WO2016157393A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and can be suitably used for, for example, a semiconductor device including a semiconductor element formed on a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof.
  • a semiconductor device having a memory cell region in which a memory cell such as a nonvolatile memory is formed on a semiconductor substrate is widely used.
  • a memory cell composed of a split gate type cell using a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) film may be formed.
  • the memory cell is formed by two MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) of a control transistor having a control gate electrode and a memory transistor having a memory gate electrode.
  • This memory gate electrode is formed by leaving a conductive film in the shape of a sidewall spacer on the side surface of the control gate electrode via an insulating film.
  • an insulating film having a charge storage portion is formed between the memory gate electrode and the control gate electrode and between the memory gate electrode and the semiconductor substrate.
  • Patent Document 1 is a semiconductor device having a nonvolatile memory element formed on a semiconductor substrate, and the nonvolatile memory element is adjacent to the control gate electrode and the control gate electrode. And a memory gate electrode provided.
  • data is written by injecting electrons into, for example, a charge storage portion inside the insulating film.
  • data is erased by injecting holes into the charge storage portion inside the insulating film.
  • the distribution of electrons injected into the charge storage unit when data is written differs from the distribution of holes injected into the charge storage unit when data is erased. There is. In such a case, when the write operation and the erase operation are repeated many times, the number of holes remaining in the insulating film including the charge storage portion increases, the retention characteristics of the memory cell deteriorate, and the characteristics of the semiconductor device improve. I can't let you.
  • the semiconductor substrate includes a third region disposed between the first region and the second region, the control gate electrode is formed on the first upper surface of the first region, and the memory The gate electrode is formed on the second upper surface of the second region.
  • the second upper surface is lower than the first upper surface, and the third region has a connection surface that connects the first upper surface and the second upper surface.
  • a gate insulating film having a charge storage portion is formed between the memory gate electrode and the control gate electrode, between the memory gate electrode and the second upper surface, and between the memory gate electrode and the connection surface.
  • the first end portion on the second upper surface side of the connection surface is disposed on the memory gate electrode side with respect to the second end portion on the first upper surface side of the connection surface, and is disposed below the second end portion. Yes.
  • a semiconductor substrate including a third region disposed between a first region and a second region is prepared.
  • a control gate electrode is formed on the first upper surface of the first region.
  • the second upper surface of the second region is made lower than the first upper surface, and the connection connecting the first upper surface and the second upper surface to the third region.
  • an insulating film having a charge storage portion is formed on the semiconductor substrate and on the surface of the control gate electrode, and a conductive film is formed on the insulating film.
  • the conductive film is etched back to form a memory gate electrode on the second upper surface, between the memory gate electrode and the control gate electrode, between the memory gate electrode and the second upper surface, and the memory gate.
  • a gate insulating film made of an insulating film between the electrode and the connection surface is formed.
  • the first end portion on the second upper surface side of the connection surface is disposed on the memory gate electrode side with respect to the second end portion on the first upper surface side of the connection surface, and is disposed below the second end portion.
  • the performance of the semiconductor device can be improved.
  • FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of Example 3;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor device according to Example 4.
  • FIG. 10 is a main part sectional view of a semiconductor device according to Example 5;
  • the constituent elements are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
  • the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc. 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.
  • hatching may be omitted even in a cross-sectional view for easy viewing of the drawings.
  • FIG. 1 to 4 are cross-sectional views of main parts of the semiconductor device according to the embodiment.
  • 2 to 4 are enlarged views of a region RG1 surrounded by a two-dot chain line in the cross-sectional view shown in FIG. 2 to 4, illustration of the n ⁇ type semiconductor region VMG, the metal silicide layer 13, the insulating film 14, and the interlayer insulating film 15 is omitted.
  • two directions intersecting each other, preferably orthogonal, in the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1 are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, and are perpendicular to the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1.
  • the direction, that is, the vertical direction is defined as the Z-axis direction.
  • the term “when viewed from a direction perpendicular to the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1” is meant.
  • the semiconductor device has a semiconductor substrate 1.
  • the semiconductor substrate 1 is a semiconductor wafer made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 ⁇ cm.
  • the semiconductor substrate 1 has a main surface 1a and a main surface 1b opposite to the main surface 1a.
  • the semiconductor substrate 1 has an active region AR as a region on the main surface 1a side.
  • the active region AR is defined, that is, partitioned by an element isolation region (not shown), and is electrically isolated from other active regions by this element isolation region.
  • a p-type well PW is formed in the active region AR.
  • the p-type well PW has a p-type conductivity type.
  • a memory cell MC including a memory transistor MT and a control transistor CT is formed in the p-type well PW.
  • a plurality of memory cells MC are formed in an array.
  • FIG. 27 described later shows a cross section of two memory cells MC.
  • the memory cell MC is a split gate type memory cell. That is, as shown in FIG. 1, the memory cell MC includes a control transistor CT having a control gate electrode CG, and a memory transistor MT connected to the control transistor CT and having a memory gate electrode MG.
  • the memory cell MC includes an n-type semiconductor region MS, an n-type semiconductor region MD, a control gate electrode CG, and a memory gate electrode MG.
  • the n-type semiconductor region MS and the n-type semiconductor region MD have an n-type conductivity type that is a conductivity type opposite to the p-type conductivity type.
  • the control gate electrode CG is formed on the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1, and the memory gate electrode MG is formed on the semiconductor substrate 1.
  • the memory cell MC has cap insulating films CP1 and CP2 formed over the control gate electrode CG.
  • the memory cell MC includes a gate insulating film GIc formed between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1, between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1, and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode. And a gate insulating film GIm formed between the CG and the CG.
  • the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG extend along the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 in a state where the gate insulating film GIm is interposed between the opposing side surfaces, that is, the side walls, and are arranged side by side. Has been.
  • the extending direction of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 (Y-axis direction of FIG. 1).
  • the control gate electrode CG is formed on the portion of the p-type well PW located between the semiconductor region MD and the semiconductor region MS, that is, on the semiconductor substrate 1 via the gate insulating film GIc.
  • the memory gate electrode MG is formed on the p-type well PW located between the semiconductor region MD and the semiconductor region MS, that is, on the semiconductor substrate 1 via the gate insulating film GIm. Further, the memory gate electrode MG is disposed on the semiconductor region MS side, and the control gate electrode CG is disposed on the semiconductor region MD side.
  • the control gate electrode CG, the gate insulating film GIc, the memory gate electrode MG, and the gate insulating film GIm form a memory cell MC, that is, a memory as a nonvolatile memory.
  • the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are adjacent to each other with the gate insulating film GIm interposed therebetween.
  • the memory gate electrode MG is formed on the side surface of the control gate electrode CG, that is, on the side wall. It is formed in a side wall spacer shape through GIm.
  • the gate insulating film GIm is formed between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1, that is, the p-type well PW, and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.
  • the gate insulating film GIc formed between the control gate electrode CG and the p-type well PW functions as a gate insulating film of the control transistor CT. Further, the gate insulating film GIm formed between the memory gate electrode MG and the p-type well PW functions as a gate insulating film of the memory transistor MT.
  • the memory gate electrode MG is formed on the side surface of the control gate electrode CG, that is, on the side wall.
  • the memory gate electrode MG is formed on the side surface of the control gate electrode CG, that is, the side wall.
  • the memory gate electrode MG is formed on the side surface of the control gate electrode CG, that the memory gate electrode MG is formed in contact with the side surface of the control gate electrode CG, or This means that the memory gate electrode MG is formed on the opposite side of the control gate electrode CG across the side surface of the control gate electrode CG.
  • the gate insulating film GIc is made of the insulating film 3.
  • the insulating film 3 is made of a silicon oxide film, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film, or a high dielectric constant film having a higher relative dielectric constant than the silicon nitride film, that is, a so-called High-k film.
  • a high-k film or a high dielectric constant film means a film having a higher dielectric constant (relative dielectric constant) than silicon nitride.
  • a metal oxide film such as a hafnium oxide film, a zirconium oxide film, an aluminum oxide film, a tantalum oxide film, or a lanthanum oxide film can be used.
  • the gate insulating film GIm is made of the insulating film 8.
  • the insulating film 8 is composed of a laminated film including, for example, a silicon oxide film 8a, a silicon nitride film 8b as a charge storage portion on the silicon oxide film 8a, and a silicon oxide film 8c on the silicon nitride film 8b.
  • the gate insulating film GIm between the memory gate electrode MG and the p-type well PW functions as the gate insulating film of the memory transistor MT as described above.
  • the gate insulating film GIm between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG functions as an insulating film for insulating, that is, electrically separating, the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.
  • the silicon nitride film 8b is an insulating film for accumulating charges and functions as a charge accumulating portion. That is, the silicon nitride film 8 b is a trapping insulating film formed in the insulating film 8. Therefore, the insulating film 8 can be regarded as an insulating film having a charge storage portion therein.
  • the silicon oxide film 8c and the silicon oxide film 8a located above and below the silicon nitride film 8b can function as a charge blocking layer for confining charges.
  • charge can be accumulated in the silicon nitride film 8b.
  • the silicon oxide film 8a, the silicon nitride film 8b, and the silicon oxide film 8c can also be regarded as ONO (Oxide-Nitride-Oxide) films.
  • the control gate electrode CG is made of the conductive film 4.
  • the conductive film 4 is made of silicon, for example, an n-type polysilicon film which is a polycrystalline silicon film into which an n-type impurity is introduced.
  • the control gate electrode CG is made of a patterned conductive film 4.
  • the memory gate electrode MG is made of a conductive film 9.
  • the conductive film 9 is made of silicon, for example, an n-type polysilicon film which is a polycrystalline silicon film into which an n-type impurity is introduced.
  • the memory gate electrode MG is formed by anisotropically etching, that is, etching back, the conductive film 9 formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG, and the insulating film 8 is interposed on the side wall of the control gate electrode CG. It is formed by leaving the conductive film 9. For this reason, the memory gate electrode MG is formed on the side wall of the control gate electrode CG in the shape of a side wall spacer via the insulating film 8.
  • the cap insulating film CP1 is made of an insulating film 5 containing silicon and oxygen
  • the cap insulating film CP2 is made of an insulating film 6 containing silicon and nitrogen.
  • the cap insulating films CP1 and CP2 are protective films that protect the control gate electrode CG, and are hard mask films when the conductive film 4 is patterned to form the control gate electrode CG.
  • the cap insulating films CP1 and CP2 are cap films for adjusting the height of each upper surface of the memory gate electrode MG when the conductive film 9 is etched back to form the memory gate electrode MG.
  • the length of the cap insulating film CP2 in the X-axis direction may be shorter than the length of the control gate electrode CG in the X-axis direction, ie, the gate length direction.
  • the gate length of the control gate electrode CG intersects the direction in which the control gate electrode CG extends (Y-axis direction in FIG. 1), preferably orthogonally cross (X-axis in FIG. 1). (Direction) means the length of the control gate electrode CG.
  • the semiconductor region MS is a semiconductor region that functions as one of a source region or a drain region
  • the semiconductor region MD is a semiconductor region that functions as the other of a source region or a drain region
  • the semiconductor region MS is a semiconductor region that functions as a source region, for example
  • the semiconductor region MD is a semiconductor region that functions as a drain region, for example.
  • Each of the semiconductor regions MS and MD is composed of a semiconductor region into which an n-type impurity is introduced and has an LDD (Lightly doped drain) structure.
  • the source semiconductor region MS includes an n ⁇ type semiconductor region 11a and an n + type semiconductor region 12a having an impurity concentration higher than that of the n ⁇ type semiconductor region 11a.
  • the drain semiconductor region MD includes an n ⁇ type semiconductor region 11b and an n + type semiconductor region 12b having an impurity concentration higher than that of the n ⁇ type semiconductor region 11b.
  • the n + type semiconductor region 12a has a deeper junction depth and a higher impurity concentration than the n ⁇ type semiconductor region 11a, and the n + type semiconductor region 12b has a junction depth higher than that of the n ⁇ type semiconductor region 11b. Is deep and the impurity concentration is high.
  • a side wall spacer SW made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof is formed. Sidewall spacers SW are formed in portions adjacent to the control gate electrode CG on the opposite side of the memory gate electrode MG across the control gate electrode CG. A side wall spacer SW is formed in a portion adjacent to the memory gate electrode MG on the opposite side of the control gate electrode CG across the memory gate electrode MG.
  • an insulating film SIF made of, for example, silicon oxide is interposed between the control gate electrode CG and the sidewall spacer SW and between the memory gate electrode MG and the sidewall spacer SW. It may be.
  • the n ⁇ type semiconductor region 11a is formed in a self-aligned manner with respect to the side surface of the memory gate electrode MG, and the n + type semiconductor region 12a is self-aligned with respect to the side surface of the sidewall spacer SW on the side surface of the memory gate electrode MG. It is formed consistently. For this reason, the low concentration n ⁇ type semiconductor region 11a is formed under the sidewall spacer SW on the side surface of the memory gate electrode MG, and the high concentration n + type semiconductor region 12a is a low concentration n ⁇ type semiconductor region. It is formed outside the region 11a. Therefore, the high concentration n + type semiconductor region 12a is formed so as to be in contact with the low concentration n ⁇ type semiconductor region 11a.
  • the n ⁇ type semiconductor region 11b is formed in a self-aligned manner with respect to the side surface of the control gate electrode CG, and the n + type semiconductor region 12b is self-aligned with respect to the side surface of the sidewall spacer SW on the side surface of the control gate electrode CG. It is formed consistently. Therefore, the low concentration n ⁇ type semiconductor region 11b is formed under the sidewall spacer SW on the side surface of the control gate electrode CG, and the high concentration n + type semiconductor region 12b is a low concentration n ⁇ type semiconductor region. It is formed outside the region 11b. Therefore, the high concentration n + type semiconductor region 12b is formed so as to be in contact with the low concentration n ⁇ type semiconductor region 11b. As will be described later with reference to FIG. 27, two adjacent memory cells MC share a high concentration n + type semiconductor region 12b.
  • a channel region of the control transistor CT is formed in the upper layer portion of the p-type well PW located below the gate insulating film GIc below the control gate electrode CG.
  • n ⁇ type semiconductor region VMG is formed in the upper layer portion of the portion of the p-type well PW located below the gate insulating film GIm below the memory gate electrode MG.
  • the n ⁇ type semiconductor region VMG is for adjusting the threshold voltage Vth of the memory transistor MT, and is formed so as to be in contact with the n ⁇ type semiconductor region 11a.
  • the n-type impurity concentration in the n ⁇ -type semiconductor region VMG is lower than the n-type impurity concentration in the n ⁇ -type semiconductor region 11a.
  • a metal silicide layer 13 is formed on each of the n + -type semiconductor regions 12a and 12b, that is, each of the upper surface of the n + -type semiconductor regions 12a and 12b, a salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technique or the like.
  • the metal silicide layer 13 is made of, for example, a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, or a platinum-added nickel silicide layer.
  • the metal silicide layer 13 can reduce diffusion resistance and contact resistance.
  • the metal silicide layer 13 may be formed on the memory gate electrode MG.
  • An insulating film 14 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG, the cap insulating film CP2, the memory gate electrode MG, and each sidewall spacer SW.
  • the insulating film 14 is made of, for example, a silicon nitride film.
  • An interlayer insulating film 15 is formed on the insulating film 14.
  • the interlayer insulating film 15 is made of a single film of a silicon oxide film or a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film.
  • the upper surface of the interlayer insulating film 15 is planarized.
  • a contact hole CNT may be formed in the interlayer insulating film 15, and a conductive plug PG may be embedded as a conductor portion in the contact hole CNT.
  • the active region AR as the region on the main surface 1a side includes the regions AR1 to AR3. That is, the semiconductor substrate 1 includes regions AR1 to AR3 as regions on the main surface 1a side.
  • the region AR2 is disposed on the positive side in the X-axis direction with respect to the region AR1 in plan view, and is adjacent to the region AR1, and the region AR3 is disposed between the region AR1 and the region AR2.
  • the control gate electrode CG is formed on the upper surface TS1 of the region AR1.
  • the memory gate electrode MG and the sidewall spacer SW on the side surface of the memory gate electrode MG are formed on the upper surface TS2 of the region AR2.
  • the gate insulating film GIm is formed between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, and between the memory gate electrode MG and the upper surface TS2.
  • the n ⁇ type semiconductor region 11a and the n + type semiconductor region 12a are formed in the upper layer portion of the region AR2.
  • the upper surface TS2 of the area AR2 is lower than the upper surface TS1 of the area AR1. That is, the upper surface TS2 of the region AR2 is disposed on the main surface 1b side with respect to the upper surface TS1 of the region AR1 in the Z-axis direction.
  • the region AR3 has a connection surface TS3 that connects the upper surface TS1 of the region AR1 and the upper surface TS2 of the region AR2.
  • the gate insulating film GIm is also formed between the memory gate electrode MG and the connection surface TS3. That is, the gate insulating film GIm is formed on the connection surface TS3 and the upper surface TS2.
  • the end portion EP1 of the connection surface TS3 is connected to the upper surface TS2 of the region AR2, and the end portion EP2 opposite to the end portion EP1 of the connection surface TS3 is connected to the upper surface TS1 of the region AR1.
  • the end portion EP1 of the connection surface TS3 is arranged on the positive side in the X-axis direction with respect to the end portion EP2 of the connection surface TS3 in the X-axis direction, and is below the end portion EP2 of the connection surface TS3, that is, In the Z-axis direction, it is arranged on the main surface 1b side with respect to the end portion EP2.
  • connection surface TS3 has the upper surface TS2 such that the end portion EP1 is located on the positive side in the X-axis direction with respect to the end portion EP2 and is located below the end portion EP2 in the Z-axis direction.
  • the YZ plane ie, the plane perpendicular to the X-axis direction.
  • the upper surface TS1 of the region AR1 is the same surface as the main surface 1a of the semiconductor substrate 1.
  • the active area AR as the area on the main surface 1a side includes areas AR4 and AR5. That is, semiconductor substrate 1 includes regions AR4 and AR5 as regions on the main surface 1a side.
  • the area AR4 is arranged on the negative side in the X-axis direction, that is, on the opposite side to the positive side in the X-axis direction with respect to the area AR1 in plan view, and is adjacent to the area AR1, and the area AR5 is the area AR1. It arrange
  • the sidewall spacer SW on the side surface of the control gate electrode CG is formed on the upper surface TS4 of the region AR4.
  • the n ⁇ type semiconductor region 11b and the n + type semiconductor region 12b are formed in the upper layer portion of the region AR4.
  • the upper surface TS4 of the region AR4 is lower than the upper surface TS1 of the region AR1. That is, the upper surface TS4 of the region AR4 is arranged on the main surface 1b side with respect to the upper surface TS1 of the region AR1 in the Z-axis direction.
  • the region AR5 has a connection surface TS5 that connects the upper surface TS1 of the region AR1 and the upper surface TS4 of the region AR4.
  • the end portion EP3 of the connection surface TS5 is connected to the upper surface TS4 of the region AR4, and the end portion EP4 opposite to the end portion EP3 of the connection surface TS5 is connected to the upper surface TS1 of the region AR1.
  • the end portion EP3 of the connection surface TS5 is disposed on the negative side in the X-axis direction with respect to the end portion EP4 of the connection surface TS5, and is lower than the end portion EP4 of the connection surface TS5, that is, in the Z-axis direction. It arrange
  • connection surface TS5 has an upper surface TS4 such that the end portion EP3 is located on the negative side in the X-axis direction with respect to the end portion EP4 and is located below the end portion EP4 in the Z-axis direction. It is inclined with respect to both the YZ plane and the YZ plane.
  • the upper surface TS2 of the region AR2 is lower than the upper surface TS4 of the region AR4. That is, the upper surface TS2 of the region AR2 is arranged on the main surface 1b side with respect to the upper surface TS4 of the region AR4 in the Z-axis direction.
  • the upper surface TS4 of the region AR4 can be disposed at almost the same height as the upper surface TS1 of the region AR1. Therefore, the distribution of the n ⁇ -type semiconductor region 11b and the n + -type semiconductor region 12b is hardly changed compared to the case where the upper surface TS4 of the region AR4 is arranged at the same height as the upper surface TS1 of the region AR1. It is possible to prevent or suppress a decrease in flowing on-current.
  • an angle formed by the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is defined as an angle ANS1 as an acute angle.
  • an obtuse angle between the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is represented by an angle ANL1.
  • the sum of the angle ANS1 and the angle ANL1 is equal to 180 °.
  • the angle ANS1 is greater than 0 ° and less than 90 °. In other words, the angle ANL1 is less than 180 ° and greater than 90 °.
  • connection surface TS5 and the upper surface TS4 an angle formed by the connection surface TS5 and the upper surface TS4 is defined as an angle ANS2 as an acute angle.
  • an obtuse angle between the connection surface TS5 and the upper surface TS4 is represented by an angle ANL2.
  • the sum of the angle ANS2 and the angle ANL2 is equal to 180 °.
  • an acute angle ANS1 formed by the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is larger than an acute angle ANS2 formed by the connection surface TS5 and the upper surface TS4.
  • This also makes it possible to arrange the upper surface TS4 of the region AR4 at almost the same height as the upper surface TS1 of the region AR1. Therefore, the distribution of the n ⁇ -type semiconductor region 11b and the n + -type semiconductor region 12b is hardly changed compared to the case where the upper surface TS4 of the region AR4 is arranged at the same height as the upper surface TS1 of the region AR1. It is possible to prevent or suppress a decrease in flowing on-current.
  • connection surface TS3 no corner is formed between the portion on the upper surface TS2 side of the connection surface TS3 and the portion on the connection surface TS3 side of the upper surface TS2, and the portion on the upper surface TS2 side of the connection surface TS3, and The portion on the connection surface TS3 side of the upper surface TS2 may form the same curved surface.
  • a virtual plane TS31 formed by extending a portion of the connection surface TS3 on the upper surface TS1 side as the same plane to the upper surface TS2 side is opposite to the connection surface TS3 side of the upper surface TS2.
