JP2001189392A - 半導体集積回路デバイス - Google Patents
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Abstract
ドウ開口を同時に開ける方法を提供すること。 【解決手段】 フィールド酸化物領域と、そこから離間
した活性領域とを有するシリコン製基板と、フィールド
酸化物領域と、活性領域にそれぞれ関連して、第1と第
2の自己整合接点ウィンドウ開口内にそれぞれ形成され
た第1と第2の自己整合接点と、フィールド酸化物領域
の上で、かつ前記第1自己整合接点ウィンドウ開口の下
に形成されたダミーのポリシリコンランディングパッド
と、ダミーのポリシリコンランディングパッドの上に形
成された動作用ポリシリコンランディングパッドとを有
する。
Description
し、特に、メモリデバイスと論理デバイスに広く用いら
れる集積回路の自己整合接点とパッド構造の製造方法に
関する。
回路の製造に用いられ、例えばフラッシュメモリデバイ
スとして用いられるDRAMとSRAMで、通常用いら
れる。これらの半導体メモリデバイスは、ポリシリコ
ン、あるいは他の材料のプラグを受け入れ、セルトラン
ジスタのソース領域をセルキャパシタの蓄積電極に接続
する様々な接点ウィンドウを有する。この接点ウィンド
ウはまた、セルトランジスタのドレイン領域をビットラ
インに接続している。またこの種の半導体デバイスは、
フローティングゲート構造を有し、そこにデータがフロ
ーティングゲート上でチャージ(電荷)の形態で記憶さ
れる。
ず、好ましくは半導体デバイスを形成するのに用いられ
る露光ツールの解像度の限界より小さいのが好ましい。
従来の接点ウィンドウの製造技術は、自己整合接点とも
称し、ワードラインとゲート構造の間にあるソース/ド
レイン領域にウィンドウ開口を形成するのに用いられ
る。自己整合の接点開口は、ワードライン構造間に存在
するスペースよりも幅が広い。そのためこの自己整合接
点ウィンドウ開口は、ソース/ドレイン領域の幅全体の
みならず、絶縁層でキャップされたポリサイド製のゲー
ト構造、あるいは他のゲート構造の上部表面の一部の露
出部分を含む。
スペース、あるいは設計の許容度が半導体デバイスの電
気的完全性を維持するために、半導体デバイス間で維持
されている。例えば、金属接点を半導体デバイスの拡散
領域内に形成する際の不整合は、接点と周囲のデバイ
ス、例えばポリシリコンゲートとの間にスペースが必要
とされ別の問題を引き起こす。金属接点が、例えば金属
接点とゲートとの間で整合しない場合に起こるこの種の
問題を回避するために、ランディングパッドが金属接点
とその下の拡散領域との間に形成される。このランディ
ングパッドは、ドープしたポリシリコン層から形成さ
れ、そしてこのポリシリコン層の上に珪化物層が形成さ
れ、シート抵抗を許容レベルまで減らしている。ランデ
ィングパッドにより通常セルの大きさが減少し、より大
きな不整合の問題を緩和(解決)している。
合接点および/またはランディングパッドを具備したデ
バイスの製造方法が、米国特許第5166771号、第
5828130号、第5866449号、第58959
61号、第5907779号、第5923988号の特
許に開示されている。
スは、多くのSRAMとDRAMの製造技術で通常用い
られている。しかしこのプロセスは、別のマスクおよび
エッチングプロセスが、論理プロセスと適合性を有する
ようにする必要がある。酸化物に対し窒化物のエッチン
グ選択性が小さい第1回目のエッチングステップを実行
し、スペーサが露出しなければならない場所に、第2回
目のエッチングステップを実行する。かくして、ポリシ
リコンとシリコンの両方の上部に、接点ウィンドウ開口
と、自己整合の接点ウィンドウ開口を同時に開けること
は困難である。
ばメモリデバイスのフローティングゲート製造プロセス
において、通常のウィンドウ開口と自己整合接点ウィン
ドウ開口を同時に開ける方法を提供することである。
1回のエッチングとレジストプロセスで済むように、実
際のポリシリコン製のランニングパッドを隆起させるた
めに、ポリシリコンプロセスにおいてフローティングゲ
ートの形成プロセスの間、ダミーのランディングパッド
