(57)【要約】  半導体基板（１）は、領域（ＡＲ１）と領域（ＡＲ２）との間の領域（ＡＲ３）を含み、制御ゲート電極（ＣＧ）は、領域（ＡＲ１）の上面（ＴＳ１）上に形成され、メモリゲート電極（ＭＧ）は、領域（ＡＲ２）の上面（ＴＳ２）上に形成されている。上面（ＴＳ２）は、上面（ＴＳ１）よりも低く、領域（ＡＲ３）は、上面（ＴＳ１）と上面（ＴＳ２）とを接続する接続面（ＴＳ３）を有する。接続面（ＴＳ３）の上面（ＴＳ２）側の端部（ＥＰ１）は、接続面（ＴＳ３）の上面（ＴＳ１）側の端部（ＥＰ２）に対してメモリゲート電極（ＭＧ）側に配置され、かつ、端部（ＥＰ２）よりも下方に配置されている。
2016157393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に形成された第１ゲート電極と、
前記第１ゲート電極と前記半導体基板との間に形成された第１ゲート絶縁膜と、
前記半導体基板上に形成され、前記第１ゲート電極と隣り合う第２ゲート電極と、
前記第２ゲート電極と前記半導体基板との間、および、前記第２ゲート電極と前記第１ゲート電極との間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第２ゲート絶縁膜と、
を有し、
前記半導体基板は、前記主面側の第１領域、第２領域および第３領域を含み、
前記第２領域は、平面視において、前記第１領域に対して第１方向における第１の側に配置され、
前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に配置され、
前記第１ゲート電極は、前記第１領域の第１上面上に形成され、
前記第２ゲート電極は、前記第２領域の第２上面上に形成され、
前記第２上面は、前記第１上面よりも低く、
前記第３領域は、前記第１上面と前記第２上面とを接続する第１接続面を有し、
前記第２ゲート絶縁膜は、前記第１接続面上、および、前記第２上面上に形成され、
前記第１接続面の第１端部は、前記第２上面と接続され、
前記第１接続面の前記第１端部と反対側の第２端部は、前記第１上面と接続され、
前記第１端部は、前記第２端部に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、かつ、前記第２端部よりも下方に配置されている、半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記半導体基板は、前記主面側の第４領域を含み、
前記第４領域は、平面視において、前記第１領域に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、
前記第４領域の第３上面は、前記第１上面よりも低く、
前記第２上面は、前記第３上面よりも低い、半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において、
前記半導体基板は、前記主面側の第５領域を含み、
前記第５領域は、前記第１領域と前記第４領域との間に配置され、
前記第５領域は、前記第１上面と前記第３上面とを接続する第２接続面を有し、
前記第２接続面の第３端部は、前記第３上面と接続され、
前記第２接続面の前記第３端部と反対側の第４端部は、前記第１上面と接続され、
前記第３端部は、前記第４端部に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、かつ、前記第４端部よりも下方に配置されている、半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置において、
前記第１接続面が前記第２上面となす鋭角の角度は、前記第２接続面が前記第３上面となす鋭角の角度よりも大きい、半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１接続面が、前記第１ゲート電極の前記第１方向における前記第１の側の第１側面となす鋭角の角度は、前記第１接続面が前記第２上面となす鋭角の角度よりも小さい、半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１ゲート電極は、平面視において、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、
前記第２方向に垂直な断面において、前記第１端部と前記第２端部との距離は、前記第２ゲート絶縁膜下に位置する部分の前記第２上面の、前記第１方向における長さよりも長い、半導体装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第２ゲート電極は、
前記第２上面上に形成された第１電極部と、
前記第１電極部に対して前記第１ゲート電極側に形成された第２電極部と、
を含み、
前記第２電極部は、前記第１電極部の第１下面と、前記第２電極部の前記第１ゲート電極側の第２側面とを接続する第２下面を有し、
前記第２下面の第５端部は、前記第１電極部の前記第１下面と接続され、
前記第２下面の前記第５端部と反対側の第６端部は、前記第２側面と接続され、
前記第５端部は、前記第６端部に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、かつ、前記第６端部よりも下方に配置されており、
前記第１ゲート電極は、平面視において、前記第１方向と直交する第３方向に延在し、
前記第３方向に垂直な断面において、前記第２下面に平行な方向における前記第２下面の長さは、前記第１方向における前記第１下面の長さよりも短い、半導体装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１ゲート電極と前記第１ゲート絶縁膜と前記第２ゲート電極と前記第２ゲート絶縁膜とによりメモリが形成されている、半導体装置。
【請求項９】
（ａ）半導体基板を用意する工程、
（ｂ）前記半導体基板の主面上に第１ゲート電極を形成し、前記第１ゲート電極と前記半導体基板との間に第１ゲート絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記半導体基板上、および、前記第１ゲート電極の表面に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）前記絶縁膜上に、導電膜を形成する工程、
（ｅ）前記導電膜をエッチバックすることにより、平面視において、前記第１ゲート電極の第１方向における第１の側の第１側面に前記絶縁膜を介して前記導電膜を残して第２ゲート電極を形成し、前記第２ゲート電極と前記半導体基板との間、および、前記第２ゲート電極と前記第１ゲート電極との間の前記絶縁膜からなる第２ゲート絶縁膜を形成する工程、
を有し、
前記（ａ）工程では、前記主面側の第１領域、第２領域および第３領域を含む前記半導体基板を用意し、
前記第２領域は、平面視において、前記第１領域に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、
前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に配置され、
前記（ｂ）工程では、前記第１領域の第１上面上に前記第１ゲート電極を形成し、
前記（ｃ）工程は、
（ｃ１）前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２領域の第２上面を、前記第１上面よりも低くし、前記第３領域に、前記第１上面と前記第２上面とを接続する第１接続面を形成する工程、
（ｃ２）前記（ｃ１）工程の後、前記第２上面上、前記第１接続面上、および、前記第１ゲート電極の表面に、前記絶縁膜を形成する工程、
を含み、
前記（ｅ）工程では、前記第２上面上に前記第２ゲート電極を形成し、
前記第１接続面の第１端部は、前記第２上面と接続され、
前記第１接続面の前記第１端部と反対側の第２端部は、前記第１上面と接続され、
前記第１端部は、前記第２端部に対して前記第１方向における前記第１の側に配置され、かつ、前記第２端部よりも下方に配置される、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
（ｆ）前記（ｂ）工程の後、前記（ｃ）工程の前に、前記第１ゲート電極の前記第１側面と反対側の第２側面に第１側壁部を形成する工程、
を有し、
前記（ｆ）工程は、
（ｆ１）前記半導体基板上に、前記第１ゲート電極を覆うように、第１膜を形成する工程、
（ｆ２）前記第１膜をエッチバックすることにより、前記第１ゲート電極の前記第２側面に前記第１膜を残して前記第１側壁部を形成する工程、
を含み、
前記（ｃ１）工程では、前記第１ゲート電極および前記第１側壁部をマスクとして前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２上面を、前記第１上面よりも低くし、
前記（ｃ）工程は、さらに、
（ｃ３）前記（ｃ２）工程の後、前記第１側壁部を除去する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｆ２）工程では、前記第１膜をエッチバックすることにより、前記第１ゲート電極の前記第２側面に前記第１側壁部を形成し、前記第１ゲート電極の前記第１側面に前記第１膜を残して第２側壁部を形成し、
前記（ｆ）工程は、さらに、
（ｆ３）前記半導体基板上に、前記第１側壁部および前記第２側壁部を覆うように、マスク膜を形成する工程、
（ｆ４）前記マスク膜をパターニングし、前記第１側壁部を覆う前記マスク膜からなるマスクパターンを形成し、前記第２側壁部を前記マスク膜から露出させる工程、
（ｆ５）前記（ｆ４）工程の後、前記第２側壁部を除去する工程、
（ｆ６）前記（ｆ５）工程の後、前記マスクパターンを除去する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、前記主面側の第４領域を含む前記半導体基板を用意し、
前記第４領域は、平面視において、前記第１領域に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
（ｇ）前記（ｂ）工程の後、前記（ｃ）工程の前に、前記第４領域の表面を酸化することにより、前記第４領域の第３上面を、前記第１領域の前記第１上面よりも低くする工程、
を有し、
前記（ｃ１）工程では、前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２上面を、前記第３上面よりも低くする、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程では、前記主面側の第５領域を含む前記半導体基板を用意し、
前記第５領域は、前記第１領域と前記第４領域との間に配置され、
前記（ｇ）工程では、前記第５領域に、前記第１上面と前記第３上面とを接続する第２接続面を形成し、
前記第２接続面の第３端部は、前記第３上面と接続され、
前記第２接続面の前記第３端部と反対側の第４端部は、前記第１上面と接続され、
前記第３端部は、前記第４端部に対して前記第１方向における前記第１の側と反対側に配置され、かつ、前記第４端部よりも下方に配置される、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１接続面が前記第２上面となす鋭角の角度は、前記第２接続面が前記第３上面となす鋭角の角度よりも大きい、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、前記第１ゲート電極上にキャップ絶縁膜を形成し、
前記（ｃ１）工程では、前記キャップ絶縁膜をマスクとして前記第２領域および前記第３領域をエッチングすることにより、前記第２上面を、前記第１上面よりも低くする、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば、半導体基板に形成された半導体素子を備える半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に例えば不揮発性メモリなどのメモリセルなどが形成されたメモリセル領域を有する半導体装置が、広く用いられている。例えば不揮発性メモリとして、ＭＯＮＯＳ（Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor）膜を用いたスプリットゲート型セルからなるメモリセルを形成する場合がある。このとき、メモリセルは、制御ゲート電極を有する制御トランジスタと、メモリゲート電極を有するメモリトランジスタとの２つのＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）により形成される。【０００３】
このメモリゲート電極は、制御ゲート電極の側面上に絶縁膜を介して導電膜をサイドウォールスペーサ状に残すことにより形成される。また、メモリゲート電極と制御ゲート電極との間、および、メモリゲート電極と半導体基板との間に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜が形成される。【０００４】
特開２００６−３３２１４３号公報（特許文献１）には、半導体基板に形成された不揮発性記憶素子を有する半導体装置であって、不揮発性記憶素子は、コントロールゲート電極と、コントロールゲート電極と隣り合って設けられたメモリゲート電極と、を有する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３２１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなスプリットゲート型セルからなるメモリセルを有する半導体装置では、例えば絶縁膜の内部の電荷蓄積部に電子を注入することにより、データを書き込む。また、例えば絶縁膜の内部の電荷蓄積部に正孔を注入することにより、データを消去する。【０００７】
ところが、電荷蓄積部の形状によっては、データを書き込む際に電荷蓄積部に注入された電子の分布と、データを消去する際に電荷蓄積部に注入された正孔の分布とが、互いに異なることがある。このような場合、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合、電荷蓄積部を含む絶縁膜に残留する正孔の数が増加し、メモリセルの保持特性が低下し、半導体装置の特性を向上させることができない。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施の形態によれば、半導体基板は、第１領域と第２領域との間に配置された第３領域を含み、制御ゲート電極は、第１領域の第１上面上に形成され、メモリゲート電極は、第２領域の第２上面上に形成されている。第２上面は、第１上面よりも低く、第３領域は、第１上面と第２上面とを接続する接続面を有する。メモリゲート電極と制御ゲート電極との間、メモリゲート電極と第２上面との間、および、メモリゲート電極と接続面との間には、内部に電荷蓄積部を有するゲート絶縁膜が形成されている。接続面の第２上面側の第１端部は、接続面の第１上面側の第２端部に対してメモリゲート電極側に配置され、かつ、第２端部よりも下方に配置されている。【００１０】
また、他の実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、第１領域と第２領域との間に配置された第３領域を含む半導体基板を用意する。次に、第１領域の第１上面上に制御ゲート電極を形成する。次に、第２領域および第３領域をエッチングすることにより、第２領域の第２上面を、第１上面よりも低くし、第３領域に、第１上面と第２上面とを接続する接続面を形成する。次に、半導体基板上、および、制御ゲート電極の表面に、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜を形成し、絶縁膜上に導電膜を形成する。次に、導電膜をエッチバックすることにより、第２上面上にメモリゲート電極を形成し、メモリゲート電極と制御ゲート電極との間、メモリゲート電極と第２上面との間、および、メモリゲート電極と接続面との間の絶縁膜からなるゲート絶縁膜を形成する。接続面の第２上面側の第１端部は、接続面の第１上面側の第２端部に対してメモリゲート電極側に配置され、かつ、第２端部よりも下方に配置されている。
【発明の効果】
【００１１】
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
【図２】実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
【図３】実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
【図４】実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
【図５】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６】実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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】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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。
【図２５】実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。
