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JP2010258091A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2010258091A
JP2010258091A JP2009104267A JP2009104267A JP2010258091A JP 2010258091 A JP2010258091 A JP 2010258091A JP 2009104267 A JP2009104267 A JP 2009104267A JP 2009104267 A JP2009104267 A JP 2009104267A JP 2010258091 A JP2010258091 A JP 2010258091A
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film
gate electrode
control gate
insulating film
semiconductor device
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Application number
JP2009104267A
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Japanese (ja)
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Sachiyuki Kawashima
祥之 川嶋
Tsutomu Okazaki
勉 岡崎
Hideki Aono
英樹 青野
Hiroshi Ogata
公士 大形
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a split-gate type nonvolatile memory which can reduce leakage current, by relaxing the strength of an electric field generated between a control gate electrode and a memory gate electrode, wherein the control gate electrode and the memory gate electrode are arranged mutually close. <P>SOLUTION: A gate insulating film GOX is formed on a semiconductor substrate 1S, and the control gate electrode CG is formed on the gate insulating film GOX. On the right sidewall of the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG is formed, with a multilayer insulating film interposed therebetween. A bird's beak BV is formed at the upper end of the control gate electrode CG. As a result, since the upper end of the control gate electrode CG and the upper end of the memory gate electrode MG are separated by the length of the bird's beak BV, electric field strength is relaxed, and thereby the leakage current flowing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、メモリゲート電極とコントロールゲート電極とを隣接して形成するスプリットゲート型メモリの製造に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a split gate type memory in which a memory gate electrode and a control gate electrode are formed adjacent to each other.

特開2007−258497号公報(特許文献1)には、スプリットゲート構造のMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型不揮発性メモリセルを有する半導体装置において、コントロールゲート電極とメモリゲート電極との短絡不良を低減することができる技術が記載されている。   Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-258497 (Patent Document 1) discloses a short circuit failure between a control gate electrode and a memory gate electrode in a semiconductor device having a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type nonvolatile memory cell having a split gate structure. Techniques that can be reduced are described.

具体的には、半導体基板の第1領域上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜からなるコントロールゲート電極を形成し、第1領域に隣接する第2領域上に第1絶縁膜、電荷蓄積膜、第2絶縁膜を介してポリシリコン膜からなるメモリゲート電極を形成する。その後、酸化処理を施すことにより、コントロールゲート電極の上部と電荷蓄積膜の間に形成されている第1絶縁膜をバーズビーク形状とするとともに、メモリゲート電極と電荷蓄積膜の間に形成されている第2絶縁膜をバーズビーク形状とするものである。   Specifically, a control gate electrode made of a polysilicon film is formed on a first region of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a first insulating film and a charge storage film are formed on a second region adjacent to the first region. Then, a memory gate electrode made of a polysilicon film is formed via the second insulating film. After that, by performing an oxidation process, the first insulating film formed between the upper portion of the control gate electrode and the charge storage film is formed into a bird's beak shape, and is formed between the memory gate electrode and the charge storage film. The second insulating film has a bird's beak shape.

特開2007−258497号公報JP 2007-258497 A

電気的に書き換え可能な不揮発性メモリとしては、多結晶シリコンをフローティング電極としたフローティングゲート型不揮発性メモリが主に使用されている。しかし、不揮発性メモリセルの微細化が進むと、隣接する不揮発性メモリセル間での容量増加や、コントロールゲート電極とフローティング電極との間の容量低下による動作の阻害が顕著となる。このため、近い将来、フローティングゲート型不揮発性メモリは、スケーリングの限界を迎えると考えられている。   As an electrically rewritable nonvolatile memory, a floating gate nonvolatile memory using polycrystalline silicon as a floating electrode is mainly used. However, as miniaturization of non-volatile memory cells progresses, an increase in capacity between adjacent non-volatile memory cells and a hindrance in operation due to a decrease in capacity between the control gate electrode and the floating electrode become significant. For this reason, the floating gate type nonvolatile memory is considered to reach the limit of scaling in the near future.

フローティングゲート型不揮発性メモリの代替技術として、MRAM(Magnetroresistive Random Access Memory)やPRAM(Phase change Random Access Memory)などが研究されているが、これらのメモリの開発には、新規材料や新規プロセスが必要となるため、開発は容易ではない。   MRAM (Magnetroresistive Random Access Memory) and PRAM (Phase change Random Access Memory) have been studied as alternative technologies for floating gate type non-volatile memory. New materials and new processes are required to develop these memories. Therefore, development is not easy.

そこで、近年、MONOS型不揮発性メモリがフローティングゲート型不揮発性メモリの代替技術として使用されている。MONOS型不揮発性メモリは、フローティングゲート型不揮発性メモリの電荷蓄積膜として使用されるポリシリコン膜に代えて、電荷蓄積膜として窒化シリコン膜などのトラップ準位を有する絶縁膜を使用している。このようなMONOS型不揮発性メモリは、類似するフローティングゲート型不揮発性メモリに代表される従来技術を使用することが可能である点、新規プロセスの開発が不要な点、微細化が容易な点、信頼性が高い点などの利点を有している。   Therefore, in recent years, a MONOS type nonvolatile memory has been used as an alternative technology to the floating gate type nonvolatile memory. In the MONOS type nonvolatile memory, an insulating film having a trap level such as a silicon nitride film is used as the charge storage film instead of the polysilicon film used as the charge storage film of the floating gate type nonvolatile memory. Such a MONOS type nonvolatile memory can use a conventional technique represented by a similar floating gate type nonvolatile memory, does not require development of a new process, is easy to be miniaturized, It has advantages such as high reliability.

MONOS型不揮発性メモリには、単一トランジスタ構造のメモリセルや、コントロールゲート電極(選択トランジスタ)とメモリゲート電極(メモリトランジスタ)を設けた2トランジスタ構造のメモリセルが存在する。例えば、2トランジスタ構造のメモリセルは、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたコントロールゲート電極とを有し、コントロールゲート電極の片側の側壁にサイドウォール形状のメモリゲート電極が形成されている。そして、コントロールゲート電極とメモリゲート電極の間、および、メモリゲート電極と半導体基板の間に、第1絶縁膜(第1電位障壁膜)と、電荷蓄積膜(窒化シリコン膜)と、第2絶縁膜(第2電位障壁膜)からなる積層絶縁膜が形成されている。さらに、コントロールゲート電極とメモリゲート電極を挟む半導体基板内の領域にソース領域とドレイン領域が形成されている。   The MONOS type nonvolatile memory includes a memory cell having a single transistor structure and a memory cell having a two-transistor structure provided with a control gate electrode (selection transistor) and a memory gate electrode (memory transistor). For example, a memory cell having a two-transistor structure has a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and a control gate electrode formed on the gate insulating film, and has a sidewall shape on one side wall of the control gate electrode. Memory gate electrodes are formed. A first insulating film (first potential barrier film), a charge storage film (silicon nitride film), and a second insulation are provided between the control gate electrode and the memory gate electrode and between the memory gate electrode and the semiconductor substrate. A laminated insulating film made of a film (second potential barrier film) is formed. Further, a source region and a drain region are formed in a region in the semiconductor substrate that sandwiches the control gate electrode and the memory gate electrode.

このように構成されている2トランジスタ構造のメモリは、スプリットゲート型不揮発性メモリと呼ばれている。このスプリットゲート型不揮発性メモリは、ディプリート不良が発生しないことや、高速動作が可能であるという特徴を有するため、開発が進められている。しかし、スプリットゲート型不揮発性メモリでは、コントロールゲート電極とメモリゲート電極が近接する構造をしている。したがって、例えば、スプリットゲート型不揮発性メモリにデータの書き込みを行なう場合には、コントロールゲート電極とメモリゲート電極の間に高い電位差が生じる。このとき、コントロールゲート電極とメモリゲート電極は、上述した積層絶縁膜(第1電位障壁膜、電荷蓄積膜、第2電位障壁膜)を介して、互いに絶縁されているが、データの書き込み時のようにコントロールゲート電極とメモリゲート電極との間に高い電位差が生じると、薄い積層絶縁膜しか介在していないので、電界密度が高くなり、コントロールゲート電極とメモリゲート電極との間に大きなリーク電流が発生する問題点が生じる。リーク電流が発生すると、消費電力が増大するとともに、正常な書き込み動作を実現することが困難になるおそれがある。   The two-transistor memory configured as described above is called a split gate nonvolatile memory. This split gate type non-volatile memory is characterized by the fact that it does not cause a depletion failure and can operate at high speed. However, the split gate nonvolatile memory has a structure in which the control gate electrode and the memory gate electrode are close to each other. Therefore, for example, when data is written to the split gate nonvolatile memory, a high potential difference is generated between the control gate electrode and the memory gate electrode. At this time, the control gate electrode and the memory gate electrode are insulated from each other via the stacked insulating film (first potential barrier film, charge storage film, second potential barrier film) described above. Thus, when a high potential difference occurs between the control gate electrode and the memory gate electrode, since only a thin laminated insulating film is interposed, the electric field density is increased, and a large leakage current is generated between the control gate electrode and the memory gate electrode. The problem that occurs occurs. When the leakage current occurs, power consumption increases and it may be difficult to realize a normal write operation.

本発明の目的は、不揮発性メモリのうち、特に、コントロールゲート電極とメモリゲート電極が近接するスプリットゲート型不揮発性メモリにおいて、コントロールゲート電極とメモリゲート電極間に発生する電界強度を緩和してリーク電流を低減できる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to reduce leakage of electric field intensity generated between a control gate electrode and a memory gate electrode, particularly in a split gate type nonvolatile memory in which the control gate electrode and the memory gate electrode are close to each other. The object is to provide a technique capable of reducing current.

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

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

代表的な実施の形態による半導体装置は、半導体基板上に形成された複数のメモリセルを有する。前記複数のメモリセルのそれぞれは、(a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、(b)前記ゲート絶縁膜上に形成されたコントロールゲート電極と、(c)前記コントロールゲート電極の側壁に形成されたメモリゲート電極とを備える。そして、(d)前記コントロールゲート電極と前記メモリゲート電極の間、および、前記メモリゲート電極と前記半導体基板の間に形成された積層絶縁膜と、(e)前記半導体基板内に形成されたソース領域およびドレイン領域とを備える。前記積層絶縁膜は、(d1)第1電位障壁膜と、(d2)前記第1電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、(d3)前記電荷蓄積膜上に形成された第2電位障壁膜とを有する。このとき、前記コントロールゲート電極の上端部にバーズビークが形成されている。ここで、前記コントロールゲート電極の中端部に接触する位置に形成された前記第1電位障壁膜の膜厚をaとし、前記コントロールゲート電極の上端部から前記コントロールゲート電極のゲート長方向に形成されている前記バーズビークの長さをbとする場合、b>aの関係が成立し、かつ、2nm≦a≦5nmの関係を満たしていることを特徴とするものである。   A semiconductor device according to a representative embodiment has a plurality of memory cells formed on a semiconductor substrate. Each of the plurality of memory cells includes (a) a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, (b) a control gate electrode formed on the gate insulating film, and (c) a control gate electrode. And a memory gate electrode formed on the side wall. (D) a stacked insulating film formed between the control gate electrode and the memory gate electrode and between the memory gate electrode and the semiconductor substrate; and (e) a source formed in the semiconductor substrate. A region and a drain region. The stacked insulating film includes (d1) a first potential barrier film, (d2) a charge storage film formed on the first potential barrier film, and (d3) a second potential formed on the charge storage film. And a barrier film. At this time, a bird's beak is formed at the upper end of the control gate electrode. Here, the film thickness of the first potential barrier film formed at a position in contact with the middle end portion of the control gate electrode is a, and is formed in the gate length direction of the control gate electrode from the upper end portion of the control gate electrode. When the length of the bird's beak is b, the relationship of b> a is satisfied and the relationship of 2 nm ≦ a ≦ 5 nm is satisfied.

また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板上にメモリセル形成領域を有する半導体装置の製造方法に関し、(a)前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、(b)前記ゲート絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、(c)前記第1導体膜上にマスク膜を形成する工程とを備える。次に、(d)前記マスク膜をパターニングする工程と、(e)パターニングした前記マスク膜から露出する前記第1導体膜の表面に酸化シリコン膜を形成し、かつ、前記マスク膜で覆われている前記第1導体膜に食い込むようにバーズビークを形成する工程とを備える。続いて、(f)パターニングした前記マスク膜をマスクにして、前記第1導体膜を加工することにより、コントロールゲート電極を形成する工程と、(g)前記コントロールゲート電極を形成した前記半導体基板上に積層絶縁膜を形成する工程とを備える。さらに、(h)前記積層絶縁膜上に第2導体膜を形成する工程と、(i)前記第2導体膜を異方性エッチングすることにより、前記コントロールゲート電極の側壁にメモリゲート電極を形成する工程とを備える。そして、(j)前記積層絶縁膜をエッチングすることにより、前記コントロールゲート電極と前記メモリゲート電極の間および前記メモリゲート電極と前記半導体基板の間に前記積層絶縁膜を形成する工程と、(k)前記(j)工程の後、前記半導体基板内にソース領域およびドレイン領域を形成する工程とを備えるものである。   A method of manufacturing a semiconductor device according to a representative embodiment relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a memory cell formation region on a semiconductor substrate, and (a) a step of forming a gate insulating film on the semiconductor substrate; (B) forming a first conductor film on the gate insulating film; and (c) forming a mask film on the first conductor film. Next, (d) a step of patterning the mask film, and (e) a silicon oxide film is formed on the surface of the first conductor film exposed from the patterned mask film, and is covered with the mask film Forming a bird's beak so as to bite into the first conductor film. (F) forming a control gate electrode by processing the first conductor film using the patterned mask film as a mask; and (g) on the semiconductor substrate on which the control gate electrode is formed. Forming a laminated insulating film. (H) forming a second conductor film on the laminated insulating film; and (i) forming a memory gate electrode on the side wall of the control gate electrode by anisotropically etching the second conductor film. And a step of performing. And (j) forming the stacked insulating film between the control gate electrode and the memory gate electrode and between the memory gate electrode and the semiconductor substrate by etching the stacked insulating film; ) After the step (j), a step of forming a source region and a drain region in the semiconductor substrate is provided.

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

不揮発性メモリのうち、特に、コントロールゲート電極とメモリゲート電極が近接するスプリットゲート型不揮発性メモリにおいて、コントロールゲート電極とメモリゲート電極間に発生する電界強度を緩和してリーク電流を低減できる。   Among the nonvolatile memories, in particular, in a split gate nonvolatile memory in which the control gate electrode and the memory gate electrode are close to each other, the electric field strength generated between the control gate electrode and the memory gate electrode can be relaxed to reduce the leakage current.

実施の形態1における半導体チップのレイアウト構成を示す図である。3 is a diagram showing a layout configuration of a semiconductor chip in the first embodiment. FIG. 本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 図2に示すメモリセルを拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the memory cell shown in FIG. 2. 実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment. FIG. 図4に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 14; 実施の形態1の変形例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a modification of the first embodiment. FIG. 実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the second embodiment. 図17に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 19; 実施の形態3における半導体装置の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device in a third embodiment. 実施の形態3における半導体装置の製造工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 図22に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 22; 図23に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 23; 図24に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 24; 図25に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 25; 図26に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 26; 図27に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 27; 実施の形態4における半導体装置の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device in a fourth embodiment. 図29に示すメモリセルを拡大して示す断面図である。FIG. 30 is an enlarged cross-sectional view showing the memory cell shown in FIG. 29. 実施の形態4における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the fourth embodiment. 図31に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 31; 図32に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 32; 図33に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 33; 図34に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 34; 図35に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 35; 図36に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 36; 図37に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 37;

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。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

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。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

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は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。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
本実施の形態1における不揮発性メモリについて図面を参照しながら説明する。まず、不揮発性メモリセルを含むシステムが形成された半導体チップのレイアウト構成について説明する。図1は、本実施の形態1における半導体チップCHPのレイアウト構成を示す図である。図1において、半導体チップCHPは、CPU(Central Processing Unit)1、RAM(Random Access Memory)2、アナログ回路3、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)4、フラッシュメモリ5およびI/O(Input/Output)回路6を有している。
(Embodiment 1)
The nonvolatile memory in the first embodiment will be described with reference to the drawings. First, a layout configuration of a semiconductor chip on which a system including nonvolatile memory cells is formed will be described. FIG. 1 is a diagram showing a layout configuration of the semiconductor chip CHP in the first embodiment. In FIG. 1, a semiconductor chip CHP includes a CPU (Central Processing Unit) 1, a RAM (Random Access Memory) 2, an analog circuit 3, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 4, a flash memory 5 and an I / O (Input / Input). Output) circuit 6 is provided.

CPU(回路)1は、中央演算処理装置とも呼ばれ、コンピュータなどの心臓部にあたる。このCPU1は、記憶装置から命令を読み出して解読し、それに基づいて多種多様な演算や制御を行なうものである。   The CPU (circuit) 1 is also called a central processing unit and is the heart of a computer or the like. The CPU 1 reads and decodes instructions from the storage device, and performs a variety of calculations and controls based on the instructions.

RAM(回路)2は、記憶情報をランダムに、すなわち随時記憶されている記憶情報を読み出したり、記憶情報を新たに書き込んだりすることができるメモリであり、随時書き込み読み出しができるメモリとも呼ばれる。ICメモリとしてのRAMには、ダイナミック回路を用いたDRAM(Dynamic RAM)とスタティック回路を用いたSRAM(Static RAM)の2種類がある。DRAMは、記憶保持動作が必要な随時書き込み読み出しメモリであり、SRAMは、記憶保持動作が不要な随時書き込み読み出しメモリである。   The RAM (circuit) 2 is a memory that can read stored information at random, that is, read stored information at any time, or write new stored information, and is also called a memory that can be written and read at any time. There are two types of RAM as an IC memory: DRAM (Dynamic RAM) using a dynamic circuit and SRAM (Static RAM) using a static circuit. DRAM is an occasional writing / reading memory that requires a memory holding operation, and SRAM is an occasional writing / reading memory that does not require a memory holding operation.

アナログ回路3は、時間的に連続して変化する電圧や電流の信号、すなわちアナログ信号を扱う回路であり、例えば増幅回路、変換回路、変調回路、発振回路、電源回路などから構成されている。   The analog circuit 3 is a circuit that handles a voltage or current signal that changes continuously in time, that is, an analog signal, and includes, for example, an amplifier circuit, a conversion circuit, a modulation circuit, an oscillation circuit, and a power supply circuit.

EEPROM4およびフラッシュメモリ5は、書き込み動作および消去動作とも電気的に書き換え可能な不揮発性メモリの一種であり、電気的消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリとも呼ばれる。このEEPROM4およびフラッシュメモリ5のメモリセルは、記憶(メモリ)用の例えばMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタやMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型トランジスタから構成される。EEPROM4およびフラッシュメモリ5の書き込み動作および消去動作には、例えばファウラーノルドハイム型トンネル現象を利用する。なお、ホットエレクトロンやホットホールを用いて書き込み動作や消去動作させることも可能である。EEPROM4とフラッシュメモリ5の相違点は、EEPROM4が、例えば、バイト単位で消去のできる不揮発性メモリであるのに対し、フラッシュメモリ5が、例えば、ワード線単位で消去できる不揮発性メモリである点である。一般に、フラッシュメモリ5には、CPU1で種々の処理を実行するためのプログラムなどが記憶されている。これに対し、EEPROM4には、書き換え頻度の高い各種データが記憶されている。   The EEPROM 4 and the flash memory 5 are a kind of non-volatile memory that can be electrically rewritten for both writing and erasing operations, and are also called electrically erasable programmable read-only memories. The memory cells of the EEPROM 4 and the flash memory 5 are composed of, for example, MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type transistors or MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) type transistors for storage (memory). For example, the Fowler-Nordheim tunneling phenomenon is used for the writing operation and the erasing operation of the EEPROM 4 and the flash memory 5. Note that a write operation or an erase operation can be performed using hot electrons or hot holes. The difference between the EEPROM 4 and the flash memory 5 is that the EEPROM 4 is a non-volatile memory that can be erased in byte units, for example, whereas the flash memory 5 is a non-volatile memory that can be erased in word word units, for example. is there. In general, the flash memory 5 stores a program for the CPU 1 to execute various processes. On the other hand, the EEPROM 4 stores various data with high rewrite frequency.

I/O回路6は、入出力回路であり、半導体チップCHP内から半導体チップCHPの外部に接続された機器へのデータの出力や、半導体チップCHPの外部に接続された機器から半導体チップ内へのデータの入力を行なうための回路である。   The I / O circuit 6 is an input / output circuit, and outputs data from the semiconductor chip CHP to a device connected to the outside of the semiconductor chip CHP, or from a device connected to the outside of the semiconductor chip CHP to the semiconductor chip. This is a circuit for inputting the data.

次に、本実施の形態1における不揮発性メモリの構成について説明する。本実施の形態1における不揮発性メモリは、図1に示すEEPROM4やフラッシュメモリ5を構成するメモリである。図2は、本実施の形態1における不揮発性メモリの断面を示す図である。図2では、メモリセル形成領域MCRと周辺回路形成領域PERが図示されており、メモリセル形成領域MCRには、1つのメモリセルが示されている。一方、周辺回路形成領域PERには、周辺回路を構成するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が図示されている。   Next, the configuration of the nonvolatile memory in the first embodiment will be described. The nonvolatile memory according to the first embodiment is a memory constituting the EEPROM 4 and the flash memory 5 shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the nonvolatile memory according to the first embodiment. In FIG. 2, a memory cell formation region MCR and a peripheral circuit formation region PER are illustrated, and one memory cell is illustrated in the memory cell formation region MCR. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) constituting the peripheral circuit is illustrated.

図2に示すように、メモリセル形成領域MCRにおいては、半導体基板1Sにウェル分離層NISOが形成されており、このウェル分離層NISO上にp型ウェルPWL1が形成されている。一方、周辺回路形成領域PERにおいては、半導体基板1Sに素子分離領域STIが形成されており、この素子分離領域STIで区画された活性領域(アクティブ領域)にp型ウェルPWL2およびn型ウェルNWL1が形成されている。素子分離領域STIは、半導体基板1Sに形成した溝に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより形成されている。   As shown in FIG. 2, in the memory cell formation region MCR, a well isolation layer NISO is formed on a semiconductor substrate 1S, and a p-type well PWL1 is formed on the well isolation layer NISO. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, the element isolation region STI is formed in the semiconductor substrate 1S, and the p-type well PWL2 and the n-type well NWL1 are formed in the active region (active region) partitioned by the element isolation region STI. Is formed. The element isolation region STI is formed by embedding an insulating film such as a silicon oxide film in a groove formed in the semiconductor substrate 1S.

まず、素子分離領域STIで区画された周辺回路形成領域PERに形成されているMISFETの構成について説明する。周辺回路形成領域PERとは周辺回路が形成されている領域を示している。具体的には、不揮発性メモリ(不揮発性半導体記憶装置)は、メモリセルがアレイ状(行列状)に形成されたメモリセル形成領域MCRと、このメモリセル形成領域MCRに形成されているメモリセルを制御する周辺回路が形成された周辺回路形成領域PERから構成されている。そして、この周辺回路形成領域PERに形成された周辺回路には、メモリセルのコントロールゲート電極などに印加する電圧を制御するワードドライバや、メモリセルからの出力を増幅するセンスアンプや、ワードドライバやセンスアンプを制御する制御回路などから構成されている。したがって、図2に示す周辺回路形成領域PERには、例えば、ワードドライバ、センスアンプあるいは制御回路などを構成するMISFETが図示されている。以下に、この周辺回路を構成するnチャネル型MISFETについて説明する。   First, the configuration of the MISFET formed in the peripheral circuit formation region PER divided by the element isolation region STI will be described. The peripheral circuit formation region PER indicates a region where a peripheral circuit is formed. Specifically, the nonvolatile memory (nonvolatile semiconductor memory device) includes a memory cell formation region MCR in which memory cells are formed in an array (matrix), and a memory cell formed in the memory cell formation region MCR. The peripheral circuit forming region PER is formed with a peripheral circuit for controlling the control. The peripheral circuit formed in the peripheral circuit formation region PER includes a word driver that controls the voltage applied to the control gate electrode of the memory cell, a sense amplifier that amplifies the output from the memory cell, a word driver, It consists of a control circuit that controls the sense amplifier. Therefore, in the peripheral circuit formation region PER shown in FIG. 2, for example, a MISFET constituting a word driver, a sense amplifier or a control circuit is illustrated. The n-channel MISFET constituting this peripheral circuit will be described below.

図2に示すように、周辺回路形成領域PERでは、半導体基板1S上にp型ウェルPWL2が形成されている。p型ウェルPWL2は、ボロン(B)などのp型不純物を半導体基板1Sに導入したp型半導体領域から形成されている。   As shown in FIG. 2, in the peripheral circuit formation region PER, a p-type well PWL2 is formed on the semiconductor substrate 1S. The p-type well PWL2 is formed from a p-type semiconductor region in which a p-type impurity such as boron (B) is introduced into the semiconductor substrate 1S.

次に、p型ウェルPWL2(半導体基板1S)上にはゲート絶縁膜GOXが形成されており、このゲート絶縁膜GOX上にゲート電極G1が形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、ゲート電極G1は、例えば、ポリシリコン膜PF1とこのポリシリコン膜PF1の表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSから形成されている。ゲート電極G1を構成するポリシリコン膜PF1には、ゲート電極G1の空乏化を抑えるために、例えば、リンなどのn型不純物が導入されている。ゲート電極G1の一部を構成するコバルトシリサイド膜CSはゲート電極G1の低抵抗化のために形成されている。   Next, a gate insulating film GOX is formed on the p-type well PWL2 (semiconductor substrate 1S), and a gate electrode G1 is formed on the gate insulating film GOX. The gate insulating film GOX is made of, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode G1 is made of, for example, a polysilicon film PF1 and a cobalt silicide film CS formed on the surface of the polysilicon film PF1. For example, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the polysilicon film PF1 constituting the gate electrode G1 in order to suppress depletion of the gate electrode G1. The cobalt silicide film CS constituting a part of the gate electrode G1 is formed for reducing the resistance of the gate electrode G1.

ゲート電極G1の両側の側壁には、例えば、酸化シリコン膜からなるサイドウォールSWが形成されており、このサイドウォールSW直下の半導体基板1S(p型ウェルPWL2)内には浅い低濃度不純物拡散領域EX2が形成されている。この浅い低濃度不純物拡散領域EX2はn型半導体領域であり、ゲート電極G1に整合して形成されている。そして、この浅い低濃度不純物拡散領域EX2の外側には深い高濃度不純物拡散領域NR2が形成されている。この深い高濃度不純物拡散領域NR2もn型半導体領域であり、サイドウォールSWに整合して形成されている。深い高濃度不純物拡散領域NR2の表面には低抵抗化のためのコバルトシリサイド膜CSが形成されている。浅い低濃度不純物拡散領域EX2と深い高濃度不純物拡散領域NR2によりソース領域が形成され、浅い低濃度不純物拡散領域EX2と深い高濃度不純物拡散領域NR2によりドレイン領域が形成される。このようにして、周辺回路形成領域PERにnチャネル型MISFETが形成されている。   Side walls SW made of, for example, a silicon oxide film are formed on the side walls on both sides of the gate electrode G1, and a shallow low-concentration impurity diffusion region is formed in the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL2) immediately below the sidewall SW. EX2 is formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 is an n-type semiconductor region and is formed in alignment with the gate electrode G1. A deep high concentration impurity diffusion region NR2 is formed outside the shallow low concentration impurity diffusion region EX2. This deep high-concentration impurity diffusion region NR2 is also an n-type semiconductor region and is formed in alignment with the sidewall SW. A cobalt silicide film CS for reducing the resistance is formed on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region NR2. A source region is formed by the shallow low concentration impurity diffusion region EX2 and the deep high concentration impurity diffusion region NR2, and a drain region is formed by the shallow low concentration impurity diffusion region EX2 and the deep high concentration impurity diffusion region NR2. In this way, an n-channel MISFET is formed in the peripheral circuit formation region PER.

