JP4741297B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ゲート電極にプラグを介して配線を接続した半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a technique effectively applied to a semiconductor device having a wiring connected to a gate electrode through a plug and a method for manufacturing the same.

補助ゲート電極型のフラッシュメモリについては、例えば特開2005−85903号公報(特許文献1)に開示がある。このフラッシュメモリのメモリ領域の半導体基板上には、所定方向に延在する複数の補助ゲート電極が互いに隣接した状態で配置されている。この複数の補助ゲート電極の上層には、補助ゲート電極の延在方向に対して直交する方向に延在する複数のワード線が互いに隣接した状態で配置されている。そして、上記複数の補助ゲート電極の隣接間であって、上記ワード線の各々と半導体基板との間には、浮遊ゲート電極が他の部材とは電気的に分離された状態で配置されている。浮遊ゲート電極は、その上面の高さが補助ゲート電極の上面の高さよりも高くなるように形成されている。
特開2005−85903号公報
An auxiliary gate electrode type flash memory is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-85903 (Patent Document 1). A plurality of auxiliary gate electrodes extending in a predetermined direction are arranged adjacent to each other on a semiconductor substrate in the memory area of the flash memory. In the upper layer of the plurality of auxiliary gate electrodes, a plurality of word lines extending in a direction perpendicular to the extending direction of the auxiliary gate electrodes are arranged adjacent to each other. A floating gate electrode is arranged between each of the plurality of auxiliary gate electrodes and between each of the word lines and the semiconductor substrate in a state of being electrically separated from other members. . The floating gate electrode is formed so that the height of the upper surface is higher than the height of the upper surface of the auxiliary gate electrode.
JP 2005-85903 A

本発明者の検討によれば、次のような問題があることを見出した。   According to the study of the present inventor, it has been found that there are the following problems.

不揮発性メモリを有する半導体装置においては、益々小型化が進められており、種々の不具合を招くことなく、如何にして小さくするかが重要な課題となっている。   A semiconductor device having a nonvolatile memory has been increasingly miniaturized, and an important issue is how to reduce the size without causing various problems.

低容量の不揮発性メモリでは、デザインルールが比較的緩いため、補助ゲート電極上にコンタクトホールおよびプラグを形成する際、十分な目合わせマージンが有った。しかしながら、不揮発性メモリの大容量化や小型化のために微細化を進めると、補助ゲート電極上にコンタクトホールおよびプラグを形成する際、コンタクトホールと補助ゲート電極の目合わせマージンが足りなくなってきた。特に、ソース線およびデータ線をイオン注入による拡散層で形成することが不可能となり、ソース線およびデータ線共に補助ゲート電極の下の反転層を使うため、4ページ構成(つまり補助ゲート電極は4種類)となって、細長い島状のパターンの補助ゲート電極を形成する必要を生じ、この島状の補助ゲート電極への電位供給のためのコンタクトホール形成において目合わせマージンが不足しやすい。この細長い島状のパターンの補助ゲート電極においてコンタクトホールに目外れが生じると、コンタクトホールが半導体基板まで突き抜けてしまい、半導体基板とプラグがショートする可能性がある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させる。また、コンタクトホールに目外れを防止するために目合わせマージンを十分に確保すると、メモリセルが大きくなり、不揮発性メモリの大容量化や小型化に不利となる。   In a low-capacity nonvolatile memory, since the design rule is relatively loose, there is a sufficient alignment margin when forming a contact hole and a plug on the auxiliary gate electrode. However, when miniaturization is promoted for increasing the capacity and miniaturization of the nonvolatile memory, the contact hole and the auxiliary gate electrode have insufficient alignment margins when forming the contact hole and the plug on the auxiliary gate electrode. . In particular, it becomes impossible to form the source line and the data line by a diffusion layer by ion implantation, and both the source line and the data line use an inversion layer under the auxiliary gate electrode. Therefore, it is necessary to form an auxiliary gate electrode having an elongated island-shaped pattern, and the alignment margin is likely to be insufficient in forming a contact hole for supplying a potential to the island-shaped auxiliary gate electrode. If the contact hole in the elongated gate-shaped auxiliary gate electrode is disconnected, the contact hole may penetrate to the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the plug may be short-circuited. This reduces the manufacturing yield of the semiconductor device. Further, if a sufficient alignment margin is secured to prevent the contact hole from being disconnected, the memory cell becomes large, which is disadvantageous for increasing the capacity and size of the nonvolatile memory.

本発明の目的は、コンタクトホールの目外れによる不具合を防止できる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of preventing problems caused by the contact holes being missed.

本発明の他の目的は、半導体装置の製造歩留まりを向上できる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the manufacturing yield of a semiconductor device.

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

本願において開示される発明のうち、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.

本発明は、半導体基板上の第1導電体部の隣に絶縁膜を介して前記第1導電体部よりも高い第2導電体部が設けてあり、前記第2導電体部の上面端部が、前記第1導電体部の端部の直上に一致する位置か、または前記第1導電体部の端部の直上を超えて前記第1導電体部側の位置となっており、前記第1および第2導電体部を覆うように形成された第1絶縁膜に形成された開口部の底部で前記第1導電体部が露出し、前記開口部の側面で前記第2導電体部が露出し、前記開口部内に形成された第3導電体部が、前記開口部から露出する前記第1および第2導電体部と接続されているものである。   In the present invention, a second conductor portion that is higher than the first conductor portion is provided via an insulating film next to the first conductor portion on the semiconductor substrate, and an upper surface end portion of the second conductor portion. Is a position that is directly above the end portion of the first conductor portion, or a position on the first conductor portion side that is directly above the end portion of the first conductor portion, and The first conductor portion is exposed at the bottom of the opening formed in the first insulating film formed so as to cover the first and second conductor portions, and the second conductor portion is exposed at the side of the opening. The third conductor portion exposed and formed in the opening is connected to the first and second conductor portions exposed from the opening.

また、本発明は、前記半導体基板上に第1導電体部を形成する工程と、前記第1導電体部の側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板主面上に前記第1導電体部と前記側壁絶縁膜を介して隣り合うように前記第1導電体部の上面よりも高い上面を有する第2導電体部を形成する工程と、前記半導体基板上に前記第1および第2導電体部を覆うように第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜に、その底部で前記第1導電体部を露出し、その側面で前記第2導電体部を露出する開口部を形成する工程と、前記開口部内に、前記開口部から露出する前記第1および第2導電体部と接続された第3導電体部を形成する工程と、前記第1絶縁膜上に前記第3導電体部と電気的に接続された配線を形成する工程とを有し、前記第2導電体部の上面端部が、前記第1導電体部の端部の直上に一致する位置か、または前記第1導電体部の端部の直上を超えて前記第1導電体部側の位置に存在するように、前記第2導電体部が形成されるものである。   The present invention also includes a step of forming a first conductor portion on the semiconductor substrate, a step of forming a sidewall insulating film on a side surface of the first conductor portion, and the first conductor surface on the main surface of the semiconductor substrate. Forming a second conductor portion having an upper surface higher than the upper surface of the first conductor portion so as to be adjacent to the conductor portion with the sidewall insulating film interposed therebetween; and Forming a first insulating film so as to cover the two conductor parts; and exposing the first conductor part at the bottom of the first insulating film and exposing the second conductor part at the side surface thereof. Forming an opening, forming a third conductor portion connected to the first and second conductor portions exposed from the opening in the opening, and on the first insulating film; Forming a wiring electrically connected to the third conductor portion, and the second conductor The upper surface end portion of the first conductor portion is located at a position directly above the end portion of the first conductor portion, or at a position on the first conductor portion side beyond just above the end portion of the first conductor portion. As described above, the second conductor portion is formed.

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

コンタクトホールの目外れによる不具合を防止できる。   It is possible to prevent problems caused by the contact holes being missed.

また、半導体装置の製造歩留まりを向上できる。   In addition, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

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

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

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図や斜視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 or a perspective view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置およびその製造工程を図面を参照して説明する。本実施の形態では、例えば4Gbit(ギガビット)のAND型のフラッシュメモリに本発明を適用した場合の一例について説明する。
(Embodiment 1)
The semiconductor device of this embodiment and its manufacturing process will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to, for example, a 4 Gbit (gigabit) AND type flash memory will be described.

図1は、本発明の一実施の形態である半導体装置(フラッシュメモリ)の製造工程中の要部平面図であり、図2および図3は要部断面図である。図1のA−A線の断面図が図2に対応し、図1のB−B線の断面図が図3に対応する。なお、図1の符号Xは、半導体基板1の主面に沿った第1方向を示し、同図の符号Yは、半導体基板1の主面に沿いかつ第1方向Xに直交する第2方向を示している。他の平面図の符号X,Yについても同様である。なお、第2方向Yは第1方向Xに交差する方向であればよいが、本実施の形態のように、第2方向Yが第1方向Xに直交する方向であれば、より好ましい。また、図1は平面図であるが、図面を見易くするため活性領域3にハッチングを付してある。   FIG. 1 is a fragmentary plan view of a semiconductor device (flash memory) according to an embodiment of the present invention during a manufacturing process, and FIGS. 2 and 3 are fragmentary sectional views. 1 corresponds to FIG. 2, and the sectional view taken along line BB in FIG. 1 corresponds to FIG. 1 indicates a first direction along the main surface of the semiconductor substrate 1, and reference Y in FIG. 1 indicates a second direction along the main surface of the semiconductor substrate 1 and orthogonal to the first direction X. Is shown. The same applies to symbols X and Y in other plan views. Note that the second direction Y may be a direction that intersects the first direction X, but it is more preferable if the second direction Y is a direction orthogonal to the first direction X as in the present embodiment. Further, FIG. 1 is a plan view, but the active region 3 is hatched for easy understanding of the drawing.

まず、図1〜図3に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1を準備し、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。素子分離領域2は酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法などにより形成することができる。例えば、半導体基板1にエッチングにより溝(素子分離溝)を形成した後、その溝を埋めるように半導体基板1上に酸化シリコン膜を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing;化学機械研磨)法を用いて溝の外部の不要な酸化シリコン膜を除去して溝領域(溝内)にのみ酸化シリコン膜を埋め込むことで、素子分離領域2を形成することができる。素子分離領域2より、半導体基板1の主面に活性領域(アクティブ領域)3が規定される。すなわち、半導体基板1の主面において、素子分離領域2によって平面的に囲まれた領域が、活性領域3となる。活性領域3は、デバイスが形成される領域であり、各活性領域3間は、素子分離領域2によって電気的に分離されている。図1に示されるように、活性領域3は、相対的に大面積の矩形領域3aと、その矩形領域3aの対向する両辺から外方に向かって第1方向Xに延びる複数の帯状領域3bと、複数の帯状領域3bの端部を連結するように第2方向Yに延びる連結部3cとを有している。なお、図1では、矩形領域3aの右側は図示を省略し、矩形領域3aの左側が図示されている。後述するように、矩形領域3aに、複数のメモリセルMCおよびビット線用の反転層が形成され、帯状領域3bにビット線用の反転層が形成される。   First, as shown in FIGS. 1 to 3, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of, for example, p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared. An element isolation region 2 is formed. The element isolation region 2 is made of an insulator such as silicon oxide and can be formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method. For example, after a groove (element isolation groove) is formed in the semiconductor substrate 1 by etching, a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 so as to fill the groove, and a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method is used. The element isolation region 2 can be formed by removing the unnecessary silicon oxide film outside the trench and embedding the silicon oxide film only in the trench region (inside the trench). From the element isolation region 2, an active region (active region) 3 is defined on the main surface of the semiconductor substrate 1. That is, the region surrounded by the element isolation region 2 on the main surface of the semiconductor substrate 1 is the active region 3. The active region 3 is a region where a device is formed, and each active region 3 is electrically isolated by an element isolation region 2. As shown in FIG. 1, the active region 3 includes a rectangular area 3a having a relatively large area, and a plurality of strip-like areas 3b extending in the first direction X from both opposing sides of the rectangular area 3a to the outside. And a connecting portion 3c extending in the second direction Y so as to connect the end portions of the plurality of strip-like regions 3b. In FIG. 1, the right side of the rectangular area 3a is not shown, and the left side of the rectangular area 3a is shown. As will be described later, a plurality of memory cells MC and bit line inversion layers are formed in the rectangular region 3a, and a bit line inversion layer is formed in the strip-like region 3b.

次に、イオン注入法などを用いて、半導体基板1のメモリ領域および周辺回路領域に、例えばホウ素(B)などのp型の不純物を選択的に導入することでp型ウエル4を形成し、半導体基板1の周辺回路領域に、例えばリン(P)などのn型の不純物を選択的に導入することでn型ウエル(図示せず)を形成する。なお、図1〜図3に示される領域では、p型ウエル4が形成される。   Next, a p-type well 4 is formed by selectively introducing a p-type impurity such as boron (B) into the memory region and the peripheral circuit region of the semiconductor substrate 1 using an ion implantation method or the like, An n-type well (not shown) is formed in the peripheral circuit region of the semiconductor substrate 1 by selectively introducing an n-type impurity such as phosphorus (P). In the region shown in FIGS. 1 to 3, the p-type well 4 is formed.

次に、島状のAGチャネル部(後述する補助ゲート電極15によって形成される反転層)と周辺回路部(後述する選択MISFETQsn)を電気的に接続するために、図1に示される領域6aに例えばヒ素(As)などのn型の不純物を1×1014〜5×1014cm−2程度イオン注入するなどして、領域6a内の活性領域3にn型半導体領域(n型不純物拡散層)6を形成する。n型半導体領域6により、後で形成されるメモリセルと選択MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)Qsnとが連結される(電気的に接続される)。 Next, in order to electrically connect an island-shaped AG channel portion (an inversion layer formed by an auxiliary gate electrode 15 described later) and a peripheral circuit portion (a selection MISFET Qsn described later), the region 6a shown in FIG. For example, an n-type impurity such as arsenic (As) is ion-implanted by about 1 × 10 14 to 5 × 10 14 cm −2, so that an n-type semiconductor region (n-type impurity diffusion layer) is formed in the active region 3 in the region 6a. ) 6 is formed. The n-type semiconductor region 6 connects (electrically connects) a memory cell to be formed later and a selection MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Qsn.

次に、半導体基板1の主面の全面に例えば厚さ20nm程度の酸化シリコン膜を熱酸化法などにより形成した後、図1に示される領域7内のみ、例えば弗酸処理により前記酸化シリコン膜を取り除き、その後、半導体基板1の主面の全面を酸化(熱酸化)させて酸化シリコン膜を形成する。これにより、図1に示される領域7内の活性領域3(すなわち矩形領域3aの全部と帯状領域3bのうちの矩形領域3a近傍の部分)には、例えば7〜9nm程度の厚さのゲート絶縁膜(絶縁膜、ゲート絶縁膜用の絶縁膜)8が形成される。一方、領域7以外の活性領域3(図1では連結部3cの全部と帯状領域3bのうちの矩形領域3a近傍以外の部分)には、23〜27nm程度の厚さのゲート絶縁膜(絶縁膜、ゲート絶縁膜用の絶縁膜)9が形成される。すなわち、領域7以外の活性領域3に形成されたゲート絶縁膜9の膜厚は、領域7内の活性領域3に形成されたゲート絶縁膜8の膜厚よりも、相対的に厚い。相対的に薄いゲート絶縁膜8は、周辺回路の低圧トランジスタ形成用のゲート絶縁膜(低耐圧ゲート絶縁膜)と同じ厚みの絶縁膜であり、相対的に厚いゲート絶縁膜9は、周辺回路の高圧トランジスタ形成用のゲート絶縁膜(高耐圧ゲート絶縁膜)と同じ厚みの絶縁膜である。従って、相対的に薄いゲート絶縁膜8は、周辺回路の低圧トランジスタ形成用のゲート絶縁膜と同工程で形成し、相対的に厚いゲート絶縁膜9は、周辺回路の高圧トランジスタ形成用のゲート絶縁膜と同工程で形成することができる。   Next, after a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 20 nm is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method or the like, only in the region 7 shown in FIG. Then, the entire main surface of the semiconductor substrate 1 is oxidized (thermally oxidized) to form a silicon oxide film. As a result, gate insulation with a thickness of, for example, about 7 to 9 nm is formed in the active region 3 in the region 7 shown in FIG. A film (insulating film, insulating film for gate insulating film) 8 is formed. On the other hand, in the active region 3 other than the region 7 (in FIG. 1, the whole of the connecting portion 3c and the portion of the belt-like region 3b other than the vicinity of the rectangular region 3a) a gate insulating film (insulating film) having a thickness of about 23 to 27 nm. , An insulating film for a gate insulating film) 9 is formed. That is, the thickness of the gate insulating film 9 formed in the active region 3 other than the region 7 is relatively thicker than the thickness of the gate insulating film 8 formed in the active region 3 in the region 7. The relatively thin gate insulating film 8 is an insulating film having the same thickness as the gate insulating film (low breakdown voltage gate insulating film) for forming a low voltage transistor in the peripheral circuit, and the relatively thick gate insulating film 9 is formed in the peripheral circuit. This is an insulating film having the same thickness as a gate insulating film (high voltage gate insulating film) for forming a high voltage transistor. Therefore, the relatively thin gate insulating film 8 is formed in the same process as the gate insulating film for forming the low voltage transistor in the peripheral circuit, and the relatively thick gate insulating film 9 is formed in the gate insulating film for forming the high voltage transistor in the peripheral circuit. It can be formed in the same process as the film.

次に、図4および図5は、図1〜図3に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図4および図5は、同じ工程段階の断面図に対応するが、図4は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図5は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。   Next, FIG. 4 and FIG. 5 are principal part sectional drawings in the manufacturing process of the semiconductor device following FIG. 4 and 5 correspond to cross-sectional views of the same process step, but FIG. 4 shows a region corresponding to FIG. 2 (cross section AA), and FIG. 5 shows a region corresponding to FIG. Cross section) is shown.

上記のように、ゲート絶縁膜8,9を形成した後、図5および図6に示されるように、半導体基板1の主面上に、すなわちゲート絶縁膜8,9上に、例えば低抵抗な多結晶シリコン(ドープトポリシリコン膜)からなる導体膜(導電体膜)11を、例えば70nm程度の厚さとなるようにCVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより形成する。続いて、導体膜11上に、例えば窒化シリコンからなる絶縁膜(キャップ絶縁膜)12を、例えば70nm程度の厚さとなるようにCVD法などにより形成する。続いて、絶縁膜12上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜13を、例えば250nm程度の厚さとなるようにCVD法などにより形成する。   As described above, after the gate insulating films 8 and 9 are formed, as shown in FIGS. 5 and 6, on the main surface of the semiconductor substrate 1, that is, on the gate insulating films 8 and 9, for example, a low resistance is provided. A conductor film (conductor film) 11 made of polycrystalline silicon (doped polysilicon film) is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like so as to have a thickness of about 70 nm, for example. Subsequently, an insulating film (cap insulating film) 12 made of, for example, silicon nitride is formed on the conductor film 11 by a CVD method or the like so as to have a thickness of about 70 nm, for example. Subsequently, an insulating film 13 made of, for example, silicon oxide is formed on the insulating film 12 by a CVD method or the like so as to have a thickness of about 250 nm, for example.

次に、図6〜図9は、図4および図5に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。このうち、図6および図7は要部平面図であるが、理解を簡単にするために、図6では、導体膜11のパターン形状をハッチングを付して示して他の構成要素の図示を省略し、図7では、導体膜11のパターンに図1に示される活性領域3、領域6aおよび領域7を重ねて示してある。また、図8は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図9は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。   Next, FIGS. 6 to 9 are principal part plan views or principal part sectional views in the manufacturing process of the semiconductor device subsequent to FIGS. 4 and 5. Among these, FIG. 6 and FIG. 7 are main part plan views, but for the sake of easy understanding, in FIG. 6, the pattern shape of the conductor film 11 is shown with hatching to show other components. In FIG. 7, the active region 3, the region 6a, and the region 7 shown in FIG. 8 shows a region corresponding to FIG. 2 (AA cross section), and FIG. 9 shows a region corresponding to FIG. 3 (BB cross section).

