JP2006278935A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
半導体装置の微細化に伴い素子の寸法が縮小化され、ゲート電極とコンタクトの間隔も縮小化されている。このため、ゲート電極に対して自己整合的に形成できるコンタクト(Self Aligned Contact;SAC)が広く用いられている。 With the miniaturization of semiconductor devices, the dimensions of elements are reduced, and the distance between the gate electrode and the contact is also reduced. Therefore, a contact (SAC) that can be formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode is widely used.
ここで、上述のSACを形成する例について説明する。
まず、基板上に同一の幅のゲート電極としてのポリシリコンおよび金属電極を積層し、さらにその上にハードマスクを順次積層して平坦な側面を有する積層パターンを形成する。次に、これをマスクとして基板の表面に拡散層(ソースまたはドレイン)を形成する。そして、該積層パターンの側面にシリコン窒化膜などからなるサイドウォールを形成する。
さらに、該積層パターンおよびサイドウォールの上に、全面にシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜を形成した後、前述のハードマスクおよびサイドウォールをエッチングストッパーとして該層間絶縁膜をエッチングして、自己整合的にコンタクトホールを開口し、基板の表面を露出させる。そして、該コンタクトホールの内部に金属膜等を埋め込み、基板の表面の拡散層と電気的接続されたコンタクトを形成する。
Here, an example of forming the above SAC will be described.
First, polysilicon and metal electrodes as gate electrodes having the same width are stacked on a substrate, and then a hard mask is sequentially stacked thereon to form a stacked pattern having flat side surfaces. Next, using this as a mask, a diffusion layer (source or drain) is formed on the surface of the substrate. Then, a sidewall made of a silicon nitride film or the like is formed on the side surface of the laminated pattern.
Further, an interlayer insulating film made of a silicon oxide film or the like is formed on the entire surface of the laminated pattern and the sidewall, and then the interlayer insulating film is etched using the hard mask and the sidewall as an etching stopper to perform self-alignment. A contact hole is opened to expose the surface of the substrate. Then, a metal film or the like is embedded in the contact hole to form a contact that is electrically connected to the diffusion layer on the surface of the substrate.
このとき、コンタクトとゲート電極の間の耐圧は、これらの間隔に依存し、間隔が小さいほど耐圧が低下する。
一方、例えばフラッシュメモリにおいてセルの書き込み及び消去時には、コンタクトとゲート電極の間には10〜30V程度の高電圧が印加される。このため、これらの間には高い耐圧が必要とされる。
At this time, the breakdown voltage between the contact and the gate electrode depends on these intervals, and the breakdown voltage decreases as the interval decreases.
On the other hand, for example, when writing and erasing a cell in a flash memory, a high voltage of about 10 to 30 V is applied between the contact and the gate electrode. For this reason, a high breakdown voltage is required between them.
そこで、コンタクトとゲート電極の間隔が小さくなっても十分な耐圧を確保できるように、ゲート電極の側面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、およびシリコン窒化膜の順に積層したサイドウォールを形成する対策がとられていた(例えば、特許文献1参照)。
前述した積層パターンは平坦な側面を有し、該側面に形成されたサイドウォールの幅は、基板から離れるに従い小さくなる。従ってポリシリコンの上に積層された金属電極とコンタクトとの間隔は、ポリシリコンとコンタクトとの間隔よりも小さくなり、ゲート電極とコンタクトとの間の耐圧を低下させるという問題があった。
また上記従来の半導体装置のように複数の膜を積層したサイドウォールは、複数の膜を形成する必要があるため工程が複雑化するという問題があった。
The laminated pattern described above has a flat side surface, and the width of the sidewall formed on the side surface decreases as the distance from the substrate increases. Therefore, the distance between the metal electrode stacked on the polysilicon and the contact is smaller than the distance between the polysilicon and the contact, and there is a problem that the breakdown voltage between the gate electrode and the contact is lowered.
Further, the side wall in which a plurality of films are stacked as in the above-described conventional semiconductor device has a problem that the process is complicated because it is necessary to form a plurality of films.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、工程を複雑化させることなく、コンタクトとゲート電極間の高耐圧を確保することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of ensuring a high breakdown voltage between a contact and a gate electrode without complicating the process and a method for manufacturing the same. To do.
