JP2012033839A - Method of 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する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置の微細化の要求により、リソグラフィの解像限界以下の配線パターンの形成が必要とされている。これを実現する方法として、いわゆる側壁転写プロセスが知られている。 Due to demands for miniaturization of semiconductor devices, it is necessary to form wiring patterns that are below the resolution limit of lithography. As a method for realizing this, a so-called sidewall transfer process is known.
この方法は、配線材料の上にハードマスクおよびレジストを形成し、レジストをスリミングした後、レジストをマスクとしてハードマスクをエッチングする。レジストを剥離した後、側壁膜となる薄膜を堆積させ、異方性エッチングエッチング等を用いて底部および上部の薄膜をエッチングすることで、ハードマスク側壁に側壁膜を形成する。そして、異方性エッチング又は等方性エッチングでハードマスクのみを除去して側壁膜は残す。そして、この側壁膜をマスクとして配線材料を加工する。 In this method, a hard mask and a resist are formed on a wiring material, and after slimming the resist, the hard mask is etched using the resist as a mask. After removing the resist, a thin film to be a sidewall film is deposited, and the bottom and upper thin films are etched by anisotropic etching or the like, thereby forming a sidewall film on the hard mask sidewall. Then, only the hard mask is removed by anisotropic etching or isotropic etching to leave the sidewall film. Then, the wiring material is processed using this sidewall film as a mask.
形成するパターンがダマシン工程の配線パターンの場合、上記配線材料の代わりに配線の層間絶縁膜をエッチングすることにより配線溝が形成され、その溝の中に配線となる金属材料等が埋め込まれ、CMP(Chemical Mechanical Polish)等で平坦化され、配線が形成される。 When the pattern to be formed is a damascene process wiring pattern, a wiring groove is formed by etching a wiring interlayer insulating film instead of the above wiring material, and a metal material or the like that becomes wiring is embedded in the groove, and CMP is performed. The wiring is formed by planarization with (Chemical Mechanical Polish) or the like.
また、半導体記憶装置等の、メモリセルアレイと周辺回路のように配線幅に差のあるパターンを有するデバイスでは、側壁転写プロセスによる解像限界以下の配線パターンと、より幅が広い配線パターンとを同一の配線層に形成する必要がある。この場合のダマシン工程では、側壁膜をマスクとしたエッチングに先立ち、周辺回路領域にはレジストパターンが形成される。その後に、メモリセルアレイでは側壁膜をマスクとして配線溝が加工され、周辺回路領域はレジストパターンをマスクとして、配線溝が加工される。 In addition, in a device having a pattern with a difference in wiring width, such as a memory cell array and a peripheral circuit, such as a semiconductor memory device, the wiring pattern below the resolution limit by the sidewall transfer process is the same as the wider wiring pattern. It is necessary to form the wiring layer. In the damascene process in this case, a resist pattern is formed in the peripheral circuit region prior to etching using the sidewall film as a mask. Thereafter, in the memory cell array, the wiring groove is processed using the sidewall film as a mask, and the wiring groove is processed in the peripheral circuit region using the resist pattern as a mask.
しかしながら、ダマシン工程においてメモリセルアレイと周辺回路の配線溝を同時に形成する場合は、配線溝の深さが両者で同一となる。したがって、金属材料等の埋め込みを容易にするため配線溝が浅い方が望ましいというメモリセルアレイ領域における要請と、配線抵抗の低くするため配線溝が深い方が望ましいという周辺回路領域における要請とを両立させることが困難であった。 However, when the memory cell array and the peripheral circuit wiring grooves are formed simultaneously in the damascene process, the depth of the wiring grooves is the same in both. Therefore, the requirement in the memory cell array region that a shallow wiring groove is desirable for facilitating embedding of a metal material and the like and the requirement in a peripheral circuit region that a deep wiring groove is desirable for reducing wiring resistance are compatible. It was difficult.
そこで本発明は、上記のような問題点を考慮し、メモリセルアレイ領域(側壁転写プロセス部分)と周辺回路領域(側壁転写プロセスでない部分)との配線溝の深さを最適化することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention has an object to optimize the depth of the wiring trench between the memory cell array region (side wall transfer process portion) and the peripheral circuit region (portion where the side wall transfer process is not performed). To do.
