JP2008140977A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、ゲート高さの異なるMIS型電界効果トランジスタ(以下、MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を有する半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique that is effective when applied to the manufacture of a semiconductor device having MIS field effect transistors (MISFETs) having different gate heights (hereinafter, MISFET: Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). It is.
電気的にデータの書き換えが可能な不揮発性メモリの一種として、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)積層構造を用いたメモリセル構造が知られている。 A memory cell structure using a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) stacked structure is known as a kind of nonvolatile memory capable of electrically rewriting data.
MONOS型不揮発性メモリは、前記積層構造中の窒化シリコン膜(Nitride)に電荷を注入することで書き込みを行う。そして、窒化シリコン膜を挟んだ2層の酸化シリコン膜(Oxide)がポテンシャルバリアとなり、注入された電荷が半導体基板(Semiconductor)や電極(Metal)へ抜け出すのを防ぐことによって、電荷蓄積状態が保持されるという特徴を持つ。MONOS型不揮発性メモリはデータ保持の信頼性に優れ、かつ低い書き込み・消去電圧で動作できるといった利点を備えている。 The MONOS type nonvolatile memory performs writing by injecting charges into the silicon nitride film (Nitride) in the stacked structure. The two-layered silicon oxide film (Oxide) sandwiching the silicon nitride film serves as a potential barrier, preventing the injected charge from escaping to the semiconductor substrate (Semiconductor) or electrode (Metal), thus maintaining the charge accumulation state. It has the feature of being. The MONOS type nonvolatile memory has an advantage that it has excellent data retention reliability and can operate with a low write / erase voltage.
MONOS型不揮発性メモリの製造方法は、例えば特開2006−156626号公報(特許文献1)などで公示されている。 A method for manufacturing a MONOS type nonvolatile memory is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-156626 (Patent Document 1).
一方、上記のような半導体不揮発性メモリセルを、論理用ロジック回路と同一基板上に混載した半導体集積回路は、プログラマブルな組み込み型マイクロコンピュータとして、産業用機器、家電品、自動車搭載装置などに広く利用されている。 On the other hand, semiconductor integrated circuits in which the above-described semiconductor nonvolatile memory cells are mixedly mounted on the same substrate as the logic circuit for logic are widely used in industrial equipment, home appliances, automobile mounting devices, etc. as programmable embedded microcomputers. It's being used.
上記のようなメモリ/ロジック混載集積回路は、書き換え可能な状態でデータを格納することが可能な不揮発性メモリセルを含むメモリ領域と、メモリ制御や論理演算を行うための周辺回路を含むロジック領域とが1チップ上に混載されているのが特徴である。 The memory / logic mixed integrated circuit as described above includes a memory area including a nonvolatile memory cell capable of storing data in a rewritable state, and a logic area including a peripheral circuit for performing memory control and logical operation. Is characterized by being mounted on one chip.
例えば、MONOS型不揮発性メモリセルを含むメモリ領域と、ロジック回路領域とを同一基板上に形成する技術が、特開2006−54292号公報(特許文献2)などに記載されている。 For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-54292 (Patent Document 2) describes a technique for forming a memory region including a MONOS type nonvolatile memory cell and a logic circuit region on the same substrate.
メモリ/ロジック混載集積回路では、不揮発性メモリセルで用いるMISFETのほか、メモリ制御のための高電圧MISFETや、高性能ロジック回路のための低電圧MISFETが、同一半導体チップ上に集積される。これは、メモリ領域とロジック領域で異なる特性のMISFETを有することを意味する。即ち、メモリ/ロジック混載集積回路では、形状の異なるMISFETを1チップ上に作り分けるという特有の製造プロセスを有する。
本発明者は、メモリ領域とロジック領域で、特にゲート電極の高さが異なるMISFETを有する半導体装置を製造する場合に、以下の課題があることを見出した。 The present inventor has found that there are the following problems when manufacturing a semiconductor device having MISFETs having different gate electrode heights in the memory region and the logic region.
メモリ領域において、ロジック領域のMISFETに比べてゲート幅が広く、ゲート長が長いMISFETを用いる場合がある。このようなMISFETは、そのスケーリング則から、ゲート高さが高いものとなる。即ち、上記のような半導体装置は、ロジック領域のMISFETよりもゲート電極の高いMISFETを、メモリ領域で用いるという特徴を持っている。 In the memory region, a MISFET having a wide gate width and a long gate length may be used as compared with a MISFET in the logic region. Such a MISFET has a high gate height due to its scaling law. That is, the semiconductor device as described above has a feature that a MISFET having a gate electrode higher than that of the MISFET in the logic region is used in the memory region.