【図２６】実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。
【図２７】実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。
【図２８】比較例の半導体装置の要部断面図である。
【図２９】比較例の半導体装置の要部断面図である。
【図３０】実施例１の半導体装置の要部断面図である。
【図３１】実施例２の半導体装置の要部断面図である。
【図３２】実施例３の半導体装置の要部断面図である。
【図３３】実施例４の半導体装置の要部断面図である。
【図３４】実施例５の半導体装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１６】
以下、代表的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１７】
さらに、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。
【００１８】
（実施の形態）
＜半導体装置の構造＞
初めに、本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。図１〜図４は、実施の形態の半導体装置の要部断面図である。図２〜図４に示す断面図は、図１に示す断面図のうち二点鎖線で囲まれた領域ＲＧ１を拡大して示す。なお、図２〜図４では、ｎ−型半導体領域ＶＭＧ、金属シリサイド層１３、絶縁膜１４および層間絶縁膜１５の図示を省略する。
【００１９】
図１〜図４に示すように、半導体基板１の主面１ａ内で互いに交差、好適には直交する２つの方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、半導体基板１の主面１ａに垂直な方向、すなわち上下方向をＺ軸方向とする。また、本願明細書では、平面視において、とは、半導体基板１の主面１ａに垂直な方向から視た場合を意味する。
【００２０】
図１に示すように、半導体装置は、半導体基板１を有する。半導体基板１は、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するｐ型の単結晶シリコンなどからなる半導体ウェハである。半導体基板１は、主面１ａと、主面１ａと反対側の主面１ｂと、を有する。
【００２１】
半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲを有する。活性領域ＡＲは、素子分離領域（図示は省略）により規定、すなわち区画され、この素子分離領域により他の活性領域と電気的に分離されている。活性領域ＡＲには、ｐ型ウェルＰＷが形成されている。ｐ型ウェルＰＷは、ｐ型の導電型を有する。
【００２２】
図１に示すように、ｐ型ウェルＰＷには、メモリトランジスタＭＴおよび制御トランジスタＣＴからなるメモリセルＭＣが形成されている。なお、実際には複数のメモリセルＭＣがアレイ状に形成されており、例えば後述する図２７には、２つのメモリセルＭＣの断面が示されている。
【００２３】
メモリセルＭＣは、スプリットゲート型のメモリセルである。すなわち、図１に示すように、メモリセルＭＣは、制御ゲート電極ＣＧを有する制御トランジスタＣＴと、制御トランジスタＣＴに接続され、メモリゲート電極ＭＧを有するメモリトランジスタＭＴと、を有する。
【００２４】
メモリセルＭＣは、ｎ型の半導体領域ＭＳと、ｎ型の半導体領域ＭＤと、制御ゲート電極ＣＧと、メモリゲート電極ＭＧと、を有する。ｎ型の半導体領域ＭＳおよびｎ型の半導体領域ＭＤは、ｐ型の導電型とは反対の導電型であるｎ型の導電型を有する。制御ゲート電極ＣＧは、半導体基板１の主面１ａ上に形成され、メモリゲート電極ＭＧは、半導体基板１上に形成されている。また、メモリセルＭＣは、制御ゲート電極ＣＧ上に形成されたキャップ絶縁膜ＣＰ１およびＣＰ２を有する。
【００２５】
さらに、メモリセルＭＣは、制御ゲート電極ＣＧと半導体基板１との間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｃと、メモリゲート電極ＭＧと半導体基板１との間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｍと、を有する。
【００２６】
制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧは、それらの互いに対向する側面、すなわち側壁の間にゲート絶縁膜ＧＩｍを介した状態で、半導体基板１の主面１ａに沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧの延在方向は、図１の紙面に垂直な方向（図１のＹ軸方向）である。制御ゲート電極ＣＧは、半導体領域ＭＤと半導体領域ＭＳとの間に位置する部分のｐ型ウェルＰＷ上に、すなわち半導体基板１上に、ゲート絶縁膜ＧＩｃを介して形成されている。また、メモリゲート電極ＭＧは、半導体領域ＭＤと半導体領域ＭＳとの間に位置する部分のｐ型ウェルＰＷ上に、すなわち半導体基板１上に、ゲート絶縁膜ＧＩｍを介して形成されている。また、半導体領域ＭＳ側にメモリゲート電極ＭＧが配置され、半導体領域ＭＤ側に制御ゲート電極ＣＧが配置されている。制御ゲート電極ＣＧ、ゲート絶縁膜ＧＩｃ、メモリゲート電極ＭＧおよびゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリセルＭＣ、すなわち不揮発性メモリとしてのメモリを形成する。
【００２７】
制御ゲート電極ＣＧとメモリゲート電極ＭＧとは、間にゲート絶縁膜ＧＩｍを介在して互いに隣り合っており、メモリゲート電極ＭＧは、制御ゲート電極ＣＧの側面上、すなわち側壁上に、ゲート絶縁膜ＧＩｍを介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。また、ゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと半導体基板１、すなわちｐ型ウェルＰＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に形成されている。
【００２８】
制御ゲート電極ＣＧとｐ型ウェルＰＷとの間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｃは、制御トランジスタＣＴのゲート絶縁膜として機能する。また、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に形成されたゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリトランジスタＭＴのゲート絶縁膜として機能する。
【００２９】
なお、本願明細書において、例えばメモリゲート電極ＭＧが、制御ゲート電極ＣＧの側面上、すなわち側壁上に形成される、とは、メモリゲート電極ＭＧが、制御ゲート電極ＣＧの側面、すなわち側壁に形成されることを意味する。また、本願明細書において、例えばメモリゲート電極ＭＧが、制御ゲート電極ＣＧの側面上に形成される、とは、メモリゲート電極ＭＧが制御ゲート電極ＣＧの側面に接触して形成されるか、または、メモリゲート電極ＭＧが制御ゲート電極ＣＧの側面を挟んで制御ゲート電極ＣＧと反対側に形成されることを意味する。
【００３０】
ゲート絶縁膜ＧＩｃは、絶縁膜３からなる。絶縁膜３は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜もしくは酸窒化シリコン膜、または、窒化シリコン膜よりも高い比誘電率を有する高誘電率膜、すなわちいわゆるＨｉｇｈ−ｋ膜からなる。なお、本願において、Ｈｉｇｈ−ｋ膜または高誘電率膜というときは、窒化シリコンよりも誘電率（比誘電率）が高い膜を意味する。絶縁膜３としては、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ランタン膜などの金属酸化物膜を用いることができる。
【００３１】
ゲート絶縁膜ＧＩｍは、絶縁膜８からなる。絶縁膜８は、例えば酸化シリコン膜８ａと、酸化シリコン膜８ａ上の電荷蓄積部としての窒化シリコン膜８ｂと、窒化シリコン膜８ｂ上の酸化シリコン膜８ｃと、を含む積層膜からなる。
【００３２】
なお、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間のゲート絶縁膜ＧＩｍは、前述したように、メモリトランジスタＭＴのゲート絶縁膜として機能する。一方、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間のゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間を絶縁、すなわち電気的に分離するための絶縁膜として機能する。
【００３３】
絶縁膜８のうち、窒化シリコン膜８ｂは、電荷を蓄積するための絶縁膜であり、電荷蓄積部として機能する。すなわち、窒化シリコン膜８ｂは、絶縁膜８中に形成されたトラップ性絶縁膜である。このため、絶縁膜８は、その内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜とみなすことができる。
【００３４】
窒化シリコン膜８ｂの上下に位置する酸化シリコン膜８ｃおよび酸化シリコン膜８ａは、電荷を閉じ込める電荷ブロック層として機能することができる。窒化シリコン膜８ｂを酸化シリコン膜８ｃおよび酸化シリコン膜８ａで挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜８ｂへの電荷の蓄積が可能となる。酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃは、ＯＮＯ（Oxide-Nitride-Oxide）膜とみなすこともできる。
【００３５】
制御ゲート電極ＣＧは、導電膜４からなる。導電膜４は、シリコンからなり、例えばｎ型の不純物を導入した多結晶シリコン膜であるｎ型ポリシリコン膜などからなる。具体的には、制御ゲート電極ＣＧは、パターニングされた導電膜４からなる。
【００３６】
メモリゲート電極ＭＧは、導電膜９からなる。導電膜９は、シリコンからなり、例えばｎ型の不純物を導入した多結晶シリコン膜であるｎ型ポリシリコン膜などからなる。メモリゲート電極ＭＧは、半導体基板１上に制御ゲート電極ＣＧを覆うように形成された導電膜９を異方性エッチング、すなわちエッチバックし、制御ゲート電極ＣＧの側壁上に絶縁膜８を介して導電膜９を残すことにより形成されている。このため、メモリゲート電極ＭＧは、制御ゲート電極ＣＧの側壁上に、絶縁膜８を介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。
【００３７】
キャップ絶縁膜ＣＰ１は、シリコンと酸素とを含有する絶縁膜５からなり、キャップ絶縁膜ＣＰ２は、シリコンと窒素とを含有する絶縁膜６からなる。キャップ絶縁膜ＣＰ１およびＣＰ２は、制御ゲート電極ＣＧを保護する保護膜であり、導電膜４をパターニングして制御ゲート電極ＣＧを形成する際のハードマスク膜である。または、キャップ絶縁膜ＣＰ１およびＣＰ２は、導電膜９をエッチバックしてメモリゲート電極ＭＧを形成する際にメモリゲート電極ＭＧの各々の上面の高さをそれぞれ調整するためのキャップ膜である。
【００３８】
キャップ絶縁膜ＣＰ２のＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さは、制御ゲート電極ＣＧのＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さよりも短くてもよい。これにより、メモリゲート電極ＭＧの上面に形成される金属シリサイド層の面積を増加させることができる。なお、本願明細書において、例えば制御ゲート電極ＣＧのゲート長とは、制御ゲート電極ＣＧが延在する方向（図１のＹ軸方向）と交差、好適には直交する方向（図１のＸ軸方向）における、制御ゲート電極ＣＧの長さを意味する。
【００３９】
半導体領域ＭＳは、ソース領域またはドレイン領域の一方として機能する半導体領域であり、半導体領域ＭＤは、ソース領域またはドレイン領域の他方として機能する半導体領域である。ここでは、半導体領域ＭＳは、例えばソース領域として機能する半導体領域であり、半導体領域ＭＤは、例えばドレイン領域として機能する半導体領域である。半導体領域ＭＳおよびＭＤの各々は、ｎ型の不純物が導入された半導体領域からなり、それぞれＬＤＤ（Lightly doped drain）構造を備えている。
【００４０】
ソース用の半導体領域ＭＳは、ｎ−型半導体領域１１ａと、ｎ−型半導体領域１１ａよりも高い不純物濃度を有するｎ＋型半導体領域１２ａと、を有している。また、ドレイン用の半導体領域ＭＤは、ｎ−型半導体領域１１ｂと、ｎ−型半導体領域１１ｂよりも高い不純物濃度を有するｎ＋型半導体領域１２ｂと、を有している。
【００４１】
ｎ＋型半導体領域１２ａは、ｎ−型半導体領域１１ａよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高く、また、ｎ＋型半導体領域１２ｂは、ｎ−型半導体領域１１ｂよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高い。
【００４２】
メモリゲート電極ＭＧおよび制御ゲート電極ＣＧの互いに隣接していない側の側壁上には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜からなるサイドウォールスペーサＳＷが形成されている。制御ゲート電極ＣＧを挟んでメモリゲート電極ＭＧと反対側で制御ゲート電極ＣＧと隣り合う部分に、サイドウォールスペーサＳＷが形成されている。そして、メモリゲート電極ＭＧを挟んで制御ゲート電極ＣＧと反対側でメモリゲート電極ＭＧと隣り合う部分に、サイドウォールスペーサＳＷが形成されている。
【００４３】
なお、図１に示すように、制御ゲート電極ＣＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＳＩＦが介在していてもよい。
【００４４】
ｎ−型半導体領域１１ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面に対して自己整合的に形成され、ｎ＋型半導体領域１２ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの側面に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のｎ−型半導体領域１１ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの下に形成され、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ａは、低濃度のｎ−型半導体領域１１ａの外側に形成されている。したがって、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ａは、低濃度のｎ−型半導体領域１１ａに接触するように形成されている。
【００４５】
ｎ−型半導体領域１１ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面に対して自己整合的に形成され、ｎ＋型半導体領域１２ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの側面に対して自己整合的に形成されている。このため、低濃度のｎ−型半導体領域１１ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷの下に形成され、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂは、低濃度のｎ−型半導体領域１１ｂの外側に形成されている。したがって、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂは、低濃度のｎ−型半導体領域１１ｂに接触するように形成されている。なお、後述する図２７を用いて説明するように、隣り合う２つのメモリセルＭＣは、高濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂを共有する。
【００４６】
制御ゲート電極ＣＧ下のゲート絶縁膜ＧＩｃの下に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上層部には、制御トランジスタＣＴのチャネル領域が形成される。
【００４７】
メモリゲート電極ＭＧ下のゲート絶縁膜ＧＩｍの下に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上層部には、ｎ−型半導体領域ＶＭＧが形成されている。ｎ−型半導体領域ＶＭＧは、メモリトランジスタＭＴの閾値電圧Ｖｔｈを調整するためのものであり、ｎ−型半導体領域１１ａに接触するように形成されている。また、ｎ−型半導体領域ＶＭＧにおけるｎ型不純物の濃度は、ｎ−型半導体領域１１ａにおけるｎ型不純物の濃度よりも低い。
【００４８】
ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂの各々の上、すなわちｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂの各々の上面には、サリサイド（Salicide：Self Aligned Silicide）技術などにより、金属シリサイド層１３が形成されている。金属シリサイド層１３は、例えばコバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、プラチナ添加ニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層１３により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。なお、金属シリサイド層１３は、メモリゲート電極ＭＧの上に形成されていてもよい。