上記のように、導体膜11および絶縁膜12,13を形成した後、図6〜図9に示されるように、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いて、絶縁膜13、絶縁膜12および導体膜11をパターニングする。これにより、パターニングされた導体膜11からなる補助ゲート電極(ゲート電極、アシストゲート電極、補助ゲート配線、第1ゲート電極)15が形成される。補助ゲート電極15は、半導体基板1(p型ウエル4)に不揮発性メモリのビット線として機能する反転層を形成するためのゲート電極(第1ゲート電極)である。図6および図7に示されるように、各補助ゲート電極15は第1方向Xに延在している。   After the conductor film 11 and the insulating films 12 and 13 are formed as described above, the insulating film 13, the insulating film 12, and the insulating film 13 and the insulating film 12 are formed by using a photolithography method, a dry etching method, or the like as shown in FIGS. The conductor film 11 is patterned. Thereby, an auxiliary gate electrode (gate electrode, assist gate electrode, auxiliary gate wiring, first gate electrode) 15 made of the patterned conductor film 11 is formed. The auxiliary gate electrode 15 is a gate electrode (first gate electrode) for forming an inversion layer functioning as a bit line of the nonvolatile memory on the semiconductor substrate 1 (p-type well 4). As shown in FIGS. 6 and 7, each auxiliary gate electrode 15 extends in the first direction X.

本実施の形態では、図8および図9に示されるように、パターニング後に残された補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜のパターンの側面16が、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している、すなわちテーパ形状を有していることが、より好ましい。この側面16は、隣り合う補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜のパターンの間の溝17の側壁とみなすこともでき、溝17の側壁(側面16)が半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している、すなわちテーパ形状を有していることが、より好ましい。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the side surface 16 of the pattern of the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 left after the patterning is in relation to the main surface of the semiconductor substrate 1. More preferably, it is inclined from a perpendicular direction, that is, has a tapered shape. The side surface 16 can also be regarded as the side wall of the groove 17 between the adjacent auxiliary gate electrode 15 and the laminated film pattern of the insulating films 12 and 13, and the side wall (side surface 16) of the groove 17 is the main surface of the semiconductor substrate 1. More preferably, it is inclined from a direction perpendicular to the direction, that is, has a tapered shape.

図8および図9では、補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜パターンのうちの絶縁膜12,13の側面がテーパ形状を有している(すなわち半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している)状態を示しているが、絶縁膜12,13の側面とともに補助ゲート電極15の側面もテーパ形状を有する(すなわち半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している)状態とすることもできる。この側面16の傾斜方向は、絶縁膜13の上部の第2方向Yの寸法(幅)が、絶縁膜13の下部の第2方向Yの寸法(幅)よりも小さくなる方向である。すなわち、側面16は、補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜のパターンの上部の第2方向Yの寸法が下部の第2方向Yの寸法よりも小さくなるように、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している。補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜のパターンの側面16のテーパ角度は、フォトレジストパターンの形状や、ドライエッチングに使用するガスの種類やガスの比率などを調節することにより、制御することができる。   8 and 9, the side surfaces of the insulating films 12 and 13 in the laminated film pattern of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 have a tapered shape (that is, with respect to the main surface of the semiconductor substrate 1). In this case, the side surfaces of the insulating films 12 and 13 and the side surface of the auxiliary gate electrode 15 have a tapered shape (that is, from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1). It is also possible to be in an inclined state. The inclination direction of the side surface 16 is a direction in which the dimension (width) in the second direction Y above the insulating film 13 is smaller than the dimension (width) in the second direction Y below the insulating film 13. That is, the side surface 16 of the semiconductor substrate 1 is such that the dimension in the second direction Y at the upper part of the pattern of the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 is smaller than the dimension in the second direction Y at the lower part. Inclined from a direction perpendicular to the main surface. The taper angle of the side surface 16 of the pattern of the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 is controlled by adjusting the shape of the photoresist pattern, the type of gas used for dry etching, the ratio of the gas, and the like. can do.

補助ゲート電極15の形成後、必要に応じて熱酸化処理を行って、補助ゲート電極15(導体膜11)の側面に、酸化シリコンからなる絶縁膜(図示せず)を形成することもできる。補助ゲート電極15の側面に膜質の良い熱酸化膜を形成すれば、補助ゲート電極15と後述する浮遊ゲート電極41との絶縁耐圧をより向上させることができる。   After the auxiliary gate electrode 15 is formed, an insulating film (not shown) made of silicon oxide can be formed on the side surface of the auxiliary gate electrode 15 (conductor film 11) by performing a thermal oxidation treatment as necessary. If a thermal oxide film having a good film quality is formed on the side surface of the auxiliary gate electrode 15, the withstand voltage between the auxiliary gate electrode 15 and a floating gate electrode 41 described later can be further improved.

次に、図10および図11は、図6〜図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図10および図11は、同じ工程段階の断面図に対応するが、図10は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図11は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。   Next, FIG. 10 and FIG. 11 are fragmentary cross-sectional views in the manufacturing process of the semiconductor device subsequent to FIG. 6 to FIG. 9. 10 and FIG. 11 correspond to cross-sectional views of the same process step, FIG. 10 shows a region corresponding to FIG. 2 (A-A cross section), and FIG. 11 shows a region corresponding to FIG. Cross section) is shown.

半導体基板1上に、補助ゲート電極15およびその上の絶縁膜12,13の積層膜を覆うように、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜を形成する。この側壁絶縁膜形成用の絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜などからなり、CVD法などを用いて形成でき、その膜厚(堆積膜厚)は例えば40nm程度とすることができる。それから、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜を異方性エッチングによりエッチバックすることにより、補助ゲート電極15およびその上の絶縁膜12,13の積層膜の側壁上に、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜からなる側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ)21を形成し、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜の他の部分を除去する。これにより、図10および図11の構造が得られる。   An insulating film for forming a sidewall insulating film is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the auxiliary gate electrode 15 and the laminated film of the insulating films 12 and 13 thereon. The insulating film for forming the sidewall insulating film is made of, for example, a silicon oxide film and can be formed by using a CVD method or the like, and the film thickness (deposited film thickness) can be set to about 40 nm, for example. Then, the insulating film for forming the side wall insulating film is etched back by anisotropic etching, so that the insulating film for forming the side wall insulating film is formed on the side wall of the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 thereon. A sidewall insulating film (sidewall spacer) 21 made of a film is formed, and other portions of the insulating film for forming the sidewall insulating film are removed. Thereby, the structure of FIG. 10 and FIG. 11 is obtained.

本実施の形態では、図10および図11に示されるように、側壁絶縁膜21の側面22が、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している、すなわちテーパ形状を有していることが、より好ましい。この側面22の傾斜方向は、補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜と側壁絶縁膜21とを合わせたものの形状が、上部の第2方向Yの寸法(幅)が、下部の第2方向Yの寸法(幅)よりも小さくなるような方向である。すなわち、側面16は、補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜と側壁絶縁膜21とを合わせたものの上部の寸法(第2方向Yの寸法)が、下部の寸法(第2方向Yの寸法)よりも小さくなるように、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している。なお、側壁絶縁膜21において、側面22は、補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜と接する側とは逆側の側面である。また、側面22は、隣り合う側壁絶縁膜21間の溝23の側壁とみなすこともできるので、換言すれば、この溝23の側壁(側面22)が半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している、すなわちテーパ形状を有していることが、より好ましい。側壁絶縁膜21の側面22のテーパ角度は、上記側面16のテーパ角度や、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜のドライエッチングに使用するガスの種類やガスの比率などを調節することにより、制御することができる。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, the side surface 22 of the sidewall insulating film 21 is inclined from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1, that is, has a tapered shape. It is more preferable. The inclination direction of the side surface 22 is such that the shape of the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 and the side wall insulating film 21 has a dimension (width) in the upper second direction Y that is lower than the first. The direction is smaller than the dimension (width) in the two directions Y. That is, the side surface 16 has an upper dimension (dimension in the second direction Y) and a lower dimension (second direction Y) of the sum of the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 and the sidewall insulating film 21. It is inclined from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to be smaller than the dimension (1). In the sidewall insulating film 21, the side surface 22 is a side surface opposite to the side in contact with the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13. Further, the side surface 22 can also be regarded as the side wall of the groove 23 between the adjacent side wall insulating films 21. In other words, the side wall (side surface 22) of the groove 23 is perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1. More preferably, it is inclined from the direction, that is, has a tapered shape. The taper angle of the side surface 22 of the side wall insulating film 21 is controlled by adjusting the taper angle of the side surface 16, the type of gas used for dry etching of the insulating film for forming the side wall insulating film, the ratio of the gas, and the like. be able to.

次に、図12〜図14は、図10および図11に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。このうち、図12は要部平面図であるが、理解を簡単にするために、図12では、導体膜11(補助ゲート電極15を含む)と導体膜25のパターン形状を示して他の構成要素の図示を省略し、導体膜25のパターンにハッチングを付してある。また、図13および図14は、同じ工程段階の要部断面図に対応するが、図13は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図14は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。   Next, FIG. 12 to FIG. 14 are principal part plan views or principal part sectional views in the manufacturing process of the semiconductor device following FIG. 10 and FIG. 11. Among these, FIG. 12 is a plan view of the main part, but for the sake of easy understanding, FIG. 12 shows the pattern shapes of the conductor film 11 (including the auxiliary gate electrode 15) and the conductor film 25 to show other configurations. Elements are not shown, and the pattern of the conductor film 25 is hatched. 13 and 14 correspond to cross-sectional views of the main part at the same process step, FIG. 13 shows a region corresponding to FIG. 2 (cross section AA), and FIG. 14 shows a region corresponding to FIG. (B-B cross section) is shown.

上記のように側壁絶縁膜21を形成した後、図12〜図14に示されるように、半導体基板1に対して熱酸化処理を施すことなどにより、補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜の間の領域(溝23)の底部の半導体基板1の主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する。それから、窒素を含むガス雰囲気中で熱処理(酸窒化処理)を施すことにより、その絶縁膜と半導体基板1との界面に窒素を偏析させて溝23の底部に酸窒化シリコン(SiON)からなる絶縁膜24を形成する。この絶縁膜24は、メモリセルMCのトンネル絶縁膜として機能する膜であり、その厚さは、例えば7〜10nm程度とすることができる。   After the sidewall insulating film 21 is formed as described above, the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 are formed by subjecting the semiconductor substrate 1 to thermal oxidation as shown in FIGS. An insulating film made of, for example, silicon oxide is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 at the bottom of the region (groove 23) between the stacked films. Then, a heat treatment (oxynitriding treatment) is performed in a gas atmosphere containing nitrogen, so that nitrogen is segregated at the interface between the insulating film and the semiconductor substrate 1 and the bottom of the trench 23 is made of silicon oxynitride (SiON). A film 24 is formed. The insulating film 24 is a film that functions as a tunnel insulating film of the memory cell MC, and the thickness thereof can be set to about 7 to 10 nm, for example.

次に、半導体基板1の主面上に、上記溝23(すなわち補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜(側壁絶縁膜21を含む)の間の領域)を埋めるように、例えば低抵抗な多結晶シリコン(ドープトポリシリコン)からなる導体膜(導電体膜)25を堆積(形成)する。導体膜25は、後述する浮遊ゲート電極41形成用の導体膜である。導体膜25は、CVD法などを用いて形成でき、その膜厚(堆積膜厚)は、例えば150nm程度とすることができる。   Next, on the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, the groove 23 (that is, a region between the laminated film of the auxiliary gate electrode 15 and the insulating films 12 and 13 (including the sidewall insulating film 21)) is filled, for example, with a low A conductive film (conductor film) 25 made of resistive polycrystalline silicon (doped polysilicon) is deposited (formed). The conductor film 25 is a conductor film for forming a floating gate electrode 41 described later. The conductor film 25 can be formed using a CVD method or the like, and the film thickness (deposition film thickness) can be set to, for example, about 150 nm.

次に、半導体基板1の主面上全面の導体膜25に対して、異方性のドライエッチング法によるエッチバック処理またはCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)処理を施す。これにより、溝23内(すなわち補助ゲート電極15および絶縁膜12,13の積層膜の間の領域)のみに導体膜25が残される。この際、絶縁膜13の上面から導体膜25の上面までの窪みは、例えば30nm程度以内にすることが好ましい。これにより、図12〜14のような構造が得られる。この段階で、導体膜25の上面の高さは導体膜11(補助ゲート電極15を含む)の上面の高さよりも高くなっている。導体膜25は、側壁絶縁膜21を介して補助ゲート電極15と隣り合っている。また、上記のように側壁絶縁膜21の側面22がテーパ形状を有した状態で、溝23内に導体膜25を埋め込んでいるので、導体膜25の側面(側壁絶縁膜21の側面22に接する側面)もテーパ形状を有した状態となっている。   Next, an etch back process or a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process by an anisotropic dry etching method is performed on the conductor film 25 on the entire main surface of the semiconductor substrate 1. As a result, the conductor film 25 is left only in the trench 23 (that is, the region between the auxiliary gate electrode 15 and the laminated film of the insulating films 12 and 13). At this time, the depression from the upper surface of the insulating film 13 to the upper surface of the conductor film 25 is preferably within about 30 nm, for example. Thereby, the structure as shown in FIGS. At this stage, the height of the upper surface of the conductor film 25 is higher than the height of the upper surface of the conductor film 11 (including the auxiliary gate electrode 15). The conductor film 25 is adjacent to the auxiliary gate electrode 15 through the sidewall insulating film 21. Further, since the conductor film 25 is embedded in the groove 23 with the side surface 22 of the side wall insulating film 21 having a tapered shape as described above, the side surface of the conductor film 25 (in contact with the side surface 22 of the side wall insulating film 21). The side surface also has a tapered shape.

次に、図15〜図17は、図12〜図14に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。このうち、図15は要部平面図であり、図16および図17は、同じ工程段階の要部断面図に対応するが、図16は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図17は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。   Next, FIG. 15 to FIG. 17 are principal part plan views or principal part sectional views in the manufacturing process of the semiconductor device subsequent to FIG. 12 to FIG. 14. 15 is a plan view of the main part, and FIGS. 16 and 17 correspond to a cross-sectional view of the main part at the same process step, but FIG. 16 shows a region (A-A cross section) corresponding to FIG. FIG. 17 shows a region (BB cross section) corresponding to FIG.

図15〜図17に示されるように、半導体基板1の主面上に、メモリ領域(メモリセルMC群が配置される領域)が露出され、それ以外が覆われるようなレジストパターンRP1をフォトリソグラフィ法を用いて形成した後、これをエッチングマスクとして、そこから露出される絶縁膜13および側壁絶縁膜21をドライエッチング法などによりエッチングする。この際、酸化シリコンの方が、シリコンおよび窒化シリコンよりも除去され易くなるように酸化シリコンとシリコンおよび窒化シリコンとのエッチング選択比を大きくとることにより、窒化シリコンからなる絶縁膜12をエッチングストッパとして機能させるとともに、酸化シリコンからなる絶縁膜13および側壁絶縁膜21(絶縁膜13の側壁上に位置していた部分)を選択的に除去する。これにより、メモリ領域では、隣接する導体膜25間に溝27が形成される。また、この際、導体膜25の側面の一部に側壁絶縁膜21のエッチング残りが形成されるおそれがある場合は、ウエットエッチング処理を施すことにより、上記酸化シリコンからなる側壁絶縁膜21のエッチング残りを除去することもできる。これにより、図15〜図17の構造が得られる。その後、レジストパターンRP1を除去する。このようして、浮遊ゲート電極形成用の導体膜25をフォトマスクを使用せずに補助ゲート電極15に対して自己整合的に形成することができる。   As shown in FIGS. 15 to 17, a resist pattern RP <b> 1 is exposed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so that the memory region (region where the memory cell MC group is arranged) is exposed and the other region is covered by photolithography. After forming using the method, the insulating film 13 and the sidewall insulating film 21 exposed from the etching mask are etched by a dry etching method or the like. In this case, the insulating film 12 made of silicon nitride is used as an etching stopper by increasing the etching selection ratio between silicon oxide and silicon and silicon nitride so that silicon oxide is easier to remove than silicon and silicon nitride. At the same time, the insulating film 13 made of silicon oxide and the side wall insulating film 21 (the portion located on the side wall of the insulating film 13) are selectively removed. Thereby, in the memory region, a groove 27 is formed between the adjacent conductor films 25. At this time, if there is a possibility that the etching residue of the sidewall insulating film 21 is formed on a part of the side surface of the conductor film 25, the sidewall insulating film 21 made of silicon oxide is etched by performing a wet etching process. The rest can also be removed. Thereby, the structure of FIGS. 15-17 is obtained. Thereafter, the resist pattern RP1 is removed. Thus, the conductive film 25 for forming the floating gate electrode can be formed in a self-aligned manner with respect to the auxiliary gate electrode 15 without using a photomask.

次に、図18〜図21は、図15〜図17に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。このうち、図18は要部平面図であるが、理解を簡単にするために、図18では、導体膜11(補助ゲート電極15を含む)とワード線34のパターン形状を示して他の構成要素の図示を省略し、ワード線34のパターンにハッチングを付してある。図19〜図21は、同じ工程段階の要部断面図に対応するが、図19は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図20は図18のC−C線の断面図に対応し、図21は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。なお、A−A線の断面(図19)とC−C線の断面(図20)は、いずれも第2方向Yに沿って切断した断面であるが、その切断位置は第1方向Xにずれている。   Next, FIGS. 18 to 21 are principal part plan views or principal part sectional views of the semiconductor device during the manufacturing process following FIGS. 15 to 17. Among these, FIG. 18 is a plan view of the principal part, but for the sake of easy understanding, FIG. 18 shows the pattern shape of the conductor film 11 (including the auxiliary gate electrode 15) and the word line 34 to show other configurations. Illustration of elements is omitted, and the pattern of the word line 34 is hatched. 19 to FIG. 21 correspond to a cross-sectional view of the main part in the same process step, FIG. 19 shows a region (A-A cross section) corresponding to FIG. 2, and FIG. Corresponding to the cross-sectional view, FIG. 21 shows a region (BB cross section) corresponding to FIG. The cross section taken along the line AA (FIG. 19) and the cross section taken along the line CC (FIG. 20) are both cut along the second direction Y, but the cutting position is in the first direction X. It is off.

図18〜図21に示されるように、半導体基板1の主面上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜、窒化シリコンからなる絶縁膜および酸化シリコンからなる絶縁膜をCVD法などにより下層から順に堆積することにより、層間膜用の絶縁膜(ONO絶縁膜)31を形成する。絶縁膜31の上下の酸化シリコンからなる絶縁膜は、熱酸化法で形成することもできる。   As shown in FIGS. 18 to 21, for example, an insulating film made of silicon oxide, an insulating film made of silicon nitride, and an insulating film made of silicon oxide are sequentially deposited from the lower layer on the main surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method or the like. As a result, an insulating film (ONO insulating film) 31 for the interlayer film is formed. The insulating films made of silicon oxide above and below the insulating film 31 can also be formed by a thermal oxidation method.

次に、半導体基板1の主面上に(すなわち絶縁膜31上に)、例えば低抵抗な多結晶シリコン(ドープトポリシリコン)からなる導体膜32を堆積(形成)し、導体膜32上に、導体膜32よりも低抵抗な導体膜33を堆積(形成)する。これにより、隣接する導体膜25間(すなわち上記溝27)には、導体膜32が埋め込まれる。導体膜33は、例えばタングステンシリサイドなどのような高融点金属シリサイド膜からなる。導体膜32,33は、例えばCVD法などにより形成でき、導体膜32,33のそれぞれの膜厚(堆積膜厚)は、例えば100nm程度とすることができる。また、導体膜33上に絶縁膜(図示せず)を形成することもできる。導体膜33上に絶縁膜(図示せず)を形成しておけば、後述するワード線34をエッチングマスクとして用いたエッチング工程を行う際に、この導体膜33上の絶縁膜が保護膜として機能し、導体膜32,33がエッチングされるのを防止することができる。   Next, a conductor film 32 made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon (doped polysilicon) is deposited (formed) on the main surface of the semiconductor substrate 1 (that is, on the insulating film 31). Then, a conductive film 33 having a lower resistance than the conductive film 32 is deposited (formed). Thereby, the conductor film 32 is embedded between the adjacent conductor films 25 (that is, the groove 27). The conductor film 33 is made of a refractory metal silicide film such as tungsten silicide. The conductor films 32 and 33 can be formed by, for example, a CVD method, and the film thickness (deposition film thickness) of each of the conductor films 32 and 33 can be set to, for example, about 100 nm. Further, an insulating film (not shown) can be formed on the conductor film 33. If an insulating film (not shown) is formed on the conductor film 33, the insulating film on the conductor film 33 functions as a protective film when performing an etching process using a word line 34 described later as an etching mask. In addition, the conductor films 32 and 33 can be prevented from being etched.

