JP2005072167A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的には、半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的には、SAC(self align contact)構造を用いた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention generally relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using a SAC (self align contact) structure and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の集積度が向上し、メモリセルの微細化が進むに伴い、ゲート電極間の距離が短くなっている。このような状況下で、ゲート電極に短絡させることなくフォトレジストマスクのみでゲート電極間にコンタクトを形成することが困難となってきている。そこで、短絡を発生させないコンタクトの形成方法が様々考えられており、その1つの方法としてSAC(self align contact)構造を用いた方法がある。 In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has improved and the miniaturization of memory cells has progressed, the distance between gate electrodes has become shorter. Under such circumstances, it has become difficult to form a contact between gate electrodes using only a photoresist mask without short-circuiting the gate electrodes. Therefore, various methods for forming a contact that does not cause a short circuit have been considered, and one method is to use a SAC (self align contact) structure.
このSAC構造を用いた場合、ゲート電極およびゲート電極上に形成されるワードラインを覆うように、たとえばシリコン窒化膜からなるサイドウォールが形成される。そして、ゲート電極間に形成されるコンタクトは、一部がそのサイドウォールに達するように形成される。 When this SAC structure is used, a sidewall made of, for example, a silicon nitride film is formed so as to cover the gate electrode and the word line formed on the gate electrode. A contact formed between the gate electrodes is formed so that a part thereof reaches the side wall.
また別に、高耐圧のゲート電極を有する電界効果型トランジスタを得ることを目的とした半導体装置の製造方法が、特開昭61−147579号公報に開示されている(特許文献1)。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor device for the purpose of obtaining a field effect transistor having a high breakdown voltage gate electrode is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-147579 (Patent Document 1).
特許文献1に開示されている半導体装置の製造方法によれば、ポリシリコン層とタングステンシリサイド層とからなるゲート電極を形成するため、異方性ドライエッチングを行なう。その後さらに、過酸化水素水およびアンモニア水の混合液を用いてウェットエッチングを行なう。このウェットエッチングにより、タングステンシリサイド層のみにエッチングがなされ、ゲート電極の断面形状が凸型に形成される。ウェットエッチング工程時、タングステンシリサイド層の頂面上にはレジスト膜がマスクとして形成されている。
According to the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in
さらに別に、フォトレジストのアライメントマージンを大きくすることを目的とした半導体記憶装置の製造方法が、特開平9−275152号公報に開示されている(特許文献2)。さらに別に、層間絶縁膜等の平坦化を容易にするとともに、ポケット層等の間隔をゲート長に対する所定値にすることを目的とした電界効果型半導体装置およびその製造方法が、特開平8−288510号公報に開示されている(特許文献3)。
既に説明したように、SAC構造では、コンタクトの一部がゲート電極およびワードラインを覆うサイドウォールに達している。このため、そのコンタクトを充填するコンタクトプラグは、サイドウォールに接触して形成される。しかしこの場合、サイドウォールを挟んだコンタクトプラグとワードラインとの間の距離が小さいため、その部分で耐圧が低下するという問題が生じる。このため、半導体装置を動作させた時にリーク電流が発生し、動作不良を引き起こす原因となる。 As already described, in the SAC structure, a part of the contact reaches the sidewall covering the gate electrode and the word line. For this reason, the contact plug filling the contact is formed in contact with the sidewall. However, in this case, since the distance between the contact plug and the word line sandwiching the sidewall is small, there arises a problem that the withstand voltage is lowered at that portion. For this reason, when the semiconductor device is operated, a leak current is generated, which causes a malfunction.
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、コンタクトプラグとゲート電極との間の耐圧が十分に確保された高い信頼性を有する半導体装置およびその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a highly reliable semiconductor device in which a withstand voltage between a contact plug and a gate electrode is sufficiently secured, and a method for manufacturing the same. .