次に、周辺回路を構成するpチャネル型MISFETについて説明する。図2に示すように、周辺回路形成領域PERでは、半導体基板1S上にn型ウェルNWL1が形成されている。n型ウェルNWL1は、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を半導体基板1Sに導入したn型半導体領域から形成されている。   Next, a p-channel type MISFET constituting the peripheral circuit will be described. As shown in FIG. 2, in the peripheral circuit formation region PER, an n-type well NWL1 is formed on the semiconductor substrate 1S. The n-type well NWL1 is formed from an n-type semiconductor region in which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced into the semiconductor substrate 1S.

次に、n型ウェルNWL1(半導体基板1S)上にはゲート絶縁膜GOXが形成されており、このゲート絶縁膜GOX上にゲート電極G2が形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、ゲート電極G2は、例えば、ポリシリコン膜PF1とこのポリシリコン膜PF1の表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSから形成されている。ゲート電極G2を構成するポリシリコン膜PF1には、ゲート電極G2の空乏化を抑えるために、例えば、ボロン(ホウ素)などのp型不純物が導入されている。ゲート電極G2の一部を構成するコバルトシリサイド膜CSはゲート電極G2の低抵抗化のために形成されている。   Next, a gate insulating film GOX is formed on the n-type well NWL1 (semiconductor substrate 1S), and a gate electrode G2 is formed on the gate insulating film GOX. The gate insulating film GOX is formed of, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode G2 is formed of, for example, a polysilicon film PF1 and a cobalt silicide film CS formed on the surface of the polysilicon film PF1. A p-type impurity such as boron (boron) is introduced into the polysilicon film PF1 constituting the gate electrode G2 in order to suppress depletion of the gate electrode G2. The cobalt silicide film CS constituting a part of the gate electrode G2 is formed for reducing the resistance of the gate electrode G2.

ゲート電極G2の両側の側壁には、例えば、酸化シリコン膜からなるサイドウォールSWが形成されており、このサイドウォールSW直下の半導体基板1S(n型ウェルNWL1)内には浅い低濃度不純物拡散領域EX3が形成されている。この浅い低濃度不純物拡散領域EX3はp型半導体領域であり、ゲート電極G2に整合して形成されている。そして、この浅い低濃度不純物拡散領域EX3の外側には深い高濃度不純物拡散領域PR1が形成されている。この深い高濃度不純物拡散領域PR1もp型半導体領域であり、サイドウォールSWに整合して形成されている。深い高濃度不純物拡散領域PR1の表面には低抵抗化のためのコバルトシリサイド膜CSが形成されている。浅い低濃度不純物拡散領域EX3と深い高濃度不純物拡散領域PR1によりソース領域が形成され、浅い低濃度不純物拡散領域EX3と深い高濃度不純物拡散領域PR1によりドレイン領域が形成される。このようにして、周辺回路形成領域PERにpチャネル型MISFETが形成されている。   Side walls SW made of, for example, a silicon oxide film are formed on the side walls on both sides of the gate electrode G2, and a shallow low-concentration impurity diffusion region is formed in the semiconductor substrate 1S (n-type well NWL1) immediately below the sidewall SW. EX3 is formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 is a p-type semiconductor region and is formed in alignment with the gate electrode G2. A deep high-concentration impurity diffusion region PR1 is formed outside the shallow low-concentration impurity diffusion region EX3. This deep high-concentration impurity diffusion region PR1 is also a p-type semiconductor region and is formed in alignment with the sidewall SW. A cobalt silicide film CS for reducing the resistance is formed on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region PR1. A source region is formed by the shallow low concentration impurity diffusion region EX3 and the deep high concentration impurity diffusion region PR1, and a drain region is formed by the shallow low concentration impurity diffusion region EX3 and the deep high concentration impurity diffusion region PR1. In this way, the p-channel type MISFET is formed in the peripheral circuit formation region PER.

続いて、周辺回路形成領域PERに形成されているMISFETと接続する配線構造について説明する。MISFET上には、MISFETを覆うように酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜IL1が形成されている。層間絶縁膜IL1は、例えば、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜の積層膜から形成されている。この層間絶縁膜IL1には、層間絶縁膜IL1を貫通してソース領域やドレイン領域を構成するコバルトシリサイド膜CSに達するコンタクトホールCNTが形成されている。コンタクトホールCNTの内部には、バリア導体膜であるチタン/窒化チタン膜が形成され、コンタクトホールを埋め込むようにタングステン膜が形成されている。このように、コンタクトホールCNTにチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を埋め込むことにより、導電性のプラグPLG1が形成されている。そして、層間絶縁膜IL1上には、例えば、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜IL2が形成されており、この層間絶縁膜IL2に配線溝が形成されている。この配線溝を埋め込むように配線L1が形成されている。配線L1は、例えば、タンタル/窒化タンタル膜と銅膜の積層膜から形成されており、層間絶縁膜IL1に形成されたプラグPLG1と電気的に接続されるようになっている。   Subsequently, a wiring structure connected to the MISFET formed in the peripheral circuit formation region PER will be described. On the MISFET, an interlayer insulating film IL1 made of a silicon oxide film is formed so as to cover the MISFET. The interlayer insulating film IL1 is formed of, for example, a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film. In the interlayer insulating film IL1, a contact hole CNT that penetrates the interlayer insulating film IL1 and reaches the cobalt silicide film CS constituting the source region and the drain region is formed. A titanium / titanium nitride film as a barrier conductor film is formed inside the contact hole CNT, and a tungsten film is formed so as to fill the contact hole. Thus, the conductive plug PLG1 is formed by embedding the titanium / titanium nitride film and the tungsten film in the contact hole CNT. An interlayer insulating film IL2 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film IL1, and a wiring trench is formed in the interlayer insulating film IL2. A wiring L1 is formed so as to fill the wiring groove. The wiring L1 is formed of, for example, a laminated film of a tantalum / tantalum nitride film and a copper film, and is electrically connected to the plug PLG1 formed in the interlayer insulating film IL1.

次に、メモリセル形成領域MCRに形成されているメモリセルの構成について説明する。図2に示すように、メモリセル形成領域MCRにおいて、半導体基板1S上にn型半導体領域からなるウェル分離層NISOが形成されており、このウェル分離層NISO上にp型ウェルPWL1が形成されている。そして、このp型ウェルPWL1上にメモリセルが形成されている。このメモリセルは、メモリセルを選択する選択部と情報を記憶する記憶部から構成されている。   Next, the configuration of the memory cell formed in the memory cell formation region MCR will be described. As shown in FIG. 2, in the memory cell formation region MCR, a well isolation layer NISO made of an n-type semiconductor region is formed on a semiconductor substrate 1S, and a p-type well PWL1 is formed on the well isolation layer NISO. Yes. A memory cell is formed on the p-type well PWL1. The memory cell includes a selection unit that selects a memory cell and a storage unit that stores information.

始めに、メモリセルを選択する選択部の構成について説明する。メモリセルは、半導体基板1S(p型ウェルPWL1)上に形成されたゲート絶縁膜GOXを有しており、このゲート絶縁膜GOX上にコントロールゲート電極(制御電極)CGが形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成されており、コントロールゲート電極CGは、例えば、ポリシリコン膜PF1とポリシリコン膜PF1上に形成されているコバルトシリサイド膜CSから形成されている。コバルトシリサイド膜CSは、コントロールゲート電極CGの低抵抗化のために形成されている。このコントロールゲート電極CGは、メモリセルを選択する機能を有している。つまり、コントロールゲート電極CGによって特定のメモリセルを選択し、選択したメモリセルに対して書き込み動作や消去動作あるいは読み出し動作をするようになっている。   First, the configuration of the selection unit that selects a memory cell will be described. The memory cell has a gate insulating film GOX formed on the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1), and a control gate electrode (control electrode) CG is formed on the gate insulating film GOX. The gate insulating film GOX is made of, for example, a silicon oxide film, and the control gate electrode CG is made of, for example, the polysilicon film PF1 and the cobalt silicide film CS formed on the polysilicon film PF1. The cobalt silicide film CS is formed to reduce the resistance of the control gate electrode CG. The control gate electrode CG has a function of selecting a memory cell. That is, a specific memory cell is selected by the control gate electrode CG, and a write operation, an erase operation, or a read operation is performed on the selected memory cell.

次に、メモリセルの記憶部の構成について説明する。コントロールゲート電極CGの片側の側壁には絶縁膜からなる積層絶縁膜を介してメモリゲート電極MGが形成されている。メモリゲート電極MGは、コントロールゲート電極CGの片側の側壁に形成されたサイドウォール状の形状をしており、ポリシリコン膜PF2とポリシリコン膜PF2上に形成されているコバルトシリサイド膜CSから形成されている。コバルトシリサイド膜CSは、メモリゲート電極MGの低抵抗化のために形成されている。   Next, the configuration of the storage unit of the memory cell will be described. A memory gate electrode MG is formed on a side wall on one side of the control gate electrode CG via a laminated insulating film made of an insulating film. The memory gate electrode MG has a sidewall shape formed on one side wall of the control gate electrode CG, and is formed of a polysilicon film PF2 and a cobalt silicide film CS formed on the polysilicon film PF2. ing. The cobalt silicide film CS is formed to reduce the resistance of the memory gate electrode MG.

コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGの間およびメモリゲート電極MGと半導体基板1Sとの間には、積層絶縁膜が形成されている。この積層絶縁膜は、半導体基板1S上に形成されている電位障壁膜EB1と、電位障壁膜EB1上に形成されている電荷蓄積膜ECと、電荷蓄積膜EC上に形成されている電位障壁膜EB2から構成されている。電位障壁膜EB1は、例えば、酸化シリコン膜から形成されており、メモリゲート電極MGと半導体基板1Sとの間に形成されるゲート絶縁膜として機能する。この酸化シリコン膜からなる電位障壁膜は、トンネル絶縁膜としての機能も有する。例えばメモリセルの記憶部は、半導体基板1Sから電位障壁膜EB1を介して電荷蓄積膜ECに電子を注入したり、電荷蓄積膜ECに正孔を注入したりして情報の記憶や消去を行なうため、電位障壁膜EB1は、トンネル絶縁膜として機能する。   A laminated insulating film is formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG and between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1S. The stacked insulating film includes a potential barrier film EB1 formed on the semiconductor substrate 1S, a charge storage film EC formed on the potential barrier film EB1, and a potential barrier film formed on the charge storage film EC. It is composed of EB2. The potential barrier film EB1 is made of, for example, a silicon oxide film, and functions as a gate insulating film formed between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate 1S. This potential barrier film made of a silicon oxide film also has a function as a tunnel insulating film. For example, the memory unit of the memory cell stores and erases information by injecting electrons from the semiconductor substrate 1S into the charge storage film EC via the potential barrier film EB1 or injecting holes into the charge storage film EC. Therefore, the potential barrier film EB1 functions as a tunnel insulating film.

そして、この電位障壁膜EB1上に形成されている電荷蓄積膜ECは、電荷を蓄積する機能を有している。具体的に、本実施の形態1では、電荷蓄積膜ECを窒化シリコン膜から形成している。本実施の形態1におけるメモリセルの記憶部は、電荷蓄積膜ECに蓄積される電荷の有無によって、メモリゲート電極MG下の半導体基板1S内を流れる電流を制御することにより、情報を記憶するようになっている。つまり、電荷蓄積膜ECに蓄積される電荷の有無によって、メモリゲート電極MG下の半導体基板1S内を流れる電流のしきい値電圧が変化することを利用して情報を記憶している。   The charge storage film EC formed on the potential barrier film EB1 has a function of storing charges. Specifically, in the first embodiment, the charge storage film EC is formed from a silicon nitride film. The storage unit of the memory cell according to the first embodiment stores information by controlling the current flowing in the semiconductor substrate 1S under the memory gate electrode MG according to the presence or absence of charges stored in the charge storage film EC. It has become. That is, information is stored by utilizing the fact that the threshold voltage of the current flowing in the semiconductor substrate 1S under the memory gate electrode MG changes depending on the presence or absence of charges accumulated in the charge storage film EC.

本実施の形態1では、電荷蓄積膜ECとしてトラップ準位を有する絶縁膜を使用している。このトラップ準位を有する絶縁膜の一例として窒化シリコン膜が挙げられるが、窒化シリコン膜に限らず、例えば、酸化アルミニウム膜(アルミナ)、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使用してもよい。電荷蓄積膜ECとしてトラップ準位を有する絶縁膜を使用する場合、電荷は絶縁膜に形成されているトラップ準位に捕獲される。このようにトラップ準位に電荷を捕獲することにより、絶縁膜中に電荷を蓄積するようになっている。   In the first embodiment, an insulating film having a trap level is used as the charge storage film EC. An example of the insulating film having this trap level is a silicon nitride film. However, the insulating film is not limited to a silicon nitride film, and is higher than a silicon nitride film such as an aluminum oxide film (alumina), a hafnium oxide film, or a tantalum oxide film. A high dielectric constant film having a dielectric constant may be used. When an insulating film having a trap level is used as the charge storage film EC, charges are trapped in the trap level formed in the insulating film. Thus, charges are accumulated in the insulating film by trapping the charges at the trap level.

従来、電荷蓄積膜ECとしてポリシリコン膜が主に使用されてきたが、電荷蓄積膜ECとしてポリシリコン膜を使用した場合、電荷蓄積膜ECを取り囲む電位障壁膜EB1あるいは電位障壁膜EB2のどこか一部に欠陥があると、電荷蓄積膜ECが導体膜であるため、異常リークにより電荷蓄積膜ECに蓄積された電荷がすべて抜けてしまうことが起こりうる。   Conventionally, a polysilicon film has been mainly used as the charge storage film EC. However, when a polysilicon film is used as the charge storage film EC, somewhere in the potential barrier film EB1 or the potential barrier film EB2 surrounding the charge storage film EC. If there is a defect in part, since the charge storage film EC is a conductor film, all charges accumulated in the charge storage film EC may be lost due to abnormal leakage.

そこで、電荷蓄積膜ECとして、絶縁体である窒化シリコン膜が使用されてきている。この場合、データ記憶に寄与する電荷は、窒化シリコン膜中に存在する離散的なトラップ準位(捕獲準位)に蓄積される。したがって、電荷蓄積膜ECを取り巻く電位障壁膜EB1や電位障壁膜EB2中の一部に欠陥が生じても、電荷は電荷蓄積膜ECの離散的なトラップ準位に蓄積されているため、すべての電荷が電荷蓄積膜ECから抜け出てしまうことがない。このため、データ保持の信頼性向上を図ることができる。   Therefore, a silicon nitride film that is an insulator has been used as the charge storage film EC. In this case, electric charges contributing to data storage are accumulated in discrete trap levels (capture levels) existing in the silicon nitride film. Therefore, even if a defect occurs in a part of the potential barrier film EB1 or the potential barrier film EB2 surrounding the charge storage film EC, all charges are stored in the discrete trap levels of the charge storage film EC. Charges do not escape from the charge storage film EC. For this reason, the reliability of data retention can be improved.

このような理由から、電荷蓄積膜ECとして、窒化シリコン膜に限らず、離散的なトラップ準位を含むような膜を使用することにより、データ保持の信頼性を向上することができる。さらに、本実施の形態1では、電荷蓄積膜ECとしてデータ保持特性に優れた窒化シリコン膜を使用している。このため、電荷蓄積膜ECからの電荷の流出を防止するために設けられている電位障壁膜EB1および電位障壁膜EB2の膜厚を薄くすることができる。これにより、メモリセルを駆動する電圧を低電圧化することができる利点も有していることになる。   For this reason, the reliability of data retention can be improved by using a film that includes not only a silicon nitride film but also a discrete trap level as the charge storage film EC. Further, in the first embodiment, a silicon nitride film having excellent data retention characteristics is used as the charge storage film EC. Therefore, the thicknesses of the potential barrier film EB1 and the potential barrier film EB2 provided to prevent the outflow of charges from the charge storage film EC can be reduced. Thus, there is an advantage that the voltage for driving the memory cell can be lowered.

次に、コントロールゲート電極CGの側壁のうち、一方の片側にはメモリゲート電極MGが形成されているが、もう一方の片側には、酸化シリコン膜よりなるサイドウォールSWが形成されている。同様に、メモリゲート電極MGの側壁のうち、一方の片側にはコントロールゲート電極CGが形成されており、もう一方の片側にも酸化シリコン膜よりなるサイドウォールSWが形成されている。   Next, the memory gate electrode MG is formed on one side of the sidewalls of the control gate electrode CG, while the sidewall SW made of a silicon oxide film is formed on the other side. Similarly, a control gate electrode CG is formed on one side of the sidewalls of the memory gate electrode MG, and a sidewall SW made of a silicon oxide film is formed on the other side.

サイドウォールSWの直下にある半導体基板1S内には、n型半導体領域である一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1が形成されており、この一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1に接する外側の領域に一対の深い高濃度不純物拡散領域NR1が形成されている。この深い高濃度不純物拡散領域NR1もn型半導体領域であり、深い高濃度不純物拡散領域NR1の表面にはコバルトシリサイド膜CSが形成されている。一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1と一対の深い高濃度不純物拡散領域NR1によって、メモリセルのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。ソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域NR1で形成することにより、ソース領域とドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。ここで、ゲート絶縁膜GOXおよびゲート絶縁膜GOX上に形成されたコントロールゲート電極CGおよび上述したソース領域とドレイン領域によって構成されるトランジスタを選択トランジスタと呼ぶことにする。一方、電位障壁膜EB1、電荷蓄積膜ECおよび電位障壁膜EB2からなる積層絶縁膜とこの積層絶縁膜上に形成されているメモリゲート電極MG、上述したソース領域とドレイン領域によって構成されるトランジスタをメモリトランジスタと呼ぶことにする。これにより、メモリセルの選択部は選択トランジスタから構成され、メモリセルの記憶部はメモリトランジスタから構成されているということができる。このようにして、メモリセルが構成されている。   A pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1 that are n-type semiconductor regions are formed in the semiconductor substrate 1S immediately below the sidewall SW, and an outer region in contact with the pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1. A pair of deep high-concentration impurity diffusion regions NR1 is formed. This deep high-concentration impurity diffusion region NR1 is also an n-type semiconductor region, and a cobalt silicide film CS is formed on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region NR1. A pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1 and a pair of deep high-concentration impurity diffusion regions NR1 form a source region or a drain region of the memory cell. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR1, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure. Here, the transistor including the gate insulating film GOX, the control gate electrode CG formed on the gate insulating film GOX, and the above-described source region and drain region is referred to as a selection transistor. On the other hand, a stacked insulating film composed of the potential barrier film EB1, the charge storage film EC, and the potential barrier film EB2, a memory gate electrode MG formed on the stacked insulating film, and a transistor constituted by the source region and the drain region described above. It will be called a memory transistor. Thereby, it can be said that the selection part of a memory cell is comprised from the selection transistor, and the memory | storage part of the memory cell is comprised from the memory transistor. In this way, a memory cell is configured.

続いて、メモリセルと接続する配線構造について説明する。メモリセル上には、メモリセルを覆うように窒化シリコン膜および酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜IL1が形成されている。この層間絶縁膜IL1には、層間絶縁膜IL1を貫通してソース領域やドレイン領域を構成するコバルトシリサイド膜CSに達するコンタクトホールCNTが形成されている。コンタクトホールCNTの内部には、バリア導体膜であるチタン/窒化チタン膜が形成され、コンタクトホールCNTを埋め込むようにタングステン膜が形成されている。このように、コンタクトホールCNTにチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を埋め込むことにより、導電性のプラグPLG1が形成されている。そして、層間絶縁膜IL1上には、例えば、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜IL2が形成されており、この層間絶縁膜IL2に配線溝が形成されている。この配線溝を埋め込むように配線L1が形成されている。配線L1は、例えば、タンタル/窒化タンタル膜と銅膜の積層膜から形成されており、層間絶縁膜IL1に形成されたプラグPLG1と電気的に接続されるようになっている。以上のようにして、半導体基板1S上にメモリセルと、周辺回路を構成するMISFETが形成されている。   Next, a wiring structure connected to the memory cell will be described. Over the memory cell, an interlayer insulating film IL1 made of a silicon nitride film and a silicon oxide film is formed so as to cover the memory cell. In the interlayer insulating film IL1, a contact hole CNT that penetrates the interlayer insulating film IL1 and reaches the cobalt silicide film CS constituting the source region and the drain region is formed. A titanium / titanium nitride film, which is a barrier conductor film, is formed inside the contact hole CNT, and a tungsten film is formed so as to fill the contact hole CNT. Thus, the conductive plug PLG1 is formed by embedding the titanium / titanium nitride film and the tungsten film in the contact hole CNT. An interlayer insulating film IL2 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film IL1, and a wiring trench is formed in the interlayer insulating film IL2. A wiring L1 is formed so as to fill the wiring groove. The wiring L1 is formed of, for example, a laminated film of a tantalum / tantalum nitride film and a copper film, and is electrically connected to the plug PLG1 formed in the interlayer insulating film IL1. As described above, the memory cell and the MISFET constituting the peripheral circuit are formed on the semiconductor substrate 1S.

続いて、本実施の形態1における不揮発性メモリセルの動作について説明する。ここで、コントロールゲート電極CGに印加する電圧をVcg、メモリゲート電極MGに印加する電圧をVmgとしている。さらに、ソース領域とドレイン領域のそれぞれに印加する電圧をVs、Vdとし、半導体基板(p型ウェル)に印加する電圧をVsubとしている。電荷蓄積膜ECである窒化シリコン膜への電子の注入を「書き込み」、窒化シリコン膜への正孔(ホール)の注入を「消去」と定義する。   Next, the operation of the nonvolatile memory cell in the first embodiment will be described. Here, the voltage applied to the control gate electrode CG is Vcg, and the voltage applied to the memory gate electrode MG is Vmg. Further, voltages applied to the source region and the drain region are Vs and Vd, respectively, and a voltage applied to the semiconductor substrate (p-type well) is Vsub. The injection of electrons into the silicon nitride film as the charge storage film EC is defined as “writing”, and the injection of holes into the silicon nitride film is defined as “erasing”.

まず、書き込み動作について説明する。書き込み動作は、いわゆるソースサイド注入方式(ソースサイドインジェクション方式)と呼ばれるホットエレクトロン書き込みによって行なわれる。書き込み電圧としては、例えば、ソース領域に印加する電圧Vsを5V、メモリゲート電極に印加する電圧Vmgを10V、コントロールゲート電極に印加する電圧Vcgを1Vとする。そして、ドレイン領域に印加する電圧Vdは書き込み時のチャネル電流がある設定値となるように制御する。このときの電圧Vdはチャネル電流の設定値とコントロールゲート電極を有する選択トランジスタのしきい値電圧によって決まり、例えば、0.5V程度となる。p型ウェルPWL1(半導体基板)に印加される電圧Vsubは0Vである。本明細書では、書き込み動作時に高電圧を印加する半導体領域をソース領域と呼び、書き込み動作時に低電圧を印加する半導体領域をドレイン領域と統一して呼ぶことにする。例えば、図2を参照すると、メモリゲート電極MG側の深い高濃度不純物拡散領域NR1と浅い低濃度不純物拡散領域EX1からなる半導体領域がソース領域であり、コントロールゲート電極CG側の深い高濃度不純物拡散領域NR1と浅い低濃度不純物拡散領域EX1からなる半導体領域がドレイン領域となる。   First, the write operation will be described. The writing operation is performed by hot electron writing called a so-called source side injection method (source side injection method). As the write voltage, for example, the voltage Vs applied to the source region is 5V, the voltage Vmg applied to the memory gate electrode is 10V, and the voltage Vcg applied to the control gate electrode is 1V. The voltage Vd applied to the drain region is controlled so that the channel current at the time of writing becomes a certain set value. The voltage Vd at this time is determined by the set value of the channel current and the threshold voltage of the selection transistor having the control gate electrode, and is, for example, about 0.5V. The voltage Vsub applied to the p-type well PWL1 (semiconductor substrate) is 0V. In this specification, a semiconductor region to which a high voltage is applied during a write operation is referred to as a source region, and a semiconductor region to which a low voltage is applied during a write operation is referred to as a drain region. For example, referring to FIG. 2, a semiconductor region composed of a deep high concentration impurity diffusion region NR1 and a shallow low concentration impurity diffusion region EX1 on the memory gate electrode MG side is a source region, and a deep high concentration impurity diffusion on the control gate electrode CG side. A semiconductor region composed of the region NR1 and the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 serves as a drain region.

このような電圧を印加して書き込み動作を行なう際の電荷の動きを示す。上述したように、ソース領域に印加する電圧Vsとドレイン領域に印加する電圧Vdの間に電位差を与えることにより、ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域を電子(エレクトロン)が流れる。チャネル領域を流れる電子は、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの境界付近下のチャネル領域(ソース領域とドレイン領域との間)で加速されてホットエレクトロンになる。そして、メモリゲート電極MGに印加した正電圧(Vmg=10V)による垂直方向電界で、メモリゲート電極MG下の窒化シリコン膜(電荷蓄積膜EC)中にホットエレクトロンが注入される。注入されたホットエレクトロンは、窒化シリコン膜中のトラップ準位に捕獲され、その結果、窒化シリコン膜に電子が蓄積されてメモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。このようにして書き込み動作が行なわれる。   The movement of charges when performing such a write operation by applying such a voltage is shown. As described above, by applying a potential difference between the voltage Vs applied to the source region and the voltage Vd applied to the drain region, electrons (electrons) flow through the channel region formed between the source region and the drain region. . Electrons flowing through the channel region are accelerated into hot electrons in the channel region (between the source region and the drain region) near the boundary between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Then, hot electrons are injected into the silicon nitride film (charge storage film EC) under the memory gate electrode MG by a vertical electric field by a positive voltage (Vmg = 10 V) applied to the memory gate electrode MG. The injected hot electrons are trapped in the trap level in the silicon nitride film, and as a result, electrons are accumulated in the silicon nitride film and the threshold voltage of the memory transistor rises. In this way, the write operation is performed.

続いて、消去動作について説明する。消去動作は、例えば、バンド間トンネリング現象を使用したBTBT(Band to Band Tunneling)消去で行なわれる。BTBT消去では、例えば、メモリゲート電極MGに印加する電圧Vmgを−6V、ソース領域に印加する電圧Vsを6V、コントロールゲート電極CGに印加する電圧Vcgを0Vとし、ドレイン領域はオープンとする。これにより、ソース領域とメモリゲート電極MGとの間にかかる電圧によってソース領域端部においてバンド間トンネリング現象で生成された正孔が、ソース領域に印加されている高電圧によって加速されてホットホールとなる。そして、ホットホールの一部がメモリゲート電極MGに印加された負電圧に引き寄せられ、窒化シリコン膜中に注入される。注入されたホットホールは、窒化シリコン膜内のトラップ準位に捕獲され、メモリトランジスタのしきい値電圧が低下する。このようにして消去動作が行なわれる。   Next, the erase operation will be described. The erasing operation is performed by, for example, BTBT (Band to Band Tunneling) erasing using the band-to-band tunneling phenomenon. In BTBT erase, for example, the voltage Vmg applied to the memory gate electrode MG is -6V, the voltage Vs applied to the source region is 6V, the voltage Vcg applied to the control gate electrode CG is 0V, and the drain region is open. As a result, the holes generated by the band-to-band tunneling phenomenon at the end of the source region due to the voltage applied between the source region and the memory gate electrode MG are accelerated by the high voltage applied to the source region and Become. A part of the hot hole is attracted to the negative voltage applied to the memory gate electrode MG, and is injected into the silicon nitride film. The injected hot holes are captured by trap levels in the silicon nitride film, and the threshold voltage of the memory transistor is lowered. In this way, the erase operation is performed.

