JP2006319089A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - 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し、特に、溝部に埋め込まれた埋込みパターンを有する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, and more particularly to a semiconductor device having a buried pattern embedded in a groove and a manufacturing method thereof.
半導体デバイスの分野において、トレンチ内に設けられた埋込みパターンが従来から知られている。たとえば、トレンチ内に絶縁膜を埋込むことにより形成された分離領域や、導電膜を埋込むことにより形成された埋込み配線などが知られている。 In the field of semiconductor devices, a buried pattern provided in a trench is conventionally known. For example, an isolation region formed by embedding an insulating film in a trench, a buried wiring formed by embedding a conductive film, and the like are known.
特開2005−85903号公報においては、溝部に埋め込まれた「埋込みパターン」としての絶縁膜上に達するように形成された「他のパターン」としてのゲート電極を有する半導体装置が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-85903 discloses a semiconductor device having a gate electrode as “another pattern” formed so as to reach an insulating film as an “embedded pattern” embedded in a trench.
ところで、フォトマスクの残しパターン(遮光パターン)の幅をその終端部において大きくすることが従来から行なわれている。このような技術は、たとえば、特開平9−127676号公報、特開平9−292701号公報および特開平11−258770号公報などに記載されている。
特開2005−85903号公報に示すように、溝部内に埋め込まれた埋込みパターン上に他のパターン(上層パターン)が形成され、エッチングによって該上層パターンを形成する場合において、エッチングにより、上層パターンの長さが縮む場合がある。この際、1つの半導体装置上で、上記縮み量(パターン後退量)にばらつきが生じる。したがって、半導体装置の特性にばらつきが生じる。また、パターン後退に対するマージンを設定する必要があり、結果として、半導体装置の小型化が阻害される。 As shown in JP-A-2005-85903, when another pattern (upper layer pattern) is formed on the embedded pattern embedded in the groove and the upper layer pattern is formed by etching, the upper layer pattern is formed by etching. The length may shrink. At this time, the shrinkage amount (pattern retraction amount) varies on one semiconductor device. Therefore, the characteristics of the semiconductor device vary. Further, it is necessary to set a margin for pattern receding, and as a result, downsizing of the semiconductor device is hindered.
なお、特開平9−127676号公報、特開平9−292701号公報および特開平11−258770号公報は、フォトマスクにおける遮光パターンの幅を調整するものであり、埋込みパターンにおける埋込み不良部に上層パターンを埋込むことにより、エッチング時の上層パターンの長さ方向の縮みを抑制するものではない。 JP-A-9-127676, JP-A-9-292701, and JP-A-11-258770 adjust the width of a light-shielding pattern in a photomask, and an upper layer pattern is formed in a defective portion of the embedded pattern. Embedding does not suppress shrinkage in the length direction of the upper layer pattern during etching.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、パターンの寸法精度が高い半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having high pattern dimensional accuracy.
本発明に係る半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、その主表面上に形成された溝部と、溝部内に形成され、ボイドを有する埋込みパターンと、少なくとも一部が埋込みパターン上に形成され、ボイド上に終端部を有する他のパターンとを備え、他のパターンは、ボイドに埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部を有する。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a main surface, a groove formed on the main surface, an embedded pattern formed in the groove and having a void, and at least a part of the embedded pattern formed on the embedded pattern. , And another pattern having an end portion on the void, and the other pattern has a thick portion formed thicker than the other portion by being embedded in the void.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の主表面上に溝部を形成する工程と、溝部内に、ボイドを有する埋込みパターンを形成する工程と、ボイド内から埋込みパターン上に上層膜を堆積する工程と、上層膜をパターニングして、ボイド上に終端部を有する他のパターンを形成する工程とを備える。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove on a main surface of a semiconductor substrate, a step of forming an embedded pattern having a void in the groove, and an upper layer film on the embedded pattern from the void. Depositing, and patterning the upper layer film to form another pattern having a terminal portion on the void.
本発明によれば、エッチングによるパターンの後退を抑制することができる。結果として、半導体装置の特性のばらつきを抑制することができる。また、半導体装置のパターンの寸法精度を向上させ、半導体装置を小型化することができる。 According to the present invention, the recession of the pattern due to etching can be suppressed. As a result, variation in characteristics of the semiconductor device can be suppressed. Further, the dimensional accuracy of the pattern of the semiconductor device can be improved and the semiconductor device can be miniaturized.
