JP2008098480A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、自己整合コンタクト技術を用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a self-aligned contact technique.
メモリーセルの形成において自己整合コンタクト(SAC:Self Aligned Contact)技術を用いてコンタクトホールの開口を行う場合、ゲート電極形成後にシリコン窒化膜のサイドウォールを形成し、その後にエッチングストッパーとしてさらにシリコン窒化膜を成膜する構造が一般的である。 When a contact hole is opened using a self-aligned contact (SAC) technique in forming a memory cell, a side wall of a silicon nitride film is formed after forming a gate electrode, and then a silicon nitride film is further used as an etching stopper. A structure in which a film is formed is generally used.
なぜなら、このエッチングストッパー用のシリコン窒化膜(ストッパー窒化膜)が存在しないと、アライメントずれにより素子分離酸化膜上にコンタクトホールが係合した場合、層間酸化膜と素子分離酸化膜とではエッチング選択性がないので、コンタクトホールのエッチングにより素子分離酸化膜が大きくエッチングされる可能性があるからである。 This is because if the silicon nitride film for the etching stopper (stopper nitride film) does not exist, the etching selectivity between the interlayer oxide film and the element isolation oxide film when the contact hole is engaged with the element isolation oxide film due to misalignment. This is because there is a possibility that the element isolation oxide film is largely etched by the contact hole etching.
このように、SAC技術におけるストッパー窒化膜は、エッチングプロセスの加工マージンを拡大する意味では非常に重要ではあるが、一方では、膜ストレスが発生するという意味では問題も有している。 As described above, the stopper nitride film in the SAC technique is very important in terms of increasing the processing margin of the etching process, but has a problem in the sense that film stress occurs.
すなわち、当該シリコン窒化膜を成膜した後、半導体基板上がシリコン窒化膜で被覆されている状態で層間酸化膜を形成するが、層間酸化膜をゲート電極間に隙間なく埋め込むために、層間酸化膜形成後に高温熱処理(リフロー)を行う必要がある。このとき、ストッパー窒化膜に大きな膜ストレスが発生することになる。 That is, after the silicon nitride film is formed, an interlayer oxide film is formed in a state where the semiconductor substrate is covered with the silicon nitride film. In order to embed the interlayer oxide film without a gap between the gate electrodes, the interlayer oxide film is formed. It is necessary to perform high temperature heat treatment (reflow) after film formation. At this time, a large film stress is generated in the stopper nitride film.
このストッパー窒化膜の膜ストレスは、トランジスタのゲート酸化膜の膜質を大きく劣化させることが確認されている。例えばフラッシュメモリーでは、フローティングゲート型トランジスタのトンネル酸化膜の膜質に影響を与え、フラッシュメモリーの性能、例えば、フラッシュメモリーのイレーズ耐性(経年変化によるデータ消去の長時間化を抑制する特性)、ライト耐性(経年変化によるデータ書き込みの長時間化を抑制する特性)、リテンション特性(データ保持特性)が低下する可能性がある。 It has been confirmed that the film stress of the stopper nitride film greatly deteriorates the film quality of the gate oxide film of the transistor. For example, in flash memory, it affects the quality of the tunnel oxide film of the floating gate type transistor, and the flash memory performance, for example, flash memory erase resistance (characteristic that suppresses prolonged data erasure due to aging) and write resistance. There is a possibility that the retention characteristic (data retention characteristic) may be deteriorated (characteristic for suppressing a long time for data writing due to secular change).
また、特許文献1および2においては、MOSトランジスタ上に形成されたシリコン窒化膜と、その上に形成されたシリコン酸化膜との膨張率の違いにより、後の熱工程でストレスが発生することが課題として認識されている。
In
以上説明したように、SAC技術を用いてコンタクトホールの開口を行う場合、シリコン窒化膜のサイドウォールを形成し、さらにその上に、ストッパー窒化膜を成膜するが、当該ストッパー窒化膜の上に形成される層間酸化膜との材質の違いにより、層間酸化膜形成後の高温熱処理によりストッパー窒化膜に大きな膜ストレスが発生するという問題があった。 As described above, when the contact hole is opened using the SAC technique, the sidewall of the silicon nitride film is formed, and the stopper nitride film is further formed thereon, and the stopper nitride film is formed on the stopper nitride film. Due to the difference in material from the formed interlayer oxide film, there has been a problem that a large film stress is generated in the stopper nitride film due to the high-temperature heat treatment after the interlayer oxide film is formed.
