JP6026913B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
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-
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- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/30—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/30—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
- H10B43/35—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region with cell select transistors, e.g. NAND
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/40—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the peripheral circuit region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/50—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the boundary region between the core and peripheral circuit regions
Description
本実施の形態および以下の実施の形態の半導体装置は、不揮発性メモリ(不揮発性記憶素子、フラッシュメモリ、不揮発性半導体記憶装置)を備えた半導体装置である。本実施の形態および以下の実施の形態では、不揮発性メモリは、nチャネル型MISFET(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を基本としたメモリセルをもとに説明を行う。また、本実施の形態および以下の実施の形態での極性(書込・消去・読出時の印加電圧の極性やキャリアの極性)は、nチャネル型MISFETを基本としたメモリセルの場合の動作を説明するためのものであり、pチャネル型MISFETを基本とする場合は、印加電位やキャリアの導電型等の全ての極性を反転させることで、原理的には同じ動作を得ることができる。
本実施の形態2の半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。
本実施の形態3の半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。
1B 周辺回路領域
CG 制御ゲート電極
CP,CP2 キャップ絶縁膜
CT コンタクトホール
EG1,EG2,EG3 側面(端部)
EG4 段差
EX1,EX2,EX3 n−型半導体領域
GD ダミーゲート電極
GE,GE1 ゲート電極
GI,GI2,HK,HK2 絶縁膜
IL1,IL2,IL3,IL4,IL5,IL6,IL7,IL8 絶縁膜
LF,LF1,LF2 積層膜
LM,LM2 積層体
M1 配線
MC メモリセル
MD,MS 半導体領域
ME1,ME2,ME3,ME4,ME5 金属膜
ME6,ME7,ME8,ME9,ME10 金属膜
MG メモリゲート電極
MZ 絶縁膜
MZ1,MZ3 酸化シリコン膜
MZ2 窒化シリコン膜
PR1,PR2,PR3,PR4a,PR4b、PR5,PR6,PR7 フォトレジストパターン
PS1,PS2,PS3 シリコン膜
PW1,PW2 p型ウエル
SB 半導体基板
SD1,SD2,SD3 n+型半導体領域
SF1,SF2 側面(端部)
SL 金属シリサイド層
SP1 シリコンスペーサ
SP2 残存部
ST 素子分離領域
SW サイドウォールスペーサ
TR1,TR2,TR3 溝
ZS 残渣
Claims (15)
- 半導体基板の第1領域に形成された不揮発性メモリのメモリセルと、前記半導体基板の第2領域に形成されたMISFETとを備え、
前記メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成されて互いに隣合う第1ゲート電極および第2ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第1ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート電極および前記半導体基板の間に形成されて内部に電荷蓄積部を有する第2ゲート絶縁膜とを有し、
前記MISFETは、前記半導体基板の上部に形成された第3ゲート電極と、前記第3ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第3ゲート絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を用意する工程、
(b)前記第1領域の前記半導体基板上に、前記第1ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極を形成する工程、
(c)前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第1絶縁膜の上面を研磨して、前記第1絶縁膜の上面を平坦化する工程、
(e)前記(d)工程後、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第1絶縁膜を覆うように、前記第3ゲート電極用の第1導電膜を形成する工程、
(f)前記第1導電膜をパターニングして、前記第2領域に前記第3ゲート電極を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記第1絶縁膜を除去する工程、
を有し、
前記(b)工程は、
(b1)前記半導体基板の主面に前記第1ゲート絶縁膜用の第2絶縁膜を形成する工程、
(b2)前記第2絶縁膜上に前記第1ゲート電極用の第2導電膜を形成する工程、
(b3)前記第2導電膜をパターニングして、前記第1領域に前記第1ゲート電極を形成する工程、
(b4)前記半導体基板の主面上に、前記第1ゲート電極を覆うように、前記第2ゲート絶縁膜用の第3絶縁膜を形成する工程、
