JP2008192891A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに隣接する選択ゲートトランジスタを構成するゲート電極間にコンタクトプラグが形成される構成の半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a structure in which a contact plug is formed between gate electrodes constituting adjacent selection gate transistors, and a method for manufacturing the same.
NAND型フラッシュメモリ装置に代表される不揮発性記憶装置としての半導体装置においては、メモリセルトランジスタのゲート電極の低抵抗化を図るために、ゲート電極の上にタングステンシリサイド(WSi)を形成していた。
近年、設計ルールの微細化に伴い、ゲート電極の更なる低抵抗化を図るために、シリサイド層をコバルトシリサイド(CoSi)で形成することが考えられるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。
In a semiconductor device as a nonvolatile memory device typified by a NAND flash memory device, tungsten silicide (WSi) is formed on the gate electrode in order to reduce the resistance of the gate electrode of the memory cell transistor. .
In recent years, with the miniaturization of design rules, it has been considered to form a silicide layer of cobalt silicide (CoSi) in order to further reduce the resistance of the gate electrode (see, for example, Patent Document 1). ).
コバルトシリサイド層を備えた半導体装置においては、コバルトシリサイド層をゲート電極加工後に形成する方法があり、この形成方法を用いる際には、バリア膜(またはストッパ膜)として形成されるシリコン窒化膜が各ゲート電極の側壁を覆う第1の膜と、各ゲート電極の上面を覆う第2の膜の2層構造になる。
また、設計ルールの微細化に伴い、選択ゲートトランジスタのゲート電極間に形成するビット線コンタクトのコンタクト径の微細化も重要となっている。しかし世代が進むにつれ、リソグラフィー技術によるコンタクトの微細化は困難となりつつある。
In a semiconductor device including a cobalt silicide layer, there is a method of forming a cobalt silicide layer after processing a gate electrode. When this formation method is used, a silicon nitride film formed as a barrier film (or a stopper film) A two-layer structure of a first film covering the side walls of the gate electrode and a second film covering the upper surface of each gate electrode is formed.
In addition, with the miniaturization of design rules, it is important to reduce the contact diameter of the bit line contact formed between the gate electrodes of the select gate transistors. However, as the generation progresses, it is becoming difficult to make contacts finer by lithography technology.
このため、特許文献1に示す構造において、ビット線コンタクトの形成時に下層との合わせずれが生じると、ビット線コンタクトと選択ゲート電極との距離が短くなりすぎて、ビット線コンタクトからのリーク電流が発生するという問題点が生じていた。
本発明は、ビット線コンタクトからのリーク電流の発生を防止す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。 It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that prevent generation of leakage current from a bit line contact.
本発明の一態様の半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、上部に金属シリサイド層が設けられた第1のゲート電極を有するメモリセルトランジスタが複数個列状に配置され、この列の両端部にそれぞれ、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、上部に金属シリサイド層が設けられた第2のゲート電極を有する選択ゲートトランジスタが配置されたメモリユニットが行列方向に配置された半導体装置であって、隣接する前記第2のゲート電極間の前記半導体基板の表層に形成された不純物拡散領域と、前記第1のゲート電極間および前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に形成された第1のシリコン酸化膜と、隣接する前記第2のゲート電極に対向する当該第2のゲート電極の側壁部に第2のシリコン酸化膜を介して形成された第1のシリコン窒化膜と、前記第1および第2のゲート電極の上面、前記第1のシリコン酸化膜上面および前記第1のシリコン窒化膜の上面を覆うように形成された第2のシリコン窒化膜と、前記第2のシリコン窒化膜の上部に形成された第3のシリコン酸化膜と、隣接する前記第2のゲート電極の間にそれらの間隔よりも短い幅寸法で形成され、前記第3のシリコン酸化膜および前記第2のシリコン窒化膜を貫通すると共に前記第1のシリコン窒化膜の間を通って前記不純物拡散領域の表面に達するように形成されたコンタクトプラグとを備えたことを特徴とする。 In a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a plurality of memory cell transistors each including a first gate electrode which is formed over a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween and provided with a metal silicide layer thereon are arranged in a row. A memory unit in which select gate transistors each having a second gate electrode formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film and having a metal silicide layer formed thereon is arranged at both ends of the column. An impurity diffusion region formed in a surface layer of the semiconductor substrate between adjacent second gate electrodes, between the first gate electrodes, and the first gate electrodes, A first silicon oxide film formed between the second gate electrode and a second side wall portion of the second gate electrode facing the adjacent second gate electrode. Covering the first silicon nitride film formed through the silicon oxide film, the top surfaces of the first and second gate electrodes, the top surface of the first silicon oxide film, and the top surface of the first silicon nitride film Shorter than the distance between the second silicon nitride film formed on the second silicon nitride film, the third silicon oxide film formed on the second silicon nitride film, and the adjacent second gate electrode. A width dimension is formed so as to pass through the third silicon oxide film and the second silicon nitride film and to reach the surface of the impurity diffusion region through the first silicon nitride film. A contact plug is provided.