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、SAC技術を用いてコンタクトホールの開口を行う場合に使用されるストッパー窒化膜に、膜ストレスが発生することを防止した半導体装置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 a semiconductor in which film stress is prevented from occurring in a stopper nitride film used when a contact hole is opened using SAC technology. An object is to provide a method for manufacturing a device.
本発明に係る1の実施の形態においては、以下の製造方法が提示されている。すなわち、サイドウォール窒化膜を含めてゲート電極を覆うように、半導体基板1上にレジスト材を塗布し、露光処理および現像処理を行う。この露光処理および現像処理によって、ゲート電極間の谷間の部分がレジスト膜(埋め込み膜)によって埋め込まれる。ゲート電極上部においてはストッパー窒化膜が露出し、他の部分、特にソース・ドレイン部のストッパー窒化膜がレジスト膜で覆われた構成を得る。その後、露出したゲート電極上部のストッパー窒化膜を、ドライエッチングにより除去する。
In one embodiment according to the present invention, the following manufacturing method is presented. That is, a resist material is applied on the
上記実施の形態によれば、ゲート電極上部からストッパー窒化膜を除去するので、ゲート電極上部においてストッパー窒化膜が分断された構成となる。 According to the above embodiment, since the stopper nitride film is removed from the upper part of the gate electrode, the stopper nitride film is divided at the upper part of the gate electrode.
このため、層間酸化膜の形成後にリフローを行った場合でも、ストッパー窒化膜と層間酸化膜との材質の違いによりストッパー窒化膜に加わるストレスが緩和され、当該ストレスが、トンネル酸化膜の膜質に影響を与えて、フラッシュメモリーの性能に影響を与えることが防止される。 For this reason, even when reflow is performed after the formation of the interlayer oxide film, the stress applied to the stopper nitride film is alleviated due to the difference in material between the stopper nitride film and the interlayer oxide film, and the stress affects the film quality of the tunnel oxide film. Is prevented from affecting the performance of the flash memory.
「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の積層構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と称す)においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。 The term “MOS” has been used in the past for metal / oxide / semiconductor laminated structures, and is taken from the acronym Metal-Oxide-Semiconductor. However, in particular, in a field effect transistor having a MOS structure (hereinafter, simply referred to as “MOS transistor”), materials for a gate insulating film and a gate electrode have been improved from the viewpoint of recent integration and improvement of a manufacturing process.
例えばMOSトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、当該材料は必ずしも酸化物には限定されない。 For example, in a MOS transistor, polycrystalline silicon has been adopted instead of metal as a material of a gate electrode mainly from the viewpoint of forming a source / drain in a self-aligned manner. From the viewpoint of improving electrical characteristics, a material having a high dielectric constant is adopted as a material for the gate insulating film, but the material is not necessarily limited to an oxide.
従って「MOS」という用語は必ずしも金属/酸化物/半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。すなわち、技術常識に鑑みて、ここでは「MOS」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体/絶縁体/半導体の積層構造をも含む意義を有する。 Therefore, the term “MOS” is not necessarily limited to the metal / oxide / semiconductor stacked structure, and is not presumed in this specification. That is, in view of the common general knowledge, “MOS” is not only an abbreviation derived from the word source, but also has a meaning including widely a laminated structure of a conductor / insulator / semiconductor.
<A.実施の形態1>
本発明に係る実施の形態1の半導体装置の製造方法として、フローティングゲート型MOSトランジスタを有するフラッシュメモリーの製造工程について、図1〜図8を用いて説明する。なお、図1〜図8においては、図9にA−A線で示すフローティングゲート型MOSトランジスタのゲート長方向での断面をゲート部として示し、B−B線で示すソース・ドレイン層のゲート幅方向での断面をソース・ドレイン部として示している。
<A.
As a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a manufacturing process of a flash memory having a floating gate type MOS transistor will be described with reference to FIGS. 1 to 8, the cross section in the gate length direction of the floating gate type MOS transistor shown by the AA line in FIG. 9 is shown as the gate portion, and the gate width of the source / drain layer shown by the BB line. A cross section in the direction is shown as a source / drain portion.
