPW1、PW2の表面)に、絶縁膜(ゲート絶縁膜)3として、例えば、酸化シリコン膜を熱酸化法により、2〜3nm程度の膜厚で形成する。絶縁膜3としては、酸化シリコン膜の他、酸窒化シリコン膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。また、熱酸化法の他、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法を用いて形成してもよい。   Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2) by dilute hydrofluoric acid cleaning or the like, as shown in FIG. 6, the main surface of the semiconductor substrate 1 (surfaces of the p-type wells PW1, PW2) Further, as the insulating film (gate insulating film) 3, for example, a silicon oxide film is formed with a film thickness of about 2 to 3 nm by a thermal oxidation method. As the insulating film 3, in addition to the silicon oxide film, another insulating film such as a silicon oxynitride film may be used. Further, in addition to the thermal oxidation method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method may be used.

次に、半導体基板1の全面上に、導電性膜(導電体膜)としてシリコン膜4を形成する。このシリコン膜4として、例えば、n型不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P)など)を含有する多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて、100〜200nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜4として、非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理を施すことにより結晶化させてもよい。シリコン膜4の成膜時にn型不純物を導入する場合には、成膜用のガスにドーピングガス(n型不純物添加用のガス)を含ませることで、n型不純物を含有するシリコン膜4を成膜することができる。なお、シリコン膜の成膜後に、n型不純物(不純物イオン)をイオン注入法などで導入してもよい。   Next, a silicon film 4 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 as a conductive film (conductor film). As the silicon film 4, for example, a polycrystalline silicon film containing an n-type impurity (for example, arsenic (As) or phosphorus (P)) is formed with a film thickness of about 100 to 200 nm using a CVD method or the like. As the silicon film 4, an amorphous silicon film may be deposited and crystallized by heat treatment. When n-type impurities are introduced when the silicon film 4 is formed, the doping gas (gas for adding n-type impurities) is included in the film-forming gas so that the silicon film 4 containing n-type impurities is added. A film can be formed. Note that n-type impurities (impurity ions) may be introduced by an ion implantation method or the like after the silicon film is formed.

次いで、シリコン膜4の制御ゲート電極CGの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去することにより、制御ゲート電極CGを形成する。このような、フォトリソグラフィからフォトレジスト膜の除去までの一連の工程をパターニングという。   Next, a photoresist film (not shown) is formed using a photolithography method in a region where the control gate electrode CG of the silicon film 4 is to be formed, and the silicon film 4 is etched using this photoresist film as a mask. . Subsequently, the control gate electrode CG is formed by removing the photoresist film by ashing or the like. A series of steps from photolithography to removal of the photoresist film is called patterning.

ここで、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの下に残存する絶縁膜3が、制御トランジスタのゲート絶縁膜となる。なお、制御ゲート電極CGで覆われた部分以外の絶縁膜3は、以降のパターニング工程などにより除去され得る。   Here, in the memory cell region 1A, the insulating film 3 remaining under the control gate electrode CG becomes the gate insulating film of the control transistor. The insulating film 3 other than the portion covered with the control gate electrode CG can be removed by a subsequent patterning process or the like.

次いで、必要に応じて、メモリトランジスタのしきい電圧を調整するために、メモリセル領域1Aのp型ウエルPW1の表面部(表層部)に対してチャネルドープイオン注入を行う。   Next, if necessary, channel dope ion implantation is performed on the surface portion (surface layer portion) of the p-type well PW1 in the memory cell region 1A in order to adjust the threshold voltage of the memory transistor.

次いで、半導体基板1の主面を清浄化処理した後、図7に示すように、制御ゲート電極CGの表面(上面および側面)上を含む半導体基板1上に、絶縁膜(ゲート絶縁膜)5として、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜を形成する。ここでは、絶縁膜5として、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cが下から順に積層された積層膜を形成する。例えば、まず、半導体基板1(p型ウエルPW1)の表面上と制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)上とに酸化シリコン膜5aを熱酸化法(好ましくはISSG(In Situ Steam Generation)酸化)により例えば3〜6nm程度の膜厚で形成する。次いで、窒化シリコン膜5bをCVD法で例えば5〜10nm程度の膜厚で堆積し、さらに、酸化シリコン膜5cをCVD法により例えば4〜7nm程度の膜厚で形成する。これにより、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜からなる絶縁膜5を形成することができる(図2参照)。なお、酸化シリコン膜5aをCVD法で形成してもよい。また、窒化シリコン膜5bの上層部分を酸化することにより、酸化シリコン膜5cを形成してもよい。この場合、酸化シリコン膜5cの耐圧が大きくなる。   Next, after cleaning the main surface of the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 7, an insulating film (gate insulating film) 5 is formed on the semiconductor substrate 1 including the surface (upper surface and side surfaces) of the control gate electrode CG. Then, an insulating film having a charge storage portion is formed inside. Here, as the insulating film 5, a laminated film in which a silicon oxide film 5a, a silicon nitride film 5b, and a silicon oxide film 5c are laminated in order from the bottom is formed. For example, first, the silicon oxide film 5a is oxidized on the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG by a thermal oxidation method (preferably ISSG (In Situ Steam Generation)). ), For example, with a film thickness of about 3 to 6 nm. Next, a silicon nitride film 5b is deposited with a thickness of about 5 to 10 nm by a CVD method, and a silicon oxide film 5c is formed with a thickness of about 4 to 7 nm by a CVD method. Thereby, the insulating film 5 made of a laminated film of the silicon oxide film 5a, the silicon nitride film 5b, and the silicon oxide film 5c can be formed (see FIG. 2). Note that the silicon oxide film 5a may be formed by a CVD method. Alternatively, the silicon oxide film 5c may be formed by oxidizing the upper layer portion of the silicon nitride film 5b. In this case, the breakdown voltage of the silicon oxide film 5c increases.

また、本実施の形態においては、絶縁膜5の内部の電荷蓄積部(電荷蓄積層、トラップ準位を有する絶縁膜)として、窒化シリコン膜5bを形成しているが、例えば酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。これらの膜は、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ある。また、シリコンナノドットで電荷蓄積層を形成してもよい。   In the present embodiment, the silicon nitride film 5b is formed as a charge storage portion (charge storage layer, insulating film having a trap level) inside the insulating film 5. However, for example, an aluminum oxide film, an oxide film Other insulating films such as a hafnium film or a tantalum oxide film may be used. These films are high dielectric constant films having a higher dielectric constant than the silicon nitride film. Further, the charge storage layer may be formed of silicon nanodots.

メモリセル領域1Aに形成された絶縁膜5は、メモリゲート電極MGのゲート絶縁膜として機能し、電荷保持(電荷蓄積)機能を有する。したがって、少なくとも3層の積層構造を有し、外側の層(酸化シリコン膜5a、5c)のポテンシャル障壁高さに比べ、内側の層(窒化シリコン膜5b)のポテンシャル障壁高さが低くなるよう構成する。   The insulating film 5 formed in the memory cell region 1A functions as a gate insulating film of the memory gate electrode MG and has a charge holding (charge storage) function. Therefore, it has a laminated structure of at least three layers and is configured such that the potential barrier height of the inner layer (silicon nitride film 5b) is lower than the potential barrier height of the outer layers (silicon oxide films 5a and 5c). To do.

次いで、絶縁膜5上に、ノンドープシリコン膜6aとして、ノンドープの多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて30〜80nm程度の膜厚で形成する。即ち、成膜時において、原料ガス中に、ドーピングガス(不純物添加用のガス)を含まない状態で、多結晶シリコン膜(6a)を成膜する。   Next, a non-doped polycrystalline silicon film is formed as a non-doped silicon film 6a on the insulating film 5 with a film thickness of about 30 to 80 nm using a CVD method or the like. That is, at the time of film formation, the polycrystalline silicon film (6a) is formed without including a doping gas (impurity addition gas) in the source gas.

次いで、図8および図9に示すように、ノンドープシリコン膜6aの表面に、ドープトシリコン膜(ドープトシリコン層、ドープトシリコン部)6bを形成する。このドープトシリコン膜6bは、ノンドープシリコン膜6aの表面に、p型不純物(例えばホウ素(B)またはインジウム(In)など)を斜めイオン注入することにより形成する(図8)。   Next, as shown in FIGS. 8 and 9, a doped silicon film (doped silicon layer, doped silicon portion) 6b is formed on the surface of the non-doped silicon film 6a. The doped silicon film 6b is formed by implanting p-type impurities (for example, boron (B) or indium (In)) into the surface of the non-doped silicon film 6a by oblique ion implantation (FIG. 8).

斜めイオン注入工程として、図8に示すように、半導体基板1に対し、90°未満の所定の角度θ(例えば、45°)で、p型不純物を注入し、さらに、半導体基板1に対し、180−θ(例えば、135°)の角度で、p型不純物を注入する。この斜めイオン注入によれば、制御ゲート電極CGの側面部に位置するノンドープシリコン膜6aの表面にもp型不純物が注入される。   As the oblique ion implantation step, as shown in FIG. 8, p-type impurities are implanted into the semiconductor substrate 1 at a predetermined angle θ (for example, 45 °) of less than 90 °. A p-type impurity is implanted at an angle of 180-θ (for example, 135 °). According to this oblique ion implantation, p-type impurities are also implanted into the surface of the non-doped silicon film 6a located on the side surface of the control gate electrode CG.

ホウ素をイオン注入する場合には、例えば、4keVのエネルギーで、5E15個/cm程度の濃度で注入する。なお、5E15は、5×1015を表す。また、インジウムをイオン注入する場合には、例えば、50keVのエネルギーで、5E15個/cm程度の濃度で注入する。 When boron is ion-implanted, for example, it is implanted at a concentration of about 5E15 / cm 2 with an energy of 4 keV. Note that 5E15 represents 5 × 10 15 . Further, in the case of ion implantation of indium, for example, it is implanted at a concentration of about 5E15 / cm 2 with an energy of 50 keV.

この工程により、絶縁膜5に接する近傍の領域にはノンドープシリコン膜6aが存在し、ノンドープシリコン膜6a上の領域には、ドープトシリコン膜6bが形成されることになる。図9に示すように、このように形成された状態を、制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)上に、絶縁膜5を介して、シリコン膜6からなる積層膜(多層シリコン膜)が形成され、その積層膜の下側がノンドープシリコン膜6aであり、上側がドープトシリコン膜6bであるとも言える。   By this step, the non-doped silicon film 6a is present in the region in contact with the insulating film 5, and the doped silicon film 6b is formed in the region on the non-doped silicon film 6a. As shown in FIG. 9, a stacked film (multilayer silicon film) made of the silicon film 6 is formed on the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG with the insulating film 5 interposed therebetween. It can be said that the lower side of the laminated film is the non-doped silicon film 6a and the upper side is the doped silicon film 6b.

p型不純物の注入領域は、ノンドープシリコン膜6aの表面から例えば20〜50nm程度とする。言い換えれば、ドープトシリコン膜6bの膜厚(厚さ)t2を、20〜50nm程度とする。その結果、絶縁膜5上に、ノンドープシリコン膜6aとして、ノンドープの多結晶シリコン膜が10〜30nm程度の膜厚(厚さ)t1で残存する(図9)。   The implantation region of the p-type impurity is, for example, about 20 to 50 nm from the surface of the non-doped silicon film 6a. In other words, the film thickness (thickness) t2 of the doped silicon film 6b is about 20 to 50 nm. As a result, a non-doped polycrystalline silicon film remains as a non-doped silicon film 6a on the insulating film 5 with a film thickness (thickness) t1 of about 10 to 30 nm (FIG. 9).

上記t1とt2の関係において、t1<t2とすることが好ましい。このp型不純物の注入領域(t2)は、注入条件、不純物イオンの注入(打ち込み)エネルギーや不純物イオンの注入濃度(注入量、ドーズ量)などの制御により調整することができる。   In the relationship between t1 and t2, it is preferable that t1 <t2. This p-type impurity implantation region (t2) can be adjusted by controlling implantation conditions, impurity ion implantation (implantation) energy, impurity ion implantation concentration (implantation amount, dose amount), and the like.

なお、ノンドープシリコン膜6aの形成に際し、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理により多結晶化してもよい。また、p型不純物の注入領域(t2)は、上記注入条件の他、その後の熱負荷(熱処理工程)による不純物イオンの熱拡散を考慮して、最終工程において、上記所定の膜厚となるよう形成されることが好ましい。   In forming the non-doped silicon film 6a, an amorphous silicon film may be formed and polycrystallized by heat treatment. In addition to the above implantation conditions, the p-type impurity implantation region (t2) takes into account the thermal diffusion of impurity ions due to the subsequent thermal load (heat treatment step), and has the predetermined film thickness in the final step. Preferably it is formed.

次いで、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの積層膜であるシリコン膜6をエッチバックする(選択的に除去する)。このエッチバック工程では、シリコン膜6をその表面から所定の膜厚分だけ異方性のドライエッチングにより除去する。この工程により、図10に示すように、制御ゲート電極CGの両側の側壁部に、絶縁膜5を介して、シリコン膜6を、サイドウォールスペーサ状に残存させることができる。制御ゲート電極CGの両方の側壁部のうち、一方の側壁部に残存したシリコン膜6(6a、6b、側壁膜)により、メモリゲート電極MGが形成される。また、他方の側壁部に残存したシリコン膜6(6a、6b、側壁膜)により、シリコンスペーサSP1が形成される。メモリゲート電極MGとシリコンスペーサSP1とは、制御ゲート電極CGの互いに反対側となる側壁部に形成されており、制御ゲート電極CGを挟んでほぼ対称な構造となる。   Next, the silicon film 6 which is a laminated film of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b is etched back (selectively removed). In this etch back step, the silicon film 6 is removed from the surface by anisotropic dry etching by a predetermined thickness. By this step, as shown in FIG. 10, the silicon film 6 can be left in the form of a side wall spacer on the side wall portions on both sides of the control gate electrode CG via the insulating film 5. The memory gate electrode MG is formed by the silicon film 6 (6a, 6b, sidewall film) remaining on one of the sidewall portions of the control gate electrode CG. Further, the silicon spacer SP1 is formed by the silicon film 6 (6a, 6b, sidewall film) remaining on the other sidewall portion. The memory gate electrode MG and the silicon spacer SP1 are formed on side walls opposite to each other of the control gate electrode CG, and have a substantially symmetrical structure with the control gate electrode CG interposed therebetween.