を規定し、形成する。
載した特徴を有する。すなわち、フィールド酸化物領域
と、そこから離間した活性領域とを有するシリコン製基
板と、フィールド酸化物領域と、活性領域にそれぞれ関
連して、第1と第2の自己整合接点ウィンドウ開口内に
それぞれ形成された第1と第2の自己整合接点と、フィ
ールド酸化物領域の上で、かつ前記第1自己整合接点ウ
ィンドウ開口の下に形成されたダミーのポリシリコンラ
ンディングパッドと、ダミーのポリシリコンランディン
グパッドの上に形成された動作用ポリシリコンランディ
ングパッドとを有することを特徴とする。
項2に記載した特徴を有する。すなわち、第2の自己整
合接点ウィンドウ開口は、第1の自己整合接点エッチン
グステップの間に形成された第1上部部分と、第2自己
整合接点エッチングステップの間に形成された第2下部
部分とを有することを特徴とする。本発明は請求項3に
記載した特徴を有する。すなわち、第1の自己整合接点
ウィンドウ開口は、第1の自己整合接点エッチングステ
ップの間に形成されることを特徴とする。本発明は請求
項4に記載した特徴を有する。すなわち、自己整合接点
エッチングステップの前に形成された窒化シリコン層を
さらに有することを特徴とする。本発明は請求項5に記
載した特徴を有する。すなわち、ダミーのポリシリコン
ランディングパッドは、フローティングゲート製造プロ
セスの間に形成されることを特徴とする。本発明は請求
項6に記載した特徴を有する。すなわち、第2の自己整
合接点ウィンドウ開口の下に配置された酸化物薄膜層を
さらに有することを特徴とする。本発明は請求項7に記
載した特徴を有する。すなわち、活性領域の部分の上に
形成されたポリシリコンランディングパッドをさらに有
することを特徴とする。本発明は請求項8に記載した特
徴を有する。すなわち、活性領域の部分の上のポリシリ
コンランディングパッドの端部に形成された側壁スペー
サをさらに有することを特徴とする。
に記載した特徴を有する。すなわち、ポリシリコンラン
ディングパッドの端部に形成された側壁スペーサをさら
に有することを特徴とする。
を製造する際に、実際のポリシリコンパッドを隆起させ
るために、実際のポリ−ランディングパッド用のダミー
ランディングパッドと、自己整合接点ウィンドウ開口を
形成するのに用いられる、ポリシリコンプロセスを提供
するために利点がある。かくして、実際のポリシリコン
がダミーのポリシリコンパッドにより隆起した場合に
は、2つの接点ウィンドウ開口を同時に形成できる。か
くして、自己整合接点ウィンドウ開口は、ポリ−ランデ
ィングパッドの上部内に形成され、自己整合接点用の第
1エッチングステップの間に形成される。自己整合接点
(self-aligned contat:SAC)製造は、多くのSR
AMとDRAMの技術とともに通常用いられる。しかし
自己整合接点プロセスは、論理プロセスと適合できる余
分のマスクとエッチングプロセスを必要とする。本発明
の利点は、自己整合接点をSRAMおよび/またはDR
AMメモリブロックと、フラッシュFFLAと、類似の
メモリブロック用のチップ内で、余分のマスクとエッチ
ングプロセスを用いずに行うことができるという点であ
る。
グパッド特徴がフローティングゲートのマスクに追加さ
れる。このダミーポリ−ランディングパッドの上に、自
己整合接点ウィンドウ開口用の実際のポリ−ランディン
グパッドが被せられる。このダミーポリ−ランディング
パッドは、実際のポリランディングパッドを隆起させる
ためのものであり、実際のランディングパッドがダミー
ランディングパッドにより隆起したあと、ウィンドウ開
口がこの実際のランディングパッドの上部に規定され、
一方自己整合接点ウィンドウ開口が酸化物製の薄膜層の
上部に形成される。窒化シリコン層が当業者に公知の方
法で形成される。本発明の一態様においては、このダミ
ーランディングパッドは、ダミーがフローティングゲー
トであるように絶縁された領域にフローティングゲート
製造プロセスの時に形成される。
素子の断面図を示し、集積回路のMOSFETを形成す
るプロセスを用いて、ドープトシリコン製基板26の上
にP型とN型のウェル20とフィールド酸化物領域2
2、ゲート酸化物層24を形成する。ゲート酸化物層2