次に、読み出し動作について説明する。読み出しは、ドレイン領域に印加する電圧VdをVdd(1V)、ソース領域に印加する電圧Vsを0V、コントロールゲート電極CGに印加する電圧VcgをVdd(1.5V)、メモリゲート電極MGに印加する電圧Vmgを0Vとし、書き込み時と逆方向に電流を流して行う。ドレイン領域に印加する電圧Vdとソース領域に印加する電圧Vsを入れ替え、それぞれ0V、1Vとして、書き込み時と電流の方向が同じ読み出しを行ってもよい。このとき、メモリセルが書き込み状態にありしきい値電圧が高い場合には、メモリセルに電流が流れない。一方、メモリセルが消去状態にあり、しきい値電圧が低い場合には、メモリセルに電流が流れる。   Next, the reading operation will be described. In reading, the voltage Vd applied to the drain region is Vdd (1 V), the voltage Vs applied to the source region is 0 V, the voltage Vcg applied to the control gate electrode CG is Vdd (1.5 V), and is applied to the memory gate electrode MG. The voltage Vmg is set to 0 V, and current is supplied in the direction opposite to that at the time of writing. The voltage Vd applied to the drain region and the voltage Vs applied to the source region may be interchanged to set the voltages to 0 V and 1 V, respectively, so that reading with the same current direction as that during writing may be performed. At this time, when the memory cell is in a write state and the threshold voltage is high, no current flows through the memory cell. On the other hand, when the memory cell is in the erased state and the threshold voltage is low, a current flows through the memory cell.

このようにメモリセルが書き込み状態にあるか、あるいは、消去状態にあるかをメモリセルに流れる電流の有無を検出することで判別することができる。具体的には、センスアンプによってメモリセルに流れる電流の有無を検出する。例えば、メモリセルに流れる電流の有無を検出するために、基準電流(リファレンス電流)を使用する。つまり、メモリセルが消去状態にある場合、読み出し時に読み出し電流が流れるが、この読み出し電流と基準電流とを比較する。基準電流は、消去状態の読み出し電流よりも低く設定されており、読み出し電流と基準電流とを比較した結果、基準電流よりも読み出し電流が大きい場合、メモリセルは消去状態にあると判断できる。一方、メモリセルが書き込み状態にある場合、読み出し電流は流れない。すなわち、読み出し電流と基準電流とを比較した結果、基準電流よりも読み出し電流が小さい場合、メモリセルは書き込み状態にあると判断できる。このようにして読み出し動作を行なうことができる。   In this manner, whether the memory cell is in a written state or an erased state can be determined by detecting the presence or absence of a current flowing through the memory cell. Specifically, the presence or absence of current flowing through the memory cell is detected by a sense amplifier. For example, a reference current (reference current) is used to detect the presence or absence of a current flowing through the memory cell. That is, when the memory cell is in the erased state, a read current flows during reading, and the read current is compared with the reference current. The reference current is set lower than the read current in the erased state. If the read current is larger than the reference current as a result of comparing the read current and the reference current, it can be determined that the memory cell is in the erased state. On the other hand, when the memory cell is in a write state, no read current flows. That is, as a result of comparing the read current with the reference current, if the read current is smaller than the reference current, it can be determined that the memory cell is in the write state. In this way, a read operation can be performed.

本実施の形態1におけるメモリセルは、選択トランジスタとメモリトランジスタが隣接して配置されたスプリットゲート型不揮発性メモリセルから構成されている。このスプリットゲート型不揮発性メモリセルの利点について説明する。例えば、MONOS型不揮発性メモリセルには、本実施の形態1のようなスプリットゲート型不揮発性メモリセルの他に、単一構造の不揮発性メモリセルも存在する。この単一構造の不揮発性メモリセルは、半導体基板内に形成されたソース領域とドレイン領域の間の半導体基板上に、第1電位障壁膜と、電荷蓄積膜と、第2電位障壁膜からなる積層絶縁膜を有している。そして、この積層絶縁膜上にメモリゲート電極を有している。単一構造の不揮発性メモリセルは、スプリットゲート型不揮発性メモリセルのように選択トランジスタが存在せず、メモリトランジスタだけを有する構造となっている。この単一構造の不揮発性メモリセルでは、メモリセルの選択/非選択をメモリトランジスタのメモリゲート電極に印加する電圧を制御することにより行なっている。   The memory cell in the first embodiment is composed of a split gate type nonvolatile memory cell in which a selection transistor and a memory transistor are arranged adjacent to each other. The advantages of this split gate nonvolatile memory cell will be described. For example, in the MONOS type nonvolatile memory cell, there is a single-structure nonvolatile memory cell in addition to the split gate type nonvolatile memory cell as in the first embodiment. This non-volatile memory cell having a single structure includes a first potential barrier film, a charge storage film, and a second potential barrier film on a semiconductor substrate between a source region and a drain region formed in a semiconductor substrate. It has a laminated insulating film. A memory gate electrode is provided on the laminated insulating film. A single-structure nonvolatile memory cell has a structure having only a memory transistor without a selection transistor unlike a split-gate nonvolatile memory cell. In this non-volatile memory cell having a single structure, the memory cell is selected / unselected by controlling the voltage applied to the memory gate electrode of the memory transistor.

例えば、単一構造の不揮発性メモリセルにおいて、書き込み状態にある場合、電荷蓄積膜に電荷(電子)が蓄積されてしきい値電圧が5V以上になっているとする。一方、消去状態にある場合、電荷蓄積膜に蓄積されていた電荷(電子)が引き抜かれてしきい値が5V以下となっているとする。このような単一構造の不揮発性メモリセルの読み出し時には、メモリゲート電極に5Vの電圧を印加する。これにより、単一構造の不揮発性メモリセルが書き込み状態にある場合、しきい値電圧が5V以上であるので、ソース領域とドレイン領域の間に読み出し電流が流れない。一方、単一構造の不揮発性メモリセルが消去状態にある場合、しきい値電圧が5V以下であるので、ソース領域とドレイン領域の間に読み出し電流が流れる。このように、書き込み状態と消去状態での読み出し電流の大小により、単一構造の不揮発性メモリセルに記憶されている情報を読み出すことができる。   For example, in a single-structure nonvolatile memory cell, it is assumed that charges (electrons) are accumulated in the charge accumulation film and the threshold voltage is 5 V or higher when in a write state. On the other hand, in the erased state, it is assumed that the charge (electrons) stored in the charge storage film is extracted and the threshold value is 5 V or less. When reading such a single structure nonvolatile memory cell, a voltage of 5 V is applied to the memory gate electrode. As a result, when a single-structure nonvolatile memory cell is in a write state, the threshold voltage is 5 V or higher, so that no read current flows between the source region and the drain region. On the other hand, when the nonvolatile memory cell having a single structure is in the erased state, the threshold voltage is 5 V or less, so that a read current flows between the source region and the drain region. As described above, information stored in the nonvolatile memory cell having a single structure can be read based on the magnitude of the read current in the writing state and the erasing state.

以上のことから、選択されている不揮発性メモリセルにおいては、メモリゲート電極に5Vを印加することにより、不揮発性メモリセルに記憶されている情報を読み出すことができる。このとき、選択されていない非選択の不揮発性得メモリセルのメモリゲート電極には、例えば、0Vが印加される。この電圧は、消去状態の不揮発性メモリセルのしきい値電圧よりも低い電圧である。つまり、消去状態の不揮発性メモリセルのしきい値電圧よりも低い電圧を非選択の不揮発性メモリセルに印加する。これにより、非選択の不揮発性メモリセルが書き込み状態の場合も消去状態の場合も読み出し電流が流れない。このようにして、単一構造の不揮発性メモリセルでは、選択/非選択をメモリゲート電極に印加する電圧で制御している。したがって、非選択の不揮発性メモリセルでは、読み出し電流は流れないことになる。   From the above, in the selected nonvolatile memory cell, the information stored in the nonvolatile memory cell can be read by applying 5 V to the memory gate electrode. At this time, for example, 0 V is applied to the memory gate electrode of the non-selected nonvolatile memory cell that is not selected. This voltage is lower than the threshold voltage of the nonvolatile memory cell in the erased state. That is, a voltage lower than the threshold voltage of the erased nonvolatile memory cell is applied to the non-selected nonvolatile memory cell. As a result, the read current does not flow when the non-selected nonvolatile memory cell is in the write state or the erase state. In this manner, in a single-structure nonvolatile memory cell, selection / non-selection is controlled by the voltage applied to the memory gate electrode. Therefore, the read current does not flow in the non-selected nonvolatile memory cell.

ところが、一般に不揮発性メモリセルの情報を消去する場合、個々の不揮発性メモリセルで消去速度が異なる場合がある。つまり、個々の不揮発性メモリセルの個体差により、消去速度が異なるのである。この場合、不揮発性メモリセルの消去時間は、消去速度の遅い不揮発性メモリセルでも充分に消去できるように消去時間が設定される。したがって、消去速度の速い不揮発性メモリセルでは、過消去状態となる場合が存在する。言い換えれば、電荷蓄積膜に蓄積されている電子を必要以上に引き抜くことが行なわれる。このことは、不揮発性メモリセルの消去状態のしきい値電圧がさらに低くなることが生じる。この結果、消去速度の速い一部の不揮発性メモリセルでは、非選択の不揮発性メモリセルのメモリゲート電極に印加される電圧よりも、しきい値電圧が低くなる。具体的に、非選択の不揮発性メモリセルのメモリゲート電極に印加される電圧を0Vとすると、消去速度の速い一部の不揮発性メモリセルでは、0Vよりも低い、例えば、−1Vのしきい値電圧となる場合がある。   However, in general, when erasing information in a nonvolatile memory cell, the erasing speed may differ between individual nonvolatile memory cells. In other words, the erasing speed varies depending on the individual difference of each nonvolatile memory cell. In this case, the erase time of the nonvolatile memory cell is set so that even a nonvolatile memory cell with a slow erase speed can be sufficiently erased. Therefore, there is a case where a non-volatile memory cell having a high erase speed is in an over-erased state. In other words, the electrons stored in the charge storage film are extracted more than necessary. This causes the threshold voltage in the erased state of the nonvolatile memory cell to be further lowered. As a result, in some nonvolatile memory cells having a high erase speed, the threshold voltage is lower than the voltage applied to the memory gate electrode of the non-selected nonvolatile memory cell. Specifically, when the voltage applied to the memory gate electrode of the non-selected nonvolatile memory cell is 0V, in some nonvolatile memory cells having a high erase speed, the threshold is lower than 0V, for example, −1V. There may be a value voltage.

この場合、しきい値電圧が下がった消去速度の速い不揮発性メモリセルが非選択の不揮発性メモリセルとなる場合、メモリゲート電極に0Vの電圧を印加すると、過消去状態のしきい値電圧(−1V)よりも高い電圧が印加されるので、電流が流れてしまう。つまり、読み出し動作時において、非選択の不揮発性メモリセルにも電流が流れてしまう結果、流れている電流は選択された不揮発性メモリセルに起因する電流であるのか、あるいは、過消去状態の非選択の不揮発性メモリセルに起因する電流であるのか区別がつかなくなる。このことは正常に読み出し動作ができなくなることを意味し、この現象がディプリート不良と呼ばれるものである。したがって、単一構造の不揮発性メモリセルでは、ディプリート不良が発生しやすくなる。   In this case, when the nonvolatile memory cell having a reduced erase voltage and a fast erase speed becomes a non-selected nonvolatile memory cell, when a voltage of 0 V is applied to the memory gate electrode, the threshold voltage ( Since a voltage higher than −1V) is applied, a current flows. That is, during the read operation, current flows also to the non-selected non-volatile memory cell. As a result, the current that is flowing is the current caused by the selected non-volatile memory cell or the non-erased non- It is impossible to distinguish whether the current is caused by the selected nonvolatile memory cell. This means that the read operation cannot be performed normally, and this phenomenon is called a depletion failure. Therefore, in a single-structure nonvolatile memory cell, a depletion failure is likely to occur.

これに対し、選択トランジスタとメモリトランジスタとを有するスプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、ディプリート不良を防止することができる。なぜならば、スプリットゲート型不揮発性メモリセルのメモリトランジスタにおいて過消去に起因したしきい値電圧の低下が生じても、選択トランジスタで強制的に電流を遮断することができるからである。つまり、スプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、メモリセルの選択/非選択は、選択トランジスタによって行なわれるため、ディプリート不良を防止することができる利点を有するのである。   On the other hand, in the split gate nonvolatile memory cell having the selection transistor and the memory transistor, it is possible to prevent the deficiency defect. This is because even if the threshold voltage of the memory transistor of the split gate type nonvolatile memory cell is lowered due to over-erasing, the current can be forcibly cut off by the selection transistor. That is, in the split gate type nonvolatile memory cell, since the selection / non-selection of the memory cell is performed by the selection transistor, there is an advantage that a depletion failure can be prevented.

さらに、スプリットゲート型不揮発性メモリセルは、単一構造の不揮発性メモリセルに比べて高速動作が可能という利点も有している。なぜなら、単一構造の不揮発性メモリセルでは、メモリゲート電極と半導体基板(チャネル形成領域)との間に厚い積層絶縁膜(第1電位障壁膜、電荷蓄積膜、第2電位障壁膜)が存在するために、選択/非選択の動作速度が遅くなる。これに対し、スプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、選択/非選択の動作をメモリトランジスタとは異なる選択トランジスタで行なっている。そして、選択トランジスタのコントロールゲート電極と半導体基板(チャネル形成領域)の間には、薄いゲート絶縁膜が存在する。つまり、選択トランジスタのゲート絶縁膜は、積層絶縁膜と異なり、薄くすることができるので、選択トランジスタの動作速度を速くすることができるのである。   Furthermore, the split gate type nonvolatile memory cell has an advantage that it can operate at a higher speed than the nonvolatile memory cell having a single structure. This is because a single layer nonvolatile memory cell has a thick laminated insulating film (first potential barrier film, charge storage film, second potential barrier film) between the memory gate electrode and the semiconductor substrate (channel formation region). Therefore, the operation speed of selection / non-selection becomes slow. On the other hand, in the split gate type nonvolatile memory cell, the selection / non-selection operation is performed by a selection transistor different from the memory transistor. A thin gate insulating film exists between the control gate electrode of the selection transistor and the semiconductor substrate (channel formation region). That is, unlike the stacked insulating film, the gate insulating film of the selection transistor can be thinned, so that the operation speed of the selection transistor can be increased.

ここで、例えば、書き込み動作を例にとると、スプリットゲート型不揮発性メモリセルのコントロールゲート電極CGには1Vの電圧が印加され、メモリゲート電極CGには10Vの電圧が印加される。つまり、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGの電位差が大きくなる。このとき、スプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、コントロールゲート電極CGの側壁にメモリゲート電極MGが形成されており、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは近接することになる。したがって、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に発生する電界強度が大きくなる。この結果、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGの間に形成されている積層絶縁膜(第1電位障壁膜EB1、電荷蓄積膜EC、第2電位障壁膜EB2)に印加される電界強度が大きくなり、この積層絶縁膜を介してコントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG間を流れるリーク電流が増加することになる。リーク電流が増加すると、不揮発性メモリ全体の消費電力が大きくなるとともに、正常な動作を確保することができなくなるおそれが生じる。つまり、スプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、コントロールゲート電極CGの側壁にメモリゲート電極MGを形成することにより微細化を進めることができるが、一方で、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGが近接することになる。このため、書き込み時のようにコントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGの間に大きな電位差が発生する場合、積層絶縁膜にかかる電界強度が増大し、積層絶縁膜を介してコントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGの間に生じるリーク電流が増加するのである。   Here, for example, taking a write operation as an example, a voltage of 1 V is applied to the control gate electrode CG of the split gate nonvolatile memory cell, and a voltage of 10 V is applied to the memory gate electrode CG. That is, the potential difference between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is increased. At this time, in the split gate nonvolatile memory cell, the memory gate electrode MG is formed on the side wall of the control gate electrode CG, and the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are close to each other. Therefore, the electric field strength generated between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is increased. As a result, the electric field strength applied to the laminated insulating film (first potential barrier film EB1, charge storage film EC, second potential barrier film EB2) formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is large. As a result, the leakage current flowing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG through the laminated insulating film increases. When the leakage current increases, the power consumption of the entire nonvolatile memory increases and there is a possibility that normal operation cannot be ensured. That is, in the split gate type nonvolatile memory cell, miniaturization can be promoted by forming the memory gate electrode MG on the side wall of the control gate electrode CG. On the other hand, the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are close to each other. Will do. For this reason, when a large potential difference occurs between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG as in writing, the electric field strength applied to the stacked insulating film increases, and the control gate electrode CG and the memory are interposed via the stacked insulating film. The leakage current generated between the gate electrodes MG increases.

そこで、本実施の形態1におけるスプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG間の電界強度を緩和して、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG間を流れるリーク電流を低減する技術的思想を以下に説明する。   Therefore, in the split gate nonvolatile memory cell according to the first embodiment, the electric field strength between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is relaxed, and the leakage current flowing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is reduced. The technical idea to reduce is demonstrated below.

図3は、図2のメモリセル形成領域MCRに形成されているメモリセルを拡大した図である。図3において、本実施の形態1における特徴は、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成している点にある。これにより、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの実質的な距離を離すことができるのである。つまり、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成することにより、コントロールゲート電極CGの上端部では、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの間に積層絶縁膜(第1電位障壁膜EB1、電荷蓄積膜EC、第2電位障壁膜EB2)とバーズビークBVが存在することになり、例えば、酸化シリコン膜よりなるバーズビークBVの分だけ、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離を離すことができるのである。この結果、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に大きな電位差が生じても、間に形成される積層絶縁膜に印加される電界強度が緩和される。すなわち、電界強度は、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離が大きくなればなるほど小さくなるので、バーズビークBVを形成することにより、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に発生する電界強度を緩和することができる。この結果、積層絶縁膜を介してコントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間を流れるリーク電流を低減することができる。   FIG. 3 is an enlarged view of the memory cells formed in the memory cell formation region MCR of FIG. In FIG. 3, the feature of the first embodiment is that a bird's beak BV is formed at the upper end of the control gate electrode CG. Thereby, the substantial distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be increased. That is, by forming a bird's beak BV at the upper end of the control gate electrode CG, a stacked insulating film (first potential barrier film EB1) is formed between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG at the upper end of the control gate electrode CG. , The charge storage film EC, the second potential barrier film EB2) and the bird's beak BV exist. For example, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG by the amount of the bird's beak BV made of a silicon oxide film. Can be released. As a result, even if a large potential difference occurs between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, the electric field strength applied to the laminated insulating film formed therebetween is relaxed. That is, the electric field strength decreases as the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG increases, so that by forming the bird's beak BV, the electric field strength is between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. The generated electric field strength can be reduced. As a result, the leakage current flowing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG via the stacked insulating film can be reduced.

本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成している。このことは、コントロールゲート電極CGの形状を凸形状にするということもできる。ここで、図3に示すように、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部にだけバーズビークBVを形成していることになる。言い換えれば、コントロールゲート電極CGの上端部以外の領域(例えば、コントロールゲート電極CGの中端部や下端部)では、バーズビークBVが形成されていないことから、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離は、積層絶縁膜の膜厚分だけとなる。このため、コントロールゲート電極CGの上端部においてだけ、メモリゲート電極MGとの距離を離しても、コントロールゲート電極CGの中端部や下端部ではメモリゲート電極MGとの間の距離が変化していないことになる。したがって、コントロールゲート電極CGの上端部以外の領域では電界強度が緩和されないことから、コントロールゲート電極CGの上端部以外の領域を流れるリーク電流を低減することができないのではないかと考えられる。しかし、リーク電流の増加が問題となるのは、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGの間に形成されている積層絶縁膜のうち上端部に形成されている領域の積層絶縁膜なのである。この理由について説明する。   In the first embodiment, a bird's beak BV is formed at the upper end of the control gate electrode CG. This also means that the control gate electrode CG has a convex shape. Here, as shown in FIG. 3, in the first embodiment, the bird's beak BV is formed only at the upper end of the control gate electrode CG. In other words, since the bird's beak BV is not formed in a region other than the upper end portion of the control gate electrode CG (for example, the middle end portion or the lower end portion of the control gate electrode CG), the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG The distance between is only the film thickness of the laminated insulating film. Therefore, even if the distance from the memory gate electrode MG is increased only at the upper end portion of the control gate electrode CG, the distance from the memory gate electrode MG changes at the middle end portion and the lower end portion of the control gate electrode CG. There will be no. Therefore, since the electric field strength is not relaxed in the region other than the upper end portion of the control gate electrode CG, it is considered that the leakage current flowing in the region other than the upper end portion of the control gate electrode CG cannot be reduced. However, the increase in leakage current becomes a problem in the laminated insulating film in the region formed at the upper end portion of the laminated insulating film formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. The reason for this will be described.

本実施の形態1におけるスプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGを形成した後、半導体基板1S内にソース領域およびドレイン領域を形成している。このソース領域およびドレイン領域は、浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域NR1により形成される。浅い低濃度不純物拡散領域EX1や深い高濃度不純物拡散領域NR1は、半導体領域であり、半導体基板1S(p型ウェルPWL1)内にリンや砒素などのn型不純物を導入することで形成される。つまり、ソース領域およびドレイン領域は、コントロールゲート電極CGやメモリゲート電極MGを形成した後、イオン注入法により半導体基板1S(p型ウェルPWL1)内にn型不純物を導入することにより形成される。したがって、ソース領域やドレイン領域を形成するために、n型不純物を半導体基板1S(p型ウェルPWL1)内に導入されるとともに、既に形成されているコントロールゲート電極CGやメモリゲート電極MGの表面にもn型不純物が導入される。特に、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間には積層絶縁膜が形成されているので、この積層絶縁膜の表面にもn型不純物が導入される。このとき、積層絶縁膜は絶縁膜であるが、この積層絶縁膜にリンや砒素などのn型不純物が導入されると絶縁耐性が劣化することが知られている。つまり、積層絶縁膜の表面にn型不純物が導入されることから、n型不純物が導入された積層絶縁膜の表面では、積層絶縁膜のその他の領域(n型不純物が導入されない領域)よりも絶縁耐性が劣化するのである。したがって、積層絶縁膜の膜厚が均一であっても積層絶縁膜の表面近傍では絶縁耐性が劣化するので電界強度が問題となるのである。つまり、積層絶縁膜の上端部では絶縁耐性が劣化しているので、電界強度の影響を受けやすくなっているのである。このことから、積層絶縁膜の上端部での電界強度を緩和する必要があるのである。言い換えれば、積層絶縁膜の上端部以外の領域(中端部や下端部)では、絶縁耐性が劣化していないことから、電界強度の影響は受けにくくなっているということができる。すなわち、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に形成されている積層絶縁膜の膜厚は、リーク電流を低減するのに充分な膜厚で形成されているが、積層絶縁膜の上端部ではリンや砒素などのn型不純物が導入されて絶縁耐性が劣化する(リーク電流が増加する)ことから、電界強度を緩和してリーク電流を低減する必要があるのである。   In the split gate nonvolatile memory cell according to the first embodiment, after forming the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, the source region and the drain region are formed in the semiconductor substrate 1S. The source region and the drain region are formed by a shallow low concentration impurity diffusion region EX1 and a deep high concentration impurity diffusion region NR1. The shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR1 are semiconductor regions, and are formed by introducing n-type impurities such as phosphorus and arsenic into the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1). That is, the source region and the drain region are formed by introducing the n-type impurity into the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1) by ion implantation after forming the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Therefore, n-type impurities are introduced into the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1) in order to form the source region and the drain region, and are also formed on the surfaces of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG that are already formed. N-type impurities are also introduced. In particular, since a laminated insulating film is formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, an n-type impurity is also introduced into the surface of the laminated insulating film. At this time, the laminated insulating film is an insulating film, but it is known that the insulation resistance deteriorates when an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced into the laminated insulating film. In other words, since n-type impurities are introduced into the surface of the laminated insulating film, the surface of the laminated insulating film into which the n-type impurities are introduced is more than the other regions of the laminated insulating film (regions into which n-type impurities are not introduced). The insulation resistance deteriorates. Therefore, even if the film thickness of the laminated insulating film is uniform, the electric field strength becomes a problem because the insulation resistance deteriorates in the vicinity of the surface of the laminated insulating film. That is, since the insulation resistance is deteriorated at the upper end portion of the laminated insulating film, it is easily affected by the electric field strength. For this reason, it is necessary to relax the electric field strength at the upper end of the laminated insulating film. In other words, in the regions other than the upper end portion (the middle end portion and the lower end portion) of the laminated insulating film, since the insulation resistance is not deteriorated, it can be said that the influence of the electric field strength is less affected. In other words, the film thickness of the stacked insulating film formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is formed with a film thickness sufficient to reduce the leakage current. In this case, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are introduced to deteriorate insulation resistance (leakage current increases). Therefore, it is necessary to relax the electric field strength and reduce the leakage current.

以上より、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成することで、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の上端部において、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離を離すことができる。このため、積層絶縁膜の上端部における電界強度を緩和することができるので、絶縁耐性の劣化しやすい積層絶縁膜の上端部でのリーク電流を低減することができる。   As described above, by forming the bird's beak BV at the upper end portion of the control gate electrode CG, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG at the upper end portion between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Can be released. For this reason, since the electric field strength at the upper end portion of the multilayer insulating film can be relaxed, it is possible to reduce the leakage current at the upper end portion of the multilayer insulating film, which easily deteriorates the insulation resistance.

以下では、具体的に、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の電界緩和を充分に達成できる条件について説明する。つまり、コントロールゲート電極CGの上端部に形成されるバーズビークBVの満たす条件を考える。まず、図3に示すように、コントロールゲート電極CGの中端部(下端部でもよい)に接触する位置に形成された第1電位障壁膜EB1の膜厚をaとし、コントロールゲート電極CGの上端部からコントロールゲート電極CGのゲート長方向に形成されているバーズビークの長さをbとする場合、b>aの関係が成立するようにバーズビークBVを形成する。これにより、バーズビークBVの長さが充分に長くなり、積層絶縁膜とバーズビークBVを合わせた長さが長くなる。この結果、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部の間の距離が長くなり、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG間の電界強度が緩和され、リーク電流が低減される。言い換えれば、バーズビークBVの長さbが第1電位障壁膜EB1の膜厚aよりも小さくなる条件では、バーズビークBVの長さが充分に長く形成されているとは言えず、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の電界緩和を充分に達成することはできないといえる。なお、積層絶縁膜の一部を構成する第1電位障壁膜EB1の中端部(下端部でもよい)における膜厚aは、例えば、2nm≦a≦5nmの関係を満たすように形成されている。なお、ここでいう第1電位障壁膜EB1の中端部(下端部でもよい)における膜厚aとは、コントロールゲート電極CGの表面よりも、コントロールゲート電極CGの底面に近い位置の第1電位障壁膜EB1の膜厚のことを指す。   Hereinafter, specifically, conditions for sufficiently achieving electric field relaxation between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG will be described. That is, a condition that is satisfied by the bird's beak BV formed at the upper end of the control gate electrode CG is considered. First, as shown in FIG. 3, the film thickness of the first potential barrier film EB1 formed at a position in contact with the middle end portion (or the lower end portion) of the control gate electrode CG is a, and the upper end of the control gate electrode CG is When the length of the bird's beak formed in the gate length direction of the control gate electrode CG from the part is b, the bird's beak BV is formed so that the relationship b> a is established. Thereby, the length of the bird's beak BV becomes sufficiently long, and the combined length of the laminated insulating film and the bird's beak BV becomes longer. As a result, the distance between the upper end of the control gate electrode CG and the upper end of the memory gate electrode MG becomes longer, the electric field strength between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is relaxed, and the leakage current is reduced. In other words, under the condition that the length b of the bird's beak BV is smaller than the film thickness a of the first potential barrier film EB1, it cannot be said that the length of the bird's beak BV is sufficiently long, and the control gate electrode CG It can be said that the electric field relaxation between the memory gate electrode MG and the memory gate electrode MG cannot be sufficiently achieved. It should be noted that the film thickness a at the middle end portion (or lower end portion) of the first potential barrier film EB1 constituting a part of the laminated insulating film is formed to satisfy the relationship of 2 nm ≦ a ≦ 5 nm, for example. . Here, the film thickness a at the middle end (or lower end) of the first potential barrier film EB1 is the first potential at a position closer to the bottom surface of the control gate electrode CG than the surface of the control gate electrode CG. It refers to the thickness of the barrier film EB1.