次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いて、導体膜32,33をパターニングする。パターニングされた導体膜32,33により、メモリセルのワード線(コントロールゲート、ゲート電極、ゲート配線、第2ゲート電極)34が形成される。このエッチングに際しては、層間用の絶縁膜31をエッチストッパとして機能させることができる。ワード線34を形成すべき領域以外(例えば図15〜図17の絶縁膜13の除去工程によって形成された溝36の底部や側面など)に導体膜32のエッチング残りが生じるおそれがある場合には、ウエットエッチング法などのような等方性のエッチング処理を追加することにより上記導体膜32のエッチング残りを除去することができる。ワード線34のうち、隣接する補助ゲート電極15間に位置する部分は、メモリセルの制御ゲート電極となる。このため、ワード線34もゲート電極(第2ゲート電極)とみなすことができる。これにより、図18〜図21のような構造が得られる。なお、図19(A−A断面)は、ワード線34に沿った断面に対応し、図20(C−C断面)は、ワード線34の隣接間の断面に対応する。   Next, the conductor films 32 and 33 are patterned using a photolithography method, a dry etching method, or the like. A word line (control gate, gate electrode, gate wiring, second gate electrode) 34 of the memory cell is formed by the patterned conductor films 32 and 33. In this etching, the interlayer insulating film 31 can function as an etch stopper. When there is a possibility that the etching residue of the conductor film 32 may be generated outside the region where the word line 34 is to be formed (for example, the bottom or side surface of the groove 36 formed by the step of removing the insulating film 13 in FIGS. 15 to 17). By adding an isotropic etching process such as a wet etching method, the etching residue of the conductor film 32 can be removed. A portion of the word line 34 located between adjacent auxiliary gate electrodes 15 serves as a control gate electrode of the memory cell. For this reason, the word line 34 can also be regarded as a gate electrode (second gate electrode). Thereby, the structure as shown in FIGS. 18 to 21 is obtained. 19 (A-A cross section) corresponds to a cross section along the word line 34, and FIG. 20 (CC cross section) corresponds to a cross section between adjacent word lines 34.

本実施の形態では、上記のように導体膜25の側面がテーパ形状を有したので、隣接する導体膜25間の溝27の側壁は、逆テーパ形状(溝27の開口径が溝27の底部から上部に向かって次第に小さくなるような状態)を有している。このため、隣接する導体膜25間(溝27)に導体膜32を埋め込んだ際に、隣接する導体膜25間(溝27内)の導体膜32中に「す(空隙)」が形成される可能性がある。隣接する導体膜25間(溝27内)の導体膜32中に「す」があると、ワード線34形成のための導体膜32のエッチング工程で、導体膜32の下地の絶縁膜31のオーバーエッチング量が多くなる可能性がある。このため、ワード線34形成のための導体膜32のエッチングを、エッチング選択比(すなわち、絶縁膜31のエッチング速度に対する導体膜32のエッチング速度の比)を高めた条件で行うことで、たとえ隣接する導体膜25間(溝27内)の導体膜32中に「す」があったとしても、導体膜32のエッチングの際の絶縁膜31のオーバーエッチング量を抑制でき、絶縁膜31の突き抜けを防止できる。従って、隣接する導体膜25間の溝27の側壁が逆テーパ形状となっていることの不具合を防止できる。なお、上記エッチング選択比は、エッチングガスの種類やガス比を調整することなどにより、制御することができる。   In the present embodiment, since the side surface of the conductor film 25 has a tapered shape as described above, the side wall of the groove 27 between the adjacent conductor films 25 has an inversely tapered shape (the opening diameter of the groove 27 is the bottom of the groove 27). From the top to the top). For this reason, when the conductor film 32 is embedded between the adjacent conductor films 25 (grooves 27), “so (voids)” are formed in the conductor films 32 between the adjacent conductor films 25 (in the grooves 27). there is a possibility. If there is "s" in the conductor film 32 between the adjacent conductor films 25 (in the groove 27), the conductive film 32 overlying the conductor film 32 is overlaid in the etching process of the conductor film 32 for forming the word line 34. The amount of etching may increase. Therefore, the etching of the conductor film 32 for forming the word line 34 is performed under the condition that the etching selection ratio (that is, the ratio of the etching rate of the conductor film 32 to the etching rate of the insulating film 31) is increased. Even if there is “s” in the conductor film 32 between the conductor films 25 (in the grooves 27), the amount of overetching of the insulating film 31 during the etching of the conductor film 32 can be suppressed, and the penetration of the insulating film 31 can be prevented. Can be prevented. Therefore, it is possible to prevent a problem that the side wall of the groove 27 between the adjacent conductor films 25 has an inversely tapered shape. The etching selection ratio can be controlled by adjusting the kind of etching gas and the gas ratio.

次に、図22〜図26は、図18〜図21に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。このうち、図22は要部平面図であり、図23〜図26は、要部断面図である。図23は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図24および図25は図20に対応する領域(C−C断面)が示され、図26は図3に対応する領域(B−B断面)が示されている。なお、図25は、図24に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図(C−C断面)であるが、図24と図25のいずれの工程段階も、A−A断面は図23の構造であり、B−B断面は図26の構造である。   Next, FIGS. 22 to 26 are main part plan views or main part cross-sectional views of the semiconductor device during the manufacturing process following FIGS. 18 to 21. Among these, FIG. 22 is a principal part top view, and FIGS. 23-26 is principal part sectional drawing. 23 shows a region (cross section AA) corresponding to FIG. 2, FIGS. 24 and 25 show a region (CC cross section) corresponding to FIG. 20, and FIG. 26 shows a region corresponding to FIG. (B-B cross section) is shown. 25 is a fragmentary cross-sectional view (CC cross-section) in the manufacturing process of the semiconductor device subsequent to FIG. 24, but the A-A cross-section of FIG. 24 and FIG. The BB cross section is the structure of FIG.

図22〜図24および図26に示されるように、半導体基板1の主面上に、メモリ領域が露出され、それ以外の領域が覆われるようなレジストパターンRP2をフォトリソグラフィ法により形成した後、このレジストパターンRP2およびワード線34をエッチングマスクとして用い、レジストパターンRP2から露出され、かつワード線34で覆われていない領域の絶縁膜31をエッチングする。この際、図24に示されるように、溝36の底部および導体膜25の上面上の絶縁膜31部分は除去されるが、導体膜25の側壁上の絶縁膜31部分は残存する。この際、絶縁膜31のエッチング処理を若干オーバーエッチング気味に行うことにより、導体膜25の側壁上の絶縁膜31の上部を除去することにより、導体膜25の側壁上に残される絶縁膜31を低くして、後でリフトオフされ難いようにすることもできる。これにより、レジストパターンRP2から露出され、かつワード線34で覆われていない領域であるC−C断面では、図24のような構造が得られる。   As shown in FIGS. 22 to 24 and FIG. 26, after forming a resist pattern RP2 on the main surface of the semiconductor substrate 1 so that the memory region is exposed and the other region is covered by photolithography, Using this resist pattern RP2 and word line 34 as an etching mask, insulating film 31 in the region exposed from resist pattern RP2 and not covered with word line 34 is etched. At this time, as shown in FIG. 24, the insulating film 31 portion on the bottom of the trench 36 and the upper surface of the conductor film 25 is removed, but the insulating film 31 portion on the side wall of the conductor film 25 remains. At this time, the etching process of the insulating film 31 is slightly over-etched to remove the upper portion of the insulating film 31 on the side wall of the conductor film 25, thereby removing the insulating film 31 remaining on the side wall of the conductor film 25. It can also be lowered to make it difficult to lift off later. Thus, a structure as shown in FIG. 24 is obtained in the CC cross section, which is a region exposed from the resist pattern RP2 and not covered with the word line 34.

次に、レジストパターンRP2およびワード線34をエッチングマスクとして、そこから露出する導体膜25をエッチングする。すなわち、レジストパターンRP2から露出され、かつワード線34で覆われていない領域では、導体膜25が除去されて、図25のような構造となる。ワード線34で覆われた領域(例えば図23に示されるA−A断面)とレジストパターンRP2で覆われた領域(例えば図26に示されるC−C断面)では、絶縁膜31および導体膜25は、除去されずに残存する。これにより、導体膜25がパターニングされ、パターニングされた導体膜25により、浮遊ゲート電極(フローティングゲート電極)41が形成される。ここでは、上記ワード線34をエッチングマスクとした導体膜25のエッチング処理により、浮遊ゲート電極41がワード線34に対して自己整合的に形成される。すなわち、浮遊ゲート電極41が、補助ゲート電極15とワード線34との両方に対して自己整合的に形成される。これにより、図22、図23、図25および図26のような構造が得られる。その後、レジストパターンRP2を除去する。このようにして不揮発性メモリのメモリセルが形成される。   Next, using resist pattern RP2 and word line 34 as an etching mask, conductive film 25 exposed therefrom is etched. That is, in the region exposed from the resist pattern RP2 and not covered with the word line 34, the conductor film 25 is removed, resulting in a structure as shown in FIG. In the region covered with the word line 34 (for example, the AA cross section shown in FIG. 23) and the region covered with the resist pattern RP2 (for example, the CC cross section shown in FIG. 26), the insulating film 31 and the conductor film 25 are formed. Remains without being removed. As a result, the conductor film 25 is patterned, and a floating gate electrode (floating gate electrode) 41 is formed by the patterned conductor film 25. Here, the floating gate electrode 41 is formed in a self-aligned manner with respect to the word line 34 by etching the conductive film 25 using the word line 34 as an etching mask. That is, the floating gate electrode 41 is formed in a self-aligned manner with respect to both the auxiliary gate electrode 15 and the word line 34. Thereby, structures as shown in FIGS. 22, 23, 25, and 26 are obtained. Thereafter, the resist pattern RP2 is removed. In this way, a memory cell of the nonvolatile memory is formed.

浮遊ゲート電極41は、不揮発性メモリのメモリセルの電荷蓄積用のゲート電極(第3ゲート電極)である。半導体基板1の主面上には、複数の浮遊ゲート電極41が形成され、各浮遊ゲート電極41は、半導体基板1の主面上に絶縁膜24を介して形成され、複数の補助ゲート電極の隣接間であって複数のワード線34が平面的に重なる位置に形成される。   The floating gate electrode 41 is a gate electrode (third gate electrode) for storing charges in the memory cell of the nonvolatile memory. A plurality of floating gate electrodes 41 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and each floating gate electrode 41 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 via an insulating film 24, and includes a plurality of auxiliary gate electrodes. A plurality of word lines 34 are formed at positions that are adjacent to each other and overlap in a planar manner.

本実施の形態では、上記のように、絶縁膜31および導体膜25のエッチング工程で、図22および図26に示されるように、メモリ領域が露出され、それ以外の領域が覆われるようなレジストパターンRP2をエッチングマスクとして用いているので、図26に示されるように、補助ゲート電極15の幅広領域15aの周囲に、導体膜25が残存する。なお、幅広領域15aは、その上にコンタクト部(後述するコンタクトホール62およびプラグ63)を形成するための領域であり、導体膜11および絶縁膜12,13のパターニングの際に、補助ゲート電極15の延在方向の一方の端部近傍領域を、他よりも幅広のパターンとすることにより形成されている。すなわち、幅広領域15aは補助ゲート電極15を構成する導体膜11のパターンの一部によって形成された導電体部(第1導電体部)である。従って、幅広領域15aは、補助ゲート電極15と一体的に形成されており、補助ゲート電極15の一部とみなすこともできる。この補助ゲート電極15の幅広領域15aの周囲に残存する導体膜25は、浮遊ゲート電極41と同層の導体膜25により形成されているので、ダミー浮遊ゲート電極(第2導体部)42と呼ぶことができる。なお、ダミー浮遊ゲート電極42は、浮遊ゲート電極41と同層の導体膜25からなり、同じ工程で形成されるが、浮遊ゲート電極(不揮発性メモリのメモリセルの電荷蓄積用のゲート電極)としては機能しない導体部(第1導体部)である。補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極42との間には側壁絶縁膜21のような絶縁膜が介在しており、ダミー浮遊ゲート電極42は側壁絶縁膜21を介して補助ゲート電極15の幅広領域15aと隣り合っている。   In the present embodiment, as described above, in the etching process of the insulating film 31 and the conductor film 25, as shown in FIGS. 22 and 26, the resist is such that the memory area is exposed and the other areas are covered. Since the pattern RP2 is used as an etching mask, the conductor film 25 remains around the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 as shown in FIG. The wide region 15a is a region for forming a contact portion (a contact hole 62 and a plug 63 described later) thereon, and the auxiliary gate electrode 15 is formed when the conductor film 11 and the insulating films 12 and 13 are patterned. The region in the vicinity of one end in the extending direction is formed in a pattern wider than the other. That is, the wide region 15 a is a conductor portion (first conductor portion) formed by a part of the pattern of the conductor film 11 constituting the auxiliary gate electrode 15. Therefore, the wide region 15 a is formed integrally with the auxiliary gate electrode 15 and can be regarded as a part of the auxiliary gate electrode 15. Since the conductor film 25 remaining around the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is formed of the conductor film 25 in the same layer as the floating gate electrode 41, it is called a dummy floating gate electrode (second conductor portion) 42. be able to. The dummy floating gate electrode 42 is composed of the conductor film 25 in the same layer as the floating gate electrode 41 and is formed in the same process, but as a floating gate electrode (a gate electrode for storing a charge in a memory cell of a nonvolatile memory). Is a non-functional conductor part (first conductor part). An insulating film such as a sidewall insulating film 21 is interposed between the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 42, and the dummy floating gate electrode 42 is interposed through the sidewall insulating film 21. Adjacent to 15 wide regions 15a.

次に、図27および図28は、図22〜図26に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図および要部断面図である。このうち、図27は要部平面図であり、図28は図27のD−D線の断面図に対応する。   Next, FIGS. 27 and 28 are a plan view and a cross-sectional view of main parts of the semiconductor device during the manufacturing process subsequent to FIGS. Of these, FIG. 27 is a plan view of the main part, and FIG. 28 corresponds to a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.

図27および図28に示されるように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などを用いて、上記メモリ領域の外周や周辺回路領域に残された導体膜11をパターニングする。これにより、メモリ領域の外周および周辺回路領域に、パターニングされた導体膜11からなる配線部(連結部、第4導電体部)15cや周辺回路のMISFETのゲート電極、例えば選択MISFETQsnのゲート電極45などを形成する。   As shown in FIGS. 27 and 28, the conductor film 11 remaining on the outer periphery of the memory region and the peripheral circuit region is patterned using a photolithography technique, a dry etching technique, and the like. As a result, on the outer periphery of the memory region and the peripheral circuit region, the wiring portion (connection portion, fourth conductor portion) 15c made of the patterned conductor film 11 and the gate electrode of the MISFET of the peripheral circuit, for example, the gate electrode 45 of the selection MISFET Qsn. Form etc.

次に、図29〜図36は、図27および図28に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。このうち、図29〜図31は要部平面図であり、図32〜図36は要部断面図である。図32は図2に対応する領域(A−A断面)が示され、図33は図20に対応する領域(C−C断面)が示され、図34は図3に対応する領域(B−B断面)が示され、図35は、図29のE−E線の断面図に対応し、図36は、図30のF−F線の断面に対応する。また、図29は、上記図27などと同じ領域が示されているが、図30および図31の左半分は、図29の一部を拡大したものに対応し、図30および図31の右半分は、図29の図外右側の構造の一部に対応する。図30には、補助ゲート電極15、ワード線34およびコンタクトホール62のパターン形状と位置を図示している。また、図31は、図30からワード線34の図示を省略し、導体膜11の残存パターン、すなわち浮遊ゲート電極41およびダミー浮遊ゲート電極42をハッチングを付して図示したものである。また、図30においても、図29のA−A線、B−B線、C−C線およびE−E線に相当する位置に、A−A線、B−B線、C−C線およびE−E線を記載しているが、図30および図31では、E−E線はその一部しか平面図内に含まれていない。また、図30のA−A線およびC−C線と、図29のA−A線およびC−C線とは、第1方向Xにずれているが、その断面構造はほぼ同じである。   Next, FIG. 29 to FIG. 36 are principal part plan views or principal part sectional views of the semiconductor device during the manufacturing process following FIG. 27 and FIG. 28. Among these, FIGS. 29-31 are principal part top views, and FIGS. 32-36 is principal part sectional drawing. 32 shows a region (A-A cross section) corresponding to FIG. 2, FIG. 33 shows a region (CC cross section) corresponding to FIG. 20, and FIG. 34 shows a region (B--) corresponding to FIG. FIG. 35 corresponds to a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 29, and FIG. 36 corresponds to a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 29 shows the same region as FIG. 27 and the like, but the left half of FIG. 30 and FIG. 31 corresponds to an enlarged part of FIG. 29, and the right side of FIG. 30 and FIG. Half corresponds to a part of the structure on the right side of FIG. FIG. 30 illustrates pattern shapes and positions of the auxiliary gate electrode 15, the word line 34, and the contact hole 62. In FIG. 31, the illustration of the word line 34 is omitted from FIG. 30, and the remaining pattern of the conductor film 11, that is, the floating gate electrode 41 and the dummy floating gate electrode 42 are hatched. Also in FIG. 30, at the positions corresponding to the lines AA, BB, CC and EE in FIG. 29, the lines AA, BB, CC and Although the EE line is described, in FIG. 30 and FIG. 31, only a part of the EE line is included in the plan view. Moreover, although the AA line and CC line of FIG. 30 and the AA line and CC line of FIG. 29 have shifted | deviated to the 1st direction X, the cross-sectional structure is substantially the same.

図29〜図36に示されるように、イオン注入法などを用いて、選択MISFETQsnのソース・ドレイン用のn型の半導体領域51、周辺回路用のnチャネル型MISFETのソース・ドレイン用のn型の半導体領域(図示せず)およびpチャネル型MISFETのソース・ドレイン用のp型の半導体領域(図示せず)をそれぞれ別々に形成する。 As shown in FIGS. 29 to 36, the n type semiconductor region 51 for the source / drain of the selection MISFET Qsn, the n for the source / drain of the n-channel type MISFET for the peripheral circuit, using an ion implantation method or the like. A − type semiconductor region (not shown) and a p type semiconductor region (not shown) for the source / drain of the p-channel type MISFET are formed separately.

次に、半導体基板1の主面上に、CVD法などにより酸化シリコンなどからなる絶縁膜を堆積した後、その絶縁膜を異方性ドライエッチング法などによりエッチバックする。これにより、互いに隣接するワード線34間および配線部15cとゲート電極45との間の隙間に絶縁膜53を埋め込むとともに、最外周のワード線34の片側側面、ゲート電極45の片側側面、および周辺回路のMISFETのゲート電極の側面に絶縁膜53からなるサイドウォールを形成する。その後、イオン注入法などを用いて、選択MISFETQsnのソース・ドレイン用のn型の半導体領域55、周辺回路用のnチャネル型MISFETのソース・ドレイン用のn型の半導体領域(図示せず)およびpチャネル型MISFETのソース・ドレイン用のp型の半導体領域(図示せず)をそれぞれ別々に形成する。 Next, after an insulating film made of silicon oxide or the like is deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method or the like, the insulating film is etched back by an anisotropic dry etching method or the like. As a result, the insulating film 53 is embedded in the gaps between the adjacent word lines 34 and between the wiring portion 15c and the gate electrode 45, and one side surface of the outermost word line 34, one side surface of the gate electrode 45, and the periphery A side wall made of the insulating film 53 is formed on the side surface of the gate electrode of the MISFET of the circuit. Thereafter, by an ion implantation method, not the source n + -type semiconductor region 55 for the drain, n + -type semiconductor region for the source and drain of the n-channel type MISFET for a peripheral circuit (not selection MISFETQsn ) And p + type semiconductor regions (not shown) for the source and drain of the p-channel type MISFET are formed separately.

次に、半導体基板1の主面上に、層間絶縁膜として、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜61を堆積(形成)する。絶縁膜61の堆積後、必要に応じてCMP処理などを行って絶縁膜61の表面を平坦化することもできる。   Next, an insulating film 61 made of, for example, silicon oxide is deposited (formed) on the main surface of the semiconductor substrate 1 as an interlayer insulating film. After the insulating film 61 is deposited, the surface of the insulating film 61 can be planarized by performing a CMP process or the like as necessary.