本発明に係る半導体装置は、基板と、前記基板上に所定幅で形成されたゲート構造と、前記ゲート構造上に前記ゲート構造の幅より小さい幅で積層され、両側面がそれぞれ前記ゲート構造の側面位置より内側に位置するように形成された金属電極と、前記金属電極上に前記金属電極の幅より大きい幅で積層され、両側面がそれぞれ前記金属電極の側面位置より外側に位置するように形成されたハードマスクと、前記基板上で、前記ゲート構造、前記金属電極、および前記ハードマスクの側面に形成されたサイドウォールと、前記基板、前記サイドウォール、および前記ハードマスクの上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通して底面に前記基板が露出し、側面に前記サイドウォールが露出したコンタクトホールと、前記コンタクトホールの内部に導電膜が埋め込まれたコンタクトとを含むことを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a gate structure formed with a predetermined width on the substrate, and a gate structure stacked with a width smaller than the width of the gate structure, and both side surfaces of the gate structure. A metal electrode formed so as to be located on the inner side of the side surface position, and laminated on the metal electrode with a width larger than the width of the metal electrode, so that both side surfaces are located outside the side surface position of the metal electrode. A hard mask formed on the substrate, the gate structure, the metal electrode, and a sidewall formed on a side surface of the hard mask; and formed on the substrate, the sidewall, and the hard mask. An interlayer insulating film, a contact hole penetrating the interlayer insulating film, exposing the substrate on a bottom surface, and exposing the sidewall on a side surface, and the contact Characterized in that it comprises a contact conductive film is embedded inside the hole.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上にゲート構造、金属電極、およびハードマスクをほぼ同一の幅で順次積層した平坦な側面を有する積層パターンを形成する工程と、前記金属電極の側面から前記金属電極の一部を除去して前記積層パターンの側面に窪みを形成する工程と、前記基板上で前記窪みを形成した積層パターンの側面にサイドウォールを形成する工程と、前記基板、前記サイドウォール、および前記ハードマスクの上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を貫通して底面に前記基板が露出し、側面に前記サイドウォールが露出したコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの内部に導電膜を埋め込んだコンタクトを形成する工程とを含むことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a stacked pattern having a flat side surface in which a gate structure, a metal electrode, and a hard mask are sequentially stacked on a substrate with substantially the same width; Removing a part of the metal electrode from the side surface of the substrate to form a depression on the side surface of the laminated pattern, forming a sidewall on the side surface of the laminated pattern having the depression formed on the substrate, and the substrate Forming an interlayer insulating film on the sidewall and the hard mask; and forming a contact hole penetrating the interlayer insulating film, exposing the substrate on a bottom surface, and exposing the sidewall on a side surface And a step of forming a contact in which a conductive film is embedded in the contact hole.
また、本発明に係る別の半導体装置の製造方法は、基板上に第一の導電膜、金属膜、およびハードマスク膜を順次形成する工程と、前記ハードマスク膜を選択的にエッチングして所定幅のハードマスクを形成する工程と、前記金属膜を等方性エッチングして、前記ハードマスクの側面位置よりも内側位置に前記金属膜の両側面がそれぞれ位置するように、前記ハードマスクの幅より小さい幅の金属電極を形成する工程と、前記第一の導電膜を選択的にエッチングして、前記金属電極の側面位置よりも外側位置に前記第一の導電膜の両側面がそれぞれ位置するように、前記金属電極の幅より大きい幅のゲート構造を形成する工程と、前記基板上で、前記ゲート構造、前記金属電極、および前記ハードマスクの側面にサイドウォールを形成する工程と、前記基板、前記サイドウォール、および前記ハードマスクの上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を貫通して底面に前記基板が露出し、側面に前記サイドウォールが露出したコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの内部に第二の導電膜を埋め込んだコンタクトを形成する工程とを含むことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
Another method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of sequentially forming a first conductive film, a metal film, and a hard mask film on a substrate, and selectively etching the hard mask film to form a predetermined one. Forming a hard mask having a width; and isotropically etching the metal film, the width of the hard mask so that both side surfaces of the metal film are located at positions inside the side surface position of the hard mask. A step of forming a metal electrode having a smaller width and the first conductive film are selectively etched so that both side surfaces of the first conductive film are positioned outside the side surface position of the metal electrode. Forming a gate structure having a width larger than the width of the metal electrode, and forming a sidewall on the side surface of the gate structure, the metal electrode, and the hard mask on the substrate. A step of forming an interlayer insulating film on the substrate, the sidewall, and the hard mask; a contact that penetrates the interlayer insulating film, exposes the substrate on a bottom surface, and exposes the sidewall on a side surface A step of forming a hole; and a step of forming a contact in which a second conductive film is embedded in the contact hole.