【００４９】
半導体基板１上には、制御ゲート電極ＣＧ、キャップ絶縁膜ＣＰ２、メモリゲート電極ＭＧおよび各サイドウォールスペーサＳＷを覆うように、絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４は、例えば窒化シリコン膜などからなる。
【００５０】
絶縁膜１４上には、層間絶縁膜１５が形成されている。層間絶縁膜１５は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜１５の上面は平坦化されている。なお、後述する図２７を用いて説明するように、層間絶縁膜１５にはコンタクトホールＣＮＴが形成され、コンタクトホールＣＮＴ内に、導電体部として導電性のプラグＰＧが埋め込まれていてもよい。
【００５１】
本実施の形態では、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲは、領域ＡＲ１〜ＡＲ３を含む。すなわち、半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての領域ＡＲ１〜ＡＲ３を含む。領域ＡＲ２は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における正側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ３は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置されている。
【００５２】
制御ゲート電極ＣＧは、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１上に形成されている。メモリゲート電極ＭＧ、および、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷは、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２上に形成されている。ゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと上面ＴＳ２との間に、形成されている。ｎ−型半導体領域１１ａおよびｎ＋型半導体領域１２ａは、領域ＡＲ２の上層部に形成されている。
【００５３】
領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低い。すなわち、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、Ｚ軸方向において、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１に対して主面１ｂ側に配置されている。
【００５４】
領域ＡＲ３は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と、を接続する接続面ＴＳ３を有する。ゲート絶縁膜ＧＩｍは、メモリゲート電極ＭＧと接続面ＴＳ３との間にも形成されている。すなわち、ゲート絶縁膜ＧＩｍは、接続面ＴＳ３上、および、上面ＴＳ２上に形成されている。
【００５５】
接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と接続され、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１と反対側の端部ＥＰ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続されている。接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、Ｘ軸方向において、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２に対して、Ｘ軸方向における正側に配置され、かつ、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２よりも下方、すなわち、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２に対して主面１ｂ側に配置されている。言い換えれば、接続面ＴＳ３は、端部ＥＰ１が、端部ＥＰ２に対してＸ軸方向における正側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に位置するように、上面ＴＳ２、および、ＹＺ平面、すなわちＸ軸方向に垂直な平面のいずれに対しても傾斜している。
【００５６】
これにより、図１および図４、ならびに、後述する図２８および図２９を用いて説明するように、データを書き込む際にゲート絶縁膜ＧＩｍに注入された電子の分布と、データを消去する際にゲート絶縁膜ＧＩｍに注入された正孔の分布とが、互いに近づくか、または、互いに同じになる。
【００５７】
なお、本願明細書では、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１が、半導体基板１の主面１ａと同一面であると定義する。
【００５８】
また、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲは、領域ＡＲ４およびＡＲ５を含む。すなわち、半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての領域ＡＲ４およびＡＲ５を含む。領域ＡＲ４は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における負側、すなわちＸ軸方向における正側と反対側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ５は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に配置されている。
【００５９】
制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷは、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４上に形成されている。ｎ−型半導体領域１１ｂおよびｎ＋型半導体領域１２ｂは、領域ＡＲ４の上層部に形成されている。
【００６０】
領域ＡＲ４の上面ＴＳ４は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低い。すなわち、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４は、Ｚ軸方向において、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１に対して主面１ｂ側に配置されている。
【００６１】
領域ＡＲ５は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４と、を接続する接続面ＴＳ５を有する。接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４と接続され、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３と反対側の端部ＥＰ４は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続されている。接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４に対して、Ｘ軸方向における負側に配置され、かつ、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４よりも下方、すなわち、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ４に対して主面１ｂ側に配置されている。言い換えれば、接続面ＴＳ５は、端部ＥＰ３が、端部ＥＰ４に対してＸ軸方向における負側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ４よりも下方に位置するように、上面ＴＳ４およびＹＺ平面のいずれに対しても傾斜している。
【００６２】
好適には、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４よりも低い。すなわち、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、Ｚ軸方向において、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４に対して主面１ｂ側に配置されている。これにより、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１とほとんど同程度の高さに配置することができる。そのため、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と等しい高さに配置する場合に比べ、ｎ−型半導体領域１１ｂおよびｎ＋型半導体領域１２ｂの分布がほとんど変わらないので、制御トランジスタＣＴに流れるオン電流が低下することを防止または抑制することができる。
【００６３】
図２に示すように、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義する。このとき、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との間の鈍角を、角度ＡＮＬ１により表す。角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和は、１８０°に等しい。前述したように、接続面ＴＳ３が傾斜している場合、角度ＡＮＳ１が０°よりも大きく、かつ、９０°未満である。言い換えれば、角度ＡＮＬ１が１８０°未満であり、かつ、９０°よりも大きい。
【００６４】
また、接続面ＴＳ５が上面ＴＳ４となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ２と定義する。このとき、接続面ＴＳ５と上面ＴＳ４との間の鈍角を、角度ＡＮＬ２により表す。角度ＡＮＳ２と角度ＡＮＬ２との和は、１８０°に等しい。
【００６５】
好適には、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす鋭角の角度ＡＮＳ１は、接続面ＴＳ５が上面ＴＳ４となす鋭角の角度ＡＮＳ２よりも大きい。これによっても、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１とほとんど同程度の高さに配置することができる。そのため、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と等しい高さに配置する場合に比べ、ｎ−型半導体領域１１ｂおよびｎ＋型半導体領域１２ｂの分布がほとんど変わらないので、制御トランジスタＣＴに流れるオン電流が低下することを防止または抑制することができる。
【００６６】
なお、図３に示すように、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の部分と上面ＴＳ２の接続面ＴＳ３側の部分との間に角部が形成されず、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の部分、および、上面ＴＳ２の接続面ＴＳ３側の部分が同一曲面を形成する場合がある。このような場合には、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の部分が同一平面として上面ＴＳ２側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＴＳ３１が、上面ＴＳ２の接続面ＴＳ３側と反対側の部分が同一平面として接続面ＴＳ３側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＴＳ２１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義する。このとき、角度ＡＮＬ１は、平面ＴＳ３１と平面ＴＳ２１との間の鈍角であり、角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和が１８０°に等しくなるような角度である。また、平面ＴＳ３１の端部ＥＰ２と反対側の端部ＥＰ１１が、平面ＴＳ２１と接続されている。
【００６７】
また、図３では図示を省略するが、接続面ＴＳ５の上面ＴＳ４側の部分と上面ＴＳ４の接続面ＴＳ５側の部分との間に角部が形成されず、接続面ＴＳ５の上面ＴＳ４側の部分、および、上面ＴＳ４の接続面ＴＳ５側の部分が同一曲面を形成する場合がある。この場合も、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との場合と同様に、接続面ＴＳ５の上面ＴＳ１側の部分が同一平面として上面ＴＳ４側に延長されることにより形成された仮想的な平面が、上面ＴＳ４の接続面ＴＳ５側と反対側の部分が同一平面として接続面ＴＳ５側に延長されることにより形成された仮想的な平面となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ２と定義できる。このとき、角度ＡＮＬ２は、それぞれの仮想的な平面の間の鈍角であり、角度ＡＮＳ２と角度ＡＮＬ２との和が１８０°に等しくなるような角度である。
【００６８】
図３および図４に示すように、メモリゲート電極ＭＧは、上面ＴＳ２上に形成された電極部ＭＧ１と、電極部ＭＧ１に対して制御ゲート電極ＣＧ側に形成された電極部ＭＧ２と、を含む。電極部ＭＧ２は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と、電極部ＭＧ２の制御ゲート電極ＣＧ側の側面ＢＳ３とを接続する下面としての接続面ＢＳ２を有する。図４に示すように、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ５は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と接続され、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ５と反対側の端部ＥＰ６は、電極部ＭＧ２の側面ＢＳ３と接続されている。端部ＥＰ５は、端部ＥＰ６に対してＸ軸方向における正側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ６よりも下方に配置されている。
【００６９】
また、下面ＢＳ１と接続面ＢＳ２とにより角部ＡＰ１が形成され、接続面ＢＳ２と側面ＢＳ３とにより角部ＡＰ２が形成されている。
【００７０】
なお、図３に示すように、接続面ＢＳ２の下面ＢＳ１側の部分と下面ＢＳ１の接続面ＢＳ２側の部分との間に角部が形成されず、接続面ＢＳ２の下面ＢＳ１側の部分、および、下面ＢＳ１の接続面ＢＳ２側の部分が同一曲面を形成する場合がある。この場合は、接続面ＢＳ２の側面ＢＳ３側の部分が同一平面として下面ＢＳ１側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＢＳ２１が、下面ＢＳ１の接続面ＢＳ２側と反対側の部分が同一平面として接続面ＢＳ２側に延長されることにより形成された仮想的な平面ＢＳ１１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義することができる。このとき、角度ＡＮＬ１は、平面ＢＳ２１と平面ＢＳ１１との間の鈍角であり、角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和が１８０°に等しくなるような角度である。また、平面ＢＳ２１の端部ＥＰ６と反対側の端部ＥＰ５１が、平面ＢＳ１１と接続されている。また、図３では、二点鎖線で囲まれた領域ＲＧ２を拡大して示す。
【００７１】
次に、メモリセルＭＣの動作を説明する。本実施の形態では、メモリトランジスタの絶縁膜８中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜８ｂへの電子の注入を「書込」と定義し、ホール、すなわち正孔の注入を「消去」と定義する。さらに、電源電圧Ｖｄｄを１．５Ｖとする。
【００７２】
書き込み方式は、いわゆるソースサイド注入（Source Side Injection：ＳＳＩ）方式と呼ばれるホットエレクトロン書き込みを用いることができる。このとき、半導体領域ＭＤに印加される電圧Ｖｄを、例えば電源電圧Ｖｄｄ程度とし、制御ゲート電極ＣＧに印加される電圧Ｖｃｇを、例えば１Ｖ程度とし、メモリゲート電極ＭＧに印加される電圧Ｖｍｇを、例えば１２Ｖ程度とする。また、半導体領域ＭＳに印加される電圧Ｖｓを、例えば６Ｖ程度とし、ｐ型ウェルＰＷに印加される電圧Ｖｂを、例えば０Ｖ程度とする。そして、上記した各電圧を、書き込みを行うメモリセルＭＣの各部位に印加する。
【００７３】
これにより、図４の矢印ＥＬＡに示すように、メモリセルＭＣのゲート絶縁膜ＧＩｍ中の窒化シリコン膜８ｂ中に、電子ＥＬが注入され、メモリセルＭＣにデータが書き込まれる。