次に、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁膜61上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、絶縁膜61,13,12をドライエッチングすることにより、コンタクトホール(開口部)62を形成する。コンタクトホール62は、絶縁膜61,13,12のような絶縁膜に形成された開口(開口部)である。コンタクトホール62は、例えば、補助ゲート電極15の幅広領域15a上、配線部(連結部)15c上、ゲート電極45上およびワード線34の端部上などに配置されている。   Next, the insulating films 61, 13, and 12 are dry-etched using a photoresist pattern (not shown) formed on the insulating film 61 by using a photolithography method as an etching mask, whereby contact holes (openings) 62 are formed. Form. The contact hole 62 is an opening (opening) formed in an insulating film such as the insulating films 61, 13, and 12. The contact hole 62 is disposed, for example, on the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15, on the wiring part (connection part) 15 c, on the gate electrode 45, on the end of the word line 34, and the like.

次に、コンタクトホール62内にプラグ63を形成する。プラグ63はコンタクトホール62内に形成された導電体部(第3導電体部)である。プラグ63を形成するには、例えば、コンタクトホール62の内部を含む絶縁膜61上にバリア膜(例えば窒化チタン膜)63aを形成した後、タングステン膜63bをCVD法などによってバリア膜63a上にコンタクトホール62を埋めるように形成する。それから、絶縁膜61上の不要なタングステン膜63bおよびバリア膜63aをCMP法またはエッチバック法などによって除去し、コンタクトホール62内にバリア膜63aおよびタングステン膜63bを残すことにより、コンタクトホール62内に埋め込まれたバリア膜63aおよびタングステン膜63bからなるプラグ63を形成することができる。   Next, a plug 63 is formed in the contact hole 62. The plug 63 is a conductor portion (third conductor portion) formed in the contact hole 62. In order to form the plug 63, for example, a barrier film (eg, titanium nitride film) 63a is formed on the insulating film 61 including the inside of the contact hole 62, and then the tungsten film 63b is contacted on the barrier film 63a by a CVD method or the like. It is formed so as to fill the hole 62. Then, the unnecessary tungsten film 63b and the barrier film 63a on the insulating film 61 are removed by a CMP method, an etch back method, or the like, and the barrier film 63a and the tungsten film 63b are left in the contact hole 62. A plug 63 composed of the buried barrier film 63a and tungsten film 63b can be formed.

コンタクトホール62を形成する場合、目外れを起こさないのが理想であるが、不揮発性メモリの大容量化や小型化のために微細化を進めると、目合わせマージンが不足するようになる。特に、島状のパターンである補助ゲート電極15の幅広領域15aにおけるコンタクトホール62の目合わせマージンが不足しやすい。しかしながら、目合わせマージンを十分に確保するために補助ゲート電極15の幅広領域15aの寸法を更に大きくしようとすると、メモリセルが大きくなり、不揮発性メモリの大容量化や小型化に不利となってしまう。このため、フラッシュメモリを有する半導体装置の小型化や大容量化のためには、コンタクトホール62のある程度の目外れを許容することが要求される。   When the contact hole 62 is formed, it is ideal that no misalignment occurs. However, if the miniaturization is advanced in order to increase the capacity or the size of the nonvolatile memory, the alignment margin becomes insufficient. In particular, the alignment margin of the contact hole 62 in the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 that is an island-shaped pattern tends to be insufficient. However, if the size of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is further increased in order to ensure a sufficient alignment margin, the memory cell becomes large, which is disadvantageous for increasing the capacity and size of the nonvolatile memory. End up. For this reason, in order to reduce the size and increase the capacity of a semiconductor device having a flash memory, it is required to allow the contact hole 62 to be off to some extent.

図30および図31には、各幅広領域15a上にコンタクトホール62が形成されているが、そのうちのコンタクトホール62aに目外れが生じて、コンタクトホール62aの上部(開口上部)が補助ゲート電極15の幅広領域15aの直上の位置からずれた状態の例が模式的に示されている。このように、目外れが生じたコンタクトホール62aでは、図34および図35の断面図に示されるように、コンタクトホール62aの側面でダミー浮遊ゲート電極42が露出し、このダミー浮遊ゲート電極42の露出部がエッチングストッパとして機能し、該露出部の直下の領域がエッチングされるのを防止できる。そして、コンタクトホール62aの底部は、補助ゲート電極15の幅広領域15aの範囲内に収まり、コンタクトホール62aの底部で幅広領域15aが露出する。このため、コンタクトホール62a内に形成されたプラグ63は、その底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aと接続するとともに、コンタクトホール62aの側面で露出するダミー浮遊ゲート電極42とも接続する。このようにすることで、コンタクトホール62(特に補助ゲート電極15の幅広領域15a上に形成すべきコンタクトホール62)に目外れが生じたときの不具合を防止し、コンタクトホールの目外れに対する許容量を大きくすることができる。なお、図30および図31では、一例として2つのコンタクトホール62aで目外れが生じた場合を図示しているが、これに限定されず、各幅広領域15a上に形成されるべきコンタクトホール62のうちの少なくとも1つに目外れが生じる場合であれば、本実施の形態を適用することで、目外れが生じたときの不具合を防止できる。これらについては、後述の図42〜図49を参照して、後でより詳細に説明する。   30 and 31, a contact hole 62 is formed on each wide region 15a. However, the contact hole 62a of the contact hole 62a is overlooked, and the upper portion (opening upper portion) of the contact hole 62a is the auxiliary gate electrode 15. The example of the state which shifted | deviated from the position right above the wide area | region 15a of this is shown typically. In this way, in the contact hole 62a in which the contact is lost, the dummy floating gate electrode 42 is exposed on the side surface of the contact hole 62a as shown in the cross-sectional views of FIGS. 34 and 35. The exposed portion functions as an etching stopper, and the region immediately below the exposed portion can be prevented from being etched. The bottom of the contact hole 62a is within the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, and the wide region 15a is exposed at the bottom of the contact hole 62a. For this reason, the plug 63 formed in the contact hole 62a is connected to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 at the bottom and to the dummy floating gate electrode 42 exposed at the side surface of the contact hole 62a. By doing so, a failure when the contact hole 62 (especially, the contact hole 62 to be formed on the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15) is disconnected is prevented, and an allowable amount for the contact hole being disconnected. Can be increased. 30 and 31 show an example in which the two contact holes 62a are dislodged as an example, but the present invention is not limited to this, and the contact holes 62 to be formed on the wide regions 15a are not limited thereto. If at least one of them is out of focus, applying this embodiment can prevent a problem when the out of eye occurs. These will be described in more detail later with reference to FIGS.

プラグ63の形成後、プラグ63が埋め込まれた絶縁膜61上に、配線(第1層配線)64を形成する。例えば、プラグ63が埋め込まれた絶縁膜61上にタングステン(W)膜を形成し、このタングステン膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いてパターニングすることで、配線64を形成することができる。この際、タングステン(W)膜の上下の一方または両方にバリア膜(例えばチタン膜および/または窒化チタン膜)を形成することもできる。補助ゲート電極15は、プラグ63を介して、配線64と電気的に接続される。   After the plug 63 is formed, a wiring (first layer wiring) 64 is formed on the insulating film 61 in which the plug 63 is embedded. For example, the wiring 64 can be formed by forming a tungsten (W) film on the insulating film 61 in which the plug 63 is embedded, and patterning the tungsten film using a photolithography method, a dry etching method, or the like. . At this time, a barrier film (for example, a titanium film and / or a titanium nitride film) can be formed on one or both of the upper and lower sides of the tungsten (W) film. The auxiliary gate electrode 15 is electrically connected to the wiring 64 through the plug 63.

配線64は、上記のようなタングステン配線に限定されず種々変更可能であり、例えばアルミニウム配線や銅配線(例えばダマシン法で形成した埋込銅配線)とすることもできる。その後、更に層間絶縁膜や上層の配線層などが形成されるが、ここではその説明は省略する。第2層配線以降は、アルミニウム配線または銅配線とすることもできる。   The wiring 64 is not limited to the tungsten wiring as described above and can be variously changed. For example, the wiring 64 can be an aluminum wiring or a copper wiring (for example, a buried copper wiring formed by a damascene method). Thereafter, an interlayer insulating film, an upper wiring layer, and the like are further formed, but the description thereof is omitted here. After the second layer wiring, aluminum wiring or copper wiring may be used.

次に、本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。   Next, the structure of the semiconductor device of this embodiment will be described.

本実施の形態の半導体装置は、図29〜図36に示されるように、半導体基板1の主面に複数の補助ゲート電極15、複数のワード線34、複数の浮遊ゲート電極41、および複数の選択MISFETQsnが配置されており、浮遊ゲート電極41などから形成される不揮発性メモリセル(以下、単にメモリセルという)が複数(アレイ状に)配置されている。   29 to 36, the semiconductor device according to the present embodiment includes a plurality of auxiliary gate electrodes 15, a plurality of word lines 34, a plurality of floating gate electrodes 41, and a plurality of floating gate electrodes 41 on the main surface of the semiconductor substrate 1. The selection MISFET Qsn is arranged, and a plurality of nonvolatile memory cells (hereinafter simply referred to as memory cells) formed from the floating gate electrode 41 and the like are arranged (in an array).

複数の補助ゲート電極15は、半導体基板1の主面上に、それぞれ第1方向Xに延在している。各補助ゲート電極15は、第2方向Yに沿って所望の距離を隔ててほぼ平行に並んで配置されている。補助ゲート電極15は、その大半が上記活性領域3に平面的に重なるように配置されている。メモリ(メモリセル)領域では、補助ゲート電極15は半導体基板1上にゲート絶縁膜8を介して形成され、コンタクト部形成用の領域である幅広領域15aや配線部15cは、半導体基板1上にゲート絶縁膜9を介して形成されている。この補助ゲート電極15に所望の電圧が印加されると、その補助ゲート電極15に沿って活性領域3の半導体基板1の主面部分にn型の反転層が形成される。このn型の反転層は、ビット線(メモリセルMCのソースおよびドレイン)を形成する部分である。   The plurality of auxiliary gate electrodes 15 extend in the first direction X on the main surface of the semiconductor substrate 1. The auxiliary gate electrodes 15 are arranged in parallel along the second direction Y with a desired distance therebetween. The auxiliary gate electrode 15 is arranged so that most of it overlaps the active region 3 in a plane. In the memory (memory cell) region, the auxiliary gate electrode 15 is formed on the semiconductor substrate 1 via the gate insulating film 8, and the wide region 15a and the wiring portion 15c, which are regions for forming contact portions, are formed on the semiconductor substrate 1. It is formed through the gate insulating film 9. When a desired voltage is applied to the auxiliary gate electrode 15, an n-type inversion layer is formed on the main surface portion of the semiconductor substrate 1 in the active region 3 along the auxiliary gate electrode 15. This n-type inversion layer is a portion for forming a bit line (a source and a drain of the memory cell MC).

所望の補助ゲート電極15に所望の電圧が印加されると、ゲート絶縁膜(ゲート絶縁膜8またはゲート絶縁膜9)を介して補助ゲート電極15の下に位置する活性領域3にソースまたはドレイン用のビット線(n型の反転層)が形成され、上記n型半導体領域6を通じて所望の選択MISFETQsnと電気的に接続され、更にその選択MISFETQsnを介してグローバルビット線または共通ドレイン配線(配線64)と電気的に接続される。すなわち、補助ゲート電極15はメモリセルのソース領域およびドレイン領域を形成するために設けられている。ビット線用の半導体領域(不純物拡散層)を予め形成せず、補助ゲート電極15への電圧印加により形成する反転層を利用してソースおよびドレイン領域(ビット線)を形成するので、メモリセルのサイズを大幅に縮小でき、メモリ領域全体の寸法を大幅に縮小することが可能となる。また、補助ゲート電極15は、ビット線形成の機能の他に、隣接するメモリセル間のアイソレーション機能も有している。   When a desired voltage is applied to the desired auxiliary gate electrode 15, the source or drain is applied to the active region 3 located under the auxiliary gate electrode 15 via the gate insulating film (gate insulating film 8 or gate insulating film 9). Bit line (n-type inversion layer) is formed, electrically connected to a desired selection MISFET Qsn through the n-type semiconductor region 6, and further, a global bit line or a common drain wiring (wiring 64) through the selection MISFET Qsn. And electrically connected. That is, the auxiliary gate electrode 15 is provided for forming the source region and the drain region of the memory cell. Since the semiconductor region (impurity diffusion layer) for the bit line is not formed in advance, the source and drain regions (bit lines) are formed by using an inversion layer formed by applying a voltage to the auxiliary gate electrode 15. The size can be greatly reduced, and the overall size of the memory area can be greatly reduced. The auxiliary gate electrode 15 also has an isolation function between adjacent memory cells in addition to the function of forming a bit line.

複数の選択MISFETQsnは、メモリセルのドレインとなるビット線側およびソースとなるビット線側に、ビット線毎に配置されている。すなわち、ドレインとなるビット線側(図30の左右の一方側)では、各選択MISFETQsnが、配線部15cの外側に、第2方向Yに沿ってドレインとなるビット線毎に配置され、グローバルビット線または共通ドレイン配線の一方に接続されている。また、ソースとなるビット線側では、各選択MISFETQsnが、配線部15cの外側に、第2方向Yに沿ってソースとなるビット線毎に配置され、グローバルビット線または共通ドレイン配線の他方に接続されている。   The plurality of selection MISFETs Qsn are arranged for each bit line on the bit line side serving as the drain and the bit line side serving as the source of the memory cell. That is, on the bit line side serving as a drain (one of the left and right sides in FIG. 30), each selection MISFET Qsn is arranged for each bit line serving as a drain along the second direction Y outside the wiring portion 15c. It is connected to one of the line and the common drain wiring. On the bit line side serving as the source, each selection MISFET Qsn is disposed outside the wiring portion 15c for each bit line serving as the source along the second direction Y and connected to the other of the global bit line or the common drain wiring. Has been.

配線部15cの外側(メモリ領域と逆になる側)に、配線部15cに沿うように第2方向Yに延在する帯状の導体膜11のパターンにより上記ゲート電極45が形成されているが、このゲート電極45のうち、活性領域3の帯状領域3b上に位置する部分が、各選択MISFETQsnのゲート電極として機能することができる。ゲート電極45は、その上部に形成されたコンタクトホール62内のプラグ63を通じて上層の配線64と電気的に接続されている。各選択MISFETQsnのゲート絶縁膜は、上記ゲート絶縁膜9により、ゲート電極45と半導体基板1との間に形成されている。各選択MISFETQsnのソース・ドレインの一方は、ビット線連結用の上記n型半導体領域6で形成され、ソース・ドレインの他方は、ゲート電極45の端部近傍に形成されたn型の半導体領域51と、ゲート電極45の端部からn型の半導体領域51分だけ離れて形成された、n型の半導体領域51よりも高不純物濃度のn型の半導体領域55とにより形成されている。n型の半導体領域55は、その上部に形成されたコンタクトホール62内のプラグ63を通じて上層の配線64と電気的に接続されている。 The gate electrode 45 is formed on the outer side of the wiring part 15c (on the side opposite to the memory area) by the pattern of the strip-like conductor film 11 extending in the second direction Y along the wiring part 15c. A portion of the gate electrode 45 located on the strip region 3b of the active region 3 can function as a gate electrode of each selection MISFET Qsn. The gate electrode 45 is electrically connected to the upper wiring 64 through a plug 63 in a contact hole 62 formed in the upper portion thereof. The gate insulating film of each selection MISFET Qsn is formed between the gate electrode 45 and the semiconductor substrate 1 by the gate insulating film 9. One of the source / drain of each selection MISFET Qsn is formed by the n-type semiconductor region 6 for bit line connection, and the other of the source / drain is an n -type semiconductor region formed near the end of the gate electrode 45. 51, from the end of the gate electrode 45 n - formed apart -type semiconductor region 51 minutes, n - than -type semiconductor region 51 is formed by the n + -type semiconductor region 55 of a high impurity concentration Yes. The n + -type semiconductor region 55 is electrically connected to the upper wiring 64 through a plug 63 in a contact hole 62 formed in the upper portion thereof.

メモリ領域には、4本の補助ゲート電極15が1セット(1組)とされ、複数セット(複数組)が図30の上下に繰り返し配置されている。図30および図31などに示されるように、各セットのうちの1本の補助ゲート電極15(G1)の右端に上層配線(配線64)との接続用の幅広領域15aが一体的に形成され、その下側(図30,図31の下側)に隣接する補助ゲート電極15(G2)の左端に上層配線(配線64)との接続用の幅広領域15aが一体的に形成され、その下側(図30,図31の下側)に隣接する補助ゲート電極15(G3)の右端は配線部70b(15c)と一体的に接続され、その下側(図30,図31の下側)に隣接する補助ゲート電極15(G0)の左端は配線部70a(15c)と一体的に接続されている。なお、配線部15cのうち、図30,図31の左側に位置する配線部15cが配線部70aに対応し、図30,図31の右側に位置する配線部15cが配線部70bに対応する。   In the memory area, four auxiliary gate electrodes 15 are set as one set (one set), and a plurality of sets (a plurality of sets) are repeatedly arranged above and below in FIG. As shown in FIGS. 30 and 31, etc., a wide region 15a for connection to the upper layer wiring (wiring 64) is integrally formed at the right end of one auxiliary gate electrode 15 (G1) in each set. A wide region 15a for connection to the upper wiring (wiring 64) is integrally formed at the left end of the auxiliary gate electrode 15 (G2) adjacent to the lower side (lower side in FIGS. 30 and 31), The right end of the auxiliary gate electrode 15 (G3) adjacent to the side (lower side of FIGS. 30 and 31) is integrally connected to the wiring part 70b (15c), and the lower side (lower side of FIGS. 30 and 31). The left end of the auxiliary gate electrode 15 (G0) adjacent to is integrally connected to the wiring part 70a (15c). Of the wiring portions 15c, the wiring portion 15c located on the left side of FIGS. 30 and 31 corresponds to the wiring portion 70a, and the wiring portion 15c located on the right side of FIGS. 30 and 31 corresponds to the wiring portion 70b.

配線部15c、すなわち配線部70a,70bは、第2方向Yに延在する帯状のパターンとされており、その各々は4本(1セット)に1本の補助ゲート電極15(G3、G0)と一体的に形成されて接続されている。すなわち、配線部70aには複数の補助ゲート電極G0が接続され、配線部70bには複数の補助ゲート電極G3が接続されており、配線部70a,70bは、同一の電位を供給する複数の補助ゲート電極15の共通配線とされている。このような補助ゲート電極15(G0〜3)、補助ゲート電極15の幅広領域15aおよび配線部15c(70a,70b)は、上記のように例えば低抵抗な多結晶シリコン膜などからなる同層の導体膜11をパターニングすることで形成されている。各補助ゲート電極15は、上記絶縁膜12,13,61に開口されたコンタクトホール62内のプラグ63を通じて上層の配線64と電気的に接続されているが、コンタクトホール62は、幅広領域15aおよび配線部15c(70a,70b)の上部に形成されている。   The wiring part 15c, that is, the wiring parts 70a and 70b are formed in a strip-like pattern extending in the second direction Y, and each of them has four (one set) auxiliary gate electrode 15 (G3, G0). Are integrally formed and connected. That is, a plurality of auxiliary gate electrodes G0 are connected to the wiring portion 70a, and a plurality of auxiliary gate electrodes G3 are connected to the wiring portion 70b. The wiring portions 70a and 70b are a plurality of auxiliary gates that supply the same potential. A common wiring for the gate electrode 15 is used. The auxiliary gate electrode 15 (G0-3), the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the wiring portion 15c (70a, 70b) are formed in the same layer made of, for example, a low-resistance polycrystalline silicon film as described above. It is formed by patterning the conductor film 11. Each auxiliary gate electrode 15 is electrically connected to the upper wiring 64 through the plug 63 in the contact hole 62 opened in the insulating films 12, 13, 61. The contact hole 62 is formed in the wide region 15a and It is formed in the upper part of the wiring part 15c (70a, 70b).