4の厚さは様々であるが、通常50Åであり、他の厚さ
も選択できる。
pressure chemical vapor deposition:LPCVD)に
より形成され、N型不純物のような不純物が拡散ドープ
されて、所望のシート抵抗を達成する。このポリシリコ
ン層30a、ポリシリコン層30bは、完成した半導体
デバイスのゲートとして後で機能する。通常第1レベル
の相互接続構造(図示せず)が、メモリアレイの周辺に
配置され、そしてこれはポリシリコンのこの層から形成
される。その後酸化物層32a、酸化物層32bを、ポ
リシリコン層上に成長し、その後、窒化シリコン層34
a、窒化シリコン層34bをLPCVDにより酸化物層
32a、酸化物層32bの上に形成する。
ン層30bを公知のフォトマスキングとサンドイッチエ
ッチング技術を用いて形成される。これらの技術は、窒
化シリコン層と酸化シリコン層のプラズマエッチング
と、ポリシリコン層のプラズマエッチングをするステッ
プを含み、これらの層によりカバーされたポリシリコン
ゲートを形成する。
したドレイン/ソース36を形成する。このドレイン/
ソース36はウェルの導電型、あるいはウェルが存在し
ない場合には基板の導電型とは反対の導電型を有する。
TEOSを用いて酸化シリコン層のCVDの後、反応性
イオンエッチングを行って、二酸化シリコン製のゲート
側壁スペーサ38を形成する。酸化物層を熱的に成長さ
せて、ソース領域とドレイン領域をキャップして、スペ
ーサをより酸化物にするよう高密度化する。N型とP型
のドレイン/ソース領域40が、公知のマスクイオン注
入により形成され、ドーパントノードはこれらの領域の
cm3あたりのドーパント元素の量である。窒化シリコ
ン層44をCVD等により堆積する。
ゲート接点領域が形成され、第1レジスト層21と第2
レジスト層22が当業者の公知の技術により形成され
る。接点ウィンドウ開口が酸化物層と窒化物層により形
成され、電気的接触がそれぞれのポリシリコン層30
a、ポリシリコン層30bに対し行われる。ポリシリコ
ン製の絶縁マスクを用いて、ポリシリコン層30bに接
触するようにウィンドウ開口を形成することによりゲー
トを露出させる。この露出したポリシリコン層30b
は、ゲート以上の接点サイズを有し、かくして整合の許
容度が緩やかとなる。マスクの整合が悪い場合でさえ
も、ゲートを露出するように酸化物層と窒化シリコン層
をエッチングする間、ソース領域とドレイン領域の露出
を第1レジスト層21が阻止する。かくしてゲートへの
電気的接触が、ソースまたはドレインとゲートとの間の
短絡を引き起こさずに、ゲート下のトランジスタの活性
チャネル領域の上で形成される。
形成されたウィンドウ開口により露出した領域内で、酸
化物が除去される場所のゲート接点を露出するために、
複数回のエッチングステップが行われる。第1と第2の
フォトレジスト層を除去した後、標準のウェットリン酸
エッチングが行われる。厚い酸化物層を除去すると、ゲ
ートの側上の酸化物のステップの高さが減少して、ポリ
シリコン製のゲート接点(図示せず)と、その上のポリ
シリコン層30bが形成される。ソース領域とドレイン
領域への接点が、埋め込まれた接点マスクを用いて形成
され、そで、窒化シリコン層がゲートをカバーする酸化
物の一部を除去した後、その場所でゲートを保護する。
ポリシリコン層30aに接触するスペーサ酸化物と、保
護用の窒化シリコン層により、ソースとドレインの接触
接点用金属がその後堆積され、ゲート内のソースとドレ
インとの間の短絡を引き起こすことなくゲートを覆う。
点と相互接続構造により露出したシリコンは、スパッタ
チタン層を堆積し、その後急速熱アニールを用いること
により珪化物化され、これがその下のソースとドレイン
とゲート領域と相互接続構造を、後続の処理ステップの
間保護する。スパッタチタン層と、酸化物製の厚膜層
と、ポリシリコン層を含む他の層を追加することができ
る。図1とそれに関連した記載は、自己整合接点ウィン
ドウの半導体製造プロセスの一例であるが、本発明が改
良しようとする自己整合接点を形成する従来技術を記載
するものである。
ために、半導体デバイス間である特徴サイズと最小のス