【００７４】
ホットエレクトロンは、主としてメモリゲート電極ＭＧ下にゲート絶縁膜ＧＩｍを介して位置する部分のチャネル領域で発生し、ゲート絶縁膜ＧＩｍ中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜８ｂに注入される。注入されたホットエレクトロンは、ゲート絶縁膜ＧＩｍ中の窒化シリコン膜８ｂ中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタの閾値電圧が上昇する。
【００７５】
消去方法として、バンド間トンネル（Band-To-Band Tunneling：ＢＴＢＴ）現象によるホットホールとしての正孔を注入して消去を行う方式を用いることもできるが、直接トンネル現象、すなわちファウラーノルドハイム（Fowler-Nordheim：ＦＮ）型トンネル現象を利用した正孔注入による消去方式を用いることが好ましい。このＦＮ型トンネル現象を利用する場合、直接トンネル現象により正孔を電荷蓄積部、すなわちゲート絶縁膜ＧＩｍ中の窒化シリコン膜８ｂに注入することにより消去を行う。このとき、電圧Ｖｄを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｃｇを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｍｇを、例えば１２Ｖ程度とし、電圧Ｖｓを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｂを、例えば０Ｖ程度とする。そして、上記した各電圧を、消去を行うメモリセルＭＣの各部位に印加する。
【００７６】
これにより、図４の矢印ＨＬＡに示すように、メモリゲート電極ＭＧ側から正孔ＨＬが、酸化シリコン膜８ｃを介して直接トンネル現象により電荷蓄積部、すなわち窒化シリコン膜８ｂに注入され、窒化シリコン膜８ｂ中の電子を相殺することにより消去が行われる。あるいは、窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔が窒化シリコン膜８ｂ中のトラップ準位に捕獲されることにより消去が行われる。これによりメモリトランジスタの閾値電圧が低下し、消去状態となる。
【００７７】
このようなＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合には、ＢＴＢＴ現象による消去方法を用いた場合と比較して、消費電流を低減することができ、メモリセルの特性を向上させることができる。そして、不揮発性メモリの微細化に伴って、メモリゲート電極ＭＧのゲート長が短くなると、ＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合に、ＢＴＢＴ現象による消去方法を用いた場合と比較して、消費電流を低減し、メモリセルの特性を向上させる効果が顕著になる。
【００７８】
読出し時には、電圧Ｖｄを、例えば電源電圧Ｖｄｄ程度とし、電圧Ｖｃｇを、例えば電源電圧Ｖｄｄ程度とし、電圧Ｖｍｇを、例えば０Ｖ程度とし、電圧Ｖｓを、例えば０程度とし、電圧Ｖｂを、例えば０Ｖ程度とする。上記した各電圧を、読出しを行うメモリセルＭＣの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極ＭＧに印加する電圧Ｖｍｇを、書き込み状態におけるメモリトランジスタの閾値電圧と消去状態におけるメモリトランジスタの閾値電圧との間の値にすることで、書き込み状態と消去状態とを判別することができる。
【００７９】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。図５および図６は、実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図７〜図２７は、実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【００８０】
図７〜図２７は、図２７に示す２つのメモリセルＭＣとしてのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２を形成するための製造工程を示す断面図である。２つのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２のうち、メモリセルＭＣ１の配置は、図１に示したメモリセルＭＣの配置と同じであるが、メモリセルＭＣ２の配置は、メモリセルＭＣ１の配置とは左右逆の配置である。すなわち、メモリセルＭＣ１およびＭＣ２は、メモリセルＭＣ１とメモリセルＭＣ２との間のＹＺ平面に対して対称に配置されている。以下では、２つのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２のうち、主としてメモリセルＭＣ１を形成するための製造工程について説明する。
【００８１】
また、本実施の形態においては、ｎチャネル型の制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴを形成する場合について説明する。しかし、導電型を逆にして、ｐチャネル型の制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴを形成することもできる。
【００８２】
図７に示すように、まず、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するｐ型の単結晶シリコンなどからなる半導体ウェハとしての半導体基板１を用意する（図５のステップＳ１）。半導体基板１は、主面１ａと、主面１ａと反対側の主面１ｂと、を有する。
【００８３】
半導体基板１は、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲを有する。活性領域ＡＲは、素子分離領域（図示は省略）により規定、すなわち区画され、この素子分離領域により他の活性領域と電気的に分離されている。活性領域ＡＲには、ｐ型ウェルＰＷが形成される。ｐ型ウェルＰＷは、ｐ型の導電型を有する。
【００８４】
本実施の形態では、主面１ａ側の領域としての活性領域ＡＲは、領域ＡＲ１〜ＡＲ５を含む。すなわち、ステップＳ１では、主面１ａ側の領域としての領域ＡＲ１〜ＡＲ５を含む半導体基板１を用意する。メモリセルＭＣ１（後述する図２７参照）が形成される領域では、領域ＡＲ２は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における正側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ３は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置されている。領域ＡＲ４は、平面視において、領域ＡＲ１に対して、Ｘ軸方向における負側、すなわちＸ軸方向における正側と反対側に配置され、かつ、領域ＡＲ１と隣り合い、領域ＡＲ５は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に配置されている。
【００８５】
次に、図７に示すように、活性領域ＡＲにｐ型ウェルＰＷを形成する（図５のステップＳ２）。ｐ型ウェルＰＷは、例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物を、半導体基板１に、イオン注入法などで導入することにより、形成することができる。ｐ型ウェルＰＷは、半導体基板１の主面１ａから所定の深さにわたって形成される。
【００８６】
次に、例えばフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いたウェットエッチングなどにより半導体基板１の表面の自然酸化膜を除去し、半導体基板１の表面を洗浄することによって、半導体基板１の表面を清浄化する。これにより、半導体基板１の表面、すなわちｐ型ウェルＰＷの表面が露出される。
【００８７】
次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、絶縁膜３、導電膜４、ならびに、絶縁膜５および６を形成する（図５のステップＳ３）。
【００８８】
このステップＳ３では、まず、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａに、絶縁膜３を形成する。前述したように、絶縁膜３として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜もしくは酸窒化シリコン膜、またはＨｉｇｈ−ｋ膜、すなわち高誘電率膜を用いることができ、絶縁膜３として使用可能な材料例は、前述した通りである。また、絶縁膜３を、熱酸化法、スパッタリング法、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法または化学的気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法などを用いて形成することができる。
【００８９】
このステップＳ３では、次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち絶縁膜３上に、導電膜４を形成する。
【００９０】
好適には、導電膜４は、多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜などのシリコン膜からなる。このような導電膜４を、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。導電膜４の膜厚を、絶縁膜３を覆うように十分な程度の厚さとすることができる。また、成膜時は導電膜４をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
【００９１】
導電膜４として、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物またはホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物を導入して低抵抗率としたものを用いることが、好ましい。不純物は、導電膜４の成膜時または成膜後に導入することができる。導電膜４の成膜時に不純物を導入する場合には、導電膜４の成膜用のガスにドーピングガスを含ませることで、不純物が導入された導電膜４を成膜することができる。一方、シリコン膜の成膜後に不純物を導入する場合には、意図的には不純物を導入せずにシリコン膜を成膜した後に、このシリコン膜に不純物をイオン注入法などで導入することで、不純物が導入された導電膜４を形成することができる。
【００９２】
このステップＳ３では、次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち導電膜４上に、絶縁膜５を形成する。
【００９３】
例えばシリコン膜からなる導電膜４の表面を熱酸化することにより、酸化シリコン膜からなる絶縁膜５を形成することができる。または、シリコン膜からなる導電膜４の表面を熱酸化することに代え、ＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜からなる絶縁膜５を形成することもできる。
【００９４】
また、絶縁膜５の材料については、酸化シリコン膜に代え、他の材料からなる絶縁膜を用いることができる。あるいは、絶縁膜５を形成せず、導電膜４上に絶縁膜６を直接形成することもできる。
【００９５】
このステップＳ３では、次に、図７に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち絶縁膜５上に、シリコンおよび窒素を含有する絶縁膜６を形成する。例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜６を、例えばＣＶＤ法などを用いて形成することができる。
【００９６】
次に、図７に示すように、絶縁膜６および５、ならびに、導電膜４をパターニングする（図５のステップＳ４）。このステップＳ４では、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、絶縁膜６および５、ならびに、導電膜４を、パターニングする。
【００９７】
まず、絶縁膜６上にレジスト膜（図示は省略）を形成する。次いで、制御ゲート電極ＣＧを形成する予定の領域以外の領域で、レジスト膜を貫通して絶縁膜６に達する開口部を形成し、開口部が形成されたレジスト膜からなるレジストパターン（図示は省略）を形成する。
【００９８】
このとき、制御ゲート電極ＣＧを形成する予定の領域に配置された部分の絶縁膜６は、レジスト膜に覆われている。
【００９９】
次いで、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、絶縁膜６および５、ならびに、導電膜４を、例えばドライエッチングなどによりエッチングしてパターニングする。
【０１００】
これにより、半導体基板１の主面１ａ上に、導電膜４からなる制御ゲート電極ＣＧが形成され、制御ゲート電極ＣＧと半導体基板１との間に、制御ゲート電極ＣＧと半導体基板１との間の絶縁膜３からなるゲート絶縁膜ＧＩｃが形成される。具体的には、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１上に、制御ゲート電極ＣＧが形成される。
【０１０１】
また、制御ゲート電極ＣＧ上に形成された部分の絶縁膜５からなるキャップ絶縁膜ＣＰ１が形成され、キャップ絶縁膜ＣＰ１を介して制御ゲート電極ＣＧ上に形成された部分の絶縁膜６からなるキャップ絶縁膜ＣＰ２が形成される。その後、レジストパターン、すなわちレジスト膜を除去する。
【０１０２】
なお、制御ゲート電極ＣＧで覆われない部分の絶縁膜３は、ステップＳ４のドライエッチングを行うことによって、または、ステップＳ４のドライエッチングの後にウェットエッチングを行うことによって、除去され得る。そして、制御ゲート電極ＣＧが形成されていない部分では、半導体基板１のｐ型ウェルＰＷが露出する。
【０１０３】
次に、図８に示すように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を形成する（図５のステップＳ５）。このステップＳ５では、半導体基板１の主面１ａ、および、制御ゲート電極ＣＧの側面を酸化し、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を形成する。後述する図９を用いて説明するように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１は、膜７をエッチングする際のエッチングストッパ膜である。犠牲酸化膜ＳＯＦ１を、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ（In Situ Steam Generation）酸化法により、または、熱酸化法とＩＳＳＧ酸化法とを併用することにより、形成することができる。
【０１０４】
このとき、領域ＡＲ４の表面を酸化することにより、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低くする。そして、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に配置された領域ＡＲ５に、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４とを接続する接続面ＴＳ５を形成する。
【０１０５】
犠牲酸化膜ＳＯＦ１を形成した時に、領域ＡＲ４のようにごく近くにパターンがない領域、すなわち制御ゲート電極ＣＧから離れた領域では、酸化時の酸素の供給が十分になされるため、領域ＡＲ４の表面は、ほぼ一定の厚さで酸化される。一方、制御ゲート電極ＣＧのパターンと隣接する領域ＡＲ５においては、制御ゲート電極ＣＧのパターンが半導体基板１上に存在するため、制御ゲート電極ＣＧに近付く程、近くにパターンがない場合に比べて酸化時の酸素の供給が少なくなり、それ故、酸化の進行が遅れる。したがって、領域ＡＲ５では、領域ＡＲ４側の端部から制御ゲート電極ＣＧ側の端部にかけて傾斜した接続面ＴＳ５が形成される。
【０１０６】
接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４と接続され、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３と反対側の端部ＥＰ４は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続される。また、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ３は、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ２側と反対側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、接続面ＴＳ５の端部ＥＰ４よりも下方に配置される。言い換えれば、接続面ＴＳ５は、端部ＥＰ３が、端部ＥＰ４に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ２側と反対側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ４よりも下方に位置するように、上面ＴＳ４およびＹＺ平面のいずれに対しても傾斜する。
【０１０７】