上記メモリゲート電極MGの下の絶縁膜5が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜となる。シリコン膜6の堆積膜厚(すなわち6aと6bの膜厚)によってメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まる。したがって、シリコン膜6の堆積膜厚(すなわちt1+t2)を調整することで、メモリゲート長を調整することができる。   The insulating film 5 under the memory gate electrode MG becomes a gate insulating film of the memory transistor. The memory gate length (gate length of the memory gate electrode MG) is determined by the deposited film thickness of the silicon film 6 (that is, the film thickness of 6a and 6b). Therefore, the memory gate length can be adjusted by adjusting the deposited film thickness of the silicon film 6 (that is, t1 + t2).

次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、メモリゲート電極MGが覆われかつシリコンスペーサSP1が露出されるようなフォトレジスト膜(図示せず)を半導体基板1上に形成する。このフォトレジスト膜をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、図11に示すように、シリコンスペーサSP1を除去する。その後、このフォトレジスト膜をアッシングなどにより除去する。   Next, using a photolithography technique, a photoresist film (not shown) that covers the memory gate electrode MG and exposes the silicon spacer SP1 is formed on the semiconductor substrate 1. By dry etching using this photoresist film as an etching mask, the silicon spacer SP1 is removed as shown in FIG. Thereafter, the photoresist film is removed by ashing or the like.

次いで、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGで覆われずに露出している部分をエッチング(例えばウェットエッチング)によって除去する。この際、周辺回路領域2Aにおいて、絶縁膜5がエッチングされ、シリコン膜4が露出する。   Next, a portion of the insulating film 5 that is exposed without being covered with the memory gate electrode MG is removed by etching (for example, wet etching). At this time, the insulating film 5 is etched and the silicon film 4 is exposed in the peripheral circuit region 2A.

次いで、周辺回路領域2Aにおいて、シリコン膜4のnチャネル型MISFETQnのゲート電極GEの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去することにより、ゲート電極GEを形成する。ゲート電極GEの下に残存する絶縁膜3が、nチャネル型MISFETQnのゲート絶縁膜となる。なお、ゲート電極GEで覆われた部分以外の絶縁膜3は、上記ゲート電極GEの形成時に除去してもよいし、また、以降のパターニング工程などにより除去してもよい。   Next, in the peripheral circuit region 2A, a photoresist film (not shown) is formed using a photolithography method in a region where the gate electrode GE of the n-channel MISFET Qn of the silicon film 4 is to be formed, and this photoresist film is masked. Then, the silicon film 4 is etched. Subsequently, the gate electrode GE is formed by removing the photoresist film by ashing or the like. The insulating film 3 remaining under the gate electrode GE becomes the gate insulating film of the n-channel type MISFET Qn. The insulating film 3 other than the portion covered with the gate electrode GE may be removed when the gate electrode GE is formed, or may be removed by a subsequent patterning process or the like.

次いで、図12に示すように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CG側の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n型半導体領域7bを形成する。また、隣り合うメモリゲート電極MG間の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n型半導体領域7aを形成する。この際、n型半導体領域7aは、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成され、n型半導体領域7bは、制御ゲート電極CGの側壁(絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。n型半導体領域7aとn型半導体領域7bとは、同じイオン注入工程で形成してもよいが、ここでは、異なるイオン注入工程で形成している。このように、異なるイオン注入工程で形成することにより、n型半導体領域7a及びn型半導体領域7bをそれぞれ所望の不純物濃度及び所望の接合の深さで形成することが可能となる。一方、異なるイオン注入工程で不純物を注入する際には、n型半導体領域7aまたはn型半導体領域7bにおいて注入しない方の領域にフォトレジスト膜を形成することが好ましい(図示せず)。ここで、異なるイオン注入工程でメモリゲート電極MGに整合したn型半導体領域7aを形成する場合においてフォトレジスト膜を形成することが好ましい領域として、少なくともn型半導体領域7bが考えられる。が、本実施の形態においては、上述したように、メモリゲート電極MGを形成するシリコン膜6中に不純物としてp型不純物を導入しているため、メモリゲート電極MGを構成するドープトシリコン膜6b中のp型不純物とn型半導体領域7aを形成する際に注入するn型不純物とを相殺(キャンセル)しないようにするためには、上記フォトレジスト膜がメモリゲート電極MGも覆うように形成することが望ましい。しかし、メモリゲート電極MGがちょうど覆われるようにフォトレジスト膜を形成することは、フォトリソグラフィの精度によっては困難な場合が考えられる。その場合、メモリゲート電極MG上の一部にはフォトレジスト膜が形成されず、メモリゲート電極MG中には、n型半導体領域7aを形成する際のn型不純物の一部が注入され、メモリゲート電極MGを構成するドープトシリコン膜6b中のp型不純物と相殺することが考えられる。しかし、そのような場合においても、<1>メモリゲート電極MGを構成するドープトシリコン膜6b中のp型不純物濃度は、n型半導体領域7aの不純物の濃度と比較して十分高濃度である。また、<2>図12に示すように、メモリゲート電極MGにおけるドープトシリコン膜6bの高さt3に対して、n型半導体領域7aの接合の深さt4は小さく形成される。上記<1>および<2>のため、本実施の形態において形成されるメモリセルMCの特性にはほとんど影響を与えないと考えられる。 Next, as shown in FIG. 12, in the memory cell region 1A, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is implanted into the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on the control gate electrode CG side. Thus, the n type semiconductor region 7b is formed. Also, an n type semiconductor region 7a is formed by implanting an n type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) into the semiconductor substrate 1 (p type well PW1) between adjacent memory gate electrodes MG. To do. At this time, n - -type semiconductor regions 7a are (is and adjacent side control gate electrode CG via the insulating film 5 opposite side wall of) the sidewalls of the memory gate electrode MG are formed self-aligned to, n - -type The semiconductor region 7b is formed in self-alignment with the side wall of the control gate electrode CG (the side wall opposite to the side adjacent to the memory gate electrode MG via the insulating film 5). The n type semiconductor region 7a and the n type semiconductor region 7b may be formed by the same ion implantation process, but here are formed by different ion implantation processes. As described above, the n -type semiconductor region 7a and the n -type semiconductor region 7b can be formed with a desired impurity concentration and a desired junction depth by forming them in different ion implantation steps. On the other hand, when implanting impurities in different ion implantation steps, it is preferable to form a photoresist film in a region that is not implanted in the n type semiconductor region 7a or the n type semiconductor region 7b (not shown). Here, in the case where the n type semiconductor region 7a aligned with the memory gate electrode MG is formed by different ion implantation processes, at least the n type semiconductor region 7b can be considered as a region where it is preferable to form a photoresist film. However, in the present embodiment, as described above, since the p-type impurity is introduced as the impurity into the silicon film 6 that forms the memory gate electrode MG, the doped silicon film 6b that constitutes the memory gate electrode MG. In order not to cancel (cancel) the p-type impurity therein and the n-type impurity implanted when forming the n type semiconductor region 7a, the photoresist film is formed to cover the memory gate electrode MG. It is desirable to do. However, it may be difficult to form a photoresist film so that the memory gate electrode MG is just covered depending on the accuracy of photolithography. In that case, a photoresist film is not formed on a part of the memory gate electrode MG, and a part of the n-type impurity at the time of forming the n -type semiconductor region 7a is implanted into the memory gate electrode MG, It is conceivable to cancel the p-type impurity in the doped silicon film 6b constituting the memory gate electrode MG. However, even in such a case, the p-type impurity concentration in the doped silicon film 6b constituting the <1> memory gate electrode MG is sufficiently higher than the impurity concentration in the n type semiconductor region 7a. is there. <2> As shown in FIG. 12, the junction depth t4 of the n type semiconductor region 7a is formed smaller than the height t3 of the doped silicon film 6b in the memory gate electrode MG. Because of the above <1> and <2>, it is considered that the characteristics of the memory cell MC formed in the present embodiment are hardly affected.

また、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW2)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n型半導体領域7を形成する。この際、n型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に自己整合して形成される。 Further, in the peripheral circuit region 2A, an n type semiconductor is implanted by injecting an n type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) into the semiconductor substrate 1 (p type well PW2) on both sides of the gate electrode GE. Region 7 is formed. At this time, the n type semiconductor region 7 is formed in self-alignment with the sidewall of the gate electrode GE.

次いで、図13に示すように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの合成パターンの側壁部に、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜などの絶縁膜からなる側壁絶縁膜SWを形成する。また、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。例えば、半導体基板1の主面全面上に酸化シリコン膜などの絶縁膜を堆積し、この絶縁膜をエッチバックすることによって、上記合成パターン(CG、MG)の側壁部およびゲート電極GEの側壁部に側壁絶縁膜SWを形成する。   Next, as shown in FIG. 13, in the memory cell region 1 </ b> A, for example, a silicon oxide or silicon nitride film or a stack of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the side wall portion of the combined pattern of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. A sidewall insulating film SW made of an insulating film such as a film is formed. In the peripheral circuit region 2A, a sidewall insulating film SW is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, and the insulating film is etched back to thereby form the side wall portion of the synthetic pattern (CG, MG) and the side wall portion of the gate electrode GE. Then, the sidewall insulating film SW is formed.

次いで、図14に示すように、メモリセル領域1Aにおいて、少なくとも、側壁絶縁膜SW間から露出するn型半導体領域7aおよびその両側のメモリゲート電極MGを覆うように、フォトレジスト膜PR1を形成する。なお、後述のn型不純物の注入に際し、周辺回路領域2Aにおいて図示していないpチャネル型MISFETの形成領域上をフォトレジスト膜で覆う必要がある。このフォトレジスト膜の形成時に、上記フォトレジスト膜PR1を残存させれば、フォトレジスト膜の形成工程(露光マスク)が増えることはない。 Next, as shown in FIG. 14, in the memory cell region 1A, a photoresist film PR1 is formed so as to cover at least the n type semiconductor region 7a exposed from between the sidewall insulating films SW and the memory gate electrodes MG on both sides thereof. To do. Note that when an n-type impurity to be described later is implanted, it is necessary to cover a p-channel MISFET formation region (not shown) with a photoresist film in the peripheral circuit region 2A. If the photoresist film PR1 is left during the formation of the photoresist film, the photoresist film formation process (exposure mask) does not increase.

次いで、このフォトレジスト膜(マスク膜)PR1、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよび側壁絶縁膜SWをマスクとして、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を、半導体基板1(p型ウエルPW1)に注入することで、高不純物濃度のn型半導体領域8bを形成する。この際、n型半導体領域8bは、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CG側の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。n型半導体領域8bは、n型半導体領域7a及びn型半導体領域7bよりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。また、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW2)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n型半導体領域8を形成する。この際、n型半導体領域8は、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEの側壁部の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。これにより、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側にLDD構造のソース、ドレイン領域(7、8)が形成される。 Next, using this photoresist film (mask film) PR1, control gate electrode CG, memory gate electrode MG and sidewall insulating film SW as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is added to the semiconductor substrate 1 ( By implantation into the p-type well PW1), a high impurity concentration n + -type semiconductor region 8b is formed. At this time, the n + type semiconductor region 8b is formed in self-alignment with the sidewall insulating film SW on the control gate electrode CG side in the memory cell region 1A. The n + type semiconductor region 8b is formed as a semiconductor region having a higher impurity concentration and a deeper junction than the n type semiconductor region 7a and the n type semiconductor region 7b. In the peripheral circuit region 2A, an n + type semiconductor such as arsenic (As) or phosphorus (P) is implanted into the semiconductor substrate 1 (p type well PW2) on both sides of the gate electrode GE. Region 8 is formed. At this time, the n + type semiconductor region 8 is formed in self-alignment with the sidewall insulating film SW on the sidewall portion of the gate electrode GE in the peripheral circuit region 2A. As a result, in the peripheral circuit region 2A, source and drain regions (7, 8) having an LDD structure are formed on both sides of the gate electrode GE.

一方、メモリセル領域1Aにおいては、n型半導体領域7aおよびその両側のメモリゲート電極MGを覆うように、フォトレジスト膜PR1を形成しているので、かかる領域、即ち、メモリゲート電極MG間に位置する半導体基板1(p型ウエルPW1)中には、高濃度不純物領域は形成されない。また、メモリゲート電極MG中に、n型不純物が注入されず、メモリゲート電極MGを構成するドープトシリコン膜6b中のp型不純物が相殺(キャンセル)されない。 On the other hand, in the memory cell region 1A, since the photoresist film PR1 is formed so as to cover the n type semiconductor region 7a and the memory gate electrodes MG on both sides thereof, the region, that is, between the memory gate electrodes MG, is formed. In the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) located, a high concentration impurity region is not formed. Further, the n-type impurity is not implanted into the memory gate electrode MG, and the p-type impurity in the doped silicon film 6b constituting the memory gate electrode MG is not canceled (cancelled).

上記工程により、n型半導体領域7bとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域8bとにより、メモリトランジスタのドレイン領域として機能するn型のドレイン領域MDが構成され、n型半導体領域7aのみにより、制御トランジスタのソース領域として機能するn型のソース領域MSが構成される。 By the above process, the n type semiconductor region 7b and the n + type semiconductor region 8b having a higher impurity concentration constitute an n type drain region MD that functions as the drain region of the memory transistor, and the n type semiconductor region Only 7a constitutes an n-type source region MS that functions as a source region of the control transistor.

次に、ソース領域MS(n型半導体領域7a)、ドレイン領域MD(n型半導体領域7bおよびn型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化するための熱処理を行う。 Next, the impurities introduced into the source region MS (n type semiconductor region 7a), the drain region MD (n type semiconductor region 7b and n + type semiconductor region 8b), and the source and drain regions (7, 8) are activated. A heat treatment is performed to make it.

