JP7232081B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
- H01L29/7851—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET with the body tied to the substrate
-
- 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
- H10B43/10—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the top-view layout
Description
次に、図1~図4を用いて、本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。図1は、本実施の形態における半導体装置の平面図である。図2は、本実施の形態における半導体装置の斜視図である。図3および図4は、本実施の形態における半導体装置の断面図である。なお、図2および図4では、ウェル、ソース・ドレイン領域およびシリサイド層の図示を省略する。
次に、不揮発性メモリの動作例について、図41を参照して説明する。
以下に、図42を用いて、本実施の形態の半導体装置の効果について説明する。図42は、比較例の半導体装置を示す平面図である。図42では、図1と同様にメモリセル領域1A、nMIS領域1BおよびpMIS領域1Cのそれぞれの平面レイアウトを示している。
以下に、図5~図40を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。図5および図13~図40は、本実施の形態の半導体装置の形成工程中の断面図である。図6~図12は、本実施の形態の半導体装置の形成工程中の斜視図である。図6~図12の斜視図では、ウェルの図示を省略する。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法の主要な特徴および効果について説明する。
1B nMIS領域
1C pMIS領域
C1 絶縁膜(ONO膜)
CG 制御ゲート電極
D1~D3 拡散領域
EI 素子分離領域
EPD、EPS、EPSA、EP1、EP2 エピタキシャル層
EX1~EX3 エクステンション領域
FA~FC フィン
G1、G2 ゲート電極
GF ゲート絶縁膜
MC メモリセル
MG メモリゲート電極
QN n型トランジスタ
QP p型トランジスタ
SB 半導体基板
Claims (16)
- 第1領域を有する半導体基板と、
前記第1領域の前記半導体基板の一部分であって、前記半導体基板の上面から突出し、前記半導体基板の前記上面に沿って第1方向に延在し、前記第1方向に交差する第2方向に複数並ぶ第1突出部と、
複数の前記第1突出部のそれぞれの上面上および側面上に第1絶縁膜を介して形成され、前記第2方向に延在する第1ゲート電極と、
複数の前記第1突出部のそれぞれの前記上面上および前記側面上に、電荷蓄積部を有する第2絶縁膜を介して形成され、前記第1ゲート電極の一方の側面に第3絶縁膜を介して隣接し、前記第2方向に延在する第2ゲート電極と、
平面視において、前記第1ゲート電極と隣接するそれぞれの前記第1突出部の前記上面および前記側面から前記第1突出部の内部に亘って形成された第1半導体領域と、
平面視において、前記第2ゲート電極と隣接するそれぞれの前記第1突出部の前記上面および前記側面から前記第1突出部の内部に亘って形成された第2半導体領域と、
前記第1半導体領域が形成された部分である前記第1突出部の前記上面および前記側面を覆い、前記第1突出部に接する第1半導体層と、
前記第2半導体領域が形成された部分である複数の前記第1突出部のそれぞれの前記上面および前記側面を覆い、複数の前記第1突出部に接する第2半導体層と、
を有し、
前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域は、不揮発性記憶素子を構成し、
前記第2方向において隣り合う前記第1突出部のそれぞれに接する前記第1半導体層同士は、互いに離間し、
前記第2半導体層が接する前記第1突出部の前記上面は、前記第1半導体層が接する前記第1突出部の前記上面よりも高い、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第2半導体層を覆う層間絶縁膜を貫通し、前記第2半導体層の直上に配置され、前記第2半導体層に電気的に接続されたプラグの数は、前記第2半導体層に覆われた複数の前記第1突出部の数よりも少ない、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1領域と異なる第2領域の前記半導体基板の一部分であって、前記半導体基板の前記上面から突出し、前記半導体基板の前記上面に沿って第3方向に延在し、前記第3方向に交差する第4方向に複数並ぶ第2突出部と、
前記第2突出部の上面上および側面上に第4絶縁膜を介して形成され、前記第4方向に延在する第3ゲート電極と、
平面視において、前記第3ゲート電極と隣り合うように、前記第2突出部の前記上面および前記側面から前記第2突出部の内部に亘って形成されたソース領域およびドレイン領域と、
前記ソース領域および前記ドレイン領域のそれぞれが形成された部分である複数の前記第2突出部のそれぞれの前記上面および前記側面を覆い、かつ複数の前記第2突出部のそれぞれに接する第3半導体層と、
を有し、
前記第3ゲート電極、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、電界効果トランジスタを構成し、
前記第2半導体層が接する前記第1突出部の前記上面は、前記第3半導体層が接する前記第2突出部の前記上面よりも高く、
前記第4方向において隣り合う前記第2突出部のそれぞれに接する前記第3半導体層同士は、互いに離間している、半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記第2半導体層が接する前記第1突出部の前記上面は、前記第3半導体層が接する前記第2突出部の前記上面よりも高い、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1半導体層および前記第2半導体層のそれぞれの表面は、シリサイド層により覆われている、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第2方向において並ぶ複数の前記第1突出部のそれぞれに接する前記第1半導体層同士は、互いに離間している、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第2方向において、前記第1突出部の前記側面から、前記第1半導体層の最端部までの第1距離は、隣り合う前記第1突出部同士の間隔の1/2未満であり、