次に、図８に示すように、半導体基板１上に、制御ゲート電極ＣＧを覆うように、膜７を形成する（図５のステップＳ６）。前述したように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１は、膜７をエッチングする際のエッチングストッパ膜である。
【０１０８】
好適には、膜７は、例えば多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜などのシリコン膜からなる。このような膜７を、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、成膜時は膜７をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
【０１０９】
膜７の膜厚は、後述する図９を用いて説明するように、膜７の膜厚の分だけ膜７をエッチバックしたときも、隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧの間を膜７が埋め込むような膜厚であることが好ましい。したがって、膜７の膜厚ＦＴ１は、例えば隣り合う制御ゲート電極ＣＧの互いに対向する側面同士の間隔ＩＴ１の２分の１以上であることが好ましい。
【０１１０】
次に、図９に示すように、異方性エッチング技術を用いて膜７をエッチバックすることにより、側壁部としてのスペーサＳＰ１１を形成する（図５のステップＳ７）。
【０１１１】
このステップＳ７では、膜７の膜厚の分だけ膜７をエッチバックすることにより、例えば制御ゲート電極ＣＧの両側面に、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を介して膜７をサイドウォールスペーサ状に残す。
【０１１２】
これにより、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）が配置される側と反対側の側面上に膜７をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された膜７からなるスペーサＳＰ１１を形成する。
【０１１３】
隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧからなる組において、一方の制御ゲート電極ＣＧを挟んで他方の制御ゲート電極ＣＧと反対側に、当該一方の制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される。また、前述したように、膜７の膜厚が、膜７の膜厚の分だけ膜７をエッチバックしたときも、隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧの間を膜７が埋め込むような膜厚である場合を考える。このような場合には、隣り合う２つの制御ゲート電極ＣＧの各々の両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側の側面上にそれぞれ形成された２つのスペーサＳＰ１１は、互いに間隔を空けずに配置される。すなわち、２つのスペーサＳＰ１１は、一体的に形成される。
【０１１４】
また、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側の側面に、膜７をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された膜７からなるスペーサＳＰ１２を形成する。
【０１１５】
次に、図１０〜図１２に示すように、スペーサＳＰ１２を除去する（図５のステップＳ８）。
【０１１６】
このステップＳ８において、まず、図１０に示すように、フォトリソグラフィを用いて、スペーサＳＰ１１が覆われ、かつ、スペーサＳＰ１２が露出されるようなレジストパターンＲ１を半導体基板上に形成する。
【０１１７】
具体的には、まず、犠牲酸化膜ＳＯＦ１上、すなわち半導体基板１上に、スペーサＳＰ１１およびＳＰ１２を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜ＲＦ１を形成する。次に、レジスト膜ＲＦ１をパターニングし、スペーサＳＰ１１を覆うレジスト膜ＲＦ１からなる、マスクパターンとしてのレジストパターンＲ１を形成し、スペーサＳＰ１２をレジスト膜ＲＦ１から露出させる。
【０１１８】
このステップＳ８において、次に、図１１に示すように、形成されたレジストパターンＲ１をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサＳＰ１２を除去する。一方、スペーサＳＰ１１は、レジストパターンＲ１で覆われていたので、エッチングされずに残される。
【０１１９】
なお、図１０に示すように、レジストパターンＲ１の一部が、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、スペーサＳＰ１２側の側面から外側に、はみ出して配置された場合を考える。すなわち、レジストパターンＲ１が、平面視において、スペーサＳＰ１２の制御ゲート電極ＣＧ側の部分と重なる場合を考える。このような場合でも、図１１に示すエッチングを行う工程で、等方性エッチング技術を用いてスペーサＳＰ１２を除去することにより、スペーサＳＰ１２を完全に除去することができる。
【０１２０】
このステップＳ８では、その後、図１２に示すように、レジストパターンＲ１を除去する。
【０１２１】
次に、図１３に示すように、犠牲酸化膜ＳＯＦ１を除去する（図５のステップＳ９）。このステップＳ９では、制御ゲート電極ＣＧおよびスペーサＳＰ１１から露出した部分の犠牲酸化膜ＳＯＦ１を、例えばドライエッチングなどによりエッチングして除去する。これにより、領域ＡＲ２およびＡＲ３において、半導体基板１の主面１ａが露出する。
【０１２２】
次に、図１３に示すように、半導体基板１の表面をエッチングする（図５のステップＳ１０）。このステップＳ１０では、制御ゲート電極ＣＧ、制御ゲート電極ＣＧ上のキャップ絶縁膜ＣＰ２、および、スペーサＳＰ１１をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、半導体基板１のうち、領域ＡＲ２およびＡＲ３の各々の表面をエッチングする。
【０１２３】
これにより、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２を、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低くし、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置された領域ＡＲ３に、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３を形成する。なお、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２を、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４よりも低くする。
【０１２４】
接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と接続され、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１と反対側の端部ＥＰ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と接続される。また、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ１は、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ４側と反対側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、接続面ＴＳ３の端部ＥＰ２よりも下方に配置される。言い換えれば、接続面ＴＳ３は、端部ＥＰ１が、端部ＥＰ２に対して、Ｘ軸方向における領域ＡＲ４側と反対側に位置し、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に位置するように、上面ＴＳ２およびＹＺ平面のいずれに対しても傾斜する。
【０１２５】
したがって、このステップＳ１０におけるエッチングの条件は、例えば窒化シリコン膜などの絶縁膜６からなるキャップ絶縁膜ＣＰ２と、例えばシリコンからなる半導体基板１との間の選択比、すなわちキャップ絶縁膜ＣＰ２のエッチング速度に対する半導体基板１のエッチング速度の比が、できるだけ高い条件で行うことが、望ましい。
【０１２６】
領域ＡＲ２および領域ＡＲ３の各々の表面を低くするためのエッチングでは、実際には表面に堆積物が堆積される工程と、表面をエッチングする工程とを繰り返し、エッチングされる量が堆積物が堆積される量より多くなることでエッチングが進行する。この時、制御ゲート電極ＣＧの端部近傍の領域ＡＲ３では、制御ゲート電極ＣＧの側面が存在することにより、堆積物が堆積される量がエッチングされる量よりも多くなる。その結果、領域ＡＲ３では、制御ゲート電極ＣＧ側の端部から領域ＡＲ２側の端部にかけて傾斜した接続面ＴＳ３が形成される。この接続面ＴＳ３の傾斜角は、エッチング条件における堆積物が堆積される量とエッチングされる量とのバランスを変えることで、ある程度の範囲で調整することが可能である。
【０１２７】
なお、このステップＳ１０において、スぺーサＳＰ１１の上部が少しエッチングされるので、ステップＳ１０を行った後のスペーサＳＰ１１の上面は、ステップＳ１０を行う前のスペーサＳＰ１１の上面よりも低くなる。
【０１２８】
また、前述した図２を用いて説明したように、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす鋭角の角度ＡＮＳ１は、接続面ＴＳ５が上面ＴＳ４となす鋭角の角度ＡＮＳ２よりも大きい。
【０１２９】
次に、図１４〜図１６に示すように、スペーサＳＰ１１を除去する（図５のステップＳ１１）。
【０１３０】
このステップＳ１１において、まず、図１４に示すように、フォトリソグラフィを用いて、領域ＡＲ２およびＡＲ３が覆われ、かつ、スペーサＳＰ１１が露出されるようなレジストパターンＲ２を半導体基板１上に形成する。
【０１３１】
具体的には、まず、半導体基板１上に、スペーサＳＰ１１を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜ＲＦ２を形成する。次に、レジスト膜ＲＦ２をパターニングし、領域ＡＲ２およびＡＲ３を覆うレジスト膜ＲＦ２からなるレジストパターンＲ２を形成し、スペーサＳＰ１１をレジスト膜ＲＦ２から露出させる。
【０１３２】
このステップＳ１１において、次に、図１５に示すように、形成されたレジストパターンＲ２をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサＳＰ１１を除去する。一方、領域ＡＲ２およびＡＲ３は、レジストパターンＲ２で覆われていたので、エッチングされずに残される。
【０１３３】
なお、図１４に示すように、レジストパターンＲ２の一部が、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、スペーサＳＰ１１側の側面から外側に、はみ出して配置された場合を考える。すなわち、レジストパターンＲ２が、平面視において、スペーサＳＰ１１の制御ゲート電極ＣＧ側の部分と重なる場合を考える。このような場合でも、図１５に示すエッチングを行う工程で、等方性エッチング技術を用いてスペーサＳＰ１１を除去することにより、スペーサＳＰ１１を完全に除去することができる。
【０１３４】
このステップＳ１１では、その後、図１６に示すように、レジストパターンＲ２を除去する。
【０１３５】
次に、図１７に示すように、ｎ−型半導体領域ＶＭＧを形成する（図６のステップＳ１２）。
【０１３６】
このステップＳ１２では、まず、図１７に示すように、半導体基板１の主面１ａ、および、制御ゲート電極ＣＧの側面のうち、犠牲酸化膜ＳＯＦ１が形成されていない側の側面を酸化し、犠牲酸化膜ＳＯＦ２を形成する。犠牲酸化膜ＳＯＦ２を、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ酸化法により、または、熱酸化法とＩＳＳＧ酸化法とを併用することにより、形成することができる。
【０１３７】
このステップＳ１２では、次に、図１７に示すように、キャップ絶縁膜ＣＰ２、および、側面に犠牲酸化膜ＳＯＦ１およびＳＯＦ２が形成された制御ゲート電極ＣＧをマスクとして、ｐ型ウェルＰＷに、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物を、イオン注入法により導入する。これにより、制御ゲート電極ＣＧに対してメモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）が配置される側に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上層部、すなわち領域ＡＲ２およびＡＲ３の各々の上層部に、ｎ−型半導体領域ＶＭＧが形成される。
【０１３８】
平面視において、制御ゲート電極ＣＧに対して、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）が配置される側に位置する部分のｐ型ウェルＰＷの上面に、犠牲酸化膜ＳＯＦ２が形成されている。そのため、ｐ型ウェルＰＷに、ｎ型の不純物をイオン注入法により導入する際に、ｐ型ウェルＰＷの上面に損傷が加えられることを防止することができる。
【０１３９】
前述したように、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１よりも低く、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との間には、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３が形成されている。また、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の端部ＥＰ１が、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の端部ＥＰ２に対して制御ゲート電極ＣＧと反対側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に配置されている。そのため、イオン注入により注入される不純物イオンが、接続面ＴＳ３を横切って、制御ゲート電極ＣＧ下に位置する部分のｐ型ウェルＰＷにまで導入されるので、ｎ−型半導体領域ＶＭＧを所望の領域に形状精度よく形成することができる。
【０１４０】
なお、ｎ−型半導体領域ＶＭＧは、制御ゲート電極ＣＧに対して、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側に形成されてもよい。しかし、図１７では、制御ゲート電極ＣＧに対して、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側に形成されるｎ−型半導体領域については、図示を省略する。すなわち、ｎ−型半導体領域ＶＭＧは、領域ＡＲ４およびＡＲ５の各々の上層部にも形成されるが、図１７中では図示を省略する。
【０１４１】
次に、図１７に示すように、キャップ絶縁膜ＣＰ２をスリミングする（図６のステップＳ１３）。
【０１４２】
例えば、犠牲酸化膜ＳＯＦ１およびＳＯＦ２、ならびに、キャップ絶縁膜ＣＰ１が酸化シリコン膜であり、キャップ絶縁膜ＣＰ２が窒化シリコン膜であるとき、例えば１４０〜１７０℃程度の温度を有するリン酸すなわち熱リン酸をエッチング液として用いてエッチングする。これにより、犠牲酸化膜ＳＯＦ１およびＳＯＦ２、ならびに、キャップ絶縁膜ＣＰ１のエッチング速度に対するキャップ絶縁膜ＣＰ２のエッチング速度の比すなわち選択比を十分大きくすることができるので、キャップ絶縁膜ＣＰ２を選択的にエッチングすることができる。
【０１４３】
これにより、キャップ絶縁膜ＣＰ２のＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さを、制御ゲート電極ＣＧのＸ軸方向すなわちゲート長方向における長さよりも短くすることができる。すなわち、キャップ絶縁膜ＣＰ２をスリミングすることができる。
【０１４４】
次に、図１８に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、絶縁膜８を形成する（図６のステップＳ１４）。
【０１４５】
このステップＳ１４において、露出した部分の半導体基板１上、すなわち上面ＴＳ２上および接続面ＴＳ３上、ならびに、制御ゲート電極ＣＧの表面およびキャップ絶縁膜ＣＰ２の表面に、絶縁膜８が形成される。すなわち、ステップＳ１４において、絶縁膜８は、半導体基板１上に、制御ゲート電極ＣＧおよびキャップ絶縁膜ＣＰ２を覆うように、形成される。
【０１４６】
絶縁膜８は、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜であり、絶縁膜として、下から順に形成された酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃの積層膜からなる。
【０１４７】