(b5)前記第3絶縁膜上に前記第2ゲート電極用の第3導電膜を形成する工程、
(b6)前記第3導電膜をエッチバックすることにより、前記第1ゲート電極の側壁上に前記第3絶縁膜を介して前記第3導電膜を残して前記第2ゲート電極を形成する工程、
(b7)前記第2ゲート電極で覆われない部分の前記第3絶縁膜を除去する工程、
を有し、
前記(b3)工程では、前記第2領域に前記第2導電膜が残され、
前記(c)工程では、前記半導体基板上に、前記第1領域の前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と前記第2領域の前記第2導電膜とを覆うように、前記第1絶縁膜が形成され、
前記(d)工程後で、前記(e)工程前に、
(d1)前記第2領域の前記第2導電膜を除去する工程、
を更に有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電膜は、第1金属膜と前記第1金属膜上の第1シリコン膜とを有し、
前記第3ゲート電極はメタルゲート電極である、半導体装置の製造方法。 - 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程後で、前記(f)工程前に、
(e1)前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第1絶縁膜を覆う部分の前記第1導電膜を除去し、前記第2領域の前記半導体基板上の前記第1導電膜を残す工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2導電膜および前記第3導電膜は、それぞれシリコン膜である、半導体装置の製造方法。 - 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b2)工程では、前記第2絶縁膜上に、前記第2導電膜と前記第2導電膜上の第4絶縁膜とを有する第1積層膜が形成され、
前記(b3)工程では、前記第1積層膜をパターニングすることで、前記第1領域に前記第1ゲート電極を含む積層体が形成され、かつ、前記第2領域に前記第1積層膜が残存し、
前記(b4)工程では、前記半導体基板の主面上に、前記積層体を覆うように、前記第3絶縁膜が形成され、
前記(b6)工程では、前記第3導電膜をエッチバックすることで、前記積層体の側壁上に前記第3絶縁膜を介して前記第3導電膜が残存して前記第2ゲート電極が形成され、
前記(d1)工程では、前記第2領域の前記第1積層膜が除去される、半導体装置の製造方法。 - 請求項5記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程後で、前記(d1)工程前に、
(d2)前記半導体基板上に、前記第1領域の前記第1絶縁膜と前記第2領域の前記第1積層膜とを覆うように、第5絶縁膜を形成する工程、
(d3)前記(d2)工程後、前記第2領域の前記第5絶縁膜を除去して前記第2領域の前記第1積層膜を露出させ、前記第1領域の前記第5絶縁膜を残存させる工程、
を更に有し、
前記(d1)工程では、前記第2領域の前記第1積層膜が除去される、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程後に、
(h)イオン注入法により、前記第1領域の前記半導体基板に前記メモリセルのソースまたはドレイン用の半導体領域を形成し、前記第2領域の前記半導体基板に前記MISFETのソースまたはドレイン用の半導体領域を形成する工程、
を更に有する、半導体装置の製造方法。 - 半導体基板の第1領域に形成された不揮発性メモリのメモリセルと、前記半導体基板の第2領域に形成されたMISFETとを備え、
前記メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成されて互いに隣合う第1ゲート電極および第2ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第1ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート電極および前記半導体基板の間に形成されて内部に電荷蓄積部を有する第2ゲート絶縁膜とを有し、
前記MISFETは、前記半導体基板の上部に形成された第3ゲート電極と、前記第3ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第3ゲート絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を用意する工程、
(b)前記第1領域の前記半導体基板上に、前記第1ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極を形成する工程、
(c)前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第1絶縁膜の上面を研磨して、前記第1絶縁膜の上面を平坦化する工程、
(e)前記(d)工程後、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第1絶縁膜を覆うように、第1導電膜を含む第1膜を形成する工程、
(f)前記第1膜をパターニングして、前記第2領域に前記第3ゲート電極形成用のダミーゲート電極を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記第1絶縁膜を除去する工程、
(h)前記(g)工程後、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記ダミーゲート電極を覆うように、第2絶縁膜を形成する工程、
(i)前記第2絶縁膜の上面を研磨して、前記ダミーゲート電極を露出させる工程、
(j)前記(i)工程後、前記ダミーゲート電極の少なくとも一部を除去する工程、
(k)前記(j)工程で前記ダミーゲート電極が除去された領域に第2導電膜を埋め込むことで、前記第3ゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記第1導電膜は、第1金属膜と前記第1金属膜上の第1シリコン膜とを有し、
前記第3ゲート電極はメタルゲート電極であり、
前記(j)工程では、前記ダミーゲート電極の前記第1シリコン膜を除去し、