この発明に従った半導体装置は、主表面を含む半導体基板と、主表面上に形成され、第1の頂面を含むゲート電極と、第1の頂面上に形成され、第1の頂面の面積よりも小さい面積で形成された第2の頂面を含む金属配線と、第2の頂面と、ゲート電極および金属配線の側壁とを覆うゲート保護膜と、ゲート保護膜を覆うように主表面上に形成され、主表面に達する孔を含む層間絶縁膜と、ゲート保護膜に接触する部分を含み、孔を充填する導電層とを備える。層間絶縁膜は、所定のエッチング条件に対してゲート保護膜よりエッチングされやすい。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate including a main surface, a gate electrode formed on the main surface and including a first top surface, and a first top surface formed on the first top surface. A metal wiring including a second top surface formed in an area smaller than the area, a gate protection film covering the second top surface and the side walls of the gate electrode and the metal wiring, and a gate protection film An interlayer insulating film formed on the main surface and including a hole reaching the main surface, and a conductive layer including a portion in contact with the gate protective film and filling the hole. The interlayer insulating film is more easily etched than the gate protective film under predetermined etching conditions.
この発明に従えば、コンタクトプラグとゲート電極との間の耐圧が十分に確保された高い信頼性を有する半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which a withstand voltage between the contact plug and the gate electrode is sufficiently secured and a method for manufacturing the same.
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1における半導体装置を示す断面図である。図2は、図1中の半導体装置を示す平面図であり、上層に位置する構造が省略されて描かれている。図1は、図2中のI−I線上に沿った断面図である。
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor device in FIG. 1, in which the structure located in the upper layer is omitted. 1 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
図1および図2を参照して、半導体装置は、主表面1aを有するシリコン基板1と、主表面1a上に下から順に積層されたフローティングゲート電極2mおよび2n、ONO膜3mおよび3n、コントロールゲート電極4mおよび4nならびにワードライン5mおよび5nと、これらの積層体を覆うように主表面1a上に形成されたゲート保護膜6mおよび6nと、主表面1a上に形成され、コンタクトホール7を有する層間絶縁膜8と、コンタクトホール7を充填するコンタクトプラグ9とを備える。このような構造を備える半導体装置は、不揮発性半導体記憶装置のフラッシュメモリを構成している。
Referring to FIGS. 1 and 2, a semiconductor device includes a
シリコン基板1の主表面1aには、素子が形成される能動領域31が一方向に延在している。能動領域31の両側には、隣り合う能動領域31を互いに分離する分離領域34が形成されている。
On the
主表面1a上には、シリコン酸化膜からなるトンネル酸化膜41mおよび41nが形成されている。トンネル酸化膜41mおよび41n上には、ポリシリコンからなるフローティングゲート電極2mおよび2nが互いに距離を隔てて形成されている。フローティングゲート電極2mおよび2nは、それぞれ能動領域31が延在する方向に交差するように形成されている。
フローティングゲート電極2mおよび2nの間に位置する主表面1aには、ドレイン領域32が形成されている。フローティングゲート電極2mおよび2nを挟んでドレイン領域32の反対側の主表面1aには、それぞれソース領域33が形成されている。ドレイン領域32およびソース領域33は、不純物領域によって構成されており、シリコン基板1にドープされている不純物と逆導電型の不純物がドープされて形成されている。
A