  • An angle formed with a virtual plane TS21 formed by extending the portion as the same plane toward the connection surface TS3 is defined as an angle ANS1 as an acute angle.
  • the angle ANL1 is an obtuse angle between the plane TS31 and the plane TS21, and is an angle such that the sum of the angle ANS1 and the angle ANL1 is equal to 180 °.
  • the end portion EP11 opposite to the end portion EP2 of the plane TS31 is connected to the plane TS21.
  • a corner is not formed between the portion of the connection surface TS5 on the upper surface TS4 side and the portion of the upper surface TS4 on the connection surface TS5 side, and the portion of the connection surface TS5 on the upper surface TS4 side.
  • the portion of the upper surface TS4 on the connection surface TS5 side forms the same curved surface.
  • a virtual plane formed by extending the portion on the upper surface TS1 side of the connection surface TS5 to the upper surface TS4 side as the same plane is the upper surface TS4.
  • An angle formed with a virtual plane formed by extending the portion opposite to the connection surface TS5 side to the connection surface TS5 side as the same plane can be defined as an angle ANS2 as an acute angle.
  • the angle ANL2 is an obtuse angle between the respective virtual planes, and is an angle such that the sum of the angle ANS2 and the angle ANL2 is equal to 180 °.
  • the memory gate electrode MG includes an electrode part MG1 formed on the upper surface TS2, and an electrode part MG2 formed on the control gate electrode CG side with respect to the electrode part MG1.
  • the electrode portion MG2 has a connection surface BS2 as a lower surface that connects the lower surface BS1 of the electrode portion MG1 and the side surface BS3 of the electrode portion MG2 on the control gate electrode CG side. As shown in FIG.
  • the end portion EP5 of the connection surface BS2 of the electrode portion MG2 is connected to the lower surface BS1 of the electrode portion MG1, and the end portion EP6 opposite to the end portion EP5 of the connection surface BS2 of the electrode portion MG2 is It is connected to the side surface BS3 of the electrode part MG2.
  • the end portion EP5 is disposed on the positive side in the X-axis direction with respect to the end portion EP6, and is disposed below the end portion EP6 in the Z-axis direction.
  • corner AP1 is formed by the lower surface BS1 and the connection surface BS2
  • corner AP2 is formed by the connection surface BS2 and the side surface BS3.
  • a corner is not formed between the portion on the lower surface BS1 side of the connection surface BS2 and the portion on the connection surface BS2 side of the lower surface BS1, and a portion on the lower surface BS1 side of the connection surface BS2;
  • the portion of the lower surface BS1 on the connection surface BS2 side may form the same curved surface.
  • the virtual plane BS21 formed by extending the side surface BS3 side portion of the connection surface BS2 to the lower surface BS1 side as the same plane is the same as the portion of the lower surface BS1 opposite to the connection surface BS2 side.
  • An angle formed with a virtual plane BS11 formed by extending the connection plane BS2 as a plane can be defined as an angle ANS1 as an acute angle.
  • the angle ANL1 is an obtuse angle between the plane BS21 and the plane BS11, and is an angle such that the sum of the angle ANS1 and the angle ANL1 is equal to 180 °.
  • an end EP51 opposite to the end EP6 of the plane BS21 is connected to the plane BS11.
  • a region RG2 surrounded by a two-dot chain line is enlarged.
  • injection of electrons into the silicon nitride film 8b, which is a charge storage portion in the insulating film 8 of the memory transistor, is defined as “writing”, and injection of holes, that is, holes, is defined as “erasing”. To do. Further, the power supply voltage Vdd is set to 1.5V.
  • the writing method hot electron writing called a source side injection (SSI) method can be used.
  • the voltage Vd applied to the semiconductor region MD is, for example, about the power supply voltage Vdd
  • the voltage Vcg applied to the control gate electrode CG is, for example, about 1 V
  • the voltage Vmg applied to the memory gate electrode MG is For example, it is about 12V.
  • the voltage Vs applied to the semiconductor region MS is set to about 6 V, for example
  • the voltage Vb applied to the p-type well PW is set to about 0 V, for example. Then, each voltage described above is applied to each part of the memory cell MC to be written.
  • an electron EL is injected into the silicon nitride film 8b in the gate insulating film GIm of the memory cell MC, and data is written into the memory cell MC.
  • Hot electrons are generated mainly in a channel region located below the memory gate electrode MG via the gate insulating film GIm, and injected into the silicon nitride film 8b which is a charge storage portion in the gate insulating film GIm.
  • the injected hot electrons are captured by the trap level in the silicon nitride film 8b in the gate insulating film GIm, and as a result, the threshold voltage of the memory transistor increases.
  • a method of injecting holes as hot holes by band-to-band tunneling (BTBT) phenomenon can be used for erasing, but direct tunneling phenomenon, that is, Fowler Nordheim (Fowler) It is preferable to use an erasing method by hole injection utilizing the -Nordheim: FN) type tunnel phenomenon.
  • FN -Nordheim
  • erasing is performed by injecting holes into the charge storage portion, that is, the silicon nitride film 8b in the gate insulating film GIm by the direct tunnel phenomenon.
  • the voltage Vd is, for example, about 0 V
  • the voltage Vcg is, for example, about 0 V
  • the voltage Vmg is, for example, about 12 V
  • the voltage Vs is, for example, about 0 V
  • the voltage Vb is, for example, about 0 V.
  • holes HL are injected from the memory gate electrode MG side into the charge storage portion, that is, the silicon nitride film 8b by the direct tunneling phenomenon through the silicon oxide film 8c. Erasing is performed by canceling out the electrons in the film 8b. Alternatively, erasing is performed by the holes injected into the silicon nitride film 8b being captured by trap levels in the silicon nitride film 8b. As a result, the threshold voltage of the memory transistor is lowered and the memory transistor enters an erased state.
  • the voltage Vd is, for example, about the power supply voltage Vdd
  • the voltage Vcg is, for example, about the power supply voltage Vdd
  • the voltage Vmg is, for example, about 0 V
  • the voltage Vs is, for example, about 0,
  • the voltage Vb is, for example, about 0 V.
  • Each voltage described above is applied to each part of the memory cell MC to be read.
  • 5 and 6 are process flowcharts showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device of the embodiment.
  • 7 to 27 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the embodiment during the manufacturing process.
  • FIG. 7 to 27 are sectional views showing manufacturing steps for forming the memory cells MC1 and MC2 as the two memory cells MC shown in FIG.
  • the arrangement of the memory cell MC1 is the same as the arrangement of the memory cell MC shown in FIG. 1, but the arrangement of the memory cell MC2 is opposite to the arrangement of the memory cell MC1.
  • Arrangement. That is, the memory cells MC1 and MC2 are arranged symmetrically with respect to the YZ plane between the memory cell MC1 and the memory cell MC2.
  • a manufacturing process for mainly forming the memory cell MC1 out of the two memory cells MC1 and MC2 will be described.
  • a semiconductor substrate 1 is prepared as a semiconductor wafer made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 ⁇ cm, for example (step S1 in FIG. 5).
  • the semiconductor substrate 1 has a main surface 1a and a main surface 1b opposite to the main surface 1a.
  • the semiconductor substrate 1 has an active region AR as a region on the main surface 1a side.
  • the active region AR is defined, that is, partitioned by an element isolation region (not shown), and is electrically isolated from other active regions by this element isolation region.
  • a p-type well PW is formed in the active region AR.
  • the p-type well PW has a p-type conductivity type.
  • the active area AR as the area on the main surface 1a side includes areas AR1 to AR5. That is, in step S1, the semiconductor substrate 1 including the regions AR1 to AR5 as the region on the main surface 1a side is prepared. In the region where the memory cell MC1 (see FIG. 27 described later) is formed, the region AR2 is disposed on the positive side in the X-axis direction with respect to the region AR1 in plan view, and is adjacent to the region AR1. AR3 is arranged between the area AR1 and the area AR2.
  • the area AR4 is arranged on the negative side in the X-axis direction, that is, on the opposite side to the positive side in the X-axis direction with respect to the area AR1 in plan view, and is adjacent to the area AR1, and the area AR5 is the area AR1. It arrange
  • a p-type well PW is formed in the active region AR (step S2 in FIG. 5).
  • the p-type well PW can be formed by introducing a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate 1 by an ion implantation method or the like.
  • the p-type well PW is formed from the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 to a predetermined depth.
  • the natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate 1 is removed by, for example, wet etching using a hydrofluoric acid (HF) aqueous solution, and the surface of the semiconductor substrate 1 is cleaned to clean the surface of the semiconductor substrate 1. .
  • HF hydrofluoric acid
  • the insulating film 3, the conductive film 4, and the insulating films 5 and 6 are formed over the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1 (step S3 in FIG. 5).
  • an insulating film 3 is formed on the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 as shown in FIG.
  • a silicon oxide film, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film, or a high-k film, that is, a high dielectric constant film can be used as the insulating film 3, and examples of materials that can be used as the insulating film 3 are as follows.
  • the insulating film 3 can be formed using a thermal oxidation method, a sputtering method, an atomic layer deposition (ALD) method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or the like.
  • a conductive film 4 is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 3.
  • the conductive film 4 is made of a polycrystalline silicon film, that is, a silicon film such as a polysilicon film.
  • a conductive film 4 can be formed using a CVD method or the like.
  • the film thickness of the conductive film 4 can be set to a sufficient thickness so as to cover the insulating film 3.
  • the conductive film 4 can be formed as an amorphous silicon film during film formation, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.
  • a conductive film 4 having a low resistivity by introducing an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) or a p-type impurity such as boron (B). Impurities can be introduced during or after the formation of the conductive film 4.
  • the conductive film 4 into which the impurities are introduced can be formed by adding a doping gas to the gas for forming the conductive film 4.
  • the conductive film 4 into which impurities are introduced can be formed.
  • an insulating film 5 is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1, that is, on the conductive film 4.
  • the insulating film 5 made of a silicon oxide film can be formed by thermally oxidizing the surface of the conductive film 4 made of a silicon film.
  • the insulating film 5 made of a silicon oxide film can be formed using a CVD method.
  • the material of the insulating film 5 an insulating film made of other materials can be used instead of the silicon oxide film.
  • the insulating film 6 can be formed directly on the conductive film 4 without forming the insulating film 5.
  • an insulating film 6 containing silicon and nitrogen is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 5.
  • the insulating film 6 made of a silicon nitride film can be formed using, for example, a CVD method.
  • step S4 the insulating films 6 and 5 and the conductive film 4 are patterned (step S4 in FIG. 5).
  • the insulating films 6 and 5 and the conductive film 4 are patterned using, for example, photolithography and etching.
  • a resist film (not shown) is formed on the insulating film 6.
  • an opening that penetrates the resist film and reaches the insulating film 6 is formed in a region other than the region where the control gate electrode CG is to be formed, and a resist pattern (not shown) is made of the resist film in which the opening is formed. ).
  • the portion of the insulating film 6 disposed in the region where the control gate electrode CG is to be formed is covered with a resist film.
  • the insulating films 6 and 5 and the conductive film 4 are etched and patterned by, for example, dry etching.
  • control gate electrode CG made of the conductive film 4 is formed on the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1, and between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1, between the control gate electrode CG and the semiconductor substrate 1.
  • a gate insulating film GIc made of the insulating film 3 is formed. Specifically, the control gate electrode CG is formed on the upper surface TS1 of the region AR1.
  • the portion of the insulating film 3 that is not covered with the control gate electrode CG can be removed by performing dry etching in step S4 or by performing wet etching after the dry etching in step S4. Then, in the portion where the control gate electrode CG is not formed, the p-type well PW of the semiconductor substrate 1 is exposed.
  • a sacrificial oxide film SOF1 is formed (step S5 in FIG. 5).
  • the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 and the side surfaces of the control gate electrode CG are oxidized to form a sacrificial oxide film SOF1.
  • the sacrificial oxide film SOF1 is an etching stopper film when the film 7 is etched.
  • the sacrificial oxide film SOF1 can be formed by, for example, a thermal oxidation method or an ISSG (In Situ Steam Generation) oxidation method, or by using a combination of a thermal oxidation method and an ISSG oxidation method.
  • the upper surface TS4 of the region AR4 is made lower than the upper surface TS1 of the region AR1 by oxidizing the surface of the region AR4. Then, a connection surface TS5 that connects the upper surface TS1 of the region AR1 and the upper surface TS4 of the region AR4 is formed in the region AR5 arranged between the region AR1 and the region AR4.
  • the sacrificial oxide film SOF1 When the sacrificial oxide film SOF1 is formed, oxygen is sufficiently supplied at the time of oxidation in a region where there is no pattern such as the region AR4, that is, in a region away from the control gate electrode CG, the surface of the region AR4 Is oxidized with a substantially constant thickness.
  • the region AR5 adjacent to the pattern of the control gate electrode CG since the pattern of the control gate electrode CG exists on the semiconductor substrate 1, the closer to the control gate electrode CG, the more the oxide is compared with the case where there is no pattern nearby. The supply of oxygen at the time decreases, and therefore the progress of oxidation is delayed. Accordingly, in the region AR5, the connection surface TS5 that is inclined from the end on the region AR4 side to the end on the control gate electrode CG side is formed.
  • the end portion EP3 of the connection surface TS5 is connected to the upper surface TS4 of the region AR4, and the end portion EP4 opposite to the end portion EP3 of the connection surface TS5 is connected to the upper surface TS1 of the region AR1. Further, the end portion EP3 of the connection surface TS5 is disposed on the opposite side to the region AR2 side in the X-axis direction with respect to the end portion EP4 of the connection surface TS5, and the end portion EP4 of the connection surface TS5 in the Z-axis direction. It is arranged below.
  • connection surface TS5 the end portion EP3 is located on the opposite side to the region AR2 side in the X-axis direction with respect to the end portion EP4, and is located below the end portion EP4 in the Z-axis direction.
  • it inclines with respect to both upper surface TS4 and YZ plane.
  • a film 7 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG (step S6 in FIG. 5).
  • the sacrificial oxide film SOF1 is an etching stopper film when the film 7 is etched.
  • the film 7 is made of, for example, a polycrystalline silicon film, that is, a silicon film such as a polysilicon film.
  • a film 7 can be formed using a CVD method or the like.
  • the film 7 may be formed as an amorphous silicon film at the time of film formation, and the amorphous silicon film may be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.
  • the film 7 is formed between the two adjacent control gate electrodes CG even when the film 7 is etched back by the thickness of the film 7. It is preferable that the film thickness be embedded. Therefore, it is preferable that the film thickness FT1 of the film 7 is, for example, one half or more of the interval IT1 between the side surfaces facing each other of the adjacent control gate electrodes CG.
  • the film 7 is etched back using an anisotropic etching technique to form a spacer SP11 as a side wall (step S7 in FIG. 5).
  • the film 7 is etched back by the thickness of the film 7, thereby leaving the film 7 in the shape of a sidewall spacer on both side surfaces of the control gate electrode CG via the sacrificial oxide film SOF1, for example.
  • the film 7 is placed on the side wall spacer on the side surface opposite to the side where the memory gate electrode MG (see FIG. 19 described later) adjacent to the control gate electrode CG is disposed, on both side surfaces of the control gate electrode CG.
  • a spacer SP11 made of the remaining film 7 is formed.
  • a memory gate electrode MG adjacent to the one control gate electrode CG is disposed on the opposite side of the other control gate electrode CG across the one control gate electrode CG.
  • the film 7 is buried between the two adjacent control gate electrodes CG.
  • each of the two side surfaces of the two adjacent control gate electrodes CG is formed on the side surface opposite to the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is disposed.
  • the two spacers SP11 are arranged without being spaced from each other. That is, the two spacers SP11 are integrally formed.
  • the remaining film 7 A spacer SP12 made of is formed.
  • step S8 in FIG. 5 the spacer SP12 is removed.
  • a resist pattern R1 that covers the spacer SP11 and exposes the spacer SP12 is formed on the semiconductor substrate using photolithography.
  • a resist film RF1 as a mask film is formed on the sacrificial oxide film SOF1, that is, on the semiconductor substrate 1, so as to cover the spacers SP11 and SP12.
  • the resist film RF1 is patterned to form a resist pattern R1 as a mask pattern made of the resist film RF1 covering the spacer SP11, and the spacer SP12 is exposed from the resist film RF1.
  • the spacer SP12 is removed by dry etching using the formed resist pattern R1 as an etching mask.
  • the spacer SP11 is covered with the resist pattern R1, it remains without being etched.
  • step S8 the resist pattern R1 is thereafter removed as shown in FIG.
  • step S9 the sacrificial oxide film SOF1 is removed (step S9 in FIG. 5).
  • step S9 the sacrificial oxide film SOF1 exposed from the control gate electrode CG and the spacer SP11 is removed by etching, for example, by dry etching. Thereby, the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 is exposed in the regions AR2 and AR3.
  • step S10 the surface of the semiconductor substrate 1 is etched (step S10 in FIG. 5).
  • the surface of each of the regions AR2 and AR3 in the semiconductor substrate 1 is etched by dry etching using the control gate electrode CG, the cap insulating film CP2 on the control gate electrode CG, and the spacer SP11 as an etching mask. To do.
  • the upper surface TS2 of the region AR2 is made lower than the upper surface TS1 of the region AR1, and the upper surface TS1 of the region AR1 and the upper surface TS2 of the region AR2 are arranged in the region AR3 arranged between the region AR1 and the region AR2.
  • a connection surface TS3 to be connected is formed. Note that the upper surface TS2 of the region AR2 is set lower than the upper surface TS4 of the region AR4.
  • connection surface TS3 is connected to the upper surface TS2 of the region AR2, and the end portion EP2 opposite to the end portion EP1 of the connection surface TS3 is connected to the upper surface TS1 of the region AR1. Further, the end portion EP1 of the connection surface TS3 is disposed on the opposite side to the region AR4 side in the X-axis direction with respect to the end portion EP2 of the connection surface TS3, and the end portion EP2 of the connection surface TS3 in the Z-axis direction. It is arranged below.
  • connection surface TS3 the end portion EP1 is located on the opposite side to the region AR4 side in the X-axis direction with respect to the end portion EP2, and is located below the end portion EP2 in the Z-axis direction.
  • it inclines with respect to both upper surface TS2 and YZ plane.
  • the etching conditions in this step S10 are the selection ratio between the cap insulating film CP2 made of the insulating film 6 such as a silicon nitride film and the semiconductor substrate 1 made of silicon, for example, the etching rate of the cap insulating film CP2. It is desirable that the ratio of the etching rate of the semiconductor substrate 1 with respect to is as high as possible.
  • the step of actually depositing the deposit on the surface and the step of etching the surface are repeated, and the deposit is deposited in an amount to be etched.
  • Etching proceeds when the amount exceeds the predetermined amount.
  • the amount of deposits is larger than the amount of etching due to the presence of the side surfaces of the control gate electrode CG.
  • the connection surface TS3 that is inclined from the end on the control gate electrode CG side to the end on the region AR2 side is formed.
  • the inclination angle of the connection surface TS3 can be adjusted within a certain range by changing the balance between the amount of deposits deposited under the etching conditions and the amount etched.
  • step S10 since the upper part of the spacer SP11 is slightly etched, the upper surface of the spacer SP11 after performing step S10 is lower than the upper surface of the spacer SP11 before performing step S10.
  • the acute angle ANS1 formed by the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is larger than the acute angle ANS2 formed by the connection surface TS5 and the upper surface TS4.
  • step S11 in FIG. 5 the spacer SP11 is removed.
  • step S11 first, as shown in FIG. 14, a resist pattern R2 that covers the regions AR2 and AR3 and exposes the spacer SP11 is formed on the semiconductor substrate 1 using photolithography.
  • a resist film RF2 as a mask film is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the spacer SP11.
  • the resist film RF2 is patterned to form a resist pattern R2 made of a resist film RF2 covering the regions AR2 and AR3, and the spacer SP11 is exposed from the resist film RF2.
  • step S11 next, as shown in FIG. 15, the spacer SP11 is removed by dry etching using the formed resist pattern R2 as an etching mask. On the other hand, since the regions AR2 and AR3 are covered with the resist pattern R2, they are left without being etched.
  • an n ⁇ type semiconductor region VMG is formed (step S12 in FIG. 6).
  • the side surface of the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 and the side surface of the control gate electrode CG on the side where the sacrificial oxide film SOF1 is not formed is oxidized and sacrificed.
  • An oxide film SOF2 is formed.
  • the sacrificial oxide film SOF2 can be formed, for example, by a thermal oxidation method or an ISSG oxidation method, or by using a combination of a thermal oxidation method and an ISSG oxidation method.
  • the p-type well PW is formed, for example, with the cap insulating film CP2 and the control gate electrode CG having the sacrificial oxide films SOF1 and SOF2 formed on the side surfaces as masks.
  • An n-type impurity such as (P) or arsenic (As) is introduced by an ion implantation method.
  • the upper portion of the p-type well PW located on the side where the memory gate electrode MG (see FIG. 19 described later) is arranged with respect to the control gate electrode CG, that is, the upper portion of each of the regions AR2 and AR3.
  • N ⁇ type semiconductor region VMG is formed.
  • the sacrifice is caused on the upper surface of the p-type well PW in the portion located on the side where the memory gate electrode MG (see FIG. 19 described later) adjacent to the control gate electrode CG is arranged.
  • An oxide film SOF2 is formed. Therefore, when the n-type impurity is introduced into the p-type well PW by the ion implantation method, it is possible to prevent the upper surface of the p-type well PW from being damaged.
  • the upper surface TS2 of the region AR2 is lower than the upper surface TS1 of the region AR1, and the connection surface TS3 that connects the upper surface TS1 and the upper surface TS2 is formed between the upper surface TS1 and the upper surface TS2. Further, the end portion EP1 on the upper surface TS2 side of the connection surface TS3 is disposed on the opposite side to the control gate electrode CG with respect to the end portion EP2 on the upper surface TS1 side of the connection surface TS3, and the end portion EP2 in the Z-axis direction. It is arranged below.
