JP2016157728A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体基板SB上に、不揮発性メモリのメモリセル用の制御ゲート電極CGを覆うように、絶縁膜MZを介してメモリセルのメモリゲート電極用のシリコン膜PS2を形成する。周辺回路領域1Bのシリコン膜PS2および絶縁膜MZを除去してから、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2上と周辺回路領域1Bの半導体基板SB上とに、絶縁膜OX1を介してMISFETのゲート電極用のシリコン膜PS3を形成する。シリコン膜PS3をパターニングして周辺回路領域1Bにゲート電極を形成してから、メモリセル領域1Aの絶縁膜OX1を除去し、その後、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2上に酸化膜を形成する。その後、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2上の酸化膜およびシリコン膜PS2をエッチバックすることにより、制御ゲート電極CGに絶縁膜MZを介して隣接するメモリゲート電極を形成する。
【選択図】図9

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、不揮発性メモリを有する半導体装置の製造方法に好適に利用できるものである。
電気的に書込・消去が可能な不揮発性半導体記憶装置として、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)が広く使用されている。現在広く用いられているフラッシュメモリに代表されるこれらの記憶装置は、MISFETのゲート電極下に、酸化膜で囲まれた導電性の浮遊ゲート電極あるいはトラップ性絶縁膜を有しており、浮遊ゲートあるいはトラップ性絶縁膜での電荷蓄積状態を記憶情報とし、それをトランジスタの閾値として読み出すものである。このトラップ性絶縁膜とは、電荷の蓄積可能な絶縁膜をいい、一例として、窒化シリコン膜などがあげられる。このような電荷蓄積領域への電荷の注入・放出によってMISFETのしきい値をシフトさせ記憶素子として動作させる。このフラッシュメモリとしては、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)膜を用いたスプリットゲート型セルがある。かかるメモリにおいては、電荷蓄積領域として窒化シリコン膜を用いることで、導電性の浮遊ゲート膜と比べ、離散的に電荷を蓄積するためにデータ保持の信頼性に優れ、また、データ保持の信頼性に優れているために窒化シリコン膜上下の酸化膜を薄膜化でき、書込み・消去動作の低電圧化が可能である、等の利点を有する。
特開2007−184323号公報(特許文献1)には、不揮発性半導体記憶装置に関する技術が記載されている。
特開2007−184323号公報
不揮発性メモリを有する半導体装置においても、できるだけ信頼性を向上させることが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1領域に形成された不揮発性メモリのメモリセルと、前記半導体基板の第2領域に形成されたMISFETとを備える半導体装置の製造方法である。半導体装置の製造方法は、前記第1領域の前記半導体基板上に第1絶縁膜を介して前記メモリセル用の第1ゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極を覆うように、第2絶縁膜を介して前記メモリセルの第2ゲート電極用の第1導電膜を形成する工程と、を有している。半導体装置の製造方法は、更に、前記第2領域の前記第1導電膜および前記第2絶縁膜を除去し、前記第1領域の前記第1導電膜および前記第2絶縁膜を残す工程と、その後、前記第1領域の前記第1導電膜上と前記第2領域の前記半導体基板上とに第3絶縁膜を介して前記MISFETの第3ゲート電極用の第2導電膜を形成する工程と、を有している。半導体装置の製造方法は、更に、前記第2導電膜をパターニングして、前記第2領域に前記MISFET用の前記第3ゲート電極を形成する工程と、その後、前記第1領域の前記第3絶縁膜を除去する工程と、その後、前記第1領域の前記第1導電膜上に第4絶縁膜を形成する工程と、を有している。半導体装置の製造方法は、更に、前記第4絶縁膜および前記第1導電膜をエッチバックすることにより、前記第1ゲート電極に前記第2絶縁膜を介して隣接する前記メモリセル用の前記第2ゲート電極を形成する工程、を有している。
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
一実施の形態である半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 一実施の形態である半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図3に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図4に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図5に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図6に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図7に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図10に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図13に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図15に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 ステップS14のエッチバック工程を説明する説明図である。 図16に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図19に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図21に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図22に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図23に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 メモリセルの等価回路図である。 「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。 第1検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図28に続く第1検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図30に続く第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図33に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図34に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図35に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 他の実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図38に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図39に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図40に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図41に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図37に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図43に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図44に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図45に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図46に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図47に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図48に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図49に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図50に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図51に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図52に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図53に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図54に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
(実施の形態1)
<半導体装置の製造工程について>
本実施の形態および以下の実施の形態の半導体装置は、不揮発性メモリ(不揮発性記憶素子、フラッシュメモリ、不揮発性半導体記憶装置)を備えた半導体装置である。本実施の形態および以下の実施の形態では、不揮発性メモリは、nチャネル型MISFET(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を基本としたメモリセルをもとに説明を行う。また、本実施の形態および以下の実施の形態での極性(書込・消去・読出時の印加電圧の極性やキャリアの極性)は、nチャネル型MISFETを基本としたメモリセルの場合の動作を説明するためのものであり、pチャネル型MISFETを基本とする場合は、印加電位やキャリアの導電型等の全ての極性を反転させることで、原理的には同じ動作を得ることができる。
本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。
図1および図2は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図3〜図16および図18〜図24は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図17は、ステップS14のエッチバック工程を説明する説明図である。図3〜図16および図18〜図24の断面図には、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bの要部断面図が示されており、メモリセル領域1Aに不揮発性メモリのメモリセルが、周辺回路領域1BにMISFETが、それぞれ形成される様子が示されている。
ここで、メモリセル領域1Aは、半導体基板SBの主面において、不揮発性メモリのメモリセルが形成される予定の領域である。また、周辺回路領域1Bは、半導体基板SBの主面において、周辺回路が形成される予定の領域である。メモリセル領域1Aと周辺回路領域1Bとは、同じ半導体基板SBに存在している。すなわち、メモリセル領域1Aと周辺回路領域1Bとは、同一の半導体基板SBの主面の互いに異なる平面領域に対応している。なお、メモリセル領域1Aと周辺回路領域1Bとは隣り合っていなくともよいが、理解を簡単にするために、図3〜図16および図18〜図24の断面図においては、メモリセル領域1Aの隣に周辺回路領域1Bを図示している。
ここで、周辺回路とは、不揮発性メモリ以外の回路であり、例えば、CPUなどのプロセッサ、制御回路、センスアンプ、カラムデコーダ、ロウデコーダ、入出力回路などである。周辺回路領域1Bに形成されるMISFETは、周辺回路用のMISFETである。
また、本実施の形態においては、メモリセル領域1Aにnチャネル型のMISFET(制御トランジスタおよびメモリトランジスタ)を形成する場合について説明するが、導電型を逆にしてpチャネル型のMISFET(制御トランジスタおよびメモリトランジスタ)をメモリセル領域1Aに形成することもできる。同様に、本実施の形態においては、周辺回路領域1Bにnチャネル型のMISFETを形成する場合について説明するが、導電型を逆にしてpチャネル型のMISFETを周辺回路領域1Bに形成することもできる。また、周辺回路領域1Bに、nチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETの両方、すなわちCMISFET(Complementary MISFET)を形成することもできる。
半導体装置を製造するには、図3に示されるように、まず、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)SBを用意(準備)する(図1のステップS1)。それから、半導体基板SBの主面に、活性領域を規定する素子分離領域STを形成する(図1のステップS2)。
素子分離領域STは、酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon )法などにより形成することができる。例えば、半導体基板SBの主面に素子分離用の溝を形成した後、この素子分離用の溝内に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を埋め込むことで、素子分離領域STを形成することができる。
次に、半導体基板SBのメモリセル領域1Aにp型ウエルPW1を、周辺回路領域1Bにp型ウエルPW2を形成する(図1のステップS3)。
p型ウエルPW1,PW2は、例えばホウ素(B)などのp型の不純物を半導体基板SBにイオン注入することなどによって形成することができる。p型ウエルPW1,PW2は、半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって形成される。p型ウエルPW1とp型ウエルPW2とは、同じ導電型であるため、同じイオン注入工程で形成しても、あるいは異なるイオン注入工程で形成してもよい。
次に、メモリセル領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜(ゲート絶縁膜)GFを介して制御ゲート電極CGを形成する(図1のステップS4)。ステップS4は、具体的には次(図4および図5)のようにして行うことができる。
すなわち、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板SB(p型ウエルPW1,PW2)の表面を清浄化した後、図4に示されるように、半導体基板SBの主面(p型ウエルPW1,PW2の表面)に、ゲート絶縁膜用の絶縁膜GFを形成する。絶縁膜GFは、メモリセル領域1Aにおける半導体基板SBの表面(すなわちp型ウエルPW1の上面)と、周辺回路領域1Bにおける半導体基板SBの表面(すなわちp型ウエルPW2の上面)とに形成される。絶縁膜GFとしては、例えば酸化シリコン膜を用いることができ、熱酸化法などを用いて形成することができる。絶縁膜GFの形成膜厚は、例えば2〜3nm程度とすることができる。なお、図4では、便宜上、絶縁膜GFが素子分離領域ST上にも形成されているように描かれているが、絶縁膜GFを熱酸化法により形成した場合には、実際には、素子分離領域ST上には絶縁膜GFは形成されない。
それから、図4に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、すなわちメモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bの絶縁膜GF上に、制御ゲート電極CG形成用の導電膜としてシリコン膜PS1を形成する。シリコン膜PS1は、制御トランジスタのゲート電極用の導電膜であり、すなわち、後述の制御ゲート電極CGを形成するための導電膜である。
シリコン膜PS1は、多結晶シリコン膜からなり、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法などを用いて形成することができる。シリコン膜PS1の膜厚(堆積膜厚)は、例えば50〜300nm程度とすることができる。成膜時はシリコン膜PS1をアモルファスシリコン膜として形成してから、その後の熱処理で、アモルファスシリコン膜からなるシリコン膜PS1を、多結晶シリコン膜からなるシリコン膜PS1に変えることもでき、これは、後述のシリコン膜PS2,PS3についても同様である。また、シリコン膜PS1は、成膜時に不純物を導入するか、あるいは成膜後に不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗の半導体膜(ドープトポリシリコン膜)とすることができる。メモリセル領域1Aのシリコン膜PS1は、好ましくは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型のシリコン膜である。
それから、シリコン膜PS1上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(図示せず)を形成してから、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、シリコン膜PS1をエッチング(好ましくはドライエッチング)してパターニングする。これにより、シリコン膜PS1がパターニングされ、図5に示されるように、メモリセル領域1Aに、パターニングされたシリコン膜PS1からなる制御ゲート電極CGが形成される。このとき、周辺回路領域1Bでは、シリコン膜PS1が除去される。
このようにして、ステップS4で、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜GFを介して制御ゲート電極CGが形成される。メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの下に残存する絶縁膜GFが、制御トランジスタのゲート絶縁膜となる。制御ゲート電極CGで覆われた部分以外の絶縁膜GF(すなわちゲート絶縁膜となる部分以外の絶縁膜GF)は、シリコン膜PS1をパターニングするためのドライエッチングや、あるいはそのドライエッチング後にウェットエッチングを行うことによって除去され得る。
次に、洗浄処理を行って、半導体基板SBの主面を清浄化処理した後、図6に示されるように、半導体基板SBの主面全面に、すなわち、半導体基板SBの主面(表面)上と制御ゲート電極CGの表面(上面および側面)上とに、メモリトランジスタのゲート絶縁膜用の絶縁膜MZを形成する(図1のステップS5)。このため、絶縁膜MZは、半導体基板SB上に、制御ゲート電極CGを覆うように形成される。
絶縁膜MZは、メモリトランジスタのゲート絶縁膜用の絶縁膜であり、内部に電荷蓄積部(電荷蓄積層)を有する絶縁膜である。この絶縁膜MZは、酸化シリコン膜(酸化膜)MZ1と、酸化シリコン膜MZ1上に形成された窒化シリコン膜(窒化膜)MZ2と、窒化シリコン膜MZ2上に形成された酸化シリコン膜(酸化膜)MZ3との積層膜からなる。酸化シリコン膜MZ1、窒化シリコン膜MZ2および酸化シリコン膜MZ3の積層膜は、ONO(oxide-nitride-oxide)膜とみなすこともできる。