メモリ領域とロジック領域とで異なるゲート高さのMISFETを作り分ける一般的な手法を図1および図2に示す。 FIG. 1 and FIG. 2 show a general method for separately creating MISFETs having different gate heights in the memory area and the logic area.
図1(a)に示すように、半導体基板1上において、メモリセルアレイ用MISFETを形成する領域をM(メモリアレイ形成領域)、周辺ロジックを形成する領域をL(ロジック回路形成領域)とする。ロジック回路形成領域Lには、トレンチアイソレーション法で形成したSTI(Shallow Trench Isolation)2により絶縁分離された各活性領域10aを設け、ここにロジック用MISFETが形成される。ここでは特に、ロジック回路形成領域Lに比して、高いゲート電極をメモリアレイ形成領域Mに形成する工程を説明する。
As shown in FIG. 1A, on the
まず、図1(b)に示すように、酸化シリコンからなる第1ゲート絶縁膜GI1および多結晶シリコンからなる第1ゲート導電膜GM1を順に堆積した後、その堆積膜のメモリアレイ形成領域Mにフォトリソグラフィによって開口部10bを形成する。続いて、図1(c)に示すように、酸化シリコンからなる第2ゲート絶縁膜GI2および多結晶シリコンからなる第2ゲート導電膜GM2を順に堆積する。ここで堆積した第2ゲート絶縁膜GI2と第2ゲート導電膜GM2は、その合計膜厚が、先に堆積した第1ゲート絶縁膜GI1と第1ゲート導電膜GM1の合計膜厚よりも厚くなるように堆積する。 First, as shown in FIG. 1B, a first gate insulating film GI1 made of silicon oxide and a first gate conductive film GM1 made of polycrystalline silicon are sequentially deposited, and then deposited in the memory array formation region M of the deposited film. The opening 10b is formed by photolithography. Subsequently, as shown in FIG. 1C, a second gate insulating film GI2 made of silicon oxide and a second gate conductive film GM2 made of polycrystalline silicon are sequentially deposited. The total thickness of the second gate insulating film GI2 and the second gate conductive film GM2 deposited here is larger than the total thickness of the first gate insulating film GI1 and the first gate conductive film GM1 previously deposited. So as to deposit.
次に、図2(a)に示すように、フォトリソグラフィ加工のため、下地反射防止膜(以下、バーク(BARC:Bottom Anti Reflection Coating)と記す)3およびフォトレジスト4を、スピンコート法により塗布する。そして、図2(b)に示すように、メモリアレイ形成領域Mの第2ゲート導電膜GM2および第2ゲート絶縁膜GI2を加工し、メモリアレイ形成領域Mに第1ゲート電極G1を形成する。その後、図2(c)に示すように、ロジック回路形成領域Lの第1ゲート導電膜GM1および第1ゲート絶縁膜GI1をフォトリソグラフィ加工し、ロジック回路形成領域Lに第2ゲート電極G2を形成する。 Next, as shown in FIG. 2A, a base antireflection film (hereinafter referred to as BARC) 3 and a photoresist 4 are applied by spin coating for photolithography processing. To do. Then, as shown in FIG. 2B, the second gate conductive film GM2 and the second gate insulating film GI2 in the memory array formation region M are processed, and the first gate electrode G1 is formed in the memory array formation region M. Thereafter, as shown in FIG. 2C, the first gate conductive film GM1 and the first gate insulating film GI1 in the logic circuit formation region L are photolithography processed to form the second gate electrode G2 in the logic circuit formation region L. To do.
ここで、本発明者が見出した課題は、ロジック回路形成領域Lとメモリアレイ形成領域Mとの境界部における、急峻な段差に起因している。 Here, the problem found by the present inventors is caused by a steep step at the boundary between the logic circuit formation region L and the memory array formation region M.