以下に、本発明に基づく半導体装置およびその製造方法の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。 Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below. Note that the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す上面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a top view showing a semiconductor device according to
本実施の形態に係る半導体装置1は、AG(Assist Gate)−AND型のフラッシュメモリ(不揮発性半導体記憶装置)であって、メモリセルアレイ部10を有するメモリセル領域と周辺回路部とを備える。メモリセルアレイ部10には、ワード線としてのコントロールゲート電極11と、アシストゲート電極12とが互いにほぼ直交するように形成されている。ここで、アシストゲート電極12の延在方向に並ぶコントロールゲート電極11のうち、最外部に位置するものは、ダミーゲート電極(ダミーワード線)1100である。
The
アシストゲート電極12に電圧が印加されると、半導体基板上におけるアシストゲート電極12の直下に反転層(図示せず)が形成される。メモリセルアレイ部10の周辺には、共通ドレイン20および選択MOS部30が設けられており、選択MOS部30がON状態になることにより、共通ドレイン20とアシストゲート電極12下部の反転層とが電気的に接続される。アシストゲート電極12と、共通ドレイン20と、選択MOS部30におけるゲート電極31とは、それぞれコンタクト部12A,20A,31Aを介して上層配線と接続されている。選択MOS部30においては、該トランジスタのソース/ドレインとなる不純物領域と分離領域40とがゲート電極31が延びる方向に交互に並んで形成されている。分離領域40は、STI(Shallow Trench Isolation)またはSGI(Shallow Groove Isolation)と称される溝型の分離領域である。
When a voltage is applied to the
図2は、図1中のII−II断面を示す。図2を参照して、半導体基板50上にn型埋込み領域60およびpウエル70が形成される。アシストゲート電極12およびゲート電極31は、たとえば酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜80を介してpウエル70上に形成されている。pウエル70におけるゲート電極31の両側には、n−不純物領域71と、共通ドレイン20としてのn+不純物領域72およびn−不純物領域73とが設けられる。アシストゲート電極12およびゲート電極31上には、シリコン窒化膜90と、絶縁膜100とが堆積されている。メモリセルアレイ部においては、シリコン窒化膜90上にONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜構造を有する絶縁膜110が形成されている。絶縁膜110上に、導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bを含むコントロールゲート電極11が形成され、コントロールゲート電極11上に、絶縁膜120が形成されている。ゲート電極31、シリコン窒化膜90および絶縁膜100の側壁上と、コントロールゲート電極11および絶縁膜120の側壁上とに絶縁膜130が形成されている。絶縁膜100,120,130を覆うように層間絶縁膜140が形成されており、層間絶縁膜140上に上層配線12D,20D,31Dが形成されている。上層配線12D,20D,31Dは、それぞれコンタクト部12A,20A,31Aを介して、それぞれ、アシストゲート電極12,共通ドレイン20におけるn+不純物領域72およびゲート電極31と電気的に接続される。なお、コンタクト部12A,20A,31Aは、それぞれコンタクトホール12B,20B,31Bと該コンタクトホール内に設けられたプラグ12C,20C,31Cとを含む。
FIG. 2 shows a II-II cross section in FIG. Referring to FIG. 2, n type buried
図3は、図2中のIII−III断面を示す。図3を参照して、アシストゲート電極12の側壁上には絶縁膜150が形成されている。また、各々のアシストゲート電極12間においては、pウエル70上にゲート絶縁膜80を介して孤立パターンであるフローティングゲート電極13が設けられている。フローティングゲート電極13と、コントロールゲート電極11における導電膜11Aとは絶縁膜110によって電気的に絶縁されている。
FIG. 3 shows a III-III cross section in FIG. Referring to FIG. 3, an
図4は、図1中のIV−IV断面を示す。なお、図4では、図1におけるA部周辺のみを図示している。図4を参照して、埋込みパターンである分離領域40の端部は、埋込み不良箇所41(凹部)を有する。アシストゲート電極12を構成する導電膜は、上記凹部内に達するように形成されている。換言すると、アシストゲート電極12は、その終端部において、埋込み不良箇所41に埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部Tを有する。また、分離領域40上には、導電膜1300が形成されている。導電膜1300は、典型的には、フローティングゲート電極13を構成する導電膜と同時に形成される。導電膜1300上には、層間絶縁膜140が形成されている。
FIG. 4 shows an IV-IV cross section in FIG. Note that FIG. 4 shows only the vicinity of portion A in FIG. Referring to FIG. 4, the end portion of
次に、図3に示される構造の形成プロセスについて、図5〜図10を用いて説明する。
図5を参照して、よく用いられるイオン注入法などを用いて半導体基板50上にたとえばリン(P)が選択的に注入されることにより、n型埋込み領域60が形成される。そして、よく用いられるイオン注入法などにより、たとえばホウ素(B)が選択的に注入されることにより、pウエル70が形成される。さらに、所定のレジストパターンをマスクとして、たとえばヒ素が注入されることにより、メモリセルアレイ部と、選択MOS部30とを連結するn−不純物領域71(図2参照)が形成される。pウエル70上と、n−不純物領域71(図2参照)上とに、たとえば二酸化シリコン換算膜厚で8.5nm程度の厚さになるように、ゲート絶縁膜80が形成される。ゲート絶縁膜80は、たとえばISSG(In−Situ Steam Generation)酸化法などの熱酸化法により形成される。そして、ゲート絶縁膜80上に、50nm程度の厚さになるように、多結晶シリコンなどからなる導電膜1200がCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成される。この導電膜1200は、選択MOS部30におけるゲート電極31およびアシストゲート電極12となる。そして、導電膜1200上に、70nm程度の厚みを有する窒化シリコン膜90が形成される。窒化シリコン膜90は、CVD法などにより形成される。