<A−1.製造工程>
まず、図1に示す工程において、シリコン基板等の半導体基板1を準備し、半導体基板1上にフローティングゲート型MOSトランジスタを形成する。
<A-1. Manufacturing process>
First, in the process shown in FIG. 1, a
フローティングゲート型MOSトランジスタは周知の技術により形成されるが、一例を挙げるならば、まず、半導体基板1上全面に、例えばランプ酸化により厚さ約11nmのシリコン酸化膜を形成してトンネル酸化膜22とする。ランプ酸化は、酸素を供給しながらRTA(Rapid Thermal Annealing)を行う酸化技術である。
The floating gate type MOS transistor is formed by a well-known technique. For example, first, a silicon oxide film having a thickness of about 11 nm is formed on the entire surface of the
次に、トンネル酸化膜22上に、例えばCVD(Chemical Vaper Deposition)法により厚さ約120nmのノンドープトポリシリコン膜を形成し、その後、リン等の不純物をイオン注入する。このポリシリコン膜を写真製版及びドライエッチングすることにより、フローティングゲート31を形成する。
Next, a non-doped polysilicon film having a thickness of about 120 nm is formed on the
次に、フローティングゲート31上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜が順に積層されたONO膜を形成して、厚さ約10nmのゲート間絶縁膜7とする。
Next, an ONO film in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are sequentially stacked is formed on the floating
ONO膜は、例えば、中央のシリコン窒化膜をCVD法で形成し、その上下のシリコン酸化膜を活性酸素を用いたISSG(In Situ Steam Generation)酸化により形成することで得ることができる。なお、ISSG酸化は、Applied Materials,Inc.社が提供する酸化技術である。 The ONO film can be obtained, for example, by forming a central silicon nitride film by a CVD method and forming upper and lower silicon oxide films by ISSG (In Situ Steam Generation) oxidation using active oxygen. ISSG oxidation is performed by Applied Materials, Inc. This is an oxidation technology provided by the company.
次に、ゲート間絶縁膜7上に、例えばCVD法により厚さ約80nmのドープトポリシリコン膜を形成して、コントロールゲート32とする。ドープトポリシリコン膜の形成に際しては、リン等の不純物を含むガスを供給しながら成膜を行うことで、不純物を含んだポリシリコン層が得られる。
Next, a doped polysilicon film having a thickness of about 80 nm is formed on the inter-gate
次に、コントロールゲート32上に、例えばCVD法により、厚さ約80nmのタングステンシリサイド(WSi)膜4を得る。
Next, a tungsten silicide (WSi)
次に、タングステンシリサイド膜4上に、例えばCVD法によりTEOS(tetra ethyl orthosilicate)を用いて、厚さ約10nmのシリコン酸化膜を形成してハードマスク23とする。
Next, a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm is formed on the
次に、ハードマスク23上に、例えばCVD法により厚さ約270nmのシリコン窒化膜を形成してハードマスク51とする。
Next, a silicon nitride film having a thickness of about 270 nm is formed on the
その後、ハードマスク51および23、タングステンシリサイド膜4、コントロールゲート32、ゲート間絶縁膜7およびフローティングゲート31を、例えばドライエッチングによりパターニングしてゲート電極100を得る。
Thereafter, the
その後、さらにISSG酸化を行って、ゲート電極100の表面にシリコン酸化膜を形成して側壁酸化膜10とする。
Thereafter, ISSG oxidation is further performed to form a silicon oxide film on the surface of the
ISSG酸化は、シリコン窒化膜の表面も酸化するので、ハードマスク51の表面にもシリコン酸化膜が形成されるが、その厚さはポリシリコンであるコントロールゲート32やフローティングゲート31の表面に形成されるシリコン酸化膜よりは薄くなるが、図においては、そのような微差については図示は省略している。
Since ISSG oxidation also oxidizes the surface of the silicon nitride film, a silicon oxide film is also formed on the surface of the
その後、ゲート電極100を注入マスクとして不純物のイオン注入を行い、ゲート電極100のゲート長方向の側面外方にソース・ドレイン層11を形成する。