前述のように、本発明者が検討した技術の場合、ロジック回路形成領域Lにおける半導体基板1の主面上にロジック回路を形成するMISFETのゲート電極用導電膜(以下、ロジック用ゲート導電膜と記す)を、初めにパターン形成する。即ち、図1(b)に示すように、メモリを形成するMISFETのゲート電極用導電膜(以下、メモリ用ゲート導電膜と記す)を堆積する前の段階で、既にロジック回路形成領域Lとメモリアレイ形成領域Mとの境界部に、ロジック用ゲート導電膜厚分の段差S1が生じているのである。
As described above, in the case of the technique studied by the present inventor, a conductive film for a gate electrode (hereinafter referred to as a logic gate conductive film) of a MISFET that forms a logic circuit on the main surface of the
このため、メモリ用ゲート導電膜を堆積すると、その導電膜の表面においてロジック回路形成領域Lとメモリアレイ形成領域Mとの境界部に、図1(c)に示すような、下地の段差を反映した急峻な段差S2が形成される。このため、メモリ用ゲート導電膜をパターニングするためにバーク3およびフォトレジスト4をスピンコートにより塗布すると、図2(a)中の指示部100のように、上記段差S2においてバーク3の膜厚が相対的に薄くなってしまう。この状態で露光処理を行うと、急峻な段差S2が形成されていることに加え、反射防止用のバーク3に部分的に薄い箇所が存在する結果、入射露光光LP1が段差部で乱反射(以下、ハレーションと記す)を起こす。その反射露光光LP2により本来感光されないようになっている部分のフォトレジストが感光されてしまい、段差S2周辺部のメモリ用のゲート電極が、同じメモリ回路の他のゲート電極に比べて細ってしまうという課題がある。
For this reason, when the memory gate conductive film is deposited, a base step as shown in FIG. 1C is reflected at the boundary between the logic circuit formation region L and the memory array formation region M on the surface of the conductive film. The steep step S2 is formed. For this reason, when the
これまで本発明者は、メモリアレイ形成領域Mの加工の前に、ロジック回路形成領域Lに堆積したメモリ用ゲート導電膜を選択的に除去し、図2(a)中の指示部100における急峻な段差による、前記ハレーションを回避していた。しかし、このようなフォトリソグラフィ工程の導入によるマスク数の増加は製造コストの増加を招く。
Up to now, the present inventor has selectively removed the memory gate conductive film deposited in the logic circuit formation region L before processing the memory array formation region M, so that the steep portion in the
本発明の目的は、ゲート高さの異なるMISFETを同じ半導体基板上に有する半導体装置の製造方法において、ゲート電極の加工寸法精度を向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the processing dimensional accuracy of a gate electrode in a method for manufacturing a semiconductor device having MISFETs having different gate heights on the same semiconductor substrate.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明は、半導体基板上に堆積された第1絶縁膜と第1導電膜の一部に、側壁が順テーパ状になるように開口部を形成し、前記側壁表面にスペーサを形成した後、第1絶縁膜と第1導電膜の合計膜厚よりも厚くなるように第2絶縁膜および第2導電膜を堆積し、その後、前記第2導電膜および前記第2絶縁膜をパターニングすることにより第1ゲート電極を、前記第1導電膜および前記第1絶縁膜をパターニングすることにより第2ゲート電極を、それぞれ形成する工程を含むものである。 In the present invention, an opening is formed in a part of the first insulating film and the first conductive film deposited on the semiconductor substrate so that the side wall has a forward taper shape, and a spacer is formed on the side wall surface. By depositing the second insulating film and the second conductive film so as to be thicker than the total thickness of the first insulating film and the first conductive film, and then patterning the second conductive film and the second insulating film The method includes a step of forming a second gate electrode by patterning the first gate electrode and the first conductive film and the first insulating film, respectively.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
半導体基板上に堆積した第1導電膜を第1領域に残し、第2領域を開口する工程において、開口部の側壁を順テーパ状にすることで、ゲート高さの異なるMISFETを有する半導体装置の、ゲート電極の加工寸法精度を向上させることができる。 In the step of leaving the first conductive film deposited on the semiconductor substrate in the first region and opening the second region, the side wall of the opening is formed in a forward taper shape, whereby a semiconductor device having a MISFET with different gate heights is formed. The processing dimensional accuracy of the gate electrode can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、細く説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of modifications, details, detailed explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted as much as possible. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施の形態による、MONOS型半導体不揮発性メモリ/周辺ロジック混載集積回路の製造方法を、図3〜図6を用いて工程順に説明する。全図中、単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、単に基板という)1上において、メモリセルアレイを形成する領域をM(メモリアレイ形成領域)、周辺ロジックを形成する領域をL(ロジック回路形成領域)と表記する。 A manufacturing method of the MONOS type semiconductor nonvolatile memory / peripheral logic mixed integrated circuit according to the present embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. In all the drawings, on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1 made of single crystal silicon, an area for forming a memory cell array is M (memory array formation area), and an area for forming peripheral logic is L (logic circuit formation area). ).