以上の工程により、メモリセル領域1Aに不揮発性メモリのメモリセルMCが、周辺回路領域2Aにnチャネル型MISFETQnが形成される(図15参照)。   Through the above steps, the memory cell MC of the nonvolatile memory is formed in the memory cell region 1A, and the n-channel MISFET Qn is formed in the peripheral circuit region 2A (see FIG. 15).

次いで、必要に応じて、例えば希フッ酸などを用いたウェットエッチングを行って、半導体基板1の主表面を清浄化する。これにより、n型半導体領域7aの上面とn型半導体領域8bの上面と制御ゲート電極CGの上面とメモリゲート電極MGの上面とが清浄化され、自然酸化膜などの不要物が除去される。また、n型半導体領域8の上面とゲート電極GEの上面とが清浄化され、自然酸化膜などの不要物が除去される。 Next, if necessary, wet etching using, for example, diluted hydrofluoric acid is performed to clean the main surface of the semiconductor substrate 1. Thereby, the upper surface of the n type semiconductor region 7a, the upper surface of the n + type semiconductor region 8b, the upper surface of the control gate electrode CG, and the upper surface of the memory gate electrode MG are cleaned, and unnecessary substances such as a natural oxide film are removed. The Further, the upper surface of the n + type semiconductor region 8 and the upper surface of the gate electrode GE are cleaned, and unnecessary materials such as a natural oxide film are removed.

次いで、サリサイド技術を用いて、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、n型半導体領域7aおよびn型半導体領域8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層(金属シリサイド膜)11を形成する。また、ゲート電極GEおよびn型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層11を形成する。この金属シリサイド層11により、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。この金属シリサイド層11は、次のようにして形成することができる。 Next, metal silicide layers (metal silicide films) 11 are respectively formed on the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the n type semiconductor region 7a, and the n + type semiconductor region 8b by using the salicide technique. In addition, metal silicide layers 11 are formed on the gate electrode GE and the n + type semiconductor region 8, respectively. With this metal silicide layer 11, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. The metal silicide layer 11 can be formed as follows.

例えば、半導体基板1の主面全面上に、金属膜(図示せず)を形成し、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n型半導体領域7aおよびn型半導体領域8、8bの上層部分と上記金属膜とを反応させる。これにより、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n型半導体領域7aおよびn型半導体領域8、8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層11が形成される。上記金属膜は、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。 For example, a metal film (not shown) is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, and the semiconductor substrate 1 is subjected to heat treatment, whereby the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, n The upper layer portion of the type semiconductor region 7a and the n + type semiconductor regions 8 and 8b are reacted with the metal film. As a result, the metal silicide layers 11 are formed on the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrode GE, the n type semiconductor region 7a, and the n + type semiconductor regions 8 and 8b, respectively. The metal film is made of, for example, a cobalt (Co) film or a nickel (Ni) film, and can be formed using a sputtering method or the like.

次いで、未反応の金属膜を除去した後、半導体基板1の主面全面上に、絶縁膜(層間絶縁膜)12として、例えば、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上に該窒化シリコン膜よりも厚く形成された酸化シリコン膜との積層膜を、例えばCVD法などを用いて形成する。この絶縁膜12の形成後、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などを用いて絶縁膜12の上面を平坦化する。   Next, after removing the unreacted metal film, an insulating film (interlayer insulating film) 12 is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a single film of a silicon oxide film or a silicon nitride film and the silicon nitride. A stacked film with a silicon oxide film formed thicker than the silicon nitride film is formed on the film by using, for example, a CVD method. After the formation of the insulating film 12, the upper surface of the insulating film 12 is flattened using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like as necessary.

次いで、絶縁膜12をドライエッチングすることにより、絶縁膜12にコンタクトホール(開口部、貫通孔)を形成する。次いで、コンタクトホール内に、バリア導体膜13aおよび主導体膜13bの積層膜を形成する。次いで、絶縁膜12上の不要な主導体膜13bおよびバリア導体膜13aをCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグPGを形成する。このプラグPGは、例えば、n型半導体領域8、8bの上部に形成される。また、図1に示す断面には現れないが、プラグPGは、例えばn型半導体領域7a、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEの上部などにも形成される。なお、バリア導体膜13aとしては、例えば、チタン膜、窒化チタン膜、あるいはこれらの積層膜を用いることができる。また、主導体膜13bとしては、タングステン膜などを用いることができる。 Next, the insulating film 12 is dry etched to form contact holes (openings, through holes) in the insulating film 12. Next, a laminated film of the barrier conductor film 13a and the main conductor film 13b is formed in the contact hole. Next, the unnecessary main conductor film 13b and barrier conductor film 13a on the insulating film 12 are removed by a CMP method, an etch back method, or the like, thereby forming a plug PG. For example, the plug PG is formed above the n + type semiconductor regions 8 and 8b. Although not shown in the cross section shown in FIG. 1, the plug PG is also formed, for example, on the n type semiconductor region 7a, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the gate electrode GE. As the barrier conductor film 13a, for example, a titanium film, a titanium nitride film, or a laminated film thereof can be used. Further, a tungsten film or the like can be used as the main conductor film 13b.

次いで、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜12上に配線(配線層)M1を形成することにより図1および図2に示す本実施の形態の半導体装置が形成される。配線M1は、例えば、ダマシン技術(ここではシングルダマシン技術)を用いて形成する。   Next, by forming the wiring (wiring layer) M1 on the insulating film 12 in which the plug PG is embedded, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is formed. The wiring M1 is formed using, for example, damascene technology (here, single damascene technology).

まず、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜12上に絶縁膜(層間絶縁膜)14を形成し、この絶縁膜14に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて配線溝を形成する。次いで、配線溝の内部を含む半導体基板1の主面上にバリア導体膜(図示せず)を形成し、続いて、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層(図示せず)を形成する。次いで、電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成し、銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。その後、配線溝内以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜をCMP法により除去して、銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。なお、バリア導体膜としては、例えば、窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜などを用いることができる。   First, an insulating film (interlayer insulating film) 14 is formed on the insulating film 12 in which the plug PG is embedded, and a wiring trench is formed in the insulating film 14 using a photolithography technique and a dry etching technique. Next, a barrier conductor film (not shown) is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the inside of the wiring trench, and then a copper seed layer (not shown) is formed on the barrier conductor film by a CVD method or a sputtering method. Z). Next, a copper plating film is formed on the seed layer using an electrolytic plating method or the like, and the inside of the wiring groove is embedded with the copper plating film. Thereafter, the copper plating film, the seed layer, and the barrier metal film in a region other than the inside of the wiring trench are removed by CMP to form a first layer wiring M1 using copper as a main conductive material. For example, a titanium nitride film, a tantalum film, or a tantalum nitride film can be used as the barrier conductor film.

その後、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明を省略する。なお、配線M1およびそれよりも上層の配線は、上記ダマシン技術の他、配線用の導電性膜をパターニングすることにより形成することもできる。この場合、導電性膜としては、例えばタングステンまたはアルミニウムなどを用いることができる。   Thereafter, the second and subsequent wirings are formed by a dual damascene method or the like, but illustration and description thereof are omitted here. In addition to the damascene technique, the wiring M1 and the wiring higher than the wiring M1 can be formed by patterning a conductive film for wiring. In this case, for example, tungsten or aluminum can be used as the conductive film.

このように、本実施の形態によれば、p型不純物を導入したメモリゲート電極MGを形成している。これにより、以下の効果を奏する。   Thus, according to the present embodiment, the memory gate electrode MG into which the p-type impurity is introduced is formed. Thereby, the following effects are produced.

メモリゲート電極MGをp型不純物が導入されたp型のゲート電極として形成することにより、メモリセルMCのホール保持特性が向上する。図16(a)は、本実施の形態のように、メモリゲート電極MGがp型のゲート電極であり、半導体基板1がp型である場合のバンド図である。一方、図16(b)は、メモリゲート電極MGがn型のゲート電極であり、半導体基板1がp型である場合のバンド図である。図中の矢印は、図16(b)より図16(a)の方がメモリゲート電極から半導体基板に対して電界が弱いことを示している。図16(a)に示すように、メモリゲート電極MGをp型のゲート電極として形成することにより、図16(b)のように、メモリゲート電極MGをn型のゲート電極を形成する場合と比較して、絶縁膜5に印加される電界が緩和され、消去状態においてホールに対して電界が弱まる方向に作用する。したがって、メモリセルMCのホールの保持特性をさらに向上させることができる。即ち、消去状態の維持が良好となり、リテンションが向上する。   By forming the memory gate electrode MG as a p-type gate electrode into which a p-type impurity is introduced, the hole retention characteristics of the memory cell MC are improved. FIG. 16A is a band diagram when the memory gate electrode MG is a p-type gate electrode and the semiconductor substrate 1 is a p-type as in the present embodiment. On the other hand, FIG. 16B is a band diagram when the memory gate electrode MG is an n-type gate electrode and the semiconductor substrate 1 is a p-type. The arrows in the drawing indicate that the electric field in FIG. 16A is weaker from the memory gate electrode to the semiconductor substrate than in FIG. As shown in FIG. 16A, by forming the memory gate electrode MG as a p-type gate electrode, the memory gate electrode MG is formed as an n-type gate electrode as shown in FIG. In comparison, the electric field applied to the insulating film 5 is relaxed and acts in a direction in which the electric field weakens against holes in the erased state. Therefore, the hole retention characteristics of the memory cell MC can be further improved. That is, the erased state can be maintained well and the retention is improved.

特に、半導体装置の微細化、即ち、メモリゲート長の微細化に伴い、電子の保持特性よりホールの保持特性が劣化する傾向にあるため、メモリゲート電極MGのp型化、即ち、メモリゲート電極MGにp型不純物を含有させ、ホールの保持特性を向上させることがリテンション特性の向上に対して効果的である。   In particular, as the semiconductor device is miniaturized, that is, the memory gate length is miniaturized, the hole retention characteristic tends to be deteriorated rather than the electron retention characteristic. Therefore, the memory gate electrode MG is made p-type, that is, the memory gate electrode. It is effective for improving retention characteristics to include MG with p-type impurities to improve hole retention characteristics.

上記のような効果に加えて、本実施の形態においては、メモリゲート電極MGを形成するシリコン膜6において、絶縁膜5に接した領域の近傍がノンドープシリコン膜6aで形成され、その領域が半導体基板1の表面に沿って延在することで、さらに以下の効果を奏する。   In addition to the above effects, in the present embodiment, in the silicon film 6 that forms the memory gate electrode MG, the vicinity of the region in contact with the insulating film 5 is formed by the non-doped silicon film 6a, and the region is a semiconductor. By extending along the surface of the substrate 1, the following effects are further obtained.

即ち、絶縁膜5に接するメモリゲート電極MGの下部をノンドープシリコン膜6aで構成することで、メモリの電荷保持特性が向上する。これは、絶縁膜5の直上の領域、即ち、メモリゲート電極MGの下部において空乏化が生じやすく、絶縁膜5中の電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)に電界が加わりにくくなることにより、電荷蓄積部に、蓄積された電荷(電子またはホール)が抜け難く、電荷保持特性が向上するためである。言い換えれば、絶縁膜5(窒化シリコン膜5b)における電界が緩和され、電荷蓄積層からメモリゲート電極MGに電荷が移動しにくくなり、不揮発性メモリのデータ保持特性を向上させることができるのである。   That is, by forming the lower part of the memory gate electrode MG in contact with the insulating film 5 with the non-doped silicon film 6a, the charge retention characteristics of the memory are improved. This is because depletion is likely to occur in a region immediately above the insulating film 5, that is, below the memory gate electrode MG, and an electric field is less likely to be applied to the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) in the insulating film 5. This is because charges (electrons or holes) accumulated in the charge accumulating portion are difficult to escape and charge retention characteristics are improved. In other words, the electric field in the insulating film 5 (silicon nitride film 5b) is relaxed, and it becomes difficult for charges to move from the charge storage layer to the memory gate electrode MG, so that the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved.

このように、メモリゲート電極をp型のゲート電極で形成すること、絶縁膜5に接して形成されている近傍の領域をノンドープシリコン膜6aで形成し、その領域を半導体基板1の表面に沿って延在させること、それぞれにおいて、上述したような独立の効果を有するが、これらを組み合わせた構造としてメモリセルMCを形成することにより、ホールの保持特性を向上させ、さらにリテンション特性の向上を図ることが可能となる。   In this way, the memory gate electrode is formed of a p-type gate electrode, the region in contact with the insulating film 5 is formed with the non-doped silicon film 6a, and the region is formed along the surface of the semiconductor substrate 1. In each case, the above-described independent effects are obtained. However, by forming the memory cell MC as a combination of these, the hole retention characteristic is improved and the retention characteristic is further improved. It becomes possible.

また、組み合わせた構造としてメモリセルMCを形成することにより、メモリゲート電極MGの上層部にはp型不純物が導入される(メモリゲート電極MGの上層部にp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bが形成される)ので、メモリゲート電極MGの低抵抗化を図ることができる。このため、不揮発性メモリの動作速度を向上させることができる。また、メモリゲート電極MGは、長い配線(メモリゲート電極MGの延在方向に並んだ複数のメモリセルのメモリゲート電極MG同士を接続する配線)状に形成される。よって、この配線自身を低抵抗化することができるため、不揮発性メモリ全体の動作速度を向上させることができる。   Further, by forming the memory cell MC as a combined structure, p-type impurities are introduced into the upper layer portion of the memory gate electrode MG (a doped silicon film containing p-type impurities in the upper layer portion of the memory gate electrode MG). 6b is formed), the resistance of the memory gate electrode MG can be reduced. For this reason, the operation speed of the nonvolatile memory can be improved. The memory gate electrode MG is formed in a long wiring shape (wiring that connects the memory gate electrodes MG of a plurality of memory cells arranged in the extending direction of the memory gate electrode MG). Therefore, since the resistance of the wiring itself can be reduced, the operation speed of the entire nonvolatile memory can be improved.