絶縁膜８のうち、酸化シリコン膜８ａを、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ酸化法などにより形成することができる。また、絶縁膜８のうち、窒化シリコン膜８ｂを、例えばＣＶＤ法により形成することができる。さらに、絶縁膜８のうち、酸化シリコン膜８ｃを、例えばＣＶＤ法またはＩＳＳＧ酸化法により形成することができる。
【０１４８】
まず、露出した部分の半導体基板１の主面１ａ、制御ゲート電極ＣＧの側面、ならびに、キャップ絶縁膜ＣＰ２の上面および側面に、例えば熱酸化法またはＩＳＳＧ酸化法により酸化シリコン膜８ａを形成する。
【０１４９】
酸化シリコン膜８ａの厚みは、例えば４ｎｍ程度とすることができる。また、他の形態として、酸化シリコン膜８ａをＡＬＤ法で形成することもできる。
【０１５０】
次に、酸化シリコン膜８ａ上に窒化シリコン膜８ｂを例えばＣＶＤ法で形成し、さらに窒化シリコン膜８ｂ上に酸化シリコン膜８ｃを例えばＣＶＤ法、ＩＳＳＧ酸化法またはその両方で形成する。これにより、酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃの積層膜からなる絶縁膜８を形成することができる。
【０１５１】
絶縁膜８は、メモリゲート電極ＭＧ（後述する図１９参照）のゲート絶縁膜として機能し、電荷保持機能を有する。絶縁膜８は、電荷蓄積部としての窒化シリコン膜８ｂを、電荷ブロック層としての酸化シリコン膜８ａと酸化シリコン膜８ｃとで挟んだ構造を有する。そして、酸化シリコン膜８ａおよび８ｃからなる電荷ブロック層のポテンシャル障壁高さが、窒化シリコン膜８ｂからなる電荷蓄積部のポテンシャル障壁高さに比べ、高くなる。
【０１５２】
なお、本実施の形態においては、トラップ準位を有する絶縁膜として、窒化シリコン膜８ｂを用いるが、窒化シリコン膜８ｂを用いた場合、信頼性の面で好適である。しかし、トラップ準位を有する絶縁膜としては、窒化シリコン膜に限定されず、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）膜、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜を用いることができる。
【０１５３】
次に、図１８に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、すなわち絶縁膜８上に、導電膜９を形成する（図６のステップＳ１５）。
【０１５４】
好適には、導電膜９は、例えば多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜などのシリコン膜からなる。このような導電膜９を、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、成膜時は導電膜９をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
【０１５５】
導電膜９として、例えばリン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）などのｎ型の不純物またはホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物を導入して低抵抗率としたものを用いることが、好ましい。不純物は、導電膜９の成膜時または成膜後に導入することができる。導電膜９の成膜後のイオン注入で導電膜９に不純物を導入することもできるが、導電膜９の成膜時に導電膜９に不純物を導入することもできる。導電膜９の成膜時に不純物を導入する場合には、導電膜９の成膜用のガスにドーピングガスを含ませることで、不純物が導入された導電膜９を成膜することができる。
【０１５６】
次に、図１９に示すように、異方性エッチング技術を用いて導電膜９をエッチバックすることにより、メモリゲート電極ＭＧを形成する（図６のステップＳ１６）。
【０１５７】
このステップＳ１６では、導電膜９の膜厚の分だけ導電膜９をエッチバックすることにより、制御ゲート電極ＣＧの両側面に、絶縁膜８を介して導電膜９をサイドウォールスペーサ状に残し、他の領域の導電膜９を除去する。
【０１５８】
これにより、図１９に示すように、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側の側面上に、絶縁膜８を介して導電膜９をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された導電膜９からなるメモリゲート電極ＭＧを形成する。具体的には、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２上に、メモリゲート電極ＭＧを形成する。また、制御ゲート電極ＣＧの両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側の側面上に、絶縁膜８を介して導電膜９をサイドウォールスペーサ状に残すことにより、残された導電膜９からなるスペーサＳＰ２１を形成する。
【０１５９】
メモリゲート電極ＭＧは、絶縁膜８を介して制御ゲート電極ＣＧと隣り合うように形成される。メモリゲート電極ＭＧとスペーサＳＰ２１とは、制御ゲート電極ＣＧの互いに反対側となる側面に形成される。
【０１６０】
制御ゲート電極ＣＧ上には、キャップ絶縁膜ＣＰ２が形成されている。したがって、メモリゲート電極ＭＧは、キャップ絶縁膜ＣＰ２の両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側の側面上に、絶縁膜８を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜９からなる。また、スペーサＳＰ２１は、キャップ絶縁膜ＣＰ２の両側面のうち、当該制御ゲート電極ＣＧと隣り合うメモリゲート電極ＭＧが配置される側と反対側の側面上に、絶縁膜８を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜９からなる。
【０１６１】
ステップＳ１６で形成されたメモリゲート電極ＭＧと半導体基板１のｐ型ウェルＰＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間には、絶縁膜８が介在しており、メモリゲート電極ＭＧは、絶縁膜８に接触した導電膜９からなる。
【０１６２】
ステップＳ１６のエッチバック工程を行った段階で、メモリゲート電極ＭＧおよびスペーサＳＰ２１のいずれにも覆われていない部分の絶縁膜８が、露出される。メモリゲート電極ＭＧ下の絶縁膜８が、メモリトランジスタＭＴのゲート絶縁膜ＧＩｍ（後述する図２２参照）となる。
【０１６３】
次に、図２０および図２１に示すように、スペーサＳＰ２１を除去する（図６のステップＳ１７）。
【０１６４】
このステップＳ１７において、まず、図２０に示すように、フォトリソグラフィを用いて、メモリゲート電極ＭＧが覆われ、かつ、スペーサＳＰ２１が露出されるようなレジストパターンＲ３を半導体基板１上に形成する。
【０１６５】
具体的には、まず、絶縁膜８上に、メモリゲート電極ＭＧおよびスペーサＳＰ２１を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜ＲＦ３を形成する。
【０１６６】
次に、レジスト膜ＲＦ３をパターニングし、メモリゲート電極ＭＧを覆うレジスト膜ＲＦ３からなるレジストパターンＲ３を形成する。そして、スペーサＳＰ２１をレジスト膜ＲＦ３から露出させる。
【０１６７】
このステップＳ１７において、次に、図２１に示すように、形成されたレジストパターンＲ３をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサＳＰ２１を除去する。一方、メモリゲート電極ＭＧは、レジストパターンＲ３で覆われていたので、エッチングされずに残される。
【０１６８】
このステップＳ１７では、その後、図２１に示すように、レジストパターンＲ２を除去する。
【０１６９】
次に、図２２に示すように、メモリゲート電極ＭＧで覆われていない部分の絶縁膜８を、エッチングによって除去する（図６のステップＳ１８）。
【０１７０】
このとき、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に位置する部分の絶縁膜８は、除去されずに残され、他の領域に位置する部分の絶縁膜８は除去される。そして、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷすなわち半導体基板１との間、および、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間の絶縁膜８からなるゲート絶縁膜ＧＩｍが形成される。
【０１７１】
なお、ステップＳ１８において、絶縁膜８のうち、酸化シリコン膜８ｃおよび窒化シリコン膜８ｂが除去され、酸化シリコン膜８ａが除去されずに残されるように、エッチングを行うこともできる。
【０１７２】
次に、図２３に示すように、ｎ−型半導体領域１１ａおよび１１ｂを、イオン注入法などを用いて形成する（図６のステップＳ１９）。
【０１７３】
このステップＳ１９では、例えばヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）などのｎ型の不純物を、制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧをマスクとして用いて、半導体基板１のｐ型ウェルＰＷに導入する。これにより、ｐ型ウェルＰＷの上層部に、ｎ−型半導体領域１１ａおよび１１ｂが形成される。
【０１７４】
この際、ｎ−型半導体領域１１ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面に自己整合して形成され、ｎ−型半導体領域１１ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面に自己整合して形成される。
【０１７５】
なお、ステップＳ１８を行った後、ステップＳ１９を行う前に、メモリセルＭＣが形成されるメモリセル領域とは異なる周辺回路領域（図示は省略）で、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、導電膜４（図７参照）をパターニングし、導電膜４からなるゲート電極（図示は省略）を形成してもよい。この際、レジストを塗布する前に、周辺回路領域で導電膜４をパターニングする際のメモリセル領域における保護膜として、メモリセル領域で、半導体基板１の主面１ａに、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜ＳＩＦと窒化シリコン膜（図示は省略）を形成してもよい。そして、周辺回路領域でゲート電極を形成した後、窒化シリコン膜を除去してもよい。このような場合、ステップＳ１９において、ｎ−型半導体領域１１ａおよび１１ｂを形成する際に、メモリセル領域で、制御ゲート電極ＣＧ、キャップ絶縁膜ＣＰ２およびメモリゲート電極ＭＧを覆うように、絶縁膜ＳＩＦ（後述する図２４参照）が形成されていることになる。
【０１７６】
次に、図２４に示すように、制御ゲート電極ＣＧの側面、ならびに、メモリゲート電極ＭＧの側面に、サイドウォールスペーサＳＷを形成する（図６のステップＳ２０）。
【０１７７】
まず、半導体基板１の主面１ａ全面に、サイドウォールスペーサＳＷ用の絶縁膜を形成し、形成された絶縁膜を例えば異方性エッチングによりエッチバックする。
【０１７８】
このようにして、制御ゲート電極ＣＧを挟んでメモリゲート電極ＭＧと反対側で制御ゲート電極ＣＧと隣り合う部分の絶縁膜を残すことにより、サイドウォールスペーサＳＷを形成する。また、メモリゲート電極ＭＧを挟んで制御ゲート電極ＣＧと反対側でメモリゲート電極ＭＧと隣り合う部分の絶縁膜を残すことにより、サイドウォールスペーサＳＷを形成する。
【０１７９】
これらのサイドウォールスペーサＳＷは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜からなる。
【０１８０】
なお、図２４に示す例では、制御ゲート電極ＣＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間、および、メモリゲート電極ＭＧとサイドウォールスペーサＳＷとの間には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜ＳＩＦが介在している。
【０１８１】
次に、図２５に示すように、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂを、イオン注入法などを用いて形成する（図６のステップＳ２１）。このステップＳ２１では、例えばヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）などのｎ型の不純物を、制御ゲート電極ＣＧおよびメモリゲート電極ＭＧと、それらと隣り合うサイドウォールスペーサＳＷとをマスクとして用いて半導体基板１のｐ型ウェルＰＷに導入する。これにより、ｐ型ウェルＰＷの上層部に、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂが形成される。
【０１８２】
この際、ｎ＋型半導体領域１２ａは、メモリゲート電極ＭＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷに自己整合して形成され、ｎ＋型半導体領域１２ｂは、制御ゲート電極ＣＧの側面上のサイドウォールスペーサＳＷに自己整合して形成される。
【０１８３】
このようにして、ｎ−型半導体領域１１ａとそれよりも高不純物濃度のｎ＋型半導体領域１２ａとにより、ＬＤＤ構造を有し、メモリトランジスタＭＴのソース領域として機能するｎ型の半導体領域ＭＳが形成される。また、ｎ−型半導体領域１１ｂとそれよりも高不純物濃度のｎ＋型半導体領域１２ｂとにより、ＬＤＤ構造を有し、制御トランジスタＣＴのドレイン領域として機能するｎ型の半導体領域ＭＤが形成される。
【０１８４】
その後、ｎ−型半導体領域１１ａおよび１１ｂ、ならびに、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂなどに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う。
【０１８５】
これにより、図２５に示すように、制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴが形成され、制御トランジスタＣＴおよびメモリトランジスタＭＴにより、不揮発性メモリとしてのメモリセルＭＣが形成される。すなわち、制御ゲート電極ＣＧと、ゲート絶縁膜ＧＩｃと、メモリゲート電極ＭＧと、ゲート絶縁膜ＧＩｍとにより、不揮発性メモリとしてのメモリセルＭＣが形成される。なお、隣り合う２つのメモリセルＭＣとしてのメモリセルＭＣ１およびＭＣ２は、ｎ＋型半導体領域１２ｂを共有する。
【０１８６】
次に、図２６および図２７に示すように、金属シリサイド層１３、絶縁膜１４、層間絶縁膜１５およびプラグＰＧを形成する（図６のステップＳ２２）。
【０１８７】
このステップＳ２２では、まず、図２６に示すように、半導体基板１の主面１ａ全面に、キャップ絶縁膜ＣＰ２、メモリゲート電極ＭＧおよびサイドウォールスペーサＳＷを覆うように、金属膜を形成する。金属膜は、例えばコバルト（Ｃｏ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、または、ニッケル白金合金膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。そして、半導体基板１に対して熱処理を施すことによって、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂ、ならびに、メモリゲート電極ＭＧのそれぞれの上層部を、金属膜と反応させる。これにより、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂ、ならびに、メモリゲート電極ＭＧの各々の上に、金属シリサイド層１３がそれぞれ形成される。
【０１８８】
金属シリサイド層１３は、例えばコバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、白金添加ニッケルシリサイド層とすることができる。その後、未反応の金属膜を除去する。このようないわゆるサリサイドプロセスを行うことによって、図３に示すように、ｎ＋型半導体領域１２ａおよび１２ｂ、ならびに、メモリゲート電極ＭＧの各々の上に、金属シリサイド層１３を形成することができる。
【０１８９】
このステップＳ２２では、次に、図２７に示すように、キャップ絶縁膜ＣＰ２、ゲート絶縁膜ＧＩｍ、メモリゲート電極ＭＧ、および、サイドウォールスペーサＳＷを覆うように、絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４は、例えば窒化シリコン膜からなる。絶縁膜１４を、例えばＣＶＤ法により形成することができる。
【０１９０】
このステップＳ２２では、次に、図２７に示すように、絶縁膜１４上に、層間絶縁膜１５を形成する。層間絶縁膜１５は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜１５を、例えばＣＶＤ法により形成した後、層間絶縁膜１５の上面を平坦化する。
【０１９１】