まず、図3に示すように、半導体基板1の主面上に、トレンチアイソレーション法で形成した、酸化シリコンなどからなる素子分離用のSTI2により絶縁分離された各活性領域10aを形成する。その後、酸化シリコンからなる第1ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)GI1および多結晶シリコンからなる第1ゲート導電膜(第1導電膜)GM1を順に堆積する。これらは、ロジック回路を形成するために必要なMISFETのゲート電極の性能として要求される分の膜厚を有する。その後、メモリアレイ形成領域Mの堆積膜GM1およびGI1を選択的に除去し、メモリアレイ形成領域Mを開口する。
First, as shown in FIG. 3, each
このとき、図3(a)に示すように、開口部の側壁SWは、半導体基板1表面から上方に向かうに従って開口部が広がる、いわゆる順テーパ状に加工する。
At this time, as shown in FIG. 3A, the sidewall SW of the opening is processed into a so-called forward taper shape in which the opening widens from the surface of the
前記工程の後、図3(b)に示すように、前記側壁SWからなるステップを完全に被覆する厚さの酸化シリコンI3を、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法で堆積する。続いて、図3(c)に示すように、前記シリコン酸化膜I3をエッチバックすることで、前記側壁SWの側壁に第1スペーサ(スペーサ)SP1を形成する。 After the above process, as shown in FIG. 3B, a silicon oxide I3 having a thickness that completely covers the step composed of the sidewall SW is deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method. Subsequently, as shown in FIG. 3C, the silicon oxide film I3 is etched back to form a first spacer (spacer) SP1 on the side wall of the side wall SW.
続いて、図4(a)に示すように、酸化シリコンからなる第2ゲート絶縁膜(第2絶縁膜)GI2および多結晶シリコンからなる第2ゲート導電膜(第2導電膜)GM2を堆積する。これらは、MONOS型不揮発性メモリを構成するコントロールゲート電極の性能として要求される分の膜厚を有する。このとき、ロジック回路形成領域Lにおいてこれらの堆積膜下には、前記順テーパ状の側壁SW表面に形成された第1スペーサSP1を備えた第1導電膜GM1および第1絶縁膜GI1が埋め込まれた構造となっている。 Subsequently, as shown in FIG. 4A, a second gate insulating film (second insulating film) GI2 made of silicon oxide and a second gate conductive film (second conductive film) GM2 made of polycrystalline silicon are deposited. . These have film thicknesses required for the performance of the control gate electrode constituting the MONOS type nonvolatile memory. At this time, the first conductive film GM1 and the first insulating film GI1 including the first spacer SP1 formed on the surface of the forward tapered side wall SW are buried under these deposited films in the logic circuit formation region L. It has a structure.
ここで、MONOS型メモリ用コントロールゲートとなる第2ゲート絶縁膜GI2と第2ゲート導電膜GM2の合計膜厚は、先の工程で堆積したロジック回路用MISFETのゲート電極となる第1ゲート絶縁膜GI1と第1ゲート導電膜GM1の合計膜厚よりも厚く堆積する。 Here, the total thickness of the second gate insulating film GI2 and the second gate conductive film GM2 serving as the control gate for the MONOS type memory is the first gate insulating film serving as the gate electrode of the MISFET for logic circuit deposited in the previous step. The film is deposited to be thicker than the total film thickness of GI1 and the first gate conductive film GM1.