また、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、上部に金属シリサイド層が設けられた第1のゲート電極を有するメモリセルトランジスタが複数個列状に配置され、この列の両端部にそれぞれ、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、上部に金属シリサイド層が設けられた第2のゲート電極を有する選択ゲートトランジスタが配置されたメモリユニットが行列方向に配置された半導体装置の製造方法であって、隣接する前記第2のゲート電極間の前記半導体基板の表層に不純物拡散領域を形成する工程と、前記第1のゲート電極間および前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に第1のシリコン酸化膜を充填するように形成する工程と、前記第1および第2のゲート電極の上面、前記第1のシリコン酸化膜の上面、前記第2のゲート電極が対向する部分の側壁部および前記半導体基板の前記不純物拡散領域の上面に第2のシリコン酸化膜を介して第1のシリコン窒化膜を形成する工程と、前記第1のシリコン窒化膜をスペーサ加工して前記第2のゲート電極が対向する部分の側壁部にスペーサを形成する工程と、前記スペーサ間に第3のシリコン酸化膜を埋め込み形成する工程と、前記第1および第2のゲート電極の上部と前記第1のシリコン酸化膜の上部とを露出させ、前記第1および第2のゲート電極の上部に金属シリサイド層を形成する工程と、前記第1および第2のゲート電極の上部の前記金属シリサイド層の上面、前記第1のシリコン酸化膜の上面、前記第1のシリコン窒化膜および前記第3のシリコン酸化膜の上面を覆うように第2のシリコン窒化膜を形成する工程と、前記第2のシリコン窒化膜を覆うように第4のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記不純物拡散層上において、前記第2のゲート電極間の幅寸法よりも小さい幅寸法でかつ前記スペーサ間の幅寸法より大きな幅寸法で、前記第4のシリコン酸化膜を貫通すると共に前記第2のシリコン窒化膜、前記第3のシリコン酸化膜を貫通し、前記スペーサの間を通って前記不純物拡散領域の表面に達する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に導体を埋め込んでコンタクトプラグを形成する工程とを備えたことを特徴とする。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a plurality of memory cell transistors each including a first gate electrode formed over a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween and provided with a metal silicide layer thereon. A selection gate transistor having a second gate electrode, which is formed in a row and is formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film and provided with a metal silicide layer on the both ends of the row, is arranged. A method of manufacturing a semiconductor device in which memory units are arranged in a matrix direction, the step of forming an impurity diffusion region in a surface layer of the semiconductor substrate between the adjacent second gate electrodes, and the first gate electrode Forming a first silicon oxide film between and between the first gate electrode and the second gate electrode, and the first and second gate electrodes. A first silicon oxide film is interposed on the upper surface of the electrode, the upper surface of the first silicon oxide film, the side wall of the portion facing the second gate electrode, and the upper surface of the impurity diffusion region of the semiconductor substrate via the second silicon oxide film. Forming a silicon nitride film, forming a spacer on the side wall of the portion facing the second gate electrode by spacer processing the first silicon nitride film, and a third space between the spacers. A step of embedding a silicon oxide film, exposing the upper portions of the first and second gate electrodes and the upper portion of the first silicon oxide film, and forming a metal silicide on the upper portions of the first and second gate electrodes; Forming a layer; and an upper surface of the metal silicide layer above the first and second gate electrodes, an upper surface of the first silicon oxide film, the first silicon nitride film, and the third Forming a second silicon nitride film so as to cover the upper surface of the silicon oxide film; forming a fourth silicon oxide film so as to cover the second silicon nitride film; and on the impurity diffusion layer. The second silicon nitride film has a width dimension smaller than the width dimension between the second gate electrodes and a width dimension larger than the width dimension between the spacers, and penetrates the fourth silicon oxide film, Forming a contact hole penetrating through the third silicon oxide film and passing between the spacers to reach the surface of the impurity diffusion region; and forming a contact plug by burying a conductor in the contact hole. It is characterized by that.
本発明により、ビット線コンタクトのリーク電流を防ぐことができる。 According to the present invention, the leakage current of the bit line contact can be prevented.
以下、本発明をNAND型フラッシュメモリ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a NAND flash memory device will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.
先ず、本実施形態のNAND型フラッシュメモリ装置の構成を説明する。
図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。
First, the configuration of the NAND flash memory device of this embodiment will be described.
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a part of a memory cell array formed in a memory cell region of a NAND flash memory device.
NAND型フラッシュメモリ装置のメモリセルアレイは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2と、当該選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrmとからなるNANDセルユニット(メモリユニット)SUが行列状に形成されることにより構成されている。NANDセルユニットSU内において、複数個のメモリセルトランジスタTrmは隣接するもの同士でソース/ドレイン領域を共用して形成されている。 The memory cell array of the NAND flash memory device includes two selection gate transistors Trs1 and Trs2, and a plurality (for example, 8: 2 raised to the nth power (n: 8), for example, between the selection gate transistors Trs1 and Trs2. Are positive cell numbers)) memory cell transistors Trm, and NAND cell units (memory units) SU are formed in a matrix. In the NAND cell unit SU, a plurality of memory cell transistors Trm are formed by sharing adjacent source / drain regions.