  • impurity ions implanted by ion implantation are introduced to the p-type well PW located below the control gate electrode CG across the connection surface TS3, so that the n ⁇ type semiconductor region VMG is formed in a desired region. Can be formed with good shape accuracy.
  • the n ⁇ type semiconductor region VMG may be formed on the opposite side of the control gate electrode CG from the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is disposed.
  • the illustration of the n ⁇ type semiconductor region formed on the opposite side of the control gate electrode CG from the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is arranged is omitted.
  • the n ⁇ type semiconductor region VMG is also formed in the upper layer portion of each of the regions AR4 and AR5, but is not shown in FIG.
  • the cap insulating film CP2 is slimmed (step S13 in FIG. 6).
  • the sacrificial oxide films SOF1 and SOF2 and the cap insulating film CP1 are silicon oxide films and the cap insulating film CP2 is a silicon nitride film
  • phosphoric acid having a temperature of about 140 to 170 ° C., that is, hot phosphoric acid, for example. Is etched using as an etchant.
  • the ratio of the etching rate of the cap insulating film CP2 to the etching rate of the sacrificial oxide films SOF1 and SOF2 and the cap insulating film CP1 that is, the selection ratio can be sufficiently increased, so that the cap insulating film CP2 is selectively etched. can do.
  • the length of the cap insulating film CP2 in the X-axis direction, that is, the gate length direction can be made shorter than the length of the control gate electrode CG in the X-axis direction, that is, the gate length direction. That is, the cap insulating film CP2 can be slimmed.
  • an insulating film 8 is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1 (step S14 in FIG. 6).
  • the insulating film 8 is formed on the exposed portion of the semiconductor substrate 1, that is, on the upper surface TS2 and the connection surface TS3, and on the surface of the control gate electrode CG and the surface of the cap insulating film CP2. That is, in step S14, the insulating film 8 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the control gate electrode CG and the cap insulating film CP2.
  • the insulating film 8 is an insulating film having a charge storage portion therein, and is composed of a stacked film of a silicon oxide film 8a, a silicon nitride film 8b, and a silicon oxide film 8c formed in this order from the bottom.
  • the silicon oxide film 8a can be formed by, for example, a thermal oxidation method or an ISSG oxidation method.
  • the silicon nitride film 8b of the insulating film 8 can be formed by, for example, a CVD method.
  • the silicon oxide film 8c of the insulating film 8 can be formed by, for example, a CVD method or an ISSG oxidation method.
  • the silicon oxide film 8a is formed on the exposed main surface 1a of the semiconductor substrate 1, the side surface of the control gate electrode CG, and the upper surface and side surfaces of the cap insulating film CP2, for example, by thermal oxidation or ISSG oxidation.
  • the thickness of the silicon oxide film 8a can be about 4 nm, for example.
  • the silicon oxide film 8a can be formed by the ALD method.
  • a silicon nitride film 8b is formed on the silicon oxide film 8a by, for example, a CVD method, and a silicon oxide film 8c is formed on the silicon nitride film 8b by, for example, a CVD method, an ISSG oxidation method, or both.
  • the insulating film 8 composed of a laminated film of the silicon oxide film 8a, the silicon nitride film 8b, and the silicon oxide film 8c can be formed.
  • the insulating film 8 functions as a gate insulating film of the memory gate electrode MG (see FIG. 19 described later) and has a charge holding function.
  • the insulating film 8 has a structure in which a silicon nitride film 8b as a charge storage portion is sandwiched between a silicon oxide film 8a and a silicon oxide film 8c as charge blocking layers. Then, the potential barrier height of the charge block layer made of the silicon oxide films 8a and 8c is higher than the potential barrier height of the charge storage portion made of the silicon nitride film 8b.
  • the silicon nitride film 8b is used as the insulating film having a trap level.
  • the use of the silicon nitride film 8b is preferable in terms of reliability.
  • the insulating film having a trap level is not limited to a silicon nitride film, and a high dielectric constant having a higher dielectric constant than a silicon nitride film, such as an aluminum oxide (alumina) film, a hafnium oxide film, or a tantalum oxide film.
  • a membrane can be used.
  • a conductive film 9 is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1, that is, on the insulating film 8 (step S15 in FIG. 6).
  • the conductive film 9 is made of a silicon film such as a polycrystalline silicon film, that is, a polysilicon film.
  • a conductive film 9 can be formed using a CVD method or the like.
  • the conductive film 9 can be formed as an amorphous silicon film during film formation, and the amorphous silicon film can be converted into a polycrystalline silicon film by subsequent heat treatment.
  • the conductive film 9 it is preferable to use a conductive film having a low resistivity by introducing an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) or a p-type impurity such as boron (B).
  • Impurities can be introduced during or after the formation of the conductive film 9.
  • Impurities can be introduced into the conductive film 9 by ion implantation after the formation of the conductive film 9, but impurities can also be introduced into the conductive film 9 when the conductive film 9 is formed.
  • the conductive film 9 into which the impurity is introduced can be formed by adding a doping gas to the gas for forming the conductive film 9.
  • the conductive film 9 is etched back using an anisotropic etching technique to form the memory gate electrode MG (step S16 in FIG. 6).
  • the conductive film 9 is etched back by the thickness of the conductive film 9, thereby leaving the conductive film 9 in the form of sidewall spacers on both sides of the control gate electrode CG via the insulating film 8.
  • the conductive film 9 in other regions is removed.
  • a conductive film is formed on both sides of the control gate electrode CG on the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is disposed via the insulating film 8.
  • a memory gate electrode MG made of the remaining conductive film 9 is formed.
  • the memory gate electrode MG is formed on the upper surface TS2 of the region AR2.
  • the conductive film 9 is placed on the side surface of the control gate electrode CG on the side opposite to the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is disposed via the insulating film 8.
  • the spacer SP21 made of the remaining conductive film 9 is formed by leaving it in a shape.
  • the memory gate electrode MG is formed so as to be adjacent to the control gate electrode CG through the insulating film 8.
  • the memory gate electrode MG and the spacer SP21 are formed on the side surfaces opposite to each other of the control gate electrode CG.
  • a cap insulating film CP2 is formed on the control gate electrode CG. Therefore, the memory gate electrode MG is formed on the side surface of the cap insulating film CP2 on the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is disposed via the insulating film 8 so as to form a sidewall spacer shape.
  • the conductive film 9 is left.
  • the spacer SP21 is a sidewall spacer on the side surface opposite to the side where the memory gate electrode MG adjacent to the control gate electrode CG is disposed, on both sides of the cap insulating film CP2.
  • the conductive film 9 is left in the shape.
  • An insulating film 8 is interposed between the memory gate electrode MG formed in step S16 and the p-type well PW of the semiconductor substrate 1 and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG.
  • the gate electrode MG is made of a conductive film 9 in contact with the insulating film 8.
  • step S16 the portion of the insulating film 8 that is not covered by either the memory gate electrode MG or the spacer SP21 is exposed.
  • the insulating film 8 under the memory gate electrode MG becomes a gate insulating film GIm (see FIG. 22 described later) of the memory transistor MT.
  • step S17 in FIG. 6 the spacer SP21 is removed.
  • step S17 first, as shown in FIG. 20, using photolithography, a resist pattern R3 is formed on the semiconductor substrate 1 so that the memory gate electrode MG is covered and the spacer SP21 is exposed.
  • a resist film RF3 as a mask film is formed on the insulating film 8 so as to cover the memory gate electrode MG and the spacer SP21.
  • the resist film RF3 is patterned to form a resist pattern R3 made of a resist film RF3 that covers the memory gate electrode MG. Then, the spacer SP21 is exposed from the resist film RF3.
  • step S17 next, as shown in FIG. 21, the spacer SP21 is removed by dry etching using the formed resist pattern R3 as an etching mask.
  • the memory gate electrode MG was covered with the resist pattern R3, it remains without being etched.
  • step S18 in FIG. 6 the portion of the insulating film 8 not covered with the memory gate electrode MG is removed by etching.
  • portions of the insulating film 8 located between the memory gate electrode MG and the p-type well PW and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG are left without being removed, and other regions The portion of the insulating film 8 located at is removed.
  • a gate insulating film GIm composed of the insulating film 8 between the memory gate electrode MG and the p-type well PW, that is, the semiconductor substrate 1 and between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is formed.
  • step S18 etching can be performed so that the silicon oxide film 8c and the silicon nitride film 8b are removed from the insulating film 8 and the silicon oxide film 8a is left without being removed.
  • n ⁇ type semiconductor regions 11a and 11b are formed using an ion implantation method or the like (step S19 in FIG. 6).
  • n-type impurities such as arsenic (As) or phosphorus (P) are introduced into the p-type well PW of the semiconductor substrate 1 using the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG as a mask.
  • n ⁇ type semiconductor regions 11a and 11b are formed in the upper layer portion of p type well PW.
  • the n ⁇ type semiconductor region 11a is formed in self alignment with the side surface of the memory gate electrode MG, and the n ⁇ type semiconductor region 11b is formed in self alignment with the side surface of the control gate electrode CG.
  • the conductive film is formed in a peripheral circuit region (not shown) different from the memory cell region in which the memory cell MC is formed using, for example, photolithography and etching. 4 (see FIG. 7) may be patterned to form a gate electrode (not shown) made of the conductive film 4.
  • the main surface 1a of the semiconductor substrate 1 is made of, for example, a silicon oxide film in the memory cell region.
  • An insulating film SIF and a silicon nitride film may be formed.
  • the silicon nitride film may be removed.
  • the insulating film SIF is formed so as to cover the control gate electrode CG, the cap insulating film CP2, and the memory gate electrode MG in the memory cell region. (See FIG. 24 described later).
  • sidewall spacers SW are formed on the side surface of the control gate electrode CG and the side surface of the memory gate electrode MG (step S20 in FIG. 6).
  • an insulating film for the sidewall spacer SW is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1, and the formed insulating film is etched back by anisotropic etching, for example.
  • the sidewall spacer SW is formed by leaving the insulating film in the portion adjacent to the control gate electrode CG on the opposite side of the memory gate electrode MG across the control gate electrode CG. Further, the sidewall spacer SW is formed by leaving the insulating film in a portion adjacent to the memory gate electrode MG on the opposite side of the control gate electrode CG across the memory gate electrode MG.
  • These sidewall spacers SW are made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof.
  • an insulating film SIF made of, for example, silicon oxide is interposed between the control gate electrode CG and the sidewall spacer SW and between the memory gate electrode MG and the sidewall spacer SW. ing.
  • n + -type semiconductor regions 12a and 12b are formed by ion implantation or the like (step S21 in FIG. 6).
  • an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is used as a semiconductor substrate by using the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG and the side wall spacer SW adjacent thereto as a mask. 1 p-type well PW.
  • n + type semiconductor regions 12a and 12b are formed in the upper layer portion of p type well PW.
  • the n + type semiconductor region 12a is formed in self-alignment with the side wall spacer SW on the side surface of the memory gate electrode MG, and the n + type semiconductor region 12b is formed on the side wall spacer on the side surface of the control gate electrode CG. It is formed in self-alignment with SW.
  • the n ⁇ type semiconductor region MS having the LDD structure and functioning as the source region of the memory transistor MT is formed by the n ⁇ type semiconductor region 11a and the n + type semiconductor region 12a having a higher impurity concentration. It is formed.
  • the n ⁇ type semiconductor region 11b and the n + type semiconductor region 12b having a higher impurity concentration than the n ⁇ type semiconductor region 11b form an n type semiconductor region MD having an LDD structure and functioning as a drain region of the control transistor CT. .
  • activation annealing which is a heat treatment for activating impurities introduced into n ⁇ type semiconductor regions 11a and 11b, n + type semiconductor regions 12a and 12b, and the like is performed.
  • the control transistor CT and the memory transistor MT are formed, and the memory cell MC as the nonvolatile memory is formed by the control transistor CT and the memory transistor MT. That is, the control gate electrode CG, the gate insulating film GIc, the memory gate electrode MG, and the gate insulating film GIm form a memory cell MC as a nonvolatile memory. Note that memory cells MC1 and MC2 as two adjacent memory cells MC share the n + -type semiconductor region 12b.
  • a metal silicide layer 13, an insulating film 14, an interlayer insulating film 15, and a plug PG are formed (step S22 in FIG. 6).
  • a metal film is formed on the entire main surface 1a of the semiconductor substrate 1 so as to cover the cap insulating film CP2, the memory gate electrode MG, and the sidewall spacer SW.
  • the metal film is made of, for example, a cobalt (Co) film, a nickel (Ni) film, or a nickel platinum alloy film, and can be formed using a sputtering method or the like.
  • heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1 to cause the upper layers of the n + type semiconductor regions 12a and 12b and the memory gate electrode MG to react with the metal film.
  • metal silicide layers 13 are formed on the n + type semiconductor regions 12a and 12b and the memory gate electrode MG, respectively.
  • the metal silicide layer 13 can be, for example, a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, or a platinum-added nickel silicide layer. Thereafter, the unreacted metal film is removed. By performing such a so-called salicide process, the metal silicide layer 13 can be formed on each of the n + type semiconductor regions 12a and 12b and the memory gate electrode MG, as shown in FIG.
  • the insulating film 14 is formed so as to cover the cap insulating film CP2, the gate insulating film GIm, the memory gate electrode MG, and the sidewall spacer SW.
  • the insulating film 14 is made of, for example, a silicon nitride film.
  • the insulating film 14 can be formed by, for example, a CVD method.
  • an interlayer insulating film 15 is formed on the insulating film.
  • the interlayer insulating film 15 is made of a single film of a silicon oxide film or a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film. After the interlayer insulating film 15 is formed by, for example, the CVD method, the upper surface of the interlayer insulating film 15 is planarized.
  • step S22 next, as shown in FIG. 27, a plug PG penetrating the interlayer insulating film 15 is formed.
  • contact holes CNT are formed in the interlayer insulating film 15 by dry etching the interlayer insulating film 15 using a resist pattern (not shown) formed on the interlayer insulating film 15 by photolithography as an etching mask.
  • a conductive plug PG made of tungsten (W) or the like is formed as a conductor portion in the contact hole CNT.
  • a barrier conductor film made of, for example, a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, or a laminated film thereof is formed on the interlayer insulating film 15 including the inside of the contact hole CNT.
  • a main conductor film made of tungsten (W) film or the like is formed on the barrier conductor film so as to fill the contact hole CNT, and unnecessary main conductor films and barrier conductor films on the interlayer insulating film 15 are formed by CMP (Chemical Remove by mechanical polishing method or etch back method.
  • CMP Chemical Remove by mechanical polishing method or etch back method.
  • the contact hole CNT and the plug PG embedded therein are formed on the n + type semiconductor region 12b and the like.
  • the metal silicide layer 13 on the n + type semiconductor region 12b is exposed.
  • the plug PG embedded in the contact hole CNT is brought into contact with the n + -type semiconductor region 12b on the metal silicide layer 13 formed, n + -type semiconductor region 12b and are electrically connected.
  • the plug PG may be electrically connected to the n + type semiconductor region 12a.
  • the semiconductor device of the present embodiment is manufactured.
  • a wiring having, for example, copper (Cu) as a main conductive film can be formed on the interlayer insulating film 15 in which the plug PG is embedded using, for example, a damascene technique, but the description thereof is omitted here. .
  • 28 and 29 are cross-sectional views of a main part of a semiconductor device of a comparative example. 29 is an enlarged view of region RG101 surrounded by a two-dot chain line in the cross-sectional view shown in FIG.
  • the semiconductor substrate 1 under the memory gate electrode MG is not dug, and the upper surface TS2 of the region AR2 is the same height as the upper surface TS1 of the region AR1. Placed in position. Further, the area AR3 (see FIG. 1) is not disposed between the area AR1 and the area AR2, and the connection surface TS3 (see FIG. 1) that connects the upper surface TS1 and the upper surface TS2 is not formed.
  • the upper surface TS4 of the region AR4 is also arranged at the same height as the upper surface TS1 of the region AR1. Further, the area AR5 (see FIG. 1) is not arranged between the area AR1 and the area AR4, and the connection surface TS5 (see FIG. 1) that connects the upper surface TS1 and the upper surface TS4 is not formed.
  • all of the silicon nitride film 8b located between the memory gate electrode MG and the p-type well PW is parallel to the upper surface of the semiconductor substrate 1. Therefore, when data is written by injecting electrons as hot electrons into the silicon nitride film 8b which is a charge storage portion in the insulating film 8 of the memory transistor by using the SSI method, the electrons are stored in the memory gate electrode. It is easy to uniformly inject the silicon nitride film 8b in a portion located between the MG and the p-type well PW. That is, as shown by an arrow ELA in FIG.
  • the electron EL is a portion on the semiconductor region MD side as a drain region in a portion of the silicon nitride film 8b located between the memory gate electrode MG and the p-type well PW. In addition to this, it is easy to be injected into a portion on the semiconductor region MS side as a source region.
  • the semiconductor device of the comparative example when data is erased by injecting holes into the silicon nitride film 8b by using the above-described FN type tunnel phenomenon, the data between the memory gate electrode MG and the p type well PW is removed. This electric field concentrates on the end portion EP106 on the control gate electrode CG side of the lower surface of the memory gate electrode MG. Therefore, as shown by an arrow HLA in FIG. 29, the holes HL are formed on the p-type well PW side, that is, on the lower side of the silicon nitride film 8b located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. Easy to be injected into the part.
  • the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data is different from the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data. Or separated from each other. Therefore, when the writing operation and the erasing operation are repeated many times, the number of holes remaining in the gate insulating film GIm including the silicon nitride film 8b increases, and the retention characteristics (retention characteristics) of the memory cells are reduced. The device characteristics cannot be improved.
  • the retention characteristic of a memory cell is a memory when a writing operation and an erasing operation are repeated many times, for example, about 1000 times, and then left at a temperature higher than room temperature, for example, about 150 ° C. for a long time, for example, about 100 hours. It can be evaluated by the change with time of the threshold voltage of the transistor.
  • the erase method using the FN type tunnel phenomenon is compared with the erase method using the BTBT phenomenon. As a result, the effect of reducing current consumption becomes significant.
  • the erasing method based on the FN type tunnel phenomenon is used, the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data is changed into the silicon nitride film 8b when data is written. The problem of being different from the distribution of injected electrons becomes significant. Therefore, the nonvolatile memory cannot be easily miniaturized.
  • the upper surface TS2 is lower than the upper surface TS1, and the connection surface TS3 that connects the upper surface TS1 and the upper surface TS2 is formed between the upper surface TS1 and the upper surface TS2.
  • the end portion EP1 on the upper surface TS2 side of the connection surface TS3 is disposed on the memory gate electrode MG side in the X-axis direction with respect to the end portion EP2 on the upper surface TS1 side of the connection surface TS3, and the end portion EP2 in the Z-axis direction. It is arranged below.
  • a portion of the silicon nitride film 8b located between the memory gate electrode MG and the p-type well PW is connected to a portion P1 (see FIG. 4) formed along the upper surface TS2.
  • the electron EL is easily injected into a portion of the silicon nitride film 8b located between the memory gate electrode MG and the p-type well PW on the semiconductor region MD side as a drain region, but as a source region. It is difficult to be injected into the portion on the semiconductor region MS side.
  • the memory gate electrode MG includes the electrode part MG1 formed on the upper surface TS2, and the control gate electrode with respect to the electrode part MG1. And an electrode part MG2 formed on the CG side.
  • the electrode portion MG2 has a connection surface BS2 as a lower surface that connects the lower surface BS1 of the electrode portion MG1 and the side surface BS3 of the electrode portion MG2 on the control gate electrode CG side.
  • the end portion EP5 of the connection surface BS2 of the electrode portion MG2 is connected to the lower surface BS1 of the electrode portion MG1, and the end portion EP6 of the connection surface BS2 of the electrode portion MG2 is connected to the side surface BS3 of the electrode portion MG2.
  • the end portion EP5 is disposed on the positive side in the X-axis direction with respect to the end portion EP6, and is disposed below the end portion EP6 in the Z-axis direction.
  • corner AP1 is formed by the lower surface BS1 and the connection surface BS2
  • corner AP2 is formed by the connection surface BS2 and the side surface BS3.
  • the electric field between the memory gate electrode MG and the p type well PW is: Although it concentrates also on edge part EP6, it also concentrates on edge part EP5. Therefore, as indicated by the arrow HLA in FIG. 4, the holes HL are located on the p-type well PW side of the silicon nitride film 8b in the portion located between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, that is, in the portion P3. That is, in addition to the lower portion, the portion P2 is also injected.
  • the semiconductor device of this embodiment even when data is written, electrons are injected into the portion P2 of the silicon nitride film 8b, and even when data is erased, the portion P2 of the silicon nitride film 8b is erased. Holes are injected into the. Therefore, in the semiconductor device of the present embodiment, the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data are: Approach each other or be the same.
  • the number of holes remaining in the gate insulating film GIm including the silicon nitride film 8b does not increase, so that the retention characteristic (retention characteristic) of the memory cell is deteriorated. This can be prevented or suppressed, and the characteristics of the semiconductor device can be improved.
  • the semiconductor substrate has a first surface and a second surface lower than the first surface in the depth direction from the first surface.
  • the gate electrode is provided on the first surface
  • the memory gate electrode is provided on the second surface.
  • the connection surface between the first surface and the second surface is perpendicular to both the first surface and the second surface.
  • the technique disclosed in Patent Document 1 described above is a technique for solving the problem that when the width of the memory gate electrode is reduced, the channel length under the memory gate electrode is also shortened and the off-leakage current is increased. It is. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 1, the second surface side end of the connection surface is positioned on the positive side in the X-axis direction with respect to the first surface side end of the connection surface, In addition, it is difficult to incline the connection surface so as to be positioned below the end portion of the connection surface on the first surface side. This is because the channel length under the memory gate electrode is shortened, making it difficult to solve the problem in Patent Document 1.