ステップＳ２２では、次に、図２７に示すように、層間絶縁膜１５を貫通するプラグＰＧを形成する。まず、フォトリソグラフィを用いて層間絶縁膜１５上に形成したレジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして、層間絶縁膜１５をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜１５にコンタクトホールＣＮＴを形成する。次に、コンタクトホールＣＮＴ内に、導電体部として、タングステン（Ｗ）などからなる導電性のプラグＰＧを形成する。
【０１９２】
プラグＰＧを形成するには、例えば、コンタクトホールＣＮＴの内部を含む層間絶縁膜１５上に、例えば、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、またはそれらの積層膜からなるバリア導体膜を形成する。それから、このバリア導体膜上にタングステン（Ｗ）膜などからなる主導体膜を、コンタクトホールＣＮＴを埋めるように形成し、層間絶縁膜１５上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法またはエッチバック法などによって除去する。これにより、プラグＰＧを形成することができる。なお、図面の簡略化のために、図２７では、プラグＰＧを構成するバリア導体膜および主導体膜を一体化して示してある。
【０１９３】
図２７に示すように、コンタクトホールＣＮＴおよびそれに埋め込まれたプラグＰＧは、ｎ＋型半導体領域１２ｂ上などに形成される。コンタクトホールＣＮＴの底部では、例えばｎ＋型半導体領域１２ｂ上の金属シリサイド層１３が露出する。そして、コンタクトホールＣＮＴに埋め込まれたプラグＰＧは、ｎ＋型半導体領域１２ｂ上に形成された金属シリサイド層１３と接触することにより、ｎ＋型半導体領域１２ｂと電気的に接続される。なお、図２７では図示を省略するが、プラグＰＧは、ｎ＋型半導体領域１２ａと電気的に接続されてもよい。
【０１９４】
以上のようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。なお、プラグＰＧが埋め込まれた層間絶縁膜１５上に、例えば銅（Ｃｕ）を主導電膜とする配線を、例えばダマシン技術を用いて形成することができるが、ここでは、その説明を省略する。
【０１９５】
＜電荷蓄積部に注入された電子および正孔の分布＞
次に、電荷蓄積部としての窒化シリコン膜８ｂに注入された電子および正孔の分布について、比較例と対比しながら説明する。
【０１９６】
図２８および図２９は、比較例の半導体装置の要部断面図である。図２９に示す断面図は、図２８に示す断面図のうち二点鎖線で囲まれた領域ＲＧ１０１を拡大して示す。
【０１９７】
図２８および図２９に示すように、比較例の半導体装置では、メモリゲート電極ＭＧ下の半導体基板１が掘り込まれておらず、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２は、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と同じ高さ位置に配置されている。また、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に領域ＡＲ３（図１参照）が配置されておらず、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３（図１参照）も形成されていない。
【０１９８】
なお、領域ＡＲ４の上面ＴＳ４も、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１と同じ高さ位置に配置されている。また、領域ＡＲ１と領域ＡＲ４との間に領域ＡＲ５（図１参照）が配置されておらず、上面ＴＳ１と上面ＴＳ４とを接続する接続面ＴＳ５（図１参照）も形成されていない。
【０１９９】
比較例の半導体装置では、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂの全てが、半導体基板１の上面に平行である。そのため、メモリトランジスタの絶縁膜８中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜８ｂに、前述したＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む場合、電子は、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに一様に注入されやすい。すなわち、電子ＥＬは、図２９の矢印ＥＬＡに示すように、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂのうち、ドレイン領域としての半導体領域ＭＤ側の部分のみならず、ソース領域としての半導体領域ＭＳ側の部分にも注入されやすい。
【０２００】
一方、比較例の半導体装置では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する場合、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、メモリゲート電極ＭＧの下面のうち制御ゲート電極ＣＧ側の端部ＥＰ１０６に集中する。そのため、正孔ＨＬは、図２９の矢印ＨＬＡに示すように、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂのうち、ｐ型ウェルＰＷ側、すなわち下側の部分に注入されやすい。
【０２０１】
したがって、比較例の半導体装置では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、互いに異なるか、または、互いに離れている。そのため、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合、窒化シリコン膜８ｂを含めたゲート絶縁膜ＧＩｍに残留する正孔の数が増加し、メモリセルの保持特性（リテンション特性）が低下し、半導体装置の特性を向上させることができない。
【０２０２】
ここで、メモリセルの保持特性とは、書き込み動作と消去動作を多数回、例えば１０００回程度繰り返した後、室温よりも高温、例えば１５０℃程度で長時間、例えば１００時間程度放置する際のメモリトランジスタの閾値電圧の経時変化により、評価することができる。
【０２０３】
前述したように、不揮発性メモリの微細化に伴って、メモリゲート電極ＭＧのゲート長が短くなると、ＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合に、ＢＴＢＴ現象による消去方法を用いた場合と比較して、消費電流を低減できる効果が顕著になる。しかし、上記したように、ＦＮ型トンネル現象による消去方法を用いた場合、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布が、データを書き込む際に、窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と異なるという課題が顕著になる。そのため、不揮発性メモリを容易に微細化することができない。
【０２０４】
一方、本実施の形態の半導体装置では、上面ＴＳ２が上面ＴＳ１よりも低く、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との間に、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３が形成されている。接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の端部ＥＰ１が、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の端部ＥＰ２に対してＸ軸方向におけるメモリゲート電極ＭＧ側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に配置されている。
【０２０５】
本実施の形態の半導体装置では、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂは、上面ＴＳ２に沿って形成された部分Ｐ１（図４参照）と、接続面ＴＳ３に沿って形成された部分Ｐ２（図４参照）と、を有する。そのため、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む場合、図４の矢印ＥＬＡに示すように、電子は、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすく、部分Ｐ１には注入されにくい。すなわち、電子ＥＬは、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂのうち、ドレイン領域としての半導体領域ＭＤ側の部分には注入されやすいが、ソース領域としての半導体領域ＭＳ側の部分には注入されにくい。
【０２０６】
一方、本実施の形態の半導体装置では、前述した図４を用いて説明したように、メモリゲート電極ＭＧは、上面ＴＳ２上に形成された電極部ＭＧ１と、電極部ＭＧ１に対して制御ゲート電極ＣＧ側に形成された電極部ＭＧ２と、を含む。電極部ＭＧ２は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と、電極部ＭＧ２の制御ゲート電極ＣＧ側の側面ＢＳ３とを接続する下面としての接続面ＢＳ２を有する。電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ５は、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１と接続され、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２の端部ＥＰ６は、電極部ＭＧ２の側面ＢＳ３と接続されている。端部ＥＰ５は、端部ＥＰ６に対してＸ軸方向における正側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ６よりも下方に配置されている。
【０２０７】
また、下面ＢＳ１と接続面ＢＳ２とにより角部ＡＰ１が形成され、接続面ＢＳ２と側面ＢＳ３とにより角部ＡＰ２が形成されている。
【０２０８】
このような場合、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する場合、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、端部ＥＰ６にも集中するが、端部ＥＰ５にも集中する。そのため、図４の矢印ＨＬＡに示すように、正孔ＨＬは、メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂ、すなわち部分Ｐ３のうち、ｐ型ウェルＰＷ側、すなわち下側の部分に加え、部分Ｐ２にも注入される。
【０２０９】
このように、本実施の形態の半導体装置では、データを書き込む際にも、窒化シリコン膜８ｂのうち部分Ｐ２に電子が注入され、データを消去する際にも、窒化シリコン膜８ｂのうち部分Ｐ２に正孔が注入される。そのため、本実施の形態の半導体装置では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、互いに近づくか、または、互いに同じになる。そのため、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合でも、窒化シリコン膜８ｂを含めたゲート絶縁膜ＧＩｍに残留する正孔の数が増加しないので、メモリセルの保持特性（リテンション特性）が低下することを防止または抑制することができ、半導体装置の特性を向上させることができる。
【０２１０】
なお、上記特許文献１に開示された技術でも、半導体基板は、第１の面と、第１の面から深さ方向に向かって第１の面よりも低い第２の面を有し、コントロールゲート電極は、第１の面上に設けられ、メモリゲート電極は、第２の面上に設けられている。また、上記特許文献１に開示された技術では、第１の面と第２の面との間の接続面は、第１の面および第２の面のいずれに対しても垂直である。
【０２１１】
しかし、上記特許文献１に開示された技術は、メモリゲート電極の幅を縮小した場合、メモリゲート電極下のチャネル長も短くなり、オフリーク電流が増大してしまう、という課題を解決するための技術である。したがって、上記特許文献１に開示された技術において、接続面の第２の面側の端部が、接続面の第１の面側の端部に対してＸ軸方向における正側に位置し、かつ、接続面の第１の面側の端部よりも下方に位置するように、接続面を傾斜させることは困難である。なぜなら、メモリゲート電極下のチャネル長が短くなり、上記特許文献１における課題を解決しにくくなるからである。
【０２１２】
＜接続面の傾斜角の好適な範囲＞
次に、接続面ＴＳ３の傾斜角の好適な範囲について、実施例１〜実施例４を比較しながら説明する。図３０は、実施例１の半導体装置の要部断面図であり、図３１は、実施例２の半導体装置の要部断面図であり、図３２は、実施例３の半導体装置の要部断面図であり、図３３は、実施例４の半導体装置の要部断面図である。図３０〜図３３に示す断面図は、図４に示す断面図のうち、接続面ＴＳ３の周辺を拡大して示す。
【０２１３】
まず、図３０〜図３２に示す実施例１〜実施例３として、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に平行であり、ＹＺ平面に対して傾斜していない場合について説明する。
【０２１４】
前述したように、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ１と定義する。このとき、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との間の鈍角を、角度ＡＮＳ１により表す。角度ＡＮＳ１と角度ＡＮＬ１との和は、１８０°に等しい。
【０２１５】
また、以下では、接続面ＴＳ３が制御ゲート電極ＣＧのＸ軸方向における正側の側面ＳＳ１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ３と定義する。このとき、接続面ＴＳ３と制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１との間の鈍角を、角度ＡＮＬ３により表す。角度ＡＮＳ３と角度ＡＮＬ３との和は、１８０°に等しい。
【０２１６】
なお、前述したように、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に平行であるため、角度ＡＮＳ１は、接続面ＴＳ３がＹＺ平面となす角度に等しい。
【０２１７】
図３０に示す実施例１では、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１よりも大きい（ＡＮＳ３＞ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１よりも小さい（ＡＮＬ３＜ＡＮＬ１）。また、図３１に示す実施例２では、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１と等しい（ＡＮＳ３＝ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１と等しい（ＡＮＬ３＝ＡＮＬ１）。また、図３２に示す実施例３では、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１よりも小さい（ＡＮＳ３＜ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１よりも大きい（ＡＮＳ３＞ＡＮＳ１）。
【０２１８】
また、以下では、接続面ＴＳ３の傾斜角の影響の比較を容易にするため、図３０に示す実施例１、図３１に示す実施例２および図３２に示す実施例３に示す場合のいずれにおいても、Ｚ軸方向における上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との距離を等しくしている。
【０２１９】
図３０に示す実施例１では、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子ＥＬは、図３０の矢印ＥＬＡに示すように、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすい。また、図３０に示す実施例１では、図３１に示す実施例２および図３２に示す実施例３に比べ、部分Ｐ２のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における正側、すなわちメモリゲート電極ＭＧ側に位置する。したがって、電子ＥＬは、比較例に比べれば、窒化シリコン膜８ｂのうち、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分に注入されやすくなるものの、実施例２および実施例３に比べると、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分には注入されにくい。
【０２２０】
一方、図３０に示す実施例１では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界のうち、大部分は、端部ＥＰ６すなわち角部ＡＰ２に集中するものの、一部は、端部ＥＰ５すなわち角部ＡＰ１にも集中する。そのため、図３０の矢印ＨＬＡ２に示すように、大部分の正孔ＨＬは、角部ＡＰ２の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入されるが、一部の正孔ＨＬは、角部ＡＰ１の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂにも注入される。
