JP2010040753A - Method of manufacturing nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリサイド化工程を有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a silicidation process.
不揮発性半導体記憶装置の開発において、大容量化・低コストを達成するため素子の微細化が年々進められている。例えばNAND型フラッシュメモリ装置においても、ビット線やワード線といった各配線ピッチの微細化が進められている。しかし微細化の進行に伴い配線間の層間絶縁膜が薄くなることにより、配線間容量が増大することになり、素子の特性上で無視できなくなりつつある。 In the development of nonvolatile semiconductor memory devices, miniaturization of elements has been progressing year by year in order to achieve a large capacity and low cost. For example, in a NAND flash memory device, the wiring pitches such as bit lines and word lines are being miniaturized. However, as the miniaturization progresses, the interlayer insulating film between the wirings becomes thinner, so that the capacitance between the wirings increases, and it is becoming difficult to ignore the characteristics of the elements.
すなわち、配線間容量が増大すると、トンネル酸化膜に配線間容量が並列に繋がった状態になるので、トンネル酸化膜の容量は配線間容量を含む全容量の和となり、トンネル酸化膜の容量が見かけ上大きくなる。そのため、トンネル酸化膜にかかる電圧が小さくなるので、データを書き込むために、電圧をかけてトンネル酸化膜を経て浮遊ゲートへ電子を注入するのに時間がかかることになり、書き込み速度を遅くする主要因となっている。 In other words, when the capacitance between wires increases, the capacitance between wires is connected to the tunnel oxide film in parallel, so the capacitance of the tunnel oxide film is the sum of all the capacitances including the capacitance between wires, and the capacitance of the tunnel oxide film is apparent. Get bigger. As a result, the voltage applied to the tunnel oxide film becomes small, so it takes time to write data and inject electrons into the floating gate through the tunnel oxide film. It is a cause.
これを避けるためには、ワード線間の層間絶縁膜材料として一般的に使用されているシリコン酸化膜(比誘電率ε=3.9)に代えて、比誘電率がの低い材料に置き換える必要がある。そこで、特許文献1に示されるように、比誘電率の最も低い物質である空気(比誘電率ε=1)をワード線間絶縁膜として用いるエアギャップ構成が考えられている。
In order to avoid this, it is necessary to replace a silicon oxide film (relative permittivity ε = 3.9) generally used as an interlayer insulating film material between word lines with a material having a low relative permittivity. There is. Therefore, as shown in
しかしながら、素子の微細化に伴う配線抵抗の増大についても対応が必要とされていて、例えばメモリセルトランジスタの制御ゲートの上部にはワード線の配線抵抗を低くするためにシリサイド層を設けることが行なわれているが、特許文献1に示されるようなタングステンシリサイド(WSi)層を形成する構成のものでは、素子の動作に影響を与えるため、さらに低抵抗なシリサイド層を形成することが必要となっている。
However, it is necessary to cope with an increase in wiring resistance due to the miniaturization of elements. For example, a silicide layer is provided above the control gate of the memory cell transistor in order to reduce the wiring resistance of the word line. However, in the structure in which the tungsten silicide (WSi) layer as shown in
この場合、例えばニッケル(Ni)やコバルト(Co)などの低抵抗なシリサイド層を設ける場合には、熱処理温度の関係で初めからシリサイド層として形成することができず、制御ゲート電極としてアモルファスシリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を形成しておいて、ゲート電極構造を形成した後に制御ゲート電極の上面を露出させてシリサイド化の処理をする必要がある。このため、特許文献1の方法をそのまま採用することができない事情があった。
本発明は、シリサイド化処理を途中で実施する製造工程において、工程数を増大させることなくエアギャップ構造を形成することができる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device capable of forming an air gap structure without increasing the number of processes in a manufacturing process in which silicidation is performed in the middle.