さらに、メモリトランジスタのソース領域(MS)を、n型半導体領域7aのみで構成したので、メモリゲート電極MG上をフォトレジスト膜PR1で覆うことができ、メモリゲート電極MG(p型不純物を含有するドープトシリコン膜6b)中に高濃度のn型不純物が導入され、メモリゲート電極MGが高抵抗化することを回避することができる。 Further, since the source region (MS) of the memory transistor is configured only by the n type semiconductor region 7a, the memory gate electrode MG can be covered with the photoresist film PR1, and the memory gate electrode MG (containing p-type impurities) is included. It is possible to avoid a high resistance n-type impurity being introduced into the doped silicon film 6b) to increase the resistance of the memory gate electrode MG.

また、本実施の形態においては、メモリゲート電極MGのp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bと制御ゲート電極CGとの間にも、ノンドープシリコン膜6aが介在しているため、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの耐圧を向上させることができ、メモリセルMCの耐圧を向上させることができる。   In the present embodiment, since the non-doped silicon film 6a is also interposed between the doped silicon film 6b containing the p-type impurity of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, the memory gate electrode The breakdown voltage between the MG and the control gate electrode CG can be improved, and the breakdown voltage of the memory cell MC can be improved.

また、上述の図12に示す工程でn型半導体領域7aを形成するときに、メモリゲート電極MG上部にn型不純物が導入される可能性があることを記載した。本実施の形態においては、メモリゲート電極MGをp型のゲート電極として形成するために、メモリゲート電極MGを構成するシリコン膜6にp型不純物を導入しているため、メモリゲート電極MG中には、n型不純物を導入することを回避することが好ましい。しかし、上述したような、メモリゲート電極MG中へのn型不純物の導入を回避することが困難な場合であっても、以下のような効果を有することが考えられる。 Further, it has been described that, when the n type semiconductor region 7a is formed in the process shown in FIG. In the present embodiment, in order to form the memory gate electrode MG as a p-type gate electrode, p-type impurities are introduced into the silicon film 6 constituting the memory gate electrode MG. It is preferable to avoid introducing n-type impurities. However, even if it is difficult to avoid the introduction of the n-type impurity into the memory gate electrode MG as described above, it is conceivable that the following effects can be obtained.

図12の工程において、p型不純物が導入されたメモリゲート電極MGにn型半導体領域7aを形成する工程におけるn型不純物が導入された場合、メモリゲート電極MGにn型不純物が導入される領域は、n型半導体領域7aの接合の深さと同程度の領域である。即ち、メモリゲート電極MGにおいて上面から深さt4程度の領域にn型不純物が導入されることになる。この場合、メモリゲート電極に既に導入されていたp型不純物とn型半導体領域7aを形成する際にメモリゲート電極MGに導入されたn型不純物が相殺することにより、メモリゲート電極MGの上部において、p型不純物の濃度が薄くなったとみなすことができる。これにより、メモリゲート電極MGにn型不純物が導入された領域(p型不純物の濃度が薄くなったとみなせる領域)がメモリゲート電極MGへの負電圧印加時に空乏化し易くなるため、BTBTホットホール注入消去方式で消去動作を行う際に、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CG間にかかる電圧が緩和される。したがって、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CG間にリーク電流が流れにくくなり、メモリセルMCの電気的性能を向上させることができる。このような効果は、後述の実施の形態においても同様に奏するものである。 In the process of FIG. 12, when the n-type impurity is introduced in the process of forming the n -type semiconductor region 7a into the memory gate electrode MG into which the p-type impurity is introduced, the n-type impurity is introduced into the memory gate electrode MG. The region is a region having the same degree as the junction depth of the n type semiconductor region 7a. That is, an n-type impurity is introduced into a region having a depth of about t4 from the upper surface in the memory gate electrode MG. In this case, the p-type impurity already introduced into the memory gate electrode and the n-type impurity introduced into the memory gate electrode MG at the time of forming the n type semiconductor region 7a cancel each other. It can be considered that the concentration of the p-type impurity is reduced. As a result, the region where the n-type impurity is introduced into the memory gate electrode MG (the region where the concentration of the p-type impurity is considered to be thin) is likely to be depleted when a negative voltage is applied to the memory gate electrode MG. When performing an erase operation by the erase method, the voltage applied between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is relaxed. Accordingly, it is difficult for a leak current to flow between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, and the electrical performance of the memory cell MC can be improved. Such an effect is also achieved in the embodiments described later.

このように、本実施の形態によれば、不揮発性メモリを有する半導体装置の特性を向上させることができる。また、特性の良好な不揮発性メモリを有する半導体装置を簡易な工程で形成することができる。   Thus, according to the present embodiment, the characteristics of a semiconductor device having a nonvolatile memory can be improved. In addition, a semiconductor device having a nonvolatile memory with favorable characteristics can be formed by a simple process.

ここで、絶縁膜5上に空乏層を形成することにより、電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)に蓄えた電荷(電子またはホール)がメモリゲート電極MGに移動してデータが反転する現象を抑制してデータ保持特性を向上させる観点からは、メモリゲート電極MGを形成するシリコン膜6において、絶縁膜5に接した領域のノンドープシリコン膜6aの膜厚t1が0より大きければ、効果を有する。ただし、一定の効果を得るために、ノンドープシリコン膜6aの厚さt1が絶縁膜5における酸化シリコン膜5cの膜厚以上形成されることが好ましい。さらに、より十分な効果を得ること、及び、製造工程中の熱処理におけるシリコン膜6中のp型不純物の拡散の可能性を加味した製造の容易性を考慮すると、ノンドープシリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1は10nm以上であることが好ましい。この観点から、上記製造工程中に形成するノンドープシリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)t1は10nm以上として記載している(以下の実施の形態においても同様)。また、メモリゲート電極MGの低抵抗化を図る観点からは、ドープトシリコン膜6bの厚さ(堆積膜厚)t2は20nm以上(すなわちt2≧20nm)とすることが好ましい。   Here, by forming a depletion layer on the insulating film 5, the charge (electrons or holes) stored in the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) moves to the memory gate electrode MG and the data is inverted. From the viewpoint of improving the data retention characteristics by suppressing the above, if the thickness t1 of the non-doped silicon film 6a in the region in contact with the insulating film 5 is larger than 0 in the silicon film 6 forming the memory gate electrode MG, the effect is obtained. Have. However, in order to obtain a certain effect, it is preferable that the thickness t1 of the non-doped silicon film 6a is formed to be equal to or greater than the thickness of the silicon oxide film 5c in the insulating film 5. Furthermore, in consideration of obtaining a more sufficient effect and the ease of manufacturing in consideration of the possibility of diffusion of p-type impurities in the silicon film 6 in the heat treatment during the manufacturing process, the thickness of the non-doped silicon film 6a ( The deposited film thickness t1 is preferably 10 nm or more. From this viewpoint, the thickness (deposited film thickness) t1 of the non-doped silicon film 6a formed during the manufacturing process is described as 10 nm or more (the same applies to the following embodiments). From the viewpoint of reducing the resistance of the memory gate electrode MG, the thickness (deposited film thickness) t2 of the doped silicon film 6b is preferably 20 nm or more (that is, t2 ≧ 20 nm).

また、ノンドープシリコン膜6aの膜厚t1とドープトシリコン膜6bの膜厚t2との合計によってメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まるため、ノンドープシリコン膜6aとドープトシリコン膜6bとの合計の厚さ(すなわちt1+t2)に対し、t2を半分以上とすることが好ましい。   Further, since the memory gate length (gate length of the memory gate electrode MG) is determined by the sum of the film thickness t1 of the non-doped silicon film 6a and the film thickness t2 of the doped silicon film 6b, the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b. T2 is preferably half or more of the total thickness (ie, t1 + t2).

(実施の形態2)
実施の形態1においては、メモリゲート電極MGを形成する際に、ノンドープシリコン膜6aの表面に、p型不純物を斜めイオン注入することにより、メモリゲート電極MGを形成するシリコン膜6をノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの積層膜として形成したが(図9)、これらの膜(6a、6b)を個別に成膜してもよい。図17および図18は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, when the memory gate electrode MG is formed, a p-type impurity is obliquely ion-implanted into the surface of the non-doped silicon film 6a, so that the silicon film 6 for forming the memory gate electrode MG is converted into a non-doped silicon film. Although formed as a laminated film of 6a and doped silicon film 6b (FIG. 9), these films (6a, 6b) may be formed individually. 17 and 18 are fragmentary cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment.

本実施の形態の半導体装置の構造については、実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する(図1、図2等を参照)。また、本実施の形態の半導体装置の製造工程については、絶縁膜5の形成工程までは、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する。即ち、制御ゲート電極CGを形成した後(図6参照)、実施の形態1と同様に、制御ゲート電極CGの上面および側面上を含む半導体基板1の主面上に、絶縁膜5を形成する。   Since the structure of the semiconductor device of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, description thereof is omitted (see FIGS. 1 and 2). Further, the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment up to the step of forming the insulating film 5, and therefore detailed description thereof is omitted. That is, after forming the control gate electrode CG (see FIG. 6), the insulating film 5 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the upper surface and side surfaces of the control gate electrode CG, as in the first embodiment. .

次いで、図17に示すように、絶縁膜5上に、ノンドープシリコン膜6aとして、ノンドープ(アンドープ)の多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて10〜30nm程度の膜厚t1で形成する。即ち、成膜時において、原料ガス中に、p型のドーピングガス(p型の不純物添加用のガス)を含まない状態で、多結晶シリコン膜を成膜する。次いで、図18に示すように、ドープトシリコン膜6bとして、p型不純物(例えばホウ素(B)またはインジウム(In)など)が注入された多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて20〜50nm程度の膜厚t2で形成する。即ち、ドープトシリコン膜6bの成膜時において、原料ガス中に、ドーピングガス(不純物添加用のガス)を含ませた状態で成膜する。ノンドープシリコン膜6aの膜厚t1よりも、ドープトシリコン膜6bの膜厚t2を厚くすること(すなわちt1<t2)が好ましい。なお、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの成膜に際し、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理により多結晶化してもよい。   Next, as shown in FIG. 17, a non-doped (undoped) polycrystalline silicon film is formed on the insulating film 5 as a non-doped silicon film 6a with a film thickness t1 of about 10 to 30 nm using a CVD method or the like. That is, at the time of film formation, the polycrystalline silicon film is formed in a state where the source gas does not contain a p-type doping gas (p-type impurity addition gas). Next, as shown in FIG. 18, as a doped silicon film 6b, a polycrystalline silicon film into which a p-type impurity (for example, boron (B) or indium (In)) is implanted is formed to a thickness of 20 to 50 nm using a CVD method or the like. The film is formed with a film thickness t2. That is, when the doped silicon film 6b is formed, the film is formed in a state in which a doping gas (impurity addition gas) is included in the source gas. It is preferable to make the thickness t2 of the doped silicon film 6b thicker (that is, t1 <t2) than the thickness t1 of the non-doped silicon film 6a. In forming the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b, an amorphous silicon film may be formed and polycrystallized by heat treatment.

ここで、ドープトシリコン膜6bの不純物濃度はノンドープシリコン膜6aの不純物濃度よりも高く、ドープトシリコン膜6bの抵抗率(比抵抗)はノンドープシリコン膜6aの抵抗率(比抵抗)よりも低くなっている。   Here, the impurity concentration of the doped silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the non-doped silicon film 6a, and the resistivity (specific resistance) of the doped silicon film 6b is lower than the resistivity (specific resistance) of the non-doped silicon film 6a. It has become.

上記工程により、制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)上に、絶縁膜5を介して、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの積層膜6が形成される(図18)。この後、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの積層膜6をエッチバックすることにより、メモリゲート電極MG等を形成するのであるが、上記積層膜6の形成後の工程は、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する(図9〜図15、および図1、図2参照)。   Through the above process, the laminated film 6 of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b is formed on the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG via the insulating film 5 (FIG. 18). Thereafter, the memory gate electrode MG and the like are formed by etching back the laminated film 6 of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b. The steps after the formation of the laminated film 6 are described in the embodiment. 1, detailed description thereof is omitted (see FIGS. 9 to 15, and FIGS. 1 and 2).

このように、本実施の形態においても、実施の形態1と同様の構成の半導体装置を形成することができ、実施の形態1と同様の効果を奏する。さらに、本実施の形態によれば、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの膜厚の制御が容易となる。また、ドープトシリコン膜6bの不純物濃度の制御が容易となる。   As described above, also in this embodiment, a semiconductor device having the same configuration as that of the first embodiment can be formed, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, the film thickness of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b can be easily controlled. In addition, the impurity concentration of the doped silicon film 6b can be easily controlled.

なお、上記実施の形態1および2においては、図1、図18などにおいて、ノンドープシリコン膜6aとp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bとの境界を明示したが、不純物は濃度プロファイルを構成するため、明確な境界の明示は困難である。ここでは、ノンドープシリコン膜6aとは、不純物濃度がn×E17/cmオーダー(n:1〜10)以下、より好ましくはn×E16/cmオーダー(n:1〜10)以下の領域を言うものとする。 In the first and second embodiments, the boundary between the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b containing the p-type impurity is clearly shown in FIGS. 1 and 18, but the impurity constitutes a concentration profile. Therefore, it is difficult to clearly define the boundary. Here, the non-doped silicon film 6a is a region having an impurity concentration of n × E17 / cm 3 order (n: 1 to 10) or less, more preferably n × E16 / cm 3 order (n: 1 to 10) or less. Say it.

よって、ノンドープシリコン膜6a中に微量のp型不純物を含有していてもよい。この場合も、上記実施の形態1、2に順ずる効果を奏する。このような微量のp型不純物は、例えば、ドープトシリコン膜6bからの拡散などにより生じ得る。   Therefore, a small amount of p-type impurities may be contained in the non-doped silicon film 6a. Also in this case, there is an effect in accordance with the first and second embodiments. Such a small amount of p-type impurity can be generated by, for example, diffusion from the doped silicon film 6b.