図1中X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(制御ゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続され、選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に直交するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BLに接続されている。また、選択ゲートトランジスタTrs2はソース領域を介して図1中X方向に延びるソース線SLに接続されている。 The memory cell transistors Trm arranged in the X direction (corresponding to the word line direction and the gate width direction) in FIG. 1 are commonly connected by a word line (control gate line) WL. Further, the selection gate transistors Trs1 arranged in the X direction in FIG. 1 are commonly connected by a selection gate line SGL1, and the selection gate transistors Trs2 are commonly connected by a selection gate line SGL2. A bit line contact CB is connected to the drain region of the select gate transistor Trs1. The bit line contact CB is connected to a bit line BL extending in the Y direction (corresponding to the gate length direction and the bit line direction) orthogonal to the X direction in FIG. The select gate transistor Trs2 is connected to a source line SL extending in the X direction in FIG. 1 through a source region.
図2はメモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示す平面図である。半導体基板としてのシリコン基板1に、素子分離領域としてのSTI(shallow trench isolation)2が図2中Y方向に沿って所定間隔で複数本形成され、これによって活性領域3が図2中X方向に分離形成されている。活性領域3と直交する図2中X方向に沿って所定間隔でメモリセルトランジスタのワード線WLが形成されている。また、図2中X方向に沿って一対の選択ゲートトランジスタの選択ゲート線SGL1が形成されている。一対の選択ゲート線SGL1間の活性領域3にはビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。ワード線WLと交差する活性領域3上には第1のゲート電極であるメモリセルトランジスタのゲート電極MGが、選択ゲート線SGL1と交差する活性領域3上には第2のゲート電極である選択ゲートトランジスタのゲート電極SGが形成されている。
FIG. 2 is a plan view showing a layout pattern of a part of the memory cell region. A plurality of STIs (shallow trench isolations) 2 as element isolation regions are formed at predetermined intervals along the Y direction in FIG. 2 on the
図3は、図2中、切断線A−Aで示す部分の断面図である。すなわち、活性領域3におけるゲート電極SG部分を中心として示したものである。この図3において、シリコン基板1上に形成されたゲート電極MGおよびゲート電極SGは、ゲート絶縁膜としてのトンネル絶縁膜4を介してフローティングゲート電極用の多結晶シリコン膜5、ONO膜などからなる電極間絶縁膜6、コントロールゲート電極用の多結晶シリコン膜7および金属シリサイド層としてのコバルトシリサイド(CoSi2)膜8が順次積層された構成となっている。
3 is a cross-sectional view of a portion indicated by a cutting line AA in FIG. That is, the gate electrode SG portion in the
ゲート電極SGのゲート間絶縁膜6には、多結晶シリコン膜5と多結晶シリコン膜7を導通するための開口6aが形成され、この開口6a内に多結晶シリコン膜7が埋め込まれている。シリコン基板1のゲート電極MG−MG間、MG−SG間にはソース/ドレイン領域となる不純物拡散領域1aが形成され、ゲート電極SG−SG間には不純物拡散領域1aと同じく不純物拡散領域1bが形成されると共に、不純物拡散領域1bの中央部に後述するビット線コンタクトのコンタクト抵抗を下げるための不純物拡散領域1cが形成されている。
In the inter-gate
ゲート電極MG及びゲート電極SGの側壁には、シリコン基板1の表面から所定高さまでRTO(rapid thermal oxidation)処理による例えば4nm程度の膜厚のシリコン酸化膜およびLP−CVD法による例えば5nm程度の膜厚のシリコン酸化膜が積層形成されシリコン酸化膜9として形成されている。ゲート電極MGのシリコン酸化膜9とゲート電極SGのシリコン酸化膜9の間およびゲート電極MGのシリコン酸化膜9間には、LP−CVD法によるシリコン酸化膜10が形成されている。
On the side walls of the gate electrode MG and the gate electrode SG, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 4 nm by an RTO (rapid thermal oxidation) process from the surface of the