Thereafter, impurity ions are implanted using the
続いて、半導体基板1上に、例えばCVD法により厚さ約60nmのシリコン窒化膜を形成してゲート電極100を覆った後、異方性エッチングを行って、ゲート電極100の側面にサイドウォール窒化膜52を形成することで、フローティングゲート型MOSトランジスタを得る。
Subsequently, a silicon nitride film having a thickness of about 60 nm is formed on the
なお、図1に示すように、ソース・ドレイン部においては、半導体基板1の表面内に形成された素子分離酸化膜21によって規定される領域にソース・ドレイン層11が形成され、ソース・ドレイン層11上にはトンネル酸化膜22が形成される。
As shown in FIG. 1, in the source / drain portion, a source /
フローティングゲート型MOSトランジスタを形成した後、図2に示す工程において、半導体基板1上面に、例えばCVD法により厚さ約15nmのシリコン窒化膜を形成して、エッチングストッパー用のシリコン窒化膜(ストッパー窒化膜)53とする。
After forming the floating gate type MOS transistor, in the step shown in FIG. 2, a silicon nitride film having a thickness of about 15 nm is formed on the upper surface of the
ストッパー窒化膜53は、ソース・ドレイン部にも形成され、素子分離酸化膜21上も覆う。
The
次に、サイドウォール窒化膜52を含めてゲート電極100を覆うように、半導体基板1上に、シリコン窒化膜のエッチングに対してエッチング選択性を有するレジスト材を塗布し、露光処理および現像処理を行う。
Next, a resist material having etching selectivity with respect to the etching of the silicon nitride film is applied on the
この露光処理および現像処理によって、図3に示されるように、ゲート電極100間の谷間の部分がレジスト膜6(埋め込み膜)によって埋め込まれ、ゲート電極100上部においてはストッパー窒化膜53が露出し、他の部分、特にソース・ドレイン部のストッパー窒化膜53がレジスト膜6で覆われた構成を得る。
By this exposure process and development process, as shown in FIG. 3, the valley portion between the
すなわち、レジスト材としてポジ型レジストを使用し、フォトマスクを使用せずに露光を行う。このとき、レジスト膜6の最表面からゲート電極100上部のストッパー窒化膜53に達するまでの部分が感光するように露光時間を調整する。
That is, a positive resist is used as the resist material, and exposure is performed without using a photomask. At this time, the exposure time is adjusted so that the portion from the outermost surface of the resist
これを現像処理することで、レジスト膜6の最表面からゲート電極100上部のストッパー窒化膜53に達するまでの部分が除去され、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53が露出することになる。なお、上記露光に際しては、ストッパー窒化膜53の表面が露出するだけでなく、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53全体が露出するように露光時間を調整することが望ましい。
By developing this, the portion from the outermost surface of the resist
次に、図4に示す工程において、露出したゲート電極100上部のストッパー窒化膜53を、ドライエッチングにより除去する。
Next, in the step shown in FIG. 4, the
なお、ドライエッチングの代わりに、CMP(化学機械研磨:Chemical Mechanical Polishing)により除去しても良い。この場合、ドライエッチングよりは簡便にストッパー窒化膜53を除去できる。
In addition, you may remove by CMP (Chemical Mechanical Polishing) instead of dry etching. In this case, the
ゲート電極100間の谷間の部分を、シリコン窒化膜のエッチングに対してエッチング選択性を有するレジスト膜6で埋め込むことで、ゲート電極100の上部以外のストッパー窒化膜53(特に、ソース・ドレイン部のストッパー窒化膜53)を確実に保護することができる。
By embedding the valley portion between the
次に、図5に示す工程において、アッシング処理により半導体基板1上のレジスト膜6を除去する。以上の工程によりストッパー窒化膜53が半導体基板1の全面を覆うのではなく、ゲート電極100上部においてストッパー窒化膜53が分断された構成が得られる。
Next, in the step shown in FIG. 5, the resist
ここで、図9には図5の状態におけるフローティングゲート型MOSトランジスタを、上部側から見た平面図を示す。 FIG. 9 is a plan view of the floating gate type MOS transistor in the state shown in FIG.