また、ノンドープシリコン膜6a中に、ドープトシリコン膜6bから拡散するp型不純物を相殺するため、あらかじめ微量のn型不純物を含有させていてもよい。かかる工程について、以下の実施の形態3で説明する。   Further, a small amount of n-type impurities may be contained in advance in the non-doped silicon film 6a in order to offset the p-type impurities diffused from the doped silicon film 6b. This process will be described in Embodiment 3 below.

(実施の形態3)
実施の形態1においては、ノンドープシリコン膜6aを形成したが、これに変えて、微量のn型不純物を含有させたシリコン膜6anを形成してもよい。図19は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the non-doped silicon film 6a is formed. Alternatively, a silicon film 6an containing a small amount of n-type impurities may be formed. FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

本実施の形態の半導体装置の構造については、実施の形態1のメモリゲート電極MGのノンドープシリコン膜6aが、微量のn型不純物を含有させたシリコン膜6anとなる以外は、同じ構成であるため、その説明を省略する(図1、図2等を参照)。   The structure of the semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the non-doped silicon film 6a of the memory gate electrode MG of the first embodiment is a silicon film 6an containing a small amount of n-type impurities. The description is omitted (see FIGS. 1 and 2).

また、本実施の形態の半導体装置の製造工程については、絶縁膜5の形成工程までは、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する。即ち、制御ゲート電極CGを形成した後(図6参照)、実施の形態1と同様に、制御ゲート電極CGの上面および側面上を含む半導体基板1の主面上に、絶縁膜5を形成する。   Further, the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment up to the step of forming the insulating film 5, and therefore detailed description thereof is omitted. That is, after forming the control gate electrode CG (see FIG. 6), the insulating film 5 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the upper surface and side surfaces of the control gate electrode CG, as in the first embodiment. .

次いで、図19に示すように、絶縁膜5上に、微量のn型不純物を含有させたシリコン膜6anをCVD法などを用いて10〜30nm程度の膜厚t1で形成する。例えば、原料ガス中に、n型のドーピングガス(n型の不純物添加用のガス)を微量に導入させた状態で、多結晶シリコン膜を成膜する。次いで、ドープトシリコン膜6bとして、p型不純物(例えばホウ素(B)またはインジウム(In)など)が注入された多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて20〜50nm程度の膜厚t2で形成する。即ち、ドープトシリコン膜6bの成膜時において、原料ガス中に、p型のドーピングガス(p型の不純物添加用のガス)を含ませた状態で成膜する。シリコン膜6an中のn型不純物の不純物濃度は、好ましくはn×E16/cmオーダー(n:1〜10)以下とする。また、シリコン膜6anの膜厚t1よりも、ドープトシリコン膜6bの膜厚t2を厚くすること(すなわちt1<t2)が好ましい。なお、シリコン膜6anおよびドープトシリコン膜6bの成膜に際し、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理により多結晶化してもよい。 Next, as shown in FIG. 19, a silicon film 6an containing a small amount of n-type impurity is formed on the insulating film 5 with a film thickness t1 of about 10 to 30 nm using a CVD method or the like. For example, the polycrystalline silicon film is formed in a state in which a small amount of n-type doping gas (n-type impurity addition gas) is introduced into the source gas. Next, a polycrystalline silicon film into which a p-type impurity (for example, boron (B) or indium (In) or the like) is implanted is formed as the doped silicon film 6b with a film thickness t2 of about 20 to 50 nm by using a CVD method or the like. To do. That is, when the doped silicon film 6b is formed, the source gas is formed in a state where a p-type doping gas (p-type impurity addition gas) is included. The impurity concentration of the n-type impurity in the silicon film 6an is preferably n × E16 / cm 3 order (n: 1 to 10) or less. Further, it is preferable to make the thickness t2 of the doped silicon film 6b thicker than the thickness t1 of the silicon film 6an (that is, t1 <t2). In forming the silicon film 6an and the doped silicon film 6b, an amorphous silicon film may be formed and polycrystallized by heat treatment.

上記工程により、制御ゲート電極CGの表面(側面および上面)上に、絶縁膜5を介して、微量のn型不純物を含有させたシリコン膜6anおよびドープトシリコン膜6bの積層膜(シリコン膜)6が形成される。この後、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bの積層膜(シリコン膜)6をエッチバックすることにより、メモリゲート電極MG等を形成するのであるが、上記積層膜()6の形成後の工程は、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する(図9〜図15、および図1、図2参照)。   Through the above process, a laminated film (silicon film) of a silicon film 6an and a doped silicon film 6b containing a trace amount of n-type impurities on the surface (side surface and upper surface) of the control gate electrode CG via the insulating film 5 6 is formed. Thereafter, the memory gate electrode MG and the like are formed by etching back the laminated film (silicon film) 6 of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b. Since the process is the same as that of Embodiment 1, the detailed description is abbreviate | omitted (refer FIGS. 9-15, FIG. 1, FIG. 2).

このように、本実施の形態によれば、実施の形態1に順ずる効果を奏する。さらに、本実施の形態によれば、メモリゲート電極MGにおいて、ドープトシリコン膜6b中のp型不純物が何らかの要因(例えば、以降の工程の熱負荷など)により、下層のシリコン膜6anに拡散しても、シリコン膜6an中の微量のn型不純物により相殺される。よって、p型不純物がシリコン膜6an中に拡散しても、実施の形態1等で説明したメモリゲート電極MGにおける電界緩和効果を維持することができる。   Thus, according to the present embodiment, there is an effect equivalent to that of the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, in the memory gate electrode MG, the p-type impurity in the doped silicon film 6b is diffused into the underlying silicon film 6an due to some factor (for example, the thermal load of the subsequent process). However, it is offset by a small amount of n-type impurities in the silicon film 6an. Therefore, even if the p-type impurity diffuses into the silicon film 6an, the electric field relaxation effect in the memory gate electrode MG described in the first embodiment or the like can be maintained.

以上、実施の形態1〜3において説明したこと、メモリゲート電極MGを構成する下層のシリコン膜(6a、6an)の中の不純物濃度について以下にまとめて説明する。   As described above in the first to third embodiments, the impurity concentration in the lower silicon film (6a, 6an) constituting the memory gate electrode MG will be collectively described below.

実施の形態1で説明したように、メモリゲート電極MGを構成する下層のシリコン膜(6a)は、真性(intrinsic)であることが望ましいが、実施の形態2で説明したように、微量のp型不純物を含有していてもよい。また、実施の形態3で説明したように、微量のn型不純物を含有していてもよい。上記微量のp型またはn型不純物とは、少なくとも、ドープトシリコン膜6bの不純物濃度より低い濃度をいい、好ましくはn×E16/cmオーダー(n:1〜10)以下の不純物濃度をいう。 As described in the first embodiment, the lower silicon film (6a) constituting the memory gate electrode MG is desirably intrinsic, but as described in the second embodiment, a small amount of p film is used. It may contain mold impurities. Further, as described in Embodiment 3, a trace amount of n-type impurities may be contained. The trace amount of p-type or n-type impurity means at least a concentration lower than the impurity concentration of the doped silicon film 6b, preferably an impurity concentration of n × E16 / cm 3 order (n: 1 to 10) or less. .

(実施の形態4)
実施の形態1においては、ノンドープシリコン膜6aの表面に、p型不純物を斜めイオン注入することにより、ドープトシリコン膜6bを形成したが(図8、図9)、p型不純物を垂直にイオン注入してもよい。図20〜図23は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。図24は、図23の一部を拡大した部分拡大断面図である。
(Embodiment 4)
In the first embodiment, doped silicon film 6b is formed on the surface of non-doped silicon film 6a by oblique ion implantation of p-type impurities (FIGS. 8 and 9), but p-type impurities are ionized vertically. It may be injected. 20 to 23 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 24 is a partially enlarged cross-sectional view in which a part of FIG. 23 is enlarged.

本実施の形態の半導体装置の構造については、メモリゲート電極MGの構成以外は、実施の形態1と同様であるため、メモリゲート電極MGの構成について以下に説明する。   Since the structure of the semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the configuration of the memory gate electrode MG, the configuration of the memory gate electrode MG will be described below.

本実施の形態の説明における最終工程断面図である図23および図24に示すように、メモリゲート電極MGは、シリコン膜6により形成されている。シリコン膜6は、絶縁膜5に接した領域の近傍がノンドープシリコン膜6aにより形成され、その領域が半導体基板1の表面に沿って延在している。また、ノンドープシリコン膜6a上の領域が、p型不純物が導入されたドープトシリコン膜6bにより形成されている。言い換えれば、シリコン膜6は、ノンドープシリコン膜6aとドープトシリコン膜6bとの積層膜であり、ノンドープシリコン膜6aが下層で、ドープトシリコン膜6bが上層となる。ノンドープシリコン膜6aは、ノンドープ(アンドープ)のシリコン膜からなり、ドープトシリコン膜6bは、p型不純物が導入(ドープ)されたシリコン膜からなる。p型不純物は、例えばホウ素(B)またはインジウム(In)などである。   As shown in FIGS. 23 and 24 which are final process cross-sectional views in the description of the present embodiment, the memory gate electrode MG is formed of the silicon film 6. The silicon film 6 is formed by a non-doped silicon film 6 a in the vicinity of a region in contact with the insulating film 5, and the region extends along the surface of the semiconductor substrate 1. The region on the non-doped silicon film 6a is formed by the doped silicon film 6b into which p-type impurities are introduced. In other words, the silicon film 6 is a laminated film of a non-doped silicon film 6a and a doped silicon film 6b, with the non-doped silicon film 6a being the lower layer and the doped silicon film 6b being the upper layer. The non-doped silicon film 6a is made of a non-doped (undoped) silicon film, and the doped silicon film 6b is made of a silicon film into which p-type impurities are introduced (doped). The p-type impurity is, for example, boron (B) or indium (In).

よって、ドープトシリコン膜6bの不純物濃度はノンドープシリコン膜6aの不純物濃度よりも高く、ドープトシリコン膜6bの抵抗率(比抵抗)はノンドープシリコン膜6aの抵抗率(比抵抗)よりも低くなっている。   Therefore, the impurity concentration of the doped silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the non-doped silicon film 6a, and the resistivity (specific resistance) of the doped silicon film 6b is lower than the resistivity (specific resistance) of the non-doped silicon film 6a. ing.

前述したとおり、ノンドープシリコン膜6aが下層で、ドープトシリコン膜6bが上層となる。即ち、絶縁膜5上に絶縁膜5に接した状態でノンドープシリコン膜6aが位置し、さらに、このノンドープシリコン膜6a上にドープトシリコン膜6bが位置するが、実施の形態1(図2)と異なり、本実施の形態においては、ノンドープシリコン膜6bと制御ゲート電極CGとの間に、ノンドープシリコン膜6aが介在しない(図24)。即ち、ノンドープシリコン膜6aは、半導体基板1の表面と平行に位置する、即ち、水平に形成される水平部を有するが、実施の形態1(図2)のように、半導体基板1の表面に対して略垂直に位置する垂直部を有さない。なお、絶縁膜5は、半導体基板1の表面と平行に位置する、即ち、水平に形成される水平部と、半導体基板1の表面に対して略垂直に位置する垂直部とを有する。   As described above, the non-doped silicon film 6a is the lower layer and the doped silicon film 6b is the upper layer. That is, the non-doped silicon film 6a is located on the insulating film 5 in contact with the insulating film 5, and the doped silicon film 6b is located on the non-doped silicon film 6a. The first embodiment (FIG. 2) Unlike this, in the present embodiment, the non-doped silicon film 6a is not interposed between the non-doped silicon film 6b and the control gate electrode CG (FIG. 24). That is, the non-doped silicon film 6a is positioned in parallel with the surface of the semiconductor substrate 1, that is, has a horizontal portion that is formed horizontally, but on the surface of the semiconductor substrate 1 as in the first embodiment (FIG. 2). On the other hand, it does not have a vertical part positioned substantially perpendicularly. The insulating film 5 has a horizontal portion that is parallel to the surface of the semiconductor substrate 1, that is, a horizontal portion that is formed horizontally, and a vertical portion that is positioned substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1.

また、本実施の形態の半導体装置の製造工程については、絶縁膜5の形成工程までは、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する。即ち、制御ゲート電極CGを形成した後(図6参照)、実施の形態1と同様に、制御ゲート電極CGの上面および側面上を含む半導体基板1の主面上に、絶縁膜5を形成する。   Further, the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment up to the step of forming the insulating film 5, and therefore detailed description thereof is omitted. That is, after forming the control gate electrode CG (see FIG. 6), the insulating film 5 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the upper surface and side surfaces of the control gate electrode CG, as in the first embodiment. .

次いで、絶縁膜5上に、ノンドープシリコン膜6aとして、ノンドープ(アンドープ)の多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて30〜70nm程度の膜厚で形成する。即ち、成膜時において、原料ガス中に、ドーピングガス(不純物添加用のガス)を含まない状態で、多結晶シリコン膜を成膜する(図7参照)。なお、ノンドープシリコン膜6aの形成に際し、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理により多結晶化してもよい。   Next, a non-doped (undoped) polycrystalline silicon film is formed as a non-doped silicon film 6a on the insulating film 5 with a film thickness of about 30 to 70 nm using a CVD method or the like. That is, at the time of film formation, a polycrystalline silicon film is formed without containing a doping gas (impurity addition gas) in the source gas (see FIG. 7). In forming the non-doped silicon film 6a, an amorphous silicon film may be formed and polycrystallized by heat treatment.

次いで、図20に示すように、ノンドープシリコン膜6aの表面に、p型不純物(例えばホウ素(B)またはインジウム(In)など)をほぼ垂直にイオン注入する。即ち、半導体基板1に対し、ほぼ垂直(0°〜5°程度)の角度θで、p型不純物を注入する。ホウ素をイオン注入する場合には、例えば、4keVのエネルギーで、5E15個/cm程度の濃度で注入する。なお、5E15は、5×1015を表す。また、インジウムをイオン注入する場合には、例えば、50keVのエネルギーで、5E15個/cm程度の濃度で注入する。 Next, as shown in FIG. 20, a p-type impurity (for example, boron (B) or indium (In)) is ion-implanted almost vertically into the surface of the non-doped silicon film 6a. That is, the p-type impurity is implanted at an angle θ substantially perpendicular (about 0 ° to 5 °) to the semiconductor substrate 1. When boron is ion-implanted, for example, it is implanted at a concentration of about 5E15 / cm 2 with an energy of 4 keV. Note that 5E15 represents 5 × 10 15 . Further, in the case of ion implantation of indium, for example, it is implanted at a concentration of about 5E15 / cm 2 with an energy of 50 keV.