前記(k)工程では、前記ダミーゲート電極を構成していた前記第1金属膜と前記第1金属膜上の前記第2導電膜とにより、前記第3ゲート電極が形成される、半導体装置の製造方法。 - 請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1金属膜は、窒化チタン膜である、半導体装置の製造方法。 - 請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程後で、前記(f)工程前に、
(e1)前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第1絶縁膜を覆う部分の前記第1膜を除去し、前記第2領域の前記半導体基板上の前記第1膜を残す工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程後で、前記(h)工程前に、
(g1)イオン注入法により、前記第1領域の前記半導体基板に前記メモリセルのソースまたはドレイン用の半導体領域を形成し、前記第2領域の前記半導体基板に前記MISFETのソースまたはドレイン用の半導体領域を形成する工程、
を更に有する、半導体装置の製造方法。 - 半導体基板の第1領域に形成された不揮発性メモリのメモリセルと、前記半導体基板の第2領域に形成されたMISFETとを備え、
前記メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成されて互いに隣合う第1ゲート電極および第2ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第1ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート電極および前記半導体基板の間に形成されて内部に電荷蓄積部を有する第2ゲート絶縁膜とを有し、
前記MISFETは、前記半導体基板の上部に形成された第3ゲート電極と、前記第3ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第3ゲート絶縁膜とを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を用意する工程、
(b)前記第1領域の前記半導体基板上に、前記第1ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極を形成し、前記第2ゲート絶縁膜を介して前記第2ゲート電極を形成する工程、
(c)前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第1絶縁膜の上面を研磨して、前記第1絶縁膜の上面を平坦化する工程、
(e)前記(d)工程後、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記第1絶縁膜を覆うように、第1導電膜を含む第1膜を形成する工程、
(f)前記第1膜をパターニングして、前記第2領域に前記第3ゲート電極形成用のダミーゲート電極を形成する工程、
(g)前記(f)工程後、前記第1絶縁膜を除去する工程、
(h)前記(g)工程後、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極および前記ダミーゲート電極を覆うように、第2絶縁膜を形成する工程、
(i)前記第2絶縁膜の上面を研磨して、前記ダミーゲート電極を露出させる工程、
(j)前記(i)工程後、前記ダミーゲート電極の少なくとも一部を除去する工程、
(k)前記(j)工程で前記ダミーゲート電極が除去された領域に第2導電膜を埋め込むことで、前記第3ゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(b)工程は、
(b1)前記半導体基板の主面に前記第1ゲート絶縁膜用の第3絶縁膜を形成する工程、
(b2)前記第3絶縁膜上に前記第1ゲート電極用の第3導電膜を形成する工程、
(b3)前記第3導電膜をパターニングして、前記第1領域に前記第1ゲート電極を形成する工程、
(b4)前記半導体基板の主面上に、前記第1ゲート電極を覆うように、前記第2ゲート絶縁膜用の第4絶縁膜を形成する工程、
(b5)前記第4絶縁膜上に前記第2ゲート電極用の第4導電膜を形成する工程、
(b6)前記第4導電膜をエッチバックすることにより、前記第1ゲート電極の側壁上に前記第4絶縁膜を介して前記第4導電膜を残して前記第2ゲート電極を形成する工程、
(b7)前記第2ゲート電極で覆われない部分の前記第4絶縁膜を除去する工程、
を有し、
前記(b3)工程では、前記第2領域に前記第3導電膜が残され、
前記(c)工程では、前記半導体基板上に、前記第1領域の前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と前記第2領域の前記第3導電膜とを覆うように、前記第1絶縁膜が形成され、
前記(d)工程後で、前記(e)工程前に、
(d1)前記第2領域の前記第3導電膜を除去する工程、
を更に有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3導電膜および前記第4導電膜は、それぞれシリコン膜である、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b2)工程では、前記第3絶縁膜上に、前記第3導電膜と前記第3導電膜上の第5絶縁膜とを有する第1積層膜が形成され、
前記(b3)工程では、前記第1積層膜をパターニングすることで、前記第1領域に前記第1ゲート電極を含む積層体が形成され、かつ、前記第2領域に前記第1積層膜が残存し、
前記(b4)工程では、前記半導体基板の主面上に、前記積層体を覆うように、前記第4絶縁膜が形成され、
前記(b6)工程では、前記第4導電膜をエッチバックすることで、前記積層体の側壁上に前記第4絶縁膜を介して前記第4導電膜が残存して前記第2ゲート電極が形成され、
前記(d1)工程では、前記第2領域の前記第1積層膜が除去される、半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程後で、前記(h)工程前に、
(g1)イオン注入法により、前記第1領域の前記半導体基板に前記メモリセルのソースまたはドレイン用の半導体領域を形成し、前記第2領域の前記半導体基板に前記MISFETのソースまたはドレイン用の半導体領域を形成する工程、
を更に有する、半導体装置の製造方法。
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