なお、図面を見やすくするために、図6では、酸化シリコン膜MZ1、窒化シリコン膜MZ2および酸化シリコン膜MZ3からなる絶縁膜MZを、単に絶縁膜MZとして図示しているが、実際には、図6において点線の円で囲まれた領域の拡大図に示されるように、絶縁膜MZは、酸化シリコン膜MZ1、窒化シリコン膜MZ2および酸化シリコン膜MZ3の積層膜からなる。
絶縁膜MZのうち、酸化シリコン膜MZ1,MZ3は、例えば酸化処理(熱酸化処理)またはCVD法あるいはその組み合わせにより形成することができる。この際の酸化処理には、ISSG(In Situ Steam Generation)酸化を用いることも可能である。絶縁膜MZのうち、窒化シリコン膜MZ2は、例えばCVD法により形成することができる。
また、本実施の形態においては、トラップ準位を有する絶縁膜(電荷蓄積層)として、窒化シリコン膜MZ2を形成している。信頼性の面などで窒化シリコン膜が好適であるが、窒化シリコン膜に限定されものではなく、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電荷蓄積層または電荷蓄積部として使用することもできる。また、シリコンナノドットで電荷蓄積層または電荷蓄積部を形成することもできる。
絶縁膜MZを形成するには、例えば、まず酸化シリコン膜MZ1を熱酸化法(好ましくはISSG酸化)により形成してから、酸化シリコン膜MZ1上に窒化シリコン膜MZ2をCVD法で堆積し、更に窒化シリコン膜MZ2上に酸化シリコン膜MZ3をCVD法または熱酸化法あるいはその両方で形成する。これにより、酸化シリコン膜MZ1、窒化シリコン膜MZ2および酸化シリコン膜MZ3の積層膜からなる絶縁膜MZを形成することができる。
酸化シリコン膜MZ1の厚みは、例えば2〜10nm程度とすることができ、窒化シリコン膜MZ2の厚みは、例えば5〜15nm程度とすることができ、酸化シリコン膜MZ3の厚みは、例えば2〜10nm程度とすることができる。
絶縁膜MZは、後で形成されるメモリゲート電極MGのゲート絶縁膜として機能し、電荷保持(電荷蓄積)機能を有する。従って、絶縁膜MZは、メモリトランジスタの電荷保持機能を有するゲート絶縁膜として機能できるように、少なくとも3層の積層構造を有し、電荷ブロック層として機能する外側の層(ここでは酸化シリコン膜MZ1,MZ3)のポテンシャル障壁高さに比べ、電荷蓄積部として機能する内側の層(ここでは窒化シリコン膜MZ2)のポテンシャル障壁高さが低くなる。これは、本実施の形態のように、絶縁膜MZを、酸化シリコン膜MZ1と、酸化シリコン膜MZ1上の窒化シリコン膜MZ2と、窒化シリコン膜MZ2上の酸化シリコン膜MZ3とを有する積層膜とすることで達成できる。
絶縁膜MZのトップ絶縁膜(ここでは酸化シリコン膜MZ3)とボトム絶縁膜(ここでは酸化シリコン膜MZ1)のそれぞれのバンドギャップは、トップ絶縁膜とボトム絶縁膜との間の電荷蓄積層(ここでは窒化シリコン膜MZ2)のバンドギャップよりも大きい必要がある。そうすることで、電荷蓄積層としての窒化シリコン膜MZ2を挟む酸化シリコン膜MZ3と酸化シリコン膜MZ1とが、それぞれ、電荷蓄積層に電荷を閉じ込めるための電荷ブロック層(または電荷閉じ込め層)として機能することができる。酸化シリコン膜は、窒化シリコン膜のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しているため、電荷蓄積層として窒化シリコン膜を採用し、トップ絶縁膜およびボトム絶縁膜としてそれぞれ酸化シリコン膜を採用することができる。
次に、図7に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜MZ上に、メモリセル領域1Aにおいては制御ゲート電極CGを覆うように、メモリゲート電極MG形成用の導電膜としてシリコン膜(第1導電膜)PS2を形成する(図1のステップS6)。
シリコン膜PS2は、後述のメモリゲート電極MGを形成するための膜(導電膜)である。シリコン膜PS2は、多結晶シリコン膜からなり、CVD法などを用いて形成することができる。シリコン膜PS2の堆積膜厚は、例えば50〜300nm程度とすることができる。
また、シリコン膜PS2は、成膜時に不純物を導入するか、あるいは成膜後に不純物をイオン注入することなどにより、不純物が導入されて低抵抗の半導体膜(ドープトポリシリコン膜)とされている。シリコン膜PS2は、好ましくは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型のシリコン膜である。
このように、ステップS5およびステップS6を行うことにより、半導体基板SB上に、制御ゲート電極CGを覆うように、絶縁膜MZを介してメモリセルのメモリゲート電極MG用の導電膜(ここではシリコン膜PS2)が形成される。
次に、図7に示されるように、マスク層として、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2を覆うフォトレジストパターン(マスク層)RP1をフォトリソグラフィ法を用いてシリコン膜PS2上に形成してから、図8に示されるように、周辺回路領域1Bのシリコン膜PS2および絶縁膜MZをエッチング法を用いて除去する(図1のステップS7)。
ステップS7においては、周辺回路領域1Bにおけるシリコン膜PS1と絶縁膜MZとを順次エッチングして除去するが、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2はフォトレジストパターンRP1で覆われているため、除去(エッチング)されずに残存する。このため、ステップS7を行うと、メモリセル領域1Aでは、制御ゲート電極CGと絶縁膜MZとシリコン膜PS2とがエッチングされずに残存し、周辺回路領域1Bでは、シリコン膜PS1と絶縁膜MZとがエッチングされて除去された状態になる。シリコン膜PS2は、ドライエッチングによって除去することができ、絶縁膜MZは、ドライエッチングまたはウェットエッチングあるいはその組み合わせによって除去することができる。ステップS7の後、フォトレジストパターンRP1は除去される。また、フォトレジストパターンRP1の除去工程の後には、ウェット洗浄処理を行うことが好ましく、これにより、フォトレジストパターンRP1の残渣が残存することを、より的確に防止することができる。
このように、ステップS7では、周辺回路領域1Bのシリコン膜PS2および絶縁膜MZを除去し、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2および絶縁膜MZを残存させる。
次に、図9に示されるように、シリコン膜PS2の表面と、周辺回路領域1Bの半導体基板SBの主面(p型ウエルPW2の表面)とに、絶縁膜OX1を形成する(図1のステップS8)。
絶縁膜OX1は、好ましくは酸化膜(酸化シリコン膜)であり、好ましくは熱酸化法を用いて形成することができる。メモリセル領域1Aにおいては、シリコン膜PS2が残存しているため、ステップS8でシリコン膜PS2の表面(上面および側面)が酸化されて、酸化膜(酸化シリコン膜)からなる絶縁膜OX1がシリコン膜PS2の表面(上面および側面)上に形成される。一方、周辺回路領域1Bにおいては、シリコン膜PS2および絶縁膜MZがステップS7で除去されていたため、ステップS8で半導体基板SBの表面(p型ウエルPW2の表面)が酸化されて、酸化膜(酸化シリコン膜)からなる絶縁膜OX1が半導体基板SBの表面(p型ウエルPW2の表面)上に形成される。絶縁膜OX1の形成膜厚は、例えば2〜10nm程度とすることができる。なお、図9では、便宜上、シリコン膜PS2で覆われていない部分の素子分離領域ST上にも絶縁膜OX1が形成されているように描かれているが、絶縁膜OX1を熱酸化法により形成した場合には、実際には、素子分離領域ST上には絶縁膜OX1は形成されない。
次に、図9に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜OX1上に、メモリセル領域1Aにおいては制御ゲート電極CG、絶縁膜MZおよびシリコン膜PS2を覆うように、ゲート電極GE形成用の導電膜としてシリコン膜(第2導電膜)PS3を形成する(図1のステップS9)。
シリコン膜PS3は、後述のゲート電極GEを形成するための膜(導電膜)である。シリコン膜PS3は、多結晶シリコン膜からなり、CVD法などを用いて形成することができる。シリコン膜PS3の堆積膜厚は、例えば50〜200nm程度とすることができる。
また、シリコン膜PS3は、成膜時に不純物を導入するか、あるいは成膜後に不純物をイオン注入することなどにより、不純物が導入されて低抵抗の半導体膜(ドープトポリシリコン膜)とされている。周辺回路領域1Bにnチャネル型MISFETを形成する場合は、そのnチャネル型MISFETを形成する領域のシリコン膜PS3は、好ましくは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型のシリコン膜である。
このように、ステップS8およびステップS9を行うことにより、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2上と、周辺回路領域1Bの半導体基板SB上とに、絶縁膜OX1を介してMISFETのゲート電極GE用の導電膜(ここではシリコン膜PS3)が形成される。
次に、図9に示されるように、マスク層として、周辺回路領域1Bのシリコン膜PS3上にフォトレジストパターン(マスク層)RP2をフォトリソグラフィ法を用いて形成する。フォトレジストパターンRP2は、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GE形成予定領域に形成される。フォトレジストパターンRP2を形成しても、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS3は、フォトレジストパターンRP2で覆われずに露出されている。
次に、図10に示されるように、フォトレジストパターンRP2をエッチングマスクとして用いて、異方性エッチング技術により、シリコン膜PS3をエッチング(ドライエッチング、異方性エッチング)することにより、ゲート電極GEを形成する(図1のステップS10)。ゲート電極GEは、フォトレジストパターンRP2の下に残存するシリコン膜PS3からなり、従って、パターニングされたシリコン膜PS3からなる。
ステップS10では、フォトレジストパターンRP2の下にシリコン膜PS3を局所的に残存させてゲート電極GEとし、他の領域のシリコン膜PS3をエッチングして除去する。このため、ステップS10では、シリコン膜PS3を異方性エッチングすることが必要になり、従って、異方性のドライエッチングを行うことになる。
メモリセル領域1Aのシリコン膜PS3は、フォトレジストパターンRP2で覆われずに露出されていたため、ステップS10のエッチングは、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS3が露出された状態で行われる。このため、ステップS10のエッチング工程を行うと、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS3は、エッチングされて除去される。一方、周辺回路領域1Bにおいては、ゲート電極GE形成予定領域のシリコン膜PS3がフォトレジストパターンRP2で覆われ、それ以外の領域のシリコン膜PS3が露出された状態で、ステップS10のエッチング工程が行われる。このため、ステップS10のエッチング工程を行うと、周辺回路領域1Bにおいては、フォトレジストパターンRP2の下にシリコン膜PS3がエッチングされずに残存してゲート電極GEとなり、それ以外のシリコン膜PS3がエッチングされて除去される。
ステップS10でシリコン膜PS3をエッチングする際には、絶縁膜OX1をエッチングストッパ膜として機能させることができる。すなわち、ステップS10のエッチング工程では、シリコン膜PS3を選択的に除去して絶縁膜OX1をエッチングストッパとして機能させ、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2や周辺回路領域1Bの半導体基板SB(p型ウエルPW2)が露出される前に、エッチングを終了することが好ましい。つまり、ステップS10のエッチング工程を終了した段階で、絶縁膜OX1が層状に残存し、シリコン膜PS2が露出しないようにする。これにより、ステップS10のエッチング工程でメモリセル領域1Aのシリコン膜PS2や周辺回路領域1Bの半導体基板SB(p型ウエルPW2)がエッチングされてしまうのを防止することができる。
このため、ステップS10のエッチングは、シリコン膜PS3に比べて絶縁膜OX1がエッチングされにくいようなエッチング条件で、シリコン膜PS3をエッチングすることが好ましい。すなわち、ステップS10のエッチングは、シリコン膜PS3のエッチング速度に比べて絶縁膜OX1のエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件で、シリコン膜PS3をエッチングすることが好ましい。これにより、ステップS10のエッチング工程で、絶縁膜OX1をエッチングストッパ膜として機能させることができる。
なお、「Aに比べてBがエッチングされにくい」ということは、「Aのエッチング速度に比べてBのエッチング速度が小さい(遅い)」ことを意味している。
ステップS10で異方性のドライエッチングを行った後、フォトレジストパターンRP2を除去する。このフォトレジストパターンRP2の除去工程には、例えばアッシング(酸素プラズマを用いたアッシング処理)などを用いることができる。また、フォトレジストパターンRP2の除去工程の後には、ウェット洗浄処理を行うことが好ましく、これにより、フォトレジストパターンRP2の残渣が残存することを、より的確に防止することができる。このフォトレジストパターンRP2の除去工程の後に行われるウェット洗浄処理では、洗浄液(処理液)として、例えば硫酸過水(SPM:Sulfuric acid-Hydrogen Peroxide Mixture、硫酸と過酸化水素水の混合液)とアンモニア過水(APM:Ammonia-Hydrogen Peroxide Mixture、アンモニアと過酸化水素水の混合液)などを用いることができる。例えば、SPM洗浄を行ってからAPM洗浄を行うことができる。
次に、図11に示されるように、半導体基板SB上に、マスク層として、メモリセル領域1Aを露出し、かつ、周辺回路領域1B全体を覆うようなフォトレジストパターン(マスク層)RP3を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。ゲート電極GEは、上面だけでなく、側面もフォトレジストパターンRP3で覆われる。フォトレジストパターンRP3を形成すると、ゲート電極GEとその下の絶縁膜OX1とは、フォトレジストパターンRP3で覆われるため、露出していない状態になる。一方、メモリセル領域1Aには、フォトレジストパターンRP3は形成されないため、メモリセル領域1Aでは、フォトレジストパターンRP3の形成前と形成後とで、絶縁膜OX1が露出された状態が維持される。
次に、フォトレジストパターンRP3をエッチングマスクとして用いて、等方性エッチングを行う(図2のステップS11)。図12には、ステップS11のエッチング工程を行った段階が示されている。このステップS11のエッチング工程は、メモリセル領域1Aにおけるシリコン膜PS3の残存部PS3aをエッチングして除去するために行われる処理である。ゲート電極GEは、フォトレジストパターンRP3で覆われているため、ステップS11のエッチング工程では、エッチングされない。
すなわち、ステップS10のエッチング工程は、異方性のエッチングが行われるため、メモリセル領域1Aにおいて、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1を介して隣接する位置に、シリコン膜PS3の一部が残存部PS3aとして残存してしまう。この段差部DSは、制御ゲート電極CGによって生じた段差である。本実施の形態とは異なり、ステップS10のエッチング工程が等方性のエッチングであったならば、残存部PS3aは生じずに済むが、ゲート電極GEを的確に形成できなくなる。このため、ステップS10のエッチング工程は、異方性のエッチングを行う必要がるが、そうすると、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1を介して隣接する位置に、シリコン膜PS3の残存部PS3aが残ってしまう。シリコン膜PS2の段差部DSが無ければ、そのような残存部PS3aは生じずに済むが、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGを覆うようにシリコン膜PS2を形成しているため、制御ゲート電極CGを反映した段差部DSがシリコン膜PS2の表面に形成されてしまう。このため、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGを反映した段差部DSがシリコン膜PS2の表面に形成されてしまい、ステップS10では異方性エッチングを行うため、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1を介して隣接する位置に、シリコン膜PS3の残存部PS3aが残ってしまうことになる。
そこで、本実施の形態では、ステップS11のエッチング工程により、このシリコン膜PS3の残存部PS3aを除去する。このため、ステップS11のエッチング工程では、等方性のエッチングを行う。等方性のエッチングを行うことにより、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1を介して隣接する位置に残存する、シリコン膜PS3の残存部PS3aを、的確に除去することができる。
ステップS11でシリコン膜PS3の残存部PS3aをエッチングする際には、絶縁膜OX1をエッチングストッパ膜として機能させることができる。すなわち、ステップS11のエッチング工程では、シリコン膜PS3の残存部PS3aを選択的に除去して絶縁膜OX1をエッチングストッパとして機能させ、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2が露出される前に、エッチングを終了することが好ましい。つまり、ステップS10のエッチング工程を終了した段階で、絶縁膜OX1が層状に残存し、シリコン膜PS2が露出しないようにする。これにより、ステップS11のエッチング工程でメモリセル領域1Aのシリコン膜PS2がエッチングされてしまうのを防止することができる。
このため、ステップS11のエッチングは、シリコン膜PS3(残存部PS3a)に比べて絶縁膜OX1がエッチングされにくいようなエッチング条件で、シリコン膜PS3(残存部PS3a)をエッチングすることが好ましい。すなわち、ステップS11のエッチングは、シリコン膜PS3(残存部PS3a)のエッチング速度に比べて絶縁膜OX1のエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件で、シリコン膜PS3(残存部PS3a)をエッチングすることが好ましい。これにより、ステップS11のエッチング工程で、絶縁膜OX1をエッチングストッパ膜として機能させることができる。
また、ステップS11のエッチングは、等方性のエッチングであるが、シリコン膜PS3(残存部PS3a)を選択的に除去するエッチングであるため、等方性のドライエッチングが好ましい。
また、本実施の形態とは異なり、フォトレジストパターンRP3を形成せずに、ゲート電極GE上にフォトレジストパターンRP2を残存させた状態で、ステップS11のエッチング工程を行った場合には、ゲート電極GEの側面は露出しているため、ゲート電極GEの側面がサイドエッチングされてしまい、ゲート電極GEの形状が崩れてしまう。それに対して、本実施の形態では、フォトレジストパターンRP2を除去し、ゲート電極GEをフォトレジストパターンRP3で覆ってから、ステップS11のエッチング工程を行っている。このため、ゲート電極GEは、上面も側面も露出していない状態でステップS11のエッチング工程を行うことになるため、ステップS11でゲート電極GEはエッチング(サイドエッチング)されずに済み、ゲート電極GEの形状が崩れてしまうのを防止することができる。