本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1の態様は、半導体基板に第1のゲート絶縁膜を形成し、その第1のゲート絶縁膜上に第1の電極膜、第2のゲート絶縁膜、第2の電極膜、第1の絶縁膜を積層し、複数のゲート電極を分離形成する工程と、分離形成された複数の前記ゲート電極の間の前記半導体基板の表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、前記ソース/ドレイン領域形成後に、前記ゲート電極の間に塗布型絶縁膜を埋め込む工程と、前記ゲート電極の上面の前記第1の絶縁膜を剥離し、露出した前記第2の電極膜を所定量シリサイド化する工程と、コンタクト形成領域を除いて前記塗布型絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート電極の間への埋め込み性が低い条件で成膜することで前記ゲート電極間に空隙部を形成しつつ前記第2の電極膜を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程とを備えたところに特徴を有する。 According to a first aspect of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a first gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode film and a second gate are formed on the first gate insulating film. A step of laminating an insulating film, a second electrode film, and a first insulating film to separate and form a plurality of gate electrodes, and a source / drain on the surface of the semiconductor substrate between the plurality of separated gate electrodes A step of forming a region, a step of embedding a coating type insulating film between the gate electrodes after the formation of the source / drain regions, and a step of peeling and exposing the first insulating film on the upper surface of the gate electrode. A step of siliciding a predetermined amount of the electrode film of 2; a step of removing the coating-type insulating film except for a contact formation region; and a film formation under a condition that the embedding property between the gate electrodes is low. A gap is formed between the electrodes While having characterized in that comprising a step of forming a second insulating film to cover the second electrode layer.
また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第2の態様は、半導体基板に第1のゲート絶縁膜を形成し、その第1のゲート絶縁膜上に第1の電極膜、第2のゲート絶縁膜、第2の電極膜、第1の絶縁膜を積層し、複数のゲート電極を分離形成する工程と、分離形成された複数の前記ゲート電極の間の前記半導体基板の表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、前記ソース/ドレイン領域形成後に、前記ゲート電極の間に塗布型絶縁膜を埋め込む工程と、前記ゲート電極の上面の前記第1の絶縁膜を剥離し、露出した前記第2の電極膜を所定量シリサイド化する工程と、前記ゲート電極の上面およびゲート電極間の上面を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、コンタクト形成領域を除いて前記第2の絶縁膜を除去する工程と、前記コンタクト形成領域を除いて前記塗布型絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート電極の間への埋め込み性が低い条件で成膜することで前記ゲート電極間に空隙部を形成しつつ前記第2の電極膜を覆うように第3の絶縁膜を形成する工程とを備えたところに特徴を有する。 According to a second aspect of the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a first gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, a first electrode film and a second electrode are formed on the first gate insulating film. Laminating the gate insulating film, the second electrode film, and the first insulating film to separate and form a plurality of gate electrodes, and a source on the surface of the semiconductor substrate between the plurality of separately formed gate electrodes A step of forming a drain / drain region, a step of embedding a coating-type insulating film between the gate electrodes after the formation of the source / drain regions, and peeling and exposing the first insulating film on the upper surface of the gate electrode. A step of siliciding the second electrode film by a predetermined amount, a step of forming a second insulating film so as to cover an upper surface of the gate electrode and an upper surface between the gate electrodes, and the second electrode except for a contact formation region. For removing the insulating film Removing the coating-type insulating film except for the contact formation region, and forming the gap between the gate electrodes while forming a gap between the gate electrodes by forming a film under a condition of low embedding between the gate electrodes. And a step of forming a third insulating film so as to cover the second electrode film.
本発明によれば、シリサイド化処理を途中で実施する製造工程において、工程数を増大させることなくエアギャップ構造を形成することができる。 According to the present invention, it is possible to form an air gap structure without increasing the number of processes in a manufacturing process in which silicidation is performed in the middle.
(第1の実施形態)
以下、本発明をNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の第1の実施形態について図1ないし図12を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
(First embodiment)
A first embodiment when the present invention is applied to a NAND flash memory device will be described below with reference to FIGS. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
先ず、本実施形態のNAND型フラッシュメモリ装置の構成を説明する。図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。
NAND型フラッシュメモリ装置のメモリセルアレイは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2と、当該選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニット(メモリユニット)Suが行列状に形成されることにより構成されている。NANDセルユニットSu内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用する構成とされている。
First, the configuration of the NAND flash memory device of this embodiment will be described. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a part of a memory cell array formed in a memory cell region of a NAND flash memory device.
The memory cell array of the NAND flash memory device includes two selection gate transistors Trs1 and Trs2, and a plurality (for example, 8: 2 raised to the nth power (n: 8), for example, between the selection gate transistors Trs1 and Trs2. Are positive cell numbers)) memory cell transistors Trm, and NAND cell units (memory units) Su are formed in a matrix. In the NAND cell unit Su, a plurality of memory cell transistors Trm share a source / drain region with each other.