このように、本実施の形態では、半導体基板1の主面上に第1方向Xに延在した状態で形成された複数の補助ゲート電極15は、延在方向の一方の端部が互いに一体的に連結された第1種類の補助ゲート電極15、すなわち補助ゲート電極G3,G0と、連結されずに互いに独立に延在する第2種類の補助ゲート電極15、すなわち補助ゲート電極G1,G2とを有している。従って、上記第1種類の補助ゲート電極15は櫛型のパターン(平面パターン)であり、上記第2種類の補助ゲート電極15は細長い島状のパターン(平面パターン)である。第1種類の補助ゲート電極G3,G0は、第1方向Xに対して交差する第2方向Yに延在する導電体部である配線部15cによって一体的に連結されているが、補助ゲート電極G3と補助ゲート電極G0とは、延在方向の互いに逆側の端部が、配線部70a,70bにそれぞれ接続されている。このため、補助ゲート電極G3と補助ゲート電極G0とは連結されていない。また、第2種類の補助ゲート電極G1,G2は、その延在方向の一方の端部に幅広領域15aを一体的に有しているが、補助ゲート電極G1と補助ゲート電極G2とは、互いに逆側の端部に幅広領域15aを一体的に有している。   As described above, in the present embodiment, the plurality of auxiliary gate electrodes 15 formed in a state extending in the first direction X on the main surface of the semiconductor substrate 1 have one end in the extending direction integrated with each other. The first type of auxiliary gate electrode 15, ie, the auxiliary gate electrodes G3, G0, and the second type of auxiliary gate electrode 15, ie, the auxiliary gate electrodes G1, G2, which are not connected and extend independently of each other. have. Therefore, the first type auxiliary gate electrode 15 is a comb-shaped pattern (planar pattern), and the second type auxiliary gate electrode 15 is an elongated island-shaped pattern (planar pattern). The first type auxiliary gate electrodes G3 and G0 are integrally connected by a wiring portion 15c which is a conductor portion extending in the second direction Y intersecting the first direction X. The ends of G3 and auxiliary gate electrode G0 opposite to each other in the extending direction are connected to wiring portions 70a and 70b, respectively. For this reason, the auxiliary gate electrode G3 and the auxiliary gate electrode G0 are not connected. The second type auxiliary gate electrodes G1 and G2 integrally have a wide region 15a at one end in the extending direction. However, the auxiliary gate electrode G1 and the auxiliary gate electrode G2 are mutually connected. A wide region 15a is integrally formed at the opposite end.

複数のワード線34は、1ブロックのメモリセル(メモリマット)に対して256本形成されている。各ワード線34は、第2方向Yに延在している。すなわち、各ワード線34は、補助ゲート電極15に対して交差(より好ましくは直交)した状態で、第1方向Xに沿って所望の距離を隔ててほぼ平行に並んで配置されている。ワード線34の補助ゲート電極15の隣接間に位置する部分はメモリセルの制御ゲート電極となる。各ワード線34は、上記のように、例えば低抵抗な多結晶シリコンなどからなる導体膜32と、その上面上に形成された高融点金属シリサイド(例えばタングステンシリサイド)などからなる導体膜33との積層膜により形成されている。なお、第1方向Xの両最外側のワード線34は、メモリ動作に寄与されないパターンとされており、露光時の細りを考慮して他のワード線34よりも幅広に形成されている。また、上記図32の断面図などに示されるように、各メモリセルMCの第2方向Yにおいて、ワード線34の下層の導体膜32が各浮遊ゲート電極41間に絶縁膜31を介して埋め込まれるように形成されている。   A plurality of word lines 34 are formed for one block of memory cells (memory mat). Each word line 34 extends in the second direction Y. That is, the word lines 34 are arranged in parallel with each other at a desired distance along the first direction X in a state of intersecting (more preferably orthogonally) with respect to the auxiliary gate electrode 15. A portion of the word line 34 located between adjacent auxiliary gate electrodes 15 serves as a control gate electrode of the memory cell. As described above, each word line 34 includes a conductor film 32 made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon and a conductor film 33 made of refractory metal silicide (for example, tungsten silicide) formed on the upper surface thereof. It is formed of a laminated film. Note that the outermost word lines 34 in the first direction X have a pattern that does not contribute to the memory operation, and are formed wider than the other word lines 34 in consideration of thinning during exposure. Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 32 and the like, in the second direction Y of each memory cell MC, the conductor film 32 under the word line 34 is embedded between the floating gate electrodes 41 via the insulating film 31. It is formed to be.

複数の浮遊ゲート電極41は、補助ゲート電極15の隣接間と、ワード線34との交点に電気的に絶縁された状態で配置されている。この浮遊ゲート電極41は、不揮発性メモリのメモリセルのデータ用の電荷蓄積層、すなわち電荷蓄積用の浮遊ゲート電極であり、上記のように例えば低抵抗な多結晶シリコンなどからなる導体膜25により形成されている。浮遊ゲート電極41は、半導体基板1の主面上に絶縁膜24を介して設けられおり、この絶縁膜24は、メモリセルのトンネル絶縁膜として機能する絶縁膜であり、例えば酸窒化シリコン(SiON)などからなる。浮遊ゲート電極41と補助ゲート電極15との間には、側壁絶縁膜21が形成されており、これにより補助ゲート電極15と浮遊ゲート電極41とが絶縁されている。また、浮遊ゲート電極41およびワード線34の第1方向Xの隣接間には絶縁膜53が形成されており、これにより第1方向Xに隣接する浮遊ゲート電極41間およびワード線34間が絶縁されている。浮遊ゲート電極41と、ワード線34の制御ゲート電極との間には絶縁膜31が形成されている。絶縁膜31は、浮遊ゲート電極41と制御ゲート電極との間のキャパシタを形成する膜で、上記のように例えば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化シリコンを下層から順に積層した、いわゆるONO膜で形成されている。浮遊ゲート電極41は、補助ゲート電極15に挟まれ、かつワード線34の下に位置する領域に、半導体基板1上に絶縁膜24を介して略柱状に形成されている。すなわち、複数の浮遊ゲート電極41が、半導体基板1の主面上に、複数の補助ゲート電極15の隣接間であって複数のワード線34に平面的に重なる位置に形成されている。   The plurality of floating gate electrodes 41 are disposed in a state of being electrically insulated between adjacent adjacent auxiliary gate electrodes 15 and at the intersections with the word lines 34. The floating gate electrode 41 is a charge storage layer for data of a memory cell of a nonvolatile memory, that is, a floating gate electrode for charge storage. As described above, the floating gate electrode 41 is formed by the conductor film 25 made of, for example, low-resistance polycrystalline silicon. Is formed. The floating gate electrode 41 is provided on the main surface of the semiconductor substrate 1 via an insulating film 24. The insulating film 24 is an insulating film that functions as a tunnel insulating film of a memory cell. For example, silicon oxynitride (SiON) ) Etc. A sidewall insulating film 21 is formed between the floating gate electrode 41 and the auxiliary gate electrode 15, whereby the auxiliary gate electrode 15 and the floating gate electrode 41 are insulated. Further, an insulating film 53 is formed between the floating gate electrode 41 and the word line 34 adjacent to each other in the first direction X, thereby insulating between the floating gate electrode 41 adjacent to the first direction X and between the word lines 34. Has been. An insulating film 31 is formed between the floating gate electrode 41 and the control gate electrode of the word line 34. The insulating film 31 is a film that forms a capacitor between the floating gate electrode 41 and the control gate electrode, and is formed of a so-called ONO film in which, for example, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide are sequentially stacked from the lower layer as described above. ing. The floating gate electrode 41 is formed in a substantially columnar shape on the semiconductor substrate 1 via the insulating film 24 in a region sandwiched between the auxiliary gate electrodes 15 and positioned below the word line 34. That is, the plurality of floating gate electrodes 41 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 at positions that are adjacent to the plurality of auxiliary gate electrodes 15 and overlap the plurality of word lines 34 in a plane.

浮遊ゲート電極41は、浮遊ゲート電極41の高さ(半導体基板1の主面からの高さ)が、補助ゲート電極15の高さ(半導体基板1の主面からの高さ)よりも高くなるように形成されている。このため、メモリセルを縮小しても、浮遊ゲート電極41の加工を容易にすることができ、メモリセルの微細化に有利である。また、浮遊ゲート電極41と制御ゲート電極とのキャパシタは、浮遊ゲート電極41の上面および側壁上部に形成される。すなわち、ワード線34が延在する方向において、ワード線34と浮遊ゲート電極41間に絶縁膜31を介して容量が形成される。この容量は浮遊ゲート電極41の上面部と側壁上部に形成される容量値の合計で算出される。従って、メモリセルの微細化を進めても、浮遊ゲート電極41を高くすることで浮遊ゲート電極41と制御ゲート電極との対向面積を増大させることにより、メモリセルの占有面積を増大させることなくキャパシタの容量を増大させることができるので、浮遊ゲート電極41と制御ゲート電極とのカップリング比を向上させることができる。このため、制御ゲート電極による浮遊ゲート電極41の電圧制御の制御性を向上させることができるので、低い電圧でもフラッシュメモリの書込および消去の速度を向上させることができ、フラッシュメモリを低電圧化することができる。すなわち、フラッシュメモリの小型化と低電圧化との両方を実現できる。   In the floating gate electrode 41, the height of the floating gate electrode 41 (height from the main surface of the semiconductor substrate 1) is higher than the height of the auxiliary gate electrode 15 (height from the main surface of the semiconductor substrate 1). It is formed as follows. Therefore, even if the memory cell is reduced, the floating gate electrode 41 can be easily processed, which is advantageous for miniaturization of the memory cell. The capacitor of the floating gate electrode 41 and the control gate electrode is formed on the upper surface of the floating gate electrode 41 and the upper part of the side wall. That is, a capacitor is formed between the word line 34 and the floating gate electrode 41 via the insulating film 31 in the direction in which the word line 34 extends. This capacitance is calculated as the sum of capacitance values formed on the upper surface portion and the sidewall upper portion of the floating gate electrode 41. Therefore, even if the miniaturization of the memory cell is advanced, the opposing area between the floating gate electrode 41 and the control gate electrode is increased by increasing the floating gate electrode 41, so that the capacitor does not increase the area occupied by the memory cell. Therefore, the coupling ratio between the floating gate electrode 41 and the control gate electrode can be improved. Therefore, the controllability of the voltage control of the floating gate electrode 41 by the control gate electrode can be improved, so that the writing and erasing speed of the flash memory can be improved even at a low voltage, and the voltage of the flash memory can be reduced. can do. That is, both miniaturization and low voltage of the flash memory can be realized.

本実施の形態では、上記のように、絶縁膜31および導体膜25をエッチングして浮遊ゲート電極41を形成する工程において、図22および図26に示されるように、メモリ領域が露出され、それ以外の領域(特に幅広領域15aおよびその近傍領域)が覆われるようなレジストパターンRP2をエッチングマスクとして用いている。このため、図31などに示されるように、浮遊ゲート電極41と同層の導体膜25により形成された導電体部(第2導体部)であるダミー浮遊ゲート電極(第2導体部)42が、補助ゲート電極15の幅広領域15aの周囲に形成される。すなわち、ダミー浮遊ゲート電極42は、半導体基板1の主面上に補助ゲート電極15の幅広領域15aを囲むように配置され、ダミー浮遊ゲート電極42は側壁絶縁膜21を介して補助ゲート電極15の幅広領域15aと隣り合っている。   In the present embodiment, as described above, in the process of forming the floating gate electrode 41 by etching the insulating film 31 and the conductor film 25, the memory region is exposed as shown in FIGS. A resist pattern RP2 is used as an etching mask so as to cover other regions (especially the wide region 15a and its vicinity). Therefore, as shown in FIG. 31 and the like, a dummy floating gate electrode (second conductor portion) 42 which is a conductor portion (second conductor portion) formed by the conductor film 25 in the same layer as the floating gate electrode 41 is provided. The auxiliary gate electrode 15 is formed around the wide region 15a. That is, the dummy floating gate electrode 42 is disposed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to surround the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15, and the dummy floating gate electrode 42 is formed on the auxiliary gate electrode 15 via the sidewall insulating film 21. Adjacent to the wide region 15a.

導体膜11のパターンの間に埋め込まれていた導体膜25が、幅広領域15aの周囲に残存することによりダミー浮遊ゲート電極42が形成されているので、ダミー浮遊ゲート電極42は、補助ゲート電極15(G1,G2)の幅広領域15aとその幅広領域15aの隣の導体膜11のパターンである配線部15cまたは補助ゲート電極15(G3,G0)との間に形成される。すなわち、上記第2種類の補助ゲート電極G1,G2(15)の幅広領域15aと配線部15cまたは上記第1種類の補助ゲート電極G3,G0(15)との間に、ダミー浮遊ゲート電極42が形成されている。ここで、補助ゲート電極G1(15)の幅広領域15aの周囲に形成されたダミー浮遊ゲート電極42は、補助ゲート電極G1(15)の幅広領域15aと配線部70bまたは補助ゲート電極G3,G0(15)との間に形成される。また、補助ゲート電極G2(15)の幅広領域15aの周囲に形成されたダミー浮遊ゲート電極42は、補助ゲート電極G2(15)の幅広領域15aと配線部70aまたは補助ゲート電極G3,G0(15)との間に形成されている。   Since the dummy floating gate electrode 42 is formed by the conductive film 25 buried between the patterns of the conductive film 11 remaining around the wide region 15a, the dummy floating gate electrode 42 is formed of the auxiliary gate electrode 15. It is formed between the wide region 15a of (G1, G2) and the wiring portion 15c or the auxiliary gate electrode 15 (G3, G0) which is the pattern of the conductor film 11 adjacent to the wide region 15a. That is, the dummy floating gate electrode 42 is provided between the wide region 15a of the second type auxiliary gate electrodes G1 and G2 (15) and the wiring portion 15c or the first type auxiliary gate electrodes G3 and G0 (15). Is formed. Here, the dummy floating gate electrode 42 formed around the wide region 15a of the auxiliary gate electrode G1 (15) is connected to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode G1 (15) and the wiring portion 70b or the auxiliary gate electrodes G3, G0 ( 15). Further, the dummy floating gate electrode 42 formed around the wide region 15a of the auxiliary gate electrode G2 (15) includes the wide region 15a of the auxiliary gate electrode G2 (15) and the wiring portion 70a or the auxiliary gate electrodes G3, G0 (15). ).

特に、第2種類の補助ゲート電極G1,G2(15)の幅広領域15aと配線部15cとの間の領域にダミー浮遊ゲート電極42が形成されていることが好ましく、第2種類の補助ゲート電極G1,G2(15)の幅広領域15aと配線部15cとの間と第2種類の補助ゲート電極G1,G2(15)の幅広領域15aと第1種類の補助ゲート電極G3,G0(15)との間の両方の領域にダミー浮遊ゲート電極42が形成されていればより好ましい。また、配線部15cは第1種類の補助ゲート電極G3,G0(15)と一体的に形成されているので、ダミー浮遊ゲート電極42は補助ゲート電極15の幅広領域15aと他の補助ゲート電極15との間に形成されているとみなすこともできる。   In particular, the dummy floating gate electrode 42 is preferably formed in a region between the wide region 15a and the wiring portion 15c of the second type auxiliary gate electrodes G1, G2 (15). Between the wide region 15a of G1, G2 (15) and the wiring part 15c, the wide region 15a of the second type auxiliary gate electrodes G1, G2 (15) and the first type auxiliary gate electrodes G3, G0 (15) It is more preferable that the dummy floating gate electrode 42 is formed in both regions between the two. Further, since the wiring portion 15c is formed integrally with the first type auxiliary gate electrodes G3, G0 (15), the dummy floating gate electrode 42 includes the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the other auxiliary gate electrodes 15. It can also be considered that it is formed between.

また、図35および図36に示されるように、ダミー浮遊ゲート電極42は、半導体基板1の主面上に素子分離領域2および絶縁膜24aを介して形成されている。補助ゲート電極15の幅広領域15aと配線部15cとの間の領域は、活性領域3(3b)となっており、補助ゲート電極15により形成されるビット線用のn型の反転層を選択MISFETQsnと電気的に接続するためのn型半導体領域6が形成されている。このため、補助ゲート電極15の幅広領域15aと配線部15cとの間の領域では、ダミー浮遊ゲート電極42は、素子分離領域2上ではなく、半導体基板1上に絶縁膜24aを介して形成された状態となっている。補助ゲート電極15の幅広領域15aと配線部15cとの間の領域においては、まずゲート絶縁膜9が形成され、側壁絶縁膜21形成のためのエッチング工程でこのゲート絶縁膜9がエッチングされ、その後上記絶縁膜24が形成されて、絶縁膜24aとなる。従って、絶縁膜24aの膜厚は、側壁絶縁膜21形成のためのエッチング工程後のゲート絶縁膜9の残存膜厚と、上記絶縁膜24の形成膜厚の合計に相当する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜9の膜厚をゲート絶縁膜8よりも厚くしているので、側壁絶縁膜21形成のためのエッチング工程で露出するゲート絶縁膜8を除去したとしても、露出するゲート絶縁膜9の一部を残存させることが可能である。このため、補助ゲート電極15の幅広領域15aと配線部15cとの間の領域において、側壁絶縁膜21形成のためのエッチング工程でゲート絶縁膜9の一部を残存させ、この残存膜の上に上記絶縁膜24を形成して絶縁膜24aとすることで、絶縁膜24aの膜厚を厚くすることができる。このため、絶縁膜24aの膜厚は、絶縁膜24の膜厚よりも厚くなる。また、絶縁膜24aの膜厚が、ゲート絶縁膜8の膜厚よりも厚ければ、より好ましい。また、素子分離領域2は絶縁膜24aよりも厚い絶縁膜からなるので、半導体基板1とダミー浮遊ゲート電極42との間に存在する絶縁膜の最も薄い部分は絶縁膜24aである。   35 and 36, the dummy floating gate electrode 42 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 with the element isolation region 2 and the insulating film 24a interposed therebetween. A region between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the wiring portion 15c is an active region 3 (3b), and an n-type inversion layer for the bit line formed by the auxiliary gate electrode 15 is selected. MISFETQsn An n-type semiconductor region 6 for electrical connection is formed. Therefore, in the region between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the wiring portion 15c, the dummy floating gate electrode 42 is formed not on the element isolation region 2 but on the semiconductor substrate 1 via the insulating film 24a. It is in the state. In the region between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the wiring portion 15c, the gate insulating film 9 is first formed, and this gate insulating film 9 is etched in an etching process for forming the sidewall insulating film 21, and thereafter The insulating film 24 is formed and becomes the insulating film 24a. Therefore, the film thickness of the insulating film 24a corresponds to the sum of the remaining film thickness of the gate insulating film 9 after the etching process for forming the sidewall insulating film 21 and the film thickness of the insulating film 24 formed. In this embodiment, since the gate insulating film 9 is thicker than the gate insulating film 8, even if the gate insulating film 8 exposed in the etching process for forming the sidewall insulating film 21 is removed, the gate insulating film 9 is exposed. It is possible to leave a part of the gate insulating film 9 to be left. For this reason, in the region between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the wiring portion 15c, a part of the gate insulating film 9 is left in the etching process for forming the sidewall insulating film 21, and on the remaining film. By forming the insulating film 24 to form the insulating film 24a, the thickness of the insulating film 24a can be increased. For this reason, the film thickness of the insulating film 24 a is larger than the film thickness of the insulating film 24. Further, it is more preferable that the thickness of the insulating film 24 a is larger than the thickness of the gate insulating film 8. Further, since the element isolation region 2 is made of an insulating film thicker than the insulating film 24a, the thinnest portion of the insulating film existing between the semiconductor substrate 1 and the dummy floating gate electrode 42 is the insulating film 24a.

次に、本実施の形態の半導体装置におけるフラッシュメモリの書込、読み出しおよび消去の動作について説明する。   Next, writing, reading and erasing operations of the flash memory in the semiconductor device of this embodiment will be described.

図37は定電荷注入によるデータ書込動作時の要部回路図、図38は定電荷注入によるデータ書込動作時の半導体装置の要部断面図をそれぞれ示している。   FIG. 37 is a principal circuit diagram at the time of data writing operation by constant charge injection, and FIG. 38 is a fragmentary sectional view of the semiconductor device at the time of data writing operation by constant charge injection.

図37に示されるように、単位領域の構成は、選択nMISFETQsn0が共通ドレイン側に1段のみ配置され、補助ゲート電極15が4系統の構成(G0〜G3)とされている。グローバルビット線GBL0〜GBL3には、それぞれ選択MISFETQsn1が設けられている。   As shown in FIG. 37, the unit region is configured such that the selected nMISFET Qsn0 is arranged in only one stage on the common drain side, and the auxiliary gate electrode 15 has a four-system configuration (G0 to G3). A selection MISFET Qsn1 is provided for each of the global bit lines GBL0 to GBL3.