次に、図13に示されるように、フォトレジストパターンRP3をエッチングマスクとして用いて、メモリセル領域1Aの絶縁膜OX1をエッチングして除去する(図2のステップS12)。
ステップS12のエッチングは、絶縁膜OX1に比べてシリコン膜PS2がエッチングされにくいようなエッチング条件で、絶縁膜OX1をエッチングすることが好ましい。すなわち、ステップS12のエッチングは、絶縁膜OX1のエッチング速度に比べてシリコン膜PS2のエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件で、絶縁膜OX1をエッチングすることが好ましい。これにより、ステップS12のエッチング工程で、絶縁膜OX1を選択的に除去することができ、シリコン膜PS2がエッチングされてしまうのを抑制または防止することができる。
ステップS12のエッチングは、等方性のエッチングを用いる。本実施の形態とは異なり、ステップS12のエッチングに異方性のエッチングを用いた場合には、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1のエッチング残りが残存する虞がある。それに対して、本実施の形態では、ステップS12のエッチングに等方性のエッチングを用いているため、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1のエッチング残りが残存するのを防止することができる。また、ステップS12のエッチング工程は、絶縁膜OX1を選択的に除去するエッチングであるため、ウェットエッチングが好ましい。
ステップS12のエッチング工程を行うことにより、メモリセル領域1Aでは、シリコン膜PS2の表面が露出された状態になる。
また、ステップS12のエッチング工程では、周辺回路領域1B全体がフォトレジストパターンRP3で覆われているため、ゲート電極GEの下の絶縁膜OX1(ゲート絶縁膜となる部分の絶縁膜OX1)がエッチングされてしまうのを防止することができる。
すなわち、周辺回路領域1B全体をフォトレジストパターンRP3で覆ってから、ステップS11のエッチング工程とステップS12のエッチング工程とを行っているため、周辺回路領域1Bのゲート電極GEおよびその下の絶縁膜OX1や、周辺回路領域1Bの半導体基板SBが、ステップS11のエッチング工程やステップS12のエッチング工程でエッチングされるのを防止することができる。つまり、フォトレジストパターンRP3を形成した状態でステップS11のエッチング工程とステップS12のエッチング工程とを行うため、周辺回路領域1Bに悪影響を生じることなく、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS3の残存部PS3aと絶縁膜OX1とをステップS11,S12で除去することができる。
ステップS12のエッチング工程を行った後、フォトレジストパターンRP3を除去する。このフォトレジストパターンRP3の除去工程には、例えばアッシング(酸素プラズマを用いたアッシング処理)などを用いることができる。また、フォトレジストパターンRP3の除去工程の後には、ウェット洗浄処理を行うことが好ましく、これにより、フォトレジストパターンRP3の残渣が残存することを、より的確に防止することができる。このフォトレジストパターンRP3の除去工程の後に行われるウェット洗浄処理では、洗浄液(処理液)として、例えば硫酸過水(SPM)とアンモニア過水(APM)などを用いることができる。例えば、SPM洗浄を行ってからAPM洗浄を行うことができる。
次に、シリコン膜PS2上に、絶縁膜(ここでは酸化膜OX2)を形成する(図2のステップS13)。具体的には、ステップS13において、図14に示されるように、シリコン膜PS2の表面を酸化することにより、シリコン膜PS2の表面に、絶縁膜として酸化膜(酸化シリコン膜)OX2を形成する。
ステップS13の酸化処理は、酸素プラズマを用いたプラズマ酸化が好ましい。シリコン膜PS2は、メモリセル領域1Aに形成されていたため、メモリセル領域1Aにおいて、ステップS13でシリコン膜PS2の表面(上面および側面)が酸化されて、酸化膜OX2がシリコン膜PS2の表面(上面および側面)上に形成されることになる。周辺回路領域1Bには、シリコン膜PS2は形成されていないが、ゲート電極GEが形成されているため、ステップS13の酸化処理により、ゲート電極GEの表面(上面および側面)も酸化されて、酸化膜(酸化シリコン膜)OX2がゲート電極GEの表面(上面および側面)上に形成され得る。このため、ステップS13では、シリコン膜PS2の表面とゲート電極GEの表面とに、それぞれ酸化膜(酸化シリコン膜)OX2が形成されることになる。酸化膜OX2の厚み(形成膜厚)は、例えば1〜5nm程度とすることができる。
ステップS13で行われるプラズマ酸化の条件の一例を挙げると、プラズマ処理装置において、処理室内の圧力が100〜500Pa程度で、半導体基板SBを載せたステージの温度(半導体基板SBの温度に対応)が200〜300℃程度で、マイクロ波パワーが1〜5kW程度で、酸素ガス流量が1〜5slm程度の条件で、15〜120秒程度の酸素プラズマ処理を行う。これにより、1〜5nm程度の厚みの酸化膜OX2を形成することができる。
また、本実施の形態では、フォトレジストパターンRP3の除去工程と、ステップS13の酸化処理とを、別々の工程として行っている。他の形態として、フォトレジストパターンRP3の除去工程と、ステップS13の酸化処理とを、同じ工程として行うことも可能であり、その場合、半導体装置の製造工程数を低減することができる。この場合、ステップS12のエッチング工程を行った後、酸素プラズマ処理により、フォトレジストパターンRP3の除去(アッシングによる除去)と、酸化膜OX2の形成(プラズマ酸化)とを一緒に行うことになる。但し、この場合、酸素プラズマ処理の後に、フォトレジストパターンRP3の残渣を除去するためのウェット洗浄処理を行うと、そのウェット洗浄処理で酸化膜OX2がエッチングされてしまう懸念があり、かといって、そのウェット洗浄処理を行わなければ、フォトレジストパターンRP3の残渣が残ってしまう懸念がある。
このため、フォトレジストパターンRP3の除去工程とは別工程として、ステップS13の酸化処理を行うことが、より好ましい。これにより、フォトレジストパターンRP3の除去工程の後にウェット洗浄処理を行ったとしても、そのウェット洗浄処理の後にステップS13で酸化膜OX2を形成することになるため、そのウェット洗浄処理が酸化膜OX2をエッチングする懸念を回避することができる。
また、本実施の形態では、ステップS13において、酸化処理により酸化膜OX2を形成しているが、他の形態として、CVD法などにより絶縁膜を堆積する手法で、酸化膜OX2を形成することもできる。但し、酸化処理により酸化膜OX2を形成することが、より好ましく、酸化膜OX2を形成する酸化処理としては、プラズマ酸化が最も好ましい。これにより、薄い酸化膜OX2の形成膜厚を所望の膜厚に制御しやすくなるため、後述のステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として機能するのに相応しい膜厚の酸化膜OX2を、ステップS13でより的確に形成することができるようになる。
また、プラズマ酸化で形成した酸化膜は、熱酸化で形成した酸化膜に比べて、膜質が劣る。しかしながら、酸化膜OX2は、後述のステップS14で除去されるため、プラズマ酸化で形成しても問題はない。一方、上記絶縁膜OX1は、MISFETのゲート絶縁膜として用いられるため、膜質も重要であり、絶縁膜OX1として酸化膜を用いる場合は、プラズマ酸化ではなく熱酸化で形成することがより好ましい。
また、本実施の形態では、ステップS13で酸化膜OX2を形成しているが、他の形態として、酸化膜OX2の代わりに、酸化膜(酸化シリコン膜)以外の絶縁膜(例えば窒化シリコン膜など)を形成することもできる。その場合、ステップS13で酸化膜OX2の代わりに形成した絶縁膜が、後述のステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として機能することになる。但し、後述のステップS14のエッチバック工程でシリコン膜PS2に対するエッチング選択比を確保しやすくし、また、薄い膜厚のエッチング抑制膜を制御性良く形成するには、酸化膜(酸化シリコン膜)OX2を用いることが、より好ましい。
次に、図15に示されるように、半導体基板SB上に、マスク層として、メモリセル領域1Aを露出し、かつ、周辺回路領域1B全体を覆うようなフォトレジストパターン(マスク層)RP4を、フォトリソグラフィ法を用いて形成する。ゲート電極GEは、上面だけでなく、側面もフォトレジストパターンRP4で覆われる。フォトレジストパターンRP4を形成すると、ゲート電極GEとその下の絶縁膜OX1とは、フォトレジストパターンRP4で覆われるため、露出していない状態になる。一方、メモリセル領域1Aには、フォトレジストパターンRP4は形成されないため、メモリセル領域1Aでは、フォトレジストパターンRP4の形成前と形成後とで、酸化膜OX2が露出された状態が維持される。
次に、異方性エッチング技術により、酸化膜OX2とシリコン膜PS2とをエッチバック(エッチング、ドライエッチング、異方性エッチング)する(図2のステップS14)。
ステップS14のエッチバック工程では、酸化膜OX2とシリコン膜PS2とを順次、異方性エッチング(エッチバック)することにより、酸化膜OX2を除去するとともに、制御ゲート電極CGの両方の側壁上に、絶縁膜MZを介してシリコン膜PS2をサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域のシリコン膜PS2を除去する。これにより、図16に示されるように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの両方の側壁のうち、一方の側壁上に絶縁膜MZを介してサイドウォールスペーサ状に残存したシリコン膜PS2により、メモリゲート電極MGが形成される。また、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの両方の側壁のうち、他方の側壁上に絶縁膜MZを介してサイドウォールスペーサ状に残存したシリコン膜PS2により、シリコンスペーサSPが形成される。メモリゲート電極MGは、絶縁膜MZ上に、制御ゲート電極CGと絶縁膜MZを介して隣り合うように形成される。
メモリゲート電極MGは、メモリセル用のゲート電極であり、より特定的には、メモリセルのメモリトランジスタ用のゲート電極である。
シリコンスペーサSPは、シリコンからなるサイドウォールスペーサとみなすこともできる。メモリゲート電極MGとシリコンスペーサSPとは、制御ゲート電極CGの互いに反対側となる側壁上に形成されており、制御ゲート電極CGを挟んでほぼ対称な構造を有している。
ステップS14のエッチバック工程を行うことにより、メモリセル領域1Aにおいて、シリコンスペーサSPとメモリゲート電極MGで覆われていない領域の絶縁膜MZが露出される。ステップS14で形成されたメモリゲート電極MGと半導体基板SB(p型ウエルPW1)との間およびメモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間には絶縁膜MZが介在している。メモリセル領域1Aにおけるメモリゲート電極MGの下の絶縁膜MZが、メモリトランジスタのゲート絶縁膜となる。上記ステップS6で堆積するシリコン膜PS2の堆積膜厚を調整することで、メモリゲート電極MGのゲート長を調整することができる。
また、ステップS14のエッチング工程では、周辺回路領域1B全体がフォトレジストパターンRP4で覆われているため、ゲート電極GEとその下の絶縁膜OX1(ゲート絶縁膜となる部分の絶縁膜OX1)がエッチングされてしまうのを防止することができる。
すなわち、周辺回路領域1B全体をフォトレジストパターンRP4で覆ってから、ステップS14のエッチバック工程を行っているため、周辺回路領域1Bのゲート電極GEおよびその下の絶縁膜OX1や、周辺回路領域1Bの半導体基板SBが、ステップS14のエッチバック工程でエッチングされるのを防止することができる。つまり、フォトレジストパターンRP4を形成した状態でステップS14のエッチバック工程を行うため、周辺回路領域1Bに悪影響を生じることなく、メモリセル領域1Aの酸化膜OX2と、メモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサSPとなる部分以外のシリコン膜PS2とを、ステップS14で除去することができる。
図17は、ステップS14のエッチバック工程を説明する説明図であり、メモリセル領域1Aの一部が拡大して示されている。なお、図17の(a)には、ステップS14のエッチバック工程を行う直前の段階(すなわち図15に対応する段階)が示され、図17の(b)には、ステップS14のエッチバック工程の途中の段階が示され、図17の(c)には、ステップS14のエッチバック工程を行った後の段階(すなわち図16に対応する段階)が示されている。
本実施の形態では、シリコン膜PS2の表面に酸化膜OX2が形成されている状態で、ステップS14のエッチバック工程を行っている。本実施の形態とは異なり、ステップS14のエッチバック工程を行う段階で酸化膜OX2が形成されていなければ、ステップS14でシリコン膜PS2をエッチバックしてメモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサSPを形成すると、メモリゲート電極MGの断面形状が、メモリゲート電極として相応しい形状になりにくい。すなわち、後述の図31に示されるメモリゲート電極MG102のような断面形状になりやすい。
それに対して、本実施の形態では、シリコン膜PS2の表面に酸化膜OX2が形成されている状態で、ステップS14のエッチバック工程を行っているため、ステップS14のエッチバック工程で、酸化膜OX2がエッチング抑制膜として機能することができる。これにより、メモリゲート電極MGの断面形状を、メモリゲート電極として相応しい形状(矩形に近い形状)にすることができる。
具体的には、図17の(a)に示されるように、シリコン膜PS2の表面に酸化膜OX2が形成されている状態でエッチバックを開始する。このエッチバックは、異方性のエッチングであるため、図17の(b)に示されるように、シリコン膜PS2の表面のうちの水平面(半導体基板SBの主面に略平行な面)上に形成されている部分の酸化膜OX2が先に除去され、シリコン膜PS2の段差部DSの側面では、酸化膜OX2がしばらく残存することになる。このため、シリコン膜PS2の表面のうち水平面が先に露出されてエッチングされるようになり、一方、シリコン膜PS2の段差部DSの側面では、酸化膜OX2が残存している間は、シリコン膜PS2のエッチングが抑制または防止される。シリコン膜PS2の厚みの分だけシリコン膜PS2がエッチバックされると、図17の(c)に示されるように、メモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサSPが形成される。シリコン膜PS2の段差部DSの側面上に残っていた酸化膜OX2が、シリコン膜PS2の段差部DSの側面側のエッチングを抑制したことを反映して、形成されたメモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサSPの肩部の高さが低くなることを抑制または防止することができ、メモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサSPの各断面形状は、矩形に近い形状になる。
このように、本実施の形態では、シリコン膜PS2の表面に、エッチング抑制膜としての酸化膜OX2が形成された状態で、その酸化膜OX2とシリコン膜PS2とをエッチバックすることにより、メモリゲート電極MGを形成している。これにより、形成されたメモリゲート電極MGの肩部の高さが低くなることを抑制または防止することができ、メモリゲート電極MGの断面形状(ゲート幅方向に略垂直な断面形状)を矩形に近づけることができる。すなわち、形成されたメモリゲート電極MGの側面(絶縁膜MZを介して制御ゲート電極CGに隣接する側とは反対側の側面)を、半導体基板SBの主面と略垂直にすることができ、断面形状(ゲート幅方向に略垂直な断面形状)において、メモリゲート電極MGの幅(ゲート長方向の寸法)を、高さ方向に亘ってほぼ一定にすることができる。
なお、本願において、ゲート電極の断面形状に言及するときは、そのゲート電極のゲート幅方向に略垂直な断面における断面形状を指している。言い換えると、ゲート電極の断面形状に言及するときは、そのゲート電極のゲート長方向に平行でかつ半導体基板SBの主面に略垂直な断面における断面形状を指している。
また、ステップS14のエッチバック(異方性エッチング)は、シリコン膜PS2に比べて酸化膜OX2がエッチングされにくいようなエッチング条件で、酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。すなわち、ステップS14では、シリコン膜PS2のエッチング速度に比べて酸化膜OX2のエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件で、酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。言い換えると、ステップS14のエッチバックは、酸化膜OX2に比べてシリコン膜PS2がエッチングされやすいようなエッチング条件で、酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。これにより、ステップS14のエッチバック工程で、シリコン膜PS2の段差部DS上の酸化膜OX2がエッチング抑制膜として的確に機能することができるため、メモリゲート電極MGの断面形状を、メモリゲート電極として相応しい形状(矩形に近い形状)にしやすくなる。
ステップS14のエッチバック工程を行った後、フォトレジストパターンRP4を除去する。このフォトレジストパターンRP4の除去工程には、例えばアッシング(酸素プラズマを用いたアッシング処理)などを用いることができる。また、フォトレジストパターンRP4の除去工程の後には、ウェット洗浄処理を行うことが好ましく、これにより、フォトレジストパターンRP4の残渣が残存することを、より的確に防止することができる。このフォトレジストパターンRP4の除去工程の後に行われるウェット洗浄処理では、洗浄液(処理液)として、例えば硫酸過水(SPM)とアンモニア過水(APM)などを用いることができる。例えば、SPM洗浄を行ってからAPM洗浄を行うことができる。
また、ステップS14のエッチバック工程の後、ウェットエッチングを行うこともできる。これにより、ステップS14のエッチバック工程を終了した段階でメモリゲート電極MGの側壁上に酸化膜OX2の一部が残存していた場合でも、その酸化膜OX2の残存部を、ステップS14のエッチバック工程の後のウェットエッチングにより除去することができる。このため、ステップS14のエッチバック工程の後にウェットエッチングを行う場合は、酸化膜OX2に比べてメモリゲート電極MGがエッチングされにくいようなエッチング条件を採用することが好ましい。すなわち、酸化膜OX2のエッチング速度に比べてメモリゲート電極MGのエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件を採用することが好ましい。これにより、ステップS14のエッチバック工程の後のウェットエッチングによって、メモリゲート電極MGがエッチングされるのを抑制しながら、酸化膜OX2の残存部を的確に除去することができる。
また、ステップS14のエッチバック工程の後に行うウェットエッチングを、フォトレジストパターンRP4を除去した後に行うこともでき、その場合は、このウェットエッチングによって、メモリセル領域1Aで酸化膜OX2の残存部を除去するとともに、周辺回路領域1Bでも、ゲート電極GEの表面の酸化膜OX2を除去することができる。