Other features of the present invention are described in detail below.
本発明によれば、工程を複雑化させることなく、コンタクトとゲート電極間の高耐圧を確保することができる半導体装置およびその製造方法を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which can ensure the high proof pressure between a contact and a gate electrode, and its manufacturing method can be obtained, without complicating a process.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置(フラッシュメモリ)の断面図である。実際にはこの上にビア、配線等が形成されているが、本発明の本質には関連がないため省略している。
図1に示すように、シリコン基板1の上に第一ゲート絶縁膜2aが形成され、その上に、所定幅の浮遊ゲート3aが形成されている。さらに、その上にシリコン酸化膜4a、シリコン窒化膜5a、シリコン酸化膜6aが積層されている(以下、シリコン酸化膜4a、シリコン窒化膜5a、シリコン酸化膜6aを全体として、「第二ゲート絶縁膜7a」という)。
そして、第二ゲート絶縁膜7aの上に、所定幅のポリシリコン8aが形成されている(以下、浮遊ゲート3a、第二ゲート絶縁膜7aおよびポリシリコン8aを全体として「ゲート構造A」という。これは少なくとも制御用ゲートであるポリシリコン8aを含む構造である。)。すなわち、シリコン基板1の上で、浮遊ゲート3a、第二ゲート絶縁膜7a、およびポリシリコン8aを順次積層した、少なくとも制御用ゲート(ポリシリコン8a)を含むゲート構造Aが所定幅で形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device (flash memory) according to an embodiment of the present invention. Actually, vias, wirings, and the like are formed thereon, but are omitted because they are not related to the essence of the present invention.
As shown in FIG. 1, a first
A
そしてゲート構造Aの上に、ゲート構造Aの幅より小さい幅で積層され、両側面がそれぞれゲート構造Aの側面位置より内側に位置するように、金属電極9aが形成されている。さらに、金属電極9aの上に、金属電極9aの幅より大きい幅で積層され、両側面がそれぞれ金属電極9aの側面位置より外側に位置するようにハードマスク10aが形成されている(以下、ゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aを積層したパターンを全体として「積層パターンB」という)。
このように、ゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aを積層したことにより、積層パターンBの側面に窪み11aが形成されている。
そしてシリコン基板1上で、窪み11aを埋め込むようにして、ゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aの側面にサイドウォール13が形成されている。すなわち、積層パターンBの側面にサイドウォール13が形成されている。
さらにシリコン基板1、サイドウォール13、およびハードマスク10aの上に層間絶縁膜14aが形成されている。
そして層間絶縁膜14aを貫通して底面にシリコン基板1が露出し、側面にサイドウォール13が露出したコンタクトホール16が自己整合的に形成されている。このとき、コンタクトホール16の側面の一部に、ハードマスク10aが露出していても良い。
さらに、コンタクトホール16の内部に、導電膜としてTiN/Ti積層膜17aおよび金属膜18aが埋め込まれ、シリコン基板1の表面の拡散層12と電気的接続された、ソース電極(又はドレイン電極)のコンタクト19(以下、単に「コンタクト19」という)が形成されている。
The
As described above, the gate structure A, the
On the
Further, an interlayer
A
Further, a TiN / Ti laminated
次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。
図2〜図10は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
まず、図2に示すように、シリコン基板1上に第一ゲート絶縁膜2を形成する。例えば、酸素を含む雰囲気中で急速熱処理によりシリコン基板1を熱酸化し、5nm〜15nm程度の膜厚でシリコン酸化膜を形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described.