  • FIG. 30 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of the first embodiment
  • FIG. 31 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of the second embodiment
  • FIG. 32 is a main-portion cross-section of the semiconductor device of the third embodiment
  • FIG. 33 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of Example 4. 30 to 33 show an enlarged view of the periphery of the connection surface TS3 in the cross-sectional view shown in FIG.
  • an angle formed by the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is defined as an angle ANS1 as an acute angle.
  • an obtuse angle between the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is represented by an angle ANS1.
  • the sum of the angle ANS1 and the angle ANL1 is equal to 180 °.
  • connection surface TS3 and the positive side surface SS1 in the X-axis direction of the control gate electrode CG is defined as an acute angle ANS3.
  • an obtuse angle between the connection surface TS3 and the side surface SS1 of the control gate electrode CG is represented by an angle ANL3.
  • the sum of the angle ANS3 and the angle ANL3 is equal to 180 °.
  • the angle ANS1 is equal to the angle formed by the connection surface TS3 and the YZ plane.
  • Example 1 shown in FIG. 30 the angle ANS3 is larger than the angle ANS1 (ANS3> ANS1), that is, the angle ANL3 is smaller than the angle ANL1 (ANL3 ⁇ ANL1).
  • the angle ANS3 is smaller than the angle ANS1 (ANS3 ⁇ ANS1), that is, the angle ANL3 is larger than the angle ANL1 (ANS3> ANS1).
  • Example 1 shown in FIG. 30 when data is written by injecting electrons as hot electrons into the silicon nitride film 8b using the SSI method, the electron EL is as shown by an arrow ELA in FIG. It is easy to be injected into the portion P2 across the connection surface TS3. Further, in the first embodiment shown in FIG. 30, the center in the X-axis direction of the portion P2 is the positive side in the X-axis direction, that is, the memory gate electrode, compared to the second embodiment shown in FIG. 31 and the third embodiment shown in FIG. Located on the MG side. Therefore, although the electron EL is more easily injected into a portion of the silicon nitride film 8b on the semiconductor region MD (see FIG. 4) side as compared with the comparative example, the semiconductor EL is compared with the second and third embodiments. It is difficult to inject into the MD (see FIG. 4) side portion.
  • Example 1 shown in FIG. 30 when erasing data by injecting holes into the silicon nitride film 8b using the above-described FN type tunnel phenomenon, the memory gate electrode MG and the p type well PW are erased. Most of the electric field between the two is concentrated on the end EP6, that is, the corner AP2, but a part is also concentrated on the end EP5, that is, the corner AP1. Therefore, as shown by an arrow HLA2 in FIG. 30, most of the holes HL are injected into a portion of the silicon nitride film 8b located around the corner AP2, but some of the holes HL It is also injected into a portion of the silicon nitride film 8b located around the AP1.
  • Example 1 shown in FIG. 30 the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data are: Although they are closer to each other than the comparative example, they are farther from each other than the second and third embodiments.
  • Example 2 shown in FIG. 31 when data is written by injecting electrons as hot electrons into the silicon nitride film 8b using the SSI method, the electron EL is transferred to the arrow ELA in FIG. As shown, it is easy to be injected into the portion P2 across the connection surface TS3. Further, in the second embodiment shown in FIG. 31, compared to the third embodiment shown in FIG. 32, the center in the X-axis direction of the portion P2 is located on the positive side in the X-axis direction, that is, on the memory gate electrode MG side. Compared to Example 1 shown in FIG.
  • the center of the portion P3 in the X-axis direction is located on the negative side in the X-axis direction, that is, on the control gate electrode CG side. Therefore, although the electron EL is likely to be injected into the portion of the silicon nitride film 8b on the semiconductor region MD (see FIG. 4) side as compared to the first embodiment, the semiconductor region MD (see FIG. It is difficult to inject into the portion on the side 4).
  • Example 2 shown in FIG. 31 when erasing data by injecting holes into the silicon nitride film 8b using the above-described FN type tunnel phenomenon, the memory gate electrode MG and the p type well PW are erased. Are concentrated at the end portion EP5, that is, the corner portion AP1, and the end portion EP6, that is, the corner portion AP2, at substantially the same level. Therefore, of the holes injected into the silicon nitride film 8b, as indicated by the arrow HLA1 in FIG. 31, the ratio of the holes HL injected into the silicon nitride film 8b in the portion located around the corner AP1 is The number is larger than that of the first embodiment, but is smaller than that of the third embodiment.
  • the ratio of the holes HL injected into the silicon nitride film 8b in the portion located around the corner AP2 is The number is smaller than that of the first embodiment, but is larger than that of the third embodiment.
  • Example 2 shown in FIG. 31 the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data are: Although they are closer to each other than the first embodiment, they are far from each other as compared to the third embodiment.
  • Example 3 shown in FIG. 32 when data is written by injecting electrons as hot electrons into the silicon nitride film 8b using the SSI method, the electron EL is transferred to the arrow ELA in FIG. As shown, it is easy to be injected into the portion P2 across the connection surface TS3. Also, in the third embodiment shown in FIG. 32, compared to the first embodiment shown in FIG. 30 and the second embodiment shown in FIG. 31, the center in the X-axis direction of the portion P2 is the negative side in the X-axis direction, that is, the control gate. Located on the electrode CG side. Therefore, the electron EL is more likely to be injected into the portion of the silicon nitride film 8b on the semiconductor region MD (see FIG. 4) side as compared with both the first and second embodiments.
  • Example 3 shown in FIG. 32 when erasing data by injecting holes into the silicon nitride film 8b using the above-described FN type tunnel phenomenon, the memory gate electrode MG and the p type well PW are erased. The electric field between them is not concentrated on the end EP6, that is, the corner AP2, but concentrated on the end EP5, that is, the corner AP1. Therefore, although some holes HL are injected into a portion of the silicon nitride film 8b located around the corner AP2, most of the holes HL are present at the corner AP1 as indicated by an arrow HLA1 in FIG. Is implanted into a portion of the silicon nitride film 8b located in the periphery of the substrate.
  • Example 3 shown in FIG. 32 the distribution of electrons EL injected into the silicon nitride film 8b when data is written and the distribution of holes HL injected into the silicon nitride film 8b when data is erased. are closer to each other or the same as each other as compared to both the first and second embodiments.
  • the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the injection into the silicon nitride film 8b when erasing data are compared.
  • the distribution of the generated holes is closer to each other in the order of Example 1, Example 2, and Example 3. Therefore, in the order of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, the effect of preventing or suppressing the deterioration of the retention characteristics of the memory cell increases, and the effect of improving the characteristics of the semiconductor device increases.
  • the angle ANS3 is 0 °, that is, when the connection surface TS3 is parallel to the YZ plane, the on-current of the control gate transistor decreases. Therefore, it is desirable that the angle ANS3 is greater than zero. That is, it is desirable that the end portion EP1 is disposed on the memory gate electrode MG side in the X-axis direction with respect to the end portion EP2, and is disposed below the end portion EP2 in the Z-axis direction.
  • the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the injection into the silicon nitride film 8b when erasing data are compared.
  • the ratio of the part located in the gate electrode CG side increases. Further, when the position of the corner portion AP1 and the position of the corner portion AP2 approach each other, the end portion EP1 is positioned not under the memory gate electrode MG but under the gate insulating film GIm.
  • the portion P1 formed along the upper surface TS2 in the silicon nitride film 8b can be increased.
  • the thickness of the insulating film 8 on any portion that is, the silicon oxide film 8a, the silicon nitride
  • the film thickness of the film 8b and the silicon oxide film 8c can also be made substantially uniform. Therefore, the lower surface BS1 of the electrode portion MG1 is substantially parallel to the upper surface TS2 of the region AR2, and the connection surface BS2 of the electrode portion MG2 is substantially parallel to the connection surface TS3 of the region AR3.
  • the shapes of the corner portions AP1 and AP2 of the memory gate electrode MG can be controlled by adjusting the shapes of the step portions formed by the upper surface TS1, the upper surface TS2, and the connection surface TS3. Then, by controlling the shapes of the corners AP1 and AP2 of the memory gate electrode MG, the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the injection into the silicon nitride film 8b when erasing data are performed. The distribution of generated holes can be made closer to each other.
  • the angle ANS1 as an acute angle is defined as the angle formed by the connection surface BS2 with the lower surface BS1
  • the angle ANS3 as the acute angle is defined as an angle formed between the connection surface BS2 and the side surface BS3. Even in this case, the same tendency can be obtained between Example 1 and Example 3. That is, the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data are shown in the first, second, and second embodiments. In the order of Example 3, they are closer together.
  • Example 4 shown in FIG. 33 the upper end portion of the side surface SS1 of the control gate electrode CG is positioned opposite to the memory gate electrode MG with respect to the lower end portion of the side surface SS1 in the X-axis direction.
  • an angle formed by the connection surface TS3 and the upper surface TS2 is defined as an acute angle ANL1
  • an angle formed by the connection surface TS3 and the side surface SS1 of the control gate electrode CG is defined as an acute angle ANS3.
  • the angle ANS3 is smaller than the angle ANS1 (ANS3 ⁇ ANS1), that is, the angle ANL3 is larger than the angle ANL1 (ANL3> ANL1). Show the case.
  • Example 4 shown in FIG. 33 the angle ANS3 is further reduced by the angle AS compared to the case where the side surface SS1 of the control gate electrode CG is parallel to the YZ plane. Therefore, the condition of the third embodiment which is the most preferable condition described with reference to FIG. 32, that is, the angle ANS3 ⁇ angle ANS1 is easily satisfied, and the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when data is written The distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data is closer to each other. Therefore, it is possible to further prevent or suppress the remaining of holes in the charge storage portion, and to further improve the retention characteristics of the memory cell.
  • FIG. 34 is a cross-sectional view of a principal part of the semiconductor device of Example 5. 34 shows an enlarged view of the periphery of the connection surface TS3 in the cross-sectional view shown in FIG.
  • the length L1 is longer than the length L2 in the X-axis direction of the upper surface TS2 of the portion located under the gate insulating film GIm.
  • the ratio of the portion P2 in the silicon nitride film 8b that intersects the direction in which electrons injected as hot electrons move using the SSI method moves.
  • the ratio can be increased as compared with the ratio of the portion P1, which is a portion parallel to the direction of coming. Therefore, by injecting electrons into the silicon nitride film 8b by using the SSI method, electrons are easily injected into the portion P2 across the connection surface TS3 when writing data. That is, from the viewpoint of adjusting the distribution of electrons injected in the data write operation, the length L1 of the connection surface TS3 is made longer than the length L2 of the upper surface TS2 of the portion located under the gate insulating film GIm. Is preferred.
  • the gate length of the memory gate electrode MG can be easily shortened. This is advantageous for memory miniaturization.
  • a length L3 as a distance between the end portion EP6 and the end portion EP6 is shorter than a length L4 of the lower surface BS1 of the electrode portion MG1 in the X-axis direction.
  • the corner portion AP1 and the corner portion AP2 which are portions where the electric field between the memory gate electrode MG and the p-type well PW is concentrated, can be brought close to each other. Therefore, by injecting holes into the silicon nitride film 8b using the FN type tunnel phenomenon, holes can be reliably injected into the portion P2 of the silicon nitride film 8b when erasing data. That is, from the viewpoint of adjusting the distribution of holes injected in the data erasing operation, it is preferable that the length L3 of the connection surface BS2 is shorter than the length L4 of the lower surface BS1.
  • the length L1 is set to the end EP2 and the end EP11 (see FIG. 3).
  • the length L2 can be defined as the distance in the X-axis direction between the end of the gate insulating film GIm opposite to the control gate electrode CG side and the end EP11.
  • the length L3 is set to the end EP6 and the end EP51 (see FIG. 3).
  • the length L4 can be defined as the distance in the X-axis direction between the end portion of the memory gate electrode MG opposite to the control gate electrode CG side and the end portion EP51.
  • the semiconductor substrate includes a region AR3 arranged between the region AR1 and the region AR2, the control gate electrode CG is formed on the upper surface TS1 of the region AR1, and the memory gate electrode MG Is formed on the upper surface TS2 of the region AR2.
  • the upper surface TS2 is lower than the upper surface TS1, and the region AR3 has a connection surface TS3 that connects the upper surface TS1 and the upper surface TS2.
  • Gate insulating films GIm are formed between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG, between the memory gate electrode MG and the upper surface TS2, and between the memory gate electrode MG and the connection surface TS3.
  • the end portion EP1 on the upper surface TS2 side of the connection surface TS3 is disposed on the memory gate electrode MG side with respect to the end portion EP2 on the upper surface TS1 side of the connection surface TS3, and is disposed below the end portion EP2.