【０２２１】
そのため、図３０に示す実施例１では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とは、比較例に比べれば、互いに近づくものの、実施例２および実施例３に比べると、互いに離れている。
【０２２２】
次に、図３１に示す実施例２では、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子ＥＬは、図３１の矢印ＥＬＡに示すように、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすい。また、図３１に示す実施例２では、図３２に示す実施例３に比べれば、部分Ｐ２のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における正側、すなわちメモリゲート電極ＭＧ側に位置するものの、図３０に示す実施例１に比べると、部分Ｐ３のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における負側、すなわち制御ゲート電極ＣＧ側に位置する。したがって、電子ＥＬは、実施例１に比べれば、窒化シリコン膜８ｂのうち、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分に注入されやすくなるものの、実施例３に比べると、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分には注入されにくい。
【０２２３】
一方、図３１に示す実施例２では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、端部ＥＰ５すなわち角部ＡＰ１、および、端部ＥＰ６すなわち角部ＡＰ２に互いに略同程度に集中する。そのため、窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔のうち、図３１の矢印ＨＬＡ１に示すように、角部ＡＰ１の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔ＨＬの割合は、実施例１に比べれば多くなるが、実施例３に比べると少なくなる。また、窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔のうち、図３１の矢印ＨＬＡ２に示すように、角部ＡＰ２の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入される正孔ＨＬの割合は、実施例１に比べれば少なくなるが、実施例３に比べると多くなる。
【０２２４】
そのため、図３１に示す実施例２では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とは、実施例１に比べれば、互いに近づくものの、実施例３に比べると、互いに離れている。
【０２２５】
次に、図３２に示す実施例３では、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとしての電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子ＥＬは、図３２の矢印ＥＬＡに示すように、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすい。また、図３２に示す実施例３では、図３０に示す実施例１および図３１に示す実施例２に比べると、部分Ｐ２のＸ軸方向における中心は、Ｘ軸方向における負側、すなわち制御ゲート電極ＣＧ側に位置する。したがって、電子ＥＬは、実施例１および実施例２のいずれに比べても、窒化シリコン膜８ｂのうち、半導体領域ＭＤ（図４参照）側の部分に注入されやすくなる。
【０２２６】
一方、図３２に示す実施例３では、窒化シリコン膜８ｂに、前述したＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界は、端部ＥＰ６すなわち角部ＡＰ２にはあまり集中せず、端部ＥＰ５すなわち角部ＡＰ１に集中する。そのため、一部の正孔ＨＬは角部ＡＰ２の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入されるものの、大部分の正孔ＨＬは、図３２の矢印ＨＬＡ１に示すように、角部ＡＰ１の周辺に位置する部分の窒化シリコン膜８ｂに注入される。
【０２２７】
そのため、図３２に示す実施例３では、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子ＥＬの分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔ＨＬの分布とは、実施例１および実施例２のいずれに比べても、互いにより近づくか、または、互いに同じになる。
【０２２８】
すなわち、図３０〜図３２に示す実施例１〜実施例３を比べると、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、実施例１、実施例２、実施例３の順に、互いにより近づく。そのため、実施例１、実施例２、実施例３の順に、メモリセルの保持特性が低下することを防止または抑制する効果が増加し、半導体装置の特性を向上させる効果が増加する。
【０２２９】
ただし、角度ＡＮＳ３が０°、すなわち接続面ＴＳ３がＹＺ平面に平行になると、制御ゲートトランジスタのオン電流が低下する。したがって、角度ＡＮＳ３が０よりも大きいことが望ましい。すなわち、端部ＥＰ１が、端部ＥＰ２に対してＸ軸方向におけるメモリゲート電極ＭＧ側に配置され、かつ、Ｚ軸方向において、端部ＥＰ２よりも下方に配置されることが望ましい。
【０２３０】
また、図３０〜図３２に示す実施例１〜実施例３を比べると、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とを、互いに近づけるためには、Ｘ軸方向において、角部ＡＰ１の位置と、角部ＡＰ２の位置とを、近づけることが好ましい。角部ＡＰ１の位置と、角部ＡＰ２の位置とが近づくほど、窒化シリコン膜８ｂのうち上面ＴＳ２に沿って形成された部分Ｐ１のうち、角部ＡＰ１よりもＸ軸方向における負側、すなわち制御ゲート電極ＣＧ側に位置する部分の割合が多くなる。また、角部ＡＰ１の位置と、角部ＡＰ２の位置とが近づくと、端部ＥＰ１は、メモリゲート電極ＭＧ下ではなく、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置するようになる。
【０２３１】
あるいは、角度ＡＮＳ１が同じであっても、例えば上面ＴＳ１と上面ＴＳ２との間のＺ軸方向における距離を短くすることにより、窒化シリコン膜８ｂのうち上面ＴＳ２に沿って形成された部分Ｐ１のうち、メモリゲート電極ＭＧ下ではなく、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の割合を多くすることができる。
【０２３２】
上面ＴＳ２上、接続面ＴＳ３上、および、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１上に絶縁膜８を形成する際には、いずれの部分上における絶縁膜８の厚さ、すなわち酸化シリコン膜８ａ、窒化シリコン膜８ｂおよび酸化シリコン膜８ｃの膜厚も、略均一にすることができる。そのため、電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１は、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２と略平行になり、電極部ＭＧ２の接続面ＢＳ２は、領域ＡＲ３の接続面ＴＳ３と略平行になる。
【０２３３】
したがって、本実施の形態では、上面ＴＳ１、上面ＴＳ２および接続面ＴＳ３により形成される段差部の形状を調整することにより、メモリゲート電極ＭＧの角部ＡＰ１およびＡＰ２の形状を制御することができる。そして、メモリゲート電極ＭＧの角部ＡＰ１およびＡＰ２の形状を制御することにより、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とを、互いに近づけることができる。
【０２３４】
なお、図３０〜図３２に示すように、鋭角としての角度ＡＮＳ１を、接続面ＢＳ２が下面ＢＳ１となす角度と定義し、鋭角としての角度ＡＮＳ３を、接続面ＢＳ２が側面ＢＳ３となす角度と定義しても、実施例１〜実施例３の間で、同様の傾向が得られる。すなわち、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、実施例１、実施例２、実施例３の順に、互いにより近づく。
【０２３５】
ここで、図３３に示す実施例４として、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１の上端部が、Ｘ軸方向において、側面ＳＳ１の下端部に対してメモリゲート電極ＭＧと反対側に位置するように、側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に対して角度ＡＳだけ傾斜している場合を考える。このときも、接続面ＴＳ３が上面ＴＳ２となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＬ１と定義し、接続面ＴＳ３が制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１となす角度を、鋭角としての角度ＡＮＳ３と定義する。また、図３３に示す実施例４では、図３２に示す実施例３と同様に、角度ＡＮＳ３が角度ＡＮＳ１よりも小さい（ＡＮＳ３＜ＡＮＳ１）、すなわち角度ＡＮＬ３が角度ＡＮＬ１よりも大きい（ＡＮＬ３＞ＡＮＬ１）場合を示す。
【０２３６】
図３３に示す実施例４では、角度ＡＮＳ３は、制御ゲート電極ＣＧの側面ＳＳ１が、ＹＺ平面に平行な場合に比べ、角度ＡＳだけさらに小さくなる。そのため、図３２を用いて説明した最も好適な条件である実施例３の条件、すなわち角度ＡＮＳ３＜角度ＡＮＳ１が満たされやすくなり、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、さらに互いに近くなる。したがって、電荷蓄積部に正孔が残留することをさらに防止または抑制することができ、メモリセルの保持特性をさらに向上させることができる。
【０２３７】
＜接続面の長さおよびメモリゲート電極の下面の長さの好適な範囲＞
次に、接続面ＴＳ３の長さおよびメモリゲート電極ＭＧの下面の長さの好適な範囲について、実施例５を参照しながら説明する。図３４は、実施例５の半導体装置の要部断面図である。図３４に示す断面図は、図４に示す断面図のうち、接続面ＴＳ３の周辺を拡大して示す。
【０２３８】
図３４に示すように、好適には、Ｙ軸方向に垂直な断面において、接続面ＴＳ３に平行な方向における接続面ＴＳ３の長さＬ１、すなわち、端部ＥＰ１と端部ＥＰ２との距離としての長さＬ１は、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の上面ＴＳ２の、Ｘ軸方向における長さＬ２よりも長い。
【０２３９】
これにより、データを書き込む際に、窒化シリコン膜８ｂのうち、ＳＳＩ方式を用いてホットエレクトロンとして注入される電子が移動してくる方向と交差する部分である部分Ｐ２の割合を、当該電子が移動してくる方向に平行な部分である部分Ｐ１の割合に比べ、増加させることができる。そのため、窒化シリコン膜８ｂに、ＳＳＩ方式を用いて電子を注入することにより、データを書き込む際に、電子が、接続面ＴＳ３を横切って、部分Ｐ２に注入されやすくなる。すなわち、データの書き込み動作において注入された電子の分布を調整する観点からは、接続面ＴＳ３の長さＬ１を、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の上面ＴＳ２の長さＬ２よりも長くすることが好ましい。
【０２４０】
なお、接続面ＴＳ３の長さＬ１を、ゲート絶縁膜ＧＩｍ下に位置する部分の上面ＴＳ２の長さＬ２よりも長くすることにより、メモリゲート電極ＭＧのゲート長を短くしやすくなるので、不揮発性メモリの微細化にとって、有利である。
【０２４１】
一方、図３４に示すように、好適には、Ｙ軸方向に垂直な断面において、電極部ＭＧ２の下面としての接続面ＢＳ２に平行な方向における接続面ＢＳ２の長さＬ３、すなわち、端部ＥＰ５と端部ＥＰ６との距離としての長さＬ３は、Ｘ軸方向における電極部ＭＧ１の下面ＢＳ１の長さＬ４よりも短い。
【０２４２】
これにより、データを消去する際に、メモリゲート電極ＭＧとｐ型ウェルＰＷとの間の電界が集中する部分である、角部ＡＰ１および角部ＡＰ２を、互いに近づけることができる。そのため、窒化シリコン膜８ｂに、ＦＮ型トンネル現象を用いて正孔を注入することにより、データを消去する際に、窒化シリコン膜８ｂの部分Ｐ２に、正孔を確実に注入することができる。すなわち、データの消去動作において注入された正孔の分布を調整する観点からは、接続面ＢＳ２の長さＬ３を、下面ＢＳ１の長さＬ４よりも短くすることが好ましい。
【０２４３】
なお、前述した図３を用いて説明したように、接続面ＴＳ３と上面ＴＳ２との間に角部が形成されない場合には、長さＬ１を、端部ＥＰ２と端部ＥＰ１１（図３参照）との距離と定義し、長さＬ２を、ゲート絶縁膜ＧＩｍの制御ゲート電極ＣＧ側と反対側の端部と、端部ＥＰ１１との間の、Ｘ軸方向における距離と定義することができる。
【０２４４】
また、前述した図３を用いて説明したように、接続面ＢＳ２と下面ＢＳ１との間に角部が形成されない場合には、長さＬ３を、端部ＥＰ６と端部ＥＰ５１（図３参照）との距離と定義し、長さＬ４を、メモリゲート電極ＭＧの制御ゲート電極ＣＧ側と反対側の端部と、端部ＥＰ５１との間の、Ｘ軸方向における距離と定義することができる。
【０２４５】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞
本実施の形態の半導体装置では、半導体基板は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との間に配置された領域ＡＲ３を含み、制御ゲート電極ＣＧは、領域ＡＲ１の上面ＴＳ１上に形成され、メモリゲート電極ＭＧは、領域ＡＲ２の上面ＴＳ２上に形成されている。上面ＴＳ２は、上面ＴＳ１よりも低く、領域ＡＲ３は、上面ＴＳ１と上面ＴＳ２とを接続する接続面ＴＳ３を有する。メモリゲート電極ＭＧと制御ゲート電極ＣＧとの間、メモリゲート電極ＭＧと上面ＴＳ２との間、および、メモリゲート電極ＭＧと接続面ＴＳ３との間には、ゲート絶縁膜ＧＩｍが形成されている。接続面ＴＳ３の上面ＴＳ２側の端部ＥＰ１が、接続面ＴＳ３の上面ＴＳ１側の端部ＥＰ２に対してメモリゲート電極ＭＧ側に配置され、端部ＥＰ２よりも下方に配置されている。
【０２４６】
これにより、データを書き込む際に窒化シリコン膜８ｂに注入された電子の分布と、データを消去する際に窒化シリコン膜８ｂに注入された正孔の分布とが、互いに近づくか、または、互いに同じになる。そのため、書き込み動作と消去動作を多数回繰り返した場合でも、窒化シリコン膜８ｂを含めたゲート絶縁膜ＧＩｍに残留する正孔の数が増加しないので、メモリセルの保持特性を向上させることができ、半導体装置の特性を向上させることができる。
【０２４７】
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。
【符号の説明】
【０２４８】
１  半導体基板
１ａ  主面
３、５、６、８、１４  絶縁膜
４、９  導電膜
７  膜
８ａ、８ｃ  酸化シリコン膜
８ｂ  窒化シリコン膜
１１ａ、１１ｂ  ｎ−型半導体領域
１２ａ、１２ｂ  ｎ＋型半導体領域
１３  金属シリサイド層
１５  層間絶縁膜
ＡＮＬ１〜ＡＮＬ３、ＡＮＳ１〜ＡＮＳ３、ＡＳ  角度
ＡＰ１、ＡＰ２  角部
ＡＲ  活性領域
ＡＲ１〜ＡＲ５  領域
ＢＳ１  下面
ＢＳ１１、ＢＳ２１  平面
ＢＳ２  接続面
ＢＳ３  側面
ＣＧ  制御ゲート電極
ＣＮＴ  コンタクトホール
ＣＰ１、ＣＰ２  キャップ絶縁膜
ＣＴ  制御トランジスタ
ＥＬ  電子
ＥＬＡ、ＨＬＡ、ＨＬＡ１、ＨＬＡ２  矢印
ＥＰ１、ＥＰ１１、ＥＰ２〜ＥＰ５、ＥＰ５１、ＥＰ６  端部
ＦＴ１  膜厚
ＧＩｃ、ＧＩｍ  ゲート絶縁膜
ＨＬ  正孔
ＩＴ１  間隔
Ｌ１〜Ｌ４  長さ
ＭＣ、ＭＣ１、ＭＣ２  メモリセル
ＭＤ、ＭＳ  半導体領域
ＭＧ  メモリゲート電極
ＭＧ１、ＭＧ２  電極部
ＭＴ  メモリトランジスタ
Ｐ１〜Ｐ３  部分
ＰＧ  プラグ
ＰＷ  ｐ型ウェル
Ｒ１〜Ｒ３  レジストパターン
ＲＦ１〜ＲＦ３  レジスト膜
ＲＧ１、ＲＧ２  領域
ＳＩＦ  絶縁膜
ＳＯＦ１、ＳＯＦ２  犠牲酸化膜
ＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ２１  スペーサ
ＳＳ１  側面
ＳＷ  サイドウォールスペーサ
ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ４  上面
ＴＳ２１、ＴＳ３１  平面
ＴＳ３、ＴＳ５  接続面
ＶＭＧ  ｎ−型半導体領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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2016157393.tif 000038
2016157393.tif 000039
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