2 to 10 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
First, as shown in FIG. 2, a first gate
次に、第一ゲート絶縁膜2の上に、最終的に浮遊ゲート3a(図1参照)となるポリシリコン膜3を化学気相成長(Chemical Vapor Deposition;以下、「CVD」という)法により50nm〜150nm程度の膜厚で形成する。
さらに、ポリシリコン膜3の上に、シリコン酸化膜4、シリコン窒化膜5、およびシリコン酸化膜6を順次積層した第二ゲート絶縁膜7を形成する。
例えば、ポリシリコン膜3の表面を酸素雰囲気中で急速熱処理して2nm〜6nm程度のシリコン酸化膜4を形成する。次にシリコン酸化膜4の表面を窒化処理して5nm〜15nm程度のシリコン窒化膜5を形成する。そして、シリコン窒化膜5の表面を酸素雰囲気中で急速熱処理して5nm〜15nm程度のシリコン酸化膜6を形成する。
Next, a
Further, a second gate
For example, the surface of the
次に、第二ゲート絶縁膜7の上にポリシリコン膜8をCVD法により50nm〜150nm程度の膜厚で形成する(以下、ポリシリコン膜3、第二ゲート絶縁膜7、およびポリシリコン膜8を全体として「ゲート膜A」という)。
ここで、ゲート膜Aは少なくとも制御用ゲートを形成するための導電膜(ポリシリコン膜8)を含む膜である。
さらに、抵抗を低くするためポリシリコン膜8の上に、最終的に金属電極9a(図1参照)となるタングステンなどの金属膜9を50nm程度の膜厚で形成する。
さらに、金属膜9の上に、最終的にハードマスク10a(図1参照)となるハードマスク膜10を形成する。例えば、シリコン窒化膜を減圧CVD法により200nm〜300nm程度の膜厚で形成する。
Next, a polysilicon film 8 is formed on the second
Here, the gate film A is a film including at least a conductive film (polysilicon film 8) for forming a control gate.
Further, in order to reduce the resistance, a metal film 9 such as tungsten, which finally becomes the
Further, a
次に、図2に示したハードマスク膜10の上に、リソグラフィによりレジストパターン(図示しない)を形成する。次に、これをマスクとして、図2に示したハードマスク膜10、金属膜9、ゲート膜Aを順次エッチングして、図3に示すようにハードマスク10a、金属電極9a、およびゲート構造Aを形成する。
このようにして、シリコン基板1の上に、少なくとも制御用ゲート(ポリシリコン8a)を含むゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aをほぼ同一の幅で順次積層した平坦な側面を有する積層パターンBを形成する。
Next, a resist pattern (not shown) is formed on the
In this way, on the
次に、図3に示した金属電極9aの側面から金属電極9aの一部を除去して積層パターンBの側面に窪みを形成する。この工程を、金属電極9aの側面を酸化して金属酸化物を形成した後に、その金属酸化物を除去して行うようにする。
Next, a part of the
例えば、レジストアッシング装置などを用いて金属電極9aの側面を酸化して、図4に示すように、金属電極9aの側面に金属酸化物11を形成する。
例えば、酸素と窒素を含む雰囲気中で、200℃程度の温度で5分〜10分の処理を行い、所望の幅の金属酸化物11を形成する。さらに、図5に示すように、金属酸化物11(図4参照)を水洗などのウェット処理により除去して、積層パターンBの側面に、窪み11aを形成する。
このようにアッシング装置を用いて所望の幅の金属酸化物11を形成し、これを除去することにより、所望の幅の窪み11aを形成することができる。これにより、最終的に形成されるソース電極(又はドレイン電極)のコンタクトと、金属電極9aの間の耐圧を向上させることができる。
さらに、積層パターンBをマスクとしてイオン注入を行い、熱処理を行ってシリコン基板1の表面に拡散層12を形成する。
For example, the side surface of the
For example, the
Thus, the
Further, ion implantation is performed using the laminated pattern B as a mask, and heat treatment is performed to form the
次に、図5に示したシリコン基板1の上に、全面にシリコン窒化膜(図示しない)を形成して、これを全面エッチバックすることにより、図6に示すようにシリコン基板1上で窪み11aを形成した積層パターンBの側面にサイドウォール13を形成する。上記シリコン窒化膜は、窪み11aを埋め込むように、例えば減圧CVD法により50nm〜100nm程度の膜厚で形成する。
Next, a silicon nitride film (not shown) is formed on the entire surface of the
次に、図7に示すように、シリコン基板1、サイドウォール13、およびハードマスク10aの上に、全面に層間絶縁膜14を常圧CVD法などにより500〜1000nm程度の膜厚で形成する。さらに、リソグラフィにより層間絶縁膜14の上に、レジストパターン15を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, an