続いて、図4(b)に示すように、前記第2ゲート導電膜GM2を、バーク3を介してフォトレジスト4で被覆する。その後、図4(c)に示すように、メモリアレイ形成領域Mの第2ゲート導電膜GM2を、MONOS型不揮発性メモリのコントロールゲート幅となるサイズにフォトリソグラフィ法によって加工する。従って、この時点では、それ以外の部分では第2ゲート絶縁膜GI2が露出した状態となる(図示しない)。そして、残ったフォトレジスト(図示しない)をマスクとして、イオン注入法により不純物をドーピングし、後の工程で形成されるMONOS型メモリのメモリゲートMGのチャネル領域となる不純物拡散領域5aを形成する。注入するイオン種は形成すべき不純物拡散領域の極性によって、例えばn型領域を形成するならば、V族またはVI族元素のイオンをドーピングする。以後の不純物拡散工程においても、イオン注入時のイオン種に関して同様である。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the second gate conductive film GM <b> 2 is covered with a photoresist 4 via a
次に、露出している部分の前記第2ゲート絶縁膜GI2をエッチング除去することで、第1ゲート電極G1を形成する。そして、残ったバーク3およびフォトレジスト4を除去した後の構造が、図4(c)である。前記第1ゲート電極G1は、後にMONOS型メモリのコントロールゲートとなる。
Next, the exposed portion of the second gate insulating film GI2 is removed by etching to form the first gate electrode G1. And the structure after removing the remaining
続いて、図5(a)に示すように、MONOS型メモリの電荷蓄積層となるシリコン窒化膜をバリア層で挟んだ構造の積層絶縁膜ONO(シリコン酸化膜(oxide)/シリコン窒化膜(nitride)/シリコン酸化膜(oxide))をCVD法により堆積する。ここで、下層のシリコン酸化膜を半導体基板1上に、ISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法によって形成することもできる。また、上層のシリコン酸化膜をシリコン窒化膜上に、ISSG酸化法によって形成することもできる。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a laminated insulating film ONO (silicon oxide film / silicon nitride film (nitride) having a structure in which a silicon nitride film serving as a charge storage layer of a MONOS type memory is sandwiched between barrier layers. ) / Silicon oxide film (oxide)) is deposited by CVD. Here, the lower silicon oxide film may be formed on the
次に、図5(b)に示すように、メモリアレイ形成領域Mに形成した第1ゲート電極G1の側壁に、積層絶縁膜ONOへの電荷注入を行うためのメモリゲートMGを形成する。メモリゲートMGは、CVD法により、第1ゲート電極G1を十分被覆するように多結晶シリコンを堆積し、その多結晶シリコンおよびその下の積層絶縁膜ONOをエッチバックすることで、第1ゲート電極G1の側壁スペーサ状に形成する。更に、前記エッチバックの後、二つの第1ゲート電極G1を一対として、その間に向かい合って形成されたメモリゲートおよび積層絶縁膜ONOをフォトリソグラフィ法により選択的に除去し、図5(b)に示す構造となる。 Next, as shown in FIG. 5B, a memory gate MG for injecting charges into the stacked insulating film ONO is formed on the side wall of the first gate electrode G1 formed in the memory array formation region M. The memory gate MG is formed by depositing polycrystalline silicon by CVD so as to sufficiently cover the first gate electrode G1, and etching back the polycrystalline silicon and the laminated insulating film ONO below the first gate electrode. G1 side wall spacers are formed. Further, after the etch back, the two first gate electrodes G1 are paired, and the memory gate and the laminated insulating film ONO formed so as to face each other are selectively removed by photolithography, as shown in FIG. 5B. It becomes the structure shown.
次に、図5(c)に示すように、通常のフォトリソグラフィ法により、ロジック回路形成領域Lの第1ゲート導電膜GM1および第1ゲート絶縁膜GI1をパターニングすることで、ロジック用MISFETの第2ゲート電極G2を形成する。このとき、同図中のロジック回路形成領域Lとメモリアレイ形成領域Mの境界に示されるように、第1スペーサSP1を備えた側壁SWに由来する、MISFETとしては機能しない、いわゆるダミーゲートG21が残ることになる。そして、電荷蓄積用の積層絶縁膜ONOを介してメモリゲートMGを備えたメモリ用第1ゲート電極G1の両側の半導体基板1表面、および周辺ロジック用MISFETの第2ゲート電極G2の両側の半導体基板1表面のそれぞれに、イオン注入法により不純物をドーピングし、不純物拡散領域5b,6aを形成する。これらは、ロジック用とメモリ用とで要求される性能が異なるため、フォトレジスト(図示しない)などをマスクとして別々に形成する。また、メモリアレイ形成領域Mの不純物拡散領域5bは前記不純物拡散領域5aと同じ極性であり、かつ前記不純物拡散領域5aよりも高濃度である。
Next, as shown in FIG. 5C, by patterning the first gate conductive film GM1 and the first gate insulating film GI1 in the logic circuit formation region L by a normal photolithography method, the first MISFET for logic is formed. A two-gate electrode G2 is formed. At this time, as indicated by the boundary between the logic circuit formation region L and the memory array formation region M in the same figure, a so-called dummy gate G21 that does not function as a MISFET and is derived from the side wall SW provided with the first spacer SP1 is provided. Will remain. Then, the surface of the