Next, a process for forming the structure shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 5, for example, phosphorus (P) is selectively implanted onto
図6を参照して、シリコン窒化膜90上にTEOS酸化膜などからなる絶縁膜100が堆積される。絶縁膜100上には、ハードマスク膜(図示せず)および反射防止膜(図示せず)を介して、レジスト膜160が形成される。そして、上記ハードマスク膜をマスクとして、図7に示すように、シリコン窒化膜90と、絶縁膜100とがパターニングされる。次に、図8に示すように、アシストゲート電極12およびゲート絶縁膜80がパターニングされる。さらに、図9に示すように、アシストゲート電極12から絶縁膜100の側壁上に絶縁膜150が形成され、絶縁膜150に囲まれた領域にフローティングゲート電極13が形成される。そして、図10に示すように、絶縁膜100と、シリコン窒化膜90の一部が除去される。さらに、シリコン窒化膜90からフローティングゲート電極13を覆うように、絶縁膜110(図2参照)が形成される。絶縁膜110は、たとえばその厚みがそれぞれ5nm,8nm,5nm程度である酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造(ONO膜構造)を有する。
Referring to FIG. 6, an insulating
再び図2を参照して、絶縁膜110上に導電膜11A、シリサイド膜11Bおよび絶縁膜120が形成され、これらがパターニングされることにより、コントロールゲート電極11が形成される。また、フローティングゲート電極13についてもパターニングされ、該ゲート電極13が孤立パターンとなる。その後、絶縁膜130および層間絶縁膜140が形成され、層間絶縁膜140上から、それぞれ、アシストゲート電極12と、n+不純物領域72と、ゲート電極31とに達するコンタクト部12A,20A,31Aが設けられ、上層配線12D,20D,31Dとアシストゲート電極12、n+不純物領域72およびゲート電極31とが電気的に接続される。以上の工程により、図3に示される構造が得られる。
Referring again to FIG. 2,
次に、図4に示される構造の形成プロセスについて、図11〜図20を用いて説明する。 Next, a process for forming the structure shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS.
図11を参照して、pウエル70上に、ゲート絶縁膜80が形成される。そして、ゲート絶縁膜80上に、多結晶シリコンなどからなる、バッファ層としての導電膜1200Aが形成される。そして、導電膜1200A上に、ハードマスク層としての窒化シリコン膜90Aが形成される。なお、導電膜1200A(バッファ層)は、形成されなくともよい。
Referring to FIG. 11,
次に、図12に示されるフォトマスクを用いて写真製版を行なう。図12を参照して、フォトマスク400は、遮光パターン410と、透光パターン420とを有する。ここで、透光パターン420は、分離領域40に対応した形状を有する。そして、フォトマスク400においては、透光パターン420の終端部において、補助パターンを設けたり、透光パターン420の幅を広げたりするパターン補正(OPC:Optical Proximity Correction)は行なわれていない。すなわち、透光パターン420は、その終端部においても、他の部分と同様の形状を有している。
Next, photoengraving is performed using the photomask shown in FIG. Referring to FIG. 12, the
フォトマスク400を用いた写真製版により、分離領域40の形成領域がパターニングされる。その後、ハードマスク(窒化シリコン膜90A)のエッチング、レジスト除去およびpウエル70のエッチングを行なうことにより、図13に示すように、pウエル70上にトレンチ(溝部)700が形成される。トレンチ700は、矢印DR1方向に延びるように形成される。
The formation region of the
図14を参照して、図13に示される状態から、トレンチ700内からシリコン窒化膜90A上にSiO2膜4000が形成される。ここで、SiO2膜4000の形成は、ArプロセスのHDP−CVDを用いて行なわれる。そして、SiO2膜4000に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などによる平坦化処理が施される。これにより、図15に示すように、溝部700内にSiO2膜4000が埋込まれ、分離領域40が形成される。さらに、シリコン窒化膜90Aおよび導電膜1200Aがウエットエッチングにより除去される。
Referring to FIG. 14, from the state shown in FIG. 13, SiO 2 film 4000 is formed on
ところで、図12に示されるフォトマスク400を用いて溝部700を形成した結果、該溝部700に埋込まれる分離領域40は、図16に示すように、その先端部(終端部)が細い先細り形状を有する。当該先細り部分においては、他の部分に対してSiO2膜4000の埋込み性が劣るため、エッチングレートが比較的早い酸化膜が形成される。
By the way, as a result of forming the
シリコン窒化膜90Aおよび導電膜1200Aにウエットエッチングが施される。図16,図17を参照して、このウエットエッチング時に、分離領域40(SiO2膜4000)の終端部に埋込み不良箇所41が形成される。
Wet etching is performed on
上記について換言すると、分離領域40は、設計パターン幅(B)よりもパターン幅が狭くなる幅狭部分42を有し、埋込み不良箇所41は、幅狭部分42に形成されている。
In other words, the