フローティングゲート電極2mおよび2n上には、酸化膜、窒化膜および酸化膜の3層構造からなるONO膜3mおよび3nが形成されている。さらに、ONO膜3mおよび3n上には、ポリシリコンからなるコントロールゲート電極4mおよび4nが形成されている。コントロールゲート電極4mおよび4nは、能動領域31に交差しており、能動領域31が延在する方向にほぼ直交する方向に延在している。コントロールゲート電極4(4mおよび4n)は、ONO膜3mおよび3nに接触する表面とは反対側に、頂面4aを有する。
On floating
ドレイン領域32からソース領域33へと向かうチャネル長方向(コントロールゲート電極4mおよび4nが延在する方向に直交する方向)において、コントロールゲート電極4の頂面4aは、幅B1で形成されている。幅B1は、たとえば、160nmから170nm程度である。同様の方向において、コントロールゲート電極4mおよび4n、ONO膜3mおよび3nならびにフローティングゲート電極2mおよび2nは、後に説明する図6中のシリコン窒化膜11mおよび11nとほぼ同じ幅か少し広い幅で形成されている。コントロールゲート電極4mおよび4n、ONO膜3mおよび3nならびにフローティングゲート電極2mおよび2nの側壁には、側壁酸化膜42が薄く形成されている。
In the channel length direction (direction perpendicular to the direction in which control
コントロールゲート電極4の頂面4a上には、タングステンシリサイド(WSi)からなるワードライン5mおよび5nが形成されている。また、タングステンシリサイドにかえて、ワードライン5mおよび5nをタングステン(W)から形成しても良い。抵抗率が低いタングステンシリサイドやタングステンを用いることによって、ワードライン5mおよび5nの低抵抗化を図ることができる。ワードライン5mおよび5nは、コントロールゲート電極4mおよび4nが延在する方向に延在している。ワードライン5(5mおよび5n)は、頂面4aに接触する表面とは反対側に、頂面5aを有する。頂面5aは、コントロールゲート電極4の頂面4aよりも小さい面積で形成されている。
On the
チャネル長方向において、ワードライン5の頂面5aは、幅B1よりも小さい幅B2で形成されている。幅B2は、たとえば、75nmから85nm程度である。同様の方向において、ワードライン5mおよび5nは幅B2で形成されている。
In the channel length direction, the
ワードライン5の両側に位置するコントロールゲート電極4の頂面4aには、ワードライン5から露出する露出部4yが形成されている。露出部4yは、頂面4aの周縁から、頂面4aがワードライン5の側壁に連なるまでの部分にあたる。露出部4yは、コントロールゲート電極4mおよび4nが延在する方向に延在している。いずれの露出部4yもほぼ同じ幅で形成されている。
An exposed
主表面1a上には、シリコン窒化膜からなるゲート保護膜6mおよび6nが距離を隔てて形成されている。ゲート保護膜6mは、ワードライン5の頂面5aと、コントロールゲート電極4mの露出部4yと、コントロールゲート電極4m、ONO膜3mおよびフローティングゲート電極2mの側壁に設けられた側壁酸化膜42とを覆っている。ゲート保護膜6nは、ワードライン5の頂面5aと、コントロールゲート電極4nの露出部4yと、コントロールゲート電極4n、ONO膜3nおよびフローティングゲート電極2nの側壁に設けられた側壁酸化膜42とを覆っている。
Gate
ゲート保護膜6mおよび6nの表面は、頂面側で直線状に形成されており、その頂面側から主表面1aに向けて弧状に延びている。ゲート保護膜6mおよび6nは、接触する各ゲート電極の側壁からゲート保護膜6mおよび6nの表面までの距離が主表面1aから遠ざかるに従って小さくなるように形成されている。フローティングゲート電極2mおよび2nの間に位置する主表面1aの一部は、ゲート保護膜6mおよび6nから露出している。ゲート保護膜6mおよび6nの表面の一部を覆うように、シリコン窒化膜43mおよび43nが薄く形成されている。
The surfaces of gate
主表面1a上には、シリコン窒化膜43mおよび43nを覆うように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜8が形成されている。ゲート保護膜6mおよび6nを形成するシリコン窒化膜は、層間絶縁膜8をエッチングする際の所定のエッチング条件に対して一定以上の選択比を有する。
On
層間絶縁膜8には、フローティングゲート電極2mおよび2nの間に位置する主表面1aに達するコンタクトホール7が形成されている。コンタクトホール7の一部は、ゲート保護膜6mおよび6nによって規定されている。コンタクトホール7を充填するように、タングステン(W)からなるコンタクトプラグ9が形成されている。コンタクトプラグ9は、主表面1aに形成されたドレイン領域32に接触している。コンタクトプラグ9の部分9pは、ゲート保護膜6mおよび6nに接触している。
In
ゲート保護膜6mおよび6nを介して形成されたコンタクトプラグ9とワードライン5との間の距離L(コンタクトプラグ9と頂面5aの周縁との間の距離)は、0<L≦90nmの関係を満たしている。
The distance L between the
この発明の実施の形態1に従った半導体装置は、主表面1aを含む半導体基板としてのシリコン基板1と、主表面1a上に形成され、第1の頂面としての頂面4aを含むゲート電極と、頂面4a上に形成され、頂面4aの面積よりも小さい面積で形成された第2の頂面としての頂面5aを含む金属配線としてのワードライン5mおよび5nと、頂面5aと、ゲート電極およびワードライン5mおよび5nの側壁とを覆うゲート保護膜6mおよび6nと、ゲート保護膜6mおよび6nを覆うように主表面1a上に形成され、主表面1aに達する孔としてのコンタクトホール7を含む層間絶縁膜8と、ゲート保護膜6mおよび6nに接触する部分9pを含み、コンタクトホール7を充填する導電層としてのコンタクトプラグ9とを備える。層間絶縁膜8は、所定のエッチング条件に対してゲート保護膜6mおよび6nよりエッチングされやすい。
A semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a
ゲート電極およびワードライン5は、一方向に延在している。頂面4aは、ワードライン5の両側においてワードライン5から露出し、ゲート電極およびワードライン5が延在する方向に延びる露出部4yを有する。言い換えれば、ゲート電極は、チャネル長方向に第1の幅で形成されており、ワードライン5は、チャネル長方向に第1の幅よりも小さい第2の幅で形成されている。
The gate electrode and the
コンタクトプラグ9からワードライン5までの距離Lは、0を超え90nm以下である。より好ましくは、コンタクトプラグ9からワードライン5までの距離Lは、70nm以上90nm以下である。ワードライン5mおよび5nは、タングステンシリサイドおよびタングステンの少なくとも一方を含む。
The distance L from the
ゲート電極は、主表面1a上に形成されたフローティングゲート電極2mおよび2nと、フローティングゲート電極2mおよび2n上に形成された誘電体膜としてのONO膜3mおよび3nと、ONO膜3mおよび3n上に形成され、頂面4aを有するコントロールゲート電極4mおよび4nとから構成されている。
Gate electrodes are formed on floating
図3から図11は、図1中の半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。以下、図1および図3から図11を用いて、図1中の半導体装置の製造方法について説明を行なう。 3 to 11 are cross-sectional views showing the steps of the method of manufacturing the semiconductor device in FIG. A method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 1 will be described below with reference to FIGS. 1 and 3 to 11.
図3を参照して、シリコン基板1の主表面1a上に、トンネル酸化膜41nおよび41mとなるシリコン酸化膜41を形成する。次に、シリコン酸化膜41上に、フローティングゲート電極2(2mおよび2n)、ONO膜3(3mおよび3n)、コントロールゲート電極4およびワードライン5を形成するためのポリシリコン膜、ONO膜、ポリシリコン膜およびタングステンシリサイド膜を順次堆積する。さらに、コントロールゲート電極4を形成するためのポリシリコン膜上に、シリコン窒化膜11を堆積する。
Referring to FIG. 3,
図4を参照して、シリコン窒化膜11上に所定の開口パターンを有するレジスト膜13を形成する。図5を参照して、レジスト膜13をマスクとして、シリコン窒化膜11を異方性エッチングする。これにより、レジスト膜13から露出するシリコン窒化膜11の部分が除去され、間隔を隔てた位置にシリコン窒化膜11mおよび11nが残存する。その後、レジスト膜13を除去する。
Referring to FIG. 4, a resist
図6を参照して、シリコン窒化膜11mおよび11nをマスクとして、タングステンシリサイド膜、ポリシリコン膜、ONO膜およびポリシリコン膜を順次異方性エッチングする。これにより、それぞれの膜の一部が除去され、残存する部分によって、ワードライン5mおよび5n、コントロールゲート電極4mおよび4n、ONO膜3mおよび3nならびにフローティングゲート電極2mおよび2nが形成される。
Referring to FIG. 6, the tungsten silicide film, the polysilicon film, the ONO film, and the polysilicon film are sequentially anisotropically etched using
この際、マスクとしてレジスト膜ではなくシリコン窒化膜11mおよび11nを用いているため、エッチングに対するマスクの耐性を向上させることができる。これにより、マスクのすぐ下層に位置するワードライン5mおよび5nが上述の異方性エッチング時にダメージを受けることを防止できる。
At this time, since the
図7を参照して、金属を溶解する作用のある酸系の硫酸(H2SO4)を含むエッチャントを用いて、ワードライン5mおよび5nをウェットエッチングする。具体的には、SPM(H2SO4:H2O2=5:1、温度130℃±5℃)のエッチャントを用いて、ワードライン5mおよび5nをまずウェットエッチングする。続いて、APM(NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5、温度45℃±5℃)のエッチャントを用いて、ワードライン5mおよび5nをウェットエッチングする。さらに、この2つのエッチャントを用いた一連のウェットエッチングを5回繰り返す。 