一対のゲート電極SGの間においては、シリコン酸化膜9の内側およびシリコン基板1の表面にわたってシリコン酸化膜11がLP−CVD法により例えば10nm程度の膜厚で形成され、その内側の領域にシリコン窒化膜12が形成されている。このシリコン窒化膜12は、後述するようにスペーサとして形成されたものの残った部分である。
Between the pair of gate electrodes SG, a
各ゲート電極MG、SGの上面および一対のゲート電極SGの間のシリコン窒化膜12の上面には、これらを覆うようにバリア膜としてのシリコン窒化膜13が形成されている。シリコン窒化膜13は、その上面が、ゲート電極MG、SGが形成された領域およびゲート電極MGとゲート電極MGの間の領域ならびにゲート電極MGとゲート電極SGの間の領域において、コバルトシリサイド膜8の上面のシリコン基板1からの高さより高い位置に位置するよう形成されている。
A
ゲート電極SG−SG間のシリコン窒化膜12上において、シリコン窒化膜13の上面は上記した領域の部分のシリコン窒化膜13の上面の高さよりも低く位置するよう形成されている。このシリコン窒化膜13が低く位置する窪み部分には、これを平坦化するTEOS膜14が埋め込まれ、さらにその上部には、シリコン酸化膜であるTEOS膜15が積層形成されている。
On the
ゲート電極SG−SG間には、図示のようにTEOS膜15からシリコン基板1の表面に達するコンタクトホール16がシリコン窒化膜12の形成領域に形成されている。このコンタクトホール16は、TEOS膜15、14、シリコン窒化膜13、12、シリコン酸化膜11を貫通し、シリコン基板1の表面を露出するように形成されている。コンタクトホール16の内部にはバリア膜17aを介して導体を埋め込み形成したコンタクトプラグ17が形成され、シリコン基板1に電気的に接続されている。
Between the gate electrodes SG-SG, a
上記構成においては、コンタクトホール16は、TEOS膜15、14の部分に形成された貫通するホール上部とスペーサとして形成されたシリコン窒化膜12間に形成されたホール下部から構成される。ホール上部の開口幅Aは隣接するゲート電極SG間の距離Dより狭く、ホール下部16aの開口幅Bより広い。また、ホール下部16aの開口幅Bは、スペーサとして形成されたシリコン窒化膜12間の幅寸法とほぼ同じである。コンタクトホール16の上部の開口位置が多少ずれている場合でも、コンタクトホール下部16aの位置は自己整合的に同じ位置に形成されている。
In the above configuration, the
ここで、不純物拡散領域1b、1cの構成について説明する。
不純物拡散領域1bは隣接するゲート電極SG間にわたり形成されている。コンタクト抵抗低減のために形成される不純物拡散領域1cは不純物拡散領域1bの中央付近に、コンタクトホール16のホール下部16aの開口幅より広い幅で、コンタクトプラグ17の底面全体を接触するよう形成されている。不純物拡散領域1cの端部はゲート電極SGの側面下端からシリコン基板1の表面方向に所定距離をもって、シリコン窒化膜12の下方に位置するよう形成されている。
Here, the structure of the
不純物拡散領域1bの不純物濃度は不純物拡散領域1aの不純物濃度と等しく、不純物拡散領域1cの不純物濃度は不純物拡散領域1a、1bの不純物濃度より高く形成されている。また、不純物拡散領域1aと1bのシリコン基板1の表面からの深さは不純物拡散領域1cのシリコン基板1の表面からの深さより浅く形成されている。
The impurity concentration of the
メモリセルトランジスタTrmは、ビット線方向に隣接するもの同士でソース/ドレインとして働く不純物拡散層1aを共有している。さらに、メモリセルトランジスタは、選択ゲートトランジスタ間に電流経路が直列接続されるように設けられ、選択トランジスタにより選択される。ここではメモリセルトランジスタの電流経路に接続されるべき他方の選択ゲートトランジスタの図示を省略している。さらに、選択トランジスタの間に直列接続されるメモリセルトランジスタの数は、例えば、8個、16個、32個等の複数であればよく、その数は限定されるものではない。 The memory cell transistors Trm share an impurity diffusion layer 1a that functions as a source / drain between those adjacent in the bit line direction. Further, the memory cell transistor is provided such that a current path is connected in series between the selection gate transistors, and is selected by the selection transistor. Here, the illustration of the other select gate transistor to be connected to the current path of the memory cell transistor is omitted. Furthermore, the number of memory cell transistors connected in series between the selection transistors may be a plurality of, for example, 8, 16, 32, and the number is not limited.
次に、上記構成を製造する場合の製造工程について図3〜図19を参照して説明する。
まず、図4に示すように、シリコン基板1の上にトンネル絶縁膜4を成膜し、この後、フローティングゲートとなる多結晶シリコン膜5、ゲート間絶縁膜6およびコントロールゲート(ワード線)となる多結晶シリコン膜7を積層形成する。さらに、多結晶シリコン膜7の上に、ドライエッチング加工でのハードマスクとなるシリコン窒化膜18を積層形成する。この後、フォトリソグラフィー処理により、レジスト19を塗布して所定の選択ゲート及びワード線パターンを形成する。なお、ゲート間絶縁膜6を多結晶シリコン膜5上に形成した後、ゲート電極SG形成領域のゲート間絶縁膜6の一部を除去し、開口6aを形成している。ゲート間絶縁膜6上に多結晶シリコン膜7を形成した際、この開口6a内に多結晶シリコン膜7が埋め込まれる。