図18を参照して、図17に示される状態から、分離領域40上およびゲート絶縁膜80上に、多結晶シリコンなどからなる導電膜1200が形成される。導電膜1200は、分離領域40における埋込み不良箇所41内にも形成される。これにより、当該部分において、導電膜1200に厚肉部Tが形成される。そして、導電膜1200上に、窒化シリコン膜90が形成される。さらに、シリコン窒化膜90上にTEOS酸化膜などからなる絶縁膜100が堆積される。絶縁膜100上には、ハードマスク膜(図示せず)および反射防止膜(図示せず)を介して、レジスト膜160が形成される。
Referring to FIG. 18,
なお、図18に示される導電膜1200、シリコン窒化膜90、絶縁膜100およびレジスト膜160は、典型的には、それぞれ、図6に示される導電膜1200、シリコン窒化膜90、絶縁膜100およびレジスト膜160と同時に形成される。
Note that the
図19を参照して、図18に示される状態から、絶縁膜100、シリコン窒化膜90および導電膜1200にエッチングが施される。これにより、分離領域40上に終端部を有するアシストゲート電極12が形成される。ここで、アシストゲート電極12の終端部は、分離領域40における埋込み不良箇所41上に形成される。換言すると、アシストゲート電極12は、その終端部に厚肉部Tを有するようにパターニングされる。さらに、アシストゲート電極12から絶縁膜100の側壁上に絶縁膜150が形成される。
Referring to FIG. 19, etching is performed on insulating
ところで、エッチングによりパターンを形成する際に、アンダーカットなどの作用により、意図したパターン長さに対して、実際に形成されるパターン長さが(矢印DR1方向に)縮む場合がある。なお、本願明細書においては、上記パターンの縮みを「パターンの後退」と称する場合がある。 By the way, when a pattern is formed by etching, an actually formed pattern length may be reduced (in the direction of the arrow DR1) with respect to an intended pattern length due to an action such as undercut. In the present specification, the pattern shrinkage is sometimes referred to as “pattern receding”.
半導体装置の製造プロセスにおいては、上述したパターン後退量に対するマージンを設けたレイアウト設計が行なわれる。しかしながら、このマージン量を大きくすることは、チップ面積の増大に繋がる。一方で、パターン後退量のばらつきが大きいと、上記マージン量を大きく設定せざるを得ないことになる。 In the semiconductor device manufacturing process, layout design is performed with a margin for the above-described pattern recession amount. However, increasing the margin amount leads to an increase in chip area. On the other hand, if the variation in the pattern retraction amount is large, the margin amount must be set large.
これに対し、本実施の形態に係る半導体装置においては、アシストゲート電極12の終端部が厚肉部Tを有する。厚肉部Tが設けられることにより、エッチング時のパターン後退が抑制される。また、パターン後退量のばらつき(寸法のばらつき)についても抑制される。したがって、アシストゲート電極12をパターニングする際の該パターンの後退および後退量のばらつきを抑制することができる。
In contrast, in the semiconductor device according to the present embodiment, the terminal portion of
なお、導電膜1200をパターニングするエッチング処理は、典型的には、絶縁膜100上に形成されたハードマスク膜(図示せず)をマスクとして用いるハードマスクエッチングであるが、このハードマスクエッチングに代えて、レジスト膜160をマスクとしてエッチングを行なうことも可能である。この場合は、ハードマスク膜の形成は不要である。
Note that the etching process for patterning the
図20を参照して、図19に示される状態から、分離領域40上から絶縁膜150上に導電膜1300が形成される。そして、シリコン窒化膜90から導電膜1300を覆うように、絶縁膜110が形成される。絶縁膜110は、たとえばその厚みがそれぞれ5nm,8nm,5nm程度である酸化膜−窒化膜−酸化膜の積層構造(ONO膜構造)を有する。さらに、絶縁膜110上に導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bが形成される。
Referring to FIG. 20,
なお、図20に示される絶縁膜110、導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bは、典型的には、それぞれ、図2に示される絶縁膜110、導電膜11Aおよびシリサイド膜11Bと同時に形成される。また、図20に示される絶縁膜150、導電膜1300は、典型的には、それぞれ、図3に示される絶縁膜150、フローティングゲート電極13を構成する導電膜と同時に形成される。
Note that the insulating
再び図4を参照して、導電膜11A、シリサイド膜11B上に絶縁膜120が形成される。そして、導電膜11A、シリサイド膜11Bおよび絶縁膜120がパターニングされることにより、コントロールゲート電極11が形成される。その後、絶縁膜130および層間絶縁膜140が形成される。以上の工程により、図4に示される構造が得られる。
Referring to FIG. 4 again, insulating
なお、図4に示される絶縁膜120,130および層間絶縁膜140は、典型的には、それぞれ、図2に示される絶縁膜120,130および層間絶縁膜140と同時に形成される。
Insulating
次に、上記フラッシュメモリの書込み、読み出しおよび消去の動作について、図2,図3を参照しながら説明する。 Next, the writing, reading and erasing operations of the flash memory will be described with reference to FIGS.