Referring to FIG. 7, word lines 5m and 5n are wet-etched using an etchant containing acid-based sulfuric acid (H 2 SO 4 ) which has an action of dissolving metal. Specifically, first, the word lines 5m and 5n are wet-etched using an etchant of SPM (H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 5: 1, temperature 130 ° C. ± 5 ° C.). Subsequently, the word lines 5m and 5n are wet-etched using an etchant of APM (NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 5, temperature 45 ° C. ± 5 ° C.). Further, a series of wet etching using these two etchants is repeated five times.
このウェットエッチングによって、周縁から中心に向けてワードライン5mおよび5nのエッチングが進行する。そして、ワードライン5mおよび5nは、チャネル長方向の幅がB2になるまで後退する。一方、ポリシリコン等からなるフローティングゲート電極2mおよび2n等は、2つのエッチャントからほとんど影響を受けることなく、フローティングゲート電極2mおよび2n等のチャネル長方向の幅はB1となる。
By this wet etching, the etching of the word lines 5m and 5n proceeds from the peripheral edge toward the center. Then, the word lines 5m and 5n move backward until the width in the channel length direction becomes B2. On the other hand, the floating
図8を参照して、コントロールゲート電極4mおよび4n、ONO膜3mおよび3nならびにフローティングゲート電極2mおよび2nに側壁酸化の工程を行なう。これにより、所定位置に側壁酸化膜42が薄く形成される。主表面1a上の構造物の表面を覆うように、シリコン窒化膜からなるサイドウォール15を堆積する。図9を参照して、主表面1aが露出するまでサイドウォール15を異方性エッチングするとともに、フローティングゲート電極2mおよび2n等からなるゲート電極の両側にサイドウォール15mおよび15nを残存させる。一方、この異方性エッチングによって、シリコン窒化膜11mおよび11n上のサイドウォール15が除去され、シリコン窒化膜11mおよび11nの頂面側が露出する。結果、サイドウォール15mおよびシリコン窒化膜11mによって、シリコン窒化膜からなるゲート保護膜6mが形成される。また、サイドウォール15nおよびシリコン窒化膜11nによって、シリコン窒化膜からなるゲート保護膜6nが形成される。
Referring to FIG. 8, side wall oxidation is performed on
図10を参照して、主表面1aとゲート保護膜6mおよび6nとを覆うように、シリコン窒化膜43を、たとえば厚み15nmで形成する。シリコン窒化膜43を覆うように、層間絶縁膜8を形成するためのシリコン酸化膜を堆積する。図11を参照して、層間絶縁膜8上に図示しないレジスト膜を形成する。そのレジスト膜をマスクとして、所定のエッチング条件で層間絶縁膜8をエッチングする。このエッチングは、シリコン窒化膜43上で止まり、その後、所定のエッチングを行なうことによって主表面1a上のシリコン窒化膜43を除去する。これにより、主表面1aに達するコンタクトホール7を形成する。その後、図示しないレジスト膜を除去する。図1を参照して、コンタクトプラグ9を形成するために、コンタクトホール7をポリシリコンによって充填する。以上の工程によって、図1中の半導体装置が完成する。
Referring to FIG. 10, a
図11に示す工程において、層間絶縁膜8のエッチング時の所定のエッチング条件に対して、シリコン窒化膜は一定以上の選択比を有する。このため、コンタクトホール7を形成する際の写真製版の精度にかかわらず、コンタクトホール7がシリコン窒化膜からなるゲート保護膜6mおよび6nを貫くことがない。これにより、そのコンタクトホール7を充填するコンタクトプラグ9が、ワードライン5mおよび5n等に接触することを防止できる。結果、短絡の発生のおそれなくゲート電極間にコンタクトを形成することができるため、ゲート電極間の距離を積極的に短くし、メモリセルの微細化を図ることができる。
In the process shown in FIG. 11, the silicon nitride film has a selection ratio of a certain level or more with respect to predetermined etching conditions when etching the