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、周辺回路領域1B全体(ゲート電極GEを含む)が覆われ、かつ、メモリセル領域1Aにおいてメモリゲート電極MGが覆われかつシリコンスペーサSPが露出されるようなフォトレジストパターン(図示せず)を半導体基板SB上に形成する。それから、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとしたドライエッチングにより、シリコンスペーサSPを除去する(図2のステップS15)。その後、そのフォトレジストパターンを除去する。ステップS15のエッチング工程により、図18に示されるように、シリコンスペーサSPが除去されるが、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEは、フォトレジストパターンで覆われていたので、エッチングされずに残存する。
次に、絶縁膜MZのうち、メモリゲート電極MGで覆われずに露出する部分をエッチング(例えばウェットエッチング)によって除去する(図2のステップS16)。図19には、この段階が示されている。この際、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGの下とメモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG間とに位置する絶縁膜MZは、除去されずに残存し、他の領域の絶縁膜MZは除去される。図19からも分かるように、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGと半導体基板SB(p型ウエルPW1)との間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の領域との、両領域にわたって絶縁膜MZが連続的に延在している。なお、既に上述したが、絶縁膜MZは、上記酸化シリコン膜MZ1と、酸化シリコン膜MZ1上の上記窒化シリコン膜MZ2と、窒化シリコン膜MZ2上の上記酸化シリコン膜MZ3との積層膜からなる。
また、ステップS16では、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GEの表面に形成されていた酸化膜OX2も除去され得る。また、ステップS16では、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GEの下に位置する絶縁膜OX1は、除去されずに残存し、他の領域の絶縁膜OX1は除去され得る。このため、周辺回路領域1Bにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW2)上に、絶縁膜OX1を介して、ゲート電極GEが形成された状態になる。ゲート電極GEの下に残存する絶縁膜OX1が、MISFETのゲート絶縁膜となる。
このようにして、制御ゲート電極CGと隣り合うように、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜MZを介してメモリセル用のメモリゲート電極MGが形成される。より特定的には、制御ゲート電極CGと絶縁膜MZを介して隣り合うように、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜MZを介してメモリセル用のメモリゲート電極MGが形成される。
次に、図20に示されるように、n-型半導体領域(n型不純物拡散層、エクステンション領域、LDD領域)EX1,EX2,EX3を、イオン注入法を用いて形成する(図2のステップS17)。
ステップS17において、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物を、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて半導体基板SB(p型ウエルPW1,PW2)にイオン注入法で導入することにより、n-型半導体領域EX1,EX2,EX3を形成することができる。この際、n-型半導体領域EX1は、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGがマスクとして機能することにより、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜MZを介して制御ゲート電極CGに隣接している側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。また、n-型半導体領域EX2は、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGがマスクとして機能することにより、制御ゲート電極CGの側壁(絶縁膜MZを介してメモリゲート電極MGに隣接している側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。また、n-型半導体領域EX3は、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GEがマスクとして機能することにより、ゲート電極GEの両側壁に自己整合して形成される。
-型半導体領域EX1およびn-型半導体領域EX2は、メモリセル領域1Aに形成されるメモリセルのソース・ドレイン領域(ソースまたはドレイン領域)の一部として機能することができる。また、n-型半導体領域EX3は周辺回路領域1Bに形成されるMISFETのソース・ドレイン領域(ソースまたはドレイン領域)の一部として機能することができる。n-型半導体領域EX1とn-型半導体領域EX2とn-型半導体領域EX3とは、同じイオン注入工程で形成することができるが、異なるイオン注入工程で形成することも可能である。
次に、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側壁上と、ゲート電極GEの側壁上とに、絶縁膜からなるサイドウォールスペーサ(サイドウォール、側壁絶縁膜)SWを形成する(図2のステップS18)。サイドウォールスペーサSWは、側壁絶縁膜とみなすことができる。
ステップS18のサイドウォールスペーサSW形成工程は、具体的には次のようにして行うことができる。すなわち、半導体基板SBの主面全面上に、サイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜をCVD法などを用いて堆積してから、この絶縁膜を異方性エッチング(エッチバック)する。これにより、図21に示されるように、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの側壁上とゲート電極GEの側壁上とに選択的にこの絶縁膜を残して、サイドウォールスペーサSWを形成することができる。サイドウォールスペーサSWは、ゲート電極GEの両側壁上と、制御ゲート電極CGの側壁のうち、絶縁膜MZを介してメモリゲート電極MGに隣接している側の側壁とは反対側の側壁上と、メモリゲート電極MGの側壁のうち、絶縁膜MZを介して制御ゲート電極CGに隣接している側の側壁とは反対側の側壁上とに形成される。
次に、図21に示されるように、n+型半導体領域(n型不純物拡散層、ソース・ドレイン領域)SD1,SD2,SD3を、イオン注入法を用いて形成する(図2のステップS19)。
ステップS19において、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物を、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよびゲート電極GEとそれらの側壁上のサイドウォールスペーサSWとをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて半導体基板SB(p型ウエルPW1,PW2)にイオン注入することで、n+型半導体領域SD1,SD2,SD3を形成することができる。この際、n+型半導体領域SD1は、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGとメモリゲート電極MGの側壁上のサイドウォールスペーサSWとがマスクとして機能することにより、メモリゲート電極MGの側壁上のサイドウォールスペーサSWに自己整合して形成される。また、n+型半導体領域SD2は、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGとその側壁上のサイドウォールスペーサSWとがマスクとして機能することにより、制御ゲート電極CGの側壁上のサイドウォールスペーサSWに自己整合して形成される。また、n+型半導体領域SD3は、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GEとその側壁上のサイドウォールスペーサSWとがマスクとして機能することにより、ゲート電極GEの両側壁上のサイドウォールスペーサSWに自己整合して形成される。これにより、LDD(Lightly doped Drain)構造が形成される。n+型半導体領域SD1とn+型半導体領域SD2とn+型半導体領域SD3とは、同じイオン注入工程で形成することができるが、異なるイオン注入工程で形成することも可能である。
このようにして、n-型半導体領域EX1とそれよりも高不純物濃度のn+型半導体領域SD1とにより、メモリトランジスタのソース領域として機能するn型の半導体領域(後述の図25の半導体領域MSに対応)が形成される。また、n-型半導体領域EX2とそれよりも高不純物濃度のn+型半導体領域SD2とにより、制御トランジスタのドレイン領域として機能するn型の半導体領域(後述の図25の半導体領域MDに対応)が形成される。また、n-型半導体領域EX3とそれよりも高不純物濃度のn+型半導体領域SD3とにより、周辺回路領域1BのMISFETのソース・ドレイン領域(ソースまたはドレイン用の半導体領域)として機能するn型の半導体領域が形成される。n+型半導体領域SD1は、n-型半導体領域EX1よりも不純物濃度が高くかつ接合深さが深く、n+型半導体領域SD2は、n-型半導体領域EX2よりも不純物濃度が高くかつ接合深さが深い。また、n+型半導体領域SD3は、n-型半導体領域EX3よりも不純物濃度が高くかつ接合深さが深い。
次に、ソースおよびドレイン用の半導体領域(n-型半導体領域EX1,EX2,EX3およびn+型半導体領域SD1,SD2,SD3)などに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う(図2のステップS20)。
このようにして、メモリセル領域1Aに不揮発性メモリのメモリセルMCが形成され、周辺回路領域1BにMISFETが形成される。
次に、図22に示されるように、金属シリサイド層SLを形成する。金属シリサイド層SLは、例えばニッケルシリサイドまたは白金添加ニッケルシリサイドなどからなる。金属シリサイド層SLは、いわゆるサリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)プロセスを行うことによって、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n+型半導体領域SD1、n+型半導体領域SD2およびn+型半導体領域SD3の各上部に形成することができる。金属シリサイド層SLを形成することで、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低減できるが、金属シリサイド層SLは、不要であれば、その形成を省略することもできる。また、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n+型半導体領域SD1、n+型半導体領域SD2およびn+型半導体領域SD3のうちの全部ではなく一部に対してだけ形成することもできる。
次に、図23に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GEおよびサイドウォールスペーサSWを覆うように、絶縁膜として層間絶縁膜IL1を形成する。
層間絶縁膜IL1は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上に該窒化シリコン膜よりも厚く形成された酸化シリコン膜との積層膜などからなり、例えばCVD法などを用いて形成することができる。層間絶縁膜IL1の形成後、必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法などを用いて層間絶縁膜IL1の上面を平坦化する。
次に、フォトリソグラフィ法を用いて層間絶縁膜IL1上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、層間絶縁膜IL1をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜IL1にコンタクトホール(開口部、貫通孔)を形成する。
次に、コンタクトホール内に、接続用の導電体部として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する。
プラグPGを形成するには、例えば、コンタクトホールの内部(底部および側壁上)を含む層間絶縁膜IL1上に、バリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、チタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜からなる。それから、このバリア導体膜上にタングステン膜などからなる主導体膜をコンタクトホールを埋めるように形成してから、層間絶縁膜IL1上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグPGを形成することができる。なお、図面の簡略化のために、図23では、プラグPGを構成するバリア導体膜および主導体膜を一体化して示してある。
コンタクトホールおよびそれに埋め込まれたプラグPGは、n+型半導体領域SD1,SD2,SD3、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極GEの上などに形成される。コンタクトホールの底部では、半導体基板SBの主面の一部、例えばn+型半導体領域SD1,SD2,SD3(の表面上の金属シリサイド層SL)の一部、制御ゲート電極CG(の表面上の金属シリサイド層SL)の一部、メモリゲート電極MG(の表面上の金属シリサイド層SL)の一部、あるいはゲート電極GE(の表面上の金属シリサイド層SL)の一部などが露出される。なお、図23の断面図においては、n+型半導体領域SD1,SD2,SD3(の表面上の金属シリサイド層SL)の一部がコンタクトホールの底部で露出して、そのコンタクトホールを埋めるプラグPGと電気的に接続された断面が示されている。
次に、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に第1層目の配線である配線(配線層)M1を形成するが、この配線M1を、ダマシン技術(ここではシングルダマシン技術)を用いて形成する場合について説明する。
まず、図24に示されるように、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、絶縁膜IL2を形成する。絶縁膜IL2は、複数の絶縁膜の積層膜で形成することもできる。それから、フォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜IL2の所定の領域に配線溝(配線用の溝)を形成した後、配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜IL2上にバリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜などからなる。それから、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成して、銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。それから、配線溝以外の領域の主導体膜(銅めっき膜およびシード層)とバリア導体膜をCMP法により除去して、配線溝に埋め込まれた銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。図24では、図面の簡略化のために、配線M1は、バリア導体膜、シード層および銅めっき膜を一体化して示してある。
配線M1はプラグPGを介して、メモリトランジスタのソース領域(半導体領域MS)、制御トランジスタのドレイン領域(半導体領域MD)、周辺回路領域1BのMISFETのソース・ドレイン領域(n+型半導体領域SD3)、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGあるいはゲート電極GEなどと電気的に接続される。その後、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。また、配線M1およびそれよりも上層の配線は、ダマシン配線に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン配線またはアルミニウム配線などとすることもできる。
以上のようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。
<半導体装置の構造について>
次に、本実施の形態の半導体装置における不揮発性メモリのメモリセルの構成について、図25および図26を参照して説明する。
図25は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図であり、不揮発性メモリのメモリセル領域の要部断面図が示されている。図26は、メモリセルの等価回路図である。なお、図25では、図面を簡略化するために、上記図24の構造のうち、層間絶縁膜IL1、絶縁膜IL2、プラグPGおよび配線M1については、図示を省略している。
図25に示されるように、半導体基板SBには、メモリトランジスタおよび制御トランジスタからなる不揮発性メモリのメモリセルMCが形成されている。実際には、半導体基板SBには、複数のメモリセルMCがアレイ状に形成されており、各メモリセル領域は、素子分離領域(上記素子分離領域STに相当するものであるが、図25では図示せず)によって他の領域から電気的に分離されている。
図25および図26に示されるように、本実施の形態の半導体装置における不揮発性メモリのメモリセルMCは、スプリットゲート型のメモリセルであり、制御ゲート電極CGを有する制御トランジスタ(メモリセル選択用トランジスタ)とメモリゲート電極MGを有するメモリトランジスタ(記憶用トランジスタ)との2つのMISFETを接続したものである。
ここで、電荷蓄積部(電荷蓄積層)を含むゲート絶縁膜およびメモリゲート電極MGを備えるMISFETをメモリトランジスタといい、また、ゲート絶縁膜および制御ゲート電極CGを備えるMISFETを制御トランジスタという。
以下に、メモリセルMCの構成を具体的に説明する。
図25に示されるように、不揮発性メモリのメモリセルMCは、半導体基板SBのp型ウエルPW1中に形成されたソースおよびドレイン用のn型の半導体領域MS,MDと、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に形成された制御ゲート電極CGと、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に形成されて制御ゲート電極CGと隣り合うメモリゲート電極MGとを有している。そして、不揮発性メモリのメモリセルMCは、更に、制御ゲート電極CGおよび半導体基板SB(p型ウエルPW1)間に形成された絶縁膜(ゲート絶縁膜)GFと、メモリゲート電極MGおよび半導体基板SB(p型ウエルPW1)間に形成された絶縁膜MZとを有している。