データ書込み時には、所定のアシストゲート電極12に電圧が印加される。これにより所定のメモリセル(選択メモリセル)が選択される。該データ書込みは、ソースサイドホットエレクトロン注入方式により行なわれる。これにより、高速に、かつ、低電流で効率的なデータ書込みが実現される。個々のメモリセルには、多値のデータを記憶することが可能である。この多値記憶は、コントロールゲート電極に印加される書込み電圧を一定にしながら、個々のメモリセルごとに書込み時間を変化させ、それぞれ異なる閾値レベルを有するメモリセルを形成することで実現される。たとえば、“00”/“01”/“10”/“11”などのような4つ以上の値が記憶可能である。したがって、1つのメモリセルで2つ以上のメモリセル分の働きを実現することができる。この結果、フラッシュメモリの小型化が実現される。
At the time of data writing, a voltage is applied to a predetermined
データ書込み動作においては、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極11に、たとえば15V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極11に、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるソース形成用のアシストゲート電極12に、たとえば5V程度の電圧が印加され、ドレイン形成用のアシストゲート電極12(典型的には、たとえば、ソース形成用のアシストゲート電極12に隣接するアシストゲート電極12)に、たとえば8V程度の電圧が印加される。これにより、これらのアシストゲート電極12に対向する半導体基板50の主表面上(pウエル70上)にソース/ドレインとなる反転層(図示せず)が形成される。一方で、上記以外のアシストゲート電極12には、たとえば−2V程度の電圧が印加されており、これらのアシストゲート電極12に対向する半導体基板50の主表面上には反転層が形成されていない。これにより、選択メモリセルと非選択メモリセルとの間のアイソレーションが行なわれる。さらに、選択メモリセルにおけるドレインとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば4.5V程度の電圧が印加される。ここで、選択メモリセルにおけるソースとなる反転層に接続されたビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される一方で、非選択メモリセルにおけるソースとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば2V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおいてはドレインからソースに向かって書込み用の電流が流れ、ソース側の反転層に蓄積された電荷がゲート絶縁膜80を介してフローティングゲート電極13に注入される。一方で、非選択メモリセルにおいては、ドレインからソースに向かう電流は流れず、フローティングゲート電極13への電荷の注入は行なわれない。以上の動作により、所定のメモリセルに選択的にデータの書込みが行なわれる。
In the data write operation, a voltage of about 15 V, for example, is applied to the
データ読み出し動作においては、上記書込み動作と逆の動作が行なわれる。ここでは、選択メモリセルが接続されるコントロールゲート電極11に、たとえば2〜5V程度の電圧が印加され、それ以外のコントロールゲート電極11に、たとえば−2V程度の電圧が印加される。また、選択メモリセルにおけるソース/ドレイン形成用のアシストゲート電極12に、たとえば4V程度の電圧が印加される。これにより、選択メモリセルにおけるソース/ドレインが形成される。一方、非選択メモリセルにおけるソース/ドレイン形成用のアシストゲート電極12に、たとえば−2V程度の電圧が印加される。これにより、非選択メモリセルにおいては、ソース/ドレインとなる反転層が形成されない。この結果、選択メモリセルと非選択メモリセルとのアイソレーションが実現される。ここで、選択メモリセルにおいてドレインとなる反転層が接続されるビット線に、たとえば1V程度の電圧が印加される。一方、他のビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される。さらに、選択メモリセルにおいてソースとなる反転層に接続されるビット線に、たとえば0V程度の電圧が印加される。ここで、フローティングゲート電極13の蓄積電荷の状態によって選択メモリセルの閾値電圧が変化する。したがって、選択メモリセルのソース−ドレイン間に流れる電流の状況から該メモリセルのデータを判別することができる。以上の動作により、多値記憶のメモリセルに対して読み出し動作を行なうことができる。
In the data read operation, an operation opposite to the write operation is performed. Here, a voltage of about 2 to 5 V, for example, is applied to the
データ消去動作においては、選択対象のワード線に負電圧(たとえば−16V程度)が印加される一方で、半導体基板50(pウエル70)に正の電圧が印加される。なお、アシストゲート電極12には0V程度の電圧が印加され、反転層は形成されない。これにより、フローティングゲート電極13から半導体基板50に電荷が放出される。該放出は、F−N(Fowlor Nordheim)トンネル放出により行なわれる。以上の動作により、複数のメモリセルのデータが一括で消去される。