Next, a manufacturing process for manufacturing the above configuration will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、ドライエッチング技術(例えばRIE(reactive ion etching)法)により、まずパターンニングしたレジスト19をマスクとしてシリコン窒化膜18をエッチング加工し、続いてこれをハードマスクとして多結晶シリコン膜7、ゲート間絶縁膜6および多結晶シリコン膜5をエッチングする。この後、レジスト19を除去する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように、RTO(rapid thermal oxidation)処理を用いて酸化処理を施し、4nm程度の熱シリコン酸化膜を形成すると共に、LP−CVD法により5nm程度のシリコン酸化膜を形成し、これにより、ゲート電極MGおよびゲート電極SGの側壁部にシリコン酸化膜9として形成される。
Next, as shown in FIG. 6, an oxidation process is performed using an RTO (rapid thermal oxidation) process to form a thermal silicon oxide film of about 4 nm, and a silicon oxide film of about 5 nm is formed by LP-CVD. Thus, the
続いて、図7に示すように、メモリセルトランジスタおよび選択ゲートトランジスタのソース/ドレイン領域に相当する不純物拡散領域1a、1bを形成するためのイオン注入処理を実施し、この後、LP−CVD(low pressure chemical vapor deposition)法を用いて約50nmの膜厚のシリコン酸化膜10を全面に渡って形成し、そのシリコン酸化膜10をドライエッチング処理によりスペーサ10bを形成する加工を行う。シリコン酸化膜10は、ゲート電極MG間およびゲート電極MGとゲート電極SGとの間の狭い部分にも形成される。ドライエッチング処理では、シリコン窒化膜18の上面から少し下がった位置までエッチバックされるが、大部分は残った状態となる。この後、スペーサ10bをマスクとしてゲート電極SG間の部分にイオン注入処理を行って、不純物濃度が不純物拡散領域1bの不純物濃度より高く、シリコン基板1表面からの深さが不純物拡散領域1bのシリコン基板1表面からの深さより深い不純物拡散領域1cを形成しLDD構造とする。
Subsequently, as shown in FIG. 7, an ion implantation process for forming
次に、図8に示すように、リソグラフィー処理により、レジストをゲート電極SGの間の領域のみを開口するパターンニングを行い、そのレジストをマスクとして弗酸系の薬液処理により上述したスペーサ10bを除去する。
Next, as shown in FIG. 8, the resist is patterned by opening only the region between the gate electrodes SG by lithography, and the
続いて、図9に示すように、ゲート電極MG、SGの上部、ゲート電極MG−MG間のシリコン酸化膜10の上面、ゲート電極SG−SG間のゲート電極SGの側壁およびシリコン基板1の不純物拡散領域1bの表面を覆うように、LP−CVD法により10nm程度の膜厚のシリコン酸化膜10を形成すると共に、シリコン酸化膜10上に80nm程度の膜厚のシリコン窒化膜12aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the upper portions of the gate electrodes MG and SG, the upper surface of the
この後、図10に示すように、シリコン窒化膜12aを上面からRIE(reactive ion etching)法によりエッチング処理を行って、各ゲート電極MG、SGの上面およびこれらに連なる部分のシリコン窒化膜12aを除去すると共に、ゲート電極SGが対向している部分の側壁部にスペーサ12bを形成するスペーサ加工を行う。
Thereafter, as shown in FIG. 10, the
次に、図11に示すように、上述した状態の上面に追加のシリコン窒化膜12cをLP−CVD法により20nm程度の膜厚で形成する。これにより、スペーサ12bに一体に追加のシリコン窒化膜12cが形成されることでシリコン窒化膜12が形成される。このシリコン窒化膜12は、スペーサ12cの表面を覆うと共に、第2の不純物拡散領域1cの上面を覆うように形成されている。
Next, as shown in FIG. 11, an additional
続いて、図12に示すように、上記構成の上面にCVD処理によりBPSG(boro-phospho silicated glass)膜20を全面に形成し、ゲート電極SG−SG間の窪んだ部分にBPSG膜20を埋め込む。この後、高温ウェット酸化雰囲気中でメルト処理を行ってから、CMP(chemical mechanical polishing)法によりシリコン窒化膜12をストッパとして平坦化処理を行い、BPSG膜20を研磨してゲート電極SG−SG間のシリコン窒化膜12の凹部の部分のみに残すようにして平坦化する。
Subsequently, as shown in FIG. 12, a BPSG (boro-phospho silicated glass)
次に、図13に示すように、RIE法にてシリコン窒化膜12、18およびBPSG膜20をエッチングし、ゲート電極MG、SGの多結晶シリコン膜7の上面および側面の上部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 13, the
この後、図14に示すように、希弗酸処理等の酸化膜除去技術にて、制御ゲートとなる多結晶シリコン膜7の露出されている表面の自然酸化膜等を剥離して清浄化する。この状態では、ゲート電極SG−SG間のシリコン酸化膜11およびBPSG膜20がさらにエッチングされて上面が低い位置となる。この後、プラズマスパッタ技術により金属シリサイド形成用のコバルト膜21を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 14, a natural oxide film or the like on the exposed surface of the
次に、図15に示すように、金属シリサイド形成用に堆積したコバルト膜21をアニール処理することでコバルトシリサイド膜8を形成する。アニール処理は、RTP(rapid thermal processor)などのランプアニール技術を用いて行う。コバルト膜21は、多結晶シリコン膜7と接触している部分だけがシリサイド化し、他の部分は無反応のまま残るので、これを剥離液により処理して除去する。この後、必要に応じて再びRTPなどによるアニール処理を行って安定したコバルトシリサイド(CoSi2)膜8を形成する。