この垂直イオン注入によれば、制御ゲート電極CGの側面部に対応するノンドープシリコン膜6aの表面にはp型不純物が注入されず、平坦部、即ち、制御ゲート電極CGの上部、この上部に連なる制御ゲート電極CGの側壁部の上部および絶縁膜5の上部に位置するノンドープシリコン膜6aにおいて、ノンドープシリコン膜6aの表面から所定の深さ(ここでは、30〜70nm程度)までp型不純物が注入される。   According to this vertical ion implantation, the p-type impurity is not implanted into the surface of the non-doped silicon film 6a corresponding to the side surface portion of the control gate electrode CG, and continues to the flat portion, that is, the upper portion of the control gate electrode CG. In the non-doped silicon film 6a located above the side wall of the control gate electrode CG and above the insulating film 5, p-type impurities are implanted from the surface of the non-doped silicon film 6a to a predetermined depth (here, about 30 to 70 nm). Is done.

次いで、図21に示すように、熱処理を施し、制御ゲート電極CGの側壁部に位置するノンドープシリコン膜6a中にp型不純物を拡散させる。この際、制御ゲート電極CGの側壁部に位置するノンドープシリコン膜6aにおいて、その底面(絶縁膜5の表面)から厚さtの位置までp型不純物が拡散するように、熱処理条件を調整する。言い換えれば、制御ゲート電極CGの側壁部に位置するノンドープシリコン膜6aにおいて、その底部に不純物を含有しない厚さtの領域が残存する程度にp型不純物を拡散させる。このtは、10〜30nm程度が好ましい。   Next, as shown in FIG. 21, heat treatment is performed to diffuse p-type impurities into the non-doped silicon film 6a located on the side wall of the control gate electrode CG. At this time, in the non-doped silicon film 6a located on the side wall of the control gate electrode CG, the heat treatment conditions are adjusted so that the p-type impurity diffuses from the bottom surface (the surface of the insulating film 5) to the position of the thickness t. In other words, in the non-doped silicon film 6a located on the side wall portion of the control gate electrode CG, p-type impurities are diffused to such an extent that a region of thickness t not containing impurities remains at the bottom portion. This t is preferably about 10 to 30 nm.

即ち、制御ゲート電極CGの側壁部に対応するノンドープシリコン膜6aにおいて、その底面(絶縁膜5の表面)から厚さtまでは、ノンドープシリコン膜6aが残存し、tより上部の領域においては、ドープトシリコン膜6bとなる。また、制御ゲート電極CGの側面部以外のノンドープシリコン膜6aも、ドープトシリコン膜6bとなる(図21)。   That is, in the non-doped silicon film 6a corresponding to the side wall of the control gate electrode CG, the non-doped silicon film 6a remains from the bottom surface (the surface of the insulating film 5) to the thickness t, and in the region above t, A doped silicon film 6b is formed. Further, the non-doped silicon film 6a other than the side surface portion of the control gate electrode CG also becomes the doped silicon film 6b (FIG. 21).

ここで、ドープトシリコン膜6bの不純物濃度はノンドープシリコン膜6aの不純物濃度よりも高く、ドープトシリコン膜6bの抵抗率(比抵抗)はノンドープシリコン膜6aの抵抗率(比抵抗)よりも低くなっている。   Here, the impurity concentration of the doped silicon film 6b is higher than the impurity concentration of the non-doped silicon film 6a, and the resistivity (specific resistance) of the doped silicon film 6b is lower than the resistivity (specific resistance) of the non-doped silicon film 6a. It has become.

この後、実施の形態1と同様に、ノンドープシリコン膜6aおよびドープトシリコン膜6bをエッチバックすることにより、メモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサ(SP1)を形成し、図22に示すように、シリコンスペーサSP1を除去する。さらに、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEを形成する。   Thereafter, as in the first embodiment, the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b are etched back to form the memory gate electrode MG and the silicon spacer (SP1). As shown in FIG. The spacer SP1 is removed. Further, the gate electrode GE is formed in the peripheral circuit region 2A.

以降の工程は、実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する(図12〜図14参照)。   Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted (see FIGS. 12 to 14).

上記工程により、図23および図24に示す半導体装置が形成される。   Through the above steps, the semiconductor device shown in FIGS. 23 and 24 is formed.

このように、本実施の形態によれば、メモリゲート電極MGを、ノンドープシリコン膜6aとp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bとの積層膜で形成したので、以下の効果を奏する。   As described above, according to the present embodiment, since the memory gate electrode MG is formed of the laminated film of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b containing p-type impurities, the following effects can be obtained.

メモリゲート電極MGをp型不純物を有したp型のゲート電極として形成することにより、ホールに対して電界が弱まる方向に作用し、メモリセルMCのホール保持特性が向上する。即ち、消去状態の維持が良好となり、リテンションが向上する。   By forming the memory gate electrode MG as a p-type gate electrode having a p-type impurity, it acts in a direction in which the electric field is weakened with respect to the holes, and the hole retention characteristics of the memory cell MC are improved. That is, the erased state can be maintained well and the retention is improved.

また、絶縁膜5に接するメモリゲート電極MGの下部をノンドープシリコン膜6aで構成することで、メモリの電荷保持特性が向上する。即ち、メモリゲート電極MGの下層部において空乏化が生じやすく、電界が加わりにくくなる。よって、電荷蓄積部に、蓄積された電荷(電子またはホール)が抜け難く、電荷保持特性が向上する。特に、上層部にp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bを有する場合には、ホールに対する電界がさらに緩和されることによりホールの保持特性がさらに向上する。即ち、消去状態の維持が良好となり、リテンションが向上する。   Further, the lower part of the memory gate electrode MG in contact with the insulating film 5 is formed of the non-doped silicon film 6a, thereby improving the charge retention characteristics of the memory. That is, depletion tends to occur in the lower layer portion of the memory gate electrode MG, and an electric field is hardly applied. Therefore, the charges (electrons or holes) accumulated in the charge accumulation portion are difficult to escape and the charge retention characteristics are improved. In particular, in the case where the upper layer portion includes the doped silicon film 6b containing a p-type impurity, the electric field with respect to the holes is further relaxed, thereby further improving the hole holding characteristics. That is, the erased state can be maintained well and the retention is improved.

また、メモリゲート電極MGの上層部をp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bで構成することで、メモリゲート電極MGの低抵抗化を図ることができる。このため、不揮発性メモリの動作速度を向上させることができる。また、メモリゲート電極MGは、長い配線(メモリゲート電極MGの延在方向に並んだ複数のメモリセルのメモリゲート電極MG同士を接続する配線)状に形成されるが、この配線自身を低抵抗化することができるため、不揮発性メモリ全体の動作速度を向上させることができる。   Further, by configuring the upper layer portion of the memory gate electrode MG with the doped silicon film 6b containing a p-type impurity, the resistance of the memory gate electrode MG can be reduced. For this reason, the operation speed of the nonvolatile memory can be improved. The memory gate electrode MG is formed in a long wiring shape (wiring that connects the memory gate electrodes MG of a plurality of memory cells arranged in the extending direction of the memory gate electrode MG). Therefore, the operation speed of the entire nonvolatile memory can be improved.

さらに、メモリトランジスタのソース領域(MS)を、n型半導体領域7aのみで構成することで、実施の形態1と同様に、図14に示す工程において高不純物濃度のn型半導体領域8bを形成する際にメモリゲート電極MG上をフォトレジスト膜PR1で覆うことができ、メモリゲート電極MG(p型不純物を含有するドープトシリコン膜6b)中にn型半導体領域7aよりも高濃度のn型不純物が導入され、メモリゲート電極MGが高抵抗化することを回避することができる。 Furthermore, by forming the source region (MS) of the memory transistor only by the n type semiconductor region 7a, the n + type semiconductor region 8b having a high impurity concentration can be formed in the step shown in FIG. 14 as in the first embodiment. When forming, the memory gate electrode MG can be covered with the photoresist film PR1, and the memory gate electrode MG (doped silicon film 6b containing p-type impurities) has a higher concentration than the n type semiconductor region 7a. It can be avoided that the n-type impurity is introduced and the resistance of the memory gate electrode MG is increased.

また、実施の形態1等の場合と異なり、本実施の形態においては、メモリゲート電極MGのp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bと制御ゲート電極CGとの間に、ノンドープシリコン膜6aが介在しない。即ち、実施の形態1のノンドープシリコン膜6aを構成する垂直部が存在しないため、書き込み特性が良くなる。言い換えれば、書き込みの際に電荷蓄積部に注入される電荷量が多くなる。または、書き込み電圧を低くしても所望電荷量を注入することができる。   Further, unlike the case of the first embodiment and the like, in this embodiment, the non-doped silicon film 6a is provided between the doped silicon film 6b containing the p-type impurity of the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. No intervention. That is, since there is no vertical portion constituting the non-doped silicon film 6a of the first embodiment, the writing characteristics are improved. In other words, the amount of charge injected into the charge storage portion during writing increases. Alternatively, a desired charge amount can be injected even when the writing voltage is lowered.

このように、本実施の形態によれば、不揮発性メモリを有する半導体装置の特性を向上させることができる。また、特性の良好な不揮発性メモリを有する半導体装置を簡易な工程で形成することができる。   Thus, according to the present embodiment, the characteristics of a semiconductor device having a nonvolatile memory can be improved. In addition, a semiconductor device having a nonvolatile memory with favorable characteristics can be formed by a simple process.

また、電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜5b)に蓄えた電荷(電子またはホール)がメモリゲート電極MGに移動してデータが反転する現象を抑制してデータ保持特性を向上させる観点からは、メモリゲート電極MGを形成するシリコン膜6において、絶縁膜5に接した領域のノンドープシリコン膜6aの膜厚tが0より大きければ、効果を有する。ただし、一定の効果を得るために、ノンドープシリコン膜6aの厚さtが絶縁膜5における酸化シリコン膜5cの膜厚以上形成されることが好ましい。さらに、より十分な効果を得ること、及び、製造工程中の熱処理におけるシリコン膜6中のp型不純物の拡散の可能性を加味した製造の容易性を考慮すると、ノンドープシリコン膜6aの膜厚tは10nm以上であることが好ましい。この観点から、上記製造工程中に形成するノンドープシリコン膜6aの厚さ(堆積膜厚)tは10nm以上として記載している。   Further, from the viewpoint of improving the data retention characteristics by suppressing the phenomenon that charges (electrons or holes) stored in the charge storage layer (here, the silicon nitride film 5b) move to the memory gate electrode MG to invert data, If the film thickness t of the non-doped silicon film 6a in the region in contact with the insulating film 5 is larger than 0 in the silicon film 6 forming the memory gate electrode MG, there is an effect. However, in order to obtain a certain effect, it is preferable that the thickness t of the non-doped silicon film 6 a be formed to be equal to or greater than the thickness of the silicon oxide film 5 c in the insulating film 5. Further, in consideration of obtaining a more sufficient effect and the ease of manufacturing in consideration of the possibility of diffusion of p-type impurities in the silicon film 6 in the heat treatment during the manufacturing process, the film thickness t of the non-doped silicon film 6a. Is preferably 10 nm or more. From this viewpoint, the thickness (deposited film thickness) t of the non-doped silicon film 6a formed during the manufacturing process is described as 10 nm or more.

また、メモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)に対し、tを半分以上とすることが好ましい。   Further, it is preferable that t is half or more of the memory gate length (the gate length of the memory gate electrode MG).

なお、本実施の形態のノンドープシリコン膜6aの部分においても、真性(intrinsic)であることが望ましいが、実施の形態2で説明したように、微量のp型不純物を含有していてもよい。また、実施の形態3で説明したように、微量のn型不純物を含有していてもよい。   In addition, although it is desirable that the non-doped silicon film 6a of this embodiment is also intrinsic, it may contain a small amount of p-type impurities as described in the second embodiment. Further, as described in Embodiment 3, a trace amount of n-type impurities may be contained.

(実施の形態5)
実施の形態1においては、制御トランジスタのソース領域として機能するn型のソース領域MSをn型半導体領域7aのみにより構成したが、n型半導体領域7a上にn型不純物を含有した多結晶シリコン膜22を形成してもよい。図25〜図29は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
(Embodiment 5)
In the first embodiment, the source region MS of n-type functioning as a source region of the control transistor n - -type semiconductor regions 7a is constituted only by, n - polycrystal containing a n-type impurity on the semiconductor region 7a A silicon film 22 may be formed. 25 to 29 are main-portion cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment.

本実施の形態の半導体装置の構造については、n型半導体領域7a上の多結晶シリコン膜22およびその上部の金属シリサイド層11以外の構成は、実施の形態1と同様であるため、n型半導体領域7a近傍の構成について以下に説明する。 The structure of the semiconductor device of this embodiment, n - for type polycrystalline silicon film 22 and the metal silicide layer other than 11 construction of the upper part of the semiconductor regions 7a are the same as in the first embodiment, n - The configuration in the vicinity of the type semiconductor region 7a will be described below.