本発明の一態様の半導体装置の製造方法によれば、以下の点を特徴としている。半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上に芯材膜を形成する工程と、第1領域において前記芯材膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストパターンを形成する工程と、を備えている。さらに、前記レジストパターンをマスクとして前記芯材膜を加工する工程と、前記芯材膜上に被加工膜とエッチング選択比がある側壁膜を形成する工程と、前記側壁膜を異方性エッチング工程により加工する工程と、前記芯材膜を前記側壁膜と選択的に除去する工程と、前記第1領域の前記側壁膜上および前記被加工膜上に絶縁膜を前記被加工膜表面から第1の膜厚を有するように形成し、前記第1領域と異なる第2領域の前記被加工膜上に前記絶縁膜を前記被加工膜表面から第2の膜厚を有するように形成する工程と、を備えている。さらに、前記第2領域においてフォトリソグラフィ工程によりレジストパターンを形成する工程と、前記第1領域における前記側壁膜と前記第2領域における前記レジストパターンとをマスクとして前記絶縁膜および前記被加工膜を加工し、前記被加工膜に配線溝を形成する工程と、を備えている。 The method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention is characterized by the following points. Forming a film to be processed on a semiconductor substrate; forming a core material film on the film to be processed; forming a resist pattern on the core material film in a first region by a photolithography process; It has. Further, a step of processing the core material film using the resist pattern as a mask, a step of forming a sidewall film having an etching selectivity with respect to a film to be processed on the core material film, and an anisotropic etching step of the sidewall film A step of selectively removing the core material film from the side wall film, and an insulating film on the side wall film and the work film in the first region from the surface of the work film. Forming the insulating film on the processed film in a second region different from the first region so as to have a second film thickness from the surface of the processed film; It has. Further, a process of forming a resist pattern by a photolithography process in the second region, and processing the insulating film and the film to be processed using the sidewall film in the first region and the resist pattern in the second region as a mask. And forming a wiring groove in the film to be processed.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置(例えば、NAND型フラッシュメモリ)の全体図を示す。この実施形態に係るNAND型フラッシュメモリ200は、メモリセルアレイ領域201、周辺回路領域202によって構成されている。
FIG. 1 is an overall view of a semiconductor device (for example, a NAND flash memory) according to an embodiment of the present invention. The
メモリセルアレイ領域201では、側壁転写プロセスにより、側壁膜をマスクとしてリソグラフィの解像限界以下の幅の狭いL/S(Line and Space)が形成される。周辺回路領域202では、フォトレジストをマスクとした配線パターンが形成される。
In the memory
図2は、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの平面図である。図2(a)はメモリセルアレイ領域201の平面図を、図2(b)は周辺回路領域202の平面図を示す。図2(a)で示されるメモリセルアレイ領域においては、層間絶縁膜である例えばTEOS(Tetraethoxysilane)膜10に形成された、幅の狭い溝のL/Sの中に、金属配線材料20(例えばCu)が埋め込まれている。図2(b)で示される周辺回路領域では、層間絶縁膜10に形成された溝の中に、金属配線材料20が埋め込まれている。
FIG. 2 is a plan view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. 2A shows a plan view of the memory
図3は、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの断面図である。図3(a)は、図2(a)のA−Aに沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図3(b)は、図2(b)のB−Bに沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。ダマシン工程により配線溝が形成される場合は、幅の狭い配線溝に対する金属配線材料の埋め込みを容易にするため、メモリセルアレイ領域201においては、前述のように周辺回路領域202における配線溝17より浅い配線溝16が形成される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A and viewed in the direction of the arrow, and FIG. 3B is cut along the line BB in FIG. It is sectional drawing seen in the arrow direction. When the wiring trench is formed by the damascene process, the memory
図4〜図9は、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。図4(a)〜図9(a)は、図2(a)のA−Aに沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図、図4(b)〜図9(b)は、図2(b)のB−Bに沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図を表す。 4 to 9 are process cross-sectional views of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. 4 (a) to 9 (a) are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 2 (a) and viewed in the direction of the arrows, and FIGS. 4 (b) to 9 (b) are diagrams. Process sectional drawing cut | disconnected along BB of 2 (b) and looked at the arrow direction is represented.