次に、図7に示したレジストパターン15をマスクとして層間絶縁膜14をエッチングして、図8に示すように、層間絶縁膜14aを貫通して底面にシリコン基板1が露出し、側面にサイドウォール13が露出したコンタクトホール16をSelf Aligned Contact(以下、「SAC」という)方式により形成する。これにより、コンタクトホール16は隣接するサイドウォール13の間に自己整合的に形成される。
このとき、コンタクトホール16の側面の一部にハードマスク10aが露出するようにしても良い。
Next, the
At this time, the
次に、図9に示すように、コンタクトホール16の内面を埋め込むように、TiN/Ti積層膜17およびタングステンなどの金属膜18を全面に形成する。
さらに、化学機械研磨などによりコンタクトホール16の外部に形成されたTiN膜17および金属膜18を除去する。これにより図10に示すように、コンタクトホール16の内面に、導電膜としてTiN/Ti積層膜17aおよび金属膜18aを埋め込んだコンタクト19を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a TiN / Ti laminated
Further, the
ここで、積層パターンBに窪み11aを形成しない場合は、サイドウォール13の幅はシリコン基板1から離れるに従い小さくなる。このとき、金属電極9aとコンタクト19との間隔は、ゲート構造Aとコンタクト19との間隔よりも小さくなる。従って、コンタクト19と金属電極9aの間の耐圧を低下させる原因となっていた。
しかし、図10に示したように、積層パターンBの側面に窪み11aを形成して、これを埋め込むようにサイドウォール13を形成したことにより、金属電極9aとコンタクト19の間隔を大きくすることができる。従って積層パターンBの側面に窪み11aがない場合と比較して、コンタクト19と金属電極9aの間の耐圧を向上させることができる。
Here, when the
However, as shown in FIG. 10, by forming the
なお、本実施の形態においては、ゲート構造Aが、浮遊ゲート3a、第二ゲート絶縁膜7a、およびポリシリコン8aを順次積層した構造である例を示した。しかし、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等のゲート電極のように、絶縁膜を挟まない構造であっても同様の効果を有する。
In the present embodiment, an example is shown in which the gate structure A is a structure in which the floating
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置は、シリコン基板1と、シリコン基板1の上で少なくとも制御用ゲート(ポリシリコン8a)を含み、所定幅で形成されたゲート構造Aと、その上にゲート構造Aの幅より小さい幅で積層され、両側面がそれぞれゲート構造Aの側面位置より内側に位置するように金属電極9aが形成されるようにした。
その上に、金属電極9aの幅より大きい幅で積層され、両側面がそれぞれ金属電極9aの側面位置より外側に位置するように形成されたハードマスク10aと、シリコン基板1の上でゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aの側面にサイドウォール13が形成されるようにした。
さらにシリコン基板1、サイドウォール13、およびハードマスク10aの上に形成された層間絶縁膜14aと、これを貫通して底面にシリコン基板1が露出し側面にサイドウォール13が露出したコンタクトホールと16と、その内部に金属膜18aが埋め込まれたコンタクト19が形成されるようにした。
このような構造とすることにより、積層パターンBの側面に窪み11aがない場合と比較して、コンタクト19と金属電極9aの間の耐圧を向上させることができる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes the
On top of this, a
Further, an
With such a structure, the breakdown voltage between the
また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、シリコン基板1の上に少なくとも制御用ゲート(ポリシリコン8a)を含むゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aを同一の幅で順次積層した平坦な側面を有する積層パターンBを形成した後に、金属電極9aの側面から金属電極9aの一部を除去して積層パターンBの側面に窪み11aを形成するようにした。そして、シリコン基板1の上で、窪み11aを形成した積層パターンBの側面にサイドウォール13を形成するようにした。
さらにシリコン基板1、サイドウォール13、およびハードマスク10aの上に層間絶縁膜14を形成し、これを貫通して底面にシリコン基板1が露出し側面にサイドウォール13が露出したコンタクトホール16を形成するようにした。そして、コンタクトホール16の内部に金属膜18aを埋め込んだコンタクト19を形成するようにした。
このようにして積層パターンBの側面に所望の幅の窪み11aを形成することができ、コンタクト19と金属電極9aの間隔を大きくすることができる。これにより、コンタクト19と金属電極9aの間の耐圧を向上させることができる。
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the gate structure A including at least the control gate (
Further, an
In this way, the
実施の形態2.