図1中X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(制御ゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続され、選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に直交するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2はソース領域を介して図1中X方向に延びるソース線SLに接続されている。 The memory cell transistors Trm arranged in the X direction (corresponding to the word line direction and the gate width direction) in FIG. 1 are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the selection gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a selection gate line SGL1, and the selection gate transistors Trs2 are commonly connected by a selection gate line SGL2. A bit line contact CB is connected to the drain region of the select gate transistor Trs1. The bit line contact CB is connected to a bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the gate length direction and the bit line direction) orthogonal to the X direction in FIG. The select gate transistor Trs2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 through a source region.
図2はメモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示す平面図である。半導体基板としてのシリコン基板1に、素子分離絶縁膜としてのSTI(shallow trench isolation)2が図2中Y方向に沿って所定間隔で複数本形成され、これによって活性領域3が図2中X方向に分離形成されている。活性領域3と直交する図2中X方向に沿って所定間隔でメモリセルトランジスタのワード線WLが形成されている。
FIG. 2 is a plan view showing a layout pattern of a part of the memory cell region. A plurality of STIs (shallow trench isolations) 2 as element isolation insulating films are formed at predetermined intervals along the Y direction in FIG. 2 on the
また、図2中X方向に沿って一対の選択ゲートトランジスタの選択ゲート線SGL1が形成されている。一対の選択ゲート線SGL1間は選択ゲート線SGL2間の間隔よりも広くなっていて、その活性領域3にはビット線コンタクトCBが形成されている。隣接するビット線コンタクトCBは、交互にいずれかの選択ゲート線SGL1に近づいた位置に配置され、いわゆる千鳥状に配置形成され、互いの配置間隔が広くなるように形成されている。
A selection gate line SGL1 of a pair of selection gate transistors is formed along the X direction in FIG. The distance between the pair of select gate lines SGL1 is wider than the distance between the select gate lines SGL2, and a bit line contact CB is formed in the
そして、一対の選択ゲート線SGL2間の活性領域には、これらを共通に接続するようにソースコンタクト線CSが形成されている。ワード線WLと交差する活性領域3上には第1のゲート電極であるメモリセルトランジスタのゲート電極MGが、選択ゲート線SGL1、SGL2と交差する活性領域3上には、それぞれ選択ゲートトランジスタのゲート電極SG1、SG2が形成されている。
A source contact line CS is formed in the active region between the pair of selection gate lines SGL2 so as to connect them in common. The gate electrode MG of the memory cell transistor which is the first gate electrode is formed on the
図3は、図2中、切断線A−Aで示す部分の断面図である。すなわち、活性領域3におけるゲート電極MGおよびそれらの両端に位置する選択ゲート電極SG1、SG2部分を中心として示したものである。この図3において、シリコン基板1上に形成されたゲート電極MGおよびゲート電極SG1、SG2は、第1のゲート絶縁膜4を介して浮遊ゲート電極用の電極膜である多結晶シリコン膜5、第2のゲート絶縁膜であるONO膜などからなる電極間絶縁膜6、制御ゲート電極用の電極膜である多結晶シリコン膜7および金属シリサイド層としてのコバルトシリサイド(CoSi)膜8が順次積層された構成となっている。なお、ゲート電極MGおよびSG1、SG2の側壁には、信頼性を向上させるためのシリコン酸化膜を形成する構成としても良い。また、金属シリサイド層は、ニッケルシリサイド(NiSi)膜を用いても良い。
3 is a cross-sectional view of a portion indicated by a cutting line AA in FIG. That is, the gate electrode MG in the
ゲート電極SGのゲート間絶縁膜6には、多結晶シリコン膜5と多結晶シリコン膜7を導通するための開口6aが形成され、この開口6a内に多結晶シリコン膜7が埋め込まれている。シリコン基板1のゲート電極MG−MG間、MG−SG1間、MG−SG2間にはソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域1aが形成され、ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間には、不純物拡散領域1aと同じく不純物拡散領域1bがそれぞれ形成されている。不純物拡散領域1bの中央部には、ビット線コンタクトのコンタクト抵抗を下げるための不純物拡散領域1cが形成されている。この不純物拡散領域1cは、不純物拡散領域1bよりも幅寸法が狭く、拡散深さ(pn接合の深さ)が深く形成されており、LDD(lightly doped drain)構造とされている。
In the inter-gate
ゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間は、それぞれ空隙部(エアギャップ)AG1、AG2として埋め込み物が存在しない領域として設けられている。これら空隙部AG1、AG2は、ゲート電極MG−SG1、MG−SG2間やMG−MG間に介在する誘電体としての空気の誘電率が最も小さいものとして設けた構成となっている。これにより、セル間の結合容量を低減することができる。 Between the gate electrodes MG-SG1, MG-SG2, and between the gate electrodes MG-MG are provided as void portions (air gaps) AG1, AG2, respectively, as regions where no embedded material exists. The air gaps AG1 and AG2 are provided with the smallest dielectric constant of air as a dielectric interposed between the gate electrodes MG-SG1 and MG-SG2 or between MG-MG. Thereby, the coupling capacity between cells can be reduced.