さらに、バーズビークBVの長さbは、コントロールゲート電極CGの中端部(下端部でもよい)に接触する位置に形成された積層絶縁膜の膜厚をdとする場合、b≧d/2の関係も満たしている。これにより、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との間の距離は、積層絶縁膜の膜厚dの3/2倍以上の距離となる。このため、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との間に発生する電界強度は、バーズビークBVを形成しない場合に比べて2/3倍以下になる。したがって、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG間の電界強度が充分に緩和され、リーク電流を低減することができる。   Further, the length b of the bird's beak BV is such that b ≧ d / 2, where d is the thickness of the laminated insulating film formed at a position in contact with the middle end (or lower end) of the control gate electrode CG. The relationship is also satisfied. As a result, the distance between the upper end portion of the control gate electrode CG and the upper end portion of the memory gate electrode MG is 3/2 times or more the film thickness d of the stacked insulating film. For this reason, the electric field strength generated between the upper end portion of the control gate electrode CG and the upper end portion of the memory gate electrode MG is 2/3 or less compared to the case where the bird's beak BV is not formed. Therefore, the electric field strength between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is sufficiently relaxed, and the leakage current can be reduced.

以上のことから、バーズビークBVの長さbは5nm以上であるということができ、電界緩和の影響を大きくする観点からは、バーズビークBVの長さbを長くすることが望ましい。ただし、バーズビークBVの長さbは、コントロールゲート電極CGのゲート長をLとする場合、b<L/2となる。バーズビークBVは、コントロールゲート電極CGの両側の上端部に形成されていることを考慮すると、バーズビークBVの長さbがL/2を超える場合、コントロールゲート電極CGの表面全体にバーズビークBVが形成されることになるからである。つまり、バーズビークBVの長さbがL/2を超える場合、コントロールゲート電極CGの表面にコバルトシリサイド膜CSが形成されなくなってしまい、コントロールゲート電極CGの低抵抗化を実現することができなくなるからである。したがって、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との間の電界強度を緩和し、かつ、コントロールゲート電極CGの低抵抗化とを両立する観点からは、バーズビークBVの長さbは、5nm≦b<L/2の関係を満たすことが必要である。   From the above, it can be said that the length b of the bird's beak BV is 5 nm or more. From the viewpoint of increasing the influence of electric field relaxation, it is desirable to increase the length b of the bird's beak BV. However, the length b of the bird's beak BV is b <L / 2 when the gate length of the control gate electrode CG is L. Considering that the bird's beak BV is formed at the upper ends on both sides of the control gate electrode CG, when the length b of the bird's beak BV exceeds L / 2, the bird's beak BV is formed on the entire surface of the control gate electrode CG. Because it will be. That is, when the length b of the bird's beak BV exceeds L / 2, the cobalt silicide film CS is not formed on the surface of the control gate electrode CG, and the resistance of the control gate electrode CG cannot be reduced. It is. Therefore, from the viewpoint of reducing the electric field strength between the upper end of the control gate electrode CG and the upper end of the memory gate electrode MG and reducing the resistance of the control gate electrode CG, the length of the bird's beak BV b needs to satisfy the relationship of 5 nm ≦ b <L / 2.

また、バーズビークBVの長さbは、横方向にできるだけ長く形成することが、より望ましい。すなわち、バーズビークBVの厚さよりもバーズビークBVの長さbが大きくなるように形成することが、より望ましい。   Further, it is more desirable that the length b of the bird's beak BV is as long as possible in the lateral direction. That is, it is more desirable that the length b of the bird's beak BV is larger than the thickness of the bird's beak BV.

本実施の形態1におけるスプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、コントロールゲート電極の上端部に、絶縁膜からなるバーズビークBVを形成する点に特徴がある。この特徴により、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との距離を実質的に離すことができ、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部の間に介在する積層絶縁膜の上端部における電界強度の緩和することができ、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間のリーク電流を低減することができる。   The split gate nonvolatile memory cell according to the first embodiment is characterized in that a bird's beak BV made of an insulating film is formed at the upper end of the control gate electrode. With this feature, in the first embodiment, the distance between the upper end portion of the control gate electrode CG and the upper end portion of the memory gate electrode MG can be substantially separated, and the upper end portion of the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are separated. The electric field strength at the upper end portion of the laminated insulating film interposed between the upper end portions of the memory cell can be reduced, and the leakage current between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be reduced.

さらに、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを設けることにより、電界強度の緩和とは別の効果も有する。この別の効果について説明する。スプリットゲート型不揮発性メモリセルでは、コントロールゲート電極CGの側壁にサイドウォール形状のメモリゲート電極MGを形成することにより、微細化を実現することができる。しかし、微細化に伴って、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離が近接することになる。そして、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、ポリシリコン膜から形成されているが、どちらも低抵抗化を図るため、コントロールゲート電極CGの表面およびメモリゲート電極MGの表面にコバルトシリサイド膜CSを形成している。この場合、コントロールゲート電極CGの表面と、メモリゲート電極MGの表面は、積層絶縁膜分だけしか離れていないため、コントロールゲート電極CGに形成されるコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MGに形成されるコバルトシリサイド膜CSが接触して、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGがショートしてしまうおそれがある。   Further, in the first embodiment, by providing the bird's beak BV at the upper end portion of the control gate electrode CG, there is an effect different from the relaxation of the electric field strength. This another effect will be described. In the split gate type nonvolatile memory cell, miniaturization can be realized by forming the sidewall-shaped memory gate electrode MG on the side wall of the control gate electrode CG. However, with miniaturization, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG becomes closer. The control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are formed of a polysilicon film, and in order to reduce resistance, a cobalt silicide film is formed on the surface of the control gate electrode CG and the surface of the memory gate electrode MG. CS is formed. In this case, since the surface of the control gate electrode CG and the surface of the memory gate electrode MG are separated from each other only by the stacked insulating film, the surface is formed on the cobalt silicide film CS formed on the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. The cobalt silicide film CS to be contacted may cause a short circuit between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG.

本実施の形態1のように、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成することにより、コントロールゲート電極CGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSとの距離を離すことができる。このため、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとのショート不良を防止することができる。このように、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成することにより、コントロールゲート電極CGの上端部と、メモリゲート電極MGの上端部との間の距離を離すことができる。この結果、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との間に介在する積層絶縁膜の電界強度を緩和できる第1の効果と、コントロールゲート電極CGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSの接触によるショート不良を防止できる第2の効果を得ることができるのである。   As in the first embodiment, by forming a bird's beak BV on the upper end of the control gate electrode CG, the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG and the surface of the memory gate electrode MG are formed. The distance from the cobalt silicide film CS can be increased. For this reason, a short circuit failure between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be prevented. As described above, in the first embodiment, the bird's beak BV is formed at the upper end portion of the control gate electrode CG, thereby increasing the distance between the upper end portion of the control gate electrode CG and the upper end portion of the memory gate electrode MG. be able to. As a result, the first effect of reducing the electric field strength of the laminated insulating film interposed between the upper end portion of the control gate electrode CG and the upper end portion of the memory gate electrode MG, and the surface of the control gate electrode CG are formed. It is possible to obtain a second effect that can prevent a short circuit failure caused by contact between the cobalt silicide film CS and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG.

本実施の形態1における半導体装置は上記のように構成されており、以下にその製造方法について図面を参照しながら説明する。図4〜図15は、本実施の形態1における半導体装置の製造工程を説明する断面図であり、図4〜図15では、それぞれ左側領域にメモリセル形成領域MCRが示され、右側領域に周辺回路形成領域PERが示されている。   The semiconductor device according to the first embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings. 4 to 15 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIGS. 4 to 15, the memory cell formation region MCR is shown in the left region, and the peripheral region is in the right region. A circuit formation region PER is shown.

まず、図4に示すように、ボロン(ホウ素)などのp型不純物を導入したシリコン単結晶よりなる半導体基板1Sを用意する。このとき、半導体基板1Sは、略円盤形状をした半導体ウェハの状態になっている。そして、半導体基板1Sの周辺回路形成領域PERに素子分離領域STIを形成する。素子分離領域STIは、素子が互いに干渉しないようにするために設けられる。この素子分離領域STIは、例えばLOCOS(local Oxidation of silicon)法やSTI(shallow trench isolation)法を用いて形成することができる。例えば、STI法では、以下のようにして素子分離領域STIを形成している。すなわち、半導体基板1Sにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して素子分離溝を形成する。そして、素子分離溝を埋め込むように半導体基板1S上に酸化シリコン膜を形成し、その後、化学的機械的研磨法(CMP;chemical mechanical polishing)により、半導体基板1S上に形成された不要な酸化シリコン膜を除去する。これにより、素子分離溝内にだけ酸化シリコン膜を埋め込んだ素子分離領域STIを形成することができる。   First, as shown in FIG. 4, a semiconductor substrate 1S made of a silicon single crystal into which a p-type impurity such as boron (boron) is introduced is prepared. At this time, the semiconductor substrate 1S is in a state of a substantially wafer-shaped semiconductor wafer. Then, an element isolation region STI is formed in the peripheral circuit formation region PER of the semiconductor substrate 1S. The element isolation region STI is provided to prevent the elements from interfering with each other. The element isolation region STI can be formed using, for example, a LOCOS (local Oxidation of silicon) method or an STI (shallow trench isolation) method. For example, in the STI method, the element isolation region STI is formed as follows. That is, the element isolation trench is formed in the semiconductor substrate 1S by using the photolithography technique and the etching technique. Then, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S so as to fill the element isolation trench, and then unnecessary silicon oxide formed on the semiconductor substrate 1S by chemical mechanical polishing (CMP). Remove the membrane. As a result, the element isolation region STI in which the silicon oxide film is embedded only in the element isolation trench can be formed.

続いて、メモリセル形成領域MCRの半導体基板1S内に不純物を導入してウェル分離層NISOを形成する。ウェル分離層NISOは、半導体基板1S内にリンや砒素などのn型不純物を導入することにより形成される。そして、半導体基板1Sに不純物を導入することにより、メモリセル形成領域MCRにp型ウェルPWL1を形成し、周辺回路形成領域PERにp型ウェルPWL2およびn型ウェルNWL1を形成する。p型ウェルPWL1、PWL2は、例えば、ボロン(ホウ素)などのp型不純物をイオン注入法により半導体基板1Sに導入することで形成される。一方、n型ウェルNWL1は、例えば、リンや砒素などのn型不純物をイオン注入法により半導体基板1Sに導入することにより形成される。   Subsequently, impurities are introduced into the semiconductor substrate 1S in the memory cell formation region MCR to form a well isolation layer NISO. The well isolation layer NISO is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 1S. Then, by introducing impurities into the semiconductor substrate 1S, the p-type well PWL1 is formed in the memory cell formation region MCR, and the p-type well PWL2 and the n-type well NWL1 are formed in the peripheral circuit formation region PER. The p-type wells PWL1 and PWL2 are formed, for example, by introducing a p-type impurity such as boron (boron) into the semiconductor substrate 1S by an ion implantation method. On the other hand, the n-type well NWL1 is formed, for example, by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 1S by an ion implantation method.

次に、図5に示すように、半導体基板1S上にゲート絶縁膜GOXを形成する。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成され、例えば熱酸化法を使用して形成することができる。ただし、ゲート絶縁膜GOXは、酸化シリコン膜に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、ゲート絶縁膜GOXを酸窒化シリコン膜(SiON)としてもよい。すなわち、ゲート絶縁膜GOXと半導体基板1Sとの界面に窒素を偏析させる構造としてもよい。酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて膜中における界面準位の発生を抑制したり、電子トラップを低減する効果が高い。したがって、ゲート絶縁膜GOXのホットキャリア耐性を向上でき、絶縁耐性を向上させることができる。また、酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて不純物が貫通しにくい。このため、ゲート絶縁膜GOXに酸窒化シリコン膜を用いることにより、ゲート電極中の不純物が半導体基板1S側に拡散することに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。酸窒化シリコン膜を形成するのは、例えば、半導体基板1SをNO、NOまたはNHといった窒素を含む雰囲気中で熱処理すればよい。また、半導体基板1Sの表面に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOXを形成した後、窒素を含む雰囲気中で半導体基板1Sを熱処理し、ゲート絶縁膜GOXと半導体基板1Sとの界面に窒素を偏析させることによっても同様の効果を得ることができる。 Next, as shown in FIG. 5, a gate insulating film GOX is formed on the semiconductor substrate 1S. The gate insulating film GOX is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed using, for example, a thermal oxidation method. However, the gate insulating film GOX is not limited to the silicon oxide film and can be variously changed. For example, the gate insulating film GOX may be a silicon oxynitride film (SiON). That is, a structure in which nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film GOX and the semiconductor substrate 1S may be employed. The silicon oxynitride film has a higher effect of suppressing generation of interface states in the film and reducing electron traps than the silicon oxide film. Therefore, the hot carrier resistance of the gate insulating film GOX can be improved, and the insulation resistance can be improved. In addition, the silicon oxynitride film is less likely to penetrate impurities than the silicon oxide film. For this reason, by using a silicon oxynitride film as the gate insulating film GOX, it is possible to suppress a variation in threshold voltage due to diffusion of impurities in the gate electrode toward the semiconductor substrate 1S. For example, the silicon oxynitride film may be formed by heat-treating the semiconductor substrate 1S in an atmosphere containing nitrogen such as NO, NO 2, or NH 3 . Further, after forming a gate insulating film GOX made of a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate 1S, the semiconductor substrate 1S is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen, and nitrogen is segregated at the interface between the gate insulating film GOX and the semiconductor substrate 1S. The same effect can be obtained also by making it.

また、ゲート絶縁膜GOXは、例えば酸化シリコン膜より誘電率の高い高誘電率膜から形成してもよい。従来、絶縁耐性が高い、シリコン−酸化シリコン界面の電気的・物性的安定性などが優れているとの観点から、ゲート絶縁膜GOXとして酸化シリコン膜が使用されている。しかし、素子の微細化に伴い、ゲート絶縁膜GOXの膜厚について、極薄化が要求されるようになってきている。このように薄い酸化シリコン膜をゲート絶縁膜GOXとして使用すると、MISFETのチャネルを流れる電子が酸化シリコン膜によって形成される障壁をトンネルしてゲート電極に流れる、いわゆるトンネル電流が発生してしまう。   Further, the gate insulating film GOX may be formed of a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of a silicon oxide film, for example. Conventionally, a silicon oxide film has been used as the gate insulating film GOX from the viewpoint of high insulation resistance and excellent electrical and physical stability at the silicon-silicon oxide interface. However, with the miniaturization of elements, the thickness of the gate insulating film GOX is required to be extremely thin. When such a thin silicon oxide film is used as the gate insulating film GOX, a so-called tunnel current is generated in which electrons flowing through the channel of the MISFET tunnel through the barrier formed by the silicon oxide film and flow to the gate electrode.

そこで、酸化シリコン膜より誘電率の高い材料を使用することにより、容量が同じでも物理的膜厚を増加させることができる高誘電率膜が使用されるようになってきている。高誘電率膜によれば、容量を同じにしても物理的膜厚を増加させることができるので、リーク電流を低減することができる。特に、窒化シリコン膜も酸化シリコン膜よりも誘電率の高い膜であるが、本実施の形態1では、この窒化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜を使用することが望ましい。   Therefore, by using a material having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film, a high dielectric constant film capable of increasing the physical film thickness even when the capacitance is the same has been used. According to the high dielectric constant film, since the physical film thickness can be increased even if the capacitance is the same, the leakage current can be reduced. In particular, the silicon nitride film is also a film having a higher dielectric constant than the silicon oxide film, but in the first embodiment, it is desirable to use a high dielectric constant film having a higher dielectric constant than the silicon nitride film.

例えば、窒化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜として、ハフニウム酸化物の一つである酸化ハフニウム膜(HfO膜)が使用されるが、酸化ハフニウム膜に変えて、HfAlO膜(ハフニウムアルミネート膜)、HfON膜(ハフニウムオキシナイトライド膜)、HfSiO膜(ハフニウムシリケート膜)、HfSiON膜(ハフニウムシリコンオキシナイトライド膜)のような他のハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。さらに、これらのハフニウム系絶縁膜に酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化イットリウムなどの酸化物を導入したハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。ハフニウム系絶縁膜は、酸化ハフニウム膜と同様、酸化シリコン膜や酸窒化シリコン膜より誘電率が高いので、酸化ハフニウム膜を用いた場合と同様の効果が得られる。 For example, a hafnium oxide film (HfO 2 film), which is one of hafnium oxides, is used as a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of a silicon nitride film, but instead of the hafnium oxide film, an HfAlO film (hafnium film) is used. Other hafnium-based insulating films such as aluminate film), HfON film (hafnium oxynitride film), HfSiO film (hafnium silicate film), and HfSiON film (hafnium silicon oxynitride film) can also be used. Further, a hafnium-based insulating film in which an oxide such as tantalum oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, or yttrium oxide is introduced into these hafnium-based insulating films can also be used. Since the hafnium-based insulating film has a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film or the silicon oxynitride film, like the hafnium oxide film, the same effect as that obtained when the hafnium oxide film is used can be obtained.

次に、ゲート絶縁膜GOX上にポリシリコン膜PF1を形成する。ポリシリコン膜PF1は、例えば、CVD法を使用して形成することができる。その後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、メモリセル形成領域のポリシリコン膜PF1中にリンや砒素などのn型不純物を導入する。   Next, a polysilicon film PF1 is formed on the gate insulating film GOX. The polysilicon film PF1 can be formed using, for example, a CVD method. Thereafter, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are introduced into the polysilicon film PF1 in the memory cell formation region by using a photolithography technique and an ion implantation method.

続いて、図6に示すように、ポリシリコン膜PF1上に窒化シリコン膜SINを形成し、この窒化シリコン膜SIN上に酸化シリコン膜OX1を形成する。窒化シリコン膜SINおよび酸化シリコン膜OX1は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用することにより形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 6, a silicon nitride film SIN is formed on the polysilicon film PF1, and a silicon oxide film OX1 is formed on the silicon nitride film SIN. The silicon nitride film SIN and the silicon oxide film OX1 can be formed by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

そして、図7に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINをパターニングする。酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINのパターニングは、メモリセル形成領域において、コントロールゲート電極形成領域上に酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINが残り、その他の領域の酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINは除去されるように行なわれる。一方、周辺回路形成領域PERでは、酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINが全面に残存するように行なわれる。   Then, as shown in FIG. 7, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN are patterned by using a photolithography technique and an etching technique. In the patterning of the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN remain on the control gate electrode formation region in the memory cell formation region, and the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film in other regions. SIN is performed to be removed. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN are left on the entire surface.

次に、図8に示すように、半導体基板1S上に形成されているポリシリコン膜PF1の表面を酸化する。具体的には、メモリセル形成領域MCRにおいて、酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINから露出するポリシリコン膜PF1の表面に酸化シリコン膜OX2が形成される。このとき、充分な熱酸化処理を施すことにより、コントロールゲート電極形成領域を覆っている窒化シリコン膜SINの下層に形成されているポリシリコン膜PF1に食い込むようにバーズビークBVが形成される。本実施の形態1では、熱処理量を考慮せずに充分な熱酸化処理を施すことができるので、窒化シリコン膜の下層に充分に食い込むバーズビークBVを形成することができる。つまり、本実施の形態1では、まだ、半導体素子(メモリセルやMISFET)を形成する前段階においてバーズビークBVを形成することから、半導体素子に与える影響を考慮することなく、充分な熱処理を加えることができる。この結果、充分な大きさのバーズビークBVを形成することができるのである。   Next, as shown in FIG. 8, the surface of the polysilicon film PF1 formed on the semiconductor substrate 1S is oxidized. Specifically, in the memory cell formation region MCR, the silicon oxide film OX2 is formed on the surface of the polysilicon film PF1 exposed from the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN. At this time, by performing sufficient thermal oxidation treatment, the bird's beak BV is formed so as to bite into the polysilicon film PF1 formed under the silicon nitride film SIN covering the control gate electrode formation region. In the first embodiment, since sufficient thermal oxidation treatment can be performed without considering the amount of heat treatment, a bird's beak BV that sufficiently penetrates into the lower layer of the silicon nitride film can be formed. That is, in the first embodiment, since the bird's beak BV is formed before the semiconductor element (memory cell or MISFET) is formed, sufficient heat treatment is applied without considering the influence on the semiconductor element. Can do. As a result, a sufficiently large bird's beak BV can be formed.

一方、例えば、背景技術で説明した技術(特許文献1)では、半導体素子(メモリセル)を形成した後に、熱処理を施して、バーズビークを形成している。つまり、メモリセルのソース領域やドレイン領域を形成した後に熱処理が実施されている。ソース領域やドレイン領域は不純物を導入した半導体領域であり、ソース領域やドレイン領域を形成した後に熱処理を加えると、半導体領域に導入されている不純物のプロファイルなどが変化し、半導体素子の電気的特性の変動や劣化が生じる。このため、半導体素子を形成した後に実施される熱処理は、その熱負荷量が制限され、充分なバーズビークを形成することが困難となる。   On the other hand, for example, in the technique described in the background art (Patent Document 1), after forming a semiconductor element (memory cell), heat treatment is performed to form a bird's beak. That is, the heat treatment is performed after the source region and the drain region of the memory cell are formed. The source region and the drain region are semiconductor regions into which impurities are introduced. When heat treatment is performed after the source region or drain region is formed, the profile of the impurities introduced into the semiconductor region changes, and the electrical characteristics of the semiconductor element Fluctuations and deterioration occur. For this reason, in the heat treatment performed after the semiconductor element is formed, the heat load is limited, and it is difficult to form a sufficient bird's beak.

これに対し、本実施の形態1では、半導体素子のソース領域やドレイン領域を形成する前段階、さらには、コントロールゲート電極やメモリゲート電極を形成する前段階で熱処理を実施している。したがって、半導体素子(メモリセル)の電気的特性の変動や劣化を考慮せずに充分な熱負荷量の熱処理を実施することができる。このことから、本実施の形態1では、熱処理量を自由に調整できるので、充分な大きさで有効なバーズビークBVを形成することができるのである。つまり、本実施の形態1における半導体装置の製造技術の特徴は、半導体素子を形成する前段階で実施する熱処理によってバーズビークBVを形成することにある。   On the other hand, in the first embodiment, the heat treatment is performed before the formation of the source region and the drain region of the semiconductor element, and further before the formation of the control gate electrode and the memory gate electrode. Therefore, it is possible to perform a heat treatment with a sufficient heat load without taking into consideration fluctuations and deteriorations in the electrical characteristics of the semiconductor element (memory cell). From this, in this Embodiment 1, since the amount of heat treatment can be adjusted freely, an effective bird's beak BV having a sufficient size can be formed. That is, the feature of the manufacturing technique of the semiconductor device according to the first embodiment is that the bird's beak BV is formed by a heat treatment performed at a stage before forming a semiconductor element.

続いて、図9に示すように、ポリシリコン膜PF1の表面に形成された酸化シリコン膜OX2を、例えば、異方性エッチングにより除去した後、パターニングした酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINをマスクとしてポリシリコン膜PF1を加工する。これにより、メモリセル形成領域MCRにポリシリコン膜PF1よりなるコントロールゲート電極CGを形成することができる。このコントロールゲート電極CGの上端部にはバーズビークBVが形成されている。   Subsequently, as shown in FIG. 9, after the silicon oxide film OX2 formed on the surface of the polysilicon film PF1 is removed by, for example, anisotropic etching, the patterned silicon oxide film OX1 and silicon nitride film SIN are masked. As a result, the polysilicon film PF1 is processed. Thereby, the control gate electrode CG made of the polysilicon film PF1 can be formed in the memory cell formation region MCR. A bird's beak BV is formed at the upper end of the control gate electrode CG.

次に、図10に示すように、パターニングされている酸化シリコン膜OX1を除去する。そして、図11に示すように、半導体基板1Sの全面に後述の電位障壁膜EB1となる絶縁膜として酸化シリコン膜OX3を形成し、この酸化シリコン膜OX3上に後述の電荷蓄積膜ECとなる絶縁膜として窒化シリコン膜SIN2を形成する。その後、窒化シリコン膜SIN2上に後述の電位障壁膜EB2となる絶縁膜として酸化シリコン膜OX4を形成し、この酸化シリコン膜OX4上にポリシリコン膜PF2を形成する。例えば、酸化シリコン膜OX3は、熱酸化法やISSG酸化法を使用して形成することができ、窒化シリコン膜SIN2は、CVD法を使用して形成することができる。さらに、酸化シリコン膜OX4は、ISSG酸化法やCVD法を使用して形成することができる。また、ポリシリコン膜PF2は、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 10, the patterned silicon oxide film OX1 is removed. Then, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film OX3 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1S as an insulating film to be a potential barrier film EB1 described later, and an insulating film to be a charge storage film EC described later is formed on the silicon oxide film OX3. A silicon nitride film SIN2 is formed as a film. Thereafter, a silicon oxide film OX4 is formed on the silicon nitride film SIN2 as an insulating film to be a potential barrier film EB2 to be described later, and a polysilicon film PF2 is formed on the silicon oxide film OX4. For example, the silicon oxide film OX3 can be formed using a thermal oxidation method or an ISSG oxidation method, and the silicon nitride film SIN2 can be formed using a CVD method. Further, the silicon oxide film OX4 can be formed using an ISSG oxidation method or a CVD method. Further, the polysilicon film PF2 can be formed by using, for example, a CVD method.

ここで、コントロールゲート電極CG上に窒化シリコン膜SINを形成した状態で、酸化シリコン膜OX3を形成しているので、コントロールゲート電極CGの上端部に形成されているバーズビークBVの形状を劣化させることなく、酸化シリコン膜OX3を形成することができる。すなわち、コントロールゲート電極CG上に形成されている窒化シリコン膜SINは、下層に形成されているバーズビークBVの形状を保護する機能を有する。例えば、コントロールゲート電極CG上に窒化シリコン膜SINを形成せずに、酸化シリコン膜OX3を形成する場合、コントロールゲート電極CGの上端部(角部)は酸化されやすいため、酸化処理が進み、コントロールゲート電極CGの上端部がラウンド形状になってしまう。コントロールゲート電極CGの上端部がラウンド形状になるということは、上端部に形成されたバーズビークBVの形状が劣化することを意味し、バーズビークBVを形成した有用性が低下することになる。そこで、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CG上に窒化シリコン膜SINを形成した状態で、酸化シリコン膜OX3を形成しているのである。以上のことから、窒化シリコン膜SINは、下層に形成されたバーズビークBVの形状を保護する機能を果たす目的で使用されているのである。   Here, since the silicon oxide film OX3 is formed with the silicon nitride film SIN formed on the control gate electrode CG, the shape of the bird's beak BV formed on the upper end of the control gate electrode CG is deteriorated. The silicon oxide film OX3 can be formed. That is, the silicon nitride film SIN formed on the control gate electrode CG has a function of protecting the shape of the bird's beak BV formed in the lower layer. For example, when the silicon oxide film OX3 is formed without forming the silicon nitride film SIN on the control gate electrode CG, the upper end portion (corner portion) of the control gate electrode CG is easily oxidized, so that the oxidation process proceeds and the control is performed. The upper end portion of the gate electrode CG becomes round. The fact that the upper end portion of the control gate electrode CG has a round shape means that the shape of the bird's beak BV formed on the upper end portion is deteriorated, and the usefulness of forming the bird's beak BV is lowered. Therefore, in the first embodiment, the silicon oxide film OX3 is formed with the silicon nitride film SIN formed on the control gate electrode CG. From the above, the silicon nitride film SIN is used for the purpose of protecting the shape of the bird's beak BV formed in the lower layer.