続いて、図6(a)に示すように、各領域に形成した第1ゲート電極G1、第2ゲート電極G2およびメモリゲートMGの側壁に、絶縁体からなる第2スペーサSP2を形成する。これらは、絶縁膜を基板表面にCVD法などで堆積し、エッチバックすることで形成する。例えばシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層構造などを、前記第2スペーサSP2用の絶縁膜として用いる。そして、これまでの工程で形成したMONOS型メモリやMISFETなどの素子と、後に形成する配線とのコンタクト領域を形成するために、イオン注入法により不純物をドーピングし、不純物拡散領域5c,6bを、それぞれメモリアレイ形成領域Mおよびロジック回路形成領域Lに形成する。これらは、以前の工程で形成されている不純物拡散領域5a,5b,6aなどよりも高濃度にドーピングされる。また、メモリアレイ形成領域Mの不純物拡散領域5cは前記不純物拡散領域5a,5bと同じ極性であり、ロジック回路形成領域Lの不純物拡散領域6bは前記不純物拡散領域6aと同じ極性である。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, a second spacer SP2 made of an insulator is formed on the sidewalls of the first gate electrode G1, the second gate electrode G2, and the memory gate MG formed in each region. These are formed by depositing an insulating film on the substrate surface by a CVD method or the like and etching back. For example, a laminated structure of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film or the like is used as the insulating film for the second spacer SP2. Then, in order to form a contact region between an element such as a MONOS type memory or a MISFET formed in the process so far and a wiring to be formed later, an impurity is doped by an ion implantation method, and the
次の工程では、図6(b)に示すように、まず、各素子と配線とのオーミック接続を目的としたシリサイド層の形成を行う。シリサイドの対象となる金属(例えばコバルト)をスパッタ法により、図6(a)の状態にある基板表面に堆積する。この状態で熱処理を施すことで、絶縁膜を介さずにシリコンと金属が接している不純物拡散領域5c,6aの表面、第1,第2ゲート電極G1,G2の表面、およびメモリゲートMGの表面に、シリサイド(それぞれ7a,7bおよび7c)が形成される。その後、絶縁保護膜I4として、シリコン窒化膜をCVD法によって基板表面全体に堆積する。そして、基板上部に形成されることになる配線層の層間絶縁膜I5として、シリコン酸化膜をCVD法によって堆積する。
In the next step, as shown in FIG. 6B, first, a silicide layer is formed for the purpose of ohmic connection between each element and the wiring. A metal (for example, cobalt) to be silicided is deposited on the substrate surface in the state of FIG. 6A by sputtering. By performing heat treatment in this state, the surfaces of the
続いて、図6(c)に示すように、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、金属(例えばタングステン)膜を堆積し、化学的・機械的研磨(CMP:Chemical and Mechanical Polishing)法によって表面研磨することで、各素子への金属コンタクトプラグM3を形成する。その後、配線層を形成するための絶縁膜I6を堆積し、配線パターンをフォトリソグラフィ法により形成する。そして、スパッタ法などにより金属(例えば銅)を堆積し、CMPにより表面研磨することで、前記配線パターン中に金属配線M4を形成する。その後同様の工程を繰り返すことで、基板上部に金属配線を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 6C, after forming a contact hole in the interlayer insulating film, a metal (for example, tungsten) film is deposited, and a chemical and mechanical polishing (CMP) method is performed. The metal contact plug M3 to each element is formed by polishing the surface. Thereafter, an insulating film I6 for forming a wiring layer is deposited, and a wiring pattern is formed by photolithography. Then, a metal (for example, copper) is deposited by sputtering or the like, and the surface is polished by CMP to form a metal wiring M4 in the wiring pattern. Thereafter, the same process is repeated to form a metal wiring on the substrate.
このように、本実施の形態では、メモリアレイ形成領域Mとロジック回路形成領域Lで高さの異なるゲート電極を形成しなければならない場合でも、開口部10bの側壁SWを順テーパ状に加工し、その側壁SWに第1スペーサSP1を形成することで、急峻なステップが緩和され、フォトリソグラフィ用に塗布するバーク3の部分的な薄層化を抑制できる。従って、フォトレジスト感光のための入射露光光LP1がハレーションを起こしにくくなり、特にメモリ領域最外周におけるゲート寸法のばらつきの抑制に効果がある。
As described above, in this embodiment, even when gate electrodes having different heights must be formed in the memory array formation region M and the logic circuit formation region L, the sidewall SW of the
また、開口部側壁の順テーパ状加工はエッチング工程により行い、第1スペーサSP1は絶縁膜の堆積とエッチバックのみで形成できる。即ち、フォトリソグラフィ工程を増やすことなく効果が得られることから、製造コスト増加の抑制にも効果がある。 Further, the forward side taper processing of the opening side wall is performed by an etching process, and the first spacer SP1 can be formed only by depositing an insulating film and etching back. That is, since the effect can be obtained without increasing the photolithography process, it is also effective in suppressing the increase in manufacturing cost.