一対のゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間においては、それぞれ対向するゲート電極SG1、SG2の側壁面にシリコン酸化膜からなるスペーサ9が形成され、そのスペーサ9の表面およびシリコン基板1の表面をシリコン窒化膜10が覆うように形成されている。シリコン窒化膜10は、加工用のストッパ膜として機能するものである。さらに、ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間には、シリコン窒化膜10の内側にBPSG(boro-phospho-silicate glass)膜などの流動性が良好で埋め込み性が優れた膜により形成されている層間絶縁膜11が埋め込み形成されている。
Between the pair of gate electrodes SG1-SG1 and SG2-SG2,
ゲート電極MG、SG1、SG2およびそれらの間の上部を覆うように全面にシリコン酸化膜であるTEOS酸化膜12が形成されている。このTEOS酸化膜12は、後述するように、埋め込み性の悪い条件で敢えて形成することで、ゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間や、MG−MG間の空隙部AG1、AG2を積極的に残した状態に形成している。
A
ゲート電極SG1−SG1間には、図示のようにTEOS酸化膜12の上面からシリコン基板1の表面に達するコンタクトプラグ12が形成されている。コンタクトプラグ13はビット線コンタクトCBに相当し、前述のように、隣接するビット線コンタクトCBとは千鳥状に交互に配置されており、図示の場合には右側に寄った位置に形成されている。また、ゲート電極SG2−SG2間には、ビット線WL間を横断するように形成されたソースコンタクト14が形成されている。ソースコンタクト14は、ソースコンタクト線CSに相当している。
A
上記構成を採用しているので、ゲート電極MG、SG1、SG2の上部にシリサイド膜を形成する構成において、ワード線WL−WL間の配線間に、結合容量を最も小さくすることができる材料として、誘電率の最も小さい空気(真空状態も含む)を存在させる状態とする空隙部AG1、AG2を設ける構成とすることができる。これによって、配線間容量を低減でき、トンネル酸化膜にかかる電圧を大きくでき、データの書き込み速度が低減するのを抑制できる。 Since the above configuration is adopted, in the configuration in which the silicide film is formed on the gate electrodes MG, SG1, and SG2, as a material that can minimize the coupling capacitance between the wirings between the word lines WL and WL, It can be set as the structure which provides the space | gap part AG1, AG2 made into the state in which the air (a vacuum state is included) with the smallest dielectric constant exists. As a result, the inter-wiring capacitance can be reduced, the voltage applied to the tunnel oxide film can be increased, and the reduction in the data writing speed can be suppressed.
次に、上記構成を製造する場合の製造工程について図4〜図12も参照して説明する。
図4はシリコン基板1上にゲート電極MGおよび選択ゲート電極SG1、SG2を分離する加工工程を実施した後の状態を示している。ゲート電極MG、SG1、SG2を分離形成するまでの加工工程について簡単に説明する。まず、シリコン基板1の上に第1のゲート絶縁膜4を成膜し、この後、フローティングゲートとなる多結晶シリコン膜5、電極間絶縁膜6およびコントロールゲート(ワード線)となる多結晶シリコン膜7を積層形成する。
Next, a manufacturing process in the case of manufacturing the above configuration will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows a state after a processing step for separating the gate electrode MG and the selection gate electrodes SG1 and SG2 on the
さらに、多結晶シリコン膜7の上に、ドライエッチング加工でのハードマスクとなるシリコン窒化膜14を積層形成する。この後、フォトリソグラフィー処理により、ゲート電極MGおよび選択ゲート電極SG1、SG2のレジストパターンを形成し、RIE(reactive ion etching)法によりエッチング加工してゲート電極MG、選択ゲート電極SG1、SG2を分離形成する。