制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、それらの対向側面の間に絶縁膜MZを介した状態で、半導体基板SBの主面に沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの延在方向は、図25や上記図3〜図24の紙面に略垂直な方向である。制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGは、半導体領域MDおよび半導体領域MS間の半導体基板SB(p型ウエルPW1)の上に絶縁膜GFまたは絶縁膜MZを介して形成されており、半導体領域MS側にメモリゲート電極MGが位置し、半導体領域MD側に制御ゲート電極CGが位置している。但し、制御ゲート電極CGは絶縁膜GFを介し、メモリゲート電極MGは絶縁膜MZを介して、半導体基板SB上に形成されている。
制御ゲート電極CGとメモリゲート電極MGとは、間に絶縁膜MZを介在して互いに隣り合っている。絶縁膜MZは、メモリゲート電極MGと半導体基板SB(p型ウエルPW1)の間の領域と、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGの間の領域の、両領域にわたって延在している。
制御ゲート電極CGと半導体基板SB(p型ウエルPW1)の間に形成された絶縁膜GFは、制御トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。また、メモリゲート電極MGと半導体基板SB(p型ウエルPW1)との間の絶縁膜MZは、メモリトランジスタのゲート絶縁膜(内部に電荷蓄積部を有するゲート絶縁膜)として機能するが、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間の絶縁膜MZは、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間を絶縁(電気的に分離)するための絶縁膜として機能する。
絶縁膜MZのうち、窒化シリコン膜MZ2は、電荷を蓄積するための絶縁膜であり、電荷蓄積層(電荷蓄積部)として機能する。すなわち、窒化シリコン膜MZ2は、絶縁膜MZ中に形成されたトラップ性絶縁膜である。このため、絶縁膜MZは、その内部に電荷蓄積部(ここでは窒化シリコン膜MZ2)を有する絶縁膜とみなすことができる。
窒化シリコン膜MZ2の上下に位置する酸化シリコン膜MZ3および酸化シリコン膜MZ1は、電荷ブロック層または電荷閉じ込め層として機能することができる。メモリゲート電極MGと半導体基板SBとの間の絶縁膜MZにおいて、窒化シリコン膜MZ2を酸化シリコン膜MZ3および酸化シリコン膜MZ1で挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜MZ2への電荷の蓄積が可能となる。
半導体領域MSおよび半導体領域MDは、ソースまたはドレイン用のn型半導体領域である。ここでは、半導体領域MSはソース領域として機能するn型半導体領域であり、半導体領域MDはドレイン領域として機能するn型半導体領域である。ソース用の半導体領域MSは、n-型半導体領域EX1(エクステンション領域)と、n-型半導体領域EX1よりも高い不純物濃度を有するn+型半導体領域SD1(ソース領域)とを有している。また、ドレイン用の半導体領域MDは、n-型半導体領域EX2(エクステンション領域)と、n-型半導体領域EX2よりも高い不純物濃度を有するn+型半導体領域SD2(ドレイン領域)とを有している。
半導体領域MSは、メモリゲート電極MGとゲート長方向(メモリゲート電極MGのゲート長方向)に隣接する位置の半導体基板SBに形成されている。また、半導体領域MDは、制御ゲート電極CGとゲート長方向(制御ゲート電極CGのゲート長方向)に隣接する位置の半導体基板SBに形成されている。メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの互いに隣接していない側の側壁上には、サイドウォールスペーサSWが形成されている。
製造された半導体装置においては、低濃度のn-型半導体領域EX1は、メモリゲート電極MGの側壁上のサイドウォールスペーサSWの下方に形成され、高濃度のn+型半導体領域SD1は、低濃度のn-型半導体領域EX1の外側に形成されている。従って、低濃度のn-型半導体領域EX1は、メモリトランジスタのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn+型半導体領域SD1は、低濃度のn-型半導体領域EX1に隣接し、メモリトランジスタのチャネル領域からn-型半導体領域EX1の分だけ離間するように形成されている。
また、製造された半導体装置においては、低濃度のn-型半導体領域EX2は、制御ゲート電極CGの側壁上のサイドウォールスペーサSWの下方に形成され、高濃度のn+型半導体領域SD2は、低濃度のn-型半導体領域EX2の外側に形成されている。従って、低濃度のn-型半導体領域EX2は、制御トランジスタのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn+型半導体領域SD2は、低濃度のn-型半導体領域EX2に隣接し、制御トランジスタのチャネル領域からn-型半導体領域EX2の分だけ離間するように形成されている。
メモリゲート電極MGの下の絶縁膜MZの下にメモリトランジスタのチャネル領域が形成される。また、制御ゲート電極CGの下の絶縁膜GFの下に制御トランジスタのチャネル領域が形成される。
制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MG、n+型半導体領域SD1およびn+型半導体領域SD2の各上部には、サリサイド技術により、金属シリサイド層SLが形成されている。
<不揮発性メモリの動作について>
次に、不揮発性メモリの動作例について、図27を参照して説明する。
図27は、本実施の形態の「書込」、「消去」および「読出」時における選択メモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。図27の表には、「書込」、「消去」および「読出」時のそれぞれにおいて、図25および図26に示されるようなメモリセルのメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmg、ソース領域(半導体領域MS)に印加する電圧Vs、制御ゲート電極CGに印加する電圧Vcg、ドレイン領域(半導体領域MD)に印加する電圧Vd、およびp型ウエルPW1に印加するベース電圧Vbが記載されている。なお、図27の表に示したものは電圧の印加条件の好適な一例であり、これに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更可能である。また、本実施の形態では、メモリトランジスタの絶縁膜MZ中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜MZ2への電子の注入を「書込」、ホール(hole:正孔)の注入を「消去」と定義する。
書込み方式は、いわゆるSSI(Source Side Injection:ソースサイド注入)方式と呼ばれるソースサイド注入によるホットエレクトロン注入で書込みを行う書込み方式と、いわゆるFN方式と呼ばれるFN(Fowler Nordheim)トンネリングにより書込みを行う書込み方式とがある。
SSI方式の書込みでは、例えば図27の表のAの欄またはBの欄の「書込動作電圧」に示されるような電圧を、書込みを行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルの絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2中に電子を注入することで書込みを行う。この際、ホットエレクトロンは、2つのゲート電極(メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CG)間の下のチャネル領域(ソース、ドレイン間)で発生し、メモリゲート電極MGの下の絶縁膜MZ中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜MZ2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(電子)は、絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。すなわち、メモリトランジスタは書込み状態となる。
FN方式の書込みでは、例えば図27の表のCの欄またはDの欄の「書込動作電圧」に示されるような電圧を、書込みを行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルにおいて、メモリゲート電極MGから電子をトンネリングさせて絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2に注入することで書込みを行う。この際、電子はメモリゲート電極MGからFNトンネリングにより酸化シリコン膜MZ3をトンネリングして絶縁膜MZ中に注入され、絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。すなわち、メモリトランジスタは書込み状態となる。
なお、FN方式の書込みにおいて、半導体基板SBから電子をトンネリングさせて絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2に注入することで書込みを行うことも可能である。
消去方法は、いわゆるBTBT方式と呼ばれるBTBT(Band-To-Band Tunneling:バンド間トンネル現象)によるホットホール注入により消去を行う消去方式と、いわゆるFN方式と呼ばれるFN(Fowler Nordheim)トンネリングにより消去を行う消去方式とがある。
BTBT方式の消去では、BTBTにより発生したホール(正孔)を電荷蓄積部(絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2)に注入することにより消去を行う。例えば図27の表のAの欄またはCの欄の「消去動作電圧」に示されるような電圧を、消去を行う選択メモリセルの各部位に印加する。これにより、BTBT現象によりホールを発生させ電界加速することで選択メモリセルの絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2中にホールを注入し、それによってメモリトランジスタのしきい値電圧を低下させる。すなわち、メモリトランジスタは消去状態となる。
FN方式の消去では、例えば図27の表のBの欄またはDの欄の「消去動作電圧」に示されるような電圧を、消去を行う選択メモリセルの各部位に印加し、選択メモリセルにおいて、メモリゲート電極MGからホールをトンネリングさせて絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2に注入することで消去を行う。この際、ホールはメモリゲート電極MGからFNトンネリングにより酸化シリコン膜MZ3をトンネリングして絶縁膜MZ中に注入され、絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタのしきい値電圧が低下する。すなわち、メモリトランジスタは消去状態となる。
なお、FN方式の消去において、半導体基板SBからホールをトンネリングさせて絶縁膜MZ中の窒化シリコン膜MZ2に注入することで消去を行うことも可能である。
読出し時には、例えば図27の表のAの欄、Bの欄、Cの欄またはDの欄の「読出動作電圧」に示されるような電圧を、読出しを行う選択メモリセルの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極MGに印加する電圧Vmgを、書込み状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧と消去状態におけるしきい値電圧との間の値にすることで、書込み状態と消去状態とを判別することができる。
<本発明者の検討について>
本発明者が検討した第1検討例および第2検討例の半導体装置の製造工程について、図面を参照して説明する。図28および図29は、第1検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、上記図3〜図16および図18〜図24に相当する領域の断面図が示されている。
第1検討例の場合も、上記ステップS11を行って上記図12に対応する図28の構造を得るまでは、本実施の形態の製造工程とほぼ同様である。
しかしながら、第1検討例では、上記ステップS11を行った後、本実施の形態とは異なり、ステップS12の絶縁膜OX1の除去工程とステップS13の酸化膜OX2形成工程とを行うことなく、上記ステップS14に相当するエッチバック工程を行う。図29は、第1検討例において、上記ステップS14に相当するエッチバック工程を行った段階が示されている。
但し、第1検討例の場合は、ステップS12とステップS13とを行っていないため、絶縁膜OX1とシリコン膜PS2とを異方性エッチング技術によりエッチバックすることになる。このエッチバック工程により、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの両方の側壁のうち、一方の側壁上に絶縁膜MZを介してサイドウォールスペーサ状に残存したシリコン膜PS2により、メモリゲート電極MG101が形成される。また、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの両方の側壁のうち、他方の側壁上に絶縁膜MZを介してサイドウォールスペーサ状に残存したシリコン膜PS2により、シリコンスペーサSP101が形成される。メモリゲート電極MG101は、上記メモリゲート電極MGに相当するものであり、シリコンスペーサSP101は、上記シリコンスペーサSPに相当するものである。
しかしながら、本発明者の検討によれば、第1検討例の場合、ステップS14に相当するエッチバック工程を開始する段階で、メモリセル領域1Aにおける絶縁膜OX1の厚みは均一ではなく、厚みが相対的に厚い部分と薄い部分とを有した状態になっている。
すなわち、ステップS8で絶縁膜OX1を形成した段階では、絶縁膜OX1の厚みはほぼ均一である。しかしながら、メモリセル領域1Aにおいて、ステップS8で絶縁膜OX1を形成した後の種々の工程で、絶縁膜OX1の一部がエッチングされてしまい、絶縁膜OX1の厚みは不均一になってしまう。具体的には、ステップS10のエッチング工程と、フォトレジストパターンRP2の除去後のウェット洗浄処理と、ステップS11のエッチング工程とによって、絶縁膜OX1の一部がエッチングされてしまい、メモリセル領域1Aにおいて、絶縁膜OX1の厚みが不均一になってしまう。これについて、より具体的に説明すると、次のようになる。
まず、ステップS10のエッチング工程について説明する。ステップS10のエッチング工程は、シリコン膜PS3をパターニングするために行われるため、ステップS10では、シリコン膜PS3に比べて絶縁膜OX1がエッチングされにくいようなエッチング条件でエッチングが行われるが、絶縁膜OX1がエッチングされてしまうのを完全に排除することは難しい。そして、ステップS10のエッチング工程では、異方性のエッチングが行われるため、シリコン膜PS2の水平面(半導体基板SBの主面に略平行な面)上に形成されている部分の絶縁膜OX1に比べて、シリコン膜PS2の段差部DS上に形成されている部分の絶縁膜OX1はエッチングされにくい。このため、ステップS10のエッチングを行うと、メモリセル領域1Aにおいて、シリコン膜PS2の段差部DS上に形成されている部分の絶縁膜OX1の厚みに比べて、それ以外の部分の絶縁膜OX1の厚みが薄くなってしまう。
次に、フォトレジストパターンRP2の除去後のウェット洗浄処理について説明する。ステップS10のエッチング工程は、異方性のエッチングが行われるため、メモリセル領域1Aにおいて、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1を介して隣接する位置に、シリコン膜PS3の一部が残存部PS3aとして残存してしまい、この残存部PS3aが存在する状態で、フォトレジストパターンRP2の除去工程と、その後のウェット洗浄処理とが行われる。このウェット洗浄処理についても、絶縁膜OX1がエッチングされてしまうのを完全に排除することは難しい。そして、フォトレジストパターンRP2の除去工程後のウェット洗浄処理を行った際に、メモリセル領域1Aにおいて、シリコン膜PS3の残存部PS3aに覆われた部分の絶縁膜OX1は、エッチングされずに済むが、それ以外の部分の絶縁膜OX1は、若干エッチングされてしまう。このため、フォトレジストパターンRP2の除去工程後にウェット洗浄処理を行うと、メモリセル領域1Aにおいて、シリコン膜PS2の段差部DS上に形成されている部分の絶縁膜OX1の厚みに比べて、それ以外の部分の絶縁膜OX1の厚みが、ますます薄くなってしまう。
次に、ステップS11のエッチング工程について説明する。ステップS11のエッチング工程は、シリコン膜PS3の残存部PS3aを除去するために行われるため、ステップS11では、シリコン膜PS3に比べて絶縁膜OX1がエッチングされにくいようなエッチング条件でエッチングが行われるが、絶縁膜OX1がエッチングされてしまうのを完全に排除することは難しい。そして、ステップS11のエッチング工程では、等方性のエッチングが行われるが、シリコン膜PS3の残存部PS3aが除去されるまでは、シリコン膜PS3の残存部PS3aで覆われた部分の絶縁膜OX1は、エッチングされずに済むが、それ以外の部分の絶縁膜OX1は、若干エッチングされてしまう。このため、ステップS11のエッチングを行うと、メモリセル領域1Aにおいて、シリコン膜PS2の段差部DS上に形成されている部分の絶縁膜OX1の厚みに比べて、それ以外の部分の絶縁膜OX1の厚みが、ますます薄くなってしまう。
このように、ステップS8で絶縁膜OX1を形成した段階では、絶縁膜OX1の厚みがほぼ均一であっても、ステップS10のエッチング工程と、フォトレジストパターンRP2の除去後のウェット洗浄処理と、ステップS11のエッチング工程とによって、絶縁膜OX1の一部がエッチングされてしまい、メモリセル領域1Aにおいて、絶縁膜OX1の厚みが不均一になってしまう。すなわち、シリコン膜PS2の段差部DS上に形成されている部分の絶縁膜OX1の厚みT3と、それ以外の部分の絶縁膜OX1の厚みT4との差が大きくなってしまう。
このため、第1検討例の場合は、絶縁膜OX1の厚みが不均一な状態で、ステップS14に相当するエッチバック工程を行うことになる。しかも、絶縁膜OX1の厚みの不均一さは、複数の半導体基板SBに対して一定とならずに変動しやすく、半導体基板SB毎にばらつく虞がある。このため、形成されたメモリゲート電極MG101の断面形状は、半導体基板SB毎にばらつく虞がある。メモリゲート電極MG101の断面形状が半導体基板SB毎にばらつくことは、半導体装置を安定して製造する上では望ましくないが、これを防ごうとすると、工程管理が難しくなる。
また、メモリセル領域1Aにおいて、絶縁膜OX1の厚みが不均一なことを反映して、ステップS14に相当するエッチバック工程により形成されたメモリゲート電極MG101の断面形状が、メモリゲート電極として相応しくない形状になる虞がある。例えば、図29に示されるように、メモリゲート電極MG101の断面形状が、肩部において、上方に過剰に突出する突起部TBを有した形状になる虞がある。過剰な突起部TBは、その後の工程で突起部TBが折れてしまうと、コンタミネーションの原因となるため、過剰な突起部TBは防ぐことが望ましい。また、メモリゲート電極MG101の断面形状が、側面下部(図29において矢印YGで指した領域)において、裾を引いた形状になる虞があるが、これは、n-型半導体領域EX1やn+型半導体領域SD1の的確な形成には不利となるため、防ぐことが望ましい。なお、シリコンスペーサSP101の断面形状も、メモリゲート電極MGの断面形状と同様になるが、シリコンスペーサSP101は後で除去するため、シリコンスペーサSP101の断面形状は、それほど重要ではないが、メモリゲート電極MG101の断面形状は重要である。