図11および図12は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
実施の形態1では、積層パターンBの側面に窪みを形成する方法として、図4および図5に示したように、金属電極9aの側面をアッシング装置により酸化して金属酸化物11を形成した後に、これを除去する例を説明した。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の方法に置き換えて、図11に示すように、金属電極9aおよびゲート構造Aの側面を酸化して、金属電極9aの側面に金属酸化物11を形成するとともに、ゲート構造Aの側面にシリコン酸化膜20を形成する。
このとき、金属電極9aに対しては還元作用が強く働き、ゲート構造Aに対しては酸化作用が強く働く水素と酸素などの混合ガス雰囲気での選択酸化条件を用いて、金属電極9a全体を昇華させない程度に金属電極9aの側面を酸化する。
その後、図11に示した金属酸化物11を水洗などのウェット処理により除去して、図12に示すように積層パターンBの側面に、窪み11aを形成する。
11 and 12 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
In the first embodiment, after forming the
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment is replaced with the above-described method. As shown in FIG. 11, the side surfaces of the
At this time, the
After that, the
このように形成することにより、実施の形態1と同様に、積層パターンBの側面に窪み11aを形成することができる。
さらに、金属電極9aの側面に金属酸化物11を形成する工程と同時に、ゲート構造Aの側面にシリコン酸化膜20を形成することができる。これにより、ゲート構造Aをエッチングする際に発生するシリコン基板1上のダメージ回復処理が必要である場合には、その処理を、金属酸化物11を形成する工程と同時に行うことができ、工程を簡略化することができる。
その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
By forming in this way, the
Further, simultaneously with the step of forming the
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1で示した積層パターンBの側面に窪みを形成する工程を、金属電極9aおよびゲート構造Aの側面を酸化して金属電極9aの側面に金属酸化物11を形成するとともに、ゲート構造Aの側面にシリコン酸化膜20を形成した後、金属酸化物11を除去するようにした。
これにより、実施の形態1の効果に加えて、ゲート構造Aをエッチングする際に発生するシリコン基板1上のダメージ回復処理が必要である場合には、その処理を、金属酸化物11を形成する工程と同時に行うことができ、工程を簡略化することができる。
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment oxidizes the
Thereby, in addition to the effect of the first embodiment, when a damage recovery process on the
実施の形態3.
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1で説明した積層パターンBの側面に窪み11aを形成する工程を、図3に示した金属電極9aの側面をウェットエッチングして行うようにする。
例えば、金属電極9aがタングステンである場合、これを溶解することができるアンモニア過酸化水素水(NH4OH)の水溶液(APM;Ammonium Hydroxide/Hydrogen Peroxide/Water Mixture)を用い、処理時間を適宜調節してウェットエッチングを行う。例えばNH4OH:H2O2:H2O=1:1:200のAPMを用いて23℃にて500秒から1500秒処理する。これにより、図5に示すように、積層パターンBの側面に窪み11aを形成することができる。
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the step of forming the
For example, when the
このように形成することにより、実施の形態1と同様に、積層パターンBの側面に、窪み11aを形成することができる。
さらに、薬液のウェットエッチングのみにより積層パターンBの側面に窪み11aを形成できるので、実施の形態1と比較して金属酸化物11(図4参照)を形成する工程を省略でき、工程を簡略化することができる。
その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
By forming in this way, the
Furthermore, since the
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1で示した積層パターンBの側面に窪み11aを形成する工程を、金属電極9aの側面をウェットエッチングして行うようにした。
このように形成することにより、薬液のウェットエッチングのみにより積層パターンBの側面に窪み11aを形成することができる。従って、実施の形態1の効果に加えて、実施の形態1よりも工程を簡略化することができる。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the step of forming the
By forming in this way, the
実施の形態4.
図13〜図15は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
まず、図2に示したように、シリコン基板1の上に第一ゲート絶縁膜2を形成する工程から、ハードマスク膜10を形成するまでの工程を、実施の形態1と同様にして行う。
このようにして、シリコン基板1上に第一ゲート絶縁膜2、少なくとも制御用ゲートを形成するための導電膜(ポリシリコン膜8)を含むゲート膜A(第一の導電膜)、金属膜9、およびハードマスク膜10を順次形成する。
Embodiment 4 FIG.
13 to 15 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment.