Further, a
なお、電極間絶縁膜6を多結晶シリコン膜5上に形成した後、ゲート電極SG1、SG2形成領域のゲート間絶縁膜6の一部を除去し、開口6aを形成している。ゲート間絶縁膜6上に多結晶シリコン膜7を形成した際、この開口6a内に多結晶シリコン膜7が埋め込まれ、電気的に導通状態となるように形成される。
After the interelectrode
この後、図示はしていないが、ゲート電極MG、SG1、SG2の各側壁部にシリコン酸化膜を形成する。その後、メモリセルトランジスタおよび選択ゲートトランジスタのソース/ドレイン領域に相当する不純物拡散領域1a、1bを形成するためのイオン注入処理を実施し、これによって図4に示した状態となる。なお、選択ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間のそれぞれが空隙部AG1であり、メモリセルトランジスタのゲート電極MG−MG間が空隙部AG2に相当する。
Thereafter, although not shown, a silicon oxide film is formed on each side wall portion of the gate electrodes MG, SG1, and SG2. Thereafter, an ion implantation process is performed to form
次に、図5に示すように、ゲート電極MG、SG1、SG2の間に塗布型絶縁膜であるポリシラザン15を埋め込み形成する。まず、ポリシラザン溶液を全体に塗布し、この後、有機溶剤を脱離させる為にアニール処理を行ってシリコン酸化膜に近い状態に置換させ、続いて、ゲート電極MG、SG1、SG2の上部のシリコン窒化膜14をストッパー材として、上部の不要な部分をCMP(chemical mechanical polishing)処理にて研磨し、平坦化することで図5に示す構造を得る。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、フォトリソグラフィ処理により、レジスト膜16を塗布し、選択ゲート電極SG1−SG1間およびSG2−SG2間以外のセルアレイの部分を覆うようにパターンニングする。続いて、選択ゲート電極SG1−SG1間およびSG2−SG2間に存在するポリシラザン15をフッ酸あるいはフッ酸・フッ酸化アンモニウム混合溶液等のエッチング液を用いてウェットエッチング法によって選択的に除去する。
これにより、レジスト16でカバーしたゲート電極MG−MG間、ゲート電極MG−SG1間およびMG−SG2間のポリシラザン15はそのまま残り、選択ゲート電極SG1−SG1間およびSG2−SG2間に存在するポリシラザン15のみが除去される。
Next, as shown in FIG. 6, a resist
Thereby, the
次に、図7に示すように、選択ゲート電極MG−SG1間およびMG−SG2間に不純物拡散領域1cを形成するためのスペーサ9を形成する。スペーサ材としては、TEOS等のシリコン酸化膜を所定膜厚で全面に堆積し、エッチバック処理によりスペーサ加工を行う。この後、イオン注入法により不純物をシリコン基板1の表層に注入し、不純物拡散領域1cを形成しいわゆるLDD構造とする。
Next, as shown in FIG. 7, a
この後、図8に示すように、上記構成の上面全面にシリコン窒化膜10を形成する。すなわち、ゲート電極MG、SG1、SG2上およびそれらの間のポリシラザン15の上面に形成すると共に、選択ゲート電極SG1−SG1間およびSG2−SG2間のスペーサ9の表面およびシリコン基板1の表面部分に形成する。このシリコン窒化膜10は、CMP処理のストッパでもあり、コンタクト形成時のストッパとしても機能する。
Thereafter, as shown in FIG. 8, a
次に、図9に示すように、各ゲート電極MG、SG1、SG2上にシリサイド層8を形成する。まず、選択ゲート電極MG−SG1間およびMG−SG2間に、BPSG膜などの層間絶縁膜11を埋め込み、シリコン窒化膜10をストッパとしてCMP処理により平坦化する。その後、ゲート電極MG、SG1、SG2の各上部のシリコン窒化膜14を除去する。続いて、その上面にシリサイド形成用の金属としてコバルト(Co)膜を成膜し、熱処理を行なってサリサイド化を行い、制御ゲート電極の上部の多結晶シリコン膜7をコバルトシリサイド(CoSi)膜8とする。シリサイド形成用の金属はニッケル(Ni)や他の金属を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、フォトリソグラフィ処理により、選択ゲート電極SG1−SG1間およびSG2−SG2間の上面を選択的に覆うようにレジスト17をパターンニングする。これにより、ゲート電極MG、SG1、SG2の各間に埋め込み形成されているポリシラザン15の上面が露出した状態となる。