  • the distribution of electrons injected into the silicon nitride film 8b when writing data and the distribution of holes injected into the silicon nitride film 8b when erasing data are close to each other or the same. become. Therefore, even when the write operation and the erase operation are repeated many times, the number of holes remaining in the gate insulating film GIm including the silicon nitride film 8b does not increase, so that the retention characteristics of the memory cell can be improved. The characteristics of the semiconductor device can be improved.

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Abstract

　半導体基板（１）は、領域（ＡＲ１）と領域（ＡＲ２）との間の領域（ＡＲ３）を含み、制御ゲート電極（ＣＧ）は、領域（ＡＲ１）の上面（ＴＳ１）上に形成され、メモリゲート電極（ＭＧ）は、領域（ＡＲ２）の上面（ＴＳ２）上に形成されている。上面（ＴＳ２）は、上面（ＴＳ１）よりも低く、領域（ＡＲ３）は、上面（ＴＳ１）と上面（ＴＳ２）とを接続する接続面（ＴＳ３）を有する。接続面（ＴＳ３）の上面（ＴＳ２）側の端部（ＥＰ１）は、接続面（ＴＳ３）の上面（ＴＳ１）側の端部（ＥＰ２）に対してメモリゲート電極（ＭＧ）側に配置され、かつ、端部（ＥＰ２）よりも下方に配置されている。

Description

半導体装置およびその製造方法
　本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば、半導体基板に形成された半導体素子を備える半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。
　半導体基板上に例えば不揮発性メモリなどのメモリセルなどが形成されたメモリセル領域を有する半導体装置が、広く用いられている。例えば不揮発性メモリとして、ＭＯＮＯＳ（Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor）膜を用いたスプリットゲート型セルからなるメモリセルを形成する場合がある。このとき、メモリセルは、制御ゲート電極を有する制御トランジスタと、メモリゲート電極を有するメモリトランジスタとの２つのＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）により形成される。
　このメモリゲート電極は、制御ゲート電極の側面上に絶縁膜を介して導電膜をサイドウォールスペーサ状に残すことにより形成される。また、メモリゲート電極と制御ゲート電極との間、および、メモリゲート電極と半導体基板との間に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜が形成される。
　特開２００６－３３２１４３号公報（特許文献１）には、半導体基板に形成された不揮発性記憶素子を有する半導体装置であって、不揮発性記憶素子は、コントロールゲート電極と、コントロールゲート電極と隣り合って設けられたメモリゲート電極と、を有する技術が開示されている。
特開２００６－３３２１４３号公報
　このようなスプリットゲート型セルからなるメモリセルを有する半導体装置では、例えば絶縁膜の内部の電荷蓄積部に電子を注入することにより、データを書き込む。また、例えば絶縁膜の内部の電荷蓄積部に正孔を注入することにより、データを消去する。
　ところが、電荷蓄積部の形状によっては、データを書き込む際に電荷蓄積部に注入された電子の分布と、データを消去する際に電荷蓄積部に注入された正孔の分布とが、互いに異なることがある。このような場合、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合、電荷蓄積部を含む絶縁膜に残留する正孔の数が増加し、メモリセルの保持特性が低下し、半導体装置の特性を向上させることができない。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　一実施の形態によれば、半導体基板は、第１領域と第２領域との間に配置された第３領域を含み、制御ゲート電極は、第１領域の第１上面上に形成され、メモリゲート電極は、第２領域の第２上面上に形成されている。第２上面は、第１上面よりも低く、第３領域は、第１上面と第２上面とを接続する接続面を有する。メモリゲート電極と制御ゲート電極との間、メモリゲート電極と第２上面との間、および、メモリゲート電極と接続面との間には、内部に電荷蓄積部を有するゲート絶縁膜が形成されている。接続面の第２上面側の第１端部は、接続面の第１上面側の第２端部に対してメモリゲート電極側に配置され、かつ、第２端部よりも下方に配置されている。
　また、他の実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、第１領域と第２領域との間に配置された第３領域を含む半導体基板を用意する。次に、第１領域の第１上面上に制御ゲート電極を形成する。次に、第２領域および第３領域をエッチングすることにより、第２領域の第２上面を、第１上面よりも低くし、第３領域に、第１上面と第２上面とを接続する接続面を形成する。次に、半導体基板上、および、制御ゲート電極の表面に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜を形成し、絶縁膜上に導電膜を形成する。次に、導電膜をエッチバックすることにより、第２上面上にメモリゲート電極を形成し、メモリゲート電極と制御ゲート電極との間、メモリゲート電極と第２上面との間、および、メモリゲート電極と接続面との間の絶縁膜からなるゲート絶縁膜を形成する。接続面の第２上面側の第１端部は、接続面の第１上面側の第２端部に対してメモリゲート電極側に配置され、かつ、第２端部よりも下方に配置されている。
　一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。 実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。 比較例の半導体装置の要部断面図である。 比較例の半導体装置の要部断面図である。 実施例１の半導体装置の要部断面図である。 実施例２の半導体装置の要部断面図である。 実施例３の半導体装置の要部断面図である。 実施例４の半導体装置の要部断面図である。 実施例５の半導体装置の要部断面図である。
　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よい。
　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いうまでもない。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。
　以下、代表的な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。
　さらに、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やすくするためにハッチングを省略する場合もある。
　（実施の形態）
　＜半導体装置の構造＞
　初めに、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～図４は、実施の形態の半導体装置の要部断面図である。図２～図４に示す断面図は、図１に示す断面図のうち二点鎖線で囲まれた領域ＲＧ１を拡大して示す。なお、図２～図４では、ｎ－型半導体領域ＶＭＧ、金属シリサイド層１３、絶縁膜１４および層間絶縁膜１５の図示を省略する。
　図１～図４に示すように、半導体基板１の主面１ａ内で互いに交差、好適には直交する２つの方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、半導体基板１の主面１ａに垂直な方向、すなわち上下方向をＺ軸方向とする。また、本願明細書では、平面視において、とは、半導体基板１の主面１ａに垂直な方向から視た場合を意味する。
　図１に示すように、半導体装置は、半導体基板１を有する。半導体基板１は、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ウェハである。半導体基板１は、主面１ａと、主面１ａと反対側の主面１ｂと、を有する。
　半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲを有する。活性領域ＡＲは、素子分離領域（図示は省略）により規定、すなわち区画され、この素子分離領域により他の活性領域と電気的に分離されている。活性領域ＡＲには、ｐ型ウェルＰＷが形成されている。ｐ型ウェルＰＷは、ｐ型の導電型を有する。
　図１に示すように、ｐ型ウェルＰＷには、メモリトランジスタＭＴおよび制御トランジスタＣＴからなるメモリセルＭＣが形成されている。なお、実際には複数のメモリセルＭＣがアレイ状に形成されており、例えば後述する図２７には、２つのメモリセルＭＣの断面が示されている。
　メモリセルＭＣは、スプリットゲート型のメモリセルである。すなわち、図１に示すように、メモリセルＭＣは、制御ゲート電極ＣＧを有する制御トランジスタＣＴと、制御トランジスタＣＴに接続され、メモリゲート電極ＭＧを有するメモリトランジスタＭＴと、を有する。
　メモリセルＭＣは、ｎ型の半導体領域ＭＳと、ｎ型の半導体領域ＭＤと、制御ゲート電極ＣＧと、メモリゲート電極ＭＧと、を有する。ｎ型の半導体領域ＭＳおよびｎ型の半導体領域ＭＤは、ｐ型の導電型とは反対の導電型であるｎ型の導電型を有する。制御ゲート電極ＣＧは、半導体基板１の主面１ａ上に形成され、メモリゲート電極ＭＧは、半導体基板１上に形成されている。また、メモリセルＭＣは、制御ゲート電極ＣＧ上に形成されたキャップ絶縁膜ＣＰ１およびＣＰ２を有する。
　さらに、メモリセルＭＣは、制御ゲート電極ＣＧと半導体基板１との間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｃと、メモリゲート電極ＭＧと半導体基板１との間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｍと、を有する。
　制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧは、それらの互いに対向する側面、すなわち側壁の間にゲート絶縁膜ＧＩｍを介した状態で、半導体基板１の主面１ａに沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧの延在方向は、図１の紙面に垂直な方向（図１のＹ軸方向）である。制御ゲート電極ＣＧは、半導体領域ＭＤと半導体領域ＭＳとの間に位置する部分のｐ型ウェルＰＷ上に、すなわち半導体基板１上に、ゲート絶縁膜ＧＩｃを介して形成されている。また、メモリゲート電極ＭＧは、半導体領域ＭＤと半導体領域ＭＳとの間に位置する部分のｐ型ウェルＰＷ上に、すなわち半導体基板１上に、ゲート絶縁膜ＧＩｍを介して形成されている。また、半導体領域ＭＳ側にメモリゲート電極ＭＧが配置され、半導体領域ＭＤ側に制御ゲート電極ＣＧが配置されている。制御ゲート電極ＣＧ、ゲート絶縁膜ＧＩｃ、メモリゲート電極ＭＧおよびゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリセルＭＣ、すなわち不揮発性メモリとしてのメモリを形成する。
　制御ゲート電極ＣＧとメモリゲート電極ＭＧとは、間にゲート絶縁膜ＧＩｍを介在して互いに隣り合っており、メモリゲート電極ＭＧは、制御ゲート電極ＣＧの側面上、すなわち側壁上に、ゲート絶縁膜ＧＩｍを介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。また、ゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと半導体基板１、すなわちｐ型ウェルＰＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に形成されている。
　制御ゲート電極ＣＧとｐ型ウェルＰＷとの間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｃは、制御トランジスタＣＴのゲート絶縁膜として機能する。また、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリトランジスタＭＴのゲート絶縁膜として機能する。
　なお、本願明細書において、例えばメモリゲート電極ＭＧが、制御ゲート電極ＣＧの側面上、すなわち側壁上に形成される、とは、メモリゲート電極ＭＧが、制御ゲート電極ＣＧの側面、すなわち側壁に形成されることを意味する。また、本願明細書において、例えばメモリゲート電極ＭＧが、制御ゲート電極ＣＧの側面上に形成される、とは、メモリゲート電極ＭＧが制御ゲート電極ＣＧの側面に接触して形成されるか、または、メモリゲート電極ＭＧが制御ゲート電極ＣＧの側面を挟んで制御ゲート電極ＣＧと反対側に形成されることを意味する。
　ゲート絶縁膜ＧＩｃは、絶縁膜３からなる。絶縁膜３は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜もしくは酸窒化シリコン膜、または、窒化シリコン膜よりも高い比誘電率を有する高誘電率膜、すなわちいわゆるＨｉｇｈ－ｋ膜からなる。なお、本願において、Ｈｉｇｈ－ｋ膜または高誘電率膜というときは、窒化シリコンよりも誘電率（比誘電率）が高い膜を意味する。絶縁膜３としては、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ランタン膜などの金属酸化物膜を用いることができる。
　ゲート絶縁膜ＧＩｍは、絶縁膜８からなる。絶縁膜８は、例えば酸化シリコン膜８ａと、酸化シリコン膜８ａ上の電荷蓄積部としての窒化シリコン膜８ｂと、窒化シリコン膜８ｂ上の酸化シリコン膜８ｃと、を含む積層膜からなる。
　なお、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間のゲート絶縁膜ＧＩｍは、前述したように、メモリトランジスタＭＴのゲート絶縁膜として機能する。一方、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間のゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間を絶縁、すなわち電気的に分離するための絶縁膜として機能する。
　絶縁膜８のうち、窒化シリコン膜８ｂは、電荷を蓄積するための絶縁膜であり、電荷蓄積部として機能する。すなわち、窒化シリコン膜８ｂは、絶縁膜８中に形成されたトラップ性絶縁膜である。このため、絶縁膜８は、その内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜とみなすことができる。
　窒化シリコン膜８ｂの上下に位置する酸化シリコン膜８ｃおよび酸化シリコン膜８ａは、電荷を閉じ込める電荷ブロック層として機能することができる。窒化シリコン膜８ｂを酸化シリコン膜８ｃおよび酸化シリコン膜８ａで挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜８ｂへの電荷の蓄積が可能となる。酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃは、ＯＮＯ（Oxide-Nitride-Oxide）膜とみなすこともできる。
　制御ゲート電極ＣＧは、導電膜４からなる。導電膜４は、シリコンからなり、例えばｎ型の不純物を導入した多結晶シリコン膜であるｎ型ポリシリコン膜などからなる。具体的には、制御ゲート電極ＣＧは、パターニングされた導電膜４からなる。
　メモリゲート電極ＭＧは、導電膜９からなる。導電膜９は、シリコンからなり、例えばｎ型の不純物を導入した多結晶シリコン膜であるｎ型ポリシリコン膜などからなる。メモリゲート電極ＭＧは、半導体基板１上に制御ゲート電極ＣＧを覆うように形成された導電膜９を異方性エッチング、すなわちエッチバックし、制御ゲート電極ＣＧの側壁上に絶縁膜８を介して導電膜９を残すことにより形成されている。このため、メモリゲート電極ＭＧは、制御ゲート電極ＣＧの側壁上に、絶縁膜８を介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。
　キャップ絶縁膜ＣＰ１は、シリコンと酸素とを含有する絶縁膜５からなり、キャップ絶縁膜ＣＰ２は、シリコンと窒素とを含有する絶縁膜６からなる。キャップ絶縁膜ＣＰ１およびＣＰ２は、制御ゲート電極ＣＧを保護する保護膜であり、導電膜４をパターニングして制御ゲート電極ＣＧを形成する際のハードマスク膜である。または、キャップ絶縁膜ＣＰ１およびＣＰ２は、導電膜９をエッチバックしてメモリゲート電極ＭＧを形成する際にメモリゲート電極ＭＧの各々の上面の高さをそれぞれ調整するためのキャップ膜である。
　キャップ絶縁膜ＣＰ２のＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さは、制御ゲート電極ＣＧのＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さよりも短くてもよい。これにより、メモリゲート電極ＭＧの上面に形成される金属シリサイド層の面積を増加させることができる。なお、本願明細書において、例えば制御ゲート電極ＣＧのゲート長とは、制御ゲート電極ＣＧが延在する方向（図１のＹ軸方向）と交差、好適には直交する方向（図１のＸ軸方向）における、制御ゲート電極ＣＧの長さを意味する。
　半導体領域ＭＳは、ソース領域またはドレイン領域の一方として機能する半導体領域であり、半導体領域ＭＤは、ソース領域またはドレイン領域の他方として機能する半導体領域である。ここでは、半導体領域ＭＳは、例えばソース領域として機能する半導体領域であり、半導体領域ＭＤは、例えばドレイン領域として機能する半導体領域である。半導体領域ＭＳおよびＭＤの各々は、ｎ型の不純物が導入された半導体領域からなり、それぞれＬＤＤ（Lightly doped drain）構造を備えている。
　ソース用の半導体領域ＭＳは、ｎ－型半導体領域１１ａと、ｎ－型半導体領域１１ａよりも高い不純物濃度を有するｎ＋型半導体領域１２ａと、を有している。また、ドレイン用の半導体領域ＭＤは、ｎ－型半導体領域１１ｂと、ｎ－型半導体領域１１ｂよりも高い不純物濃度を有するｎ＋型半導体領域１２ｂと、を有している。
　ｎ＋型半導体領域１２ａは、ｎ－型半導体領域１１ａよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高く、また、ｎ＋型半導体領域１２ｂは、ｎ－型半導体領域１１ｂよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高い。
　メモリゲート電極ＭＧおよび制御ゲート電極ＣＧの互いに隣接していない側の側壁上には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜からなるサイドウォールスペーサＳＷが形成されている。制御ゲート電極ＣＧを挟んでメモリゲート電極ＭＧと反対側で制御ゲート電極ＣＧと隣り合う部分に、サイドウォールスペーサＳＷが形成されている。そして、メモリゲート電極ＭＧを挟んで制御ゲート電極ＣＧと反対側でメモリゲート電極ＭＧと隣り合う部分に、サイドウォールスペーサＳＷが形成されている。
　なお、図１に示すように、制御ゲート電極ＣＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＳＩＦが介在していてもよい。
　ｎ－型半導体領域１１ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面に対して自己整合的に形成され、ｎ＋型半導体領域１２ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの側面に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のｎ－型半導体領域１１ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの下に形成され、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ａは、低濃度のｎ－型半導体領域１１ａの外側に形成されている。したがって、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ａは、低濃度のｎ－型半導体領域１１ａに接触するように形成されている。
　ｎ－型半導体領域１１ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面に対して自己整合的に形成され、ｎ＋型半導体領域１２ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの側面に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のｎ－型半導体領域１１ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの下に形成され、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂは、低濃度のｎ－型半導体領域１１ｂの外側に形成されている。したがって、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂは、低濃度のｎ－型半導体領域１１ｂに接触するように形成されている。なお、後述する図２７を用いて説明するように、隣り合う２つのメモリセルＭＣは、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂを共有する。
　制御ゲート電極ＣＧ下のゲート絶縁膜ＧＩｃの下に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上層部には、制御トランジスタＣＴのチャネル領域が形成される。
　メモリゲート電極ＭＧ下のゲート絶縁膜ＧＩｍの下に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上層部には、ｎ－型半導体領域ＶＭＧが形成されている。ｎ－型半導体領域ＶＭＧは、メモリトランジスタＭＴの閾値電圧Ｖｔｈを調整するためのものであり、ｎ－型半導体領域１１ａに接触するように形成されている。また、ｎ－型半導体領域ＶＭＧにおけるｎ型不純物の濃度は、ｎ－型半導体領域１１ａにおけるｎ型不純物の濃度よりも低い。
　ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂの各々の上、すなわちｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂの各々の上面には、サリサイド（Salicide：Self Aligned Silicide）技術などにより、金属シリサイド層１３が形成されている。金属シリサイド層１３は、例えばコバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、プラチナ添加ニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層１３により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。なお、金属シリサイド層１３は、メモリゲート電極ＭＧの上に形成されていてもよい。
　半導体基板１上には、制御ゲート電極ＣＧ、キャップ絶縁膜ＣＰ２、メモリゲート電極ＭＧおよび各サイドウォールスペーサＳＷを覆うように、絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４は、例えば窒化シリコン膜などからなる。
　絶縁膜１４上には、層間絶縁膜１５が形成されている。層間絶縁膜１５は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜１５の上面は平坦化されている。なお、後述する図２７を用いて説明するように、層間絶縁膜１５にはコンタクトホールＣＮＴが形成され、コンタクトホールＣＮＴ内に、導電体部として導電性のプラグＰＧが埋め込まれていてもよい。
　本実施の形態では、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲは、領域ＡＲ１～ＡＲ３を含む。すなわち、半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての領域ＡＲ１～ＡＲ３を含む。領域ＡＲ２は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における正側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ３は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置されている。
　制御ゲート電極ＣＧは、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１上に形成されている。メモリゲート電極ＭＧ、および、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷは、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２上に形成されている。ゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと上面ＴＳ２との間に、形成されている。ｎ－型半導体領域１１ａおよびｎ＋型半導体領域１２ａは、領域ＡＲ２の上層部に形成されている。
　領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低い。すなわち、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、Ｚ軸方向において、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１に対して主面１ｂ側に配置されている。
　領域ＡＲ３は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と、を接続する接続面ＴＳ３を有する。ゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと接続面ＴＳ３との間にも形成されている。すなわち、ゲート絶縁膜ＧＩｍは、接続面ＴＳ３上、および、上面ＴＳ２上に形成されている。
　接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と接続され、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１と反対側の端部ＥＰ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続されている。接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、Ｘ軸方向において、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２に対して、Ｘ軸方向における正側に配置され、かつ、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２よりも下方、すなわち、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２に対して主面１ｂ側に配置されている。言い換えれば、接続面ＴＳ３は、端部ＥＰ１が、端部ＥＰ２に対してＸ軸方向における正側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に位置するように、上面ＴＳ２、および、ＹＺ平面、すなわちＸ軸方向に垂直な平面のいずれに対しても傾斜している。
　これにより、図１および図４、ならびに、後述する図２８および図２９を用いて説明するように、データを書き込む際にゲート絶縁膜ＧＩｍに注入された電子の分布と、データを消去する際にゲート絶縁膜ＧＩｍに注入された正孔の分布とが、互いに近づくか、または、互いに同じになる。
　なお、本願明細書では、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１が、半導体基板１の主面１ａと同一面であると定義する。
　また、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲは、領域ＡＲ４およびＡＲ５を含む。すなわち、半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての領域ＡＲ４およびＡＲ５を含む。領域ＡＲ４は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における負側、すなわちＸ軸方向における正側と反対側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ５は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に配置されている。
　制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷは、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４上に形成されている。ｎ－型半導体領域１１ｂおよびｎ＋型半導体領域１２ｂは、領域ＡＲ４の上層部に形成されている。
　領域ＡＲ４の上面ＴＳ４は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低い。すなわち、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４は、Ｚ軸方向において、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１に対して主面１ｂ側に配置されている。
　領域ＡＲ５は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４と、を接続する接続面ＴＳ５を有する。接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４と接続され、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３と反対側の端部ＥＰ４は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続されている。接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４に対して、Ｘ軸方向における負側に配置され、かつ、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４よりも下方、すなわち、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ４に対して主面１ｂ側に配置されている。言い換えれば、接続面ＴＳ５は、端部ＥＰ３が、端部ＥＰ４に対してＸ軸方向における負側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ４よりも下方に位置するように、上面ＴＳ４およびＹＺ平面のいずれに対しても傾斜している。
　好適には、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４よりも低い。すなわち、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、Ｚ軸方向において、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４に対して主面１ｂ側に配置されている。これにより、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１とほとんど同程度の高さに配置することができる。そのため、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と等しい高さに配置する場合に比べ、ｎ－型半導体領域１１ｂおよびｎ＋型半導体領域１２ｂの分布がほとんど変わらないので、制御トランジスタＣＴに流れるオン電流が低下することを防止または抑制することができる。
　図２に示すように、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義する。このとき、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との間の鈍角を、角度ＡＮＬ１により表す。角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和は、１８０°に等しい。前述したように、接続面ＴＳ３が傾斜している場合、角度ＡＮＳ１が０°よりも大きく、かつ、９０°未満である。言い換えれば、角度ＡＮＬ１が１８０°未満であり、かつ、９０°よりも大きい。
　また、接続面ＴＳ５が上面ＴＳ４となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ２と定義する。このとき、接続面ＴＳ５と上面ＴＳ４との間の鈍角を、角度ＡＮＬ２により表す。角度ＡＮＳ２と角度ＡＮＬ２との和は、１８０°に等しい。
　好適には、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす鋭角の角度ＡＮＳ１は、接続面ＴＳ５が上面ＴＳ４となす鋭角の角度ＡＮＳ２よりも大きい。これによっても、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１とほとんど同程度の高さに配置することができる。そのため、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と等しい高さに配置する場合に比べ、ｎ－型半導体領域１１ｂおよびｎ＋型半導体領域１２ｂの分布がほとんど変わらないので、制御トランジスタＣＴに流れるオン電流が低下することを防止または抑制することができる。