図9に示すように、フローティングゲート型MOSトランジスタのゲート電極100は、ストライプ状をなし、それが複数平行するように形成されている。そして、当該ゲート電極100に対して平面視的に直交するように、ストライプ状の素子分離酸化膜51が、複数互いに平行して形成されている。
As shown in FIG. 9, the
図9においては、ハッチングを付して示す部分がストッパー窒化膜53で覆われている領域であり、ゲート電極100の最上層にあたるハードマスク51の上主面上と、その側面に形成された側壁酸化膜10の端面上にはストッパー窒化膜53は存在しないことが示されている。
In FIG. 9, hatched portions are regions covered with the
このように、ゲート電極100上部においてストッパー窒化膜53が分断された構成を採ることで、後の工程において、層間酸化膜形成後に高温熱処理を行った場合でも、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との材質の違いによりストッパー窒化膜53に加わるストレスが緩和され、当該ストレスが、トンネル酸化膜22の膜質に影響を与えることが防止される。
Thus, by adopting a structure in which the
ここで、再び製造工程の説明に戻り、図6に示す工程において、半導体基板1上に、例えばCVD法により、BPSG(boro-phospho silicate glass)等の熱流動性の高い材質の絶縁膜を形成してフローティングゲート型MOSトランジスタを覆い、層間酸化膜24とする。そして、埋め込み性を向上するために高温熱処理(リフロー)を実施する。
Here, returning to the description of the manufacturing process again, in the process shown in FIG. 6, an insulating film made of a material having high thermal fluidity such as BPSG (boro-phosphosilicate glass) is formed on the
次に、図7に示す工程において、写真製版および異方性エッチングを経て、SAC技術により、ソース・ドレイン部においては層間酸化膜24を貫通してストッパー窒化膜53に達するコンタクトホールCHを形成する。このとき、ストッパー窒化膜53上でエッチングが止まるように、エッチング状態をモニターしながらエッチングを行う。なお、コンタクトホールCHは、その名のようにホール状に形成される場合もあれば、複数の活性領域11に共通して接続されるように溝状に形成される場合もある。
Next, in the step shown in FIG. 7, through photolithography and anisotropic etching, contact holes CH that penetrate the
なお、コンタクトホールCHの底部にはストッパー窒化膜53が存在するので、アライメントずれにより素子分離酸化膜21上にコンタクトホールCHが係合した場合でも、ストッパー窒化膜53と素子分離酸化膜21とではエッチング選択性があるので、コンタクトホールのエッチングにより素子分離酸化膜が大きくエッチングされることがなく、SAC技術におけるエッチングプロセスのマージンは低下しない。
Since the
なお、コンタクトホールCH開口後は、写真製版に用いたレジスト膜(図示せず)をアッシング処理により除去する。 Note that after the contact hole CH is opened, the resist film (not shown) used for photolithography is removed by ashing.
その後、図8に示す工程において、コンタクトホールCH内に露出するストッパー窒化膜53を、ドライエッチングにより除去して、半導体基板1上に達するコンタクトホールCHを完成する。
Thereafter, in the step shown in FIG. 8, the
この後は、コンタクトホールCH内に導体層を埋め込んで基板コンタクトを形成する工程へと続くが、以降の工程は本発明とは関連が薄いので説明は省略する。 After this, the process continues to the process of burying the conductor layer in the contact hole CH to form the substrate contact, but the subsequent processes are not related to the present invention and will not be described.
<A−2.効果>
以上説明したように、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法においては、ゲート電極100上部からストッパー窒化膜53を除去するので、ゲート電極100上部においてストッパー窒化膜53が分断された構成となる。このため、層間酸化膜24の形成後にリフローを行った場合でも、ストッパー窒化膜53と層間酸化膜24との材質の違い起因してストッパー窒化膜53に加わる膜ストレスが緩和される。
<A-2. Effect>
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the
ストッパー窒化膜53は、ソース・ドレイン部においてトンネル酸化膜22と接触するので、ストッパー窒化膜53の膜ストレスは、トンネル酸化膜22の膜質に影響を与える可能性があるが、本発明によれば、膜ストレスを緩和できるので、フラッシュメモリーの性能に影響を与えることが防止される。
Since the
<A−3.変形例>
以上の説明においてはフローティングゲート型MOSトランジスタを有するフラッシュメモリーを例に採って説明したが、本発明の適用はフラッシュメモリーに限定されるものではなく、SAC技術によりコンタクト部を形成する半導体装置であれば有効である。例えば、MOSトランジスタを有するDRAMに適用しても良く、この場合も、ゲート絶縁膜にストッパー窒化膜の膜ストレスが影響を与えることを防止できる。
<A-3. Modification>
In the above description, a flash memory having a floating gate type MOS transistor has been described as an example. However, the application of the present invention is not limited to a flash memory, and any semiconductor device that forms a contact portion by SAC technology. Is effective. For example, the present invention may be applied to a DRAM having a MOS transistor, and in this case as well, it is possible to prevent the film stress of the stopper nitride film from affecting the gate insulating film.