Next, as shown in FIG. 15, a
この後、図16に示すように、LP−CVD技術により30nm程度の膜厚のシリコン窒化膜13を形成する。シリコン窒化膜13は、ゲート電極MG、SGの各コバルトシリサイド膜8を覆うと共に、ゲート電極MG−MG間およびゲート電極MG−SG間のシリコン酸化膜10、ゲート電極SG−SG間のシリコン酸化膜21を覆うように形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 16, a
この後、図17に示すように、LP−CVD法によりTEOS膜14を成膜し、シリコン窒化膜13をストッパとしてCMP処理を行い、シリコン窒化膜13のゲート電極SG−SG間の部分の窪んだ部分にTEOS膜14が埋め込まれた状態に形成される。
After that, as shown in FIG. 17, a
続いて、図18に示すように、CVD技術により同じく第4のシリコン酸化膜としてのTEOS膜15を400nm成膜する。その後、フォトリソグラフィー処理により、レジスト22を塗布し、ビット線コンタクトとなるコンタクトプラグ17形成の為のコンタクトホール16のレジストパターン22aを形成する。このときのレジストパターン21aの開口部の幅寸法Aは、ゲート電極SG−SG間の幅寸法Dよりも小さく設定されている。
Subsequently, as shown in FIG. 18, a
次に、レジストパターン22aをマスクとしてRIE技術によりTEOS膜15、14、シリコン窒化膜13、シリコン酸化膜21、シリコン窒化膜12、シリコン酸化膜11を貫通し、シリコン基板1の表面を露出するようにコンタクトホール16の形成を行う。このとき、コンタクトホール16は、TEOS膜15、14の部分ではレジストパターン22aの開口部の幅寸法Aに対応した幅寸法となっているが、シリコン窒化膜13部分より下の部分では、シリコン窒化膜13のエッチング速度が遅いことから、自己整合的に開口幅が狭くなり、段差が生じていた部分の開口幅に制限された幅寸法Bとなる。
Next, the surface of the
この後、図3に示しているように、コンタクトホール16内に導体を埋め込みコンタクトプラグ17を形成する。コンタクトプラグ17は、例えばTiNなどのバリアメタル17aを成膜した後にタングステン(W)や銅(Cu)などの導体を成膜し、CMP処理などによりコンタクトホール16内に埋め込んだ状態に形成される。以後、図示はしないが、この上層への多層配線プロセスへ続く。
Thereafter, as shown in FIG. 3, a
このような本実施形態によれば、シリコン窒化膜12をスペーサとしてゲート電極SG−SG間に形成し、さらにシリコン窒化膜13で覆う構成としたので、ビット線コンタクトのコンタクトホール16を形成する際に、自己整合的に形成することができる。
According to the present embodiment, since the
すなわち、コンタクトホール16の下部のシリコン基板1の表面に達する部分であるホール下部16aでの開口幅Bは、ほぼスペーサとして形成されたシリコン窒化膜12が形成されていない部分の開口部の幅寸法と同じとなる。したがって、コンタクトホール16の形成のためのレジストパターン22aの位置が多少ずれていたとしても自己整合的に形成するホール下部16aの位置からずれていなければ確実にコンタクトホール16を形成することができる。
That is, the opening width B in the hole
また、レジストパターン22aの形成位置がゲート電極SG−SG間からずれない程度であれば、ゲート電極SGにダメージを与えることなくコンタクトホール16を形成することができる。これにより、選択ゲートトランジスタのゲート電極SGとコンタクトプラグ17との距離が近づきすぎることを防止でき、ゲート電極SGとコンタクトプラグ17との間のリーク電流の発生を防止できる。
If the formation position of the resist
また、シリコン基板1表面からの深さが浅い不純物拡散領域1bの不純物拡散領域1cと重複していない領域がシリコン窒化膜12およびシリコン酸化膜9、12で覆われており、コンタクトホール16のホール下部16aは隣接するシリコン窒化膜12間に自己整合的に形成されるため、コンタクトプラグ17の下面が上記不純物拡散領域1bの不純物拡散領域1cと重複していない領域に接触することを防止でき、コンタクトプラグ17から不純物拡散領域1bを介してシリコン基板1に流れるジャンクションリーク電流の発生を防止できる。
Further, a region of the
また、シリコン窒化膜12の形成時に、下地としてシリコン酸化膜11を形成するので、シリコン窒化膜12が直接シリコン基板1に接触する状態を避けた構成とすることができ、これによってシリコン基板1に対する応力ひずみなどの悪影響が及ぶのを防止することができる。
Further, since the
さらに、ゲート電極MG−MG間、MG−SG間に、シリコン酸化膜10を埋め込み形成し、シリコン窒化膜12、13を設けない構成としているので、シリコン酸化膜10よりも誘電率が大きいシリコン窒化膜12が埋め込み形成されている場合に比べてメモリセルトランジスタにおける寄生容量の低減を図ることができ、メモリセル間での誤動作を防止し電気的に安定した動作を行わせることができる。
Further, since the
また、第1及び第2のシリコン窒化膜12、13を設けることで、不純物や水分が下層側に進入するのを防止でき、また、コバルトシリサイド膜8とTEOS膜15などの絶縁膜との反応を抑制することができる。また第2のシリコン窒化膜13は、エッチング処理やCMP処理におけるストッパとしても機能するので、加工工程で有効に利用することができる。
Further, by providing the first and second
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
本実施形態では、メモリセルのゲート電極MGの形成としてコバルトシリサイド膜8を適用した事例を紹介したが、シリサイド膜を形成する金属は、Ni、Pt,Ti,Ta,Wを用いる事でも同様の効果を得ることができる。また、電極上のシリコン窒化膜13については、電極の耐熱性に応じて成膜方法を変えるべきであり、本実施例ではLP−CVD法を用いたが、より低温プロセスが必要ならば、プラズマCVDによる成膜を用いても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified or expanded as follows.