本実施の形態1では、図6に示すように、ポリシリコン膜PF1を加工するのに窒化シリコン膜SINと酸化シリコン膜OX1の積層膜を使用している。このうち、窒化シリコン膜SINは、上述したように、ポリシリコン膜PF1に形成されたバーズビークBVの形状をその後の酸化工程から保護する目的で形成されているものである。したがって、ポリシリコン膜PF1を加工するハードマスクとして窒化シリコン膜SINと酸化シリコン膜OX1の積層膜を使用しなくても、窒化シリコン膜SINだけを使用すればよいと考えられる。しかし、本実施の形態1では、ポリシリコン膜PF1を加工するハードマスクとして、窒化シリコン膜SINと酸化シリコン膜OX1の積層膜を使用している。これは、以下に示す理由による。   In the first embodiment, as shown in FIG. 6, a laminated film of a silicon nitride film SIN and a silicon oxide film OX1 is used to process the polysilicon film PF1. Among these, as described above, the silicon nitride film SIN is formed for the purpose of protecting the shape of the bird's beak BV formed in the polysilicon film PF1 from the subsequent oxidation process. Therefore, it is considered that only the silicon nitride film SIN needs to be used without using the laminated film of the silicon nitride film SIN and the silicon oxide film OX1 as a hard mask for processing the polysilicon film PF1. However, in the first embodiment, a laminated film of the silicon nitride film SIN and the silicon oxide film OX1 is used as a hard mask for processing the polysilicon film PF1. This is due to the following reason.

すなわち、ポリシリコン膜PF1を加工するハードマスクとして窒化シリコン膜SINだけを使用することは困難なのである。なぜなら、ポリシリコン膜PF1と窒化シリコン膜SINとはエッチング選択比がとれないため、ポリシリコン膜PF1を加工するハードマスクとして窒化シリコン膜SINは使用できないからである。このため、窒化シリコン膜SIN上に酸化シリコン膜OX1を形成している。つまり、酸化シリコン膜OX1は、ポリシリコン膜PF1とのエッチング選択比が高いため、ハードマスクとして充分に使用できるのである。以上のことから、ポリシリコン膜PF1上に形成される窒化シリコン膜SINと酸化シリコン膜OX1には、それぞれ、別々の機能があるのである。具体的には、窒化シリコン膜SINは、バーズビークBVを形成した後、その後の酸化工程(酸化シリコン膜OX3の形成工程)において、バーズビークBVの形状を保護する機能を有する一方、酸化シリコン膜OX1は、ポリシリコン膜PF1をコントロールゲート電極CGに加工する際のハードマスクとしての機能を有するのである。   That is, it is difficult to use only the silicon nitride film SIN as a hard mask for processing the polysilicon film PF1. This is because the polysilicon film PF1 and the silicon nitride film SIN cannot have an etching selectivity, and the silicon nitride film SIN cannot be used as a hard mask for processing the polysilicon film PF1. For this reason, the silicon oxide film OX1 is formed on the silicon nitride film SIN. That is, since the silicon oxide film OX1 has a high etching selectivity with respect to the polysilicon film PF1, it can be sufficiently used as a hard mask. From the above, the silicon nitride film SIN and the silicon oxide film OX1 formed on the polysilicon film PF1 have different functions. Specifically, after forming the bird's beak BV, the silicon nitride film SIN has a function of protecting the shape of the bird's beak BV in the subsequent oxidation step (step of forming the silicon oxide film OX3), while the silicon oxide film OX1 Therefore, it has a function as a hard mask when the polysilicon film PF1 is processed into the control gate electrode CG.

続いて、異方性エッチングを使用することにより、半導体基板1S上に形成されているポリシリコン膜PF2を加工する。これにより、コントロールゲート電極CGの両側の側壁に、サイドウォール形状のポリシリコン膜PF2が残存する。   Subsequently, the polysilicon film PF2 formed on the semiconductor substrate 1S is processed by using anisotropic etching. As a result, the sidewall-shaped polysilicon film PF2 remains on the sidewalls on both sides of the control gate electrode CG.

その後、図12に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、メモリセル形成領域MCRにおいて、コントロールゲート電極CGの片側に形成されているサイドウォール形状のポリシリコン膜PF2を除去する。これにより、コントロールゲート電極CGの片側の側壁だけにサイドウォール形状のポリシリコン膜PF2が残存する。さらに、積層絶縁膜(酸化シリコン膜OX3、窒化シリコン膜SIN2、酸化シリコン膜OX4)、および窒化シリコン膜SINをエッチングすることにより、バーズビークBVの形状を保護するために形成していた窒化シリコン膜SINを除去し、コントロールゲート電極CGの片側の側壁に積層絶縁膜を介してサイドウォール形状のメモリゲート電極MGを形成することができる。このとき、積層絶縁膜は、酸化シリコン膜OX3、窒化シリコン膜SIN2および酸化シリコン膜OX4からなるが、例えば、酸化シリコン膜OX3が電位障壁膜EB1となり、窒化シリコン膜SIN2が電荷蓄積膜ECとなる。さらに、酸化シリコン膜OX4が電位障壁膜EB2となる。   Thereafter, as shown in FIG. 12, the sidewall-shaped polysilicon film PF2 formed on one side of the control gate electrode CG is removed in the memory cell formation region MCR by using a photolithography technique and an etching technique. . As a result, the sidewall-shaped polysilicon film PF2 remains only on one side wall of the control gate electrode CG. Further, the silicon nitride film SIN formed to protect the shape of the bird's beak BV by etching the laminated insulating film (silicon oxide film OX3, silicon nitride film SIN2, silicon oxide film OX4) and silicon nitride film SIN. Then, the memory gate electrode MG having a side wall shape can be formed on the side wall on one side of the control gate electrode CG via a laminated insulating film. At this time, the laminated insulating film includes the silicon oxide film OX3, the silicon nitride film SIN2, and the silicon oxide film OX4. For example, the silicon oxide film OX3 serves as the potential barrier film EB1, and the silicon nitride film SIN2 serves as the charge storage film EC. . Further, the silicon oxide film OX4 becomes the potential barrier film EB2.

その後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、周辺回路形成領域PERのポリシリコン膜PF1中にリンや砒素などのn型不純物およびボロン(ホウ素)などのp型不純物を導入する。   Thereafter, an n-type impurity such as phosphorus or arsenic and a p-type impurity such as boron (boron) are introduced into the polysilicon film PF1 in the peripheral circuit formation region PER by using a photolithography technique and an ion implantation method.

次に、図13に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、周辺回路形成領域PERに形成されているポリシリコン膜PF1を加工する。これにより、周辺回路形成領域PERに、ポリシリコン膜PF1からなるゲート電極G1およびゲート電極G2を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 13, the polysilicon film PF1 formed in the peripheral circuit formation region PER is processed by using a photolithography technique and an etching technique. Thereby, the gate electrode G1 and the gate electrode G2 made of the polysilicon film PF1 can be formed in the peripheral circuit formation region PER.

続いて、図14に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、メモリセル形成領域MCRでは、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGに整合した浅い低濃度不純物拡散領域EX1を形成する。浅い低濃度不純物拡散領域EX1は、リンや砒素などのn型不純物を導入したn型半導体領域である。一方、周辺回路形成領域PERでは、ゲート電極G1に整合した浅い低濃度不純物拡散領域EX2を形成する。この浅い低濃度不純物拡散領域EX2もn型不純物を導入したn型半導体領域である。同様に、周辺回路形成領域PERでは、ゲート電極G2に整合した浅い低濃度不純物拡散領域EX3も形成する。この浅い低濃度不純物拡散領域EX3は、p型不純物を導入したp型半導体領域である。   Subsequently, as shown in FIG. 14, by using a photolithography technique and an ion implantation method, in the memory cell formation region MCR, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 aligned with the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is formed. Form. The shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, a shallow low concentration impurity diffusion region EX2 aligned with the gate electrode G1 is formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 is also an n-type semiconductor region into which an n-type impurity is introduced. Similarly, in the peripheral circuit formation region PER, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 aligned with the gate electrode G2 is also formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 is a p-type semiconductor region into which p-type impurities are introduced.

その後、図15に示すように、半導体基板1S上に酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜は、例えば、CVD法を使用して形成することができる。そして、酸化シリコン膜を異方性エッチングすることにより、サイドウォールSWを形成する。メモリセル形成領域MCRにおいては、コントロールゲート電極CGの側壁およびメモリゲート電極MGの側壁にサイドウォールSWが形成される。同様に、周辺回路形成領域PERにおいては、ゲート電極G1とゲート電極G2の両側の側壁にサイドウォールSWが形成される。これらのサイドウォールSWは、酸化シリコン膜の単層膜から形成するようにしたが、これに限らず、例えば、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜からなるサイドウォールSWを形成してもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 15, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S. The silicon oxide film can be formed using, for example, a CVD method. Then, the sidewall SW is formed by anisotropically etching the silicon oxide film. In memory cell formation region MCR, sidewalls SW are formed on the sidewalls of control gate electrode CG and memory gate electrode MG. Similarly, in the peripheral circuit formation region PER, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G1 and the gate electrode G2. These sidewalls SW are formed from a single layer film of a silicon oxide film. However, the present invention is not limited to this, and for example, a sidewall SW composed of a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be formed. .

続いて、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、メモリセル形成領域MCRにサイドウォールSWに整合した深い高濃度不純物拡散領域NR1を形成する。深い高濃度不純物拡散領域NR1は、リンや砒素などのn型不純物を導入したn型半導体領域である。この深い高濃度不純物拡散領域NR1と浅い低濃度不純物拡散領域EX1によってメモリセルのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域NR1で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。   Subsequently, a deep high-concentration impurity diffusion region NR1 aligned with the sidewall SW is formed in the memory cell formation region MCR by using a photolithography technique and an ion implantation method. The deep high-concentration impurity diffusion region NR1 is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced. The deep high concentration impurity diffusion region NR1 and the shallow low concentration impurity diffusion region EX1 form a source region or a drain region of the memory cell. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR1 in this way, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

一方、周辺回路形成領域PERにサイドウォールSWに整合した深い高濃度不純物拡散領域NR2を形成する。深い高濃度不純物拡散領域NR2は、リンや砒素などのn型不純物を導入したn型半導体領域である。この深い高濃度不純物拡散領域NR2と浅い低濃度不純物拡散領域EX2によってnチャネル型MISFETのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX2と深い高濃度不純物拡散領域NR2で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。   On the other hand, a deep high-concentration impurity diffusion region NR2 aligned with the sidewall SW is formed in the peripheral circuit formation region PER. The deep high-concentration impurity diffusion region NR2 is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced. The deep high-concentration impurity diffusion region NR2 and the shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 form the source region or drain region of the n-channel MISFET. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR2, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

同様に、周辺回路形成領域PERでは、ゲート電極G2の側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域PR1を形成する。深い高濃度不純物拡散領域PR1は、ボロン(ホウ素)などのp型不純物を導入したp型半導体領域である。この深い高濃度不純物拡散領域PR1と浅い低濃度不純物拡散領域EX3によってpチャネル型MISFETのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX3と深い高濃度不純物拡散領域PR1で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。また、周辺回路形成領域PERの深い高濃度不純物拡散領域NR2は、メモリセル形成領域MCRの深い高濃度不純物拡散領域NR1と共通にして、同時に形成することも可能である。   Similarly, in the peripheral circuit formation region PER, a deep high concentration impurity diffusion region PR1 is formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewall of the gate electrode G2. The deep high-concentration impurity diffusion region PR1 is a p-type semiconductor region into which a p-type impurity such as boron (boron) is introduced. The deep high-concentration impurity diffusion region PR1 and the shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 form the source region or drain region of the p-channel type MISFET. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 and the deep high-concentration impurity diffusion region PR1, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure. Further, the deep high-concentration impurity diffusion region NR2 in the peripheral circuit formation region PER can be formed simultaneously with the deep high-concentration impurity diffusion region NR1 in the memory cell formation region MCR.

ここで、メモリセル形成領域MCRにおいては、半導体基板1Sにリンや砒素などのn型不純物を導入することにより、浅い低濃度不純物拡散領域EX1や深い高濃度不純物拡散領域NR1が形成されている。このとき、コントロールゲート電極CGの上端部、メモリゲート電極MGの上端部および積層絶縁膜の上端部にもリンや砒素などのn型不純物が導入される。特に、絶縁膜から構成されている積層絶縁膜の上端部にn型不純物が導入されると、積層絶縁膜の絶縁耐性が劣化する現象が生じる。すると、積層絶縁膜で絶縁されているコントロールゲート電極CGの上端部と、メモリゲート電極MGの上端部との間に流れるリーク電流が増加する。しかし、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成しているので、コントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との実質的な距離を離すことができる。このことは、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に存在する積層絶縁膜において、電界強度を緩和することができることを意味する。したがって、積層絶縁膜の上端部にn型不純物が導入されて、積層絶縁膜の絶縁耐性が劣化しても、バーズビークBVを形成することにより、積層絶縁膜に発生する電界強度を緩和することができるので、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG間を流れるリーク電流を低減することができるのである。   Here, in the memory cell formation region MCR, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and a deep high-concentration impurity diffusion region NR1 are formed by introducing n-type impurities such as phosphorus and arsenic into the semiconductor substrate 1S. At this time, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are also introduced into the upper end portion of the control gate electrode CG, the upper end portion of the memory gate electrode MG, and the upper end portion of the stacked insulating film. In particular, when an n-type impurity is introduced into the upper end portion of the laminated insulating film composed of the insulating film, a phenomenon that the insulation resistance of the laminated insulating film is deteriorated occurs. Then, the leakage current flowing between the upper end portion of the control gate electrode CG insulated by the laminated insulating film and the upper end portion of the memory gate electrode MG increases. However, since the bird's beak BV is formed at the upper end of the control gate electrode CG in the first embodiment, the substantial distance between the upper end of the control gate electrode CG and the upper end of the memory gate electrode MG is increased. Can do. This means that the electric field strength can be relaxed in the laminated insulating film existing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG. Therefore, even if an n-type impurity is introduced into the upper end portion of the laminated insulating film and the insulation resistance of the laminated insulating film is deteriorated, the electric field strength generated in the laminated insulating film can be reduced by forming the bird's beak BV. As a result, the leakage current flowing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be reduced.

このようにして、深い高濃度不純物拡散領域NR1、NR2、PR1を形成した後、1000℃程度の熱処理を行なう。これにより、導入した不純物の活性化が行なわれる。   Thus, after forming the deep high-concentration impurity diffusion regions NR1, NR2, and PR1, heat treatment at about 1000 ° C. is performed. Thereby, the introduced impurities are activated.

次に、半導体基板1S上にコバルト膜を形成した後、熱処理を施すことにより、メモリセル形成領域MCRにおいては、コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを構成するポリシリコン膜PF1、PF2とコバルト膜を反応させて、コバルトシリサイド膜CSを形成する。これにより、コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGはそれぞれポリシリコン膜PF1、PF2とコバルトシリサイド膜CSの積層構造となる。同様に、高濃度不純物拡散領域NR1の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。   Next, after forming a cobalt film on the semiconductor substrate 1S, heat treatment is performed to thereby form the control gate electrode CG, the polysilicon films PF1 and PF2 constituting the memory gate electrode MG, and the cobalt film in the memory cell formation region MCR. To form a cobalt silicide film CS. Thereby, the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG have a laminated structure of the polysilicon films PF1 and PF2 and the cobalt silicide film CS, respectively. Similarly, on the surface of the high-concentration impurity diffusion region NR1, silicon and the cobalt film react to form a cobalt silicide film CS.

一方、周辺回路形成領域PERにおいても、ゲート電極G1、G2を構成するポリシリコン膜PF1の表面にコバルトシリサイド膜CSが形成される。これにより、ゲート電極G1、G2はポリシリコン膜PF1とコバルトシリサイド膜CSから構成されることになる。同様に、深い高濃度不純物拡散領域NR2、PR1の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。なお、本実施の形態1では、コバルトシリサイド膜CSを形成するように構成しているが、例えば、コバルトシリサイド膜CSに代えてニッケルシリサイド膜やチタンシリサイド膜やプラチナシリサイド膜を形成するようにしてもよい。   On the other hand, also in the peripheral circuit formation region PER, the cobalt silicide film CS is formed on the surface of the polysilicon film PF1 constituting the gate electrodes G1 and G2. Thus, the gate electrodes G1 and G2 are composed of the polysilicon film PF1 and the cobalt silicide film CS. Similarly, the silicon silicide film reacts with the surface of the deep high-concentration impurity diffusion regions NR2 and PR1 to form the cobalt silicide film CS. In the first embodiment, the cobalt silicide film CS is formed. For example, instead of the cobalt silicide film CS, a nickel silicide film, a titanium silicide film, or a platinum silicide film is formed. Also good.

このとき、本実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの上端部にバーズビークBVを形成しているので、積層絶縁膜を挟んだコントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との間の距離を離すことができる。このことは、コントロールゲート電極CGの表面に形成されるコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MGの表面に形成されるコバルトシリサイド膜CSとの間の距離を離すことができることを意味している。したがって、メモリセルを微細化した場合であっても、コントロールゲート電極CGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSが接触してしまうショート不良を抑制できる。   At this time, in the first embodiment, since the bird's beak BV is formed at the upper end portion of the control gate electrode CG, the upper end portion of the control gate electrode CG sandwiching the laminated insulating film and the upper end portion of the memory gate electrode MG are arranged. The distance between can be separated. This means that the distance between the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG can be increased. Therefore, even when the memory cell is miniaturized, the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG contacts the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG. It is possible to suppress short circuit defects.

以上のようにして半導体基板1Sのメモリセル形成領域MCRに複数のメモリセルを形成し、周辺回路形成領域PERに複数のnチャネル型MISFETやpチャネル型MISFETを形成することができる。   As described above, a plurality of memory cells can be formed in the memory cell formation region MCR of the semiconductor substrate 1S, and a plurality of n-channel MISFETs and p-channel MISFETs can be formed in the peripheral circuit formation region PER.

次に、配線工程について図2を参照しながら説明する。図2に示すように、半導体基板1Sの主面上に層間絶縁膜IL1を形成する。この層間絶縁膜IL1は、例えば、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜から形成される。その後、層間絶縁膜IL1の表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用して平坦化する。   Next, the wiring process will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, an interlayer insulating film IL1 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1S. This interlayer insulating film IL1 is formed of, for example, a silicon nitride film and a silicon oxide film. Thereafter, the surface of the interlayer insulating film IL1 is planarized using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、層間絶縁膜IL1にコンタクトホールCNTを形成する。例えば、メモリセル形成領域MCRと周辺回路形成領域PERにコンタクトホールCNTが形成される。   Subsequently, contact holes CNT are formed in the interlayer insulating film IL1 using a photolithography technique and an etching technique. For example, contact holes CNT are formed in the memory cell formation region MCR and the peripheral circuit formation region PER.

その後、コンタクトホールCNTの底面および内壁を含む層間絶縁膜上にチタン/窒化チタン膜を形成する。チタン/窒化チタン膜は、チタン膜と窒化チタン膜の積層膜から構成され、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。このチタン/窒化チタン膜は、例えば、後の工程で埋め込む膜の材料であるタングステンがシリコン中へ拡散するのを防止する、いわゆるバリア性を有する。   Thereafter, a titanium / titanium nitride film is formed on the interlayer insulating film including the bottom surface and inner wall of the contact hole CNT. The titanium / titanium nitride film is composed of a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film, and can be formed by using, for example, a sputtering method. This titanium / titanium nitride film has a so-called barrier property that prevents, for example, tungsten, which is a material of a film to be embedded in a later process, from diffusing into silicon.

そして、コンタクトホールCNTを埋め込むように、半導体基板1Sの主面の全面にタングステン膜を形成する。このタングステン膜は、例えばCVD法を使用して形成することができる。そして、層間絶縁膜IL1上に形成された不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜を例えばCMP法を除去することにより、プラグPLG1を形成することができる。   Then, a tungsten film is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1S so as to fill the contact holes CNT. This tungsten film can be formed using, for example, a CVD method. Then, the plug PLG1 can be formed by removing the unnecessary titanium / titanium nitride film and tungsten film formed on the interlayer insulating film IL1 by, for example, the CMP method.

次に、図2に示すように、プラグPLG1を形成した層間絶縁膜IL1上に層間絶縁膜IL2を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜IL2に溝を形成する。その後、溝内を含む層間絶縁膜IL2上にタンタル/窒化タンタル膜を形成する。このタンタル/窒化タンタル膜は、例えば、スパッタリング法により形成することができる。続いて、タンタル/窒化タンタル膜上に薄い銅膜よりなるシード膜を、例えば、スパッタリング法で形成した後、このシード膜を電極とする電解めっき法により、溝を形成した層間絶縁膜IL2上に銅膜を形成する。その後、溝の内部以外の層間絶縁膜IL2上に露出している銅膜を、例えば、CMP法で研磨して除去することにより、層間絶縁膜IL2に形成された溝内にだけ銅膜を残す。これにより、配線L1を形成することができる。さらに、配線L1の上層に配線を形成するが、ここでの説明は省略する。このようにして、最終的に本実施の形態1における半導体装置を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 2, an interlayer insulating film IL2 is formed on the interlayer insulating film IL1 on which the plug PLG1 is formed. Then, a trench is formed in the interlayer insulating film IL2 by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a tantalum / tantalum nitride film is formed on the interlayer insulating film IL2 including the inside of the trench. This tantalum / tantalum nitride film can be formed by sputtering, for example. Subsequently, after a seed film made of a thin copper film is formed on the tantalum / tantalum nitride film by, for example, a sputtering method, an electrolytic plating method using this seed film as an electrode is formed on the interlayer insulating film IL2 in which the groove is formed. A copper film is formed. Thereafter, the copper film exposed on the interlayer insulating film IL2 other than the inside of the trench is removed by polishing, for example, by CMP, thereby leaving the copper film only in the trench formed in the interlayer insulating film IL2. . Thereby, the wiring L1 can be formed. Furthermore, although wiring is formed in the upper layer of wiring L1, description here is abbreviate | omitted. In this manner, the semiconductor device according to the first embodiment can be finally formed.

なお、本実施の形態1では、銅膜よりなる配線L1を形成する例について説明したが、例えば、アルミニウム膜よりなる配線L1を形成してもよい。この場合は、層間絶縁膜IL1およびプラグPLG1上にチタン/窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタン/窒化チタン膜を順次、形成する。これらの膜は、例えばスパッタリング法を使用することにより形成することができる。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、これらの膜のパターニングを行い、配線L1を形成する。これにより、アアルミニウム膜よりなる配線L1を形成することができる。   In the first embodiment, the example of forming the wiring L1 made of a copper film has been described. However, for example, the wiring L1 made of an aluminum film may be formed. In this case, a titanium / titanium nitride film, an aluminum film, and a titanium / titanium nitride film are sequentially formed on the interlayer insulating film IL1 and the plug PLG1. These films can be formed by using, for example, a sputtering method. Subsequently, these films are patterned by using a photolithography technique and an etching technique to form the wiring L1. Thereby, the wiring L1 made of an aluminum film can be formed.

本実施の形態1では、図2に示すように、コントロールゲート電極CGの片側の側壁にメモリゲート電極MGを形成した不揮発性メモリセルについて説明したが、例えば、図16に示すように、コントロールゲート電極CGの両側の側壁にメモリゲート電極MGを形成する不揮発性メモリセルにも本発明の技術的思想を適用することができる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the nonvolatile memory cell in which the memory gate electrode MG is formed on the side wall on one side of the control gate electrode CG has been described. For example, as shown in FIG. The technical idea of the present invention can also be applied to a nonvolatile memory cell in which the memory gate electrode MG is formed on the side walls on both sides of the electrode CG.

具体的に、図16は、本実施の形態1の変形例における不揮発性メモリセルの構造を示す断面図である。図16において、変形例における不揮発性メモリセルの構造は、図2や図3に示す本実施の形態1における不揮発性メモリセルとほぼ同様の構成をしている。相違する点は、変形例では、コントロールゲート電極CGの両側の側壁にメモリゲート電極MG1、MG2が形成されている点である。例えば、コントロールゲート電極CGの右側の側壁にはサイドウォール形状のメモリゲート電極MG1が形成されており、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG1の間に積層絶縁膜が形成されている。この積層絶縁膜は、第1電位障壁膜EB1(A)と、電荷蓄積膜EC(A)と、第2電位障壁膜EB2(A)から構成されている。このとき、コントロールゲート電極CGの右側の上端部にバーズビークBVが形成されているので、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG1との間の距離を離すことができる。この結果、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG1との間に発生するリーク電流を低減することができるとともに、コントロールゲート電極CGの表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MG1の表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSとのショート不良を抑制することができる。   Specifically, FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of a nonvolatile memory cell in a modification of the first embodiment. In FIG. 16, the structure of the non-volatile memory cell in the modification is almost the same as that of the non-volatile memory cell in the first embodiment shown in FIGS. The difference is that in the modification, memory gate electrodes MG1 and MG2 are formed on the side walls on both sides of the control gate electrode CG. For example, a sidewall-shaped memory gate electrode MG1 is formed on the right side wall of the control gate electrode CG, and a stacked insulating film is formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG1. This laminated insulating film is composed of a first potential barrier film EB1 (A), a charge storage film EC (A), and a second potential barrier film EB2 (A). At this time, since the bird's beak BV is formed at the upper right end of the control gate electrode CG, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG1 can be increased. As a result, the leakage current generated between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG1 can be reduced, and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG and the surface of the memory gate electrode MG1 It is possible to suppress short-circuit defects with the cobalt silicide film CS formed on the substrate.

同様に、コントロールゲート電極CGの左側の側壁にもサイドウォール形状のメモリゲート電極MG2が形成されており、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG2の間に積層絶縁膜が形成されている。この積層絶縁膜は、第1電位障壁膜EB1(B)と、電荷蓄積膜EC(B)と、第2電位障壁膜EB2(B)から構成されている。このとき、コントロールゲート電極CGの左側の上端部にもバーズビークBVが形成されているので、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG2との間の距離を離すことができる。この結果、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MG2との間に発生するリーク電流を低減することができるとともに、コントロールゲート電極CGの表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MG2の表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSとのショート不良を抑制することができる。   Similarly, a sidewall-shaped memory gate electrode MG2 is formed on the left side wall of the control gate electrode CG, and a stacked insulating film is formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG2. This laminated insulating film is composed of a first potential barrier film EB1 (B), a charge storage film EC (B), and a second potential barrier film EB2 (B). At this time, since the bird's beak BV is also formed at the upper left end of the control gate electrode CG, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG2 can be increased. As a result, leakage current generated between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG2 can be reduced, and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG and the surface of the memory gate electrode MG2 It is possible to suppress short-circuit defects with the cobalt silicide film CS formed on the substrate.

(実施の形態2)
本実施の形態2では、前記実施の形態1よりもさらにバーズビークを大きく形成できる半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a bird's beak larger than that in the first embodiment will be described with reference to the drawings.

本実施の形態2における半導体装置の製造方法において、図4〜図6に示す工程までは、前記実施の形態1と同様である。続いて、図17に示すように、半導体基板1S上に形成された酸化シリコン膜OX1をパターニングする。つまり、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、酸化シリコン膜OX1を加工する。具体的には、メモリセル形成領域MCRにおいて、コントロールゲート電極形成領域を覆うように酸化シリコン膜OX1を残し、それ以外の領域に形成されている酸化シリコン膜OX1を除去する。一方、周辺回路形成領域PERにおいては、全面に酸化シリコン膜OX1を残存させる。   In the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment, the steps shown in FIGS. 4 to 6 are the same as those in the first embodiment. Subsequently, as shown in FIG. 17, the silicon oxide film OX1 formed on the semiconductor substrate 1S is patterned. That is, the silicon oxide film OX1 is processed by using a photolithography technique and an etching technique. Specifically, in the memory cell formation region MCR, the silicon oxide film OX1 is left so as to cover the control gate electrode formation region, and the silicon oxide film OX1 formed in other regions is removed. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, the silicon oxide film OX1 is left on the entire surface.