この発明の実施の形態1に従った半導体装置の製造方法は、シリコン基板1の主表面1a上に、シリコンを含む導電体膜としてのポリシリコン膜と、金属膜としてのタングステンシリサイド膜とを順次形成する工程と、タングステンシリサイド膜上に、窒化シリコンおよび酸化シリコンの少なくとも一方を含むマスク膜としてのシリコン窒化膜11mおよび11nを形成する工程と、シリコン窒化膜11mおよび11nをマスクとして、ポリシリコン膜の一部分およびタングステンシリサイド膜の一部分をエッチングするとともに他の部分を残存させることによって、一方向に延在するゲート電極およびワードライン5mおよび5nを形成する工程と、硫酸を含むエッチャントを用いてワードライン5mおよび5nの周縁を等方性エッチングする工程と、ゲート電極、ワードライン5mおよび5nおよびシリコン窒化膜11mおよび11nの側壁に接触するように、窒化シリコンおよび酸化シリコンの少なくとも一方を含む側壁保護膜としてのサイドウォール15mおよび15nを形成する工程とを備える。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a polysilicon film as a conductor film containing silicon and a tungsten silicide film as a metal film are sequentially formed on
このように構成された半導体装置およびその製造方法によれば、ワードライン5mおよび5nの頂面5aは、その下層に位置するコントロールゲート電極4mおよび4nの頂面4aよりも小さい面積で形成されている。このため、頂面5aが頂面4aと同じ面積で形成されている場合と比較して、頂面5aの周縁からゲート保護膜6mおよび6nの表面までの距離を大きくすることができる。これにより、ゲート保護膜6mおよび6nの表面に接触して形成されるコンタクトプラグ9とワードライン5との間の距離が大きくなるため、これらの間の耐圧をより高い値とし、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
According to the semiconductor device configured as described above and the manufacturing method thereof, the
また、頂面4aは、ゲート電極およびワードライン5が延在する方向に延びる露出部4yを有する。このため、ゲート電極およびワードライン5が延在する方向のいずれの位置にコンタクトプラグ9を形成する場合にも、上述の効果を得ることができる。
The
また、コンタクトプラグ9とワードライン5との間の距離Lは、0を超え90nm以下に設定されている。距離Lが0である場合、コンタクトプラグ9およびワードライン5が接触しているため、両者が短絡する。また、距離Lが90nmよりも大きい場合、ゲート保護膜6mおよび6nの膜厚が大きくなりすぎるため、フローティングゲート電極2mおよび2nの間でゲート保護膜6mおよび6nから露出する主表面1aを十分な面積で得ることができない。したがって、距離Lを上述の範囲に設定することによって、このような事態を回避することができる。
Further, the distance L between the
また、タングステンシリサイドからなるワードライン5mおよび5nをウェットエッチングする際、硫酸を含むエッチャントを用いている。このため、ポリシリコンからなるフローティングゲート電極2mおよび2n等にほとんど影響を与えることなく、ワードライン5mおよび5nのみを効率的に後退させることができる。
Further, when wet etching is performed on the word lines 5m and 5n made of tungsten silicide, an etchant containing sulfuric acid is used. For this reason, only the word lines 5m and 5n can be effectively retracted without substantially affecting the floating
さらに、このウェットエッチング時、ワードライン5mおよび5n上にはレジスト膜ではなくシリコン窒化膜11mおよび11nがマスクとして用いられている。シリコン窒化膜11mおよび11nは、硫酸を含むエッチャントを用いたウェットエッチングによってほとんど溶解されない。
Further, during this wet etching,
ウェットエッチングに使用されるSPMおよびAPMのエッチャントは、通常、成膜工程前などの洗浄工程にも使用される。マスクとしてレジスト膜を用いた場合、硫酸を含むエッチャントによってレジスト膜が溶解されるため、エッチャントが汚染されてしまう。そして、その汚染されたエッチャントを洗浄液として使用した場合、洗浄したシリコン基板等に汚染が広がってしまう。このため、本実施の形態では、エッチャントを汚染させることがないシリコン窒化膜11mおよび11nをマスクとして用いている。
The SPM and APM etchants used for wet etching are usually used for cleaning processes such as before the film forming process. When a resist film is used as a mask, the resist film is dissolved by an etchant containing sulfuric acid, so that the etchant is contaminated. When the contaminated etchant is used as a cleaning liquid, the contamination spreads on the cleaned silicon substrate. Therefore, in this embodiment, the