In the data erasing operation, a negative voltage (for example, about −16V) is applied to the word line to be selected, while a positive voltage is applied to the semiconductor substrate 50 (p well 70). Note that a voltage of about 0 V is applied to the assist
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置1は、主表面を有する半導体基板50と、半導体基板50の主表面上のpウエル70に形成された「溝部」としてのトレンチ700と、トレンチ700内に形成され、「ボイド」としての埋込み不良箇所41を有する「埋込みパターン」としての分離領域40(絶縁膜)と、その一部が分離領域40上に形成され、埋込み不良箇所41上に終端部を有する「他のパターン」としてのアシストゲート電極12(導電膜)とを備える。そして、アシストゲート電極12は、埋込み不良箇所41に埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部Tを有している。
The above contents are summarized as follows. That is, the
上記構成によれば、アシストゲート電極12の終端部の厚みが相対的に厚く形成されているため、エッチング時のパターン後退およびその後退量のばらつきが低減される。結果として、半導体装置の特性のばらつきが抑制される。また、パターン後退に対するマージンを比較的小さく設定する(たとえば、分離領域40上に突き出すアシストゲート電極12の長さを比較的短く設定する、または、図1中の「L」を小さく設定する)ことが可能になり、チップ面積が縮小される。
According to the above configuration, since the end portion of the
半導体基板50の主表面において、トレンチ700が形成される部分は「第1部分」を構成し、該「第1部分」に隣接する部分は「第2部分」を構成する。本実施の形態において、アシストゲート電極12は、「第1部分」から「第2部分」に達するように設けられている。なお、1つの変形例として、「他のパターン」の全体が「埋込みパターン」上に形成されていてもよい。
On the main surface of the
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板50の主表面上にトレンチ700を形成する工程(図13)と、トレンチ700内に、埋込み不良箇所41を有する分離領域40を形成する工程(図14〜図17)と、埋込み不良箇所41内から分離領域40上に「上層膜」としての導電膜1200を堆積する工程(図18)と、導電膜1200をパターニングして、埋込み不良箇所41上に終端部を有するアシストゲート電極12を形成する工程(図19)とを備える。
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the step of forming
そして、トレンチ700を形成する工程は、図12に示されるフォトマスク400を用いて、トレンチ700に対応する開口部を有するマスク膜(シリコン窒化膜90A)を形成する工程と、該マスク膜をマスクとしてエッチングを施すことによりトレンチ700を形成する工程とを有し、分離領域40を形成する工程は、トレンチ700内からシリコン窒化膜90A上に「埋込み膜」としての絶縁膜4000を堆積する工程(図14)と、CMPなどによって絶縁膜4000の厚みを減じることでトレンチ700内に絶縁膜400を埋込む工程(図15)と、埋込み不良箇所41を形成しながらシリコン窒化膜90Aなどを除去する工程(図16,図17)とを有する。
Then, the process of forming the
なお、本実施の形態においては、分離領域40の終端部に幅狭部分42を設けることによって埋込み不良箇所41を形成したが、分離領域40における終端部以外(たとえば、長手方向の中央部)に幅狭部分42を設けることによって埋込み不良箇所41を形成してもよい。
In the present embodiment, the embedding
本実施の形態によれば、上述した構成により、エッチング時のアシストゲート電極12の後退を抑制することができる。結果として、半導体装置のパターンの寸法精度を向上させ、半導体装置の特性のばらつきを抑制することができる。また、半導体装置を小型化することができる。
According to the present embodiment, the above-described configuration can suppress the back-up of the
(実施の形態2)
図21,図22は、それぞれ、実施の形態2に係る半導体装置の製造工程における第1と第2ステップを示す図である。また、図23は、本実施の形態に係る半導体装置を示した上面図である。
(Embodiment 2)
21 and 22 are diagrams showing first and second steps in the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment, respectively. FIG. 23 is a top view showing the semiconductor device according to the present embodiment.