次に、図18に示すように、パターニングした酸化シリコン膜OX1をマスクにして下層に形成されている窒化シリコン膜SINを加工する。具体的には、熱リン酸によるウェットエッチングにより窒化シリコン膜SINを加工する。熱リン酸によるウェットエッチングは、等方性エッチングであるため、露出している窒化シリコン膜SINが除去されるだけでなく、図18に示すように、酸化シリコン膜OX1の下層に形成されている窒化シリコン膜SINも回り込むようにしてエッチングされる。すなわち、コントロールゲート電極形成領域に形成されている酸化シリコン膜OX1の下層に食い込むように窒化シリコン膜SINが除去される。この結果、酸化シリコン膜OX1のサイズよりも、酸化シリコン膜OX1の下層に形成されている窒化シリコン膜SINのサイズが小さくなる。   Next, as shown in FIG. 18, the silicon nitride film SIN formed in the lower layer is processed using the patterned silicon oxide film OX1 as a mask. Specifically, the silicon nitride film SIN is processed by wet etching with hot phosphoric acid. Since the wet etching with hot phosphoric acid is an isotropic etching, not only the exposed silicon nitride film SIN is removed, but also formed in the lower layer of the silicon oxide film OX1 as shown in FIG. The silicon nitride film SIN is also etched so as to go around. That is, the silicon nitride film SIN is removed so as to bite into the lower layer of the silicon oxide film OX1 formed in the control gate electrode formation region. As a result, the size of the silicon nitride film SIN formed below the silicon oxide film OX1 is smaller than the size of the silicon oxide film OX1.

続いて、図19に示すように、露出しているポリシリコン膜PF1の表面を酸化する。具体的には、半導体基板1Sに対して熱酸化処理を実施することにより、露出しているポリシリコン膜PF1の表面に酸化シリコン膜OX2を形成する。このとき、マスクとなる酸化シリコン膜OX1の下層に形成されているポリシリコン膜PF1にも食い込むようにバーズビークBVが形成される。特に、本実施の形態2では、窒化シリコン膜SINのサイズが酸化シリコン膜OX1のサイズよりも小さくなっているので、バーズビークBVが充分に形成される。つまり、本実施の形態2で形成されるバーズビークBVの幅は、前記実施の形態1で形成されるバーズビークBVの幅よりも大きくなる。本実施の形態2では、窒化シリコン膜SINを等方性エッチングでエッチングしているので、酸化シリコン膜OX1のサイズよりも窒化シリコン膜SINのサイズが小さくなることにより、酸化シリコン膜OX1の下層に露出するポリシリコン膜PF1の領域が大きくなる。この結果、酸化シリコン膜OX1の下層に回り込むように形成されるバーズビークBVの幅(コントロールゲート電極のゲート長方向)が大きくなるのである。   Subsequently, as shown in FIG. 19, the exposed surface of the polysilicon film PF1 is oxidized. Specifically, a silicon oxide film OX2 is formed on the exposed surface of the polysilicon film PF1 by performing a thermal oxidation process on the semiconductor substrate 1S. At this time, the bird's beak BV is formed so as to bite into the polysilicon film PF1 formed under the silicon oxide film OX1 serving as a mask. In particular, in the second embodiment, since the size of the silicon nitride film SIN is smaller than the size of the silicon oxide film OX1, the bird's beak BV is sufficiently formed. That is, the width of the bird's beak BV formed in the second embodiment is larger than the width of the bird's beak BV formed in the first embodiment. In the second embodiment, since the silicon nitride film SIN is etched by isotropic etching, the size of the silicon nitride film SIN is smaller than the size of the silicon oxide film OX1, so that the silicon nitride film SIN is formed below the silicon oxide film OX1. The exposed region of the polysilicon film PF1 becomes larger. As a result, the width of the bird's beak BV formed so as to wrap around the lower layer of the silicon oxide film OX1 (in the gate length direction of the control gate electrode) is increased.

そして、図20に示すように、酸化シリコン膜OX1をハードマスクにして、ポリシリコン膜PF1を加工することにより、メモリセル形成領域MCRにコントロールゲート電極CGを形成する。このコントロールゲート電極CGの上端部には、前記実施の形態1よりも大きな幅のバーズビークBVが形成されている。   Then, as shown in FIG. 20, the control gate electrode CG is formed in the memory cell formation region MCR by processing the polysilicon film PF1 using the silicon oxide film OX1 as a hard mask. A bird's beak BV having a width larger than that of the first embodiment is formed at the upper end of the control gate electrode CG.

その後の工程は、前記実施の形態1と同様である。このようにして、本実施の形態2における半導体装置を製造することができる。本実施の形態2では、上述したように、コントロールゲート電極CGの上端部に形成されるバーズビークBVの幅(大きさ)を充分に大きくすることができるので、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離を離すことができる。この結果、積層絶縁膜を挟んだコントロールゲート電極CGの上端部とメモリゲート電極MGの上端部との間に発生するリーク電流を低減することができるとともに、コントロールゲート電極CGの表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MGの表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSとのショート不良を抑制することができる。   Subsequent steps are the same as those in the first embodiment. In this way, the semiconductor device according to the second embodiment can be manufactured. In the second embodiment, as described above, the width (size) of the bird's beak BV formed at the upper end of the control gate electrode CG can be made sufficiently large, so that the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG Can be separated from each other. As a result, the leakage current generated between the upper end portion of the control gate electrode CG and the upper end portion of the memory gate electrode MG across the stacked insulating film can be reduced, and the leakage current generated on the surface of the control gate electrode CG is formed. Short-circuit defects between the cobalt silicide film CS and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG can be suppressed.

(実施の形態3)
前記実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの両側の上端部にバーズビークBVを形成する例について説明したが、本実施の形態3では、コントロールゲート電極CGの片側の上端部にだけバーズビークBVを形成する例について説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the example in which the bird's beak BV is formed on the upper end portions on both sides of the control gate electrode CG has been described. In the third embodiment, the bird's beak BV is formed only on the upper end portion on one side of the control gate electrode CG. An example will be described.

図21は、本実施の形態3における半導体装置の構成を示す断面図である。図21に示す半導体装置の構成と図2に示す半導体装置の構成は、ほぼ同様である。以下に、異なる点を含めて説明する。図21において、メモリセル形成領域MCRに形成されている不揮発性メモリセルの特徴は、コントロールゲート電極CG1の片側の上端部にだけバーズビークBVが形成されている点である。具体的に、図21のメモリセル形成領域MCRには、隣接する2つの不揮発性メモリセルが図示されているが、右側の不揮発性メモリセルを例にとって説明する。まず、コントロールゲート電極CG1の右側の側壁にメモリゲート電極MG1が形成されており、コントロールゲート電極CG1とメモリゲート電極MG1の間に積層絶縁膜が形成されている。この積層絶縁膜は、第1電位障壁膜EB1(A)と、電荷蓄積膜EC(A)と、第2電位障壁膜EB2(A)から構成されている。このとき、コントロールゲート電極CG1の両側の上端部のうち、メモリゲート電極MG1が形成されている右側の上端部にバーズビークBVが形成されている。これにより、積層絶縁膜を挟んだコントロールゲート電極CG1の上端部とメモリゲート電極MG1の上端部との間の距離を離すことができる。この結果、コントロールゲート電極CG1とメモリゲート電極MG1との間に発生するリーク電流を低減することができるとともに、コントロールゲート電極CG1の表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSと、メモリゲート電極MG1の表面に形成されたコバルトシリサイド膜CSとのショート不良を抑制することができる。   FIG. 21 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment. The configuration of the semiconductor device illustrated in FIG. 21 is substantially the same as the configuration of the semiconductor device illustrated in FIG. Below, it explains including a different point. In FIG. 21, a feature of the nonvolatile memory cell formed in the memory cell formation region MCR is that a bird's beak BV is formed only at the upper end portion on one side of the control gate electrode CG1. Specifically, although two adjacent nonvolatile memory cells are illustrated in the memory cell formation region MCR of FIG. 21, a description will be given by taking the nonvolatile memory cell on the right as an example. First, the memory gate electrode MG1 is formed on the right side wall of the control gate electrode CG1, and a laminated insulating film is formed between the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1. This laminated insulating film is composed of a first potential barrier film EB1 (A), a charge storage film EC (A), and a second potential barrier film EB2 (A). At this time, the bird's beak BV is formed at the upper right end portion where the memory gate electrode MG1 is formed among the upper end portions on both sides of the control gate electrode CG1. As a result, the distance between the upper end portion of the control gate electrode CG1 and the upper end portion of the memory gate electrode MG1 across the stacked insulating film can be increased. As a result, the leakage current generated between the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1 can be reduced, and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG1 and the surface of the memory gate electrode MG1. It is possible to suppress short-circuit defects with the cobalt silicide film CS formed on the substrate.

一方、本実施の形態3では、コントロールゲート電極CG1の両側の上端部のうち、メモリゲート電極MG1が形成されていない左側の上端部にはバーズビークBVが形成されていない。これは、コントロールゲート電極CG1の左側の側壁にはメモリゲート電極MG1が形成されていないので、コントロールゲート電極CG1とメモリゲート電極MG1の距離を離すためにバーズビークBVを形成する必要がないからである。つまり、本実施の形態3では、必要最小限の領域にだけバーズビークBVを形成しているのである。この理由を以下に示す。   On the other hand, in the third embodiment, the bird's beak BV is not formed at the left upper end portion where the memory gate electrode MG1 is not formed among the upper end portions on both sides of the control gate electrode CG1. This is because the memory gate electrode MG1 is not formed on the left side wall of the control gate electrode CG1, and therefore it is not necessary to form the bird's beak BV in order to increase the distance between the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1. . That is, in the third embodiment, the bird's beak BV is formed only in the minimum necessary area. The reason is shown below.

例えば、図21において、コントロールゲート電極CG1の両側の上端部にバーズビークBVを形成する場合、コントロールゲート電極CG1の表面のうちコバルトシリサイド膜CSが形成される領域が少なくなってしまう。すると、コントロールゲート電極CG1の低抵抗化を図ることができなくなってしまう。すなわち、コントロールゲート電極CG1の上端部にバーズビークBVを形成するということは、コバルトシリサイド膜CSが形成される領域が少なくなることに意味しているのである。したがって、コントロールゲート電極CG1の表面に充分なコバルトシリサイド膜CSを形成して、コントロールゲート電極CG1の低抵抗化を図る観点からは、なるべく、バーズビークBVを形成する領域を少なくしたほうが望ましいのである。そこで、本実施の形態3では、必要最小限の領域にだけバーズビークBVを形成し、それ以外の領域にはコバルトシリサイド膜CSを形成することにより、コントロールゲート電極CG1とメモリゲート電極MG1との間の電界強度を緩和しつつ、コントロールゲート電極CG1の低抵抗化を図っているのである。   For example, in FIG. 21, when the bird's beak BV is formed at the upper ends on both sides of the control gate electrode CG1, the region where the cobalt silicide film CS is formed on the surface of the control gate electrode CG1 is reduced. As a result, the resistance of the control gate electrode CG1 cannot be reduced. That is, the formation of the bird's beak BV at the upper end of the control gate electrode CG1 means that the area where the cobalt silicide film CS is formed is reduced. Therefore, from the viewpoint of reducing the resistance of the control gate electrode CG1 by forming a sufficient cobalt silicide film CS on the surface of the control gate electrode CG1, it is desirable to reduce the region where the bird's beak BV is formed as much as possible. Therefore, in the third embodiment, the bird's beak BV is formed only in the minimum necessary region, and the cobalt silicide film CS is formed in the other region, thereby providing a gap between the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1. Therefore, the resistance of the control gate electrode CG1 is reduced while the electric field intensity of the control gate electrode CG1 is relaxed.

以上は、図21に示す2つの不揮発性メモリセルのうち右側に形成されている不揮発性メモリセルについて説明したが、左側に形成されている不揮発性メモリセルについても同様である。   The above has described the nonvolatile memory cell formed on the right side of the two nonvolatile memory cells shown in FIG. 21, but the same applies to the nonvolatile memory cell formed on the left side.

本実施の形態3における半導体装置は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。   The semiconductor device according to the third embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.

図4〜図6までの工程は、前記実施の形態1と同様である。続いて、図22に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINをパターニングする。具体的には、周辺回路形成領域PERでは、酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINが全面を覆うようにする。一方、メモリセル形成領域MCRでは、隣接する2つのコントロールゲート電極形成領域を覆う領域に酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINが残るようにし、それ以外の領域の酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINを除去するようにパターニングされる。つまり、本実施の形態3の特徴は、酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINで覆う領域が、1つのコントロールゲート電極形成領域ではなく、これよりも広い隣接する2つのコントロールゲート電極形成領域である点にある。   4 to 6 are the same as those in the first embodiment. Subsequently, as shown in FIG. 22, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN are patterned by using a photolithography technique and an etching technique. Specifically, in the peripheral circuit formation region PER, the entire surface of the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN is covered. On the other hand, in the memory cell formation region MCR, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN remain in the region covering the two adjacent control gate electrode formation regions, and the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN in the other regions. It is patterned so as to remove. That is, the feature of the third embodiment is that the region covered with the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN is not one control gate electrode formation region but two adjacent control gate electrode formation regions wider than this. In the point.

次に、図23に示すように、露出するポリシリコン膜PF1の表面に酸化シリコン膜OX2を形成する。具体的には、半導体基板1Sの表面に対して熱酸化処理を施すことにより、露出しているポリシリコン膜PF1の表面に酸化シリコン膜OX2を形成するとともに、酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINで覆われているポリシリコン膜PF1に食い込むようにバーズビークBVが形成される。このバーズビークBVは、パターニングされた酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINの端部下近傍に形成される。   Next, as shown in FIG. 23, a silicon oxide film OX2 is formed on the surface of the exposed polysilicon film PF1. Specifically, by performing a thermal oxidation process on the surface of the semiconductor substrate 1S, a silicon oxide film OX2 is formed on the exposed surface of the polysilicon film PF1, and the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN are formed. A bird's beak BV is formed so as to bite into the polysilicon film PF1 covered with. This bird's beak BV is formed in the vicinity of the end portions of the patterned silicon oxide film OX1 and silicon nitride film SIN.

続いて、図24に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ハードマスクとして機能する酸化シリコン膜OX1および窒化シリコン膜SINをさらにパターニングする。このパターニングは、酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINが、1つのコントロールゲート電極形成領域だけを覆うように行なわれる。つまり、本実施の形態3では、第1パターニングで、酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINを2つのコントロールゲート電極形成領域を覆うようにパターニングし、この第1パターニングされた酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINから露出するポリシリコン膜PF1の表面を酸化するとともにバーズビークBVを形成する。その後、第2パターニングを実施することにより、酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINを1つのコントロールゲート電極形成領域を覆うようにパターニングするのである。これにより、1つのコントロールゲート電極形成領域を覆う酸化シリコン膜OX1と窒化シリコン膜SINの片側の端部にだけバーズビークBVが形成され、もう一方の端部にバーズビークBVを形成しないようにすることができる。具体的に、図24では、第2パターニングを実施することにより、酸化シリコン膜OX1(A)と窒化シリコン膜SIN(A)からなるハードマスクと、酸化シリコン膜OX1(B)と窒化シリコン膜SIN(B)からなるハードマスクを形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 24, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN functioning as a hard mask are further patterned by using a photolithography technique and an etching technique. This patterning is performed so that the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN cover only one control gate electrode formation region. That is, in the third embodiment, in the first patterning, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN are patterned so as to cover the two control gate electrode formation regions, and the first patterned silicon oxide film OX1 and the nitridation are performed. The surface of the polysilicon film PF1 exposed from the silicon film SIN is oxidized and a bird's beak BV is formed. Thereafter, by performing second patterning, the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN are patterned so as to cover one control gate electrode formation region. Thus, the bird's beak BV is formed only at one end of the silicon oxide film OX1 and the silicon nitride film SIN covering one control gate electrode formation region, and the bird's beak BV is not formed at the other end. it can. Specifically, in FIG. 24, by performing the second patterning, a hard mask composed of the silicon oxide film OX1 (A) and the silicon nitride film SIN (A), the silicon oxide film OX1 (B), and the silicon nitride film SIN. A hard mask made of (B) can be formed.

その後、図25に示すように、第2パターニングした酸化シリコン膜OX1(A)と窒化シリコン膜SIN(A)、酸化シリコン膜OX1(B)と窒化シリコン膜SIN(B)をハードマスクにして、ポリシリコン膜PF1を加工することにより、コントロールゲート電極CG1、CG2を形成する。コントロールゲート電極CG1では、両側の上端部のうち右側の上端部にだけバーズビークBVが形成され、コントロールゲート電極CG2では、両側の上端部のうち左側の上端部にだけバーズビークBVが形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 25, the second patterned silicon oxide film OX1 (A) and silicon nitride film SIN (A), silicon oxide film OX1 (B) and silicon nitride film SIN (B) are used as hard masks. By processing the polysilicon film PF1, control gate electrodes CG1 and CG2 are formed. In the control gate electrode CG1, the bird's beak BV is formed only at the right upper end of the upper ends on both sides, and in the control gate electrode CG2, the bird's beak BV is formed only on the left upper end of the both ends.

次に、図26に示すように、パターニングされている酸化シリコン膜OX1(A)および酸化シリコン膜OX1(B)を除去する。そして、図27に示すように、半導体基板1Sの全面に後述の電位障壁膜EB1となる絶縁膜として酸化シリコン膜OX3を形成し、この酸化シリコン膜OX3上に後述の電荷蓄積膜ECとなる絶縁膜として窒化シリコン膜SIN2を形成する。その後、窒化シリコン膜SIN2上に後述の電位障壁膜EB2となる絶縁膜として、例えば、酸化シリコン膜OX4を形成し、この酸化シリコン膜OX4上にポリシリコン膜PF2を形成する。例えば、酸化シリコン膜OX3は、熱酸化法やISSG酸化法を使用して形成することができ、窒化シリコン膜SIN2は、CVD法を使用して形成することができる。さらに、酸化シリコン膜OX4は、ISSG酸化法やCVD法を使用して形成することができる。また、ポリシリコン膜PF2は、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 26, the patterned silicon oxide film OX1 (A) and silicon oxide film OX1 (B) are removed. As shown in FIG. 27, a silicon oxide film OX3 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1S as an insulating film to be a potential barrier film EB1, which will be described later. A silicon nitride film SIN2 is formed as a film. Thereafter, for example, a silicon oxide film OX4 is formed on the silicon nitride film SIN2 as an insulating film to be a potential barrier film EB2, which will be described later, and a polysilicon film PF2 is formed on the silicon oxide film OX4. For example, the silicon oxide film OX3 can be formed using a thermal oxidation method or an ISSG oxidation method, and the silicon nitride film SIN2 can be formed using a CVD method. Further, the silicon oxide film OX4 can be formed using an ISSG oxidation method or a CVD method. Further, the polysilicon film PF2 can be formed by using, for example, a CVD method.

続いて、異方性エッチングを使用することにより、半導体基板1S上に形成されているポリシリコン膜PF2を加工する。これにより、コントロールゲート電極CGの両側の側壁に、サイドウォール形状のポリシリコン膜PF2が残存する。   Subsequently, the polysilicon film PF2 formed on the semiconductor substrate 1S is processed by using anisotropic etching. As a result, the sidewall-shaped polysilicon film PF2 remains on the sidewalls on both sides of the control gate electrode CG.

その後、図28に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、メモリセル形成領域MCRにおいて、コントロールゲート電極CG1、CG2の片側に形成されているサイドウォール形状のポリシリコン膜PF2を除去する。これにより、コントロールゲート電極CG1、CG2の片側の側壁だけにサイドウォール形状のポリシリコン膜PF2が残存する。さらに、積層絶縁膜(酸化シリコン膜OX3、窒化シリコン膜SIN2、酸化シリコン膜OX4)、および、窒化シリコン膜SINをエッチングすることにより、バーズビークBVの形状を保護するために形成していた窒化シリコン膜SINを除去し、コントロールゲート電極CG1、CG2の片側の側壁に積層絶縁膜を介してサイドウォール形状のメモリゲート電極MG1、MG2を形成することができる。このとき、積層絶縁膜は、酸化シリコン膜OX3、窒化シリコン膜SIN2および酸化シリコン膜OX4からなるが、例えば、酸化シリコン膜OX3が電位障壁膜EB1(A)、EB1(B)となり、窒化シリコン膜SIN2が電荷蓄積膜EC(A)、EC(B)となる。さらに、酸化シリコン膜OX4が電位障壁膜EB2(A)、EB2(B)となる。   Thereafter, as shown in FIG. 28, by using a photolithography technique and an etching technique, the sidewall-shaped polysilicon film PF2 formed on one side of the control gate electrodes CG1 and CG2 is formed in the memory cell formation region MCR. Remove. Thereby, the sidewall-shaped polysilicon film PF2 remains only on one side wall of the control gate electrodes CG1 and CG2. Further, the silicon nitride film formed to protect the shape of the bird's beak BV by etching the laminated insulating film (silicon oxide film OX3, silicon nitride film SIN2, silicon oxide film OX4) and silicon nitride film SIN. By removing the SIN, side wall-shaped memory gate electrodes MG1 and MG2 can be formed on one side wall of the control gate electrodes CG1 and CG2 via a laminated insulating film. At this time, the laminated insulating film includes the silicon oxide film OX3, the silicon nitride film SIN2, and the silicon oxide film OX4. For example, the silicon oxide film OX3 becomes the potential barrier films EB1 (A) and EB1 (B), and the silicon nitride film SIN2 becomes the charge storage films EC (A) and EC (B). Further, the silicon oxide film OX4 becomes the potential barrier films EB2 (A) and EB2 (B).

これにより、コントロールゲート電極CG1、CG2において、メモリゲート電極MG1、MG2側の上端部にだけバーズビークBVを形成することができる。これ以降の工程は前記実施の形態1と同様である。以上のようにして、本実施の形態3における半導体装置を製造することができる。本実施の形態3では、必要最小限の領域にだけバーズビークBVを形成し、それ以外の領域にはコバルトシリサイド膜CSを形成することにより、コントロールゲート電極CG1とメモリゲート電極MG1との間の電界強度を緩和しつつ、コントロールゲート電極CG1の低抵抗化を図ることができる。   Thereby, in the control gate electrodes CG1 and CG2, the bird's beak BV can be formed only at the upper end of the memory gate electrodes MG1 and MG2. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment. As described above, the semiconductor device according to the third embodiment can be manufactured. In the third embodiment, the bird's beak BV is formed only in the minimum necessary region, and the cobalt silicide film CS is formed in the other regions, so that the electric field between the control gate electrode CG1 and the memory gate electrode MG1 is formed. The resistance of the control gate electrode CG1 can be reduced while the strength is relaxed.

(実施の形態4)
前記実施の形態1では、コントロールゲート電極CGの側壁にメモリゲート電極MGを形成したスプリットゲート型不揮発性メモリについて説明したが、本実施の形態4では、メモリゲート電極MGの側壁にコントロールゲート電極CGを形成したスプリットゲート型不揮発性メモリについて説明する。
(Embodiment 4)
In the first embodiment, the split gate nonvolatile memory in which the memory gate electrode MG is formed on the side wall of the control gate electrode CG has been described. However, in the fourth embodiment, the control gate electrode CG is formed on the side wall of the memory gate electrode MG. A split gate nonvolatile memory in which is formed will be described.

図29は、本実施の形態4における半導体装置の構成を示す断面図である。以下に、図29に示すメモリセル形成領域MCRに形成された不揮発性メモリセルの構成を図30に示す拡大図を使用して説明する。図30において、半導体基板1S(p型ウェルPWL1)上には積層絶縁膜が形成されている。具体的に、積層絶縁膜は、第1電位障壁膜EB1と、この第1電位障壁膜EB1上に形成された電荷蓄積膜ECと、この電荷蓄積膜EC上に形成された第2電位障壁膜EB2から構成されている。そして、積層絶縁膜上には、メモリゲート電極MGが形成されている。このメモリゲート電極MGは、ポリシリコン膜PF1とコバルトシリサイド膜CSから形成されている。   FIG. 29 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment. The configuration of the nonvolatile memory cell formed in the memory cell formation region MCR shown in FIG. 29 will be described below using the enlarged view shown in FIG. In FIG. 30, a laminated insulating film is formed on the semiconductor substrate 1S (p-type well PWL1). Specifically, the stacked insulating film includes a first potential barrier film EB1, a charge storage film EC formed on the first potential barrier film EB1, and a second potential barrier film formed on the charge storage film EC. It is composed of EB2. A memory gate electrode MG is formed on the stacked insulating film. The memory gate electrode MG is formed of a polysilicon film PF1 and a cobalt silicide film CS.

メモリゲート電極MGの片側の側壁には、ゲート絶縁膜GOX2を介してコントロールゲート電極CGが形成されている。このコントロールゲート電極CGは、ポリシリコン膜PF2とコバルトシリサイド膜CSの積層膜から形成されている。   A control gate electrode CG is formed on the side wall on one side of the memory gate electrode MG via a gate insulating film GOX2. The control gate electrode CG is formed of a laminated film of a polysilicon film PF2 and a cobalt silicide film CS.

次に、メモリゲート電極MGの側壁のうち、一方の片側にはコントロールゲート電極CGが形成されているが、もう一方の片側には、酸化シリコン膜よりなるサイドウォールSWが形成されている。同様に、コントロールゲート電極CGの側壁のうち、一方の片側にはメモリゲート電極MGが形成されており、もう一方の片側にも酸化シリコン膜よりなるサイドウォールSWが形成されている。   Next, the control gate electrode CG is formed on one side of the sidewalls of the memory gate electrode MG, while the sidewall SW made of a silicon oxide film is formed on the other side. Similarly, a memory gate electrode MG is formed on one side of the side walls of the control gate electrode CG, and a side wall SW made of a silicon oxide film is formed on the other side.

サイドウォールSWの直下にある半導体基板1S内には、n型半導体領域である一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1が形成されており、この一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1に接する外側の領域に一対の深い高濃度不純物拡散領域NR1が形成されている。この深い高濃度不純物拡散領域NR1もn型半導体領域であり、深い高濃度不純物拡散領域NR1の表面にはコバルトシリサイド膜CSが形成されている。一対の浅い低濃度不純物拡散領域EX1と一対の深い高濃度不純物拡散領域NR1によって、メモリセルのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。ソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域NR1で形成することにより、ソース領域とドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。   A pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1 that are n-type semiconductor regions are formed in the semiconductor substrate 1S immediately below the sidewall SW, and an outer region in contact with the pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1. A pair of deep high-concentration impurity diffusion regions NR1 is formed. This deep high-concentration impurity diffusion region NR1 is also an n-type semiconductor region, and a cobalt silicide film CS is formed on the surface of the deep high-concentration impurity diffusion region NR1. A pair of shallow low-concentration impurity diffusion regions EX1 and a pair of deep high-concentration impurity diffusion regions NR1 form a source region or a drain region of the memory cell. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR1, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

本実施の形態4における特徴は、メモリゲート電極MGの上端部にもゲート絶縁膜GOX2を形成している点にある。以下、この部分をゲート絶縁膜GOX3とする。これにより、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの実質的な距離を離すことができるのである。つまり、メモリゲート電極MGの上端部にゲート絶縁膜GOX3を形成することにより、メモリゲート電極MGの上端部では、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの間にゲート絶縁膜GOX2とゲート絶縁膜GOX3が存在することになり、例えば、酸化シリコン膜よりなるゲート絶縁膜GOX3の分だけ、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離を離すことができるのである。この結果、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に大きな電位差が生じても、間に形成されるゲート絶縁膜GOX2に印加される電界強度が緩和される。すなわち、電界強度は、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間の距離が大きくなればなるほど小さくなるので、ゲート絶縁膜GOX3を形成することにより、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間に発生する電界強度を緩和することができる。この結果、ゲート絶縁膜GOX2を介してコントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの間を流れるリーク電流を低減することができる。   A feature of the fourth embodiment is that a gate insulating film GOX2 is also formed at the upper end portion of the memory gate electrode MG. Hereinafter, this portion is referred to as a gate insulating film GOX3. As a result, the substantial distance between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG can be increased. That is, by forming the gate insulating film GOX3 at the upper end of the memory gate electrode MG, the gate insulating film GOX2 and the gate insulating film are formed between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG at the upper end of the memory gate electrode MG. GOX3 exists, and for example, the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be separated by the gate insulating film GOX3 made of a silicon oxide film. As a result, even if a large potential difference occurs between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, the electric field strength applied to the gate insulating film GOX2 formed therebetween is relaxed. That is, the electric field strength decreases as the distance between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG increases, and therefore, by forming the gate insulating film GOX3, the electric field strength between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is reduced. The electric field strength generated between them can be relaxed. As a result, the leakage current flowing between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG via the gate insulating film GOX2 can be reduced.