なお、本実施の形態では、ゲート電極をフローティングゲート電極、誘電体膜およびコントロールゲート電極から構成し、これらを備えるフラッシュメモリにおいて上述の効果が得られるものとして説明を行なった。しかし、本発明の半導体装置はフラッシュメモリに限定されるものではなく、SAC構造を用いたトランジスタ全般に適用することが可能である。 In the present embodiment, the gate electrode is composed of a floating gate electrode, a dielectric film, and a control gate electrode, and a flash memory including these has been described as having the above-described effects. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to the flash memory, and can be applied to all transistors using the SAC structure.
(実施の形態2)
図12は、この発明の実施の形態2における半導体装置を示す断面図である。図12を参照して、この発明の実施の形態2における半導体装置は、実施の形態1における半導体装置と基本的には同様の構造を備える。以下において、重複する構造の説明は省略する。
(Embodiment 2)
12 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure as the semiconductor device according to the first embodiment. In the following, description of overlapping structures is omitted.
主表面1a上には、シリコン酸化膜からなるゲート保護膜23mおよび23nが距離を隔てて形成されている。ゲート保護膜23mは、ワードライン5の頂面5aと、コントロールゲート電極4mの露出部4yと、コントロールゲート電極4m、ONO膜3mおよびフローティングゲート電極2mの側壁に設けられた側壁酸化膜42とを覆っている。ゲート保護膜23nは、ワードライン5の頂面5aと、コントロールゲート電極4nの露出部4yと、コントロールゲート電極4n、ONO膜3nおよびフローティングゲート電極2nの側壁に設けられた側壁酸化膜42とを覆っている。ゲート保護膜23mおよび23nを形成するシリコン酸化膜は、ドープされている不純物濃度の違いなどから、層間絶縁膜8をエッチングする所定のエッチング条件に対して一定以上の選択比を有する。
On
ゲート保護膜23mおよび23nの表面の一部を覆うように、シリコン窒化膜43mおよび43nが薄く形成されている。シリコン窒化膜43mおよび43nは、コンタクトホール7が達する部分を除く主表面1aの他の部分をも覆っている。シリコン窒化膜43mおよび43nは、主に、コンタクトホール7を形成するためのエッチング時に、エッチングがシリコン基板1に突き抜けることを防止するために形成されている。
図12中の半導体装置の製造方法は、実施の形態1における半導体装置の製造方法と基本的には同様の工程を備える。但し、実施の形態1の図3に示す工程において、ワードライン5を形成するためのタングステンシリサイド膜上に、マスク膜としてのシリコン酸化膜を形成する。また、図8に示す工程において、シリコン酸化膜からなるサイドウォールを形成する。
The semiconductor device manufacturing method in FIG. 12 includes basically the same steps as the semiconductor device manufacturing method in the first embodiment. However, in the step shown in FIG. 3 of the first embodiment, a silicon oxide film as a mask film is formed on the tungsten silicide film for forming the
このように構成された半導体装置およびその製造方法によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を奏することができる。また、窒化膜から放出されるイオンガスは、フラッシュメモリのE(消去)/W(書き込み)の特性に悪影響を与える。本実施の形態では、シリコン酸化膜からなるゲート保護膜23mおよび23n上にシリコン窒化膜43mおよび43nを薄く形成するだけであるため、上述のイオンガスによる影響を小さくすることができる。
According to the semiconductor device configured as described above and the manufacturing method thereof, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained. The ion gas released from the nitride film adversely affects the E (erase) / W (write) characteristics of the flash memory. In the present embodiment, since the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 シリコン基板、1a 主表面、2m,2n フローティングゲート電極、3m,3n ONO膜、4a,5a 頂面、4m,4n コントロールゲート電極、4y 露出部、5m,5n ワードライン、6m,6n,23m,23n ゲート保護膜、7 コンタクトホール、8 層間絶縁膜、9 コンタクトプラグ、9p 部分、11m,11n シリコン窒化膜、15m,15n サイドウォール。 