　なお、図３に示すように、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の部分と上面ＴＳ２の接続面ＴＳ３側の部分との間に角部が形成されず、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の部分、および、上面ＴＳ２の接続面ＴＳ３側の部分が同一曲面を形成する場合がある。このような場合には、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の部分が同一平面として上面ＴＳ２側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＴＳ３１が、上面ＴＳ２の接続面ＴＳ３側と反対側の部分が同一平面として接続面ＴＳ３側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＴＳ２１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義する。このとき、角度ＡＮＬ１は、平面ＴＳ３１と平面ＴＳ２１との間の鈍角であり、角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和が１８０°に等しくなるような角度である。また、平面ＴＳ３１の端部ＥＰ２と反対側の端部ＥＰ１１が、平面ＴＳ２１と接続されている。
　また、図３では図示を省略するが、接続面ＴＳ５の上面ＴＳ４側の部分と上面ＴＳ４の接続面ＴＳ５側の部分との間に角部が形成されず、接続面ＴＳ５の上面ＴＳ４側の部分、および、上面ＴＳ４の接続面ＴＳ５側の部分が同一曲面を形成する場合がある。この場合も、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との場合と同様に、接続面ＴＳ５の上面ＴＳ１側の部分が同一平面として上面ＴＳ４側に延長されることにより形成された仮想的な平面が、上面ＴＳ４の接続面ＴＳ５側と反対側の部分が同一平面として接続面ＴＳ５側に延長されることにより形成された仮想的な平面となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ２と定義できる。このとき、角度ＡＮＬ２は、それぞれの仮想的な平面の間の鈍角であり、角度ＡＮＳ２と角度ＡＮＬ２との和が１８０°に等しくなるような角度である。
　図３および図４に示すように、メモリゲート電極ＭＧは、上面ＴＳ２上に形成された電極部ＭＧ１と、電極部ＭＧ１に対して制御ゲート電極ＣＧ側に形成された電極部ＭＧ２と、を含む。電極部ＭＧ２は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と、電極部ＭＧ２の制御ゲート電極ＣＧ側の側面ＢＳ３とを接続する下面としての接続面ＢＳ２を有する。図４に示すように、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ５は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と接続され、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ５と反対側の端部ＥＰ６は、電極部ＭＧ２の側面ＢＳ３と接続されている。端部ＥＰ５は、端部ＥＰ６に対してＸ軸方向における正側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ６よりも下方に配置されている。
　また、下面ＢＳ１と接続面ＢＳ２とにより角部ＡＰ１が形成され、接続面ＢＳ２と側面ＢＳ３とにより角部ＡＰ２が形成されている。
　なお、図３に示すように、接続面ＢＳ２の下面ＢＳ１側の部分と下面ＢＳ１の接続面ＢＳ２側の部分との間に角部が形成されず、接続面ＢＳ２の下面ＢＳ１側の部分、および、下面ＢＳ１の接続面ＢＳ２側の部分が同一曲面を形成する場合がある。この場合は、接続面ＢＳ２の側面ＢＳ３側の部分が同一平面として下面ＢＳ１側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＢＳ２１が、下面ＢＳ１の接続面ＢＳ２側と反対側の部分が同一平面として接続面ＢＳ２側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＢＳ１１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義することができる。このとき、角度ＡＮＬ１は、平面ＢＳ２１と平面ＢＳ１１との間の鈍角であり、角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和が１８０°に等しくなるような角度である。また、平面ＢＳ２１の端部ＥＰ６と反対側の端部ＥＰ５１が、平面ＢＳ１１と接続されている。また、図３では、二点鎖線で囲まれた領域ＲＧ２を拡大して示す。
　次に、メモリセルＭＣの動作を説明する。本実施の形態では、メモリトランジスタの絶縁膜８中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜８ｂへの電子の注入を「書込」と定義し、ホール、すなわち正孔の注入を「消去」と定義する。さらに、電源電圧Ｖｄｄを１．５Ｖとする。
　書き込み方式は、いわゆるソースサイド注入（Source Side Injection：ＳＳＩ）方式と呼ばれるホットエレクトロン書き込みを用いることができる。このとき、半導体領域ＭＤに印加される電圧Ｖｄを、例えば電源電圧Ｖｄｄ程度とし、制御ゲート電極ＣＧに印加される電圧Ｖｃｇを、例えば１Ｖ程度とし、メモリゲート電極ＭＧに印加される電圧Ｖｍｇを、例えば１２Ｖ程度とする。また、半導体領域ＭＳに印加される電圧Ｖｓを、例えば６Ｖ程度とし、ｐ型ウェルＰＷに印加される電圧Ｖｂを、例えば０Ｖ程度とする。そして、上記した各電圧を、書き込みを行うメモリセルＭＣの各部位に印加する。
　これにより、図４の矢印ＥＬＡに示すように、メモリセルＭＣのゲート絶縁膜ＧＩｍ中の窒化シリコン膜８ｂ中に、電子ＥＬが注入され、メモリセルＭＣにデータが書き込まれる。
　ホットエレクトロンは、主としてメモリゲート電極ＭＧ下にゲート絶縁膜ＧＩｍを介して位置する部分のチャネル領域で発生し、ゲート絶縁膜ＧＩｍ中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜８ｂに注入される。注入されたホットエレクトロンは、ゲート絶縁膜ＧＩｍ中の窒化シリコン膜８ｂ中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタの閾値電圧が上昇する。
　消去方法として、バンド間トンネル（Band-To-Band Tunneling：ＢＴＢＴ）現象によるホットホールとしての正孔を注入して消去を行う方式を用いることもできるが、直接トンネル現象、すなわちファウラーノルドハイム（Fowler-Nordheim：ＦＮ）型トンネル現象を利用した正孔注入による消去方式を用いることが好ましい。このＦＮ型トンネル現象を利用する場合、直接トンネル現象により正孔を電荷蓄積部、すなわちゲート絶縁膜ＧＩｍ中の窒化シリコン膜８ｂに注入することにより消去を行う。このとき、電圧Ｖｄを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｃｇを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｍｇを、例えば１２Ｖ程度とし、電圧Ｖｓを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｂを、例えば０Ｖ程度とする。そして、上記した各電圧を、消去を行うメモリセルＭＣの各部位に印加する。
　これにより、図４の矢印ＨＬＡに示すように、メモリゲート電極ＭＧ側から正孔ＨＬが、酸化シリコン膜８ｃを介して直接トンネル現象により電荷蓄積部、すなわち窒化シリコン膜８ｂに注入され、窒化シリコン膜８ｂ中の電子を相殺することにより消去が行われる。あるいは、窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔が窒化シリコン膜８ｂ中のトラップ準位に捕獲されることにより消去が行われる。これによりメモリトランジスタの閾値電圧が低下し、消去状態となる。
　このようなＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合には、ＢＴＢＴ現象による消去方法を用いた場合と比較して、消費電流を低減することができ、メモリセルの特性を向上させることができる。そして、不揮発性メモリの微細化に伴って、メモリゲート電極ＭＧのゲート長が短くなると、ＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合に、ＢＴＢＴ現象による消去方法を用いた場合と比較して、消費電流を低減し、メモリセルの特性を向上させる効果が顕著になる。
　読出し時には、電圧Ｖｄを、例えば電源電圧Ｖｄｄ程度とし、電圧Ｖｃｇを、例えば電源電圧Ｖｄｄ程度とし、電圧Ｖｍｇを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｓを、例えば０程度とし、電圧Ｖｂを、例えば０Ｖ程度とする。上記した各電圧を、読出しを行うメモリセルＭＣの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極ＭＧに印加する電圧Ｖｍｇを、書き込み状態におけるメモリトランジスタの閾値電圧と消去状態におけるメモリトランジスタの閾値電圧との間の値にすることで、書き込み状態と消去状態とを判別することができる。
　＜半導体装置の製造方法＞
　次に、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６は、実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図７～図２７は、実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
　図７～図２７は、図２７に示す２つのメモリセルＭＣとしてのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２を形成するための製造工程を示す断面図である。２つのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２のうち、メモリセルＭＣ１の配置は、図１に示したメモリセルＭＣの配置と同じであるが、メモリセルＭＣ２の配置は、メモリセルＭＣ１の配置とは左右逆の配置である。すなわち、メモリセルＭＣ１およびＭＣ２は、メモリセルＭＣ１とメモリセルＭＣ２との間のＹＺ平面に対して対称に配置されている。以下では、２つのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２のうち、主としてメモリセルＭＣ１を形成するための製造工程について説明する。
　また、本実施の形態においては、ｎチャネル型の制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴを形成する場合について説明する。しかし、導電型を逆にして、ｐチャネル型の制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴを形成することもできる。
　図７に示すように、まず、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ウェハとしての半導体基板１を用意する（図５のステップＳ１）。半導体基板１は、主面１ａと、主面１ａと反対側の主面１ｂと、を有する。
　半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲを有する。活性領域ＡＲは、素子分離領域（図示は省略）により規定、すなわち区画され、この素子分離領域により他の活性領域と電気的に分離されている。活性領域ＡＲには、ｐ型ウェルＰＷが形成される。ｐ型ウェルＰＷは、ｐ型の導電型を有する。
　本実施の形態では、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲは、領域ＡＲ１～ＡＲ５を含む。すなわち、ステップＳ１では、主面１ａ側の領域としての領域ＡＲ１～ＡＲ５を含む半導体基板１を用意する。メモリセルＭＣ１（後述する図２７参照）が形成される領域では、領域ＡＲ２は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における正側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ３は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置されている。領域ＡＲ４は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における負側、すなわちＸ軸方向における正側と反対側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ５は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に配置されている。
　次に、図７に示すように、活性領域ＡＲにｐ型ウェルＰＷを形成する（図５のステップＳ２）。ｐ型ウェルＰＷは、例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物を、半導体基板１に、イオン注入法などで導入することにより、形成することができる。ｐ型ウェルＰＷは、半導体基板１の主面１ａから所定の深さにわたって形成される。
　次に、例えばフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いたウェットエッチングなどにより半導体基板１の表面の自然酸化膜を除去し、半導体基板１の表面を洗浄することによって、半導体基板１の表面を清浄化する。これにより、半導体基板１の表面、すなわちｐ型ウェルＰＷの表面が露出される。
　次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、絶縁膜３、導電膜４、ならびに、絶縁膜５および６を形成する（図５のステップＳ３）。
　このステップＳ３では、まず、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａに、絶縁膜３を形成する。前述したように、絶縁膜３として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜もしくは酸窒化シリコン膜、またはＨｉｇｈ－ｋ膜、すなわち高誘電率膜を用いることができ、絶縁膜３として使用可能な材料例は、前述した通りである。また、絶縁膜３を、熱酸化法、スパッタリング法、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法または化学的気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法などを用いて形成することができる。
　このステップＳ３では、次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち絶縁膜３上に、導電膜４を形成する。
　好適には、導電膜４は、多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜などのシリコン膜からなる。このような導電膜４を、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。導電膜４の膜厚を、絶縁膜３を覆うように十分な程度の厚さとすることができる。また、成膜時は導電膜４をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
　導電膜４として、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物またはホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物を導入して低抵抗率としたものを用いることが、好ましい。不純物は、導電膜４の成膜時または成膜後に導入することができる。導電膜４の成膜時に不純物を導入する場合には、導電膜４の成膜用のガスにドーピングガスを含ませることで、不純物が導入された導電膜４を成膜することができる。一方、シリコン膜の成膜後に不純物を導入する場合には、意図的には不純物を導入せずにシリコン膜を成膜した後に、このシリコン膜に不純物をイオン注入法などで導入することで、不純物が導入された導電膜４を形成することができる。
　このステップＳ３では、次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち導電膜４上に、絶縁膜５を形成する。
　例えばシリコン膜からなる導電膜４の表面を熱酸化することにより、酸化シリコン膜からなる絶縁膜５を形成することができる。または、シリコン膜からなる導電膜４の表面を熱酸化することに代え、ＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜からなる絶縁膜５を形成することもできる。
　また、絶縁膜５の材料については、酸化シリコン膜に代え、他の材料からなる絶縁膜を用いることができる。あるいは、絶縁膜５を形成せず、導電膜４上に絶縁膜６を直接形成することもできる。
　このステップＳ３では、次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち絶縁膜５上に、シリコンおよび窒素を含有する絶縁膜６を形成する。例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜６を、例えばＣＶＤ法などを用いて形成することができる。
　次に、図７に示すように、絶縁膜６および５、ならびに、導電膜４をパターニングする（図５のステップＳ４）。このステップＳ４では、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、絶縁膜６および５、ならびに、導電膜４を、パターニングする。
　まず、絶縁膜６上にレジスト膜（図示は省略）を形成する。次いで、制御ゲート電極ＣＧを形成する予定の領域以外の領域で、レジスト膜を貫通して絶縁膜６に達する開口部を形成し、開口部が形成されたレジスト膜からなるレジストパターン（図示は省略）を形成する。
　このとき、制御ゲート電極ＣＧを形成する予定の領域に配置された部分の絶縁膜６は、レジスト膜に覆われている。
　次いで、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、絶縁膜６および５、ならびに、導電膜４を、例えばドライエッチングなどによりエッチングしてパターニングする。
　これにより、半導体基板１の主面１ａ上に、導電膜４からなる制御ゲート電極ＣＧが形成され、制御ゲート電極ＣＧと半導体基板１との間に、制御ゲート電極ＣＧと半導体基板１との間の絶縁膜３からなるゲート絶縁膜ＧＩｃが形成される。具体的には、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１上に、制御ゲート電極ＣＧが形成される。
　また、制御ゲート電極ＣＧ上に形成された部分の絶縁膜５からなるキャップ絶縁膜ＣＰ１が形成され、キャップ絶縁膜ＣＰ１を介して制御ゲート電極ＣＧ上に形成された部分の絶縁膜６からなるキャップ絶縁膜ＣＰ２が形成される。その後、レジストパターン、すなわちレジスト膜を除去する。
　なお、制御ゲート電極ＣＧで覆われない部分の絶縁膜３は、ステップＳ４のドライエッチングを行うことによって、または、ステップＳ４のドライエッチングの後にウェットエッチングを行うことによって、除去され得る。そして、制御ゲート電極ＣＧが形成されていない部分では、半導体基板１のｐ型ウェルＰＷが露出する。
　次に、図８に示すように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を形成する（図５のステップＳ５）。このステップＳ５では、半導体基板１の主面１ａ、および、制御ゲート電極ＣＧの側面を酸化し、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を形成する。後述する図９を用いて説明するように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１は、膜７をエッチングする際のエッチングストッパ膜である。犠牲酸化膜ＳＯＦ１を、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ（In Situ Steam Generation）酸化法により、または、熱酸化法とＩＳＳＧ酸化法とを併用することにより、形成することができる。
　このとき、領域ＡＲ４の表面を酸化することにより、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低くする。そして、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に配置された領域ＡＲ５に、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４とを接続する接続面ＴＳ５を形成する。
　犠牲酸化膜ＳＯＦ１を形成した時に、領域ＡＲ４のようにごく近くにパターンがない領域、すなわち制御ゲート電極ＣＧから離れた領域では、酸化時の酸素の供給が十分になされるため、領域ＡＲ４の表面は、ほぼ一定の厚さで酸化される。一方、制御ゲート電極ＣＧのパターンと隣接する領域ＡＲ５においては、制御ゲート電極ＣＧのパターンが半導体基板１上に存在するため、制御ゲート電極ＣＧに近付く程、近くにパターンがない場合に比べて酸化時の酸素の供給が少なくなり、それ故、酸化の進行が遅れる。したがって、領域ＡＲ５では、領域ＡＲ４側の端部から制御ゲート電極ＣＧ側の端部にかけて傾斜した接続面ＴＳ５が形成される。
　接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４と接続され、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３と反対側の端部ＥＰ４は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続される。また、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ２側と反対側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４よりも下方に配置される。言い換えれば、接続面ＴＳ５は、端部ＥＰ３が、端部ＥＰ４に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ２側と反対側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ４よりも下方に位置するように、上面ＴＳ４およびＹＺ平面のいずれに対しても傾斜する。
　次に、図８に示すように、半導体基板１上に、制御ゲート電極ＣＧを覆うように、膜７を形成する（図５のステップＳ６）。前述したように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１は、膜７をエッチングする際のエッチングストッパ膜である。
　好適には、膜７は、例えば多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜などのシリコン膜からなる。このような膜７を、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、成膜時は膜７をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
　膜７の膜厚は、後述する図９を用いて説明するように、膜７の膜厚の分だけ膜７をエッチバックしたときも、隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧの間を膜７が埋め込むような膜厚であることが好ましい。したがって、膜７の膜厚ＦＴ１は、例えば隣り合う制御ゲート電極ＣＧの互いに対向する側面同士の間隔ＩＴ１の２分の１以上であることが好ましい。
　次に、図９に示すように、異方性エッチング技術を用いて膜７をエッチバックすることにより、側壁部としてのスペーサＳＰ１１を形成する（図５のステップＳ７）。
　このステップＳ７では、膜７の膜厚の分だけ膜７をエッチバックすることにより、例えば制御ゲート電極ＣＧの両側面に、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を介して膜７をサイドウォールスペーサ状に残す。
　これにより、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）が配置される側と反対側の側面上に膜７をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された膜７からなるスペーサＳＰ１１を形成する。
　隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧからなる組において、一方の制御ゲート電極ＣＧを挟んで他方の制御ゲート電極ＣＧと反対側に、当該一方の制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される。また、前述したように、膜７の膜厚が、膜７の膜厚の分だけ膜７をエッチバックしたときも、隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧの間を膜７が埋め込むような膜厚である場合を考える。このような場合には、隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧの各々の両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側の側面上にそれぞれ形成された２つのスペーサＳＰ１１は、互いに間隔を空けずに配置される。すなわち、２つのスペーサＳＰ１１は、一体的に形成される。
　また、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側の側面に、膜７をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された膜７からなるスペーサＳＰ１２を形成する。
　次に、図１０～図１２に示すように、スペーサＳＰ１２を除去する（図５のステップＳ８）。
　このステップＳ８において、まず、図１０に示すように、フォトリソグラフィを用いて、スペーサＳＰ１１が覆われ、かつ、スペーサＳＰ１２が露出されるようなレジストパターンＲ１を半導体基板上に形成する。
　具体的には、まず、犠牲酸化膜ＳＯＦ１上、すなわち半導体基板１上に、スペーサＳＰ１１およびＳＰ１２を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜ＲＦ１を形成する。次に、レジスト膜ＲＦ１をパターニングし、スペーサＳＰ１１を覆うレジスト膜ＲＦ１からなる、マスクパターンとしてのレジストパターンＲ１を形成し、スペーサＳＰ１２をレジスト膜ＲＦ１から露出させる。
　このステップＳ８において、次に、図１１に示すように、形成されたレジストパターンＲ１をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサＳＰ１２を除去する。一方、スペーサＳＰ１１は、レジストパターンＲ１で覆われていたので、エッチングされずに残される。
　なお、図１０に示すように、レジストパターンＲ１の一部が、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、スペーサＳＰ１２側の側面から外側に、はみ出して配置された場合を考える。すなわち、レジストパターンＲ１が、平面視において、スペーサＳＰ１２の制御ゲート電極ＣＧ側の部分と重なる場合を考える。このような場合でも、図１１に示すエッチングを行う工程で、等方性エッチング技術を用いてスペーサＳＰ１２を除去することにより、スペーサＳＰ１２を完全に除去することができる。
　このステップＳ８では、その後、図１２に示すように、レジストパターンＲ１を除去する。
　次に、図１３に示すように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を除去する（図５のステップＳ９）。このステップＳ９では、制御ゲート電極ＣＧおよびスペーサＳＰ１１から露出した部分の犠牲酸化膜ＳＯＦ１を、例えばドライエッチングなどによりエッチングして除去する。これにより、領域ＡＲ２およびＡＲ３において、半導体基板１の主面１ａが露出する。
　次に、図１３に示すように、半導体基板１の表面をエッチングする（図５のステップＳ１０）。このステップＳ１０では、制御ゲート電極ＣＧ、制御ゲート電極ＣＧ上のキャップ絶縁膜ＣＰ２、および、スペーサＳＰ１１をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、半導体基板１のうち、領域ＡＲ２およびＡＲ３の各々の表面をエッチングする。
　これにより、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低くし、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置された領域ＡＲ３に、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３を形成する。なお、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２を、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４よりも低くする。
　接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と接続され、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１と反対側の端部ＥＰ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続される。また、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ４側と反対側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２よりも下方に配置される。言い換えれば、接続面ＴＳ３は、端部ＥＰ１が、端部ＥＰ２に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ４側と反対側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に位置するように、上面ＴＳ２およびＹＺ平面のいずれに対しても傾斜する。
　したがって、このステップＳ１０におけるエッチングの条件は、例えば窒化シリコン膜などの絶縁膜６からなるキャップ絶縁膜ＣＰ２と、例えばシリコンからなる半導体基板１との間の選択比、すなわちキャップ絶縁膜ＣＰ２のエッチング速度に対する半導体基板１のエッチング速度の比が、できるだけ高い条件で行うことが、望ましい。
　領域ＡＲ２および領域ＡＲ３の各々の表面を低くするためのエッチングでは、実際には表面に堆積物が堆積される工程と、表面をエッチングする工程とを繰り返し、エッチングされる量が堆積物が堆積される量より多くなることでエッチングが進行する。この時、制御ゲート電極ＣＧの端部近傍の領域ＡＲ３では、制御ゲート電極ＣＧの側面が存在することにより、堆積物が堆積される量がエッチングされる量よりも多くなる。その結果、領域ＡＲ３では、制御ゲート電極ＣＧ側の端部から領域ＡＲ２側の端部にかけて傾斜した接続面ＴＳ３が形成される。この接続面ＴＳ３の傾斜角は、エッチング条件における堆積物が堆積される量とエッチングされる量とのバランスを変えることで、ある程度の範囲で調整することが可能である。
　なお、このステップＳ１０において、スぺーサＳＰ１１の上部が少しエッチングされるので、ステップＳ１０を行った後のスペーサＳＰ１１の上面は、ステップＳ１０を行う前のスペーサＳＰ１１の上面よりも低くなる。
　また、前述した図２を用いて説明したように、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす鋭角の角度ＡＮＳ１は、接続面ＴＳ５が上面ＴＳ４となす鋭角の角度ＡＮＳ２よりも大きい。
　次に、図１４～図１６に示すように、スペーサＳＰ１１を除去する（図５のステップＳ１１）。
　このステップＳ１１において、まず、図１４に示すように、フォトリソグラフィを用いて、領域ＡＲ２およびＡＲ３が覆われ、かつ、スペーサＳＰ１１が露出されるようなレジストパターンＲ２を半導体基板１上に形成する。
　具体的には、まず、半導体基板１上に、スペーサＳＰ１１を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜ＲＦ２を形成する。次に、レジスト膜ＲＦ２をパターニングし、領域ＡＲ２およびＡＲ３を覆うレジスト膜ＲＦ２からなるレジストパターンＲ２を形成し、スペーサＳＰ１１をレジスト膜ＲＦ２から露出させる。
　このステップＳ１１において、次に、図１５に示すように、形成されたレジストパターンＲ２をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサＳＰ１１を除去する。一方、領域ＡＲ２およびＡＲ３は、レジストパターンＲ２で覆われていたので、エッチングされずに残される。
　なお、図１４に示すように、レジストパターンＲ２の一部が、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、スペーサＳＰ１１側の側面から外側に、はみ出して配置された場合を考える。すなわち、レジストパターンＲ２が、平面視において、スペーサＳＰ１１の制御ゲート電極ＣＧ側の部分と重なる場合を考える。このような場合でも、図１５に示すエッチングを行う工程で、等方性エッチング技術を用いてスペーサＳＰ１１を除去することにより、スペーサＳＰ１１を完全に除去することができる。
　このステップＳ１１では、その後、図１６に示すように、レジストパターンＲ２を除去する。
　次に、図１７に示すように、ｎ－型半導体領域ＶＭＧを形成する（図６のステップＳ１２）。
　このステップＳ１２では、まず、図１７に示すように、半導体基板１の主面１ａ、および、制御ゲート電極ＣＧの側面のうち、犠牲酸化膜ＳＯＦ１が形成されていない側の側面を酸化し、犠牲酸化膜ＳＯＦ２を形成する。犠牲酸化膜ＳＯＦ２を、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ酸化法により、または、熱酸化法とＩＳＳＧ酸化法とを併用することにより、形成することができる。