図21を参照して、半導体基板の主表面上において、「埋込みパターン」としての分離領域40が形成される「溝部」の一部に、予め活性領域74が形成されている。これにより、分離領域40を構成する酸化膜をHDP−CVDを用いて形成する際に、複数(2つ)の活性領域74と分離領域40の縁端とに囲まれた領域において、3方向(図21における矢印方向)から酸化膜が成長する。この結果、当該領域において、「ボイド」としての埋込み不良箇所41が生じる。
Referring to FIG. 21,
図22を参照して、分離領域40に隣接する位置から、分離領域40内の埋込み不良箇所41に達するように、「他のパターン」としてのゲート電極14が形成される。なお、ゲート電極14は、分離領域40が形成された半導体基板の主表面上に導電膜を形成し、エッチングによって該導電膜をパターニングすることで形成される。そして、ゲート電極14は、埋込み不良箇所41上に終端部を有し、該終端部の厚みは、上記導電膜が埋込み不良箇所41内に埋込まれることによって、他の部分に比べて厚く形成されている。
Referring to FIG. 22,
図23を参照して、ゲート電極14は、分離領域40に隣接する活性領域74上に達する。活性領域74には、コンタクト部74Aが設けられる。
Referring to FIG. 23,
本実施の形態に係る半導体装置においても、ゲート電極14の終端部の厚みが相対的に厚く形成されているため、実施の形態1と同様に、エッチング時のパターン後退およびその後退量のばらつきが低減される。結果として、半導体装置の特性のばらつきが抑制される。また、パターン後退に対するマージンを比較的小さく設定することが可能になり、チップ面積が縮小される。
In the semiconductor device according to the present embodiment as well, since the thickness of the terminal portion of the
また、本実施の形態においては、分離領域40内に意図的に活性領域74(ダミー活性領域)を形成して、その周辺に積極的に埋込み不良箇所41を発生させている。すなわち、本実施の形態において、「埋込みパターン」としての分離領域40を形成する工程は、半導体基板の主表面上に形成された溝部(凹部)内の一部に「ダミーパターン」としての活性領域74を形成する工程と、活性領域74と分離領域40の縁端との間に「ボイド」としての埋込み不良箇所41を形成するように溝部内に「埋込み膜」としての絶縁膜を堆積する工程と、絶縁膜の厚みを減じることで溝部内に絶縁膜を埋込む工程とを有する。このようにすることで、埋込み不良箇所41を設ける位置を、比較的自由に設定することが可能になる。結果として、半導体装置におけるレイアウトの自由度が向上する。
Further, in the present embodiment, the active region 74 (dummy active region) is intentionally formed in the
(参考例)
図24は、参考例に係る素子分離構造を示した上面図である。また、図25は、図24におけるXXV−XXV断面図である。図24,図25を参照して、本参考例に係る素子分離構造においては、活性領域74上に、絶縁膜である分離領域40が略平行に並ぶように形成されている。
(Reference example)
FIG. 24 is a top view showing an element isolation structure according to a reference example. FIG. 25 is a sectional view taken along line XXV-XXV in FIG. Referring to FIGS. 24 and 25, in the element isolation structure according to the present reference example, the
図26は、図24に示される素子分離構造上にゲート電極をレイアウトした図である。なお、図26は、設計値のレイアウトを示す。これに対し、図27は、実際に形成されたゲート電極14を示した図である。
FIG. 26 is a diagram in which gate electrodes are laid out on the element isolation structure shown in FIG. FIG. 26 shows a layout of design values. On the other hand, FIG. 27 is a diagram showing the
図26,図27を参照して、ゲート電極14は、分離領域40上にその終端部を有する。そして、ゲート電極14の終端部には、設計パターン幅よりもパターン幅が狭くなる幅狭部分が形成される(図27中のB部)。
Referring to FIGS. 26 and 27,
図28は、図27に示されるゲート電極の終端部周辺を拡大して示した図である。また、図29,図30は、それぞれ、図28におけるXXIX−XXIX断面図,XXX−XXX断面図である。図28〜図30を参照して、ゲート電極14は、導電膜14Aと、シリサイド膜14Bとからなる。そして、ゲート電極14の終端部におけるゲート長Lgは、それ以外の部分におけるゲート長Lg´と比較して相対的に小さい。
FIG. 28 is an enlarged view showing the periphery of the terminal portion of the gate electrode shown in FIG. 29 and 30 are a cross-sectional view taken along XXIX-XXIX and a cross-sectional view taken along XXX-XXX in FIG. 28, respectively. Referring to FIGS. 28 to 30, the
図31は、ゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示したグラフである。図31に示すように、ゲート長が小さい(Lg)場合、ゲート長が大きい(Lg´)場合と比較して、閾値電圧が低下し、また、短チャネル効果によりオフリーク電流(Ioff)が増大する。この結果、本来設計されたトランジスタの特性が得られない場合がある。 FIG. 31 is a graph showing the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id. As shown in FIG. 31, when the gate length is small (Lg), the threshold voltage is lowered and the off-leakage current (Ioff) is increased due to the short channel effect as compared with the case where the gate length is large (Lg ′). . As a result, the originally designed transistor characteristics may not be obtained.