1 silicon substrate, 1a main surface, 2m, 2n floating gate electrode, 3m, 3n ONO film, 4a, 5a top surface, 4m, 4n control gate electrode, 4y exposed part, 5m, 5n word line, 6m, 6n, 23m, 23n Gate protective film, 7 contact hole, 8 interlayer insulation film, 9 contact plug, 9p portion, 11m, 11n silicon nitride film, 15m, 15n sidewall.
Claims (6)
前記主表面上に形成され、第1の頂面を含むゲート電極と、
前記第1の頂面上に形成され、前記第1の頂面の面積よりも小さい面積で形成された第2の頂面を含む金属配線と、
前記第2の頂面と、前記ゲート電極および前記金属配線の側壁とを覆うゲート保護膜と、
前記ゲート保護膜を覆うように前記主表面上に形成され、前記主表面に達する孔を含み、所定のエッチング条件に対して前記ゲート保護膜よりエッチングされやすい層間絶縁膜と、
前記ゲート保護膜に接触する部分を含み、前記孔を充填する導電層とを備える、半導体装置。 A semiconductor substrate including a main surface;
A gate electrode formed on the main surface and including a first top surface;
A metal wiring including a second top surface formed on the first top surface and having an area smaller than an area of the first top surface;
A gate protective film covering the second top surface and the gate electrode and the side wall of the metal wiring;
An interlayer insulating film that is formed on the main surface so as to cover the gate protective film, includes a hole reaching the main surface, and is more easily etched than the gate protective film under a predetermined etching condition;
A semiconductor device comprising: a conductive layer including a portion in contact with the gate protective film and filling the hole.
前記金属膜上に、窒化シリコンおよび酸化シリコンの少なくとも一方を含むマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、前記導電体膜の一部分および前記金属膜の一部分をエッチングするとともに他の部分を残存させることによって、一方向に延在するゲート電極および金属配線を形成する工程と、
硫酸を含むエッチャントを用いて前記金属配線の周縁を等方性エッチングする工程と、
前記ゲート電極、前記金属配線および前記マスク膜の側壁に接触するように、窒化シリコンおよび酸化シリコンの少なくとも一方を含む側壁保護膜を形成する工程とを備える、半導体装置の製造方法。 A step of sequentially forming a conductor film containing silicon and a metal film on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming a mask film containing at least one of silicon nitride and silicon oxide on the metal film;
Forming a gate electrode and a metal wiring extending in one direction by etching a part of the conductor film and a part of the metal film and leaving another part using the mask film as a mask;
A step of isotropically etching the periphery of the metal wiring using an etchant containing sulfuric acid;
Forming a sidewall protective film including at least one of silicon nitride and silicon oxide so as to be in contact with the gate electrode, the metal wiring, and the sidewall of the mask film.
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