<B.実施の形態2>
本発明に係る実施の形態2の半導体装置の製造方法として、フローティングゲート型MOSトランジスタを有するフラッシュメモリーの製造工程について、図10〜図12を用いて説明する。なお、図1〜図8を用いて説明した実施の形態1の製造方法と同じ工程については説明を省略する。
<B. Second Embodiment>
As a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, a manufacturing process of a flash memory having a floating gate type MOS transistor will be described with reference to FIGS. In addition, description is abbreviate | omitted about the process same as the manufacturing method of
<B−1.製造工程>
図1および図2を用いて説明した工程を経て、半導体基板1上に、ストッパー窒化膜53を形成した後、図10に示す工程において、例えばCVD法により、半導体基板1上にBPSGあるいはTEOSを用いてシリコン酸化膜25を形成して、サイドウォール窒化膜52を含めてゲート電極100を覆い、ゲート電極100間の谷間の部分をシリコン酸化膜25(埋め込み膜)で埋め込む。このとき、ソース・ドレイン部においてもシリコン酸化膜25が形成されることは言うまでもない。
<B-1. Manufacturing process>
After forming the
ここで、シリコン酸化膜25の形成後にはリフローは行わず、埋め込みが不完全であるので膜中にボイド8が発生するが問題はない。
Here, no reflow is performed after the formation of the
次に、図11に示す工程において、ドライエッチングによりシリコン酸化膜25を、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53が露出するまで除去する。このとき、ストッパー窒化膜53の表面が露出するだけでなく、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53全体が露出するようにエッチング時間を調整することが望ましい。
Next, in the step shown in FIG. 11, the
次に、図12に示す工程において、露出したゲート電極100上部のストッパー窒化膜53を、ドライエッチングにより除去する。
Next, in the step shown in FIG. 12, the exposed
ゲート電極100間の谷間の部分を、シリコン窒化膜のエッチングに対してエッチング選択性を有するシリコン酸化膜25で埋め込むことで、ゲート電極100の上部以外のストッパー窒化膜53(特に、ソース・ドレイン部のストッパー窒化膜53)を確実に保護することができる。
By embedding a valley portion between the
その後、HF(フッ酸)処理により、半導体基板1上のシリコン酸化膜25を除去することで、図9を用いて説明したように、ゲート電極100上部においてストッパー窒化膜53が分断された構成を得ることができる。以後は実施の形態1において図6〜図8を用いて説明した工程を経て、SAC技術によりコンタクトホールCHを得る。
Thereafter, by removing the
<B−2.効果>
以上説明したように、実施の形態2に係る半導体装置の製造方法においては、ゲート電極100上部からストッパー窒化膜53を除去するので、ゲート電極100上部においてストッパー窒化膜53が分断された構成となる。このため、層間酸化膜24の形成後にリフローを行った場合でも、ストッパー窒化膜53と層間酸化膜24との材質の違い起因してストッパー窒化膜53に加わる膜ストレスが緩和される。
<B-2. Effect>
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, the
ストッパー窒化膜53は、ソース・ドレイン部においてトンネル酸化膜22と接触するので、ストッパー窒化膜53の膜ストレスは、トンネル酸化膜22の膜質に影響を与える可能性があるが、本発明によれば、膜ストレスを緩和できるので、フラッシュメモリーの性能に影響を与えることが防止される。
Since the
<B−3.変形例>
以上説明した実施の形態2に係る半導体装置の製造方法においては、図11を用いて説明したように、ドライエッチングによりシリコン酸化膜25を、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53が露出するまで除去するものとしたが、シリコン酸化膜25の除去にはCMPを用いても良い。
<B-3. Modification>
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment described above, as described with reference to FIG. 11, the
すなわち、図13に示す工程において、半導体基板1上にBPSGあるいはTEOSをを用いてシリコン酸化膜25を形成して、サイドウォール窒化膜52を含めてゲート電極100を覆い、ゲート電極100間の谷間の部分をシリコン酸化膜25で埋め込む。その後、図14に示す工程において、CMPによりシリコン酸化膜25をゲート電極100上部のストッパー窒化膜53が露出するまで除去し、さらに続けて、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53も除去する。この場合、ゲート電極100上部のストッパー窒化膜53全体が除去されるように、CMPにおける研磨時間を調整することが望ましい。
That is, in the process shown in FIG. 13, a
CMPを用いることで、ドライエッチングによるシリコン酸化膜25の除去工程が不要となり、製造工程を簡略化できる。
By using CMP, the removal process of the
4 タングステンシリサイド膜、6 レジスト膜、7 ゲート間絶縁膜、10 側壁酸化膜、22 トンネル酸化膜、23,51 ハードマスク、24 層間酸化膜、25 シリコン酸化膜、31 フローティングゲート、32 コントロールゲート、53 ストッパー窒化膜、100 ゲート電極。 4 tungsten silicide film, 6 resist film, 7 gate insulating film, 10 sidewall oxide film, 22 tunnel oxide film, 23, 51 hard mask, 24 interlayer oxide film, 25 silicon oxide film, 31 floating gate, 32 control gate, 53 Stopper nitride film, 100 gate electrode.