ペース、あるいは設計許容値を維持しなければならな
い。様々な拡散領域への金属接点を形成する際の不整合
が、ゲート領域に接触する金属での不整合、あるいは他
のスペースの問題が発生したときに、問題を生成するこ
とがある。かくして、ランディングパッドは金属製接点
とその下の拡散領域との間に形成される。このランディ
ングパッドは通常、ドープしたポリシリコン層から形成
され、このドープしたポリシリコン層の上に珪化物層が
形成されて、シート抵抗を許容レベルまで低下させる。
このランディングパッドにより、セルが小型化され、不
整合の問題を緩和できる。通常ランディングパッドは、
ランディングパッドへの接点開口をエッチングする際に
は良好なエッチストップである。
より、半導体チップの小型化および高性能化に寄与で
き、さらにまた光リソグラフとドライエッチングのよう
な半導体製造技術に対する前進がはかられる。自己整合
接点の技術思想は、ワードラインとゲート構造との間の
ソース/ドレイン領域への開口を用いる。自己整合接点
開口はワードライン構造間のスペースよりも幅が広くな
る。自己整合接点開口内に露出したソース/ドレイン領
域への金属構造は、ポリシリコン、または金属の珪化物
−ポリシリコン(ポリサイド)層を用いて形成される。
グゲートトランジスタ64を用いたNANDメモリ60
(図3A)と、NORセル62のフラッシュメモリセル
を示す。フローティングゲートトランジスタ64は、フ
ローティングゲート66上のチャージ(電荷)の形態で
データを記憶し、プログラミングの容易さおよび長期に
わたる電荷の保持のために二進情報記憶に有効である。
フローティングゲートは通常、SiO2製の絶縁層によ
り包囲される。多くの二進のアプリケーションにおいて
は情報の蓄積は、フローティングゲート66上に大量の
電荷を保持すること、あるいはフローティングゲート6
6から電荷を除去することにより達成される。図2に示
すように、ゼロ値用のフローティングゲート66は、N
+ソース68からフローティングゲート66への電子の
位相を示し、1の値に対しては電子の位相は、フローテ
ィングゲート66からN+ソース68に行われる。フロ
ーティングゲートトランジスタ64はそれぞれ、N+ド
レイン70と、この実施例においてはP型基板72と制
御ゲート74を有する。
は、より高密度にするためにセルを直列に接続し、一方
NORセル62は、より高速なアクセスのためにセルを
並列に接続している。図3Bは、制御ゲートとフローテ
ィングゲートのワードライン76とドレインとソースと
ビットライン78を示す。
開口を用いた従来の構造を示し、シリコン製基板90
は、ソース領域とドレイン領域(図示せず)を含む、フ
ィールド酸化物領域91aとそれから離間した活性領域
91bと、フィールド酸化物領域91aの上に形成され
たポリシリコン製ランディングパッド92を有する。同
図には通常のウィンドウ開口100が示され、接点10
0aを有する。自己整合接点ウィンドウ開口102が図
4Bの酸化物薄膜層103の上に形成され、102aを
含む。通常のウィンドウ開口100、自己整合接点ウィ
ンドウ開口102は、当業者の公知の方法により形成さ
れたプラグを含む。通常のウィンドウ開口100、自己
整合接点ウィンドウ開口102は、酸化物製の側壁スペ
ーサ105を有する。ハードマスク酸化物105aと窒
化シリコン層105bが形成されている。窒化シリコン
層105b、あるいはそれに類似して形成された層は、
本発明にとって必須のものであり、ライナーを形成す
る。
1の自己整合接点エッチングステップにより形成された
第1上部部分110を有する。第2下部部分112は、
第2回目の自己整合接点エッチングステップにより形成
され、図に示した構造体を形成する。ポリシリコン製ラ
ンディングパッド構造114は、活性領域91bの上に
形成される。図4Bは、ポリシリコン製ランディングパ
ッド92と自己整合接点ウィンドウ開口102と通常の
ウィンドウ開口100の平面図である。
同図においてダミーランディングパッド130がフロー
ティングゲート製造プロセスの間に形成される。その結
果、通常のウィンドウ開口100は、第1自己整合接点
131aを具備した第1自己整合接点ウィンドウ開口1