さらに、本実施の形態4のように、メモリゲート電極MGの上端部にゲート絶縁膜GOX3を形成することにより、メモリゲート電極MGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSと、コントロールゲート電極CGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSとの距離を離すことができる。このため、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとのショート不良を防止することができる。このように、本実施の形態4では、メモリゲート電極MGの上端部にゲート絶縁膜GOX3を形成することにより、メモリゲート電極MGの上端部と、コントロールゲート電極CGの上端部との間の距離を離すことができる。この結果、メモリゲート電極MGの上端部とコントロールゲート電極CGの上端部との間に介在するゲート絶縁膜GOX2の電界強度を緩和できる第1の効果と、メモリゲート電極MGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSと、コントロールゲート電極CGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSの接触によるショート不良を防止できる第2の効果を得ることができる。   Further, as in the fourth embodiment, by forming the gate insulating film GOX3 on the upper end portion of the memory gate electrode MG, the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG, and the control gate electrode CG The distance from the cobalt silicide film CS formed on the surface can be increased. For this reason, a short circuit failure between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG can be prevented. As described above, in the fourth embodiment, the gate insulating film GOX3 is formed on the upper end portion of the memory gate electrode MG, whereby the distance between the upper end portion of the memory gate electrode MG and the upper end portion of the control gate electrode CG. Can be released. As a result, the first effect that the electric field strength of the gate insulating film GOX2 interposed between the upper end portion of the memory gate electrode MG and the upper end portion of the control gate electrode CG can be relaxed, and the surface of the memory gate electrode MG is formed. It is possible to obtain a second effect that can prevent a short circuit failure due to contact between the cobalt silicide film CS and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG.

以下では、具体的に、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの間の電界緩和を充分に達成できる条件について説明する。つまり、メモリゲート電極MGの上端部に形成されるゲート絶縁膜GOX3の満たす条件を考える。まず、図30に示すように、メモリゲート電極MGの中端部(下端部でもよい)に接触する位置に形成されたゲート絶縁膜GOX2の膜厚をdとし、メモリゲート電極MGの上端部からメモリゲート電極MGのゲート長方向に形成されているゲート絶縁膜GOX3の長さをbとする場合、b>d/2の関係が成立するようにゲート絶縁膜GOX3を形成する。これにより、ゲート絶縁膜GOX3の長さが充分に長くなり、メモリゲート電極MGの上端部に形成されたゲート絶縁膜GOX2とゲート絶縁膜GOX3を合わせた長さが長くなる。この結果、メモリゲート電極MGの上端部とコントロールゲート電極CGの上端部の間の距離が長くなり、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CG間の電界強度が緩和され、リーク電流が低減される。言い換えれば、ゲート絶縁膜GOX3の長さbがゲート絶縁膜GOX2の膜厚dの半分よりも小さくなる条件では、ゲート絶縁膜GOX3の長さが充分に長く形成されているとは言えず、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの間の電界緩和を充分に達成することはできないといえる。なお、ゲート絶縁膜GOX2の中端部における膜厚dは、例えば、10nm≦d≦20nmの関係を満たすように形成されている。同様に、半導体基板1Sとコントロールゲート電極CGの間に形成されているゲート絶縁膜GOX2の膜厚も10nm〜20nm程度である。   Hereinafter, specifically, conditions for sufficiently achieving electric field relaxation between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG will be described. That is, a condition that is satisfied by the gate insulating film GOX3 formed on the upper end portion of the memory gate electrode MG is considered. First, as shown in FIG. 30, the thickness of the gate insulating film GOX2 formed at a position in contact with the middle end portion (or the lower end portion) of the memory gate electrode MG may be d, and from the upper end portion of the memory gate electrode MG. When the length of the gate insulating film GOX3 formed in the gate length direction of the memory gate electrode MG is b, the gate insulating film GOX3 is formed so that the relationship of b> d / 2 is satisfied. Thereby, the length of the gate insulating film GOX3 becomes sufficiently long, and the combined length of the gate insulating film GOX2 and the gate insulating film GOX3 formed on the upper end portion of the memory gate electrode MG becomes long. As a result, the distance between the upper end of the memory gate electrode MG and the upper end of the control gate electrode CG becomes longer, the electric field strength between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is relaxed, and the leakage current is reduced. In other words, under the condition that the length b of the gate insulating film GOX3 is smaller than half the film thickness d of the gate insulating film GOX2, it cannot be said that the length of the gate insulating film GOX3 is sufficiently long. It can be said that the electric field relaxation between the gate electrode MG and the control gate electrode CG cannot be sufficiently achieved. The film thickness d at the middle end of the gate insulating film GOX2 is formed to satisfy the relationship of 10 nm ≦ d ≦ 20 nm, for example. Similarly, the thickness of the gate insulating film GOX2 formed between the semiconductor substrate 1S and the control gate electrode CG is also about 10 nm to 20 nm.

この場合、メモリゲート電極MGの上端部とコントロールゲート電極CGの上端部との間の距離は、ゲート絶縁膜GOX2の膜厚dの3/2倍以上の距離となる。このため、メモリゲート電極MGの上端部とコントロールゲート電極CGの上端部との間に発生する電界強度は、ゲート絶縁膜GOX3を形成しない場合に比べて2/3倍以下になる。したがって、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CG間の電界強度が充分に緩和され、リーク電流を低減することができる。   In this case, the distance between the upper end portion of the memory gate electrode MG and the upper end portion of the control gate electrode CG is 3/2 times or more the film thickness d of the gate insulating film GOX2. For this reason, the electric field strength generated between the upper end portion of the memory gate electrode MG and the upper end portion of the control gate electrode CG is 2/3 times or less compared to the case where the gate insulating film GOX3 is not formed. Therefore, the electric field strength between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG is sufficiently relaxed, and the leakage current can be reduced.

以上のことから、ゲート絶縁膜GOX3の長さbは5nm以上であるということができ、電界緩和の影響を大きくする観点からは、ゲート絶縁膜GOX3の長さbを長くすることが望ましい。ただし、ゲート絶縁膜GOX3の長さbは、メモリゲート電極MGのゲート長をLとする場合、b<L/2となる。ゲート絶縁膜GOX3は、メモリゲート電極MGのコントロールゲート電極側の上端部に形成され、サイドウォールSWがメモリゲート電極MGのもう一方の側の上端部に形成されている(これをサイドウォールSW2とする。)ことを考慮すると、ゲート絶縁膜GOX3とサイドウォールSW2の長さは同程度の長さになるため、それぞれの長さbがL/2を超える場合、メモリゲート電極MGの表面全体にゲート絶縁膜GOX3およびサイドウォールSW2が形成されることになるからである。つまり、ゲート絶縁膜GOX3とサイドウォールSW2の長さbがL/2を超える場合、メモリゲート電極MGの表面にコバルトシリサイド膜CSが形成されなくなってしまい、メモリゲート電極MGの低抵抗化を実現することができなくなるからである。したがって、メモリゲート電極MGの上端部とコントロールゲート電極CGの上端部との間の電界強度を緩和し、かつ、メモリゲート電極MGの低抵抗化とを両立する観点からは、、ゲート絶縁膜GOX3とサイドウォールSW2の長さbは、5nm≦b<L/2の関係を満たすことが必要である。   From the above, it can be said that the length b of the gate insulating film GOX3 is 5 nm or more. From the viewpoint of increasing the influence of electric field relaxation, it is desirable to increase the length b of the gate insulating film GOX3. However, the length b of the gate insulating film GOX3 is b <L / 2 when the gate length of the memory gate electrode MG is L. The gate insulating film GOX3 is formed at the upper end of the memory gate electrode MG on the control gate electrode side, and the sidewall SW is formed at the upper end of the other side of the memory gate electrode MG (this is referred to as the sidewall SW2 and In view of the above, since the length of the gate insulating film GOX3 and the side wall SW2 is approximately the same, when each length b exceeds L / 2, the entire surface of the memory gate electrode MG is formed. This is because the gate insulating film GOX3 and the sidewall SW2 are formed. That is, when the length b of the gate insulating film GOX3 and the sidewall SW2 exceeds L / 2, the cobalt silicide film CS is not formed on the surface of the memory gate electrode MG, and the resistance of the memory gate electrode MG is reduced. It is because it becomes impossible to do. Therefore, from the viewpoint of reducing the electric field strength between the upper end portion of the memory gate electrode MG and the upper end portion of the control gate electrode CG and reducing the resistance of the memory gate electrode MG at the same time, the gate insulating film GOX3 The length b of the sidewall SW2 needs to satisfy the relationship of 5 nm ≦ b <L / 2.

本実施の形態4における半導体装置は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図4に示す工程までは前記実施の形態1と同様である。続いて、図31に示すように、半導体基板1Sの全面に、後述の電位障壁膜EB1となる絶縁膜として酸化シリコン膜OX3を形成し、この酸化シリコン膜OX3上に後述の電荷蓄積膜ECとなる絶縁膜として窒化シリコン膜SIN2を形成する。そして、窒化シリコン膜SIN2上に後述の電位障壁膜EB2となる絶縁膜として酸化シリコン膜OX4を形成し、この酸化シリコン膜OX4上にポリシリコン膜PF1を形成する。その後、ポリシリコン膜PF1上に酸化シリコン膜OX1を形成する。例えば、酸化シリコン膜OX3は、熱酸化法やISSG酸化法を使用して形成することができ、窒化シリコン膜SIN2は、CVD法を使用して形成することができる。さらに、酸化シリコン膜OX4は、ISSG酸化法やCVD法を使用して形成することができる。また、ポリシリコン膜PF2は、例えば、CVD法を使用することにより形成することができ、酸化シリコン膜OX1もCVD法を使用して形成することができる。   The semiconductor device according to the fourth embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings. First, the processes up to the step shown in FIG. 4 are the same as those in the first embodiment. Subsequently, as shown in FIG. 31, a silicon oxide film OX3 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1S as an insulating film to be a potential barrier film EB1 described later, and a charge storage film EC described later is formed on the silicon oxide film OX3. A silicon nitride film SIN2 is formed as an insulating film. Then, a silicon oxide film OX4 is formed on the silicon nitride film SIN2 as an insulating film to be a potential barrier film EB2 described later, and a polysilicon film PF1 is formed on the silicon oxide film OX4. Thereafter, a silicon oxide film OX1 is formed on the polysilicon film PF1. For example, the silicon oxide film OX3 can be formed using a thermal oxidation method or an ISSG oxidation method, and the silicon nitride film SIN2 can be formed using a CVD method. Further, the silicon oxide film OX4 can be formed using an ISSG oxidation method or a CVD method. The polysilicon film PF2 can be formed by using, for example, a CVD method, and the silicon oxide film OX1 can also be formed by using a CVD method.

次に、図32に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、酸化シリコン膜OX1をパターニングする。酸化シリコン膜OX1のパターニングは、メモリゲート電極形成領域にだけ酸化シリコン膜OX1が形成され、それ以外の領域には酸化シリコン膜OX1が残存しないように行なわれる。つまり、メモリセル形成領域MCRでは、メモリゲート電極形成領域にだけ酸化シリコン膜OX1が残存し、それ以外の領域では、酸化シリコン膜OX1が除去されてポリシリコン膜PF1の表面が露出する。一方、周辺回路形成領域PERにおいては、すべての酸化シリコン膜OX1が除去される。   Next, as shown in FIG. 32, the silicon oxide film OX1 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique. The patterning of the silicon oxide film OX1 is performed so that the silicon oxide film OX1 is formed only in the memory gate electrode formation region and the silicon oxide film OX1 does not remain in other regions. That is, in the memory cell formation region MCR, the silicon oxide film OX1 remains only in the memory gate electrode formation region, and in other regions, the silicon oxide film OX1 is removed and the surface of the polysilicon film PF1 is exposed. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, all the silicon oxide film OX1 is removed.

続いて、図33に示すように、半導体基板1S上に形成されているポリシリコン膜PF1の表面を酸化する。具体的には、メモリセル形成領域MCRにおいて、酸化シリコン膜OX1から露出するポリシリコン膜PF1の表面に酸化シリコン膜OX2が形成される。このとき、充分な熱酸化処理を施すことにより、メモリゲート電極形成領域を覆っている酸化シリコン膜OX1の下層に形成されているポリシリコン膜PF1に食い込むようにバーズビークBVが形成される。本実施の形態4でも、熱処理量を考慮せずに充分な熱酸化処理を施すことができるので、酸化シリコン膜の下層に充分に食い込むバーズビークBVを形成することができる。つまり、本実施の形態4では、まだ、半導体素子(メモリセルやMISFET)を形成する前段階においてバーズビークBVを形成することから、半導体素子に与える影響を考慮することなく、充分な熱処理を加えることができる。この結果、充分な大きさのバーズビークBVを形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 33, the surface of the polysilicon film PF1 formed on the semiconductor substrate 1S is oxidized. Specifically, the silicon oxide film OX2 is formed on the surface of the polysilicon film PF1 exposed from the silicon oxide film OX1 in the memory cell formation region MCR. At this time, by performing sufficient thermal oxidation treatment, the bird's beak BV is formed so as to bite into the polysilicon film PF1 formed under the silicon oxide film OX1 covering the memory gate electrode formation region. Also in the fourth embodiment, since sufficient thermal oxidation treatment can be performed without considering the amount of heat treatment, a bird's beak BV that sufficiently penetrates into the lower layer of the silicon oxide film can be formed. That is, in the fourth embodiment, since the bird's beak BV is formed before the semiconductor element (memory cell or MISFET) is formed, sufficient heat treatment is applied without considering the influence on the semiconductor element. Can do. As a result, a sufficiently large bird's beak BV can be formed.

次に、図34に示すように、ポリシリコン膜PF1の表面に形成された酸化シリコン膜OX2を、例えば、異方性エッチングにより除去した後、パターニングした酸化シリコン膜OX1をマスクとしてポリシリコン膜PF1を加工する。これにより、メモリセル形成領域MCRにポリシリコン膜PF1よりなるメモリゲート電極MGを形成することができる。このメモリゲート電極MGの上端部にはバーズビークBVが形成されている。さらに、ポリシリコン膜PF1の下層に形成されている酸化シリコン膜OX4、窒化シリコン膜SIN2および酸化シリコン膜OX3を加工することにより、メモリゲート電極MGの下層に、酸化シリコン膜OX4からなる第2電位障壁膜EB2と、窒化シリコン膜SIN2からなる電荷蓄積膜ECと、酸化シリコン膜OX3からなる第1電位障壁膜EB1を形成することができる。その後、メモリゲート電極MG上に形成されている酸化シリコン膜OX1を除去する。このとき、図33で示した工程により形成されたバーズビークも同時に除去される。なお、周辺回路形成領域PERにおいては、酸化シリコン膜OX2、ポリシリコン膜PF1、酸化シリコン膜OX4、窒化シリコン膜SIN2および酸化シリコン膜OX3はすべて除去される。   Next, as shown in FIG. 34, after the silicon oxide film OX2 formed on the surface of the polysilicon film PF1 is removed by, for example, anisotropic etching, the patterned silicon oxide film OX1 is used as a mask to form the polysilicon film PF1. Is processed. Thereby, the memory gate electrode MG made of the polysilicon film PF1 can be formed in the memory cell formation region MCR. A bird's beak BV is formed at the upper end of the memory gate electrode MG. Further, by processing the silicon oxide film OX4, the silicon nitride film SIN2, and the silicon oxide film OX3 formed in the lower layer of the polysilicon film PF1, the second potential made of the silicon oxide film OX4 is formed in the lower layer of the memory gate electrode MG. The barrier film EB2, the charge storage film EC made of the silicon nitride film SIN2, and the first potential barrier film EB1 made of the silicon oxide film OX3 can be formed. Thereafter, the silicon oxide film OX1 formed over the memory gate electrode MG is removed. At this time, the bird's beak formed by the process shown in FIG. 33 is also removed at the same time. In the peripheral circuit formation region PER, the silicon oxide film OX2, the polysilicon film PF1, the silicon oxide film OX4, the silicon nitride film SIN2, and the silicon oxide film OX3 are all removed.

続いて、図35に示すように、半導体基板1Sの全面に、例えば、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GOX2を形成した後、このゲート絶縁膜GOX2上にポリシリコン膜PF2を形成する。ゲート絶縁膜GOX2は、例えば、熱酸化法やCVD法により形成することができ、ポリシリコン膜PF2は、例えば、CVD法により形成することができる。ゲート絶縁膜GOX2を形成するとき、前述したように、バーズビークBVが除去された部分、すなわち、メモリゲート電極MGの上端部(角部)、は酸化されやすいため、酸化処理が進み、メモリゲート電極MGの上端部がラウンド形状になってしまう。その後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、メモリセル形成領域のポリシリコン膜PF1中にリンや砒素などのn型不純物を導入し、周辺回路形成領域にリンや砒素などのn型不純物およびボロン(ホウ素)などのp型不純物を導入する。   Subsequently, as shown in FIG. 35, a gate insulating film GOX2 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1S, and then a polysilicon film PF2 is formed on the gate insulating film GOX2. The gate insulating film GOX2 can be formed by, for example, a thermal oxidation method or a CVD method, and the polysilicon film PF2 can be formed by, for example, a CVD method. When the gate insulating film GOX2 is formed, as described above, the portion where the bird's beak BV is removed, that is, the upper end portion (corner portion) of the memory gate electrode MG is easily oxidized. The upper end of the MG becomes round. Thereafter, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are introduced into the polysilicon film PF1 in the memory cell formation region by using a photolithography technique and an ion implantation method, and n-type impurities such as phosphorus and arsenic in the peripheral circuit formation region. And p-type impurities such as boron (boron) are introduced.

その後、図36に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ポリシリコン膜PF2およびゲート絶縁膜GOX2を加工する。これにより、メモリセル形成領域MCRにおいては、メモリゲート電極MGの側壁にゲート絶縁膜GOX2を介してサイドウォール形状のコントロールゲート電極CGを形成することができる。さらに、バーズビークBVが除去された部分にはゲート絶縁膜GOX2と同層の膜であるゲート絶縁膜GOX3が形成される。一方、周辺回路形成領域PERにおいては、nチャネル型MISFETのゲート電極G1と、pチャネル型MISFETのゲート電極G2を形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 36, the polysilicon film PF2 and the gate insulating film GOX2 are processed by using a photolithography technique and an etching technique. Thereby, in the memory cell formation region MCR, the sidewall-shaped control gate electrode CG can be formed on the sidewall of the memory gate electrode MG via the gate insulating film GOX2. Further, a gate insulating film GOX3 that is the same layer as the gate insulating film GOX2 is formed in the portion where the bird's beak BV is removed. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, the gate electrode G1 of the n-channel type MISFET and the gate electrode G2 of the p-channel type MISFET can be formed.

続いて、図37に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、メモリセル形成領域MCRでは、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGに整合した浅い低濃度不純物拡散領域EX1を形成する。浅い低濃度不純物拡散領域EX1は、リンや砒素などのn型不純物を導入したn型半導体領域である。一方、周辺回路形成領域PERでは、ゲート電極G1に整合した浅い低濃度不純物拡散領域EX2を形成する。この浅い低濃度不純物拡散領域EX2もn型不純物を導入したn型半導体領域である。同様に、周辺回路形成領域PERでは、ゲート電極G2に整合した浅い低濃度不純物拡散領域EX3も形成する。この浅い低濃度不純物拡散領域EX3は、p型不純物を導入したp型半導体領域である。   Subsequently, as shown in FIG. 37, by using a photolithography technique and an ion implantation method, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 aligned with the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG is formed in the memory cell formation region MCR. Form. The shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced. On the other hand, in the peripheral circuit formation region PER, a shallow low concentration impurity diffusion region EX2 aligned with the gate electrode G1 is formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 is also an n-type semiconductor region into which an n-type impurity is introduced. Similarly, in the peripheral circuit formation region PER, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 aligned with the gate electrode G2 is also formed. This shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 is a p-type semiconductor region into which p-type impurities are introduced.

その後、図38に示すように、半導体基板1S上に酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜は、例えば、CVD法を使用して形成することができる。そして、酸化シリコン膜を異方性エッチングすることにより、サイドウォールSWを形成する。メモリセル形成領域MCRにおいては、コントロールゲート電極CGの側壁およびメモリゲート電極MGの側壁にサイドウォールSWが形成される。さらに、バーズビークBVが除去された部分にはサイドウォールSWと同層の膜であるサイドウォールSW2が形成される。同様に、周辺回路形成領域PERにおいては、ゲート電極G1とゲート電極G2の両側の側壁にサイドウォールSWが形成される。これらのサイドウォールSWは、酸化シリコン膜の単層膜から形成するようにしたが、これに限らず、例えば、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜からなるサイドウォールSWを形成してもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 38, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1S. The silicon oxide film can be formed using, for example, a CVD method. Then, the sidewall SW is formed by anisotropically etching the silicon oxide film. In memory cell formation region MCR, sidewalls SW are formed on the sidewalls of control gate electrode CG and memory gate electrode MG. Further, a sidewall SW2, which is a film in the same layer as the sidewall SW, is formed in the portion where the bird's beak BV is removed. Similarly, in the peripheral circuit formation region PER, sidewalls SW are formed on the sidewalls on both sides of the gate electrode G1 and the gate electrode G2. These sidewalls SW are formed from a single layer film of a silicon oxide film. However, the present invention is not limited to this, and for example, a sidewall SW composed of a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be formed. .

続いて、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより、メモリセル形成領域MCRにサイドウォールSWに整合した深い高濃度不純物拡散領域NR1を形成する。深い高濃度不純物拡散領域NR1は、リンや砒素などのn型不純物を導入したn型半導体領域である。この深い高濃度不純物拡散領域NR1と浅い低濃度不純物拡散領域EX1によってメモリセルのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX1と深い高濃度不純物拡散領域NR1で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。   Subsequently, a deep high-concentration impurity diffusion region NR1 aligned with the sidewall SW is formed in the memory cell formation region MCR by using a photolithography technique and an ion implantation method. The deep high-concentration impurity diffusion region NR1 is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced. The deep high concentration impurity diffusion region NR1 and the shallow low concentration impurity diffusion region EX1 form a source region or a drain region of the memory cell. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR1 in this way, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

一方、周辺回路形成領域PERにサイドウォールSWに整合した深い高濃度不純物拡散領域NR2を形成する。深い高濃度不純物拡散領域NR2は、リンや砒素などのn型不純物を導入したn型半導体領域である。この深い高濃度不純物拡散領域NR2と浅い低濃度不純物拡散領域EX2によってnチャネル型MISFETのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX2と深い高濃度不純物拡散領域NR2で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。   On the other hand, a deep high-concentration impurity diffusion region NR2 aligned with the sidewall SW is formed in the peripheral circuit formation region PER. The deep high-concentration impurity diffusion region NR2 is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is introduced. The deep high-concentration impurity diffusion region NR2 and the shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 form the source region or drain region of the n-channel MISFET. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX2 and the deep high-concentration impurity diffusion region NR2, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

同様に、周辺回路形成領域PERでは、ゲート電極G2の側壁に形成されたサイドウォールSWに整合して深い高濃度不純物拡散領域PR1を形成する。深い高濃度不純物拡散領域PR1は、ボロン(ホウ素)などのp型不純物を導入したp型半導体領域である。この深い高濃度不純物拡散領域PR1と浅い低濃度不純物拡散領域EX3によってpチャネル型MISFETのソース領域あるいはドレイン領域が形成される。このようにソース領域とドレイン領域を浅い低濃度不純物拡散領域EX3と深い高濃度不純物拡散領域PR1で形成することにより、ソース領域およびドレイン領域をLDD(Lightly Doped Drain)構造とすることができる。   Similarly, in the peripheral circuit formation region PER, a deep high concentration impurity diffusion region PR1 is formed in alignment with the sidewall SW formed on the sidewall of the gate electrode G2. The deep high-concentration impurity diffusion region PR1 is a p-type semiconductor region into which a p-type impurity such as boron (boron) is introduced. The deep high-concentration impurity diffusion region PR1 and the shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 form the source region or drain region of the p-channel type MISFET. By forming the source region and the drain region with the shallow low-concentration impurity diffusion region EX3 and the deep high-concentration impurity diffusion region PR1, the source region and the drain region can have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

ここで、メモリセル形成領域MCRにおいては、半導体基板1Sにリンや砒素などのn型不純物を導入することにより、浅い低濃度不純物拡散領域EX1や深い高濃度不純物拡散領域NR1が形成されている。このとき、コントロールゲート電極CGの上端部、メモリゲート電極MGの上端部およびゲート絶縁膜GOX2の上端部にもリンや砒素などのn型不純物が導入される。特に、絶縁膜から構成されているゲート絶縁膜GOX2の上端部にn型不純物が導入されると、ゲート絶縁膜GOX2の絶縁耐性が劣化する現象が生じる。すると、ゲート絶縁膜GOX2で絶縁されているメモリゲート電極MGの上端部と、コントロールゲート電極CGの上端部との間に流れるリーク電流が増加する。しかし、本実施の形態4では、メモリゲート電極MGの上端部にゲート絶縁膜GOX3を形成しているので、メモリゲート電極MGの上端部とコントロールゲート電極CGの上端部との実質的な距離を離すことができる。このことは、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの間に存在するゲート絶縁膜GOX2において、電界強度を緩和することができることを意味する。したがって、ゲート絶縁膜GOX2の上端部にn型不純物が導入されて、ゲート絶縁膜GOX2の絶縁耐性が劣化しても、ゲート絶縁膜GOX3を形成することにより、ゲート絶縁膜GOX2に発生する電界強度を緩和することができるので、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CG間を流れるリーク電流を低減することができるのである。   Here, in the memory cell formation region MCR, a shallow low-concentration impurity diffusion region EX1 and a deep high-concentration impurity diffusion region NR1 are formed by introducing n-type impurities such as phosphorus and arsenic into the semiconductor substrate 1S. At this time, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are also introduced into the upper end portion of the control gate electrode CG, the upper end portion of the memory gate electrode MG, and the upper end portion of the gate insulating film GOX2. In particular, when an n-type impurity is introduced into the upper end portion of the gate insulating film GOX2 made of an insulating film, a phenomenon that the insulation resistance of the gate insulating film GOX2 deteriorates occurs. Then, the leakage current flowing between the upper end portion of the memory gate electrode MG insulated by the gate insulating film GOX2 and the upper end portion of the control gate electrode CG increases. However, in the fourth embodiment, since the gate insulating film GOX3 is formed on the upper end portion of the memory gate electrode MG, the substantial distance between the upper end portion of the memory gate electrode MG and the upper end portion of the control gate electrode CG is set. Can be released. This means that the electric field strength can be relaxed in the gate insulating film GOX2 existing between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. Therefore, even if an n-type impurity is introduced into the upper end portion of the gate insulating film GOX2 and the insulation resistance of the gate insulating film GOX2 is deteriorated, the electric field strength generated in the gate insulating film GOX2 by forming the gate insulating film GOX3. Therefore, the leakage current flowing between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG can be reduced.

このようにして、深い高濃度不純物拡散領域NR1、NR2、PR1を形成した後、1000℃程度の熱処理を行なう。これにより、導入した不純物の活性化が行なわれる。   Thus, after forming the deep high-concentration impurity diffusion regions NR1, NR2, and PR1, heat treatment at about 1000 ° C. is performed. Thereby, the introduced impurities are activated.

次に、半導体基板1S上にコバルト膜を形成した後、熱処理を施すことにより、メモリセル形成領域MCRにおいては、メモリゲート電極MGおよびコントロールゲート電極CGを構成するポリシリコン膜PF1、PF2とコバルト膜を反応させて、コバルトシリサイド膜CSを形成する。これにより、メモリゲート電極MGおよびコントロールゲート電極CGはそれぞれポリシリコン膜PF1、PF2とコバルトシリサイド膜CSの積層構造となる。同様に、高濃度不純物拡散領域NR1の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。   Next, after forming a cobalt film on the semiconductor substrate 1S, heat treatment is performed to thereby form the polysilicon films PF1, PF2 and the cobalt film constituting the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG in the memory cell formation region MCR. To form a cobalt silicide film CS. Thereby, the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG have a laminated structure of the polysilicon films PF1 and PF2 and the cobalt silicide film CS, respectively. Similarly, on the surface of the high-concentration impurity diffusion region NR1, silicon and the cobalt film react to form a cobalt silicide film CS.