Claims (7)
(b)前記ゲート電極をマスクとして、前記ゲート電極の側面外方の前記半導体基板の主面内に不純物をイオン注入してソース・ドレイン層を形成する工程と、
(c)前記ゲート電極の側面を覆うようにサイドウォール窒化膜を形成する工程と、
(d)前記サイドウォール窒化膜が形成された前記ゲート電極を含む前記半導体基板上を覆うように、エッチングストッパーとなるストッパー窒化膜を形成する工程と、
(e)前記ストッパー窒化膜で覆われた前記ゲート電極間が埋め込まれるように、前記半導体基板上に、前記ストッパー窒化膜に対してエッチング選択性のある埋め込み膜を形成する工程と、
(f)前記ゲート電極上の前記ストッパー窒化膜が露出するように前記埋め込み膜を除去する工程と、
(g)前記ゲート電極上に露出した前記ストッパー窒化膜を除去する工程と、
(h)前記ゲート電極間に埋め込まれた前記埋め込み膜を除去した後、前記前記ゲート電極間を含めて前記半導体基板上に層間酸化膜を形成する工程と、
(i)前記層間酸化膜を貫通して、前記ソース・ドレイン層に達するコンタクトホールを形成する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。 (a) a step of disposing a plurality of stripe-shaped gate electrodes, the uppermost layer of which is a silicon nitride film, on a semiconductor substrate so as to be parallel to each other;
(b) using the gate electrode as a mask, forming a source / drain layer by ion-implanting impurities into the main surface of the semiconductor substrate outside the side surface of the gate electrode;
(c) forming a sidewall nitride film so as to cover the side surface of the gate electrode;
(d) forming a stopper nitride film serving as an etching stopper so as to cover the semiconductor substrate including the gate electrode on which the sidewall nitride film is formed;
(e) forming a buried film having etching selectivity with respect to the stopper nitride film on the semiconductor substrate so as to be buried between the gate electrodes covered with the stopper nitride film;
(f) removing the buried film so that the stopper nitride film on the gate electrode is exposed;
(g) removing the stopper nitride film exposed on the gate electrode;
(h) after removing the buried film buried between the gate electrodes, forming an interlayer oxide film on the semiconductor substrate including between the gate electrodes;
(i) forming a contact hole that reaches the source / drain layer through the interlayer oxide film.
前記サイドウォール窒化膜を含む前記ゲート電極を覆うように、前記半導体基板上にポジ型のレジスト材を塗布し、前記埋め込み膜として前記ゲート電極間をレジスト膜で埋め込む工程を含み、
前記工程(f)は、
前記レジスト膜に対して露光処理および現像処理を行う工程を含み、
前記露光処理においては、前記レジスト膜の最表面から前記ゲート電極上部の前記ストッパー窒化膜が露出するまでの部分が感光するように露光時間を設定し、
前記現像処理によって前記レジスト膜の最表面から前記ゲート電極上部の前記ストッパー窒化膜が露出するまでの部分を除去する、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (e)
Applying a positive resist material on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode including the sidewall nitride film, and embedding a gap between the gate electrodes with the resist film as the embedded film;
The step (f)
Including a step of performing an exposure process and a development process on the resist film,
In the exposure process, an exposure time is set so that a portion from the outermost surface of the resist film to the exposure of the stopper nitride film above the gate electrode is exposed,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a portion from the outermost surface of the resist film to the exposure of the stopper nitride film above the gate electrode is removed by the development process.