また、本実施の形態では、開口部10bの側壁SWを順テーパ状に加工する工程と、その側壁SW表面に第1スペーサSP1を形成する工程の両方を取り入れた半導体装置の製造工程を示したが、いずれか一方の工程を導入することでも、前記効果は得られる。
Further, in the present embodiment, a semiconductor device manufacturing process including both the step of processing the sidewall SW of the
また、本実施の形態では、第1スペーサSP1用の材料として、CVD法で堆積したシリコン酸化膜を用いているが、同様にCVD法で堆積した多結晶シリコン膜、高密度プラズマCVD法で堆積したシリコン酸化膜、または減圧CVD法で堆積したシリコン窒化膜を適用しても同様の効果が得られる。その場合、前記第1スペーサSP1の形成工程(図3(b)および(c))において、シリコン酸化膜I3のかわりに前記材料を堆積し、同様にエッチバックすることで第1スペーサSP1とすれば良い。 In this embodiment, a silicon oxide film deposited by the CVD method is used as the material for the first spacer SP1, but a polycrystalline silicon film deposited by the CVD method is similarly deposited by the high-density plasma CVD method. The same effect can be obtained by applying a silicon oxide film or a silicon nitride film deposited by a low pressure CVD method. In that case, in the step of forming the first spacer SP1 (FIGS. 3B and 3C), the material is deposited in place of the silicon oxide film I3 and etched back in the same manner as the first spacer SP1. It ’s fine.
また、本実施の形態では、周辺ロジックで用いるMISFETのゲート電極高さに比して、ゲート高さの高い電極を用いるMONOS型不揮発性メモリを用いた、メモリ/ロジック混載集積回路の製造方法を例示したが、ゲート高さの関係が逆である場合をはじめ、同一基板上に高さの異なるゲート電極を用いるMISFETが混載される集積回路の製造工程において、同様の効果が得られる。 In this embodiment, a method for manufacturing a memory / logic mixed integrated circuit using a MONOS type nonvolatile memory using an electrode having a gate height higher than that of a MISFET used in peripheral logic is used. Although illustrated, the same effect can be obtained in the manufacturing process of an integrated circuit in which MISFETs using gate electrodes having different heights are mounted on the same substrate, including the case where the relationship between the gate heights is reversed.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、高さの異なるゲート電極を有する半導体装置、特にメモリ/ロジック混載集積回路の製造方法に適用して有効であり、とりわけMONOS型不揮発性メモリ領域と周辺ロジック回路領域を混載した半導体装置の製造に効果的である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective when applied to a semiconductor device having gate electrodes of different heights, particularly a method for manufacturing a memory / logic mixed integrated circuit, and particularly a semiconductor device in which a MONOS type nonvolatile memory region and a peripheral logic circuit region are mixedly mounted. It is effective for manufacturing.