First, as shown in FIG. 2, the steps from the step of forming the first
In this way, the first
その後、図13に示すように、ハードマスク膜10(図2参照)の上に形成したレジストパターン19をマスクとして、ハードマスク膜10を選択的にエッチングして、所定幅のハードマスク10aを形成する。この後、図示しないが、レジストパターン19を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、金属膜9(図13参照)を等方性エッチングして、ハードマスク10aの側面位置よりも内側位置に金属膜9の両側面がそれぞれ位置するように、ハードマスク10aの幅より小さい幅の金属電極9aを形成する。
例えば、金属膜9がタングステンである場合には、CF4のガス流量を増やすようにして等方性エッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 14, the metal film 9 (see FIG. 13) is isotropically etched so that both side surfaces of the metal film 9 are positioned inside the side surface position of the
For example, when the metal film 9 is tungsten, isotropic etching is performed by increasing the CF 4 gas flow rate.
次に、図15に示すように、ゲート膜A(図14参照)を選択的にエッチングして、金属電極9aの側面位置よりも外側位置にゲート膜A(第一の導電膜)の両側面がそれぞれ位置するように、少なくとも制御用ゲート(ポリシリコン8a)を含み、金属電極9aの幅より大きい幅のゲート構造Aを形成する。
さらに図示しないが、実施の形態1と同様の方法により、シリコン基板1上でゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aの側面にサイドウォールを形成する。
Next, as shown in FIG. 15, the gate film A (see FIG. 14) is selectively etched, so that both side surfaces of the gate film A (first conductive film) are positioned outside the side surface position of the
Although not shown, sidewalls are formed on the side surfaces of the gate structure A, the
このように金属膜9をエッチングして金属電極9aを形成する工程において、等方性エッチングを行うことにより、実施の形態1と同様に積層パターンBの側面に窪み11aを形成することができる。
さらに、金属膜9のエッチング条件を等方性エッチングとすることにより、積層パターンBの側面に窪み11aを形成することができるので、実施の形態1よりも工程を簡略化することができる。
その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
In this process of etching the metal film 9 to form the
Furthermore, by setting the etching condition of the metal film 9 to isotropic etching, the
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、まず、シリコン基板1の上に少なくとも制御用ゲートを形成するための導電膜(ポリシリコン膜8)を含むゲート膜A、金属膜9、およびハードマスク膜10を順次形成して、ハードマスク膜10を選択的にエッチングして所定幅のハードマスク10aを形成するようにした。
次に、金属膜9を等方性エッチングして、ハードマスク10aの側面位置よりも内側位置に金属膜9の両側面がそれぞれ位置するように、ハードマスク10aの幅より小さい幅の金属電極9aを形成するようにした。そして、ゲート膜A(第一の導電膜)を選択的にエッチングして、金属電極9aの側面位置よりも外側位置にゲート膜Aの両側面がそれぞれ位置するように、少なくとも制御用ゲート(ポリシリコン8a)を含み、金属電極9aの幅より大きい幅のゲート構造Aを形成するようにした。
次に、シリコン基板1上で、ゲート構造A、金属電極9a、およびハードマスク10aの側面にサイドウォールを形成するようにした。そして、シリコン基板1、サイドウォール13、およびハードマスク10aの上に層間絶縁膜14を形成し、これを貫通して底面にシリコン基板1が露出し側面にサイドウォール13が露出したコンタクトホール16を形成するようにした。さらに、コンタクトホール16の内部に金属膜18a(第二の導電膜)を埋め込んだコンタクト19を形成するようにした。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, first, the gate film A including the conductive film (polysilicon film 8) for forming at least the control gate on the
Next, the metal film 9 is isotropically etched, and the
Next, sidewalls are formed on the side surfaces of the gate structure A, the
このように、金属膜9のエッチング条件を等方性エッチングとすることにより、積層パターンBの側面に窪み11aを形成することができる。従って、実施の形態1の効果に加えて、実施の形態1よりも工程を簡略化することができる。
In this way, by setting the etching condition of the metal film 9 to isotropic etching, the
1 シリコン基板、2a 第一ゲート絶縁膜、3a 浮遊ゲート、7a 第二ゲート絶縁膜、8a ポリシリコン、9a 金属電極、10a ハードマスク、11a 窪み、12 拡散層、13 サイドウォール、14a 層間絶縁膜、16 コンタクトホール、17a TiN/Ti積層膜、18a 金属膜、19 コンタクト、A ゲート構造(又はゲート膜)、B 積層パターン。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板上に所定幅で形成されたゲート構造と、
前記ゲート構造上に前記ゲート構造の幅より小さい幅で積層され、両側面がそれぞれ前記ゲート構造の側面位置より内側に位置するように形成された金属電極と、
前記金属電極上に前記金属電極の幅より大きい幅で積層され、両側面がそれぞれ前記金属電極の側面位置より外側に位置するように形成されたハードマスクと、
前記基板上で、前記ゲート構造、前記金属電極、および前記ハードマスクの側面に形成されたサイドウォールと、
前記基板、前記サイドウォール、および前記ハードマスクの上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して底面に前記基板が露出し、側面に前記サイドウォールが露出したコンタクトホールと、
前記コンタクトホールの内部に導電膜が埋め込まれたコンタクトと、
を含むことを特徴とする半導体装置。 A substrate,
A gate structure formed with a predetermined width on the substrate;
A metal electrode stacked on the gate structure with a width smaller than the width of the gate structure, and having both side surfaces located inside the side surface position of the gate structure;
A hard mask laminated on the metal electrode with a width larger than the width of the metal electrode, and formed so that both side surfaces are respectively located outside the side surface position of the metal electrode;