前記サイドウォール窒化膜を含む前記ゲート電極を覆うように、前記半導体基板上にシリコン酸化膜を形成し、前記埋め込み膜として前記ゲート電極間を前記シリコン酸化膜で埋め込む工程を含み、
前記工程(f)は、
ドライエッチングにより、前記シリコン酸化膜を前記ゲート電極上部の前記ストッパー窒化膜が露出するまで除去する工程を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (e)
Forming a silicon oxide film on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode including the sidewall nitride film, and filling the gap between the gate electrodes with the silicon oxide film as the buried film;
The step (f)
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the silicon oxide film until the stopper nitride film on the gate electrode is exposed by dry etching.
前記ゲート電極上に露出した前記ストッパー窒化膜をドライエッチングにより除去する工程を含む、請求項2または請求項3記載の半導体装置の製造方法。 The step (g)
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of removing the stopper nitride film exposed on the gate electrode by dry etching.
前記ゲート電極上に露出した前記ストッパー窒化膜を化学機械研磨により除去する工程を含む、請求項2記載の半導体装置の製造方法。 The step (g)
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of removing the stopper nitride film exposed on the gate electrode by chemical mechanical polishing.
前記サイドウォール窒化膜を含む前記ゲート電極を覆うように、前記半導体基板上にシリコン酸化膜を形成し、前記埋め込み膜として前記ゲート電極間を前記シリコン酸化膜で埋め込む工程を含み、
前記工程(f)は、
化学機械研磨により、前記シリコン酸化膜を前記ゲート電極上の前記ストッパー窒化膜が露出するまで除去する工程を含み、
前記工程(g)は、
前記ゲート電極上に前記ストッパー窒化膜が露出した後も前記化学機械研磨を続行して、前記ゲート電極上に露出した前記ストッパー窒化膜を除去する工程を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (e)
Forming a silicon oxide film on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode including the sidewall nitride film, and filling the gap between the gate electrodes with the silicon oxide film as the buried film;
The step (f)
Removing the silicon oxide film by chemical mechanical polishing until the stopper nitride film on the gate electrode is exposed,
The step (g)
2. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the stopper nitride film exposed on the gate electrode by continuing the chemical mechanical polishing even after the stopper nitride film is exposed on the gate electrode. Method.
前記ゲート電極として、フローティングゲートを有するゲート電極を形成する工程を含み、
前記ゲート電極は、
前記半導体基板上に配設されたトンネル酸化膜と、
前記トンネル酸化膜上に選択的に配設された前記フローティングゲートと、
前記フローティングゲート上に配設されたゲート間絶縁膜と、
前記ゲート間絶縁膜上に配設されたコントロールゲートと、
前記コントロールゲート上に配設された金属シリサイド膜と、
前記金属シリサイド膜上に配設されたシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜上に配設された前記シリコン窒化膜と、
前記フローティングゲート、前記ゲート間絶縁膜、前記コントロールゲート、前記金属シリサイド膜、前記シリコン酸化膜および前記シリコン窒化膜の側面と、前記サイドウォール窒化膜との間に配設された側壁酸化膜と、を有する、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (a)
Forming a gate electrode having a floating gate as the gate electrode;
The gate electrode is
A tunnel oxide film disposed on the semiconductor substrate;
The floating gate selectively disposed on the tunnel oxide film;
An inter-gate insulating film disposed on the floating gate;
A control gate disposed on the inter-gate insulating film;
A metal silicide film disposed on the control gate;
A silicon oxide film disposed on the metal silicide film;
The silicon nitride film disposed on the silicon oxide film;
A sidewall oxide film disposed between the side surfaces of the floating gate, the inter-gate insulating film, the control gate, the metal silicide film, the silicon oxide film and the silicon nitride film, and the sidewall nitride film; The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
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JP2013140847A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Canon Inc | Method of manufacturing semiconductor device |
KR101906635B1 (en) | 2011-10-13 | 2018-10-10 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Method for manufacturing semiconductor device |
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