前記第2方向において、前記第1突出部の前記側面から、前記第2半導体層の最端部までの第2距離は、隣り合う前記第1突出部同士の間隔の1/2以上である、半導体装置。 - (a)第1領域を有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1領域の前記半導体基板の一部分であって、前記半導体基板の上面から突出し、前記半導体基板の前記上面に沿う第1方向に延在し、前記第1方向に交差する第2方向に複数並ぶ第1突出部を形成する工程、
(c)複数の前記第1突出部同士の間の溝内を埋め込む素子分離領域を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、複数の前記第1突出部のそれぞれの上面上および側面上に第1絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成し、前記第1ゲート電極の一方の側面に第3絶縁膜を介して隣接する領域の前記第1突出部の前記上面上および前記側面上に、電荷蓄積部を有する第2絶縁膜を介して第2ゲート電極を形成する工程、
(e)平面視において、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と隣り合う前記第1突出部の前記上面のうち、前記第1ゲート電極側の前記上面が前記第2ゲート電極側の前記上面よりも低くなるように、前記第1ゲート電極側の前記上面を前記半導体基板側に後退させる工程、
(f)前記(e)工程の後、平面視において前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と隣り合う前記第1突出部のうち、前記第1ゲート電極側の前記第1突出部の前記上面および前記側面を覆う第1半導体層と、前記第2ゲート電極側の複数の前記第1突出部の前記上面および前記側面を覆う第2半導体層とを形成する工程、
(g)平面視において前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と隣り合う前記第1突出部内に、前記第1ゲート電極側の第1半導体領域および前記第2ゲート電極側の第2半導体領域を形成する工程、
を有し、
前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域は、不揮発性記憶素子を構成し、
前記第2方向において隣り合う前記第1突出部のそれぞれに接する前記第1半導体層同士は、互いに離間している、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、
(h)前記(g)工程の後、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程、
(i)前記層間絶縁膜を貫通し、前記第1半導体層に電気的に接続された第1プラグと、前記第2半導体層に電気的に接続された第2プラグと、を形成する工程、
をさらに有し、
前記第2半導体層の直上に配置され、前記第2半導体層に電気的に接続された前記第2プラグの数は、前記第2半導体層に覆われた複数の前記第1突出部の数よりも少ない、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(b)工程では、複数並ぶ前記第1突出部と、前記第1領域とは異なる第2領域の前記半導体基板の一部分であって、前記半導体基板の前記上面から突出し、前記半導体基板の前記上面に沿う第3方向に延在し、前記第3方向に交差する第4方向に複数並ぶ第2突出部とを形成し、
前記(c)工程では、前記第1突出部および前記第2突出部のそれぞれの周囲の溝内を埋め込む前記素子分離領域を形成し、
前記(d)工程では、前記第2突出部の上面上および側面上に第4絶縁膜を介して第3ゲート電極を形成し、
前記(e)工程では、平面視において前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と隣り合う前記第1突出部の前記上面のうち、前記第1ゲート電極側の前記上面と、平面視において前記第3ゲート電極と隣り合う前記第2突出部の前記上面とを前記半導体基板側に後退させ、
前記(f)工程では、前記第1半導体層および前記第2半導体層と、平面視において前記第3ゲート電極と隣り合う前記第2突出部の前記上面および前記側面を覆う第3半導体層とを形成し、
前記(g)工程では、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域を形成し、平面視において前記第3ゲート電極と隣り合うソース領域およびドレイン領域を前記第2突出部内に形成し、
(h)前記第3ゲート電極を除去した後、前記第3ゲート電極が除去されて形成された溝内に第4ゲート電極を形成する工程をさらに有し、
前記第4ゲート電極、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、電界効果トランジスタを構成し、
前記第4方向において隣り合う前記第2突出部のそれぞれに接する前記第3半導体層同士は、互いに離間している、半導体装置の製造方法。 - 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程では、前記第2突出部の前記上面を、平面視において前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と隣り合う前記第1突出部の前記上面のうち、前記第2ゲート電極側の前記上面よりも低く後退させる、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、
(g1)前記(f)工程および前記(g)工程の後、前記第1半導体層および前記第2半導体層のそれぞれの表面をシリサイド層により覆う工程をさらに有する、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、
前記第2方向において並ぶ複数の前記第1突出部のそれぞれに接する前記第1半導体層同士は、互いに離間している、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2方向において、前記第1突出部の前記側面から、前記第1半導体層の最端部までの第1距離は、隣り合う前記第1突出部同士の間隔の1/2未満であり、
前記第2方向において、前記第1突出部の前記側面から、前記第2半導体層の最端部までの第2距離は、隣り合う前記第1突出部同士の間隔の1/2以上である、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(f)工程は、平面視において前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極と隣り合う前記第1突出部のうち、前記第1ゲート電極側の前記第1突出部の前記上面が前記第2ゲート電極側の前記第1突出部の前記上面よりも低い状態で行われる、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半導体層および前記第2半導体層は、エピタキシャル成長法により形成される、半導体装置の製造方法。
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