そこで、第2の検討例として、ステップS11のエッチング工程の後、上記ステップS12の絶縁膜OX1の除去工程を行うが、本実施の形態とは異なり、ステップS13の酸化膜OX2形成工程を行うことなく、上記ステップS14に相当するエッチバック工程を行う場合について説明する。図30および図31は、第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、上記図3〜図16および図18〜図24に相当する領域の断面図が示されている。
第2検討例の場合は、ステップS11のエッチング工程でシリコン膜PS3の残存部PS3aを除去して上記図12の構造を得た後に、上記図13に対応する図30に示されるように、ステップS12に相当する工程を行って、等方性エッチング(好ましくはウェットエッチング)により絶縁膜OX1を除去する。それから、フォトレジストパターンRP3の除去工程を行わずに、フォトレジストパターンRP3を残したまま、図31に示されるように、ステップS14に相当するエッチバック工程を行って、メモリゲート電極MG102およびシリコンスペーサSP102を形成する。メモリゲート電極MG102は、上記メモリゲート電極MG,MG101に相当するものであり、シリコンスペーサSP102は、上記シリコンスペーサSP,SP101に相当するものである。
第2検討例の場合は、シリコン膜PS2の表面に酸化膜などの絶縁膜が形成されていない状態で、ステップS14に相当するエッチバック工程を行っている。このため、シリコン膜PS2をエッチバックしてメモリゲート電極MGおよびシリコンスペーサSPを形成すると、メモリゲート電極MG102の断面形状が、メモリゲート電極として相応しい形状になりにくい。すなわち、図31に示されるメモリゲート電極MG102のような形状になりやすい。
すなわち、メモリゲート電極MG102は、制御ゲート電極CGの側壁上に絶縁膜MZを介してサイドウォールスペーサ状に形成されるが、メモリゲート電極MG102の肩部MG102aの高さが低くなりやすい。これは、シリコン膜PS2を異方性エッチングによりエッチバックした際に、メモリゲート電極MG102の肩部MG102aが過剰にエッチングされやすく、それによって、メモリゲート電極MG102の肩部MG102aの高さが低くなるためである。メモリゲート電極MG102の肩部MG102aの高さが低くなってしまうと、n-型半導体領域EX1を形成するためのイオン注入工程や、n+型半導体領域SD1を形成するためのイオン注入工程で、メモリゲート電極MG102の肩部MG102a付近において、注入する不純物イオンがメモリゲート電極MG102を突き抜けやすくなる。注入する不純物イオンがメモリゲート電極MG102を突き抜けてしまうと、メモリゲート電極MG102の直下の絶縁膜MZや基板領域(p型ウエルPW1)に不純物イオンが注入されてしまうため、絶縁膜MZにダメージを与えたり、メモリトランジスタのチャネル領域の不純物濃度を変えてしまう虞がある。また、n-型半導体領域EX1やn+型半導体領域SD1を的確に形成しづらくなる。これは、半導体装置の信頼性または性能の低下につながるため、できるだけ防止することが望ましい。
このため、メモリゲート電極の断面形状は、矩形にできるだけ近づけることが望ましく、これにより、上記n-型半導体領域EX1を形成するためのイオン注入工程や、上記n+型半導体領域SD1を形成するためのイオン注入工程で、注入する不純物イオンがメモリゲート電極MG102を突き抜けてしまうのを、より的確に抑制または防止できるようになる。
そこで、シリコン膜PS2の表面に、エッチング抑制膜が形成された状態で、そのエッチング抑制膜とシリコン膜PS2とをエッチバックすることにより、メモリゲート電極を形成することが考えられる。これにより、メモリゲート電極の肩部の高さが低くなることを抑制または防止し、メモリゲート電極の断面形状を矩形に近づけることができる。
エッチング抑制膜は、シリコン膜PS2をエッチバックする工程において、シリコン膜PS2よりもエッチングされにくい膜である。エッチング抑制膜に相当するのは、第1検討例の場合は、絶縁膜OX1であり、本実施の形態の場合は、酸化膜OX2である。第2検討例の場合は、このエッチング抑制膜に相当するものが無い。
しかしながら、第1検討例の場合、上述したように、シリコン膜PS2の表面上に形成されている絶縁膜OX1の厚みが不均一な状態で、ステップS14に相当するエッチバック工程を行う。このため、このエッチバック工程において絶縁膜OX1がエッチング抑制膜として機能したとしても、エッチン抑制膜の厚みがばらついた状態で、シリコン膜PS2をエッチバックすることになるため、形成されるメモリゲート電極MG101の断面形状もばらつくことになる。これは、半導体装置の信頼性の低下につながるため、できるだけ防止することが望ましい。
つまり、シリコン膜PS2をエッチバックしてメモリゲート電極を形成するに際して、形成されたメモリゲート電極の断面形状を矩形に近い形状にすることが、半導体装置の信頼性または性能を向上させる上で望ましい。そのためには、シリコン膜PS2の表面に、できるだけ均一な膜厚のエッチング抑制膜が形成された状態で、そのエッチング抑制膜とシリコン膜PS2とをエッチバックしてメモリゲート電極を形成することが望ましい。
<主要な特徴と効果について>
そこで、本実施の形態では、主要な特徴のうちの一つとして、ステップS12で絶縁膜OX1を除去してから、ステップS13で酸化膜OX2を形成し、その後、ステップS14で酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックしてメモリゲート電極MG(およびシリコンスペーサSP)を形成している。すなわち、本実施の形態では、絶縁膜OX1ではなく、絶縁膜OX1を除去した後に新たに形成した酸化膜OX2を、ステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として用いている。
上記第1検討例に関連して説明したように、ステップS8で絶縁膜OX1を形成した段階では、絶縁膜OX1の厚みはほぼ均一であっても、その後の種々の工程で、メモリセル領域1Aにおいて、絶縁膜OX1の一部がエッチングされてしまい、絶縁膜OX1の厚みが不均一になってしまう。具体的には、ステップS10のエッチング工程と、フォトレジストパターンRP2の除去後のウェット洗浄処理と、ステップS11のエッチング工程とによって、絶縁膜OX1の一部がエッチングされてしまい、メモリセル領域1Aにおいて、絶縁膜OX1の厚みが不均一になってしまう。しかしながら、本実施の形態では、ステップS12よりも前の種々の工程によって絶縁膜OX1の膜厚が不均一になっても、その不均一な膜厚の絶縁膜OX1はステップS12で除去される。
そして、ステップS13で酸化膜OX2を形成してから、ステップS14のエッチバック工程を行っているため、ステップS14のエッチバック工程を行う段階の酸化膜OX2の膜厚やその膜厚の均一性を、ステップS13の酸化膜OX2形成工程で制御することができる。すなわち、ステップS13でシリコン膜PS2の表面に酸化膜OX2を所望の厚みでかつ均一に形成することで、シリコン膜PS2の表面に酸化膜OX2が所望の厚みで均一に形成された状態でステップS14のエッチバック工程を行うことができる。また、ステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として用いられる酸化膜OX2に相応しい厚みに、ステップS13で酸化膜OX2を形成しておけば、シリコン膜PS2の表面に、エッチング抑制膜として相応しい厚みの酸化膜OX2が形成された状態で、ステップS14のエッチバック工程を行うことができる。
このため、S14のエッチバック工程においては、酸化膜OX2がエッチング抑制膜として機能し、シリコン膜PS2の段差部DSの側面側のエッチングを抑制することができるので、形成されたメモリゲート電極MGの断面形状を、メモリゲート電極として相応しい形状(矩形に近い形状)にすることができる。従って、半導体装置の信頼性や性能を向上させることができる。
例えば、メモリゲート電極MGの断面形状を、メモリゲート電極として相応しい形状(矩形に近い形状)にしたことにより、n-型半導体領域EX1を形成するためのイオン注入工程や、n+型半導体領域SD1を形成するためのイオン注入工程で、注入する不純物イオンがメモリゲート電極MGを突き抜けてしまうのを、より的確に抑制または防止することができるようになる。これにより、注入する不純物イオンがメモリゲート電極MGを突き抜けてしまうことに起因した不具合、例えば、絶縁膜MZのダメージあるいはチャネル領域の不純物濃度の変化など、を防止することできる。また、n-型半導体領域EX1を形成すべき不純物イオンやn+型半導体領域SD1を形成すべき不純物イオンが、意図しない領域に注入されてしまうのを防止することができる。また、n-型半導体領域EX1を形成すべき不純物イオンやn+型半導体領域SD1を形成すべき不純物イオンが、意図した領域に注入されなくなるのを防止することができる。このため、n-型半導体領域EX1やn+型半導体領域SD1をより的確に形成することができるようになる。従って、半導体装置の信頼性や性能を向上させることができる。
また、絶縁膜OX1は、周辺回路領域1BのMISFETのゲート絶縁膜(ゲート電極GEの下のゲート絶縁膜)として用いられるため、ステップS8では、周辺回路領域1BのMISFETのゲート絶縁膜として相応しい厚みに絶縁膜OX1を形成する必要がある。このため、絶縁膜OX1の厚みは、ステップS14のエッチバック工程におけるエッチング抑制膜として相応しい厚みに設定することは難しく、この観点でも、ステップS14のエッチバック工程で絶縁膜OX1をエッチング抑制膜として用いる上記第1の検討例の場合は、メモリゲート電極MG101の断面形状を矩形状に形成することは容易ではない。
それに対して、本実施の形態では、ステップS12で絶縁膜OX1を除去し、ステップS13で形成した酸化膜OX2をステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として用いているため、ステップS13で形成する酸化膜OX2の厚みは、ステップS8で形成する絶縁膜OX1の厚みとは独立に制御することができる。つまり、ステップS13で形成する酸化膜OX2の厚みと、ステップS8で形成する絶縁膜OX1の厚みとは、異ならせることができる。例えば、ステップS13で形成する酸化膜OX2の厚みを、ステップS8で形成する絶縁膜OX1の厚みよりも薄くすることができる。このため、ステップS13で形成する酸化膜OX2の厚みは、ステップS14のエッチバック工程におけるエッチング抑制膜として相応しい厚みに設定することができる。また、ステップS8で形成する絶縁膜OX1の厚みは、周辺回路領域1BのMISFETのゲート絶縁膜として相応しい厚みに設定することができる。従って、半導体装置の信頼性や性能を向上させることができる。
また、ステップS13において、酸化膜OX2は、プラズマ酸化により形成することが好ましい。これにより、比較的薄い酸化膜(OX2)を、より均一に形成することができる。
また、本実施の形態では、上記第1検討例に比べて、ステップS14のエッチバック工程におけるエッチング抑制膜(上記第1検討例の場合は絶縁膜OX1に対応し、本実施の形態の場合は酸化膜OX2に対応する)の膜厚の均一性を向上させることができる。別の見方をすると、ステップS12の絶縁膜OX1の除去工程を行う直前における絶縁膜OX1の膜厚の均一性に比べて、ステップS14のエッチバック工程を行う直前における酸化膜OX2の膜厚の均一性を高くすることができる。
このため、ΔT2<ΔT1が成り立つ。ここで、ΔT1は、ステップS12の絶縁膜OX1の除去工程を行う直前(図12)における、シリコン膜PS2の段差部(段差部の側面)DS上に形成されている部分の絶縁膜OX1の厚みT3と、それ以外の部分の絶縁膜OX1の厚みT4との差に対応する(すなわちΔT1=T3−T4)。また、ΔT2は、ステップS14のエッチバック工程を行う直前(図15)における、シリコン膜PS2の段差部(段差部の側面)DS上に形成されている部分の酸化膜OX2の厚みT5と、それ以外の部分の酸化膜OX2の厚みT6との差に対応する(すなわちΔT2=T5−T6)。つまり、T5−T6<T3−T4が成り立つ。
また、本実施の形態では、ステップS10でシリコン膜PS3をパターニングすることによりゲート電極GEを形成した後に、ステップS11で、メモリセル領域1Aにおけるシリコン膜PS3の残存部(PS3a)を等方性エッチング(好ましくはウェットエッチング)を用いて除去することが好ましい。これにより、メモリセル領域1Aにおけるシリコン膜PS3の残存部(PS3a)が、その後の工程に悪影響を及ぼさずに済むため、メモリゲート電極MGをより的確に形成することができるようになる。しかしながら、このステップS11のエッチングによって、絶縁膜OX1の膜厚の均一性が更に低下してしまう。それに対して、本実施の形態では、この絶縁膜OX1はステップS12で除去し、ステップS13で形成した酸化膜OX2を、ステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として用いている。このため、ステップS11で絶縁膜OX1の均一性が低下することの不利益を回避することができる。
また、本実施の形態では、周辺回路領域1Bを覆い、かつ、メモリセル領域1Aを露出するようなフォトレジストパターンRP3(第2マスク層)を、半導体基板SB上に形成してから、ステップS11のエッチング工程とステップS12の絶縁膜OX1の除去工程とを行うことが好ましい。これにより、ゲート電極GEがフォトレジストパターンRP3で覆われた状態でステップS11,S12のエッチングが行われることになるため、ステップS11,S12のエッチングが周辺回路領域1Bのゲート電極GEに悪影響を及ぼすのを回避することができる。
また、本実施の形態では、上記ステップS10でフォトレジストパターンRP2をエッチングマスクとして用いてシリコン膜PS3をパターニングしてゲート電極GEを形成した後に、上記フォトレジストパターンRP2を除去するが、その後にウェット洗浄処理を行うことが好ましい。すなわち、上記フォトレジストパターンRP2をアッシングなどで除去した後に、ウェット洗浄処理を行ってから、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターンRP3を形成することが好ましい。これにより、フォトレジストパターンRP2の残渣が残存することを、より的確に防止することができる。しかしながら、このウェット洗浄処理によって、絶縁膜OX1の膜厚の均一性が更に低下してしまう。それに対して、本実施の形態では、この絶縁膜OX1はステップS12で除去し、ステップS13で形成した酸化膜OX2を、ステップS14のエッチバック工程でエッチング抑制膜として用いている。このため、ステップS11で絶縁膜OX1の均一性が低下することの不利益を回避することができる。
また、本実施の形態では、ステップS12でシリコン膜PS2の表面の絶縁膜OX1を除去してから、ステップS13でシリコン膜PS2の表面に酸化膜OX2を形成している。もしも、上記図28および図29の第1検討例を参照して説明した課題に気付かなければ、上記第1検討例に比べて本実施の形態の方が工程数が増加することから、絶縁膜OX1を除去してから酸化膜OX2を形成するという本実施の形態は採用せずに、上記第1検討例を採用するはずである。しかしながら、本発明者は、絶縁膜OX1をステップS14のエッチング抑制膜として用いた上記第1検討例の場合は、上述したようにメモリゲート電極の断面形状がメモリゲート電極として相応しい形状になりにくいという課題に気付いたからこそ、工程数が増加してもあえて、絶縁膜OX1を除去してから酸化膜OX2を形成するという本実施の形態の製造工程を採用している。このため、本実施の形態は、上記第1検討例を参照して説明した課題の認識があって、初めてなされたものであると言える。
(実施の形態2)
図32は、本実施の形態2におけるステップS14を示すプロセスフロー図である。図33〜図36は、本実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図33〜図36には、上記実施の形態1の上記図3〜図16および図18〜図24に対応する断面領域が示されている。
フォトレジストパターンRP4を形成して上記図15に対応する図33の構造を得るまでは、本実施の形態2の半導体装置の製造工程も、上記実施の形態1の半導体装置の製造工程とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略し、上記実施の形態1との相違点を中心に説明する。但し、本実施の形態2では、ステップS13で形成する酸化膜OX2の膜厚を、上記実施の形態1よりも薄くすることが可能である。
本実施の形態2と上記実施の形態1とが主として相違しているのは、メモリゲート電極MGを形成するためのステップS14である。すなわち、本実施の形態2では、メモリゲート電極MGを形成するためのステップS14は、図32に示される3つのステップS14a,S14b,S14cからなる。
具体的に説明すると、フォトレジストパターンRP4を形成して上記図15と同様の図33の構造を得た後、図34に示されるように、異方性エッチング技術により、酸化膜OX2とシリコン膜PS2とをエッチバックする(図32のステップS14a)。図34は、ステップS14aのエッチバック工程を行った段階に対応している。
このステップS14aのエッチバック工程は、シリコン膜PS2の全厚みをエッチバックするのではなく、シリコン膜PS2の厚みの一部がエッチバックされた段階で、エッチングを終了する。このため、ステップS14aのエッチバック工程を終了した段階では、シリコン膜PS2は層状に残存しており、メモリゲート電極MGはまだ形成されておらず、絶縁膜MZは露出されていない。
ステップS14aのエッチバックは、シリコン膜PS2に比べて酸化膜OX2がエッチングされにくいようなエッチング条件で、酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。すなわち、ステップS14aでは、シリコン膜PS2のエッチング速度に比べて酸化膜OX2のエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件で、酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。これにより、ステップS14aのエッチバック工程で、酸化膜OX2がエッチング抑制膜として的確に機能することができるようになる。
それから、ステップS14aのエッチバックによって露出されたシリコン膜PS2の表面を酸化して、図35に示されるように、シリコン膜PS2の表面(露出表面)に酸化膜(酸化シリコン膜)OX3を形成する(図32のステップS14b)。図35は、ステップS14bの酸化工程を行った段階に対応している。
それから、異方性エッチング技術により、酸化膜OX3とシリコン膜PS2とをエッチバックする(図32のステップS14c)。図36は、ステップS14cのエッチバック工程を行った段階に対応している。
ステップS14cのエッチバックは、シリコン膜PS2に比べて酸化膜OX3がエッチングされにくいようなエッチング条件で、酸化膜OX3およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。すなわち、ステップS14cでは、シリコン膜PS2のエッチング速度に比べて酸化膜OX3のエッチング速度が小さくなるようなエッチング条件で、酸化膜OX3およびシリコン膜PS2をエッチバックすることが好ましい。これにより、ステップS14cのエッチバック工程で、酸化膜OX3がエッチング抑制膜として的確に機能することができるようになる。
ステップS14aのエッチバック工程とステップS14cのエッチバック工程とにより、シリコン膜PS2の全厚みがエッチバックされる。これにより、ステップS14cのエッチバック工程を行うと、図36に示されるように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの一方の側壁上に、絶縁膜MZを介してメモリゲート電極MGが形成され、制御ゲート電極CGの他方の側壁上に、絶縁膜MZを介してシリコンスペーサSPが形成され、それ以外の領域のシリコン膜PS2が除去される。ステップS14cのエッチバック工程が終了すると、メモリセル領域1Aにおいて、シリコンスペーサSPおよびメモリゲート電極MGで覆われていない領域の絶縁膜MZが露出される。