データ書込は、非選択のメモリセルMCをスルー、ソース側選択および定電荷注入によるソースサイドホットエレクトロン注入方式を前提とする。これにより、高速で、低電流で効率的なデータ書き込みが可能となっている。また、個々のメモリセルMCには多値のデータを記憶することが可能となっている。この多値記憶は、ワード線WL(ワード線34に対応する)の書き込み電圧は一定にし、書き込み時間を変えることで、浮遊ゲート電極41へ注入するホットエレクトロンの量を変化させることで行なうため、何種類かのしきい値レベルを有するメモリセルMCを形成することができる。すなわち、“00”/“01”/“10”/“11”等のような4つ以上の値を記憶できる。このため、1つのメモリセルMCで2つのメモリセルMC分の働きを実現できる。したがって、フラッシュメモリの小型化を実現できる。   Data writing is premised on a source-side hot electron injection system through through unselected memory cells MC, source-side selection and constant charge injection. Thus, efficient data writing can be performed at high speed with low current. In addition, multi-value data can be stored in each memory cell MC. This multi-value storage is performed by changing the amount of hot electrons injected into the floating gate electrode 41 by changing the write time while keeping the write voltage of the word line WL (corresponding to the word line 34) constant. Memory cells MC having several kinds of threshold levels can be formed. That is, four or more values such as “00” / “01” / “10” / “11” can be stored. For this reason, the function for two memory cells MC can be realized by one memory cell MC. Therefore, it is possible to reduce the size of the flash memory.

データ書込動作では、選択のメモリセルMCが接続されるワード線WL0(34)に、例えば15V程度、それ以外のワード線WL1(34)等に、例えば0Vを印加する。また、選択のメモリセルMCのソース形成用のゲート電極G0(15)に、例えば1V程度を印加し、選択のメモリセルMCのドレイン形成用のゲート電極G1(15)に、例えば7V程度を印加することにより、ゲート電極G0(15)に対向する半導体基板1の主面部分にソース形成用のn型の反転層71aを形成し、ゲート電極G1(15)に対向する半導体基板1の主面部分にドレイン形成用のn型の反転層71bを形成する。他のゲート電極G2(15),G3(15)には、例えば0Vを印加することで、これらゲート電極G2(15),G3(15)に対向する半導体基板1の主面部分に反転層が形成されないようにし、選択、非選択のメモリセルMC間のアイソレーションを行う。この状態で、選択MISFETQsn0のゲート電極45に接続する配線4LCに、例えば7V程度の電圧を印加することにより選択MISFETQsn0をオンして、共通ドレイン配線CDに印加された4V程度の電圧をn型半導体領域6およびn型の反転層71bを通じて選択のメモリセルMCのドレインに供給する。しかし、このままでは、ワード線WL0(34)に接続された非選択のメモリセルMCも、選択のメモリセルMCと同じ状態となり、その非選択のメモリセルMCにもデータが書き込まれてしまう。そこで、選択のメモリセルMCのソース形成用の反転層71aが接続されるグローバルビット線GBL0に、例えば0Vを印加する一方、上記の非選択のメモリセルMCのソース形成用のn型の反転層71aが接続されるグローバルビット線GBL2には、例えば1.2V程度を印加する。また、他のグローバルビット線GBL1,GBL3には、例えば0Vを印加する。これにより、選択のメモリセルMCにはドレイン(n型の反転層71b)からソース(n型の反転層71a)に向かって書き込みの電流Iが流れる。この時にソース側のn型の反転層71aに蓄積した電荷を、ある一定のチャネル電流として流し絶縁膜24を介して浮遊ゲート電極41に効率的に注入する(定電荷注入方式)ことにより選択のメモリセルMCにデータを高速で書き込む一方、上記非選択のメモリセルMCのドレインからソースにはドレイン電流が流れないようにしてデータが書き込まれないようにする。なお、図37の符号Fはフローティング状態を示し、図38の矢印C1は、データ用の電荷(電子)の注入の様子を模式的に示している。 In the data write operation, for example, about 15 V is applied to the word line WL0 (34) to which the selected memory cell MC is connected, and 0 V is applied to the other word line WL1 (34), for example. For example, about 1 V is applied to the gate electrode G0 (15) for forming the source of the selected memory cell MC, and about 7 V is applied to the gate electrode G1 (15) for forming the drain of the selected memory cell MC. Thus, an n-type inversion layer 71a for forming a source is formed on the main surface portion of the semiconductor substrate 1 facing the gate electrode G0 (15), and the main surface of the semiconductor substrate 1 facing the gate electrode G1 (15). An n-type inversion layer 71b for forming a drain is formed in the portion. By applying, for example, 0 V to the other gate electrodes G2 (15) and G3 (15), an inversion layer is formed on the main surface portion of the semiconductor substrate 1 facing the gate electrodes G2 (15) and G3 (15). Isolation between selected and non-selected memory cells MC is performed so as not to be formed. In this state, the selection MISFET Qsn0 is turned on by applying a voltage of, for example, about 7V to the wiring 4LC connected to the gate electrode 45 of the selection MISFETQsn0, and the voltage of about 4V applied to the common drain wiring CD is applied to the n-type semiconductor. This is supplied to the drain of the selected memory cell MC through the region 6 and the n-type inversion layer 71b. However, as it is, the non-selected memory cell MC connected to the word line WL0 (34) is also in the same state as the selected memory cell MC, and data is also written to the non-selected memory cell MC. Therefore, for example, 0V is applied to the global bit line GBL0 to which the inversion layer 71a for forming the source of the selected memory cell MC is connected, while the n-type inversion layer for forming the source of the unselected memory cell MC is applied. For example, about 1.2 V is applied to the global bit line GBL2 to which 71a is connected. For example, 0 V is applied to the other global bit lines GBL1 and GBL3. Thus, current flows I W write toward the drain (n-type inversion layer 71b) in the memory cell MC of the selected source (n-type inversion layer 71a). At this time, the charge accumulated in the n-type inversion layer 71a on the source side is made to flow as a certain channel current and efficiently injected into the floating gate electrode 41 through the insulating film 24 (constant charge injection method). While writing data to the memory cell MC at high speed, the drain current does not flow from the drain to the source of the non-selected memory cell MC so that the data is not written. In addition, the code | symbol F of FIG. 37 shows the floating state, and the arrow C1 of FIG. 38 has shown typically the mode of the injection | pouring of the electric charge (electron) for data.

次に、図39はデータ読み出し動作時の要部回路図、図40はデータ読み出し動作時の半導体装置の要部断面図をそれぞれ示している。   Next, FIG. 39 is a principal part circuit diagram at the time of data reading operation, and FIG. 40 is a principal part sectional view of the semiconductor device at the time of data reading operation.

データ読み出しでは、読み出しの電流Iの方向が上記書込動作と逆である。すなわち、読み出しの電流Iはグローバルビット線GBL0,GBL2から共通ドレイン配線CDに向かって流れる。データ読み出し動作では、選択のメモリセルMCが接続されるワード線WL0(34)に、例えば2〜5V程度、それ以外のワード線WL1(34)等に、例えば0Vを印加する。また、選択のメモリセルMCのソースおよびドレイン形成用のゲート電極G0(15),G1(15)に、例えば5V程度を印加することにより、ゲート電極G0(15)に対向する半導体基板1の主面部分にソース用のn型の反転層71aを形成し、ゲート電極G1(15)に対向する半導体基板1の主面部分にドレイン用のn型の反転層71bを形成する。また、他のゲート電極G2(15),G3(15)には、例えば0Vを印加することで、これらゲート電極G2(15),G3(15)に対向する半導体基板1の主面部分に反転層が形成されないようにしてアイソレーションを行う。ここで、選択のメモリセルMCのソース用のn型の反転層71aが接続されるグローバルビット線GBL0,GBL2に、例えば1V程度を印加する一方、他のグローバルビット線GBL1,GBL3に、例えば0Vを印加する。この状態で、配線4LCに、例えば3V程度の電圧を印加することにより選択MISFETQsnをオンして、共通ドレイン配線CDに印加された0V程度の電圧をn型半導体領域6およびn型の反転層71bを通じて選択のメモリセルMCのドレインに供給する。このようにして選択のメモリセルMCのデータ読み出しを行う。図39は4ビットに1ビットを同時に読み出していることを模式的に示している。この時、浮遊ゲート電極41の蓄積電荷の状態で、選択のメモリセルMCのしきい値電圧が変わるので、選択のメモリセルMCのソースおよびドレイン間に流れる電流の状況で、選択のメモリセルMCのデータを判断できる。例えば、図39に示される2つの選択メモリセルMCの場合、仮に左側の選択メモリセルMCのしきい値レベルが4V、右側の選択メモリセルMCのしきい値レベルが5Vであったとする。このとき、読み出し電圧を5Vとすれば、両方のメモリセルMCに電流が流れる。しかし、4.5Vで読み出した時には、左側のセルには電流が流れず、右側のセルには電流が流れる。このようにメモリセルMCに蓄えられた電荷の状態と読み出し電圧によって、多値記憶のメモリセルに対して読み出し動作を行なうことができる。 In data read, the direction of the current I R of the read is the write operation and reverse. That is, the current I R of the read flows from the global bit lines GBL0, GBL2 to the common drain line CD. In the data read operation, for example, about 2 to 5 V is applied to the word line WL0 (34) to which the selected memory cell MC is connected, and 0 V is applied to the other word line WL1 (34), for example. Further, by applying, for example, about 5 V to the gate electrodes G0 (15) and G1 (15) for forming the source and drain of the selected memory cell MC, the main of the semiconductor substrate 1 facing the gate electrode G0 (15) is obtained. An n-type inversion layer 71a for source is formed on the surface portion, and an n-type inversion layer 71b for drain is formed on the main surface portion of the semiconductor substrate 1 facing the gate electrode G1 (15). Further, for example, 0V is applied to the other gate electrodes G2 (15) and G3 (15), so that the main surface portion of the semiconductor substrate 1 facing the gate electrodes G2 (15) and G3 (15) is inverted. Isolation is performed without forming a layer. Here, for example, about 1 V is applied to the global bit lines GBL0 and GBL2 to which the n-type inversion layer 71a for the source of the selected memory cell MC is connected, while 0 V is applied to the other global bit lines GBL1 and GBL3, for example. Apply. In this state, the selection MISFET Qsn is turned on by applying a voltage of, for example, about 3V to the wiring 4LC, and the voltage of about 0V applied to the common drain wiring CD is applied to the n-type semiconductor region 6 and the n-type inversion layer 71b. To the drain of the selected memory cell MC. In this way, data is read from the selected memory cell MC. FIG. 39 schematically shows that 1 bit is simultaneously read out of 4 bits. At this time, since the threshold voltage of the selected memory cell MC changes depending on the state of the accumulated charge in the floating gate electrode 41, the selected memory cell MC is selected in the state of the current flowing between the source and drain of the selected memory cell MC. Can be determined. For example, in the case of the two selected memory cells MC shown in FIG. 39, it is assumed that the threshold level of the left selected memory cell MC is 4V and the threshold level of the right selected memory cell MC is 5V. At this time, if the read voltage is 5 V, a current flows through both memory cells MC. However, when reading is performed at 4.5 V, no current flows in the left cell, and a current flows in the right cell. As described above, a read operation can be performed on a multi-value storage memory cell according to the state of charge stored in the memory cell MC and the read voltage.

次に、図41はデータ消去動作時の半導体装置の要部断面図を示している。データの消去動作時では、選択対象のワード線34に負電圧を印加することにより、浮遊ゲート電極41から半導体基板1へのF−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行う。すなわち、選択対象のワード線34に、例えば−16V程度を印加する一方、半導体基板1(p型ウエル4)に正の電圧を印加する。補助ゲート電極15には、例えば0Vを印加し、n型の反転層を形成しない。これにより、浮遊ゲート電極41に蓄積されたデータ用の電荷を絶縁膜24を介して半導体基板1に放出し、複数のメモリセルMCのデータを一括消去する。なお、図41の矢印C2は、データ用の電荷の放出の様子を模式的に示している。   Next, FIG. 41 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during the data erasing operation. In the data erasing operation, a negative voltage is applied to the word line 34 to be selected, thereby performing FN (Fowlor Nordheim) tunnel emission from the floating gate electrode 41 to the semiconductor substrate 1. That is, for example, about −16 V is applied to the word line 34 to be selected, while a positive voltage is applied to the semiconductor substrate 1 (p-type well 4). For example, 0 V is applied to the auxiliary gate electrode 15, and no n-type inversion layer is formed. As a result, the data charges stored in the floating gate electrode 41 are discharged to the semiconductor substrate 1 through the insulating film 24, and the data in the plurality of memory cells MC are erased at once. Note that an arrow C2 in FIG. 41 schematically shows a state of discharging data charges.

次に、本実施の形態の効果について、より詳細に説明する。図42〜図45は、補助ゲート電極15の幅広領域15a近傍領域を模式的に示す半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。図46〜図49は、補助ゲート電極15の幅広領域15a近傍領域を模式的に示す比較例の半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。図42および図46は、上記絶縁膜61の形成後でコンタクトホール62の形成前の工程段階の要部平面図、図43および図47は図42および図46と同じ工程段階の要部断面図に対応する。図44および図48は、コンタクトホール62の形成後でプラグ63の形成前の工程段階に対応し、図45および図49は、プラグ63および配線64の形成後の工程段階に対応する。なお、図42〜図49では、理解を簡単にするために、上記絶縁膜12,13、側壁絶縁膜21および絶縁膜61を合わせたものを絶縁膜81として図示している。また、図42および図46の平面図では、絶縁膜81を透視した状態が示されている。また、図42〜図49では、半導体基板1上に絶縁膜81を介して補助ゲート電極15の幅広領域15aおよびダミー浮遊ゲート電極42,142が形成されているが、補助ゲート電極15の幅広領域15aの下の絶縁膜81は、上記ゲート絶縁膜9に対応し、ダミー浮遊ゲート電極42,142の下の絶縁膜81は、上記絶縁膜24aまたは素子分離領域2に対応する。なお、図43〜図45は、例えば図42のG−G線やH−H線などの断面に相当するが、G−G線の断面である場合は、ダミー浮遊ゲート電極42の下の絶縁膜81は上記絶縁膜24aに対応し、H−H線の断面である場合は、ダミー浮遊ゲート電極42の下の絶縁膜81は、上記素子分離領域2に対応する。同様に、図47〜図49は、例えば図46のG−G線やH−H線などの断面に相当するが、G−G線の断面である場合は、ダミー浮遊ゲート電極142の下の絶縁膜81は上記ゲート絶縁膜24aに対応し、H−H線の断面である場合は、ダミー浮遊ゲート電極142の下の絶縁膜81は、上記素子分離領域2に対応する。   Next, the effect of this embodiment will be described in more detail. 42 to 45 are principal part plan views or principal part sectional views in the manufacturing process of the semiconductor device schematically showing the vicinity of the wide area 15 a of the auxiliary gate electrode 15. 46 to 49 are principal part plan views or principal part sectional views in the manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example schematically showing the vicinity of the wide area 15 a of the auxiliary gate electrode 15. 42 and 46 are main part plan views of the process steps after the formation of the insulating film 61 and before the formation of the contact holes 62, and FIGS. 43 and 47 are cross-sectional views of the main parts of the same process steps as those in FIGS. Corresponding to 44 and 48 correspond to the process steps after the formation of the contact hole 62 and before the formation of the plug 63, and FIGS. 45 and 49 correspond to the process steps after the formation of the plug 63 and the wiring 64. 42 to 49, the insulating film 81 is a combination of the insulating films 12 and 13, the sidewall insulating film 21, and the insulating film 61 for easy understanding. 42 and 46 show a state where the insulating film 81 is seen through. 42 to 49, the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrodes 42 and 142 are formed on the semiconductor substrate 1 via the insulating film 81. However, the wide region of the auxiliary gate electrode 15 is formed. The insulating film 81 below 15a corresponds to the gate insulating film 9, and the insulating film 81 below the dummy floating gate electrodes 42, 142 corresponds to the insulating film 24a or the element isolation region 2. 43 to 45 correspond to the cross sections of the GG line and the HH line of FIG. 42, for example, but in the case of the cross section of the GG line, insulation under the dummy floating gate electrode 42 is performed. The film 81 corresponds to the insulating film 24a. In the case of a cross section taken along the line H-H, the insulating film 81 under the dummy floating gate electrode 42 corresponds to the element isolation region 2. Similarly, FIG. 47 to FIG. 49 correspond to the cross sections of the GG line and the HH line of FIG. 46, for example, but in the case of the cross section of the GG line, below the dummy floating gate electrode 142, FIG. The insulating film 81 corresponds to the gate insulating film 24a, and when the section is taken along the line HH, the insulating film 81 below the dummy floating gate electrode 142 corresponds to the element isolation region 2.

本実施の形態では、上記図31や図42に示されるように、補助ゲート電極15の幅広領域15aの周囲にはダミー浮遊ゲート電極42が存在している。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 31 and 42, the dummy floating gate electrode 42 exists around the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15.

浮遊ゲート電極41と同様に、図43に示されるように、ダミー浮遊ゲート電極42の上面83の高さ(半導体基板1の主面からの高さ)hまたは高さ位置は、補助ゲート電極15の幅広領域15aの上面84の高さ(半導体基板1の主面からの高さ)hまたは高さ位置よりも高い(h>h)。また、上記のように側壁絶縁膜21の側面22がテーパ形状を有した状態で、溝23内に導体膜25を埋め込んでいるので、導体膜25の側面もテーパ形状を有した状態となり、この導体膜25により形成されたダミー浮遊ゲート電極42の側面もテーパ形状を有した状態となっている。すなわち、ダミー浮遊ゲート電極42は、テーパ形状を有し、上部が下部よりも大きくなっている。このため、ダミー浮遊ゲート電極42の補助ゲート電極15の幅広領域15aに対向する側の側面85は、ダミー浮遊ゲート電極42の側面85の下部よりも上部が補助ゲート電極15の幅広領域15a側となるように、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜している。そして、図42および図43に示されるように、本実施の形態では、ダミー浮遊ゲート電極42の上面83の端部(幅広領域15a側の端部)86が、補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87の直上88に一致する位置か、または補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87の直上88を超えて幅広領域15a側の位置となっている。このため、補助ゲート電極15の幅広領域15aの外周直上に、ダミー浮遊ゲート電極42の上面端部(86)が一致するか、または、補助ゲート電極15の幅広領域15aの外周近傍上に、ダミー浮遊ゲート電極42の上面端部(86)近傍領域が重なった状態となっている。これにより、コンタクトホール62形成予定領域の近傍において、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極42との間に、両者が平面的に重ならない領域が生じないようにしている。換言すれば、ダミー浮遊ゲート電極42の上面83の端部86が補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87の直上にオーバーラップしている、すなわち、補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87の直上88の位置に、ダミー浮遊ゲート電極42がオーバーラップして存在した状態となっている。このような構造は、上記図10および図11で説明したように、側壁絶縁膜21の側面22を、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から傾斜した状態、すなわちテーパ形状を有している状態とすることで、実現できる。 Similar to the floating gate electrode 41, as shown in FIG. 43, the height of the upper surface 83 of the dummy floating gate electrode 42 (the height from the main surface of the semiconductor substrate 1) h 1 or height position, the auxiliary gate electrode the height of the upper surface 84 of the wide area 15a of the 15 higher than (the height from the main surface of the semiconductor substrate 1) h 2 or height (h 1> h 2). In addition, since the conductor film 25 is embedded in the groove 23 with the side surface 22 of the sidewall insulating film 21 having a tapered shape as described above, the side surface of the conductor film 25 also has a tapered shape. The side surface of the dummy floating gate electrode 42 formed by the conductor film 25 is also in a tapered shape. That is, the dummy floating gate electrode 42 has a tapered shape, and the upper part is larger than the lower part. Therefore, the side surface 85 of the dummy floating gate electrode 42 on the side facing the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is higher than the lower portion of the side surface 85 of the dummy floating gate electrode 42 with the wide region 15a side of the auxiliary gate electrode 15. In this way, the semiconductor substrate 1 is inclined from a direction perpendicular to the main surface. 42 and 43, in the present embodiment, the end portion (end portion on the wide region 15a side) 86 of the upper surface 83 of the dummy floating gate electrode 42 is the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15. It is a position that coincides with the upper portion 88 of the end portion 87 of the auxiliary gate electrode 15, or a position on the wide region 15 a side beyond the upper portion 88 of the wide portion 15 a of the auxiliary gate electrode 15. For this reason, the upper surface end (86) of the dummy floating gate electrode 42 is aligned directly above the outer periphery of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, or the dummy region is positioned near the outer periphery of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15. The region near the upper end (86) of the floating gate electrode 42 is overlapped. As a result, in the vicinity of the region where the contact hole 62 is to be formed, a region in which the two do not overlap in plan is not generated between the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 42. In other words, the end portion 86 of the upper surface 83 of the dummy floating gate electrode 42 overlaps directly above the end portion 87 of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, that is, the end of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15. The dummy floating gate electrode 42 is overlapped and present at a position 88 immediately above the portion 87. Such a structure has a state in which the side surface 22 of the sidewall insulating film 21 is inclined from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1, that is, as described with reference to FIGS. This can be achieved by setting

ここで、補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87は、図42のように幅広領域15aを平面的にみたときに、最外周となる位置(最もダミー浮遊ゲート電極42側となる位置)に対応する。従って、幅広領域15aを含む補助ゲート電極15が、例えばテーパ形状(上部の幅が下部の幅よりも小さい形状)を有している場合であれば、補助ゲート電極15の幅広領域15aの側面下部が、上記端部87に相当することとなる。   Here, the end 87 of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is the outermost position (the position closest to the dummy floating gate electrode 42) when the wide region 15a is viewed in plan as shown in FIG. Corresponding to Therefore, if the auxiliary gate electrode 15 including the wide region 15a has, for example, a taper shape (a shape in which the upper width is smaller than the lower width), the lower portion of the side surface of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 This corresponds to the end portion 87.