　このステップＳ１２では、次に、図１７に示すように、キャップ絶縁膜ＣＰ２、および、側面に犠牲酸化膜ＳＯＦ１およびＳＯＦ２が形成された制御ゲート電極ＣＧをマスクとして、ｐ型ウェルＰＷに、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物を、イオン注入法により導入する。これにより、制御ゲート電極ＣＧに対してメモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）が配置される側に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上層部、すなわち領域ＡＲ２およびＡＲ３の各々の上層部に、ｎ－型半導体領域ＶＭＧが形成される。
　平面視において、制御ゲート電極ＣＧに対して、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）が配置される側に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上面に、犠牲酸化膜ＳＯＦ２が形成されている。そのため、ｐ型ウェルＰＷに、ｎ型の不純物をイオン注入法により導入する際に、ｐ型ウェルＰＷの上面に損傷が加えられることを防止することができる。
　前述したように、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低く、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との間には、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３が形成されている。また、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の端部ＥＰ１が、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の端部ＥＰ２に対して制御ゲート電極ＣＧと反対側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に配置されている。そのため、イオン注入により注入される不純物イオンが、接続面ＴＳ３を横切って、制御ゲート電極ＣＧ下に位置する部分のｐ型ウェルＰＷにまで導入されるので、ｎ－型半導体領域ＶＭＧを所望の領域に形状精度よく形成することができる。
　なお、ｎ－型半導体領域ＶＭＧは、制御ゲート電極ＣＧに対して、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側に形成されてもよい。しかし、図１７では、制御ゲート電極ＣＧに対して、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側に形成されるｎ－型半導体領域については、図示を省略する。すなわち、ｎ－型半導体領域ＶＭＧは、領域ＡＲ４およびＡＲ５の各々の上層部にも形成されるが、図１７中では図示を省略する。
　次に、図１７に示すように、キャップ絶縁膜ＣＰ２をスリミングする（図６のステップＳ１３）。
　例えば、犠牲酸化膜ＳＯＦ１およびＳＯＦ２、ならびに、キャップ絶縁膜ＣＰ１が酸化シリコン膜であり、キャップ絶縁膜ＣＰ２が窒化シリコン膜であるとき、例えば１４０～１７０℃程度の温度を有するリン酸すなわち熱リン酸をエッチング液として用いてエッチングする。これにより、犠牲酸化膜ＳＯＦ１およびＳＯＦ２、ならびに、キャップ絶縁膜ＣＰ１のエッチング速度に対するキャップ絶縁膜ＣＰ２のエッチング速度の比すなわち選択比を十分大きくすることができるので、キャップ絶縁膜ＣＰ２を選択的にエッチングすることができる。
　これにより、キャップ絶縁膜ＣＰ２のＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さを、制御ゲート電極ＣＧのＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さよりも短くすることができる。すなわち、キャップ絶縁膜ＣＰ２をスリミングすることができる。
　次に、図１８に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、絶縁膜８を形成する（図６のステップＳ１４）。
　このステップＳ１４において、露出した部分の半導体基板１上、すなわち上面ＴＳ２上および接続面ＴＳ３上、ならびに、制御ゲート電極ＣＧの表面およびキャップ絶縁膜ＣＰ２の表面に、絶縁膜８が形成される。すなわち、ステップＳ１４において、絶縁膜８は、半導体基板１上に、制御ゲート電極ＣＧおよびキャップ絶縁膜ＣＰ２を覆うように、形成される。
　絶縁膜８は、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜であり、絶縁膜として、下から順に形成された酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃの積層膜からなる。
　絶縁膜８のうち、酸化シリコン膜８ａを、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ酸化法などにより形成することができる。また、絶縁膜８のうち、窒化シリコン膜８ｂを、例えばＣＶＤ法により形成することができる。さらに、絶縁膜８のうち、酸化シリコン膜８ｃを、例えばＣＶＤ法またはＩＳＳＧ酸化法により形成することができる。
　まず、露出した部分の半導体基板１の主面１ａ、制御ゲート電極ＣＧの側面、ならびに、キャップ絶縁膜ＣＰ２の上面および側面に、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ酸化法により酸化シリコン膜８ａを形成する。
　酸化シリコン膜８ａの厚みは、例えば４ｎｍ程度とすることができる。また、他の形態として、酸化シリコン膜８ａをＡＬＤ法で形成することもできる。
　次に、酸化シリコン膜８ａ上に窒化シリコン膜８ｂを例えばＣＶＤ法で形成し、さらに窒化シリコン膜８ｂ上に酸化シリコン膜８ｃを例えばＣＶＤ法、ＩＳＳＧ酸化法またはその両方で形成する。これにより、酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃの積層膜からなる絶縁膜８を形成することができる。
　絶縁膜８は、メモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）のゲート絶縁膜として機能し、電荷保持機能を有する。絶縁膜８は、電荷蓄積部としての窒化シリコン膜８ｂを、電荷ブロック層としての酸化シリコン膜８ａと酸化シリコン膜８ｃとで挟んだ構造を有する。そして、酸化シリコン膜８ａおよび８ｃからなる電荷ブロック層のポテンシャル障壁高さが、窒化シリコン膜８ｂからなる電荷蓄積部のポテンシャル障壁高さに比べ、高くなる。
　なお、本実施の形態においては、トラップ準位を有する絶縁膜として、窒化シリコン膜８ｂを用いるが、窒化シリコン膜８ｂを用いた場合、信頼性の面で好適である。しかし、トラップ準位を有する絶縁膜としては、窒化シリコン膜に限定されず、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）膜、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜を用いることができる。
　次に、図１８に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち絶縁膜８上に、導電膜９を形成する（図６のステップＳ１５）。
　好適には、導電膜９は、例えば多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜などのシリコン膜からなる。このような導電膜９を、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、成膜時は導電膜９をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
　導電膜９として、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物またはホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物を導入して低抵抗率としたものを用いることが、好ましい。不純物は、導電膜９の成膜時または成膜後に導入することができる。導電膜９の成膜後のイオン注入で導電膜９に不純物を導入することもできるが、導電膜９の成膜時に導電膜９に不純物を導入することもできる。導電膜９の成膜時に不純物を導入する場合には、導電膜９の成膜用のガスにドーピングガスを含ませることで、不純物が導入された導電膜９を成膜することができる。
　次に、図１９に示すように、異方性エッチング技術を用いて導電膜９をエッチバックすることにより、メモリゲート電極ＭＧを形成する（図６のステップＳ１６）。
　このステップＳ１６では、導電膜９の膜厚の分だけ導電膜９をエッチバックすることにより、制御ゲート電極ＣＧの両側面に、絶縁膜８を介して導電膜９をサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域の導電膜９を除去する。
　これにより、図１９に示すように、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側の側面上に、絶縁膜８を介して導電膜９をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された導電膜９からなるメモリゲート電極ＭＧを形成する。具体的には、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２上に、メモリゲート電極ＭＧを形成する。また、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側の側面上に、絶縁膜８を介して導電膜９をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された導電膜９からなるスペーサＳＰ２１を形成する。
　メモリゲート電極ＭＧは、絶縁膜８を介して制御ゲート電極ＣＧと隣り合うように形成される。メモリゲート電極ＭＧとスペーサＳＰ２１とは、制御ゲート電極ＣＧの互いに反対側となる側面に形成される。
　制御ゲート電極ＣＧ上には、キャップ絶縁膜ＣＰ２が形成されている。したがって、メモリゲート電極ＭＧは、キャップ絶縁膜ＣＰ２の両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側の側面上に、絶縁膜８を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜９からなる。また、スペーサＳＰ２１は、キャップ絶縁膜ＣＰ２の両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側の側面上に、絶縁膜８を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜９からなる。
　ステップＳ１６で形成されたメモリゲート電極ＭＧと半導体基板１のｐ型ウェルＰＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間には、絶縁膜８が介在しており、メモリゲート電極ＭＧは、絶縁膜８に接触した導電膜９からなる。
　ステップＳ１６のエッチバック工程を行った段階で、メモリゲート電極ＭＧおよびスペーサＳＰ２１のいずれにも覆われていない部分の絶縁膜８が、露出される。メモリゲート電極ＭＧ下の絶縁膜８が、メモリトランジスタＭＴのゲート絶縁膜ＧＩｍ（後述する図２２参照）となる。
　次に、図２０および図２１に示すように、スペーサＳＰ２１を除去する（図６のステップＳ１７）。
　このステップＳ１７において、まず、図２０に示すように、フォトリソグラフィを用いて、メモリゲート電極ＭＧが覆われ、かつ、スペーサＳＰ２１が露出されるようなレジストパターンＲ３を半導体基板１上に形成する。
　具体的には、まず、絶縁膜８上に、メモリゲート電極ＭＧおよびスペーサＳＰ２１を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜ＲＦ３を形成する。
　次に、レジスト膜ＲＦ３をパターニングし、メモリゲート電極ＭＧを覆うレジスト膜ＲＦ３からなるレジストパターンＲ３を形成する。そして、スペーサＳＰ２１をレジスト膜ＲＦ３から露出させる。
　このステップＳ１７において、次に、図２１に示すように、形成されたレジストパターンＲ３をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサＳＰ２１を除去する。一方、メモリゲート電極ＭＧは、レジストパターンＲ３で覆われていたので、エッチングされずに残される。
　このステップＳ１７では、その後、図２１に示すように、レジストパターンＲ２を除去する。
　次に、図２２に示すように、メモリゲート電極ＭＧで覆われていない部分の絶縁膜８を、エッチングによって除去する（図６のステップＳ１８）。
　このとき、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に位置する部分の絶縁膜８は、除去されずに残され、他の領域に位置する部分の絶縁膜８は除去される。そして、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷすなわち半導体基板１との間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間の絶縁膜８からなるゲート絶縁膜ＧＩｍが形成される。
　なお、ステップＳ１８において、絶縁膜８のうち、酸化シリコン膜８ｃおよび窒化シリコン膜８ｂが除去され、酸化シリコン膜８ａが除去されずに残されるように、エッチングを行うこともできる。
　次に、図２３に示すように、ｎ－型半導体領域１１ａおよび１１ｂを、イオン注入法などを用いて形成する（図６のステップＳ１９）。
　このステップＳ１９では、例えばヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）などのｎ型の不純物を、制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧをマスクとして用いて、半導体基板１のｐ型ウェルＰＷに導入する。これにより、ｐ型ウェルＰＷの上層部に、ｎ－型半導体領域１１ａおよび１１ｂが形成される。
　この際、ｎ－型半導体領域１１ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面に自己整合して形成され、ｎ－型半導体領域１１ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面に自己整合して形成される。
　なお、ステップＳ１８を行った後、ステップＳ１９を行う前に、メモリセルＭＣが形成されるメモリセル領域とは異なる周辺回路領域（図示は省略）で、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、導電膜４（図７参照）をパターニングし、導電膜４からなるゲート電極（図示は省略）を形成してもよい。この際、レジストを塗布する前に、周辺回路領域で導電膜４をパターニングする際のメモリセル領域における保護膜として、メモリセル領域で、半導体基板１の主面１ａに、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜ＳＩＦと窒化シリコン膜（図示は省略）を形成してもよい。そして、周辺回路領域でゲート電極を形成した後、窒化シリコン膜を除去してもよい。このような場合、ステップＳ１９において、ｎ－型半導体領域１１ａおよび１１ｂを形成する際に、メモリセル領域で、制御ゲート電極ＣＧ、キャップ絶縁膜ＣＰ２およびメモリゲート電極ＭＧを覆うように、絶縁膜ＳＩＦ（後述する図２４参照）が形成されていることになる。
　次に、図２４に示すように、制御ゲート電極ＣＧの側面、ならびに、メモリゲート電極ＭＧの側面に、サイドウォールスペーサＳＷを形成する（図６のステップＳ２０）。
　まず、半導体基板１の主面１ａ全面に、サイドウォールスペーサＳＷ用の絶縁膜を形成し、形成された絶縁膜を例えば異方性エッチングによりエッチバックする。
　このようにして、制御ゲート電極ＣＧを挟んでメモリゲート電極ＭＧと反対側で制御ゲート電極ＣＧと隣り合う部分の絶縁膜を残すことにより、サイドウォールスペーサＳＷを形成する。また、メモリゲート電極ＭＧを挟んで制御ゲート電極ＣＧと反対側でメモリゲート電極ＭＧと隣り合う部分の絶縁膜を残すことにより、サイドウォールスペーサＳＷを形成する。
　これらのサイドウォールスペーサＳＷは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜からなる。
　なお、図２４に示す例では、制御ゲート電極ＣＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＳＩＦが介在している。
　次に、図２５に示すように、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂを、イオン注入法などを用いて形成する（図６のステップＳ２１）。このステップＳ２１では、例えばヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）などのｎ型の不純物を、制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧと、それらと隣り合うサイドウォールスペーサＳＷとをマスクとして用いて半導体基板１のｐ型ウェルＰＷに導入する。これにより、ｐ型ウェルＰＷの上層部に、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂが形成される。
　この際、ｎ＋型半導体領域１２ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷに自己整合して形成され、ｎ＋型半導体領域１２ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷに自己整合して形成される。
　このようにして、ｎ－型半導体領域１１ａとそれよりも高不純物濃度のｎ＋型半導体領域１２ａとにより、ＬＤＤ構造を有し、メモリトランジスタＭＴのソース領域として機能するｎ型の半導体領域ＭＳが形成される。また、ｎ－型半導体領域１１ｂとそれよりも高不純物濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂとにより、ＬＤＤ構造を有し、制御トランジスタＣＴのドレイン領域として機能するｎ型の半導体領域ＭＤが形成される。
　その後、ｎ－型半導体領域１１ａおよび１１ｂ、ならびに、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂなどに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う。
　これにより、図２５に示すように、制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴが形成され、制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴにより、不揮発性メモリとしてのメモリセルＭＣが形成される。すなわち、制御ゲート電極ＣＧと、ゲート絶縁膜ＧＩｃと、メモリゲート電極ＭＧと、ゲート絶縁膜ＧＩｍとにより、不揮発性メモリとしてのメモリセルＭＣが形成される。なお、隣り合う２つのメモリセルＭＣとしてのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２は、ｎ＋型半導体領域１２ｂを共有する。
　次に、図２６および図２７に示すように、金属シリサイド層１３、絶縁膜１４、層間絶縁膜１５およびプラグＰＧを形成する（図６のステップＳ２２）。
　このステップＳ２２では、まず、図２６に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、キャップ絶縁膜ＣＰ２、メモリゲート電極ＭＧおよびサイドウォールスペーサＳＷを覆うように、金属膜を形成する。金属膜は、例えばコバルト（Ｃｏ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、または、ニッケル白金合金膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。そして、半導体基板１に対して熱処理を施すことによって、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂ、ならびに、メモリゲート電極ＭＧのそれぞれの上層部を、金属膜と反応させる。これにより、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂ、ならびに、メモリゲート電極ＭＧの各々の上に、金属シリサイド層１３がそれぞれ形成される。
　金属シリサイド層１３は、例えばコバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、白金添加ニッケルシリサイド層とすることができる。その後、未反応の金属膜を除去する。このようないわゆるサリサイドプロセスを行うことによって、図３に示すように、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂ、ならびに、メモリゲート電極ＭＧの各々の上に、金属シリサイド層１３を形成することができる。
　このステップＳ２２では、次に、図２７に示すように、キャップ絶縁膜ＣＰ２、ゲート絶縁膜ＧＩｍ、メモリゲート電極ＭＧ、および、サイドウォールスペーサＳＷを覆うように、絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４は、例えば窒化シリコン膜からなる。絶縁膜１４を、例えばＣＶＤ法により形成することができる。
　このステップＳ２２では、次に、図２７に示すように、絶縁膜１４上に、層間絶縁膜１５を形成する。層間絶縁膜１５は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜１５を、例えばＣＶＤ法により形成した後、層間絶縁膜１５の上面を平坦化する。
　ステップＳ２２では、次に、図２７に示すように、層間絶縁膜１５を貫通するプラグＰＧを形成する。まず、フォトリソグラフィを用いて層間絶縁膜１５上に形成したレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして、層間絶縁膜１５をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜１５にコンタクトホールＣＮＴを形成する。次に、コンタクトホールＣＮＴ内に、導電体部として、タングステン（Ｗ）などからなる導電性のプラグＰＧを形成する。
　プラグＰＧを形成するには、例えば、コンタクトホールＣＮＴの内部を含む層間絶縁膜１５上に、例えば、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、またはそれらの積層膜からなるバリア導体膜を形成する。それから、このバリア導体膜上にタングステン（Ｗ）膜などからなる主導体膜を、コンタクトホールＣＮＴを埋めるように形成し、層間絶縁膜１５上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法またはエッチバック法などによって除去する。これにより、プラグＰＧを形成することができる。なお、図面の簡略化のために、図２７では、プラグＰＧを構成するバリア導体膜および主導体膜を一体化して示してある。
　図２７に示すように、コンタクトホールＣＮＴおよびそれに埋め込まれたプラグＰＧは、ｎ＋型半導体領域１２ｂ上などに形成される。コンタクトホールＣＮＴの底部では、例えばｎ＋型半導体領域１２ｂ上の金属シリサイド層１３が露出する。そして、コンタクトホールＣＮＴに埋め込まれたプラグＰＧは、ｎ＋型半導体領域１２ｂ上に形成された金属シリサイド層１３と接触することにより、ｎ＋型半導体領域１２ｂと電気的に接続される。なお、図２７では図示を省略するが、プラグＰＧは、ｎ＋型半導体領域１２ａと電気的に接続されてもよい。
　以上のようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。なお、プラグＰＧが埋め込まれた層間絶縁膜１５上に、例えば銅（Ｃｕ）を主導電膜とする配線を、例えばダマシン技術を用いて形成することができるが、ここでは、その説明を省略する。
　＜電荷蓄積部に注入された電子および正孔の分布＞
　次に、電荷蓄積部としての窒化シリコン膜８ｂに注入された電子および正孔の分布について、比較例と対比しながら説明する。
　図２８および図２９は、比較例の半導体装置の要部断面図である。図２９に示す断面図は、図２８に示す断面図のうち二点鎖線で囲まれた領域ＲＧ１０１を拡大して示す。
　図２８および図２９に示すように、比較例の半導体装置では、メモリゲート電極ＭＧ下の半導体基板１が掘り込まれておらず、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と同じ高さ位置に配置されている。また、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に領域ＡＲ３（図１参照）が配置されておらず、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３（図１参照）も形成されていない。
　なお、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４も、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と同じ高さ位置に配置されている。また、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に領域ＡＲ５（図１参照）が配置されておらず、上面ＴＳ１と上面ＴＳ４とを接続する接続面ＴＳ５（図１参照）も形成されていない。
　比較例の半導体装置では、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂの全てが、半導体基板１の上面に平行である。そのため、メモリトランジスタの絶縁膜８中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜８ｂに、前述したＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む場合、電子は、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに一様に注入されやすい。すなわち、電子ＥＬは、図２９の矢印ＥＬＡに示すように、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂのうち、ドレイン領域としての半導体領域ＭＤ側の部分のみならず、ソース領域としての半導体領域ＭＳ側の部分にも注入されやすい。
　一方、比較例の半導体装置では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する場合、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、メモリゲート電極ＭＧの下面のうち制御ゲート電極ＣＧ側の端部ＥＰ１０６に集中する。そのため、正孔ＨＬは、図２９の矢印ＨＬＡに示すように、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂのうち、ｐ型ウェルＰＷ側、すなわち下側の部分に注入されやすい。
　したがって、比較例の半導体装置では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、互いに異なるか、または、互いに離れている。そのため、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合、窒化シリコン膜８ｂを含めたゲート絶縁膜ＧＩｍに残留する正孔の数が増加し、メモリセルの保持特性（リテンション特性）が低下し、半導体装置の特性を向上させることができない。
　ここで、メモリセルの保持特性とは、書き込み動作と消去動作を多数回、例えば１０００回程度繰り返した後、室温よりも高温、例えば１５０℃程度で長時間、例えば１００時間程度放置する際のメモリトランジスタの閾値電圧の経時変化により、評価することができる。
　前述したように、不揮発性メモリの微細化に伴って、メモリゲート電極ＭＧのゲート長が短くなると、ＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合に、ＢＴＢＴ現象による消去方法を用いた場合と比較して、消費電流を低減できる効果が顕著になる。しかし、上記したように、ＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布が、データを書き込む際に、窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と異なるという課題が顕著になる。そのため、不揮発性メモリを容易に微細化することができない。
　一方、本実施の形態の半導体装置では、上面ＴＳ２が上面ＴＳ１よりも低く、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との間に、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３が形成されている。接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の端部ＥＰ１が、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の端部ＥＰ２に対してＸ軸方向におけるメモリゲート電極ＭＧ側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に配置されている。
　本実施の形態の半導体装置では、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂは、上面ＴＳ２に沿って形成された部分Ｐ１（図４参照）と、接続面ＴＳ３に沿って形成された部分Ｐ２（図４参照）と、を有する。そのため、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む場合、図４の矢印ＥＬＡに示すように、電子は、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすく、部分Ｐ１には注入されにくい。すなわち、電子ＥＬは、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂのうち、ドレイン領域としての半導体領域ＭＤ側の部分には注入されやすいが、ソース領域としての半導体領域ＭＳ側の部分には注入されにくい。
　一方、本実施の形態の半導体装置では、前述した図４を用いて説明したように、メモリゲート電極ＭＧは、上面ＴＳ２上に形成された電極部ＭＧ１と、電極部ＭＧ１に対して制御ゲート電極ＣＧ側に形成された電極部ＭＧ２と、を含む。電極部ＭＧ２は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と、電極部ＭＧ２の制御ゲート電極ＣＧ側の側面ＢＳ３とを接続する下面としての接続面ＢＳ２を有する。電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ５は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と接続され、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ６は、電極部ＭＧ２の側面ＢＳ３と接続されている。端部ＥＰ５は、端部ＥＰ６に対してＸ軸方向における正側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ６よりも下方に配置されている。
　また、下面ＢＳ１と接続面ＢＳ２とにより角部ＡＰ１が形成され、接続面ＢＳ２と側面ＢＳ３とにより角部ＡＰ２が形成されている。
　このような場合、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する場合、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、端部ＥＰ６にも集中するが、端部ＥＰ５にも集中する。そのため、図４の矢印ＨＬＡに示すように、正孔ＨＬは、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂ、すなわち部分Ｐ３のうち、ｐ型ウェルＰＷ側、すなわち下側の部分に加え、部分Ｐ２にも注入される。
　このように、本実施の形態の半導体装置では、データを書き込む際にも、窒化シリコン膜８ｂのうち部分Ｐ２に電子が注入され、データを消去する際にも、窒化シリコン膜８ｂのうち部分Ｐ２に正孔が注入される。そのため、本実施の形態の半導体装置では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、互いに近づくか、または、互いに同じになる。そのため、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合でも、窒化シリコン膜８ｂを含めたゲート絶縁膜ＧＩｍに残留する正孔の数が増加しないので、メモリセルの保持特性（リテンション特性）が低下することを防止または抑制することができ、半導体装置の特性を向上させることができる。
　なお、上記特許文献１に開示された技術でも、半導体基板は、第１の面と、第１の面から深さ方向に向かって第１の面よりも低い第２の面を有し、コントロールゲート電極は、第１の面上に設けられ、メモリゲート電極は、第２の面上に設けられている。また、上記特許文献１に開示された技術では、第１の面と第２の面との間の接続面は、第１の面および第２の面のいずれに対しても垂直である。
　しかし、上記特許文献１に開示された技術は、メモリゲート電極の幅を縮小した場合、メモリゲート電極下のチャネル長も短くなり、オフリーク電流が増大してしまう、という課題を解決するための技術である。したがって、上記特許文献１に開示された技術において、接続面の第２の面側の端部が、接続面の第１の面側の端部に対してＸ軸方向における正側に位置し、かつ、接続面の第１の面側の端部よりも下方に位置するように、接続面を傾斜させることは困難である。なぜなら、メモリゲート電極下のチャネル長が短くなり、上記特許文献１における課題を解決しにくくなるからである。
　＜接続面の傾斜角の好適な範囲＞
　次に、接続面ＴＳ３の傾斜角の好適な範囲について、実施例１～実施例４を比較しながら説明する。図３０は、実施例１の半導体装置の要部断面図であり、図３１は、実施例２の半導体装置の要部断面図であり、図３２は、実施例３の半導体装置の要部断面図であり、図３３は、実施例４の半導体装置の要部断面図である。図３０～図３３に示す断面図は、図４に示す断面図のうち、接続面ＴＳ３の周辺を拡大して示す。