このように、本実施の形態2では、シリコンスペーサSPおよびメモリゲート電極MGを形成する工程(ステップS14)は、酸化膜OX2およびシリコン膜PS2をエッチバックするステップS14aと、シリコン膜PS2の露出表面に酸化膜OX3を形成するステップS14bと、酸化膜OX3およびシリコン膜PS2をエッチバックするステップS14cと、を有している。
また、本実施の形態2では、ステップS14bにおいて、酸化処理により酸化膜OX3を形成しているが、この酸化処理はプラズマ酸化が好ましい。これにより、薄い酸化膜OX3の形成膜厚を所望の膜厚に制御しやすくなるため、ステップS14cのエッチバック工程でエッチング抑制膜として機能するのに相応しい膜厚の酸化膜OX3を、ステップS14bでより的確に形成することができるようになる。また、ステップS14bの酸化処理としてプラズマ酸化を用いれば、同じプラズマ処理装置を用いて、ステップS14aのエッチバック工程と、ステップS14bの酸化工程と、ステップS14cのエッチバック工程とを行うことも可能になる。このため、同じプラズマ処理装置の処理室(チャンバ)内に半導体基板SBを配置したまま、ステップS14aのエッチバック工程と、ステップS14bの酸化工程と、ステップS14cのエッチバック工程とを行うこともできる。これにより、ステップS14a,S14b,S14cを行いやすくなり、ステップS14a,S14b,S14cを行うのに要する時間や手間を低減することができるため、半導体装置のスループットの向上や半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
同じプラズマ処理装置の処理室(チャンバ)内に半導体基板SBを配置したまま、ステップS14aのエッチバック工程と、ステップS14bの酸化工程と、ステップS14cのエッチバック工程とを行う場合は、ステップS14bの酸化工程で使用するガスは、ステップS14a,S14cのエッチバック工程で使用するガスと相違している。ステップS14bでは、酸素プラズマによる酸化処理を行い、エッチングが抑制されるようにする。
つまり、本実施の形態2は、上記実施の形態1のステップS14において、シリコン膜PS2をエッチバックしている途中で、エッチングを一旦停止し、シリコン膜PS2の露出表面を酸素プラズマで酸化して酸化膜OX3を形成してから、再度エッチバックを行う場合に対応している。言い換えると、上記実施の形態1のステップS14において、シリコン膜PS2のエッチバックの途中で、シリコン膜PS2の表面に酸化膜OX3を形成したのが、本実施の形態3に対応している。
他の工程は、本実施の形態2も上記実施の形態1とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
上記実施の形態1では、ステップS14で酸化膜OX2をエッチング抑制膜として用いてシリコン膜PS2をエッチバックすることにより、メモリゲート電極MGを形成しているため、形成されるメモリゲート電極MGの断面形状を矩形に近づけることができる。一方、本実施の形態2では、ステップS14aで酸化膜OX2をエッチング抑制膜として用いてシリコン膜PS2をエッチバックし、ステップS14cで酸化膜OX3をエッチング抑制膜として用いてシリコン膜PS2をエッチバックすることにより、メモリゲート電極MGを形成しているため、形成されるメモリゲート電極MGの断面形状を矩形に近づけることができる。
ここで、メモリゲート電極MGの断面形状を矩形に近づけるためには、シリコン膜PS2をエッチバックする際のエッチング抑制膜は、ある程度厚みを確保する必要がある。しかしながら、シリコン膜PS2をエッチバックする際のエッチング抑制膜の厚みを厚くすると、メモリゲート電極MGやシリコンスペーサSPとなる部分以外のシリコン膜PS2が局所的に残存し、シリコン膜PS2のエッチング残渣を生じてしまうリスクが増加する。
それに対して、本実施の形態2では、シリコン膜PS2をエッチバックする際のエッチング抑制膜を、複数の膜、ここでは酸化膜OX2と酸化膜OX3とに担わせているため、酸化膜OX2,OX3のそれぞれの厚みを薄くすることができる。すなわち、本実施の形態2におけるステップS13で形成した酸化膜OX2の厚み(形成膜厚)と、ステップS14bで形成した酸化膜OX3の厚み(形成膜厚)との合計を、上記実施の形態1におけるステップS13で形成した酸化膜OX2の厚み(形成膜厚)と同程度にすれば、メモリゲート電極MGの断面形状を矩形にする効果は、ほぼ同程度になる。このため、本実施の形態2においてステップS13で形成した酸化膜OX2の厚みは、上記実施の形態1においてステップS13で形成した酸化膜OX2の厚みよりも薄くすることができる。また、本実施の形態2においてステップS14bで形成した酸化膜OX3の厚みは、上記実施の形態1においてステップS13で形成した酸化膜OX2の厚みよりも薄くすることができる。このため、本実施の形態2では、上記実施の形態1で得られる効果に加えて、更に、ステップS14を終了した段階で、メモリゲート電極MGやシリコンスペーサSPとなる部分以外のシリコン膜PS2が局所的に残存し、シリコン膜PS2のエッチング残渣を生じてしまうリスクを低減することができるという効果も得ることができる。従って、半導体装置の製造歩留まりを、更に向上させることができる。
一方、上記実施の形態1の場合は、ステップS14bの酸化工程を行わないで済み、ステップS14におけるエッチバック工程は一度で済むため、半導体装置の製造工程数を抑制することができる。このため、半導体装置の製造時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、半導体装置の製造コストの低減も図ることができる。
また、本実施の形態2では、ステップS14aのエッチバック工程の後に、ステップS14bの酸化工程とステップS14cのエッチバック工程とを1サイクル以上行うことができる。すなわち、図32〜図36の場合は、ステップS14aのエッチバック工程の後に、ステップS14bの酸化工程とステップS14cのエッチバック工程とを1サイクル行う場合について説明したが、他の形態として、ステップS14aのエッチバック工程の後に、ステップS14bの酸化工程とステップS14cのエッチバック工程とを2サイクル以上行うことも可能である。
例えば、ステップS14bの酸化工程とステップS14cのエッチバック工程とを2サイクル行う場合は、次のようになる。
すなわち、ステップS14aのエッチバック工程を行った後に、ステップS14bで酸化処理を行ってシリコン膜PS2の露出表面に酸化膜OX3を形成してから、ステップS14cで、酸化膜OX3とシリコン膜PS2とをエッチバックする。このときのステップS14cを終了した段階では、シリコン膜PS2は層状に残存しており、メモリゲート電極MGはまだ形成されておらず、絶縁膜MZは露出されていない。それから、再度ステップS14bで酸化処理を行ってシリコン膜PS2の露出表面に酸化膜(酸化膜OX3に相当)を形成してから、ステップS14cで、その酸化膜(酸化膜OX3に相当)とシリコン膜PS2とをエッチバックする。これにより、上記図36に示されるように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGの一方の側壁上に、絶縁膜MZを介してメモリゲート電極MGが形成され、制御ゲート電極CGの他方の側壁上に、絶縁膜MZを介してシリコンスペーサSPが形成され、それ以外の領域のシリコン膜PS2が除去される。メモリセル領域1Aにおいては、シリコンスペーサSPおよびメモリゲート電極MGで覆われていない領域の絶縁膜MZが露出されることになる。
(実施の形態3)
図37〜図55は、本実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
上記実施の形態1では、不揮発性メモリのメモリセルは、絶縁膜(上記絶縁膜MZに対応)中に電荷を蓄積するタイプのメモリセルであったが、本実施の形態3では、不揮発性メモリのメモリセルは、浮遊ゲート電極(後述のゲート電極CG2に対応)中に電荷を蓄積するタイプのメモリセルである。
以下、本実施の形態3の半導体装置の製造工程について、図37〜図55を参照して説明する。ここでは、上記実施の形態1との相違点を中心に説明し、上記実施の形態1と同様の内容については、その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態3においても、上記実施の形態1と同様に、上記ステップS1で半導体基板SBを用意し、上記ステップS2で素子分離領域STを形成し、上記ステップS3でp型ウエルPW1,PW2を形成して、上記図3の構造を得る。
それから、本実施の形態3においては、上記ステップS4に相当する工程を行って、図37に示されるように、メモリセル領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜(ゲート絶縁膜)GFを介してゲート電極CG2を形成する。
ステップS4において、上記実施の形態1では、メモリセル領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜(ゲート絶縁膜)GFを介して制御ゲート電極CGが形成された。それに対して、本実施の形態3では、上記ステップS4に相当する工程で、制御ゲート電極CGの代わりにゲート電極CG2が形成され、このゲート電極CG2が、メモリセル領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜(ゲート絶縁膜)GFを介して形成される。
このステップS4の具体的手法が、本実施の形態3は上記実施の形態1と相違しており、その一例について、図38〜図42を参照して説明する。なお、図38〜図42に示されるのは、本実施の形態3におけるステップS4に相当する工程の一例であり、他の手法を用いることも可能であるため、メモリセル領域1Aのみを図示し、周辺回路領域1Bの図示は省略している。
まず、図38に示されるように、半導体基板SBの主面に、ゲート絶縁膜用の絶縁膜GFを形成する。それから、半導体基板SBの主面上に、すなわち絶縁膜GF上に、ゲート電極CG2形成用の導電膜としてシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)PS1aを形成する。それから、シリコン膜PS1a上に窒化シリコン膜などからなる絶縁膜ZF1を形成してから、その絶縁膜ZF1をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いてパターニングする。それから、パターニングされた絶縁膜ZF1の側壁上に、上記サイドウォールスペーサSWを形成するのと同様の手法により、側壁絶縁膜SW1を形成する。
次に、図39に示されるように、絶縁膜ZF1および側壁絶縁膜SW1をエッチングマスクとして用いて、シリコン膜PS1aおよび絶縁膜GFをエッチングすることにより、絶縁膜ZF1および側壁絶縁膜SW1で覆われない部分のシリコン膜PS1aおよび絶縁膜GFを除去する。これにより、シリコン膜PS1aとシリコン膜PS1a上の側壁絶縁膜SW1および絶縁膜ZF1とからなる積層体LMが形成される。それから、積層体LMの側壁(シリコン膜PS1aの側面と側壁絶縁膜SW1の側面とで構成される側壁)上に、上記サイドウォールスペーサSWを形成するのと同様の手法により、側壁絶縁膜SW2を形成する。それから、イオン注入法により、n型半導体領域SD4を半導体基板SB(p型ウエルPW1)に形成する。n型半導体領域SD4は、ソースまたはドレイン用の半導体領域であり、ここでは、ソース用の半導体領域として機能することができる。
n型半導体領域SD4は、積層体LMと、その積層体LMの側壁上の側壁絶縁膜SW2とをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)にイオン注入法でn型不純物を導入することにより、形成することができる。平面視において、n型半導体領域SD4は、隣り合う積層体LMの間に形成される。他の形態として、シリコン膜PS1aをエッチングした後でかつ側壁絶縁膜SW2を形成する前に、イオン注入によりn型半導体領域SD4を形成することも可能であり、あるいは、側壁絶縁膜SW1を形成した後でかつシリコン膜PS1aをエッチングする前に、イオン注入によりn型半導体領域SD4を形成することも可能である。
次に、図40に示されるように、隣り合う積層体LMの間に、シリコンプラグPGSを形成する。シリコンプラグPGSは、積層体LMの側壁に側壁絶縁膜SW2を介して隣接している。例えば、半導体基板SBの主面上に、積層体LMを覆い、かつ、隣り合う積層体LMの間を埋めるように、シリコンプラグPGS用のシリコン膜(好ましくはドープトポリシリコン膜)を形成してから、そのシリコン膜をエッチバックすることにより、シリコンプラグPGSを形成することができる。シリコンプラグPGSは、n型半導体領域SD4上に形成され、シリコンプラグPGSの下面がn型半導体領域SD4の上面に接することで、シリコンプラグPGSとn型半導体領域SD4とが電気的に接続されている。
次に、図41に示されるように、積層体LMを構成している絶縁膜ZF1をエッチングにより除去してから、絶縁膜ZF1を除去したことで露出したシリコン膜PS1aをエッチングにより除去する。この際、側壁絶縁膜SW1の下にシリコン膜PS1aが残存し、この側壁絶縁膜SW1の下に残存するシリコン膜PS1aにより、ゲート電極CG2が形成される。このため、この段階では、平面視において、ゲート電極CG2の平面形状と、側壁絶縁膜SW1の平面形状とは、ほぼ一致している。
次に、図42に示されるように、側壁絶縁膜SW1を等方性エッチングする。この際、側壁絶縁膜SW1の全部をエッチングして除去するのではなく、側壁絶縁膜SW1の一部をエッチングするため、エッチングを終了しても、寸法が縮小された側壁絶縁膜SW1が残存することになる。すなわち、この等方性エッチングの直前の段階における側壁絶縁膜SW1の寸法に比べて、この等方性エッチングを行った直後の段階における側壁絶縁膜SW1の寸法は、小さくなっている。また、この等方性エッチングにおいては、側壁絶縁膜SW1は、側壁絶縁膜SW2を介してシリコンプラグPGSに隣接する側の側面は、側壁絶縁膜SW2で覆われていたため、エッチングされず、それとは反対側の側面が、サイドエッチングされる。このため、この等方性エッチングを行った後の段階では、平面視において、側壁絶縁膜SW1の平面形状は、ゲート電極CG2の平面形状よりも小さくなっている。従って、ゲート電極CG2の上面のうち、n型半導体領域SD4側(ソース側)の領域は、側壁絶縁膜SW1で覆われているが、それとは反対側の領域は、側壁絶縁膜SW1で覆われずに露出されている。このため、ゲート電極CG2の上面角部KDとその近傍領域も、側壁絶縁膜SW1で覆われずに露出されている。ここで、ゲート電極CG2の上面角部KDは、ゲート電極CG2において、n型半導体領域SD4から遠い側の上面角部に対応している。ゲート電極CG2の下に残存する絶縁膜GFが、ゲート絶縁膜となる。
このようにして、図42の構造がメモリセル領域1Aに形成され、従って、上記図37の構造が得られる。上記図37のメモリセル領域1Aの構造は、図42の構造に対応している。
このようにして、ステップS4に相当する工程が行われて、上記図37および図42に示されるように、メモリセル領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜(ゲート絶縁膜)GFを介してゲート電極CG2が形成される。
また、本実施の形態3の場合は、この段階で、n型半導体領域SD4と、そのn型半導体領域SD4上に配置されてn型半導体領域SD4に電気的に接続されたシリコンプラグPGSとが形成されている。ゲート電極CG2は、側壁絶縁膜SW2を介してシリコンプラグPGSと隣接している。
なお、図37〜図55では、メモリセル領域1Aにおいて、ソース領域(ここではn型半導体領域SD4)を共有する2つのメモリセルが形成される様子が、示されている。このため、シリコンプラグPGSは、ソース用のn型半導体領域SD4を間に挟んで隣り合うメモリセルのゲート電極CG2の間に配置されている。
以降の工程は、上記実施の形態1のステップS5以降の工程と類似している。
すなわち、本実施の形態3においても、上記ステップS5に相当する工程を行って、図43に示されるように、半導体基板SBの主面(表面)上とゲート電極CG2の露出表面(側面と側壁絶縁膜SW1で覆われない部分の上面)上とに、ゲート絶縁膜用の絶縁膜MZ4を形成する。このため、絶縁膜MZ4は、半導体基板SB上に、ゲート電極CG2、側壁絶縁膜SW1およびシリコンプラグPGSを覆うように形成される。なお、側壁絶縁膜SW1の表面上や素子分離領域ST上には、絶縁膜MZ4が形成されない場合もあり得る。
上記実施の形態1では、ステップS5で絶縁膜MZを形成したが、本実施の形態3の場合は、ステップS5に相当する工程で、絶縁膜MZの代わりに絶縁膜MZ4を形成している。上記実施の形態1の場合は、絶縁膜MZは、電荷蓄積部を有する絶縁膜であったが、本実施の形態3の場合は、電荷蓄積機能を有するのはゲート電極CG2であるため、絶縁膜MZ4は電荷蓄積部を有しておらず、従って、トラップ性絶縁膜ではない。このため、絶縁膜MZ4は、単層の絶縁膜を用いることができ、例えば酸化シリコン膜を用いることができる。絶縁膜MZ4を構成する酸化シリコン膜は、例えば熱酸法化あるいはCVD法を用いて形成することができる。
次に、上記ステップS6に相当する工程を行って、図43に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、すなわち絶縁膜MZ4上に、メモリセル領域1Aにおいてはゲート電極CG2およびシリコンプラグPGSを覆うように、ゲート電極MG2形成用の導電膜としてシリコン膜PS2を形成する。但し、上記実施の形態1では、シリコン膜PS2は、メモリセルのメモリゲート電極MG形成用の膜(導電膜)であったが、本実施の形態3の場合は、シリコン膜PS2は、メモリセルのゲート電極MG2形成用の膜(導電膜)である。
このように、ステップS5およびステップS6に相当する工程を行うことにより、半導体基板SB上に、ゲート電極CG2およびシリコンプラグPGSを覆うように、絶縁膜MZ4を介してメモリセルのゲート電極MG2用の導電膜(ここではシリコン膜PS2)が形成される。
次に、上記ステップS7に相当する工程を行う。すなわち、図43に示されるように、上記実施の形態1と同様のフォトレジストパターンRP1を形成してから、このフォトレジストパターンRP1をエッチングマスクとして用いて、周辺回路領域1Bのシリコン膜PS2および絶縁膜MZ4をエッチングして除去する。その後、フォトレジストパターンRP1を除去し、図44にはこの段階が示されている。
このように、ステップS7に相当する工程で、周辺回路領域1Bのシリコン膜PS2および絶縁膜MZ4を除去し、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2および絶縁膜MZ4を残存させる。
次に、上記ステップS8に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図45に示されるように、シリコン膜PS2の表面と、周辺回路領域1Bの半導体基板SBの主面(p型ウエルPW2の表面)とに、絶縁膜OX1を形成する。
次に、上記ステップS9に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図45に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、すなわち絶縁膜OX1上に、ゲート電極GE形成用の導電膜としてシリコン膜PS3を形成する。
このように、ステップS8に相当する工程およびステップS9に相当する工程を行うことにより、メモリセル領域1Aのシリコン膜PS2上と、周辺回路領域1Bの半導体基板SB上とに、絶縁膜OX1を介してMISFETのゲート電極GE用の導電膜(ここではシリコン膜PS3)が形成される。