Next, as shown in FIG. 10, the resist 17 is patterned by photolithography so as to selectively cover the upper surfaces between the select gate electrodes SG1 and SG1 and between SG2 and SG2. As a result, the upper surface of the
続いて、図11に示すように、レジスト17をマスクとして用いて、上記した上面が露出した状態のポリシラザン15をフッ酸あるいはフッ酸・フッ酸アンモニウム混合溶液でウェットエッチング法によって除去し、この後、レジスト17を剥離する。この結果、選択ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間はスペーサ9、シリコン窒化膜10、層間絶縁膜11が埋め込まれた状態となる。また、ゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間には、埋め込み物質が存在しない空隙部AG1、AG2が形成された状態となる。
Subsequently, as shown in FIG. 11, using the resist 17 as a mask, the
次に、図12に示すように、上記構成の上面に、シリコン酸化膜としてTEOS酸化膜12を、敢えて埋め込み性が悪い条件にて堆積することで、空隙部AG1、AG2を埋め込まれない状態となるように形成する。これにより、空隙部AG1、AG2は、内部に空気が存在する状態で上面をTEOS酸化膜12で閉塞されたたエアギャップ構造として形成される。
Next, as shown in FIG. 12, the
この後、図3に示したように、選択ゲート電極SG1−SG1間およびSG2−SG2間のそれぞれに、フォトリソグラフィ処理により、コンタクトプラグ13を形成する。まず、コンタクトホール形成用のレジストパターンを形成し、TEOS酸化膜12の上面から、層間絶縁膜11、シリコン窒化膜10およびゲート絶縁膜4を貫通してシリコン基板1の表面を露出するようにエッチングを行ない、コンタクトホールを形成する。この後、コンタクトプラグ用の導体材料をコンタクトホール内を埋め込むように堆積させ、CMP処理などによりコンタクトホール内以外の部分の導体材料を除去してコンタクトプラグ13を埋め込み形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, contact plugs 13 are formed by photolithography between the select gate electrodes SG1 and SG1 and between SG2 and SG2. First, a resist pattern for forming a contact hole is formed, and etching is performed from the upper surface of the
この場合、コンタクトプラグ13の導体材料としては、先にチタン(Ti)膜や、窒化チタン(TiN)膜などをバリアメタル膜として薄く成膜し、この後、タングステン(W)や銅(Cu)などの導体材料を埋め込むように形成する構成としても良い。以後、図示はしないが、この上層への多層配線プロセスが行なわれてメモリのチップとして形成される。
In this case, as a conductor material of the
このような本実施形態によれば、ゲート電極MG、SG1、SG2の上部にシリサイド膜を形成する構成において、ワード線WL−WL間の配線間つまりゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間には、埋め込み物質が存在しない空隙部AG1、AG2が形成された状態とすることができ、これによって、ゲート電極MG間の結合容量を最も小さくすることができる材料として、誘電率の最も小さい空気(真空状態も含む)を存在させる状態とすることができる。 According to the present embodiment, in the configuration in which the silicide film is formed on the gate electrodes MG, SG1, and SG2, between the wirings between the word lines WL and WL, that is, between the gate electrodes MG and SG1, between MG and SG2, and Between the gate electrodes MG and MG, gaps AG1 and AG2 in which no embedded substance exists can be formed, and as a material that can minimize the coupling capacitance between the gate electrodes MG, A state where air having a minimum dielectric constant (including a vacuum state) can be present.