本実施の形態の説明における最終工程断面図である図29に示すように、本実施の形態の半導体装置は、メモリゲート電極MG間の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に配置されたn型半導体領域7aを有する。このn型半導体領域7a上の側壁絶縁膜SW間には、多結晶シリコン膜22が配置されている。さらに、この多結晶シリコン膜22上には、金属シリサイド層11が配置されている。即ち、実施の形態1においては、n型半導体領域7a上に金属シリサイド層11が配置されているのに対し(図15参照)、本実施の形態においては、金属シリサイド層11はn型半導体領域7a上に配置されず、多結晶シリコン膜22上に配置されている。 As shown in FIG. 29 which is a final process cross-sectional view in the description of the present embodiment, the semiconductor device of the present embodiment includes n n disposed in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) between the memory gate electrodes MG. It has a -type semiconductor region 7a. A polycrystalline silicon film 22 is disposed between the sidewall insulating films SW on the n type semiconductor region 7a. Further, a metal silicide layer 11 is disposed on the polycrystalline silicon film 22. That is, in the first embodiment, the metal silicide layer 11 is disposed on the n type semiconductor region 7a (see FIG. 15), whereas in the present embodiment, the metal silicide layer 11 is an n type. Instead of being disposed on the semiconductor region 7 a, it is disposed on the polycrystalline silicon film 22.

本実施の形態の半導体装置の製造工程については、側壁絶縁膜SWの形成工程までは、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する。即ち、隣り合うメモリゲート電極MG間の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、n型不純物を注入することで、n型半導体領域(不純物拡散層)7aを形成した後(図12参照)、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの合成パターンの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する(図13参照)。また、周辺回路領域2Aにおいて、ゲート電極GEの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。 About the manufacturing process of the semiconductor device of this Embodiment, since it is the same as that of Embodiment 1 until the formation process of side wall insulating film SW, the detailed description is abbreviate | omitted. That is, after an n type semiconductor region (impurity diffusion layer) 7a is formed by implanting an n type impurity into the semiconductor substrate 1 (p type well PW1) between adjacent memory gate electrodes MG (see FIG. 12). ) A sidewall insulating film SW is formed on the sidewall portion of the combined pattern of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG (see FIG. 13). In the peripheral circuit region 2A, a sidewall insulating film SW is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE.

次いで、図25に示すように、半導体基板1の主面全面上に、保護膜21として例えば、酸化シリコン膜をCVD法などを用いて形成する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、n型半導体領域7aの上方に開口OAを有するフォトレジスト膜PR2を形成する。 Next, as shown in FIG. 25, for example, a silicon oxide film is formed as a protective film 21 on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 using a CVD method or the like. Next, a photoresist film PR2 having an opening OA is formed above the n type semiconductor region 7a by using a photolithography method.

次いで、フォトレジスト膜PR2をマスクとして用いて、保護膜21をエッチングする。このエッチングにより、メモリゲート電極MG間(側壁絶縁膜SW間)のn型半導体領域7aが露出する。この後、フォトレジスト膜PR2をアッシングなどにより除去する。 Next, the protective film 21 is etched using the photoresist film PR2 as a mask. By this etching, the n type semiconductor region 7a between the memory gate electrodes MG (between the sidewall insulating films SW) is exposed. Thereafter, the photoresist film PR2 is removed by ashing or the like.

次いで、図26に示すように、半導体基板1の主面全面上に、n型不純物を含有した多結晶シリコン膜22を形成する。この多結晶シリコン膜22は、例えば、CVD法などを用いて、メモリゲート電極MG間(側壁絶縁膜SW間)を埋め込むことができる程度の膜厚で形成する。即ち、成膜時において、原料ガス中に、n型のドーピングガス(n型の不純物添加用のガス)を含ませた状態で、多結晶シリコン膜22を上記膜厚で成膜する。なお、ノンドープの多結晶シリコン膜を成膜し、イオン注入によりn型不純物を含有させてもよい。また、非晶質シリコン膜を形成し、熱処理により多結晶化してもよい。   Next, as shown in FIG. 26, a polycrystalline silicon film 22 containing an n-type impurity is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1. The polycrystalline silicon film 22 is formed with a film thickness that can be embedded between the memory gate electrodes MG (between the sidewall insulating films SW) by using, for example, a CVD method. That is, at the time of film formation, the polycrystalline silicon film 22 is formed with the above film thickness in a state where the source gas contains n-type doping gas (n-type impurity addition gas). Note that a non-doped polycrystalline silicon film may be formed and an n-type impurity may be contained by ion implantation. Alternatively, an amorphous silicon film may be formed and polycrystallized by heat treatment.

次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、n型半導体領域7aの上方にフォトレジスト膜PR3を形成する。例えば、このフォトレジスト膜PR3の平面形状(パターン)は、上記フォトレジスト膜PR2の開口OAの平面形状と対応する。 Next, using a photolithography method, a photoresist film PR3 is formed above the n type semiconductor region 7a. For example, the planar shape (pattern) of the photoresist film PR3 corresponds to the planar shape of the opening OA of the photoresist film PR2.

次いで、図27に示すように、フォトレジスト膜PR3をマスクとして用いて、多結晶シリコン膜22をエッチングする。この後、フォトレジスト膜PR3をアッシングなどにより除去することにより、n型半導体領域7a上にn型不純物を含有した多結晶シリコン膜22を形成する。 Next, as shown in FIG. 27, the polycrystalline silicon film 22 is etched using the photoresist film PR3 as a mask. Thereafter, the photoresist film PR3 is removed by ashing or the like to form a polycrystalline silicon film 22 containing an n-type impurity on the n -type semiconductor region 7a.

次いで、必要に応じて、例えば希フッ酸などを用いたウェットエッチングを行って、半導体基板1の主表面を清浄化した後、図28に示すように、サリサイド技術を用いて、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、多結晶シリコン膜22およびn型半導体領域8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層11を形成する。また、ゲート電極GEおよびn型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層11を形成する。この金属シリサイド層11は、実施の形態1と同様の工程で形成することができる。 Next, if necessary, wet etching using, for example, dilute hydrofluoric acid is performed to clean the main surface of the semiconductor substrate 1, and then, as shown in FIG. 28, using the salicide technique, the control gate electrode CG The metal silicide layers 11 are formed on the memory gate electrode MG, the polycrystalline silicon film 22 and the n + type semiconductor region 8b, respectively. In addition, metal silicide layers 11 are formed on the gate electrode GE and the n + type semiconductor region 8, respectively. This metal silicide layer 11 can be formed in the same process as in the first embodiment.

この後、図29に示すように、半導体基板1の主面全面上に、絶縁膜12を形成し、必要に応じてその上面を平坦化した後、プラグPGを形成する。次いで、絶縁膜14を形成し、絶縁膜14中に配線M1を形成する。さらに、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線(図示せず)を形成する。この絶縁膜12、プラグPG、配線M1および2層目以降の配線は、実施の形態1と同様の工程で形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 29, the insulating film 12 is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1, and the upper surface is planarized as necessary, and then the plug PG is formed. Next, the insulating film 14 is formed, and the wiring M <b> 1 is formed in the insulating film 14. Further, the second and subsequent wirings (not shown) are formed by a dual damascene method or the like. The insulating film 12, the plug PG, the wiring M1, and the second and subsequent wirings can be formed in the same process as in the first embodiment.

このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様にメモリゲート電極MGを、ノンドープシリコン膜6aとp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bとの積層膜で形成したので、実施の形態1と同様に不揮発性メモリのデータ保持特性を向上させることができる。また、実施の形態1と同様にメモリゲート電極MGの上層部をp型不純物を含有するドープトシリコン膜6bで構成することで、メモリゲート電極MGの低抵抗化を図ることができ、不揮発性メモリの動作速度を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the memory gate electrode MG is formed of the laminated film of the non-doped silicon film 6a and the doped silicon film 6b containing the p-type impurity as in the first embodiment. As in the first embodiment, the data retention characteristics of the nonvolatile memory can be improved. Further, as in the first embodiment, the upper layer portion of the memory gate electrode MG is formed of the doped silicon film 6b containing the p-type impurity, so that the resistance of the memory gate electrode MG can be reduced, and the non-volatile property is achieved. The operating speed of the memory can be improved.

また、実施の形態1と同様に、メモリトランジスタのソース領域(MS)を、n型半導体領域7bにより形成したので、メモリゲート電極(p型不純物を含有するドープトシリコン膜6b)MG中にn型不純物が導入され、メモリゲート電極MGが高抵抗化することを回避することができる。 Similarly to the first embodiment, since the source region (MS) of the memory transistor is formed by the n type semiconductor region 7b, the memory gate electrode (doped silicon film 6b containing p-type impurities) MG is formed in the memory gate electrode MG. It can be avoided that the n-type impurity is introduced and the resistance of the memory gate electrode MG is increased.

さらに、メモリトランジスタのn型半導体領域7a上に、n型不純物を含有した多結晶シリコン膜22を形成したので、ソース領域(MS、n型半導体領域7a)の低抵抗化を図ることができる。なお、n型半導体領域7aとn型不純物を含有した多結晶シリコン膜22とを、ソース領域(MS)とみなしてもよい。 Furthermore, since the polycrystalline silicon film 22 containing n-type impurities is formed on the n type semiconductor region 7a of the memory transistor, the resistance of the source region (MS, n type semiconductor region 7a) can be reduced. it can. Note that the n type semiconductor region 7a and the polycrystalline silicon film 22 containing an n type impurity may be regarded as a source region (MS).

さらに、多結晶シリコン膜22上に金属シリサイド層11を形成したので、ソース領域MS(多結晶シリコン膜22およびn型半導体領域7a)の低抵抗化を図ることができる。 Furthermore, since the metal silicide layer 11 is formed on the polycrystalline silicon film 22, the resistance of the source region MS (polycrystalline silicon film 22 and n type semiconductor region 7a) can be reduced.

また、ソース領域MS(多結晶シリコン膜22およびn型半導体領域7a)は、長い配線(メモリゲート電極MGの延在方向に並んだ複数のメモリセルのソース領域を接続する配線、ソース線)状に形成されるが、この配線自身を低抵抗化することができるため、不揮発性メモリ全体の動作速度を向上させることができる。 The source region MS (polycrystalline silicon film 22 and n -type semiconductor region 7a) has a long wiring (wiring that connects the source regions of a plurality of memory cells arranged in the extending direction of the memory gate electrode MG, a source line). However, since the resistance of the wiring itself can be reduced, the operation speed of the entire nonvolatile memory can be improved.

また、多結晶シリコン膜22上に金属シリサイド層11を形成したので、リーク電流の低減を図ることができる。即ち、n型半導体領域7a上に金属シリサイド層11を形成した場合において(図15参照)、n型半導体領域7aが浅く形成され、または、金属シリサイド層11が厚く形成された場合には、金属シリサイド層11を介して半導体基板(p型ウエルPW1)1にリーク電流が生じる恐れがある。これに対し、本実施の形態によれば、多結晶シリコン膜22上に金属シリサイド層11を形成したので、上記リーク電流を回避することができる。 In addition, since the metal silicide layer 11 is formed on the polycrystalline silicon film 22, the leakage current can be reduced. That, n - in the case of forming a metal silicide layer 11 over the semiconductor region 7a (see FIG. 15), n - -type semiconductor regions 7a are formed shallow, or, when the metal silicide layer 11 is formed thickly There is a possibility that a leak current may be generated in the semiconductor substrate (p-type well PW1) 1 through the metal silicide layer 11. On the other hand, according to the present embodiment, since the metal silicide layer 11 is formed on the polycrystalline silicon film 22, the leakage current can be avoided.

なお、本実施の形態における、多結晶シリコン膜22および金属シリサイド層11の構成および製法は、実施の形態1のみならず、他の実施の形態2〜4の半導体装置にも適用可能であることは言うまでもない。   The configuration and manufacturing method of polycrystalline silicon film 22 and metal silicide layer 11 in the present embodiment can be applied not only to the first embodiment but also to the semiconductor devices of other second to fourth embodiments. Needless to say.

(実施の形態6)
上記実施の形態1〜5においては、ドープトシリコン膜6bに含有させるp型不純物としてホウ素(B)やインジウム(In)などを例示したが、各イオン種について次のような効果を有する。
(Embodiment 6)
In the first to fifth embodiments, boron (B), indium (In), and the like are exemplified as the p-type impurity contained in the doped silicon film 6b. The following effects are obtained for each ion species.

ホウ素は原子量が小さいため注入しやすく、また、活性化が容易である。また、インジウムを用いた場合には、原子量が大きいためイオン注入に際し、注入領域の制御が容易となる。   Since boron has a small atomic weight, it is easy to inject and activate. Further, when indium is used, since the atomic weight is large, it is easy to control the implantation region during ion implantation.