なお、図42〜図45では、ダミー浮遊ゲート電極42の上面83の端部86が、補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87の直上88を超えて幅広領域15a側の位置にある状態が示されている。このようにすると、ダミー浮遊ゲート電極42の上面の位置の多少のばらつきを許容できるのでより好ましい。但し、本実施の形態は、ダミー浮遊ゲート電極42の上面83の端部86が、補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部87の直上88に一致する位置となっている場合も含み、この場合も図42〜図45の場合と同様に、以下の効果を得ることが可能である。   42 to 45, the end portion 86 of the upper surface 83 of the dummy floating gate electrode 42 is in a position on the wide region 15a side beyond the portion 88 directly above the end portion 87 of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15. It is shown. This is more preferable because some variation in the position of the upper surface of the dummy floating gate electrode 42 can be allowed. However, the present embodiment includes a case where the end portion 86 of the upper surface 83 of the dummy floating gate electrode 42 is positioned so as to coincide with the position 88 immediately above the end portion 87 of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15. In this case, the following effects can be obtained as in the case of FIGS.

図44は、コンタクトホール62を形成した状態が示されている。コンタクトホール62を形成するには、補助ゲート電極15の幅広領域15aおよびダミー浮遊ゲート電極42を覆うように形成された絶縁膜82上に開口部92を有するレジストパターン91をフォトリソグラフィ法などにより形成し、このレジストパターン91をエッチングマスクとしてレジストパターン91の開口部92から露出する絶縁膜82をドライエッチングする。レジストパターン91の開口部92が補助ゲート電極15の幅広領域15aの直上に目外れを起こさずに配置(形成)された場合は、図44(b)に示されるように、コンタクトホール62は、補助ゲート電極15の幅広領域15a上に形成され、コンタクトホール62の底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aだけが露出される。   FIG. 44 shows a state in which the contact hole 62 is formed. In order to form the contact hole 62, a resist pattern 91 having an opening 92 is formed on the insulating film 82 formed so as to cover the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 42 by photolithography or the like. Then, the insulating film 82 exposed from the opening 92 of the resist pattern 91 is dry-etched using the resist pattern 91 as an etching mask. When the opening 92 of the resist pattern 91 is arranged (formed) directly above the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 without causing any dislocation, as shown in FIG. It is formed on the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15, and only the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 is exposed at the bottom of the contact hole 62.

図45は、コンタクトホール62の形成後、コンタクトホール62内にプラグ63を形成し、プラグ63が埋め込まれた絶縁膜81(61)上に配線64を形成した状態が示されている。図44(b)のように、コンタクトホール62に目外れが生じなかった場合は、図45(b)に示されるように、プラグ63は、その底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aに接触(接続)し、プラグ63の上部(上面)は配線64に接触(接続)する。これにより、配線64は、プラグ63を介して補助ゲート電極15の幅広領域15aに電気的に接続される。   FIG. 45 shows a state in which, after the contact hole 62 is formed, a plug 63 is formed in the contact hole 62, and a wiring 64 is formed on the insulating film 81 (61) in which the plug 63 is embedded. As shown in FIG. 44 (b), when the contact hole 62 is not loose, as shown in FIG. 45 (b), the plug 63 contacts the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 at the bottom. Then, the upper part (upper surface) of the plug 63 is in contact with (connected to) the wiring 64. Thereby, the wiring 64 is electrically connected to the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 through the plug 63.

補助ゲート電極15の幅広領域15aを露出するように、幅広領域15aの上部にコンタクトホール62を形成する場合、目外れを起こさないのが理想であるが、目外れを完全に防止しようとすると、幅広領域15aの寸法を大きくする必要がある。幅広領域15aの寸法を大きくすると、補助ゲート電極15間の間隔が大きくなってメモリセルの寸法が大きくなり、メモリ領域の面積を増大してしまう。これは、フラッシュメモリを有する半導体装置の小型化や大容量化に不利となる。従って、フラッシュメモリを有する半導体装置の小型化や大容量化のためには、コンタクトホール62のある程度の目外れを許容することが要求される。   When the contact hole 62 is formed in the upper part of the wide region 15a so as to expose the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, it is ideal not to cause an unsightline. It is necessary to increase the size of the wide region 15a. When the size of the wide region 15a is increased, the interval between the auxiliary gate electrodes 15 is increased, the size of the memory cell is increased, and the area of the memory region is increased. This is disadvantageous for downsizing and increasing the capacity of a semiconductor device having a flash memory. Therefore, in order to reduce the size and increase the capacity of a semiconductor device having a flash memory, it is required to allow a certain degree of contact hole 62 to be missed.

図44(a)は、図44(b)と同様、コンタクトホール62を形成した状態が示されているが、図44(b)とは異なり、レジストパターン91の開口部92が補助ゲート電極15の幅広領域15aの直上から目外れを起こしてずれて配置(形成)された場合に対応する。レジストパターン91の開口部92が目外れした場合は、図44(a)に示されるように、レジストパターン91をエッチングマスクとしてレジストパターン91の目外れした開口部92から露出する絶縁膜82がドライエッチングされてコンタクトホール62a(62)が形成される。なお、コンタクトホール62aは、コンタクトホール62のうちの目外れを起こしたコンタクトホールである。   FIG. 44A shows a state where the contact hole 62 is formed as in FIG. 44B, but unlike FIG. 44B, the opening 92 of the resist pattern 91 is formed by the auxiliary gate electrode 15. This corresponds to the case where they are shifted (disposed) from the position just above the wide area 15a. When the opening 92 of the resist pattern 91 is missed, as shown in FIG. 44A, the insulating film 82 exposed from the missed opening 92 of the resist pattern 91 is dry using the resist pattern 91 as an etching mask. The contact hole 62a (62) is formed by etching. Note that the contact hole 62 a is a contact hole in which the contact hole 62 is missed.

目外れを起こすと、コンタクトホール62aがダミー浮遊ゲート電極42と平面的に重なる。この場合、絶縁膜82のドライエッチングが進行して形成途中のコンタクトホール62aの底部でダミー浮遊ゲート電極42の一部が露出するが、露出したダミー浮遊ゲート電極42がエッチングストッパとして機能し、ダミー浮遊ゲート電極42の直下の領域では、ダミー浮遊ゲート電極42がエッチングマスクとして機能するので、絶縁膜82がエッチングされない。そして、コンタクトホール62aのうち、ダミー浮遊ゲート電極42と平面的に重ならない領域でだけ絶縁膜82のドライエッチングが進行して、コンタクトホール62aの底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aが露出される。   When this happens, the contact hole 62a overlaps the dummy floating gate electrode 42 in a plan view. In this case, dry etching of the insulating film 82 proceeds and a part of the dummy floating gate electrode 42 is exposed at the bottom of the contact hole 62a being formed. However, the exposed dummy floating gate electrode 42 functions as an etching stopper, and the dummy floating gate electrode 42 functions as an etching stopper. In the region immediately below the floating gate electrode 42, the dummy floating gate electrode 42 functions as an etching mask, so that the insulating film 82 is not etched. Then, dry etching of the insulating film 82 proceeds only in a region of the contact hole 62a that does not overlap the dummy floating gate electrode 42 in a plan view, and the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is exposed at the bottom of the contact hole 62a. The

コンタクトホール62a形成のための絶縁膜82のエッチング工程では、補助ゲート電極15のエッチング速度が絶縁膜81のエッチング速度よりも低くなるような条件(選択比)でエッチングを行う。このため、ダミー浮遊ゲート電極42(導体膜25)と補助ゲート電極15(導体膜11)とを同じ材料(例えばドープトポリシリコンのようなシリコン)により形成しておけば、コンタクトホール62a形成のための絶縁膜82のエッチング工程で、ダミー浮遊ゲート電極42をエッチングストッパとして機能させることが容易に可能となる。   In the etching process of the insulating film 82 for forming the contact hole 62a, the etching is performed under conditions (selection ratio) such that the etching rate of the auxiliary gate electrode 15 is lower than the etching rate of the insulating film 81. Therefore, if the dummy floating gate electrode 42 (conductor film 25) and the auxiliary gate electrode 15 (conductor film 11) are formed of the same material (for example, silicon such as doped polysilicon), the contact hole 62a is formed. Therefore, the dummy floating gate electrode 42 can easily function as an etching stopper in the etching process of the insulating film 82 for this purpose.

本実施の形態では、図42および図43に示されるように、コンタクトホール62形成予定領域の近傍において、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極42との間に、両者が平面的に重ならない領域が生じないようにしている。このため、図44(a)に示されるように、コンタクトホール62aでダミー浮遊ゲート電極42の一部が露出すると、ダミー浮遊ゲート電極42の直下の領域では絶縁膜82がエッチングされず、ダミー浮遊ゲート電極42と平面的に重ならない領域でだけ絶縁膜82のドライエッチングが進行するが、このドライエッチングが進行する領域は補助ゲート電極15の幅広領域15a直上の領域となる。従って、最終的に形成されたコンタクトホール62aの底部は、補助ゲート電極15の幅広領域15aの範囲内に収まる。すなわち、コンタクトホール62aの底部では、補助ゲート電極15の幅広領域15aだけが露出された状態となる。また、最終的に形成されたコンタクトホール62aの側面では、ダミー浮遊ゲート電極42の一部が露出した状態となる。その後、図45(a)に示されるように、コンタクトホール62a内にプラグ63を形成し、プラグ63が埋め込まれた絶縁膜81(61)上に配線64を形成する。この際、図45(a)に示されるように、プラグ63は、その底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aに接触(接続)し、プラグ63の側面はコンタクトホール62aから露出するダミー浮遊ゲート電極42と接触(接続)し、プラグ63の上部(上面)は配線64に接触(接続)する。これにより、配線64は、プラグ63を介して補助ゲート電極15の幅広領域15aに電気的に接続されるとともに、ダミー浮遊ゲート電極42とも電気的に接続される。このような目外れが生じたコンタクトホール62aが半導体装置内に生じた場合が、上記図30、図31、図34および図35に示されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 42 and 43, in the vicinity of the region where the contact hole 62 is to be formed, both are planar between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 42. The area that does not overlap is not generated. For this reason, as shown in FIG. 44A, when a part of the dummy floating gate electrode 42 is exposed in the contact hole 62a, the insulating film 82 is not etched in the region immediately below the dummy floating gate electrode 42, and the dummy floating gate 42 is exposed. The dry etching of the insulating film 82 proceeds only in a region that does not overlap the gate electrode 42 in a planar manner, but the region where this dry etching proceeds is a region immediately above the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15. Therefore, the bottom portion of the contact hole 62 a finally formed is within the range of the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15. That is, only the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is exposed at the bottom of the contact hole 62a. Further, a part of the dummy floating gate electrode 42 is exposed on the side surface of the finally formed contact hole 62a. Thereafter, as shown in FIG. 45A, a plug 63 is formed in the contact hole 62a, and a wiring 64 is formed on the insulating film 81 (61) in which the plug 63 is embedded. At this time, as shown in FIG. 45A, the plug 63 contacts (connects) the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 at the bottom, and the side surface of the plug 63 is exposed from the contact hole 62a. The electrode 42 contacts (connects), and the upper portion (upper surface) of the plug 63 contacts (connects) to the wiring 64. Thus, the wiring 64 is electrically connected to the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 through the plug 63 and is also electrically connected to the dummy floating gate electrode 42. The case where the contact hole 62a with such an off-line occurs in the semiconductor device is shown in FIG. 30, FIG. 31, FIG. 34 and FIG.

図46〜図49に示される比較例は、本実施の形態とは異なり、ダミー浮遊ゲート電極142(本実施の形態のダミー浮遊ゲート電極42に相当するもの)がテーパ形状を有さず、ダミー浮遊ゲート電極142の補助ゲート電極15の幅広領域15aに対向する側の側面185が、半導体基板1の主面に対して垂直な方向となっている。このため、図46〜図49に示される比較例では、本実施の形態とは異なり、図46および図47に示されるように、補助ゲート電極15の幅広領域15aの端部の直上の位置に、ダミー浮遊ゲート電極は存在しておらず、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極142との間に、両者が平面的に重ならない領域が存在している。   In the comparative example shown in FIGS. 46 to 49, unlike the present embodiment, the dummy floating gate electrode 142 (corresponding to the dummy floating gate electrode 42 of the present embodiment) does not have a tapered shape. A side surface 185 of the floating gate electrode 142 facing the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 is perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1. Therefore, in the comparative example shown in FIGS. 46 to 49, unlike the present embodiment, as shown in FIGS. 46 and 47, the auxiliary gate electrode 15 has a position immediately above the end of the wide region 15a. The dummy floating gate electrode does not exist, and a region where the two do not overlap in plan exists between the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 142.

このような比較例の場合において、コンタクトホール62を形成すると、目外れを生じなかった場合は、図48(b)に示されるように、コンタクトホール62は、補助ゲート電極15の幅広領域15a上に形成され、コンタクトホール62の底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aだけが露出される。そして、図49(b)に示されるように、プラグ63および配線64を形成して、配線64をプラグ63を介して補助ゲート電極15の幅広領域15aに電気的に接続することができる。   In the case of such a comparative example, when the contact hole 62 is formed, if no deviation occurs, the contact hole 62 is formed on the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 as shown in FIG. Only the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 is exposed at the bottom of the contact hole 62. Then, as shown in FIG. 49B, the plug 63 and the wiring 64 can be formed, and the wiring 64 can be electrically connected to the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 through the plug 63.

しかしながら、レジストパターン91の開口部92が目外れした場合は、図48(a)に示されるように、補助ゲート電極15の幅広領域15aの直上から外れた領域でも絶縁膜82がドライエッチングされる。比較例においては、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極142との間に、両者が平面的に重ならない領域が存在おり、この領域で絶縁膜81がドライエッチングされる。コンタクトホール62の底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aを完全に露出させるためには、コンタクトホール62形成のための絶縁膜81のドライエッチングをオーバーエッチング気味に行うことが必要であるが、比較例の場合にオーバーエッチングを行うと、図48(a)に示されるように、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極142との間の領域で、絶縁膜82だけでなく、絶縁膜81までもがエッチングされてしまう可能性がある。特に、絶縁膜81は、補助ゲート電極15の幅広領域15aと上記配線部15cとの間の領域(G−G線の断面)では、絶縁膜24aに対応するので、絶縁膜81(24a)がエッチングで除去されると、コンタクトホール62aの底部で、補助ゲート電極15の幅広領域15aだけでなく半導体基板1(活性領域3)まで露出してしまう。この状態で、図49(a)に示されるように、プラグ63および配線64を形成すると、配線64は、プラグ63を介して、補助ゲート電極15の幅広領域15aだけでなく半導体基板1(活性領域3)に接続することになる。このような半導体装置は、選別試験で選別され除去するので、半導体装置の製造歩留まりを低下させる。これを防止するには、コンタクトホール62形成のための絶縁膜81のドライエッチングのオーバーエッチング量を正確に制御する必要があるが、半導体装置の製造工程の複雑化や、半導体装置の製造歩留まりの低下を招く可能性がある。また、コンタクトホールの目外れ自体を防止するためには、フォトリソグラフィ工程の改良が必要であり、半導体装置の製造コストを増大させる。また、補助ゲート電極15の幅広領域15aの寸法を大きくすると、メモリ領域の面積を増大し、フラッシュメモリを有する半導体装置の小型化や大容量化に不利となる。   However, if the opening 92 of the resist pattern 91 is missed, the insulating film 82 is dry-etched even in a region that is off from just above the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, as shown in FIG. . In the comparative example, there is a region where the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 142 do not overlap in plan view, and the insulating film 81 is dry etched in this region. In order to completely expose the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 at the bottom of the contact hole 62, it is necessary to dry-etch the insulating film 81 for forming the contact hole 62 in an over-etching manner. When over-etching is performed in the example, as shown in FIG. 48A, not only the insulating film 82 but also the insulating region 82 is insulated in the region between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 142. Even the film 81 may be etched. In particular, since the insulating film 81 corresponds to the insulating film 24a in the region (cross section of the GG line) between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the wiring portion 15c, the insulating film 81 (24a) When removed by etching, not only the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 but also the semiconductor substrate 1 (active region 3) are exposed at the bottom of the contact hole 62a. In this state, as shown in FIG. 49A, when the plug 63 and the wiring 64 are formed, the wiring 64 is not only connected to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 but also to the semiconductor substrate 1 (active) through the plug 63. It will be connected to area 3). Since such a semiconductor device is sorted and removed by a sorting test, the manufacturing yield of the semiconductor device is reduced. In order to prevent this, it is necessary to accurately control the amount of dry etching overetching of the insulating film 81 for forming the contact hole 62. However, the manufacturing process of the semiconductor device is complicated and the manufacturing yield of the semiconductor device is reduced. There is a possibility of degrading. In addition, in order to prevent the contact hole from being disconnected, it is necessary to improve the photolithography process, which increases the manufacturing cost of the semiconductor device. Further, when the dimension of the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is increased, the area of the memory region is increased, which is disadvantageous for downsizing and increasing the capacity of a semiconductor device having a flash memory.

それに対して、本実施の形態では、コンタクトホール62形成予定領域の近傍において、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極42との間に、両者が平面的に重ならない領域が生じないようにしている。このため、補助ゲート電極15の幅広領域15a上に形成すべきコンタクトホール62を開口する際にたとえ目外れが生じたとしても、目外れが生じたコンタクトホール62aから、わざとダミー浮遊ゲート電極42を露出するようにし、コンタクトホール62aから露出するダミー浮遊ゲート電極42をエッチングストッパとして機能させることができる。このため、コンタクトホール62aの底部は、補助ゲート電極15の幅広領域15aの範囲内に収まり、コンタクトホール62aの底部において補助ゲート電極15の幅広領域15aの周囲の半導体基板1が露出するのを防止できる。従って、コンタクトホールの目外れによる不具合を防止でき、また、半導体装置の製造歩留まりを向上できる。また、コンタクトホールの目外れの許容量を大きくすることができるので、半導体装置の小型化を促進でき、また、不揮発性メモリを有する半導体装置の大容量化が可能となる。また、半導体装置の製造コストも低減できる。また、コンタクトホール62形成時にオーバーエッチングを行っても、半導体基板1が露出するのを防止できるので、プラグ63とのコンタクトをより確実なものとすることができ、半導体装置のコンタクトの信頼性をより向上することができる。   In contrast, in the present embodiment, in the vicinity of the region where the contact hole 62 is to be formed, there is no region between the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 42 where they do not overlap in plan view. I am doing so. For this reason, even if the contact hole 62 to be formed on the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is opened, the dummy floating gate electrode 42 is intentionally formed from the contact hole 62a where the contact has occurred. The dummy floating gate electrode 42 exposed from the contact hole 62a can be made to function as an etching stopper. For this reason, the bottom of the contact hole 62a falls within the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, and the semiconductor substrate 1 around the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is prevented from being exposed at the bottom of the contact hole 62a. it can. Therefore, it is possible to prevent problems due to the contact holes being missed and to improve the manufacturing yield of the semiconductor device. In addition, since an allowable amount of contact holes can be increased, downsizing of the semiconductor device can be promoted, and the capacity of the semiconductor device having a nonvolatile memory can be increased. In addition, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. Further, even if over-etching is performed when the contact hole 62 is formed, the semiconductor substrate 1 can be prevented from being exposed, so that the contact with the plug 63 can be made more reliable, and the reliability of the contact of the semiconductor device can be improved. It can be improved further.