次に、上記ステップS10に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図45に示されるように、上記実施の形態1と同様のフォトレジストパターンRP2を形成してから、図46に示されるように、このフォトレジストパターンRP2をエッチングマスクとして用いて、異方性エッチング技術により、シリコン膜PS3をエッチングすることにより、ゲート電極GEを形成する。この段階では、上記実施の形態1と同様に、シリコン膜PS2の段差部DSに絶縁膜OX1を介して隣接する位置に、シリコン膜PS3の一部が残存部PS3aとして残存している。
次に、上記ステップS11に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図47に示されるように、上記実施の形態1と同様のフォトレジストパターンRP3を形成してから、このフォトレジストパターンRP3をエッチングマスクとして用いて等方性エッチングを行うことにより、図48に示されるように、メモリセル領域1Aにおけるシリコン膜PS3の残存部PS3aをエッチングして除去する。
次に、上記ステップS12に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、フォトレジストパターンRP3をエッチングマスクとして用いて、メモリセル領域1Aの絶縁膜OX1をエッチングして除去する。図48には、この段階が示されている。
次に、上記ステップS13に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図49に示されるように、シリコン膜PS2の表面を酸化することにより、シリコン膜PS2の表面に、絶縁膜として酸化膜OX2を形成する。
次に、上記ステップS14に相当する工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図50に示されるように、上記実施の形態1と同様のフォトレジストパターンRP4を形成してから、図51に示されるように、異方性エッチング技術により、酸化膜OX2とシリコン膜PS2とをエッチバックすることにより、ゲート電極MG2を形成する。ゲート電極MG2は、ゲート電極CG2の一方の側壁(側壁絶縁膜SW2を介してシリコンプラグPGSと隣接する側とは反対側の側壁)上に、絶縁膜MZ4を介して残存するシリコン膜PS2からなる。ゲート電極MG2は、絶縁膜MZ4上に、ゲート電極CG2と絶縁膜MZ4を介して隣り合うように形成される。その後、フォトレジストパターンRP4は除去される。
ゲート電極MG2は、絶縁膜MZ4を介してゲート電極CG2と隣接している。ゲート電極CG2の両側壁のうち、ソース側(n型半導体領域SD4側)の側壁は、側壁絶縁膜SW2を介してシリコンプラグPGSと隣接し、それとは反対側の側壁は、絶縁膜MZ4を介してゲート電極MG2と隣接している。
なお、上記実施の形態1では、制御ゲート電極CGの一方の側壁側にメモリゲート電極MGが形成され、他方の側壁側にシリコンスペーサSPが形成された。一方、本実施の形態3では、ゲート電極CG2のソース側には側壁絶縁膜SW2を介してシリコンプラグPGSが存在しているため、メモリゲート電極MGに相当するゲート電極MG2は形成されるが、シリコンスペーサSPに相当するものは形成されない。このため、本実施の形態3では、上記ステップS15(シリコンスペーサSP除去工程)を行う必要はない。
次に、上記ステップS16に相当する工程を行って、図52に示されるように、絶縁膜MZ4のうち、ゲート電極MG2で覆われずに露出する部分をエッチング(例えばウェットエッチング)によって除去する。ここで除去するのは、上記実施の形態1の場合は絶縁膜MZであったが、本実施の形態3の場合は絶縁膜MZ4である。
このようにして、ゲート電極CG2と絶縁膜MZ4を介して隣り合うように、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に絶縁膜MZ4を介してゲート電極MG2が形成される。ゲート電極CG2およびゲート電極MG2は、不揮発性メモリのメモリセルを構成するゲート電極である。
次に、上記ステップS17に相当する工程を行って、図53に示されるように、n-型半導体領域(n型不純物拡散層、エクステンション領域、LDD領域)EX3,EX5を、イオン注入法を用いて形成する。周辺回路領域1Bのn-型半導体領域EX3については、上記実施の形態1と同様である。メモリセル領域1Aにおいて、n-型半導体領域EX5は、ゲート電極MG2がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することにより、ゲート電極MG2の側壁(絶縁膜MZ4を介してゲート電極CG2に隣接している側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。
次に、上記ステップS18に相当する工程を行って、図53に示されるように、サイドウォールスペーサSWを形成する。サイドウォールスペーサSWは、周辺回路領域1Bにおいては、ゲート電極GEの両側壁上に形成され、メモリセル領域1Aにおいては、ゲート電極MG2の一方の側壁(絶縁膜MZ4を介してゲート電極CG2に隣接している側とは反対側の側壁)上に形成される。
次に、上記ステップS19に相当する工程を行って、図53に示されるように、n+型半導体領域(n型不純物拡散層、ソース・ドレイン領域)SD3,SD5を、イオン注入法を用いて形成する。周辺回路領域1Bのn+型半導体領域SD3については、上記実施の形態1と同様である。メモリセル領域1Aにおいて、n+型半導体領域SD5は、ゲート電極MG2およびその側壁上のサイドウォールスペーサSWがマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することにより、ゲート電極MG2の側壁(絶縁膜MZ4を介してゲート電極CG2に隣接している側とは反対側の側壁)上のサイドウォールスペーサSWに自己整合して形成される。n+型半導体領域SD5は、n-型半導体領域EX5よりも不純物濃度が高くかつ接合深さが深い。n-型半導体領域EX5およびn+型半導体領域SD5により、メモリセルのソースまたはドレイン用の半導体領域が形成される。メモリセルのソース用の半導体領域とドレイン用の半導体領域のうちの一方は、n型半導体領域SD4により形成され、他方は、n-型半導体領域EX5およびn+型半導体領域SD5により形成されるが、ここでは、n型半導体領域SD4がソース用の半導体領域として機能し、n-型半導体領域EX5およびn+型半導体領域SD5がドレイン用の半導体領域として機能することができる。
次に、上記ステップS20に相当する活性化アニール工程を行うが、これについては、上記実施の形態1とほぼ同様である。
このようにして、図53に示されるように、メモリセル領域1Aに不揮発性メモリのメモリセルMC2が形成され、周辺回路領域1BにMISFETが形成される。
次に、図54に示されるように、必要に応じて、金属シリサイド層SLを形成する。金属シリサイド層SLは、サリサイドプロセスを行うことによって、ゲート電極MG2、ゲート電極GE、n+型半導体領域SD3、n+型半導体領域SD5およびシリコンプラグPGSの各上部に形成することができる。
次に、図55に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極CG2、ゲート電極MG2、ゲート電極GE、シリコンプラグPGSおよびサイドウォールスペーサSWを覆うように、上記実施の形態1と同様に、層間絶縁膜IL1を形成する。それから、上記実施の形態1と同様に、層間絶縁膜IL1にコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内にプラグPGを形成する。但し、本実施の形態3では、ゲート電極MG2上と、ゲート電極GE上と、シリコンプラグPGS上と、n+型半導体領域SD3上と、n+型半導体領域SD5上とに、それぞれプラグPGを形成するが、ゲート電極CG2上にはプラグPGは形成しない。すなわち、ゲート電極CG2に電気的に接続されるプラグPGや配線M1は形成せずに、ゲート電極CG2は浮遊電位とする。ゲート電極CG2は、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極(フローティングゲート電極)である。
次に、図55に示されるように、上記実施の形態1と同様に、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、絶縁膜IL2および配線M1を形成する。
このようにして、本実施の形態3の半導体装置が製造される。
製造された半導体装置における不揮発性メモリのメモリセルの構造について、簡単に説明する。
不揮発性メモリのメモリセルは、半導体基板SBのp型ウエルPW1中に形成されたソース用の半導体領域(n型半導体領域SD4)およびドレイン用の半導体領域(n-型半導体領域EX5およびn+型半導体領域SD5)と、ソース用の半導体領域とドレイン用の半導体領域との間の半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に形成されたゲート電極CG2およびゲート電極MG2を有している。但し、ゲート電極CG2は絶縁膜GFを介し、ゲート電極MG2は絶縁膜MZ4を介して、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上に形成されている。また、ゲート電極CG2,MG2のうち、ゲート電極CG2がソース側(n型半導体領域SD4側)に位置し、ゲート電極MG2がドレイン側(n-型半導体領域EX5およびn+型半導体領域SD5側)に位置している。ゲート電極MG2とゲート電極CG2とは、間に絶縁膜MZ4を介在して互いに隣り合っている。絶縁膜MZ4は、ゲート電極MG2と半導体基板SB(p型ウエルPW1)の間の領域と、ゲート電極MG2とゲート電極CG2の間の領域の、両領域にわたって延在している。
ゲート電極MG2には、配線M1およびプラグPGを介して、所望の電圧が印加できるようになっている。また、n+型半導体領域SD5には、配線M1およびプラグPGを介して、所望の電圧が印加できるようになっている。また、n型半導体領域SD4には、配線M1、プラグPGおよびシリコンプラグPGSを介して、所望の電圧が印加できるようになっている。一方、ゲート電極CG2には、プラグPGや配線M1は接続されておらず、周囲を絶縁膜(ここでは絶縁膜GF、絶縁膜MZ4、側壁絶縁膜SW1および側壁絶縁膜SW2)で囲まれており、浮遊電位となっている。ゲート電極CG2は、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極であり、ゲート電極CG2に電荷が蓄積されることで、情報が記憶される。ゲート電極MG2は、制御用のゲート電極である。
ゲート電極MG2は、ゲート電極CG2の上面の一部(側壁絶縁膜SW1で覆われていない部分のゲート電極CG2の上面)を覆っている。別の見方をすると、ゲート電極MG2の一部は、ゲート電極CG2上に乗り上げている。但し、ゲート電極MG2とゲート電極CG2とは互いに接しておらず、間に絶縁膜MZ4が介在している。このため、ゲート電極CG2の上面角部KD(図42参照)およびその近傍は絶縁膜MZ4を介してゲート電極MG2で覆われており、ゲート電極CG2の上面角部KD(図42参照)は、絶縁膜MZ4を介してゲート電極MG2と対向している。このため、消去動作時には、このゲート電極CG2の上面角部KDから、絶縁膜MZ4をトンネリングして、ゲート電極CG2に電子を移動させやすくなっている。
次に、本実施の形態の不揮発性メモリの動作例について簡単に説明する。
書込み動作時は、ソース・ドレイン間(n型半導体領域SD4とn+型半導体領域SD5との間)に高電圧を印加し、発生したホットエレクトロンを、ゲート電極CG2に注入する。注入されたホットエレクトロン(電子)は、ゲート電極CG2に中に蓄積され、メモリセルは書き込み状態になる。消去動作時は、ゲート電極MG2に高電圧(正の高電圧)を印加し、ゲート電極CG2中に蓄積されている電子を、絶縁膜MZ4をトンネリングさせて、ゲート電極MG2に移動させる(引き抜く)。これにより、メモリセルは消去状態になる。読み出し動作時は、書込み状態(ゲート電極CG2に電子が蓄積されている状態)と消去状態(ゲート電極CG2に電子がほとんど蓄積されていない状態)とで、しきい値電圧が変わることを利用し、書込み状態と消去状態とを判別することができる。
また、上記実施の形態2の技術を、本実施の形態3に適用することもできる。
上述したように、ステップS5以降の工程は、本実施の形態3も、上記実施の形態1と類似している。このため、上述した上記実施の形態1の特徴は、本実施の形態3も有している。このため、本実施の形態3においても、ステップS8に相当する工程で絶縁膜OX1を形成した段階では、絶縁膜OX1の厚みはほぼ均一であっても、その後の種々の工程で、メモリセル領域1Aにおいて、絶縁膜OX1の一部がエッチングされてしまい、絶縁膜OX1の厚みが不均一になってしまう。しかしながら、上記実施の形態1と同様に、本実施の形態3においても、その不均一な膜厚の絶縁膜OX1はステップS12に相当する工程で除去し、ステップS13に相当する工程で酸化膜OX2を形成してから、ステップS14に相当するエッチバック工程を行っている。このため、本実施の形態3においても、形成されたゲート電極MG2の肩部の高さが低くなることを抑制または防止することができ、ゲート電極MG2の断面形状を、ゲート電極として相応しい形状(矩形に近い形状)に近づけることができる。すなわち、形成されたゲート電極MG2の側面(絶縁膜MZ4を介してゲート電極CG2に隣接する側とは反対側の側面)を、半導体基板SBの主面と略垂直にすることができる。これにより、例えば、n-型半導体領域EX5を形成するためのイオン注入工程や、n+型半導体領域SD5を形成するためのイオン注入工程で、注入する不純物イオンがゲート電極MG2を突き抜けてしまうのを、より的確に抑制または防止することができるようになる。また、n-型半導体領域EX5やn+型半導体領域SD5をより的確に形成することができるようになる。従って、半導体装置の信頼性や性能を向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1A メモリセル領域
1B 周辺回路領域
CG 制御ゲート電極
MZ 絶縁膜
OX1 絶縁膜
OX2 酸化膜
PS2,PS3 シリコン膜
SB 半導体基板

Claims (15)

  1. 半導体基板の第1領域に形成された不揮発性メモリのメモリセルと、前記半導体基板の第2領域に形成されたMISFETとを備える半導体装置の製造方法であって、
    (a)前記半導体基板を用意する工程、
    (b)前記第1領域の前記半導体基板上に、第1絶縁膜を介して前記メモリセル用の第1ゲート電極を形成する工程、
    (c)前記半導体基板上に、前記第1ゲート電極を覆うように、第2絶縁膜を介して前記メモリセルの第2ゲート電極用の第1導電膜を形成する工程、
    (d)前記第2領域の前記第1導電膜および前記第2絶縁膜を除去し、前記第1領域の前記第1導電膜および前記第2絶縁膜を残す工程、
    (e)前記(d)工程後、前記第1領域の前記第1導電膜上と、前記第2領域の前記半導体基板上とに、第3絶縁膜を介して前記MISFETの第3ゲート電極用の第2導電膜を形成する工程、
    (f)前記第2導電膜をパターニングして、前記第2領域に前記MISFET用の前記第3ゲート電極を形成する工程、
    (g)前記(f)工程後、前記第1領域の前記第3絶縁膜を除去する工程、
    (h)前記(g)工程後、前記第1領域の前記第1導電膜上に第4絶縁膜を形成する工程、
    (i)前記第4絶縁膜および前記第1導電膜をエッチバックすることにより、前記第1ゲート電極に前記第2絶縁膜を介して隣接する前記メモリセル用の前記第2ゲート電極を形成する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(i)工程では、前記第1導電膜のエッチング速度よりも前記第4絶縁膜のエッチング速度が小さくなるエッチング条件で、前記第4絶縁膜および前記第1導電膜をエッチバックする、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1導電膜は、シリコンからなり、
    前記第2導電膜は、シリコンからなる、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(h)工程では、前記第1導電膜の表面を酸化することにより、前記第1領域の前記第1導電膜上に、酸化膜からなる前記第4絶縁膜を形成する、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(h)工程では、前記第1導電膜の表面をプラズマ酸化することにより、前記第1領域の前記第1導電膜上に、酸化膜からなる前記第4絶縁膜を形成する、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(f)工程は、
    (f1)前記第2導電膜上に第1マスク層を形成する工程、
    (f2)前記第1マスク層をエッチングマスクとして用いて前記第2導電膜を異方性エッチングすることにより、前記第2導電膜をパターニングして、前記第2領域に前記第3ゲート電極を形成する工程、
    (f3)前記第1マスク層を除去する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(f3)工程後、前記(g)工程前に、
    (f4)前記第1領域における前記第2導電膜の残存部を等方性エッチングにより除去する工程、
    を更に有する、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(f4)工程の等方性エッチングは、ウェットエッチングが用いられる、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(f3)工程後、前記(f4)工程前に、
    (f5)前記第2領域を覆い、かつ、前記第1領域を露出する第2マスク層を、前記半導体基板上に形成する工程、
    を更に有し、
    前記(g)工程後、前記(h)工程前に、
    (g1)前記第2マスク層を除去する工程、
    を更に有する、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(g)工程では、ウェットエッチングにより前記第1領域の前記第3絶縁膜を除去する、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(f3)工程後、前記(f5)工程前に、
    (f6)前記半導体基板をウェット洗浄処理する工程、を更に有する、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2絶縁膜は、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜である、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2ゲート電極は、電荷蓄積用の浮遊ゲート電極である、半導体装置の製造方法。
  14. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(i)工程は、
    (i1)前記第4絶縁膜および前記第1導電膜をエッチバックする工程、
    (i2)前記(i1)工程後、露出した前記第1導電膜の表面を酸化して前記第1導電膜の露出表面に第1酸化膜を形成する工程、
    (i3)前記(i2)工程後、前記第1酸化膜および前記第1導電膜をエッチバックする工程、
    を含む、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(i3)工程では、前記第1導電膜のエッチング速度よりも前記第1酸化膜のエッチング速度が小さくなるエッチング条件で、前記第1酸化膜および前記第1導電膜をエッチバックする、半導体装置の製造方法。
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