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

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

1 半導体基板
1A メモリセル領域
2 素子分離領域
2A 周辺回路領域
3 絶縁膜
4 シリコン膜
5 絶縁膜
5a、5c 酸化シリコン膜
5b 窒化シリコン膜
6 シリコン膜
6a ノンドープシリコン膜
6b ドープトシリコン膜
6an シリコン膜
7、7a、7b n型半導体領域
8、8b n型半導体領域
11 金属シリサイド層
12 絶縁膜
13a バリア導体膜
13b 主導体膜
14 絶縁膜
21 保護膜
22 多結晶シリコン膜
CG 制御ゲート電極
PR1、PR2 フォトレジスト膜
GE ゲート電極
M1 配線
MC メモリセル
MD ドレイン領域
MS ソース領域
MG メモリゲート電極
OA 開口
PG プラグ
PW1、PW2 p型ウエル
SP1 シリコンスペーサ
SW 側壁絶縁膜
t、t1、t2 厚さ(膜厚)
Qn nチャネル型MISFET
1 Semiconductor substrate 1A Memory cell region 2 Element isolation region 2A Peripheral circuit region 3 Insulating film 4 Silicon film 5 Insulating film 5a, 5c Silicon oxide film 5b Silicon nitride film 6 Silicon film 6a Non-doped silicon film 6b Doped silicon film 6an Silicon film 7 7a, 7b n type semiconductor regions 8, 8b n + type semiconductor regions 11 Metal silicide layer 12 Insulating film 13a Barrier conductor film 13b Main conductor film 14 Insulating film 21 Protective film 22 Polycrystalline silicon film CG Control gate electrodes PR1, PR2 Photoresist film GE Gate electrode M1 Wiring MC Memory cell MD Drain region MS Source region MG Memory gate electrode OA Opening PG Plug PW1, PW2 p-type well SP1 Silicon spacer SW Side wall insulating films t, t1, t2 Thickness (film thickness)
Qn n-channel MISFET

Claims (22)

半導体基板と、
前記半導体基板の上方に配置された第1ゲート電極と、
前記半導体基板の上方に、前記第1ゲート電極と隣合うように配置された第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第1絶縁膜と、
前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間および前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に形成された第2絶縁膜であって、その内部に電荷蓄積部を有する前記第2絶縁膜と、
を有し、
前記第2ゲート電極は、
前記第2絶縁膜上に位置する第1シリコン領域と、
前記第1シリコン領域の上方に位置する第2シリコン領域と、を有するシリコン膜よりなり、
前記第2シリコン領域は、p型不純物を含有し、
前記第1シリコン領域の前記p型不純物の濃度は、前記第2シリコン領域の前記p型不純物の濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first gate electrode disposed above the semiconductor substrate;
A second gate electrode disposed adjacent to the first gate electrode above the semiconductor substrate;
A first insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate;
A second insulating film formed between the second gate electrode and the semiconductor substrate and between the first gate electrode and the second gate electrode, the second insulating film having a charge storage portion therein; An insulating film;
Have
The second gate electrode is
A first silicon region located on the second insulating film;
A silicon film having a second silicon region located above the first silicon region,
The second silicon region contains a p-type impurity;
The semiconductor device, wherein a concentration of the p-type impurity in the first silicon region is lower than a concentration of the p-type impurity in the second silicon region.
前記第2ゲート電極の前記第2シリコン領域と前記半導体基板との間には、前記第2絶縁膜および前記第2ゲート電極の前記第1シリコン領域が介在し、
前記第2ゲート電極の前記第2シリコン領域と前記第1ゲート電極との間には、前記第2絶縁膜および前記第2ゲート電極の前記第1シリコン領域が介在していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The second insulating film and the first silicon region of the second gate electrode are interposed between the second silicon region of the second gate electrode and the semiconductor substrate,
The second insulating film and the first silicon region of the second gate electrode are interposed between the second silicon region of the second gate electrode and the first gate electrode. The semiconductor device according to claim 1.
前記第1シリコン領域は、前記第2シリコン領域の前記p型不純物の濃度よりも低い濃度のp型不純物領域であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first silicon region is a p-type impurity region having a concentration lower than that of the p-type impurity in the second silicon region. 前記第1シリコン領域は、前記第2シリコン領域の前記p型不純物の濃度よりも低い濃度のn型不純物領域であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first silicon region is an n-type impurity region having a concentration lower than that of the p-type impurity in the second silicon region. 前記第1シリコン領域は、不純物を含有しない領域であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first silicon region is a region containing no impurities. 前記第1ゲート電極側の前記半導体基板中に配置され、高濃度不純物拡散層および第1低濃度不純物拡散層を有するドレイン領域と、
前記第2ゲート電極側の前記半導体基板中に配置され、第2低濃度不純物拡散層からなるソース領域と、
を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A drain region disposed in the semiconductor substrate on the first gate electrode side and having a high concentration impurity diffusion layer and a first low concentration impurity diffusion layer;
A source region disposed in the semiconductor substrate on the second gate electrode side and comprising a second low-concentration impurity diffusion layer;
The semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記ドレイン領域および前記ソース領域は、n型不純物を含有することを特徴とする請求項6記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the drain region and the source region contain an n-type impurity. 前記ソース領域上に配置された、n型不純物を含有するシリコン膜を有することを特徴とする請求項6記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, further comprising a silicon film containing an n-type impurity disposed on the source region. 前記n型不純物を含有するシリコン膜上に配置された金属シリサイド膜を有することを特徴とする請求項8記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, further comprising a metal silicide film disposed on the silicon film containing the n-type impurity. 前記p型不純物は、ホウ素(B)またはインジウム(In)であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type impurity is boron (B) or indium (In). (a)半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、
(b)前記第1ゲート電極上に、内部に電荷蓄積部を有する前記第2絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第2絶縁膜上に、第1シリコン層と、前記第1シリコン層上に配置され、前記第1シリコン層の不純物濃度より不純物濃度が高い第2シリコン層とを有する多層シリコン膜を形成する工程と、
(d)前記多層シリコン膜を選択的に除去し、前記第1ゲート電極の側壁部に前記第2絶縁膜を介して前記多層シリコン膜を残存させることにより、第2ゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a first gate electrode on a semiconductor substrate via a first insulating film;
(B) forming the second insulating film having a charge storage portion therein on the first gate electrode;
(C) A multilayer silicon film having a first silicon layer on the second insulating film, and a second silicon layer disposed on the first silicon layer and having an impurity concentration higher than that of the first silicon layer. Forming a step;
(D) forming the second gate electrode by selectively removing the multilayer silicon film and leaving the multilayer silicon film on the sidewall portion of the first gate electrode via the second insulating film; ,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程は、
(c1)前記第2絶縁膜上に、不純物を含有しないノンドープシリコン膜を形成する工程と、
(c2)前記ノンドープシリコン膜に、不純物イオンを斜めに注入する工程と、
を有し、
前記不純物イオンが注入された層が、前記第2シリコン層となり、前記第2シリコン層の下層の不純物を含有しない領域が前記第1シリコン層となることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
The step (c)
(C1) forming a non-doped silicon film containing no impurities on the second insulating film;
(C2) obliquely implanting impurity ions into the non-doped silicon film;
Have
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the layer into which the impurity ions are implanted serves as the second silicon layer, and a region not containing impurities below the second silicon layer serves as the first silicon layer. Manufacturing method.
前記(c)工程は、
(c1)前記第2絶縁膜上に、不純物を含有しない前記第1シリコン層を成膜する工程と、
(c2)前記第1シリコン層上に、不純物を含有する前記第2シリコン層を成膜する工程と、
を有することを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
The step (c)
(C1) forming the first silicon layer containing no impurities on the second insulating film;
(C2) depositing the second silicon layer containing impurities on the first silicon layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, comprising:
前記(d)工程は、
(d1)前記多層シリコン膜を選択的に除去することにより、前記第1ゲート電極の第1側壁部に前記第2絶縁膜を介して第1側壁膜を形成するとともに、前記第1ゲート電極の第2側壁部に前記第2絶縁膜を介して第2側壁膜を形成する工程と、
(d2)前記第1ゲート電極の第2側壁部の前記第2絶縁膜および前記第2側壁膜を除去する工程と、
を有し、
前記第1ゲート電極の第1側壁部に前記第2絶縁膜を介して残存する第1側壁膜が前記第2ゲート電極となることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
The step (d)
(D1) By selectively removing the multilayer silicon film, a first sidewall film is formed on the first sidewall portion of the first gate electrode via the second insulating film, and the first gate electrode Forming a second sidewall film on the second sidewall portion via the second insulating film;
(D2) removing the second insulating film and the second sidewall film on the second sidewall portion of the first gate electrode;
Have
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first side wall film remaining on the first side wall portion of the first gate electrode via the second insulating film becomes the second gate electrode.
前記(d)工程の後に、
(e)前記第1ゲート電極側の前記半導体基板中に高濃度不純物領域および第1低濃度不純物領域を有するドレイン領域を形成し、前記第2ゲート電極側の前記半導体基板中に第2低濃度不純物領域からなるソース領域を形成する工程と、
を有し、
前記(e)工程は、
(e1)前記第2ゲート電極側の前記半導体基板中に、前記第2シリコン層中の不純物と逆導電型の不純物を第1濃度でイオン注入することにより、前記第2低濃度不純物領域を形成する工程と、
(e2)前記第2ゲート電極上にマスク膜を形成した状態で、前記第1ゲート電極側の前記半導体基板中に、前記逆導電型の不純物を前記第1濃度より高い第2濃度でイオン注入することにより、前記高濃度不純物領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
After the step (d),
(E) forming a drain region having a high concentration impurity region and a first low concentration impurity region in the semiconductor substrate on the first gate electrode side, and forming a second low concentration in the semiconductor substrate on the second gate electrode side. Forming a source region comprising an impurity region;
Have
The step (e)
(E1) The second low-concentration impurity region is formed by ion-implanting an impurity having a conductivity type opposite to that of the impurity in the second silicon layer into the semiconductor substrate on the second gate electrode side at a first concentration. And a process of
(E2) Implanting the reverse conductivity type impurity into the semiconductor substrate on the first gate electrode side at a second concentration higher than the first concentration in a state where a mask film is formed on the second gate electrode. A step of forming the high concentration impurity region;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, comprising:
前記(e)工程の後に、
(f)前記ソース領域上に、不純物を含有するシリコン層を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。
After the step (e),
(F) forming a silicon layer containing impurities on the source region;
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, further comprising:
前記(f)工程の後に、
(g)前記シリコン層上に金属シリサイド膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
After the step (f),
(G) forming a metal silicide film on the silicon layer;
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, further comprising:
前記第2シリコン層中の不純物は、p型不純物であることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the impurity in the second silicon layer is a p-type impurity. 前記p型不純物は、ホウ素(B)またはインジウム(In)であることを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。   19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18, wherein the p-type impurity is boron (B) or indium (In). (a)半導体基板上に第1絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、
(b)前記第1ゲート電極上に、内部に電荷蓄積部を有する前記第2絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第2絶縁膜上に、不純物を含有しないシリコン膜を形成する工程と、
(d)前記シリコン膜に、不純物イオンを注入する工程と、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施し、前記不純物イオンを拡散させる工程と、
(f)前記シリコン膜を選択的に除去し、前記第1ゲート電極の側壁部に前記第2絶縁膜を介して前記シリコン膜を残存させることにより、第2ゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a first gate electrode on a semiconductor substrate via a first insulating film;
(B) forming the second insulating film having a charge storage portion therein on the first gate electrode;
(C) forming a silicon film containing no impurities on the second insulating film;
(D) implanting impurity ions into the silicon film;
(E) after the step (d), performing a heat treatment to diffuse the impurity ions;
(F) forming the second gate electrode by selectively removing the silicon film and leaving the silicon film on the side wall of the first gate electrode via the second insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(d)工程は、前記不純物イオンを前記シリコン膜に対し垂直に打ち込む工程であることを特徴とする請求項20記載の半導体装置の製造方法。   21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the step (d) is a step of implanting the impurity ions perpendicularly to the silicon film. 前記(e)工程の前記不純物イオンの拡散は、前記第1ゲート電極の側壁部の前記シリコン膜において、その底部に不純物を含有しない領域が残存する程度の拡散であることを特徴とする請求項20記載の半導体装置の製造方法。   The diffusion of the impurity ions in the step (e) is such that a region not containing impurities remains at the bottom of the silicon film on the side wall of the first gate electrode. 20. A method for manufacturing a semiconductor device according to 20.
JP2014225037A 2014-11-05 2014-11-05 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device Active JP5937172B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014225037A JP5937172B2 (en) 2014-11-05 2014-11-05 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014225037A JP5937172B2 (en) 2014-11-05 2014-11-05 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010262394A Division JP2012114269A (en) 2010-11-25 2010-11-25 Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015026870A true JP2015026870A (en) 2015-02-05
JP5937172B2 JP5937172B2 (en) 2016-06-22

Family

ID=52491232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014225037A Active JP5937172B2 (en) 2014-11-05 2014-11-05 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5937172B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107887394A (en) * 2016-09-30 2018-04-06 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device
CN108231561A (en) * 2016-12-22 2018-06-29 瑞萨电子株式会社 The manufacturing method and semiconductor device of semiconductor device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020100926A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having a flash memory cell and fabrication method thereof
US20080185635A1 (en) * 2007-02-01 2008-08-07 Renesas Technology Corp. Semiconductor storage device and manufacturing method thereof
JP2008211162A (en) * 2007-02-01 2008-09-11 Renesas Technology Corp Semiconductor memory and manufacturing method thereof
JP2009099672A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Nec Electronics Corp Nonvolatile semiconductor memory device, and manufacturing method for nonvolatile semiconductor memory device
JP2009200334A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Fujitsu Microelectronics Ltd Semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device
US20090309153A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 Renesas Technology Corp. Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020100926A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having a flash memory cell and fabrication method thereof
JP2002289714A (en) * 2001-01-31 2002-10-04 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device and its manufacturing method
US20080185635A1 (en) * 2007-02-01 2008-08-07 Renesas Technology Corp. Semiconductor storage device and manufacturing method thereof
JP2008211162A (en) * 2007-02-01 2008-09-11 Renesas Technology Corp Semiconductor memory and manufacturing method thereof
JP2009099672A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Nec Electronics Corp Nonvolatile semiconductor memory device, and manufacturing method for nonvolatile semiconductor memory device
JP2009200334A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Fujitsu Microelectronics Ltd Semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device
US20090309153A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 Renesas Technology Corp. Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2009302269A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Renesas Technology Corp Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107887394A (en) * 2016-09-30 2018-04-06 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device
CN107887394B (en) * 2016-09-30 2023-06-06 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
CN108231561A (en) * 2016-12-22 2018-06-29 瑞萨电子株式会社 The manufacturing method and semiconductor device of semiconductor device
JP2018107176A (en) * 2016-12-22 2018-07-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Manufacturing method for semiconductor device and semiconductor device
TWI730136B (en) * 2016-12-22 2021-06-11 日商瑞薩電子股份有限公司 Manufacturing method of semiconductor device
US11183510B2 (en) 2016-12-22 2021-11-23 Renesas Electronics Corporation Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device
CN108231561B (en) * 2016-12-22 2023-05-26 瑞萨电子株式会社 Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5937172B2 (en) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9379127B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US9825049B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP5734744B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9831259B2 (en) Semiconductor device
US9231115B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5538838B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5629120B2 (en) Semiconductor device
JP5707224B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9905429B2 (en) Semiconductor device and a manufacturing method thereof
JP6778607B2 (en) Manufacturing method of semiconductor devices
US9583502B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
US9412748B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device having an implanting from a second direction inclined relative to a first direction
US10446569B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5937172B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2011210777A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP6501588B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP2014103345A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141203

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150918

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160426

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160511

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5937172

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150