また、ゲート電極14の終端部が、図28中の二点鎖線に示される部分にまで後退した場合は、ソース−ドレインのショートが発生する。
Further, when the terminal portion of the
これに対し、上述した各実施の形態によれば、本参考例における問題点を解決することが可能である。 On the other hand, according to each embodiment mentioned above, it is possible to solve the problem in this reference example.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it is planned from the beginning to appropriately combine the characteristic portions of the respective embodiments described above. 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, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体装置、10 メモリセルアレイ部、11 コントロールゲート電極、11A,14A,1100A 導電膜、11B,14B,1100B シリサイド膜、12 アシストゲート電極、12A,20A,31A コンタクト部、12B,20B,31B コンタクトホール、12C,20C,31C プラグ、12D,20D,31D 上層配線、13 フローティングゲート電極、14 ゲート電極、20 共通ドレイン、30 選択MOS部、31 ゲート電極(選択MOS部)、40 分離領域、41 埋込み不良箇所、42 幅狭部分、50 半導体基板、60 n型埋込み領域、70 pウエル、71,73 n−不純物領域、72 n+不純物領域、74 活性領域、80 ゲート絶縁膜、90,90A シリコン窒化膜、100,110,120,130,150 絶縁膜、140 層間絶縁膜、160 レジスト膜、400 フォトマスク、410 遮光パターン、420 透光パターン、700 トレンチ、1100 ダミーゲート電極(ダミーゲート線)、1200,1200A,1300 導電膜、4000 SiO2膜。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記主表面上に形成された溝部と、
前記溝部内に形成され、ボイドを有する埋込みパターンと、
少なくとも一部が前記埋込みパターン上に形成され、前記ボイド上に終端部を有する他のパターンとを備え、
前記他のパターンは、前記ボイドに埋込まれることによって他の部分よりも厚く形成された厚肉部を有する、半導体装置。 A semiconductor substrate having a main surface;
A groove formed on the main surface;
An embedded pattern formed in the groove and having a void;
And at least a part of the pattern formed on the embedded pattern and having a termination on the void,
The said other pattern is a semiconductor device which has a thick part formed thicker than another part by being embedded in the said void.
前記ボイドは、前記幅狭部分に形成される、請求項1に記載の半導体装置。 The embedded pattern has a narrow portion where the pattern width is narrower than the design pattern width,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the void is formed in the narrow portion.
前記他のパターンは導電膜である、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The embedded pattern is an insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the other pattern is a conductive film.
前記導電膜は前記第1部分から前記第2部分に設けられたゲート電極である、請求項3に記載の半導体装置。 The main surface of the semiconductor substrate has a first part in which the groove is formed, and a second part adjacent to the first part,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the conductive film is a gate electrode provided from the first portion to the second portion.
前記溝部内に、ボイドを有する埋込みパターンを形成する工程と、
前記ボイド内から前記埋込みパターン上に上層膜を堆積する工程と、
前記上層膜をパターニングして、前記ボイド上に終端部を有する他のパターンを形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 Forming a groove on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming an embedded pattern having voids in the groove;
Depositing an upper layer film on the embedded pattern from within the void;
And patterning the upper layer film to form another pattern having a terminal portion on the void.
前記半導体基板の主表面上に前記溝部に対応する開口部を有する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エッチングを施すことにより前記溝部を形成する工程とを有し、
前記埋込みパターンを形成する工程は、
前記溝部内から前記マスク膜上に埋込み膜を堆積する工程と、
前記埋込み膜の厚みを減じることで前記溝部内に前記埋込み膜を埋込む工程と、
前記マスク膜を除去する工程とを有する、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the groove includes
Forming a mask film having an opening corresponding to the groove on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming the groove by etching using the mask film as a mask,
The step of forming the embedded pattern includes:
Depositing a buried film on the mask film from within the groove;
Burying the buried film in the groove by reducing the thickness of the buried film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of removing the mask film.
前記溝部内の一部にダミーパターンを形成する工程と、
前記ダミーパターンと前記埋込みパターンの縁端との間にボイドを形成するように前記溝部内に埋込み膜を堆積する工程と、
前記埋込み膜の厚みを減じることで前記溝部内に前記埋込み膜を埋込む工程とを有する、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the embedded pattern includes:
Forming a dummy pattern in a part of the groove,
Depositing a buried film in the groove so as to form a void between the dummy pattern and an edge of the buried pattern;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of burying the buried film in the groove portion by reducing a thickness of the buried film.
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