In the present embodiment, the case where the
TEOS膜14および15は、実施形態に示したように別々に形成しても良いし、あるいは一度に成膜してCMP処理をすることで所定の膜厚に調製することもできる。
また、前記電極上のシリコン酸化膜の膜厚については、メモリセルにおいて隣接するワード線の電極上部の間口寸法の50%以上の膜厚を必要とする。これは、間口寸法の50%以上の膜厚があれば、原理的に必ず間口を閉じることができるためである。
The
In addition, the film thickness of the silicon oxide film on the electrode needs to be 50% or more of the frontage dimension of the upper part of the adjacent word line electrode in the memory cell. This is because the frontage can always be closed in principle if there is a film thickness of 50% or more of the frontage size.
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、2はSTI(素子分離領域)、3は活性領域、8はコバルトシリサイド膜、10はシリコン酸化膜、10aはボイド、11はシリコン酸化膜、12はシリコン窒化膜、13はTEOS膜(層間絶縁膜)、14はシリコン窒化膜(バリア膜)、15はTEOS膜、17はコンタクトプラグ、Gはメモリセルトランジスタのゲート電極、SGは選択ゲートトランジスタのゲート電極である。 In the drawings, 1 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 2 is an STI (element isolation region), 3 is an active region, 8 is a cobalt silicide film, 10 is a silicon oxide film, 10a is a void, 11 is a silicon oxide film, 12 is Silicon nitride film, 13 is a TEOS film (interlayer insulating film), 14 is a silicon nitride film (barrier film), 15 is a TEOS film, 17 is a contact plug, G is a gate electrode of a memory cell transistor, and SG is a gate of a select gate transistor Electrode.
Claims (5)
隣接する前記第2のゲート電極間の前記半導体基板の表層に形成された不純物拡散領域と、
前記第1のゲート電極間および前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に形成された第1のシリコン酸化膜と、
隣接する前記第2のゲート電極に対向する当該第2のゲート電極の側壁部に第2のシリコン酸化膜を介して形成された第1のシリコン窒化膜と、
前記第1および第2のゲート電極の上面、前記第1のシリコン酸化膜上面および前記第1のシリコン窒化膜の上面を覆うように形成された第2のシリコン窒化膜と、
前記第2のシリコン窒化膜の上部に形成された第3のシリコン酸化膜と、
隣接する前記第2のゲート電極の間にそれらの間隔よりも短い幅寸法で形成され、前記第3のシリコン酸化膜および前記第2のシリコン窒化膜を貫通すると共に前記第1のシリコン窒化膜の間を通って前記不純物拡散領域の表面に達するように形成されたコンタクトプラグとを備えたことを特徴とする半導体装置。 A plurality of memory cell transistors each having a first gate electrode formed on a semiconductor substrate through a gate insulating film and provided with a metal silicide layer on the top are arranged in a row, A semiconductor device in which a memory unit in which a selection gate transistor having a second gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film and having a metal silicide layer formed thereon is arranged is arranged in a matrix direction. ,
An impurity diffusion region formed in a surface layer of the semiconductor substrate between the adjacent second gate electrodes;
A first silicon oxide film formed between the first gate electrodes and between the first gate electrode and the second gate electrode;
A first silicon nitride film formed on a side wall portion of the second gate electrode facing the adjacent second gate electrode via a second silicon oxide film;
A second silicon nitride film formed so as to cover the upper surfaces of the first and second gate electrodes, the upper surface of the first silicon oxide film, and the upper surface of the first silicon nitride film;
A third silicon oxide film formed on the second silicon nitride film;
It is formed between adjacent second gate electrodes with a width shorter than the distance between them, and penetrates the third silicon oxide film and the second silicon nitride film, and the first silicon nitride film And a contact plug formed so as to reach the surface of the impurity diffusion region.
前記コンタクトプラグは、前記第2の不純物拡散領域に接触する部分の第1の幅寸法は対向する前記第2のシリコン窒化膜の間の寸法によって規定され、前記第3のシリコン酸化膜内の部分の第2の幅寸法は前記第1の幅寸法よりも大きく設定されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
In the contact plug, a first width dimension of a portion in contact with the second impurity diffusion region is defined by a dimension between the opposing second silicon nitride films, and a portion in the third silicon oxide film The semiconductor device is characterized in that the second width dimension is set larger than the first width dimension.