1 半導体基板
2 STI
3 バーク
4 フォトレジスト
L ロジック回路形成領域
M メモリアレイ形成領域
LP1 入射露光光
LP2 反射露光光
GI1 第1ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)
GI2 第2ゲート絶縁膜(第2絶縁膜)
ONO 積層絶縁膜
GM1 第1ゲート導電膜(第1導電膜)
GM2 第2ゲート導電膜(第2導電膜)
G1 第1ゲート電極
G2 第2ゲート電極
G21 ダミーゲート
MG メモリゲート
SW 側壁
SP1 第1スペーサ(スペーサ)
SP2 第2スペーサ
3 Bark 4 Photoresist L Logic circuit formation area M Memory array formation area LP1 Incident exposure light LP2 Reflection exposure light GI1 First gate insulating film (first insulating film)
GI2 Second gate insulating film (second insulating film)
ONO laminated insulating film GM1 first gate conductive film (first conductive film)
GM2 Second gate conductive film (second conductive film)
G1 1st gate electrode G2 2nd gate electrode G21 Dummy gate MG Memory gate SW Side wall SP1 1st spacer (spacer)
SP2 2nd spacer
Claims (5)
(b)前記第1導電膜および前記第1絶縁膜の一部に開口部を形成する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記開口部内および前記第1導電膜上に、第2絶縁膜および第2導電膜を順に形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記第2導電膜および前記第2絶縁膜をパターニングすることにより、前記開口部内に第1ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第1導電膜および前記第1絶縁膜をパターニングすることにより、第2ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記第1ゲート電極の高さと、前記第2ゲート電極の高さは異なっており、
前記(b)工程で形成した開口部の側壁は、順テーパ状に加工されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a first insulating film and a first conductive film in order on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an opening in a part of the first conductive film and the first insulating film;
(C) After the step (b), a step of sequentially forming a second insulating film and a second conductive film in the opening and on the first conductive film;
(D) after the step (c), patterning the second conductive film and the second insulating film to form a first gate electrode in the opening;
(E) after the step (d), forming a second gate electrode by patterning the first conductive film and the first insulating film,
The height of the first gate electrode is different from the height of the second gate electrode,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the sidewall of the opening formed in the step (b) is processed into a forward tapered shape.
(b)前記第1導電膜および前記第1絶縁膜の一部に開口部を形成する工程と、
(c)前記工程(b)により形成した開口部の側壁に、スペーサを形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記開口部内および前記第1導電膜上に、第2絶縁膜および第2導電膜を順に形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第2導電膜および前記第2絶縁膜をパターニングすることにより、前記開口部内に第1ゲート電極を形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1導電膜および前記第1絶縁膜をパターニングすることにより、第2ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記第1ゲート電極の高さと、前記第2ゲート電極の高さは異なっており、
前記(b)工程で形成した開口部の側壁は、順テーパ状に加工されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a first insulating film and a first conductive film in order on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an opening in a part of the first conductive film and the first insulating film;
(C) forming a spacer on the side wall of the opening formed in the step (b);
(D) After the step (c), a step of sequentially forming a second insulating film and a second conductive film in the opening and on the first conductive film;
(E) after the step (d), patterning the second conductive film and the second insulating film to form a first gate electrode in the opening;
(F) after the step (e), patterning the first conductive film and the first insulating film to form a second gate electrode,
The height of the first gate electrode is different from the height of the second gate electrode,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the sidewall of the opening formed in the step (b) is processed into a forward tapered shape.
(b)前記第1導電膜および前記第1絶縁膜の一部に開口部を形成する工程と、
(c)前記工程(b)により形成した開口部の側壁に、スペーサを形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記開口部内および前記第1導電膜上に、第2絶縁膜および第2導電膜を順に形成する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第2導電膜および前記第2絶縁膜をパターニングすることにより、前記開口部内に第1ゲート電極を形成する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1導電膜および前記第1絶縁膜をパターニングすることにより、第2ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記第1ゲート電極の高さと、前記第2ゲート電極の高さが異なっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a first insulating film and a first conductive film in order on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an opening in a part of the first conductive film and the first insulating film;
(C) forming a spacer on the side wall of the opening formed in the step (b);
(D) After the step (c), a step of sequentially forming a second insulating film and a second conductive film in the opening and on the first conductive film;
(E) after the step (d), patterning the second conductive film and the second insulating film to form a first gate electrode in the opening;
(F) after the step (e), patterning the first conductive film and the first insulating film to form a second gate electrode,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the height of the first gate electrode is different from the height of the second gate electrode.
前記第1ゲート電極の高さが、前記第2ゲート電極よりも高くなるような厚さに、前記第1絶縁膜および第1導電膜、ならびに前記第2絶縁膜および第2導電膜、それぞれを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of Claim 1, Claim 2 or Claim 3,
The first insulating film and the first conductive film, and the second insulating film and the second conductive film are formed so that the height of the first gate electrode is higher than that of the second gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a semiconductor device.
前記スペーサを、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜または多結晶シリコン膜のいずれかを用いて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor manufacturing apparatus of Claim 2 or Claim 3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the spacer is formed using any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a polycrystalline silicon film.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006325550A JP2008140977A (en) | 2006-12-01 | 2006-12-01 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010245160A (en) * | 2009-04-02 | 2010-10-28 | Renesas Electronics Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
US8878253B2 (en) | 2010-06-14 | 2014-11-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices |
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2006
- 2006-12-01 JP JP2006325550A patent/JP2008140977A/en active Pending
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