31として形成される。実際のポリシリコン製ランディ
ングパッド132が、この第1の自己整合接点ウィンド
ウ開口に形成され、図4Aに示す自己整合接点ウィンド
ウ開口に対応する第2の自己整合接点ウィンドウ140
により持ち上げられる。図4A、Bに示した構造体にお
いては、自己整合接点エッチングプロセスは、2回のエ
ッチングステップで実行され、第1回のステップは、酸
化物に対し窒化物のエッチング選択性が少なく、単に誘
電体を除去するものである。第2回のエッチングステッ
プは、窒化シリコン層105bに対し酸化物とシリコン
の優れたエッチング選択性を示さない。その理由はスペ
ーサを保護する必要があるからである。かくして図4
A、Bの従来技術によれば、ポリシリコンの上部とシリ
コンの上部に通常のウィンドウ開口を形成すること、お
よび同時に自己整合接点ウィンドウ開口を形成すること
は不可能である。
131、第2の自己整合接点ウィンドウ140の両方
が、本発明によれば、実際のポリ−ランディングパッド
がダミーランディングパッド130により持ち上げられ
たときには同時に形成され、かくしてポリシリコン製の
ランディングパッドの上部の通常ウィンドウが、第1回
の自己整合接点エッチングステップにより形成される。
第2の自己整合接点ウィンドウ140は、第1回のエッ
チングステップの間に形成された上部部分142と第2
の下部部分144を有する。
製造する基本的なステップを示すフローチャートが示さ
れている。ブロック200に示すように、ダミーのポリ
シリコンランディングパッドがまず形成される。その
後、ポリゲート積層体、例えばゲート酸化物とポリシリ
コンとハードマスク酸化物が堆積される(202)。そ
の後ポリゲートが、例えばゲートリソグラフ技術と、無
線周波数プラズマエッチングにより形成される(20
4)。スペーサ用の酸化物がTEOSフィルムにより堆
積される(206)。スペーサが無線周波数プラズマエ
ッチングにより形成される(208)。窒化シリコン
が、低圧CVD、高密度プラズマ、あるいはPECVD
で堆積される(210)。誘電体1が高密度プラズマ、
PSG酸化物、またはBPSGにより堆積される(21
2)。最後に、第1のウィンドウ自己整合接点エッチン
グが行われる(214)。
3つのステップから成り立っている。第1のエッチング
ステップは、窒化物に対し酸化物のエッチング選択性の
少ないものであるが、第2のエッチングステップは、窒
化物に対する酸化物のエッチング選択性が大きいもので
ある。その理由は、このエッチングは、シリコン窒化物
フィルム上で停止するからである。次にガスの組成をシ
リコン窒化物を除去するよう変更する。このエッチング
は、シリコン酸化物に対するシリコン窒化物のエッチン
グ選択性の大きいものである。上記の説明は、注入は自
己整合接点プロセスとは無関係であるために、トランジ
スタの形成に必要とされる注入プロセスについては含ん
でいない。
のステップによる素子の断面図。
断面図。
子の配線図。 B:NORフラッシュメモリ回路の基本的素子の配線
図。
ミーランディングパッドが形成される、本発明の自己整
合接点構造の断面図。 B:フローティングゲート製造プロセス中にダミーラン
ディングパッドが形成される、本発明の自己整合接点構
造の平面図。
形成する 202 ポリシリコン製ゲート積層構造を形成する 204 ポリシリコン製のゲートを形成する 206 スペーサ用酸化物を堆積する 208 スペーサを形成する 210 窒化シリコン層を堆積する 212 誘電体層1を堆積する 214 第1ウィンドウ自己整合接点エッチングを実行
する
Claims (18)
- 【請求項1】 フィールド酸化物領域と、そこから離間
した活性領域とを有するシリコン製基板と、 前記フィールド酸化物領域と活性領域にそれぞれ関連し
て、第1と第2の自己整合接点ウィンドウ開口内にそれ
ぞれ形成された第1と第2の自己整合接点と、 前記フィールド酸化物領域の上で、かつ前記第1自己整
合接点ウィンドウ開口の下に形成されたダミーのポリシ
リコンランディングパッドと、 前記ダミーのポリシリコンランディングパッドの上に形
成された動作用ポリシリコンランディングパッドと、を
有することを特徴とする半導体集積回路デバイス。 - 【請求項2】 前記第2の自己整合接点ウィンドウ開口