また、目外れが生じた場合、図45(a)に示されるように、コンタクトホール62aに埋め込まれたプラグ63は、その底部で補助ゲート電極15の幅広領域15aに接続するとともに、その側面でダミー浮遊ゲート電極42と接続する。このため、配線64は、プラグ63を介して、補助ゲート電極15の幅広領域15aとダミー浮遊ゲート電極42の両者に電気的に接続されることになる。しかしながら、ダミー浮遊ゲート電極42は、半導体基板1上に絶縁膜81(すなわち素子分離領域2および絶縁膜24a)を介して配置されており、コンタクトホール62の目外れが生じずにプラグ63がダミー浮遊ゲート電極42に接続されない場合は、そのダミー浮遊ゲート電極42は電位的にフローティング(浮遊電位)である。また、浮遊ゲート電極41とは異なり、ダミー浮遊ゲート電極42は不揮発性メモリの電荷蓄積層としては機能しない。このため、補助ゲート電極15の幅広領域15aに接続すべき配線64が、補助ゲート電極15の幅広領域15aだけでなくダミー浮遊ゲート電極42に電気的に接続されたとしても、問題は発生しない。   Also, in the case where the disconnection occurs, as shown in FIG. 45 (a), the plug 63 embedded in the contact hole 62a is connected to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 at the bottom and on the side surface thereof. Connected to the dummy floating gate electrode 42. For this reason, the wiring 64 is electrically connected to both the wide region 15 a of the auxiliary gate electrode 15 and the dummy floating gate electrode 42 through the plug 63. However, the dummy floating gate electrode 42 is disposed on the semiconductor substrate 1 via the insulating film 81 (that is, the element isolation region 2 and the insulating film 24a), so that the contact hole 62 is not missed and the plug 63 is a dummy. When not connected to the floating gate electrode 42, the dummy floating gate electrode 42 is floating in potential (floating potential). Unlike the floating gate electrode 41, the dummy floating gate electrode 42 does not function as a charge storage layer of the nonvolatile memory. For this reason, even if the wiring 64 to be connected to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is electrically connected not only to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 but also to the dummy floating gate electrode 42, no problem occurs.

また、ダミー浮遊ゲート電極42と半導体基板1との間に存在する絶縁膜24aの膜厚を厚くすれば、補助ゲート電極15の幅広領域15aに接続すべき配線64が、補助ゲート電極15の幅広領域15aだけでなくダミー浮遊ゲート電極42に電気的に接続された場合の影響をより的確に防止することができる。このため、上記のように、絶縁膜24aの膜厚を絶縁膜24の膜厚よりも厚くすることが好ましく、また、絶縁膜24aの膜厚をゲート絶縁膜8の膜厚よりも厚くすることが好ましい。   Further, if the thickness of the insulating film 24a existing between the dummy floating gate electrode 42 and the semiconductor substrate 1 is increased, the wiring 64 to be connected to the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 becomes wider. It is possible to more appropriately prevent the influence when not only the region 15a but also the dummy floating gate electrode 42 is electrically connected. For this reason, as described above, it is preferable that the thickness of the insulating film 24a is larger than the thickness of the insulating film 24, and the thickness of the insulating film 24a is larger than the thickness of the gate insulating film 8. Is preferred.

また、本実施の形態は、補助ゲート電極15の幅広領域15a上に形成すべきコンタクトホール62のうち、全てに目外れが生じた場合はもちろん、目外れが生じたコンタクトホール62aと、目外れが生じなかったコンタクトホール62とが混在する場合にも、上記のような目外れによる不具合防止の効果を得ることができる。すなわち、補助ゲート電極15の幅広領域15a上に形成すべきコンタクトホール62のうち、少なくとも1つに目外れが生じていれば、上記のような目外れによる不具合防止(例えばプラグ63と半導体基板1とのショート防止)の効果が得られたものと言うことができる。換言すれば、半導体装置において、半導体基板1上の複数の補助ゲート電極15のうちの少なくとも1つが、図45(a)の状態となっている幅広領域15a(コンタクト部)を有していれば、上記のような目外れによる不具合防止の効果(例えばプラグ63と半導体基板1とのショート防止)が得られたものと言うことができる。   Further, in the present embodiment, the contact hole 62 to be formed on the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is not only in a case where all of the contact holes 62 are missed, but also the contact hole 62a in which the miss has occurred. Even in the case where the contact holes 62 in which no occurrence has occurred coexist, it is possible to obtain the effect of preventing problems due to the above-described deviation. That is, if at least one of the contact holes 62 to be formed on the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is missed, the above-described malfunction prevention (for example, the plug 63 and the semiconductor substrate 1) is prevented. It can be said that the effect of prevention of short circuit) was obtained. In other words, in the semiconductor device, if at least one of the plurality of auxiliary gate electrodes 15 on the semiconductor substrate 1 has the wide region 15a (contact portion) in the state of FIG. Thus, it can be said that the effect of preventing the trouble due to the above-described deviation (for example, prevention of short circuit between the plug 63 and the semiconductor substrate 1) is obtained.

また、本実施の形態では、独立に延在する島状パターンの補助ゲート電極15(G1,G2)において、コンタクト(プラグ63との接続部)形成領域を他よりも幅広の幅広領域15aとしている。これにより、コンタクトホール62の目外れが大きくとも、コンタクトホール62の底部で幅広領域15aの一部を露出することが可能となる。このため、コンタクトホール62の目外れの許容量を大きくすることができる。従って、半導体装置の製造歩留まりを向上でき、また半導体装置の小型化や大容量化に有利となる。但し、補助ゲート電極15におけるコンタクト形成領域である幅広領域15aを、補助ゲート電極15の他の領域と同じ幅または他の領域よりも細くしたとしても、本実施の形態のようなダミー浮遊ゲート電極42を設けたことにより、コンタクトホール62aが目外れしても、その底部は、補助ゲート電極15の幅広ではない幅広領域15aの範囲内に収めることができるという上記効果を得ることができる。このような場合も、本実施の形態に含むものとする。   In the present embodiment, in the auxiliary gate electrode 15 (G1, G2) having an island-like pattern that extends independently, the contact (connecting portion with the plug 63) formation region is a wider region 15a wider than the others. . As a result, even if the contact hole 62 is largely disengaged, a part of the wide region 15 a can be exposed at the bottom of the contact hole 62. For this reason, it is possible to increase the tolerance of the contact hole 62 from being missed. Therefore, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved, and it is advantageous for downsizing and increasing the capacity of the semiconductor device. However, even if the wide region 15a, which is a contact formation region in the auxiliary gate electrode 15, is made the same width as the other regions of the auxiliary gate electrode 15 or thinner than other regions, the dummy floating gate electrode as in the present embodiment By providing 42, even if the contact hole 62 a is missed, the bottom of the contact hole 62 a can be accommodated in the wide region 15 a that is not wide, so that the auxiliary gate electrode 15 can be accommodated. Such a case is also included in the present embodiment.

また、本実施の形態では、コンタクトホール62の側面が半導体基板1の主面に対して垂直な方向かあるいはコンタクトホール62がテーパ形状(コンタクトホール62の開口径がコンタクトホール62の底部から上部に向かって次第に大きくなるような状態)を有していることが好ましく、コンタクトホール62がテーパ形状を有していれば、より好ましい。これにより、目外れを生じたコンタクトホール62aの側壁で露出したダミー浮遊ゲート電極42をエッチングストッパとして機能させて、ダミー浮遊ゲート電極42の露出部の直下の領域がより確実にエッチングされないようにすることができる。このため、目外れしたコンタクトホール62aの底部は、補助ゲート電極15の幅広領域15aの範囲内により確実に収まり、コンタクトホール62aの底部において補助ゲート電極15の幅広領域15aの周囲の半導体基板1が露出するのをより的確に防止できる。   Further, in the present embodiment, the side surface of the contact hole 62 is in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 or the contact hole 62 is tapered (the contact hole 62 has an opening diameter from the bottom to the top). It is preferable that the contact hole 62 has a tapered shape. As a result, the dummy floating gate electrode 42 exposed at the side wall of the contact hole 62a that has been disconnected is caused to function as an etching stopper, so that the region immediately below the exposed portion of the dummy floating gate electrode 42 is not etched more reliably. be able to. For this reason, the bottom portion of the contact hole 62a that is out of the range is more securely accommodated within the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15, and the semiconductor substrate 1 around the wide region 15a of the auxiliary gate electrode 15 is located at the bottom portion of the contact hole 62a. It is possible to prevent exposure more accurately.

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、例えば、ゲート電極にプラグを介して配線を接続した半導体装置およびその製造方法に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to, for example, a semiconductor device in which a wiring is connected to a gate electrode via a plug and a manufacturing method thereof.

本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部平面図である。It is a principal part top view in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 1 during the manufacturing process; 図1と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 1 during the manufacturing process; 図1〜図3の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 1 to 3; 図4と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 4 during the manufacturing process; 図4および図5の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 6 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 4 and 5; 図6と同じ半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 7 is an essential part plan view of the same semiconductor device as in FIG. 6 in manufacturing process. 図6と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 7 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 6 during a manufacturing step; 図6と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 7 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 6 during a manufacturing step; 図6〜図9の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 6 to 9; 図10と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 11 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 10 during a manufacturing step; 図10および図11の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。12 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 10 and 11; FIG. 図12と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 12 during a manufacturing step; 図12と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 12 during a manufacturing step; 図12〜図14の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 15 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 12 to 14; 図15と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 15 during a manufacturing step; 図15と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 15 during a manufacturing step; 図15〜図17の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 18 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 15 to 17; 図18と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 18 during a manufacturing step; 図18と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 18 during a manufacturing step; 図18と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 18 during a manufacturing step; 図18〜図21の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 22 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 18 to 21; 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 22 during a manufacturing step; 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 22 during a manufacturing step; 図24の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 25 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 24; 図22と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 22 during a manufacturing step; 図22〜図26の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 27 is an essential part plan view of a semiconductor device in a manufacturing process following the manufacturing process in FIGS. 22 to 26; 図27と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 28 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 27 during a manufacturing step; 図27および図28の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 29 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 27 and 28; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 30 is an essential part plan view of the same semiconductor device as in FIG. 29 in manufacturing process; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 30 is an essential part plan view of the same semiconductor device as in FIG. 29 in manufacturing process; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 本発明の一実施の形態である半導体装置のデータ書込動作時の要部回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a principal part during a data write operation of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention; 図37のデータ書込動作時の半導体装置の要部断面図である。FIG. 38 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a data write operation of FIG. 37; 本発明の一実施の形態である半導体装置のデータ読み出し動作時の要部回路図である。It is a principal part circuit diagram at the time of the data read-out operation | movement of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図39のデータ読み出し動作時の半導体装置の要部断面図である。FIG. 40 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a data read operation in FIG. 39; データ消去動作時の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device at the time of data erasing operation | movement. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部平面図である。It is a principal part top view in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図42と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 43 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 42 during a manufacturing step; 図43の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 44 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following the manufacturing step of FIG. 43; 図44の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following the manufacturing step of FIG. 44; 比較例の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。It is a principal part top view in the manufacturing process of the semiconductor device of a comparative example. 図46と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 47 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 46 during a manufacturing step; 図47の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 48 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following the manufacturing step of FIG. 47; 図48の製造工程に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 49 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following the manufacturing step of FIG. 48;

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 素子分離領域
3 活性領域
3a 矩形領域
3b 帯状領域
3c 連結部
4 p型ウエル
6 n型半導体領域
6a 領域
7 領域
8,9 ゲート絶縁膜
11 導体膜
12,13 絶縁膜
15,G0〜G3 補助ゲート電極
15a 幅広領域
15c 配線部
16 側面
17 溝
21 側壁絶縁膜
22 側面
23 溝
25 導体膜
31 絶縁膜
32,33 導体膜
34,WL ワード線
41 浮遊ゲート電極
42 ダミー浮遊ゲート電極
45 ゲート電極
51 n型の半導体領域
53 絶縁膜
55 n型の半導体領域
61 絶縁膜
62,62a コンタクトホール
63 プラグ
63a バリア膜
63b タングステン膜
64 配線
81,82 絶縁膜
83,84 上面
85 側面
86,87 端部
88 直上
91,RP1,RP2 レジストパターン
92 開口部
142 ダミー浮遊ゲート電極
185 側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation | separation area | region 3 Active area | region 3a Rectangular area | region 3b Strip | belt-shaped area | region 3c Connection part 4 P-type well 6 N-type semiconductor area 6a area | region 7 area | region 8, 9 Gate insulating film 11 Conductive film 12, 13 Insulating film 15, G0 G3 Auxiliary gate electrode 15a Wide region 15c Wiring part 16 Side surface 17 Groove 21 Side wall insulating film 22 Side surface 23 Groove 25 Conductive film 31 Insulating film 32, 33 Conductive film 34, WL Word line 41 Floating gate electrode 42 Dummy floating gate electrode 45 Gate electrode 51 n type semiconductor region 53 Insulating film 55 n + type semiconductor region 61 Insulating film 62, 62 a Contact hole 63 Plug 63 a Barrier film 63 b Tungsten film 64 Wiring 81, 82 Insulating film 83, 84 Upper surface 85 Side surface 86, 87 End Portion 88 directly above 91, RP1, RP2 resist pattern 92 opening 142 dummy floating The gate electrode 185 side

Claims (18)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電体部と、
前記半導体基板上に形成され、前記第1導電体部と絶縁膜を介して隣り合う第2導電体部と、
前記半導体基板上に前記第1および第2導電体部を覆うように形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜に形成され、その底部で前記第1導電体部を露出する開口部と、
前記開口部内に形成され、その底部で前記第1導電体部と接続された第3導電体部と、
前記第1絶縁膜上に形成され、前記第3導電体部と電気的に接続された配線と、
を有し、
前記第2導電体部の上面は前記第1導電体部の上面よりも高く、
前記第2導電体部の上面端部が、前記第1導電体部の端部の直上に一致する位置か、または前記第1導電体部の端部の直上を超えて前記第1導電体部側の位置にあり、
前記第2導電体部は、電位的にフローティングであるダミーの導電体部であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductor portion formed on the semiconductor substrate;
A second conductor formed on the semiconductor substrate and adjacent to the first conductor through an insulating film;
A first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the first and second conductor portions;
An opening formed in the first insulating film and exposing the first conductor portion at a bottom thereof;
A third conductor portion formed in the opening and connected to the first conductor portion at a bottom thereof;
A wiring formed on the first insulating film and electrically connected to the third conductor portion;
Have
The upper surface of the second conductor portion is higher than the upper surface of the first conductor portion,
The first conductor portion is located at a position where an upper surface end portion of the second conductor portion coincides with a position directly above the end portion of the first conductor portion or directly above an end portion of the first conductor portion. In the side position,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductor portion is a dummy conductor portion that is floating in potential .
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2導電体部はテーパ形状を有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the second conductor portion has a tapered shape.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2導電体部の前記第1導電体部に対向する側の側面は、その上部が下部よりも前記第1導電体部側となるように、前記半導体基板の主面に垂直な方向から傾斜していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The side surface of the second conductor portion facing the first conductor portion is perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate so that the upper portion is closer to the first conductor portion side than the lower portion. A semiconductor device characterized by being inclined.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2導電体部は、前記半導体基板上に第2絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the second conductor portion is formed on the semiconductor substrate via a second insulating film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1導電体部は、前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と一体的に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first conductor portion is formed integrally with a first gate electrode formed on the semiconductor substrate via a first gate insulating film.
請求項5記載の半導体装置において、
前記第2導電体部と前記半導体基板との間には第2絶縁膜が存在し、
前記第2絶縁膜は前記第1ゲート絶縁膜よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
A second insulating film exists between the second conductor portion and the semiconductor substrate;
The semiconductor device, wherein the second insulating film is thicker than the first gate insulating film.
請求項5記載の半導体装置において、
前記第2導電体部は、前記半導体基板上に前記第1導電体部を囲むように配置されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The semiconductor device, wherein the second conductor portion is disposed on the semiconductor substrate so as to surround the first conductor portion.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1導電体部はゲート電極の一部からなり、
前記第2導電体部は、前記第1導電体部と他のゲート電極との間に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first conductor portion is formed of a part of a gate electrode;
The semiconductor device, wherein the second conductor portion is formed between the first conductor portion and another gate electrode.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第3導電体部はプラグであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the third conductor portion is a plug.
請求項1記載の半導体装置において、
前記開口部はテーパ形状を有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the opening has a tapered shape.
請求項1記載の半導体装置において、The semiconductor device according to claim 1,
前記半導体基板上に形成された不揮発性メモリの浮遊ゲート電極を更に有し、A non-volatile memory floating gate electrode formed on the semiconductor substrate;
前記第2導電体部は、前記浮遊ゲート電極と同層の導体層により形成されていることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductor portion is formed of a conductor layer that is the same layer as the floating gate electrode.
請求項11記載の半導体装置において、The semiconductor device according to claim 11.
前記浮遊ゲート電極は、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極であることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the floating gate electrode is a floating gate electrode for charge storage.
請求項11記載の半導体装置において、
前記第2導電体部と前記半導体基板との間には第2絶縁膜があり、
前記浮遊ゲート電極と前記半導体基板との間には第3絶縁膜があり、
前記第2絶縁膜は前記第3絶縁膜よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11 .
There is a second insulating film between the second conductor part and the semiconductor substrate,
There is a third insulating film between the floating gate electrode and the semiconductor substrate,
The semiconductor device, wherein the second insulating film is thicker than the third insulating film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体基板上に、前記半導体基板の主面に沿った第1方向に延在した状態で形成された複数の第1ゲート電極を更に有し、
前記複数の第1ゲート電極のうちの少なくとも一つが、その延在方向の一方の端部に前記第1導電体部を一体的に有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A plurality of first gate electrodes formed on the semiconductor substrate in a state extending in a first direction along the main surface of the semiconductor substrate;
A semiconductor device, wherein at least one of the plurality of first gate electrodes integrally has the first conductor portion at one end in the extending direction thereof.
請求項14記載の半導体装置において、
前記複数の第1ゲート電極は、延在方向の一方の端部が互いに一体的に連結された第1種類の前記第1ゲート電極と、連結されずに互いに独立に延在する第2種類の前記第1ゲート電極とを有し、
前記第1導電体部は、前記第2種類の前記第1ゲート電極が有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 14 .
The plurality of first gate electrodes include a first type of the first gate electrode in which one end portion in the extending direction is integrally connected to each other, and a second type of the first type of gate electrode that extends independently of each other without being connected. The first gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductor portion is included in the second type of the first gate electrode.
請求項14記載の半導体装置において、
前記複数の第1ゲート電極は、前記第1方向に対して交差する第2方向に延在する第4導電体部により一方の端部が互いに一体的に連結された第1種類の前記第1ゲート電極と、連結されずに互いに独立に前記第1方向に延在する第2種類の前記第1ゲート電極とを有し、
前記第2種類の前記第1ゲート電極が前記第1導電体部を有し、
前記第2導電体部は、前記第1導電体部と前記第4導電体部または前記第1種類の前記第1ゲート電極との間に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 14 .
The plurality of first gate electrodes include a first type of the first type in which one end is integrally connected to each other by a fourth conductor portion extending in a second direction intersecting the first direction. A gate electrode and a second type of the first gate electrode extending in the first direction independently of each other without being connected;
The first gate electrode of the second type has the first conductor portion;
The semiconductor device, wherein the second conductor portion is formed between the first conductor portion and the fourth conductor portion or the first type of the first gate electrode.
請求項14記載の半導体装置において、
前記半導体基板上に前記第1方向に対して交差する第2方向に延在した状態で前記複数の第1ゲート電極に対して交差するように形成された複数の第2ゲート電極と、
前記半導体基板上に、前記複数の第1ゲート電極の隣接間であって前記複数の第2ゲート電極が平面的に重なる位置に形成された複数の浮遊ゲート電極とを更に有することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 14 .
A plurality of second gate electrodes formed on the semiconductor substrate so as to intersect the plurality of first gate electrodes in a state extending in a second direction intersecting the first direction;
And a plurality of floating gate electrodes formed on the semiconductor substrate at positions where the plurality of second gate electrodes overlap in a plane between adjacent ones of the plurality of first gate electrodes. Semiconductor device.
請求項17記載の半導体装置において、The semiconductor device according to claim 17.
前記第2導電体部は、前記浮遊ゲート電極と同層の導体層により形成されていることを特徴とする半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductor portion is formed of a conductor layer that is the same layer as the floating gate electrode.
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