前記不純物拡散領域は、隣接する前記第2のゲート電極間全体にわたって前記半導体基板の表層に形成された第1の領域と、一方の端部が隣接する前記第1のシリコン窒化膜の一方の下方に位置し、他方の端部が前記隣接する前記第1のシリコン窒化膜の他方の下方に位置し、前記半導体基板表面からの深さが前記第1の領域より深い第2の領域を有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The impurity diffusion region includes a first region formed in a surface layer of the semiconductor substrate over the entire area between the adjacent second gate electrodes, and a lower portion of one end of the first silicon nitride film adjacent to one end. And the other end is located below the other of the adjacent first silicon nitride films, and has a second region whose depth from the surface of the semiconductor substrate is deeper than the first region. A semiconductor device characterized by the above.
隣接する前記第2のゲート電極間の前記半導体基板の表層に不純物拡散領域を形成する工程と、
前記第1のゲート電極間および前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に第1のシリコン酸化膜を充填するように形成する工程と、
前記第1および第2のゲート電極の上面、前記第1のシリコン酸化膜の上面、前記第2のゲート電極が対向する部分の側壁部および前記半導体基板の前記不純物拡散領域の上面に第2のシリコン酸化膜を介して第1のシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記第1のシリコン窒化膜をスペーサ加工して前記第2のゲート電極が対向する部分の側壁部にスペーサを形成する工程と、
前記スペーサ間に第3のシリコン酸化膜を埋め込み形成する工程と、
前記第1および第2のゲート電極の上部と前記第1のシリコン酸化膜の上部とを露出させ、前記第1および第2のゲート電極の上部に金属シリサイド層を形成する工程と、
前記第1および第2のゲート電極の上部の前記金属シリサイド層の上面、前記第1のシリコン酸化膜の上面、前記第1のシリコン窒化膜および前記第3のシリコン酸化膜の上面を覆うように第2のシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記第2のシリコン窒化膜を覆うように第4のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記不純物拡散層上において、前記第2のゲート電極間の幅寸法よりも小さい幅寸法でかつ前記スペーサ間の幅寸法より大きな幅寸法で、前記第4のシリコン酸化膜を貫通すると共に前記第2のシリコン窒化膜、前記第3のシリコン酸化膜を貫通し、前記スペーサの間を通って前記不純物拡散領域の表面に達する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に導体を埋め込んでコンタクトプラグを形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A plurality of memory cell transistors each having a first gate electrode formed on a semiconductor substrate through a gate insulating film and provided with a metal silicide layer on the top are arranged in a row, Method of manufacturing a semiconductor device in which a memory unit in which a selection gate transistor having a second gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film and having a metal silicide layer provided thereon is arranged in a matrix direction Because
Forming an impurity diffusion region in a surface layer of the semiconductor substrate between the adjacent second gate electrodes;
Forming a first silicon oxide film between the first gate electrodes and between the first gate electrode and the second gate electrode;
A second surface is formed on the upper surfaces of the first and second gate electrodes, the upper surface of the first silicon oxide film, the side wall portion of the portion facing the second gate electrode, and the upper surface of the impurity diffusion region of the semiconductor substrate. Forming a first silicon nitride film via a silicon oxide film;
Forming a spacer on a side wall portion of a portion facing the second gate electrode by processing the first silicon nitride film with a spacer;
Burying and forming a third silicon oxide film between the spacers;
Exposing the upper portions of the first and second gate electrodes and the upper portion of the first silicon oxide film, and forming a metal silicide layer on the upper portions of the first and second gate electrodes;
The upper surface of the metal silicide layer above the first and second gate electrodes, the upper surface of the first silicon oxide film, the upper surfaces of the first silicon nitride film and the third silicon oxide film are covered. Forming a second silicon nitride film;
Forming a fourth silicon oxide film so as to cover the second silicon nitride film;
On the impurity diffusion layer, the second silicon oxide film penetrates the second silicon oxide film with a width smaller than the width between the second gate electrodes and larger than the width between the spacers. Forming a contact hole that penetrates through the silicon nitride film, the third silicon oxide film, and reaches the surface of the impurity diffusion region through the spacers;
And a step of forming a contact plug by burying a conductor in the contact hole.
前記不純物拡散領域を形成する工程は、隣接する前記第2のゲート電極間全体にわたって前記半導体基板の表層に第1の不純物拡散領域を形成する工程と、一方の端部が隣接する前記第1のシリコン窒化膜の一方の下方に位置し、他方の端部が前記隣接する前記第1のシリコン窒化膜の他方の下方に位置し、前記半導体基板表面からの深さが前記第1の領域より深い第2の不純物拡散領域を形成する工程からな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 according to claim 4,
The step of forming the impurity diffusion region includes the step of forming the first impurity diffusion region in the surface layer of the semiconductor substrate over the entire area between the adjacent second gate electrodes, and the first portion where one end is adjacent. Located below one of the silicon nitride films, the other end is located below the other of the adjacent first silicon nitride films, and the depth from the surface of the semiconductor substrate is deeper than the first region A method for manufacturing a semiconductor device comprising the step of forming a second impurity diffusion region.
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