は、 第1の自己整合接点エッチングステップの間に形成され
た第1上部部分と、 第2自己整合接点エッチングステップの間に形成された
第2下部部分とを有することを特徴とする請求項1記載
のデバイス。 - 【請求項3】 前記第1の自己整合接点ウィンドウ開口
は、第1の自己整合接点エッチングステップの間に形成
されることを特徴とする請求項2記載のデバイス。 - 【請求項4】 自己整合接点エッチングステップの前に
形成された窒化シリコン層をさらに有することを特徴と
する請求項3記載のデバイス。 - 【請求項5】 前記ダミーのポリシリコンランディング
パッドは、フローティングゲート製造プロセスの間に形
成されることを特徴とする請求項1記載のデバイス。 - 【請求項6】 前記第2の自己整合接点ウィンドウ開口
の下に配置された酸化物薄膜層をさらに有することを特
徴とする請求項1記載のデバイス。 - 【請求項7】 活性領域の部分の上に形成されたポリシ
リコンランディングパッドをさらに有することを特徴と
する請求項1記載のデバイス。 - 【請求項8】 前記活性領域の部分の上のポリシリコン
ランディングパッドの端部に形成された側壁スペーサを
さらに有することを特徴とする請求項1記載のデバイ
ス。 - 【請求項9】 前記ポリシリコンランディングパッドの
端部に形成された側壁スペーサをさらに有することを特
徴とする請求項1記載のデバイス。 - 【請求項10】 (A)半導体基板内にフィールド酸化
物領域とそこから離間した活性領域とを形成するステッ
プと、 (B)前記フィールド酸化物領域と活性領域のそれぞれ
に関連して、第1と第2の自己整合接点ウィンドウ開口
を形成するステップと、 (C)前記フィールド酸化物領域の上で、かつ前記第1
の自己整合接点ウィンドウ開口の下にダミーのポリシリ
コンランディングパッドを形成するステップと、 (D)前記ダミーのポリシリコンランディングパッドの
上に、動作用ポリシリコンランディングパッドを形成す
るステップと、ことを特徴とする半導体集積回路デバイ
スの製造方法。 - 【請求項11】 (E)第1の自己整合接点エッチング
ステップの間に、第2の自己整合接点ウィンドウ開口の
第1上部部分と、第2の自己整合接点エッチングステッ
プの間に第2の下部部分を形成するステップをさらに有
することを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 (F)前記第1の自己整合接点エッチ
ングステップの間に、第1の自己整合接点ウィンドウ開
口を形成するステップをさらに有することを特徴とする
請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 (G)自己整合接点エッチングステッ
プの前に、窒化シリコン層を形成するステップをさらに
有することを特徴とする請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 (H)フローティングゲート製造プロ
セスの間にダミーのランディングパッドを形成するステ
ップをさらに有することを特徴とする請求項10記載の
方法。 - 【請求項15】 (I)第2の自己整合接点ウィンドウ
開口が酸化物製の薄膜層の上に形成されるよう、酸化物
層の薄膜層を形成するステップをさらに有することを特
徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項16】 (J)前記活性領域の部分の上に、ポ
リシリコンランディングパッドを形成するステップをさ
らに有することを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項17】 (K)前記活性領域の部分の上のポリ
シリコンランディングパッドの端部に、側壁スペーサを
形成するステップをさらに有することを特徴とする請求
項10記載の方法。 - 【請求項18】 (L)前記動作用ポリシリコンランデ
ィングパッドの端部に、側壁スペーサを形成するステッ
プをさらに有することを特徴とする請求項10記載の方
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