そして、上記の空隙部AG1、AG2の形成に際して、制御ゲート電極の上部の多結晶シリコン膜7をシリサイド化してコバルトシリサイド(CoSi)膜8とする工程を経るときに、この空隙部AG1、AG2内にポリシラザン15を埋め込んだ状態とし、シリサイド膜8の形成後にポリシラザン15を除去するので、シリサイド工程を確実に実施しながら、空隙部AG1、AG2を形成することができる。
また、空隙部AG1、AG2を形成するため、ポリシラザン15を除去した後に、上部をTEOS膜12で閉塞する際に、その成膜条件として積極的に埋め込み性の悪い条件を採用することで達成できるので、特殊なプロセスを採用することなく確実にエアギャップ構造を形成することができる。
When forming the gaps AG1 and AG2, when the
Further, when the upper portion is closed with the
また、ゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間にポリシラザン15を埋め込んだ状態で、選択ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間にスペーサ9を形成して高濃度の不純物拡散領域1cを形成するイオン注入処理を実施するので、マスク材をとしてレジスト膜などを形成する必要がないので、自己整合的に且つプロセスの増加をすることなく不純物拡散領域1cの形成をすることができる。
Further, with the
(第2の実施形態)
図13および図14は本発明の第2の実施形態を示すもので、第1の実施形態と異なるところは、エアギャップの形成工程である。第1の実施形態と同様にして、図9に示す工程すなわち制御ゲート電極の多結晶シリコン膜7の上部をコバルトでシリサイド化してコバルトシリサイド(CoSi)層8を形成した後、図13に示すように、セルアレイ領域、周辺領域のすべての部分の上面に、例えばTEOS酸化膜のようなシリコン酸化膜18を成膜する。この後、フォトリソグラフィ処理により、レジストを塗布し、選択ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間の上面を残すパターンでエッチング用のレジスト膜19を形成する。
(Second Embodiment)
FIGS. 13 and 14 show a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is an air gap formation step. As in the first embodiment, after the step shown in FIG. 9, that is, the upper part of the
次に、図14に示すように、ワード線間のセルアレイの部分つまりゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間のポリシラザン15が露出するように、シリコン酸化膜18をドライエッチングにより除去する。これにより。選択ゲート電極SG1−SG1間、SG2−SG2間の上面部分を覆うようにシリコン酸化膜18aが残った状態となっている。その後、レジスト膜18をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 14, the
続いて、シリコン酸化膜18aをマスクとしてシリコン酸化膜のエッチングレートよりもポリシラザンのエッチングレートのほうが充分に大きい(ポリシラザンのエッチングがシリコン酸化膜に対して選択比がよい)、希フッ酸蒸気エッチング(VPC)のような手法で、露出状態となっているゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間のポリシラザン15の除去を行なう。これにより、第1の実施形態における図11に示した状態と同等の構成つまり、ゲート電極MG−SG1間、MG−SG2間およびゲート電極MG−MG間には、埋め込み物質が存在しない空隙部AG1、AG2が形成された状態とすることができる。
Subsequently, when the
この後、第1の実施形態における図12に示したように、上面に全面にシリコン酸化膜としてTEOS酸化膜12を、敢えて埋め込み性が悪い条件にて堆積することで、空隙部AG1、AG2を埋め込まれない状態となるように形成する。これにより、空隙部AG1、AG2は、内部に空気が存在する状態で上面をTEOS酸化膜12で閉塞されたたエアギャップ構造として形成される。
以上のような第2の実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 12 in the first embodiment, the
In the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
(他の実施形態)
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
本実施形態では、メモリセルのゲート電極MGの形成としてコバルトシリサイド膜8を適用した事例を紹介したが、シリサイド膜を形成する金属は、Ni、Pt,Ti,Ta,Wを用いる事でも同様の効果を得ることができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
In the present embodiment, the case where the
浮遊ゲート電極あるいは制御ゲート電極としての多結晶シリコン膜は、アモルファスシリコン膜を用いることもできる。
電極間絶縁膜6は、ONO膜以外に、NONON(nitride-oxide-nitride-oxide-nitride)膜を用いることもできる。
電極間絶縁膜6は、中央にアルミニウム膜やハフニウム膜を使用することもできる。
ワード線WLの形成工程では、側壁転写技術により通常のリソグラフィ処理では得られない微細な幅寸法を有するパターンを形成してエッチング処理をするようにしても良い。
An amorphous silicon film can be used as the polycrystalline silicon film as the floating gate electrode or the control gate electrode.
The interelectrode
The interelectrode
In the formation process of the word line WL, the etching process may be performed by forming a pattern having a fine width dimension that cannot be obtained by a normal lithography process by the sidewall transfer technique.
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、2はSTI(素子分離領域)、3は活性領域、8はコバルトシリサイド膜(金属シリサイド層)、10はシリコン窒化膜、11は層間絶縁膜、12はTEOS酸化膜、13はコンタクトプラグ、15はポリシラザン(塗布型絶縁膜)、MGはメモリセルトランジスタのゲート電極、SG1、SG2は選択ゲートトランジスタのゲート電極、AG1、AG2は空隙部である。 In the drawings, 1 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 2 is an STI (element isolation region), 3 is an active region, 8 is a cobalt silicide film (metal silicide layer), 10 is a silicon nitride film, 11 is an interlayer insulating film, 12 Is a TEOS oxide film, 13 is a contact plug, 15 is a polysilazane (coating insulating film), MG is a gate electrode of a memory cell transistor, SG1 and SG2 are gate electrodes of a selection gate transistor, and AG1 and AG2 are voids.