一方、周辺回路形成領域PERにおいても、ゲート電極G1、G2を構成するポリシリコン膜PF1の表面にコバルトシリサイド膜CSが形成される。これにより、ゲート電極G1、G2はポリシリコン膜PF2とコバルトシリサイド膜CSから構成されることになる。同様に、深い高濃度不純物拡散領域NR2、PR1の表面においてもシリコンとコバルト膜が反応してコバルトシリサイド膜CSが形成される。なお、本実施の形態4では、コバルトシリサイド膜CSを形成するように構成しているが、例えば、コバルトシリサイド膜CSに代えてニッケルシリサイド膜やチタンシリサイド膜を形成するようにしてもよい。   On the other hand, also in the peripheral circuit formation region PER, the cobalt silicide film CS is formed on the surface of the polysilicon film PF1 constituting the gate electrodes G1 and G2. As a result, the gate electrodes G1 and G2 are composed of the polysilicon film PF2 and the cobalt silicide film CS. Similarly, the silicon silicide film reacts with the surface of the deep high-concentration impurity diffusion regions NR2 and PR1 to form the cobalt silicide film CS. In the fourth embodiment, the cobalt silicide film CS is formed. However, for example, a nickel silicide film or a titanium silicide film may be formed instead of the cobalt silicide film CS.

このとき、本実施の形態4では、メモリゲート電極MGの上端部にゲート絶縁膜GOX3を形成しているので、メモリゲート電極MGとコントロールゲート電極CGとの間の距離を離すことができる。このことは、メモリゲート電極MGの表面に形成されるコバルトシリサイド膜CSと、コントロールゲート電極CGの表面に形成されるコバルトシリサイド膜CSとの間の距離を離すことができることを意味している。したがって、メモリセルを微細化した場合であっても、メモリゲート電極MGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSと、コントロールゲート電極CGの表面に形成されているコバルトシリサイド膜CSが接触してしまうショート不良を抑制できる。   At this time, in the fourth embodiment, since the gate insulating film GOX3 is formed at the upper end of the memory gate electrode MG, the distance between the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG can be increased. This means that the distance between the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG can be increased. Therefore, even when the memory cell is miniaturized, the cobalt silicide film CS formed on the surface of the memory gate electrode MG and the cobalt silicide film CS formed on the surface of the control gate electrode CG are in contact with each other. It is possible to suppress short circuit defects.

以上のようにして半導体基板1Sのメモリセル形成領域MCRに複数のメモリセルを形成し、周辺回路形成領域PERに複数のnチャネル型MISFETやpチャネル型MISFETを形成することができる。なお、この後の配線工程は前記実施の形態1と同様である。   As described above, a plurality of memory cells can be formed in the memory cell formation region MCR of the semiconductor substrate 1S, and a plurality of n-channel MISFETs and p-channel MISFETs can be formed in the peripheral circuit formation region PER. The subsequent wiring process is the same as in the first embodiment.

本実施の形態4では、前記実施の形態1(図7参照)と異なり、図32に示すように、ポリシリコン膜PF1上に酸化シリコン膜OX1だけを形成している。これは、ポリシリコン膜PF1上にハードマスクとして、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜OX1を使用すると、本実施の形態4では、窒化シリコン膜を除去する工程を、周辺回路形成領域PERに形成されているゲート電極G1、G2およびゲート絶縁膜GOX2を剥き出しにした状態で行なわなければならないからである。つまり、図36の状態で、メモリゲート電極MG上に窒化シリコン膜が形成されていると、この窒化シリコン膜を除去する際、既に、周辺回路形成領域PERではゲート電極G1、G2が加工されており、窒化シリコン膜を除去する工程で、この露出しているゲート電極G1、G2にダメージが加わってしまうからである。このような理由から、本実施の形態4では、ポリシリコン膜PF1を加工するハードマスクとして、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜OX1の積層膜を使用するのではなく、酸化シリコン膜OX1だけを使用している。したがって、本実施の形態4では、バーズビークBVの形状を保護する窒化シリコン膜が形成されていないことから、図34で示されている酸化シリコン膜OX1を除去する工程で、バーズビークBVも同時に除去される。ただし、本実施の形態4でも、周辺回路形成領域PERに形成されるゲート電極G1、G2に与えるダメージがそれほど問題とならない場合には、ポリシリコン膜PF1を加工するハードマスクとして、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜OX1の積層膜を使用することができる。この場合、バーズビークBVの形状が窒化シリコン膜により保護されるので、バーズビークBVによる電界緩和の効果およびシリサイド膜間のショート不良を防止する効果を大きくすることができる。   In the fourth embodiment, unlike the first embodiment (see FIG. 7), as shown in FIG. 32, only the silicon oxide film OX1 is formed on the polysilicon film PF1. This is because, when a silicon nitride film and a silicon oxide film OX1 are used as a hard mask on the polysilicon film PF1, in the fourth embodiment, the step of removing the silicon nitride film is formed in the peripheral circuit formation region PER. This is because the gate electrodes G1 and G2 and the gate insulating film GOX2 that are present must be exposed. That is, in the state of FIG. 36, if a silicon nitride film is formed on the memory gate electrode MG, the gate electrodes G1 and G2 are already processed in the peripheral circuit formation region PER when the silicon nitride film is removed. This is because the exposed gate electrodes G1 and G2 are damaged in the step of removing the silicon nitride film. For this reason, in the fourth embodiment, only the silicon oxide film OX1 is used as a hard mask for processing the polysilicon film PF1, not the laminated film of the silicon nitride film and the silicon oxide film OX1. ing. Therefore, in the fourth embodiment, since the silicon nitride film that protects the shape of the bird's beak BV is not formed, the bird's beak BV is also removed at the same time in the step of removing the silicon oxide film OX1 shown in FIG. The However, also in the fourth embodiment, when the damage given to the gate electrodes G1 and G2 formed in the peripheral circuit formation region PER is not so much a problem, a silicon nitride film and a hard mask for processing the polysilicon film PF1 are used. A stacked film of the silicon oxide film OX1 can be used. In this case, since the shape of the bird's beak BV is protected by the silicon nitride film, the effect of relaxing the electric field by the bird's beak BV and the effect of preventing the short-circuit between the silicide films can be increased.

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。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

1 CPU
1S 半導体基板
2 RAM
3 アナログ回路
4 EEPROM
5 フラッシュメモリ
6 I/O回路
BV バーズビーク
CG コントロールゲート電極
CG1 コントロールゲート電極
CG2 コントロールゲート電極
CHP 半導体チップ
CNT コンタクトホール
CS コバルトシリサイド膜
EB1 第1電位障壁膜
EB2 第2電位障壁膜
EC 電荷蓄積膜
EB1(A) 第1電位障壁膜
EB2(A) 第2電位障壁膜
EC(A) 電荷蓄積膜
EB1(B) 第1電位障壁膜
EB2(B) 第2電位障壁膜
EC(B) 電荷蓄積膜
EX1 浅い低濃度不純物拡散領域
EX2 浅い低濃度不純物拡散領域
EX3 浅い低濃度不純物拡散領域
G1 ゲート電極
G2 ゲート電極
GOX ゲート絶縁膜
GOX2 ゲート絶縁膜
GOX3 ゲート絶縁膜
IL1 層間絶縁膜
IL2 層間絶縁膜
L1 配線
MCR メモリセル形成領域
MG メモリゲート電極
MG1 メモリゲート電極
MG2 メモリゲート電極
NISO ウェル分離層
NR1 深い高濃度不純物拡散領域
NR2 深い高濃度不純物拡散領域
NWL1 n型ウェル
OX1 酸化シリコン膜
OX1(A) 酸化シリコン膜
OX1(B) 酸化シリコン膜
OX2 酸化シリコン膜
OX3 酸化シリコン膜
OX4 酸化シリコン膜
PER 周辺回路形成領域
PF1 ポリシリコン膜
PF2 ポリシリコン膜
PLG1 プラグ
PR1 深い高濃度不純物拡散領域
PWL1 p型ウェル
PWL2 p型ウェル
SIN 窒化シリコン膜
SIN(A) 窒化シリコン膜
SIN(B) 窒化シリコン膜
SIN2 窒化シリコン膜
STI 素子分離領域
SW サイドウォール
SW2 サイドウォール
1 CPU
1S semiconductor substrate 2 RAM
3 Analog circuit 4 EEPROM
5 Flash memory 6 I / O circuit BV Bird's beak CG Control gate electrode CG1 Control gate electrode CG2 Control gate electrode CHP Semiconductor chip CNT Contact hole CS Cobalt silicide film EB1 First potential barrier film EB2 Second potential barrier film EC Charge storage film EB1 ( A) First potential barrier film EB2 (A) Second potential barrier film EC (A) Charge storage film EB1 (B) First potential barrier film EB2 (B) Second potential barrier film EC (B) Charge storage film EX1 Shallow Low concentration impurity diffusion region EX2 Shallow low concentration impurity diffusion region EX3 Shallow low concentration impurity diffusion region G1 Gate electrode G2 Gate electrode GOX Gate insulation film GOX2 Gate insulation film GOX3 Gate insulation film IL1 Interlayer insulation film IL2 Interlayer insulation film L1 Wiring MCR Memory cell Formation Area MG Memory gate electrode MG1 Memory gate electrode MG2 Memory gate electrode NISO Well isolation layer NR1 Deep high-concentration impurity diffusion region NR2 Deep high-concentration impurity diffusion region NWL1 N-type well OX1 Silicon oxide film OX1 (A) Silicon oxide film OX1 (B) Silicon oxide film OX2 Silicon oxide film OX3 Silicon oxide film OX4 Silicon oxide film PER Peripheral circuit formation region PF1 Polysilicon film PF2 Polysilicon film PLG1 Plug PR1 Deep high-concentration impurity diffusion region PWL1 p-type well PWL2 p-type well SIN silicon nitride film SIN (A) Silicon nitride film SIN (B) Silicon nitride film SIN2 Silicon nitride film STI Element isolation region SW sidewall SW2 sidewall

Claims (26)

半導体基板上に形成された複数のメモリセルを有し、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
(a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
(b)前記ゲート絶縁膜上に形成されたコントロールゲート電極と、
(c)前記コントロールゲート電極の側壁に形成されたメモリゲート電極と、
(d)前記コントロールゲート電極と前記メモリゲート電極の間、および、前記メモリゲート電極と前記半導体基板の間に形成された積層絶縁膜と、
(e)前記半導体基板内に形成されたソース領域およびドレイン領域とを備え、
前記積層絶縁膜は、
(d1)第1電位障壁膜と、
(d2)前記第1電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、
(d3)前記電荷蓄積膜上に形成された第2電位障壁膜とを有し、
前記コントロールゲート電極の上端部にバーズビークが形成された半導体装置であって、
前記コントロールゲート電極の中端部に接触する位置に形成された前記第1電位障壁膜の膜厚をaとし、前記コントロールゲート電極の上端部から前記コントロールゲート電極のゲート長方向に形成されている前記バーズビークの長さをbとする場合、b>aの関係が成立し、かつ、2nm≦a≦5nmの関係を満たしていることを特徴とする半導体装置。
Having a plurality of memory cells formed on a semiconductor substrate;
Each of the plurality of memory cells includes
(A) a gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
(B) a control gate electrode formed on the gate insulating film;
(C) a memory gate electrode formed on a side wall of the control gate electrode;
(D) a laminated insulating film formed between the control gate electrode and the memory gate electrode and between the memory gate electrode and the semiconductor substrate;
(E) a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate;
The laminated insulating film is
(D1) a first potential barrier film;
(D2) a charge storage film formed on the first potential barrier film;
(D3) a second potential barrier film formed on the charge storage film,
A semiconductor device in which a bird's beak is formed at the upper end of the control gate electrode,
The film thickness of the first potential barrier film formed at a position in contact with the middle end portion of the control gate electrode is a, and is formed in the gate length direction of the control gate electrode from the upper end portion of the control gate electrode. A semiconductor device characterized in that when the length of the bird's beak is b, a relationship of b> a is established and a relationship of 2 nm ≦ a ≦ 5 nm is satisfied.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記コントロールゲート電極の中端部に接触する位置に形成された前記積層絶縁膜の膜厚をdとする場合、b≧d/2の関係を満たしていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that a relation of b ≧ d / 2 is satisfied, where d is a film thickness of the laminated insulating film formed at a position in contact with the middle end portion of the control gate electrode.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記コントロールゲート電極のゲート長方向の長さをLとする場合、5nm≦b<L/2の関係を満たすことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
When the length of the control gate electrode in the gate length direction is L, the semiconductor device satisfies the relationship of 5 nm ≦ b <L / 2.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記バーズビークは、前記コントロールゲート電極の両側の上端部のうち、前記メモリゲート電極が形成されている側の上端部にだけ形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The bird's beak is formed only at the upper end on the side where the memory gate electrode is formed among the upper ends on both sides of the control gate electrode.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記電荷蓄積膜は、窒化シリコン膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the charge storage film is formed of a silicon nitride film.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記コントロールゲート電極と前記メモリゲート電極は、ともに、ポリシリコン膜と前記ポリシリコン膜上に形成されたシリサイド膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The control gate electrode and the memory gate electrode are both formed of a polysilicon film and a silicide film formed on the polysilicon film.
半導体基板上に形成された複数のメモリセルを有し、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
(a)前記半導体基板上に形成された積層絶縁膜と、
(b)前記積層絶縁膜上に形成されたメモリゲート電極と、
(c)前記メモリゲート電極の側壁に形成されたコントロールゲート電極と、
(d)前記メモリゲート電極と前記コントロールゲート電極の間、および、前記コントロールゲート電極と前記半導体基板の間に形成されたゲート絶縁膜と、
(e)前記メモリゲート電極の側壁に形成された第1サイドウォール、および、前記コントロールゲート電極の側壁に形成された前記第1サイドウォールと同層の膜からなる第2サイドウォールと、
(f)前記半導体基板内に形成されたソース領域およびドレイン領域とを備え、
前記メモリゲート電極の上端部の前記コントロールゲート電極側に前記ゲート絶縁膜と同層の膜からなる第1絶縁膜が形成され、前記メモリゲート電極の上端部の前記第1サイドウォール側に前記第1サイドウォールと同層の膜からなる第2絶縁膜が形成された半導体装置であって、
前記メモリゲート電極の中端部に接触する位置に形成された前記ゲート絶縁膜の膜厚をdとし、前記メモリゲート電極の上端部から前記メモリゲート電極のゲート長方向に形成されている前記第1絶縁膜の長さをb、前記メモリゲート電極の上端部から前記メモリゲート電極のゲート長方向に形成されている前記第2絶縁膜の長さをcとする場合、b≧d/2およびc≧d/2の関係が成立することを特徴とする半導体装置。
Having a plurality of memory cells formed on a semiconductor substrate;
Each of the plurality of memory cells includes
(A) a laminated insulating film formed on the semiconductor substrate;
(B) a memory gate electrode formed on the stacked insulating film;
(C) a control gate electrode formed on a side wall of the memory gate electrode;
(D) a gate insulating film formed between the memory gate electrode and the control gate electrode and between the control gate electrode and the semiconductor substrate;
(E) a first sidewall formed on the sidewall of the memory gate electrode, and a second sidewall made of a film in the same layer as the first sidewall formed on the sidewall of the control gate electrode;
(F) a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate;
A first insulating film made of the same layer as the gate insulating film is formed on the control gate electrode side of the upper end portion of the memory gate electrode, and the first sidewall side of the upper end portion of the memory gate electrode is on the first sidewall side. A semiconductor device in which a second insulating film made of the same layer as one sidewall is formed,
The film thickness of the gate insulating film formed at a position in contact with the middle end portion of the memory gate electrode is d, and the first thickness formed from the upper end portion of the memory gate electrode in the gate length direction of the memory gate electrode. When the length of one insulating film is b and the length of the second insulating film formed in the gate length direction of the memory gate electrode from the upper end of the memory gate electrode is c, b ≧ d / 2 and A semiconductor device characterized in that a relationship of c ≧ d / 2 is established.
請求項7記載の半導体装置であって、
前記メモリゲート電極のゲート長方向の長さをLとする場合、5nm≦b<L/2および5nm≦c<L/2の関係を満たすことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
2. A semiconductor device characterized by satisfying a relationship of 5 nm ≦ b <L / 2 and 5 nm ≦ c <L / 2 when the length of the memory gate electrode in the gate length direction is L.
請求項7記載の半導体装置であって、
前記第2絶縁膜は形成されず、前記第1絶縁膜は形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The semiconductor device, wherein the second insulating film is not formed and the first insulating film is formed.
請求項7記載の半導体装置であって、
前記積層絶縁膜は、
(a1)前記半導体基板上に形成された第1電位障壁膜と、
(a2)前記第1電位障壁膜上に形成された電荷蓄積膜と、
(a3)前記電荷蓄積膜上に形成された第2電位障壁膜とを有することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The laminated insulating film is
(A1) a first potential barrier film formed on the semiconductor substrate;
(A2) a charge storage film formed on the first potential barrier film;
(A3) A semiconductor device having a second potential barrier film formed on the charge storage film.
請求項10記載の半導体装置であって、
前記電荷蓄積膜は、窒化シリコン膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
The semiconductor device, wherein the charge storage film is formed of a silicon nitride film.
請求項7記載の半導体装置であって、
前記コントロールゲート電極と前記メモリゲート電極は、ともに、ポリシリコン膜と前記ポリシリコン膜上に形成されたシリサイド膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The control gate electrode and the memory gate electrode are both formed of a polysilicon film and a silicide film formed on the polysilicon film.
半導体基板上にメモリセル形成領域を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、
(c)前記第1導体膜上にマスク膜を形成する工程と、
(d)前記マスク膜をパターニングする工程と、
(e)パターニングした前記マスク膜から露出する前記第1導体膜の表面に酸化シリコン膜を形成し、かつ、前記マスク膜で覆われている前記第1導体膜に食い込むようにバーズビークを形成する工程と、
(f)パターニングした前記マスク膜をマスクにして、前記第1導体膜を加工することにより、コントロールゲート電極を形成する工程と、
(g)前記コントロールゲート電極を形成した前記半導体基板上に積層絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記積層絶縁膜上に第2導体膜を形成する工程と、
(i)前記第2導体膜を異方性エッチングすることにより、前記コントロールゲート電極の側壁にメモリゲート電極を形成する工程と、
(j)前記積層絶縁膜をエッチングすることにより、前記コントロールゲート電極と前記メモリゲート電極の間および前記メモリゲート電極と前記半導体基板の間に前記積層絶縁膜を形成する工程と、
(k)前記(j)工程の後、前記半導体基板内にソース領域およびドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a memory cell formation region on a semiconductor substrate,
(A) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductor film on the gate insulating film;
(C) forming a mask film on the first conductor film;
(D) patterning the mask film;
(E) forming a silicon oxide film on the surface of the first conductor film exposed from the patterned mask film and forming a bird's beak so as to bite into the first conductor film covered with the mask film; When,
(F) forming a control gate electrode by processing the first conductor film using the patterned mask film as a mask;
(G) forming a laminated insulating film on the semiconductor substrate on which the control gate electrode is formed;
(H) forming a second conductor film on the laminated insulating film;
(I) forming a memory gate electrode on a sidewall of the control gate electrode by anisotropically etching the second conductive film;
(J) forming the laminated insulating film between the control gate electrode and the memory gate electrode and between the memory gate electrode and the semiconductor substrate by etching the laminated insulating film;
(K) A step of forming a source region and a drain region in the semiconductor substrate after the step (j).
請求項13記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1導体膜および前記第2導体膜はポリシリコン膜であり、
(l)前記コントロールゲート電極の表面および前記メモリゲート電極の表面にシリサイド膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, comprising:
The first conductor film and the second conductor film are polysilicon films;
(L) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a silicide film on the surface of the control gate electrode and the surface of the memory gate electrode.
請求項13記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(c)工程は、
(c1)前記第1導体膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
(c2)前記窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成する工程とを有し、さらに、
前記(f)工程と前記(g)工程の間に、
(m)前記酸化シリコン膜を除去する工程と、
前記(j)工程と前記(k)工程の間に、
(n)前記窒化シリコン膜を除去する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, comprising:
The step (c)
(C1) forming a silicon nitride film on the first conductor film;
(C2) forming a silicon oxide film on the silicon nitride film, and
Between the step (f) and the step (g),
(M) removing the silicon oxide film;
Between the step (j) and the step (k),
(N) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of removing the silicon nitride film.
請求項15記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(d)工程は、
(d1)前記酸化シリコン膜をパターニングする工程と、
(d2)前記(d1)工程後、パターニングした前記酸化シリコン膜をマスクにして前記窒化シリコン膜をパターニングする工程とを有し、
前記(d2)工程は、熱リン酸による等方性エッチングで前記窒化シリコン膜をパターニングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15, comprising:
The step (d)
(D1) patterning the silicon oxide film;
(D2) after the step (d1), patterning the silicon nitride film using the patterned silicon oxide film as a mask,
In the step (d2), the silicon nitride film is patterned by isotropic etching with hot phosphoric acid.
請求項13記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(d)工程は、隣接する一対のコントロールゲート電極形成領域を覆うように前記マスク膜を第1パターニングし、
前記(f)工程は、
(f1)前記マスク膜を、さらに、それぞれの前記コントロールゲート電極形成領域だけを覆うように第2パターニングする工程と、
(f2)第2パターニングされた前記マスク膜をマスクにして、前記第1導体膜を加工することにより、それぞれの前記コントロールゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, comprising:
In the step (d), the mask film is first patterned so as to cover a pair of adjacent control gate electrode formation regions,
The step (f)
(F1) a step of second patterning the mask film so as to cover only the control gate electrode formation region;
(F2) forming the respective control gate electrodes by processing the first conductive film using the second patterned mask film as a mask, and a method of manufacturing a semiconductor device .
請求項13記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板は、さらに、周辺回路を形成する周辺回路形成領域を有し、
前記(j)工程後、前記(k)工程前に、前記周辺回路形成領域に形成されている前記第2導体膜を加工することにより、前記周辺回路を構成するMISFETのゲート電極を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, comprising:
The semiconductor substrate further includes a peripheral circuit formation region for forming a peripheral circuit,
After the step (j) and before the step (k), a step of forming the gate electrode of the MISFET constituting the peripheral circuit by processing the second conductor film formed in the peripheral circuit formation region. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項13記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(g)工程は、
(g1)前記コントロールゲート電極を形成した前記半導体基板上に第1電位障壁膜を形成する工程と、
(g2)前記第1電位障壁膜上に電荷蓄積膜を形成する工程と、
(g3)前記電荷蓄積膜上に第2電位障壁膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, comprising:
The step (g)
(G1) forming a first potential barrier film on the semiconductor substrate on which the control gate electrode is formed;
(G2) forming a charge storage film on the first potential barrier film;
And (g3) forming a second potential barrier film on the charge storage film.
請求項19記載の半導体装置の製造方法であって、
前記電荷蓄積膜は、窒化シリコン膜から形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the charge storage film is formed of a silicon nitride film.
半導体基板上にメモリセル形成領域を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板上に積層絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記積層絶縁膜上に第1導体膜を形成する工程と、
(c)前記第1導体膜上にマスク膜を形成する工程と、
(d)前記マスク膜をパターニングする工程と、
(e)前記第1導体膜を酸化することにより、パターニングした前記マスク膜から露出する前記第1導体膜の表面に酸化シリコン膜を形成し、かつ、前記マスク膜で覆われている前記第1導体膜に食い込むようにバーズビークを形成する工程と、
(f)パターニングした前記マスク膜をマスクにして、前記第1導体膜を加工することにより、メモリゲート電極を形成する工程と、
(g)前記マスク膜および前記バーズビークを除去する工程と、
(h)前記メモリゲート電極を形成した前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(i)前記ゲート絶縁膜上に第2導体膜を形成する工程と、
(j)前記第2導体膜を異方性エッチングすることにより、前記メモリゲート電極の側壁にコントロールゲート電極を形成する工程と、
(k)前記ゲート絶縁膜をエッチングすることにより、前記メモリゲート電極と前記コントロールゲート電極の間および前記コントロールゲート電極と前記半導体基板の間に前記ゲート絶縁膜を形成し、かつ、前記メモリゲート電極の前記コントロールゲート電極側の上端部に第1絶縁膜を形成する工程と、
(l)前記(k)工程の後、前記半導体基板内に第1半導体領域を形成する工程と、
(m)前記メモリゲート電極および前記コントロールゲート電極を形成した前記半導体基板上に第3絶縁膜を形成する工程と、
(n)前記第3絶縁膜をエッチングすることで、前記メモリゲート電極の側壁に第1サイドウォールを形成し、かつ、前記第1サイドウォール側の前記メモリゲート電極の上端部に第2絶縁膜を形成し、かつ、前記コントロールゲート電極の側壁に第2サイドウォールを形成する工程と、
(o)前記(n)工程の後、前記半導体基板内に前記第1半導体領域と電気的に接続する第2半導体領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a memory cell formation region on a semiconductor substrate,
(A) forming a laminated insulating film on the semiconductor substrate;
(B) forming a first conductor film on the laminated insulating film;
(C) forming a mask film on the first conductor film;
(D) patterning the mask film;
(E) The first conductor film is oxidized to form a silicon oxide film on the surface of the first conductor film exposed from the patterned mask film, and the first conductor film is covered with the mask film. Forming a bird's beak so as to bite into the conductor film;
(F) forming a memory gate electrode by processing the first conductor film using the patterned mask film as a mask;
(G) removing the mask film and the bird's beak;
(H) forming a gate insulating film on the semiconductor substrate on which the memory gate electrode is formed;
(I) forming a second conductor film on the gate insulating film;
(J) forming a control gate electrode on a side wall of the memory gate electrode by anisotropically etching the second conductor film;
(K) forming the gate insulating film between the memory gate electrode and the control gate electrode and between the control gate electrode and the semiconductor substrate by etching the gate insulating film; and Forming a first insulating film on an upper end of the control gate electrode side of
(L) After the step (k), forming a first semiconductor region in the semiconductor substrate;
(M) forming a third insulating film on the semiconductor substrate on which the memory gate electrode and the control gate electrode are formed;
(N) etching the third insulating film to form a first sidewall on a side wall of the memory gate electrode, and a second insulating film on an upper end portion of the memory gate electrode on the first sidewall side; And forming a second sidewall on the side wall of the control gate electrode;
(O) After the step (n), a method of forming a second semiconductor region electrically connected to the first semiconductor region in the semiconductor substrate is provided.
請求項21記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1導体膜および前記第2導体膜は、ポリシリコン膜であり、
(p)前記メモリゲート電極の表面および前記コントロールゲート電極の表面にシリサイド膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21,
The first conductor film and the second conductor film are polysilicon films,
(P) forming a silicide film on the surface of the memory gate electrode and the surface of the control gate electrode.
請求項21記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(a)工程は、
(a1)前記半導体基板上に第1電位障壁膜を形成する工程と、
(a2)前記第1電位障壁膜上に電荷蓄積膜を形成する工程と、
(a3)前記電荷蓄積膜上に第2電位障壁膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21,
The step (a)
(A1) forming a first potential barrier film on the semiconductor substrate;
(A2) forming a charge storage film on the first potential barrier film;
(A3) forming a second potential barrier film on the charge storage film; and a method of manufacturing a semiconductor device.
請求項21記載の半導体装置の製造方法であって、
前記マスク膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the mask film is a silicon oxide film.
請求項23記載の半導体装置の製造方法であって、
前記電荷蓄積膜は、窒化シリコン膜から形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the charge storage film is formed of a silicon nitride film.
請求項1に記載の半導体装置であって、
前記バーズビークの長さbは、前記バーズビークの厚さよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The length b of the bird's beak is larger than the thickness of the bird's beak.
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