A sidewall formed on a side surface of the gate structure, the metal electrode, and the hard mask on the substrate;
An interlayer insulating film formed on the substrate, the sidewall, and the hard mask;
A contact hole penetrating the interlayer insulating film, exposing the substrate on a bottom surface, and exposing the sidewall on a side surface;
A contact in which a conductive film is embedded in the contact hole;
A semiconductor device comprising:
前記金属電極の側面から前記金属電極の一部を除去して前記積層パターンの側面に窪みを形成する工程と、
前記基板上で前記窪みを形成した積層パターンの側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記基板、前記サイドウォール、および前記ハードマスクの上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通して底面に前記基板が露出し、側面に前記サイドウォールが露出したコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に導電膜を埋め込んだコンタクトを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a laminated pattern having a flat side surface in which a gate structure, a metal electrode, and a hard mask are sequentially laminated with substantially the same width on a substrate;
Removing a part of the metal electrode from the side surface of the metal electrode to form a depression on the side surface of the laminated pattern;
Forming a sidewall on a side surface of the laminated pattern in which the depression is formed on the substrate;
Forming an interlayer insulating film on the substrate, the sidewall, and the hard mask;
Forming a contact hole penetrating the interlayer insulating film, exposing the substrate on the bottom surface, and exposing the sidewall on the side surface;
Forming a contact with a conductive film embedded in the contact hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ハードマスク膜を選択的にエッチングして所定幅のハードマスクを形成する工程と、
前記金属膜を等方性エッチングして、前記ハードマスクの側面位置よりも内側位置に前記金属膜の両側面がそれぞれ位置するように、前記ハードマスクの幅より小さい幅の金属電極を形成する工程と、
前記第一の導電膜を選択的にエッチングして、前記金属電極の側面位置よりも外側位置に前記第一の導電膜の両側面がそれぞれ位置するように、前記金属電極の幅より大きい幅のゲート構造を形成する工程と、
前記基板上で、前記ゲート構造、前記金属電極、および前記ハードマスクの側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記基板、前記サイドウォール、および前記ハードマスクの上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通して底面に前記基板が露出し、側面に前記サイドウォールが露出したコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部に第二の導電膜を埋め込んだコンタクトを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Sequentially forming a first conductive film, a metal film, and a hard mask film on a substrate;
Selectively etching the hard mask film to form a hard mask having a predetermined width;
Forming the metal electrode having a width smaller than the width of the hard mask so that both side surfaces of the metal film are positioned at positions inside the side surface of the hard mask by isotropic etching. When,
The first conductive film is selectively etched to have a width larger than the width of the metal electrode so that both side surfaces of the first conductive film are positioned outside the side surface position of the metal electrode. Forming a gate structure;
Forming sidewalls on side surfaces of the gate structure, the metal electrode, and the hard mask on the substrate;
Forming an interlayer insulating film on the substrate, the sidewall, and the hard mask;
Forming a contact hole penetrating the interlayer insulating film, exposing the substrate on the bottom surface, and exposing the sidewall on the side surface;
Forming a contact in which a second conductive film is embedded in the contact hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2005098978A JP2006278935A (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2008283051A (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Toshiba Corp | Semiconductor storage device and manufacturing method of semiconductor storage device |
WO2018230377A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method |
-
2005
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WO2018230377A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method |
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