Claims (5)
分離形成された複数の前記ゲート電極の間の前記半導体基板の表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース/ドレイン領域形成後に、前記ゲート電極の間に塗布型絶縁膜を埋め込む工程と、
前記ゲート電極の上面の前記第1の絶縁膜を剥離し、露出した前記第2の電極膜を所定量シリサイド化する工程と、
コンタクト形成領域を除いて前記塗布型絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート電極の間への埋め込み性が低い条件で成膜することで前記ゲート電極間に空隙部を形成しつつ前記第2の電極膜を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate, laminating a first electrode film, a second gate insulating film, a second electrode film, and a first insulating film on the first gate insulating film; Separating and forming a plurality of gate electrodes;
Forming source / drain regions on the surface of the semiconductor substrate between the plurality of gate electrodes formed separately;
Embedding a coating-type insulating film between the gate electrodes after forming the source / drain regions;
Peeling off the first insulating film on the upper surface of the gate electrode and siliciding the exposed second electrode film by a predetermined amount;
Removing the coating-type insulating film except for the contact formation region;
Forming a second insulating film so as to cover the second electrode film while forming a gap between the gate electrodes by forming the film under a condition that the embedding property between the gate electrodes is low. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
分離形成された複数の前記ゲート電極の間の前記半導体基板の表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース/ドレイン領域形成後に、前記ゲート電極の間に塗布型絶縁膜を埋め込む工程と、
前記ゲート電極の上面の前記第1の絶縁膜を剥離し、露出した前記第2の電極膜を所定量シリサイド化する工程と、
前記ゲート電極の上面およびゲート電極間の上面を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、
コンタクト形成領域を除いて前記第2の絶縁膜を除去する工程と、
前記コンタクト形成領域を除いて前記塗布型絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート電極の間への埋め込み性が低い条件で成膜することで前記ゲート電極間に空隙部を形成しつつ前記第2の電極膜を覆うように第3の絶縁膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 Forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate, laminating a first electrode film, a second gate insulating film, a second electrode film, and a first insulating film on the first gate insulating film; Separating and forming a plurality of gate electrodes;
Forming source / drain regions on the surface of the semiconductor substrate between the plurality of gate electrodes formed separately;
Embedding a coating-type insulating film between the gate electrodes after forming the source / drain regions;
Peeling off the first insulating film on the upper surface of the gate electrode and siliciding the exposed second electrode film by a predetermined amount;
Forming a second insulating film so as to cover the upper surface of the gate electrode and the upper surface between the gate electrodes;
Removing the second insulating film except for a contact formation region;
Removing the coating-type insulating film except for the contact formation region;
Forming a third insulating film so as to cover the second electrode film while forming a gap between the gate electrodes by forming a film under a condition that the embedding property between the gate electrodes is low. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
前記第2の電極膜を所定量シリサイド化する工程に先立って、
前記ゲート電極の間に埋め込んだ前記塗布型絶縁膜のうちコンタクトを形成する部分の前記塗布型絶縁膜を除去する工程と、
前記塗布型絶縁膜を除去した部分に対向する前記ゲート電極の側壁にスペーサを形成する工程と、
前記スペーサを形成した部分の前記ソース/ドレイン領域の表面に高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記スペーサを形成した部分の前記ゲート電極の間に第4の絶縁膜を埋め込む工程と
を実施することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
Prior to the step of silicidating the second electrode film by a predetermined amount,
Removing the coating-type insulating film in a portion of the coating-type insulating film embedded between the gate electrodes to form a contact;
Forming a spacer on the side wall of the gate electrode facing the portion where the coating type insulating film is removed;
Forming a high-concentration impurity region on the surface of the source / drain region in the portion where the spacer is formed;
And a step of embedding a fourth insulating film between the gate electrodes in the portion where the spacer is formed.
前記塗布型絶縁膜は、ポリシラザン(過水素化シラザン重合体)膜であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 In the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device according to claim 1,
The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the coating type insulating film is a polysilazane (perhydrogenated silazane polymer) film.
前記ゲート電極間の空隙部を覆うように前記ゲート電極の間への埋め込み性が低い条件で成膜する絶縁膜は、TEOS酸化膜であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 In the manufacturing method of the non-volatile semiconductor memory device according to claim 1,
The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the insulating film formed under the condition of low embedding between the gate electrodes so as to cover the gap between the gate electrodes is a TEOS oxide film.
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