　まず、図３０～図３２に示す実施例１～実施例３として、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に平行であり、ＹＺ平面に対して傾斜していない場合について説明する。
　前述したように、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義する。このとき、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との間の鈍角を、角度ＡＮＳ１により表す。角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和は、１８０°に等しい。
　また、以下では、接続面ＴＳ３が制御ゲート電極ＣＧのＸ軸方向における正側の側面ＳＳ１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ３と定義する。このとき、接続面ＴＳ３と制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１との間の鈍角を、角度ＡＮＬ３により表す。角度ＡＮＳ３と角度ＡＮＬ３との和は、１８０°に等しい。
　なお、前述したように、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に平行であるため、角度ＡＮＳ１は、接続面ＴＳ３がＹＺ平面となす角度に等しい。
　図３０に示す実施例１では、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１よりも大きい（ＡＮＳ３＞ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１よりも小さい（ＡＮＬ３＜ＡＮＬ１）。また、図３１に示す実施例２では、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１と等しい（ＡＮＳ３＝ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１と等しい（ＡＮＬ３＝ＡＮＬ１）。また、図３２に示す実施例３では、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１よりも小さい（ＡＮＳ３＜ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１よりも大きい（ＡＮＳ３＞ＡＮＳ１）。
　また、以下では、接続面ＴＳ３の傾斜角の影響の比較を容易にするため、図３０に示す実施例１、図３１に示す実施例２および図３２に示す実施例３に示す場合のいずれにおいても、Ｚ軸方向における上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との距離を等しくしている。
　図３０に示す実施例１では、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子ＥＬは、図３０の矢印ＥＬＡに示すように、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすい。また、図３０に示す実施例１では、図３１に示す実施例２および図３２に示す実施例３に比べ、部分Ｐ２のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における正側、すなわちメモリゲート電極ＭＧ側に位置する。したがって、電子ＥＬは、比較例に比べれば、窒化シリコン膜８ｂのうち、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分に注入されやすくなるものの、実施例２および実施例３に比べると、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分には注入されにくい。
　一方、図３０に示す実施例１では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界のうち、大部分は、端部ＥＰ６すなわち角部ＡＰ２に集中するものの、一部は、端部ＥＰ５すなわち角部ＡＰ１にも集中する。そのため、図３０の矢印ＨＬＡ２に示すように、大部分の正孔ＨＬは、角部ＡＰ２の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入されるが、一部の正孔ＨＬは、角部ＡＰ１の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂにも注入される。
　そのため、図３０に示す実施例１では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とは、比較例に比べれば、互いに近づくものの、実施例２および実施例３に比べると、互いに離れている。
　次に、図３１に示す実施例２では、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子ＥＬは、図３１の矢印ＥＬＡに示すように、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすい。また、図３１に示す実施例２では、図３２に示す実施例３に比べれば、部分Ｐ２のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における正側、すなわちメモリゲート電極ＭＧ側に位置するものの、図３０に示す実施例１に比べると、部分Ｐ３のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における負側、すなわち制御ゲート電極ＣＧ側に位置する。したがって、電子ＥＬは、実施例１に比べれば、窒化シリコン膜８ｂのうち、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分に注入されやすくなるものの、実施例３に比べると、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分には注入されにくい。
　一方、図３１に示す実施例２では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、端部ＥＰ５すなわち角部ＡＰ１、および、端部ＥＰ６すなわち角部ＡＰ２に互いに略同程度に集中する。そのため、窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔のうち、図３１の矢印ＨＬＡ１に示すように、角部ＡＰ１の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔ＨＬの割合は、実施例１に比べれば多くなるが、実施例３に比べると少なくなる。また、窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔のうち、図３１の矢印ＨＬＡ２に示すように、角部ＡＰ２の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔ＨＬの割合は、実施例１に比べれば少なくなるが、実施例３に比べると多くなる。
　そのため、図３１に示す実施例２では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とは、実施例１に比べれば、互いに近づくものの、実施例３に比べると、互いに離れている。
　次に、図３２に示す実施例３では、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子ＥＬは、図３２の矢印ＥＬＡに示すように、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすい。また、図３２に示す実施例３では、図３０に示す実施例１および図３１に示す実施例２に比べると、部分Ｐ２のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における負側、すなわち制御ゲート電極ＣＧ側に位置する。したがって、電子ＥＬは、実施例１および実施例２のいずれに比べても、窒化シリコン膜８ｂのうち、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分に注入されやすくなる。
　一方、図３２に示す実施例３では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、端部ＥＰ６すなわち角部ＡＰ２にはあまり集中せず、端部ＥＰ５すなわち角部ＡＰ１に集中する。そのため、一部の正孔ＨＬは角部ＡＰ２の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入されるものの、大部分の正孔ＨＬは、図３２の矢印ＨＬＡ１に示すように、角部ＡＰ１の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入される。
　そのため、図３２に示す実施例３では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子ＥＬの分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔ＨＬの分布とは、実施例１および実施例２のいずれに比べても、互いにより近づくか、または、互いに同じになる。
　すなわち、図３０～図３２に示す実施例１～実施例３を比べると、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、実施例１、実施例２、実施例３の順に、互いにより近づく。そのため、実施例１、実施例２、実施例３の順に、メモリセルの保持特性が低下することを防止または抑制する効果が増加し、半導体装置の特性を向上させる効果が増加する。
　ただし、角度ＡＮＳ３が０°、すなわち接続面ＴＳ３がＹＺ平面に平行になると、制御ゲートトランジスタのオン電流が低下する。したがって、角度ＡＮＳ３が０よりも大きいことが望ましい。すなわち、端部ＥＰ１が、端部ＥＰ２に対してＸ軸方向におけるメモリゲート電極ＭＧ側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に配置されることが望ましい。
　また、図３０～図３２に示す実施例１～実施例３を比べると、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とを、互いに近づけるためには、Ｘ軸方向において、角部ＡＰ１の位置と、角部ＡＰ２の位置とを、近づけることが好ましい。角部ＡＰ１の位置と、角部ＡＰ２の位置とが近づくほど、窒化シリコン膜８ｂのうち上面ＴＳ２に沿って形成された部分Ｐ１のうち、角部ＡＰ１よりもＸ軸方向における負側、すなわち制御ゲート電極ＣＧ側に位置する部分の割合が多くなる。また、角部ＡＰ１の位置と、角部ＡＰ２の位置とが近づくと、端部ＥＰ１は、メモリゲート電極ＭＧ下ではなく、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置するようになる。
　あるいは、角度ＡＮＳ１が同じであっても、例えば上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との間のＺ軸方向における距離を短くすることにより、窒化シリコン膜８ｂのうち上面ＴＳ２に沿って形成された部分Ｐ１のうち、メモリゲート電極ＭＧ下ではなく、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の割合を多くすることができる。
　上面ＴＳ２上、接続面ＴＳ３上、および、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１上に絶縁膜８を形成する際には、いずれの部分上における絶縁膜８の厚さ、すなわち酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃの膜厚も、略均一にすることができる。そのため、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１は、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と略平行になり、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２は、領域ＡＲ３の接続面ＴＳ３と略平行になる。
　したがって、本実施の形態では、上面ＴＳ１、上面ＴＳ２および接続面ＴＳ３により形成される段差部の形状を調整することにより、メモリゲート電極ＭＧの角部ＡＰ１およびＡＰ２の形状を制御することができる。そして、メモリゲート電極ＭＧの角部ＡＰ１およびＡＰ２の形状を制御することにより、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とを、互いに近づけることができる。
　なお、図３０～図３２に示すように、鋭角としての角度ＡＮＳ１を、接続面ＢＳ２が下面ＢＳ１となす角度と定義し、鋭角としての角度ＡＮＳ３を、接続面ＢＳ２が側面ＢＳ３となす角度と定義しても、実施例１～実施例３の間で、同様の傾向が得られる。すなわち、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、実施例１、実施例２、実施例３の順に、互いにより近づく。
　ここで、図３３に示す実施例４として、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１の上端部が、Ｘ軸方向において、側面ＳＳ１の下端部に対してメモリゲート電極ＭＧと反対側に位置するように、側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に対して角度ＡＳだけ傾斜している場合を考える。このときも、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＬ１と定義し、接続面ＴＳ３が制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ３と定義する。また、図３３に示す実施例４では、図３２に示す実施例３と同様に、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１よりも小さい（ＡＮＳ３＜ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１よりも大きい（ＡＮＬ３＞ＡＮＬ１）場合を示す。
　図３３に示す実施例４では、角度ＡＮＳ３は、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に平行な場合に比べ、角度ＡＳだけさらに小さくなる。そのため、図３２を用いて説明した最も好適な条件である実施例３の条件、すなわち角度ＡＮＳ３＜角度ＡＮＳ１が満たされやすくなり、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、さらに互いに近くなる。したがって、電荷蓄積部に正孔が残留することをさらに防止または抑制することができ、メモリセルの保持特性をさらに向上させることができる。
　＜接続面の長さおよびメモリゲート電極の下面の長さの好適な範囲＞
　次に、接続面ＴＳ３の長さおよびメモリゲート電極ＭＧの下面の長さの好適な範囲について、実施例５を参照しながら説明する。図３４は、実施例５の半導体装置の要部断面図である。図３４に示す断面図は、図４に示す断面図のうち、接続面ＴＳ３の周辺を拡大して示す。
　図３４に示すように、好適には、Ｙ軸方向に垂直な断面において、接続面ＴＳ３に平行な方向における接続面ＴＳ３の長さＬ１、すなわち、端部ＥＰ１と端部ＥＰ２との距離としての長さＬ１は、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の上面ＴＳ２の、Ｘ軸方向における長さＬ２よりも長い。
　これにより、データを書き込む際に、窒化シリコン膜８ｂのうち、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとして注入される電子が移動してくる方向と交差する部分である部分Ｐ２の割合を、当該電子が移動してくる方向に平行な部分である部分Ｐ１の割合に比べ、増加させることができる。そのため、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いて電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子が、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすくなる。すなわち、データの書き込み動作において注入された電子の分布を調整する観点からは、接続面ＴＳ３の長さＬ１を、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の上面ＴＳ２の長さＬ２よりも長くすることが好ましい。
　なお、接続面ＴＳ３の長さＬ１を、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の上面ＴＳ２の長さＬ２よりも長くすることにより、メモリゲート電極ＭＧのゲート長を短くしやすくなるので、不揮発性メモリの微細化にとって、有利である。
　一方、図３４に示すように、好適には、Ｙ軸方向に垂直な断面において、電極部ＭＧ２の下面としての接続面ＢＳ２に平行な方向における接続面ＢＳ２の長さＬ３、すなわち、端部ＥＰ５と端部ＥＰ６との距離としての長さＬ３は、Ｘ軸方向における電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１の長さＬ４よりも短い。
　これにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界が集中する部分である、角部ＡＰ１および角部ＡＰ２を、互いに近づけることができる。そのため、窒化シリコン膜８ｂに、ＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、窒化シリコン膜８ｂの部分Ｐ２に、正孔を確実に注入することができる。すなわち、データの消去動作において注入された正孔の分布を調整する観点からは、接続面ＢＳ２の長さＬ３を、下面ＢＳ１の長さＬ４よりも短くすることが好ましい。
　なお、前述した図３を用いて説明したように、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との間に角部が形成されない場合には、長さＬ１を、端部ＥＰ２と端部ＥＰ１１（図３参照）との距離と定義し、長さＬ２を、ゲート絶縁膜ＧＩｍの制御ゲート電極ＣＧ側と反対側の端部と、端部ＥＰ１１との間の、Ｘ軸方向における距離と定義することができる。
　また、前述した図３を用いて説明したように、接続面ＢＳ２と下面ＢＳ１との間に角部が形成されない場合には、長さＬ３を、端部ＥＰ６と端部ＥＰ５１（図３参照）との距離と定義し、長さＬ４を、メモリゲート電極ＭＧの制御ゲート電極ＣＧ側と反対側の端部と、端部ＥＰ５１との間の、Ｘ軸方向における距離と定義することができる。
　＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
　本実施の形態の半導体装置では、半導体基板は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置された領域ＡＲ３を含み、制御ゲート電極ＣＧは、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１上に形成され、メモリゲート電極ＭＧは、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２上に形成されている。上面ＴＳ２は、上面ＴＳ１よりも低く、領域ＡＲ３は、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３を有する。メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間、メモリゲート電極ＭＧと上面ＴＳ２との間、および、メモリゲート電極ＭＧと接続面ＴＳ３との間には、ゲート絶縁膜ＧＩｍが形成されている。接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の端部ＥＰ１が、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の端部ＥＰ２に対してメモリゲート電極ＭＧ側に配置され、端部ＥＰ２よりも下方に配置されている。
　これにより、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、互いに近づくか、または、互いに同じになる。そのため、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合でも、窒化シリコン膜８ｂを含めたゲート絶縁膜ＧＩｍに残留する正孔の数が増加しないので、メモリセルの保持特性を向上させることができ、半導体装置の特性を向上させることができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　１　半導体基板
　１ａ　主面
　３、５、６、８、１４　絶縁膜
　４、９　導電膜
　７　膜
　８ａ、８ｃ　酸化シリコン膜
　８ｂ　窒化シリコン膜
１１ａ、１１ｂ　ｎ－型半導体領域
１２ａ、１２ｂ　ｎ＋型半導体領域
１３　金属シリサイド層
１５　層間絶縁膜
ＡＮＬ１～ＡＮＬ３、ＡＮＳ１～ＡＮＳ３、ＡＳ　角度
ＡＰ１、ＡＰ２　角部
ＡＲ　活性領域
ＡＲ１～ＡＲ５　領域
ＢＳ１　下面
ＢＳ１１、ＢＳ２１　平面
ＢＳ２　接続面
ＢＳ３　側面
ＣＧ　制御ゲート電極
ＣＮＴ　コンタクトホール
ＣＰ１、ＣＰ２　キャップ絶縁膜
ＣＴ　制御トランジスタ
ＥＬ　電子
ＥＬＡ、ＨＬＡ、ＨＬＡ１、ＨＬＡ２　矢印
ＥＰ１、ＥＰ１１、ＥＰ２～ＥＰ５、ＥＰ５１、ＥＰ６　端部
ＦＴ１　膜厚
ＧＩｃ、ＧＩｍ　ゲート絶縁膜
ＨＬ　正孔
ＩＴ１　間隔
Ｌ１～Ｌ４　長さ
ＭＣ、ＭＣ１、ＭＣ２　メモリセル
ＭＤ、ＭＳ　半導体領域
ＭＧ　メモリゲート電極
ＭＧ１、ＭＧ２　電極部
ＭＴ　メモリトランジスタ
Ｐ１～Ｐ３　部分
ＰＧ　プラグ
ＰＷ　ｐ型ウェル
Ｒ１～Ｒ３　レジストパターン
ＲＦ１～ＲＦ３　レジスト膜
ＲＧ１、ＲＧ２　領域
ＳＩＦ　絶縁膜
ＳＯＦ１、ＳＯＦ２　犠牲酸化膜
ＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ２１　スペーサ
ＳＳ１　側面
ＳＷ　サイドウォールスペーサ
ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ４　上面
ＴＳ２１、ＴＳ３１　平面
ＴＳ３、ＴＳ５　接続面
ＶＭＧ　ｎ－型半導体領域
 

Claims (15)

  1. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板の主面上に形成された第１ゲート電極と、
    　前記第１ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第１ゲート絶縁膜と、
    　前記半導体基板上に形成され、前記第１ゲート電極と隣り合う第２ゲート電極と、
    　前記第２ゲート電極と前記半導体基板との間、および、前記第２ゲート電極と前記第１ゲート電極との間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第２ゲート絶縁膜と、
    　を有し、
    　前記半導体基板は、前記主面側の第１領域、第２領域および第３領域を含み、
    　前記第２領域は、平面視において、前記第１領域に対して第１方向における第１の側に配置され、
    　前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に配置され、
    　前記第１ゲート電極は、前記第１領域の第１上面上に形成され、
    　前記第２ゲート電極は、前記第２領域の第２上面上に形成され、
    　前記第２上面は、前記第１上面よりも低く、
    　前記第３領域は、前記第１上面と前記第２上面とを接続する第１接続面を有し、
    　前記第２ゲート絶縁膜は、前記第１接続面上、および、前記第２上面上に形成され、
    　前記第１接続面の第１端部は、前記第２上面と接続され、
    　前記第１接続面の前記第１端部と反対側の第２端部は、前記第１上面と接続され、
    　前記第１端部は、前記第２端部に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、かつ、前記第２端部よりも下方に配置されている、半導体装置。
  2. 　請求項１記載の半導体装置において、
    　前記半導体基板は、前記主面側の第４領域を含み、
    　前記第４領域は、平面視において、前記第１領域に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、
    　前記第４領域の第３上面は、前記第１上面よりも低く、
    　前記第２上面は、前記第３上面よりも低い、半導体装置。
  3. 　請求項２記載の半導体装置において、
    　前記半導体基板は、前記主面側の第５領域を含み、
    　前記第５領域は、前記第１領域と前記第４領域との間に配置され、
    　前記第５領域は、前記第１上面と前記第３上面とを接続する第２接続面を有し、
    　前記第２接続面の第３端部は、前記第３上面と接続され、
    　前記第２接続面の前記第３端部と反対側の第４端部は、前記第１上面と接続され、
    　前記第３端部は、前記第４端部に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、かつ、前記第４端部よりも下方に配置されている、半導体装置。
  4. 　請求項３記載の半導体装置において、
    　前記第１接続面が前記第２上面となす鋭角の角度は、前記第２接続面が前記第３上面となす鋭角の角度よりも大きい、半導体装置。
  5. 　請求項１記載の半導体装置において、
    　前記第１接続面が、前記第１ゲート電極の前記第１方向における前記第１の側の第１側面となす鋭角の角度は、前記第１接続面が前記第２上面となす鋭角の角度よりも小さい、半導体装置。
  6. 　請求項１記載の半導体装置において、
    　前記第１ゲート電極は、平面視において、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、
    　前記第２方向に垂直な断面において、前記第１端部と前記第２端部との距離は、前記第２ゲート絶縁膜下に位置する部分の前記第２上面の、前記第１方向における長さよりも長い、半導体装置。
  7. 　請求項１記載の半導体装置において、
    　前記第２ゲート電極は、
    　前記第２上面上に形成された第１電極部と、
    　前記第１電極部に対して前記第１ゲート電極側に形成された第２電極部と、
    　を含み、
    　前記第２電極部は、前記第１電極部の第１下面と、前記第２電極部の前記第１ゲート電極側の第２側面とを接続する第２下面を有し、
    　前記第２下面の第５端部は、前記第１電極部の前記第１下面と接続され、
    　前記第２下面の前記第５端部と反対側の第６端部は、前記第２側面と接続され、
    　前記第５端部は、前記第６端部に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、かつ、前記第６端部よりも下方に配置されており、
    　前記第１ゲート電極は、平面視において、前記第１方向と直交する第３方向に延在し、
    　前記第３方向に垂直な断面において、前記第２下面に平行な方向における前記第２下面の長さは、前記第１方向における前記第１下面の長さよりも短い、半導体装置。
  8. 　請求項１記載の半導体装置において、
    　前記第１ゲート電極と前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート電極と前記第２ゲート絶縁膜とによりメモリが形成されている、半導体装置。
  9. 　（ａ）半導体基板を用意する工程、
    　（ｂ）前記半導体基板の主面上に第１ゲート電極を形成し、前記第１ゲート電極と前記半導体基板との間に第１ゲート絶縁膜を形成する工程、
    　（ｃ）前記半導体基板上、および、前記第１ゲート電極の表面に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜を形成する工程、
    　（ｄ）前記絶縁膜上に、導電膜を形成する工程、
    　（ｅ）前記導電膜をエッチバックすることにより、平面視において、前記第１ゲート電極の第１方向における第１の側の第１側面に前記絶縁膜を介して前記導電膜を残して第２ゲート電極を形成し、前記第２ゲート電極と前記半導体基板との間、および、前記第２ゲート電極と前記第１ゲート電極との間の前記絶縁膜からなる第２ゲート絶縁膜を形成する工程、
    　を有し、
    　前記（ａ）工程では、前記主面側の第１領域、第２領域および第３領域を含む前記半導体基板を用意し、
    　前記第２領域は、平面視において、前記第１領域に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、
    　前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に配置され、
    　前記（ｂ）工程では、前記第１領域の第１上面上に前記第１ゲート電極を形成し、
    　前記（ｃ）工程は、
    　（ｃ１）前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２領域の第２上面を、前記第１上面よりも低くし、前記第３領域に、前記第１上面と前記第２上面とを接続する第１接続面を形成する工程、
    　（ｃ２）前記（ｃ１）工程の後、前記第２上面上、前記第１接続面上、および、前記第１ゲート電極の表面に、前記絶縁膜を形成する工程、
    　を含み、
    　前記（ｅ）工程では、前記第２上面上に前記第２ゲート電極を形成し、
    　前記第１接続面の第１端部は、前記第２上面と接続され、
    　前記第１接続面の前記第１端部と反対側の第２端部は、前記第１上面と接続され、
    　前記第１端部は、前記第２端部に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、かつ、前記第２端部よりも下方に配置される、半導体装置の製造方法。
  10. 　請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    　（ｆ）前記（ｂ）工程の後、前記（ｃ）工程の前に、前記第１ゲート電極の前記第１側面と反対側の第２側面に第１側壁部を形成する工程、
    　を有し、
    　前記（ｆ）工程は、
    　（ｆ１）前記半導体基板上に、前記第１ゲート電極を覆うように、第１膜を形成する工程、
    　（ｆ２）前記第１膜をエッチバックすることにより、前記第１ゲート電極の前記第２側面に前記第１膜を残して前記第１側壁部を形成する工程、
    　を含み、
    　前記（ｃ１）工程では、前記第１ゲート電極および前記第１側壁部をマスクとして前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２上面を、前記第１上面よりも低くし、
    　前記（ｃ）工程は、さらに、
    　（ｃ３）前記（ｃ２）工程の後、前記第１側壁部を除去する工程、
    　を含む、半導体装置の製造方法。
  11. 　請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
    　前記（ｆ２）工程では、前記第１膜をエッチバックすることにより、前記第１ゲート電極の前記第２側面に前記第１側壁部を形成し、前記第１ゲート電極の前記第１側面に前記第１膜を残して第２側壁部を形成し、
    　前記（ｆ）工程は、さらに、
    　（ｆ３）前記半導体基板上に、前記第１側壁部および前記第２側壁部を覆うように、マスク膜を形成する工程、
    　（ｆ４）前記マスク膜をパターニングし、前記第１側壁部を覆う前記マスク膜からなるマスクパターンを形成し、前記第２側壁部を前記マスク膜から露出させる工程、
    　（ｆ５）前記（ｆ４）工程の後、前記第２側壁部を除去する工程、
    　（ｆ６）前記（ｆ５）工程の後、前記マスクパターンを除去する工程、
    　を含む、半導体装置の製造方法。
  12. 　請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    　前記（ａ）工程では、前記主面側の第４領域を含む前記半導体基板を用意し、
    　前記第４領域は、平面視において、前記第１領域に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、
    　前記半導体装置の製造方法は、さらに、
    　（ｇ）前記（ｂ）工程の後、前記（ｃ）工程の前に、前記第４領域の表面を酸化することにより、前記第４領域の第３上面を、前記第１領域の前記第１上面よりも低くする工程、
    　を有し、
    　前記（ｃ１）工程では、前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２上面を、前記第３上面よりも低くする、半導体装置の製造方法。
  13. 　請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、
    　前記（ａ）工程では、前記主面側の第５領域を含む前記半導体基板を用意し、
    　前記第５領域は、前記第１領域と前記第４領域との間に配置され、
    　前記（ｇ）工程では、前記第５領域に、前記第１上面と前記第３上面とを接続する第２接続面を形成し、
    　前記第２接続面の第３端部は、前記第３上面と接続され、
    　前記第２接続面の前記第３端部と反対側の第４端部は、前記第１上面と接続され、
    　前記第３端部は、前記第４端部に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、かつ、前記第４端部よりも下方に配置される、半導体装置の製造方法。
  14. 　請求項１３記載の半導体装置の製造方法において、
    　前記第１接続面が前記第２上面となす鋭角の角度は、前記第２接続面が前記第３上面となす鋭角の角度よりも大きい、半導体装置の製造方法。
  15. 　請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    　前記（ｂ）工程では、前記第１ゲート電極上にキャップ絶縁膜を形成し、
    　前記（ｃ１）工程では、前記キャップ絶縁膜をマスクとして前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２上面を、前記第１上面よりも低くする、半導体装置の製造方法。
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