まず、半導体基板101上に、層間絶縁膜となるTEOS膜10および側壁転写プロセスの芯材(ハードマスク)となる例えばSiN膜11が形成される。次に、図4(a)に示されるように、メモリセルアレイ領域では、フォトリソグラフィ技術により、メモリセルアレイの配線幅(F)の2倍のピッチのフォトレジストパターンが形成される。図4(b)に示されるように、周辺回路部分にはフォトレジストパターンは形成されない。なお、本工程や、これ以降のフォトリソグラフィ工程においては、フォトレジストは複数層のレジスト構造を有する積層型のフォトレジストを使用してもよい。
First, a
図5(a)に示されるように、メモリセルアレイ領域においては、フォトレジストをマスクとして、SiN膜11が異方性エッチング(例えばRIE(Reactive Ion Etching))により加工される。続いて等方性エッチングによりスリミング処理が行われ、SiN膜11の幅はFに細化される。図5(b)に示されるように、周辺回路領域のSiN膜11はRIEにより除去される。
As shown in FIG. 5A, in the memory cell array region, the
次に、図6(a)に示されるように、層間絶縁膜10およびSiN膜11上に側壁転写プロセスのマスクとなる例えばアモルファスシリコン膜12がFの膜厚で形成される。図6(b)に示されるように、周辺回路領域にはFの膜厚でアモルファスシリコン膜12が形成される。
Next, as shown in FIG. 6A, for example, an
次に、図7(a)に示されるように、アモルファスシリコン膜12が異方性エッチングにより加工され、その後のエッチングのマスクとなる側壁が形成される。芯材のSiN膜11が例えばリン酸等のウェットエッチングにより除去される。メモリセルアレイ領域には、Fのラインアンドスペースでアモルファスシリコン膜12が形成される。図7(b)に示されるように、アモルファスシリコン膜12は、周辺回路領域では異方性エッチングにより除去される。
Next, as shown in FIG. 7A, the
次に、図8(a)および(b)に示されるように、層間絶縁膜10およびアモルファスシリコン膜12上に、例えばSOG(Spin on Glass)膜13のような塗布膜を形成する。メモリセルアレイ領域では、側壁パターンのアモルファスシリコン膜12の体積分およびメモリセル領域にあるそれぞれのアモルファスシリコン膜12によって壁が形成されるため、SOG膜13が流されずにアモルファスシリコン膜12の間に留まり、厚く(膜厚8A)形成される。これに対して、周辺回路領域では、アモルファスシリコン膜12が存在しないのでSOG膜13が流れやすく、メモリセル領域のSOG膜13より薄く(膜厚8B)形成される。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, a coating film such as an SOG (Spin on Glass)
次に、図9(b)に示されるように、周辺回路領域においてはSOG膜13上に、フォトレジストが形成され、フォトリソグラフィ工程によって、スペースが周辺回路の配線パターンとなるようにフォトレジストパターン15が形成される。このとき、図9(a)に示されるように、メモリセルアレイ領域にはフォトレジストパターンは形成されない。
Next, as shown in FIG. 9B, in the peripheral circuit region, a photoresist is formed on the
次に、メモリセルアレイ領域ではアモルファスシリコン膜12をマスクとして、周辺回路領域ではフォトレジストパターン15をマスクとして、SOG膜13、および層間絶縁膜10がRIE工程によりエッチングされる。
Next, the
図10(a)および(b)に示されるように、SOG膜がメモリセル領域では厚く(膜厚8A)、周辺領域では薄く(膜厚8B)形成されているので、メモリセル領域でSOG膜13がエッチングされている間に周辺回路領域では層間絶縁膜10がエッチングされる。
As shown in FIGS. 10A and 10B, since the SOG film is formed thick in the memory cell region (
さらに、図11(a)および(b)に示されるように、メモリセルアレイ領域で層間絶縁膜10がエッチングされる時点でも、周辺回路領域にはメモリセルアレイ領域より深い溝が層間絶縁膜10に形成されている。
Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, even when the
最終的には、図12(a)および(b)に示されるように、周辺回路領域に形成された配線溝17の深さは、メモリセルアレイ領域に形成された配線溝16の深さより大きくなる。
Eventually, as shown in FIGS. 12A and 12B, the depth of the
フォトレジスト15、SOG膜13、およびアモルファスシリコン膜12をそれぞれ除去した後、配線溝内および層間絶縁膜表面に金属の配線材料20が形成され、CMPにより平坦化が行われ、図3(a)および(b)の金属配線が形成される。
After removing the
図13〜図14は、比較例の工程断面図である。図13(a)〜図14(a)は、図2(a)のA−Aに沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図、図13(b)〜図14(b)は、図2(b)のB−Bに沿って切断し矢印方向に眺めた工程断面図を示す。メモリセル領域にアモルファスシリコン膜12がFのラインアンドスペースで形成されるまで(図7に相当)は、本発明の実施形態と同様である。
13 to 14 are process cross-sectional views of a comparative example. 13 (a) to 14 (a) are cross-sectional views taken along the line AA in FIG. 2 (a) and viewed in the direction of the arrows, and FIGS. 13 (b) to 14 (b) are diagrams. Process sectional drawing cut | disconnected along BB of 2 (b) and looked at the arrow direction is shown. Until the
比較例においては、図13(a)および(b)に示されるように、SOG膜13が形成されることなく、フォトレジストがアモルファスシリコン膜12の上に形成される。続いて、フォトリソグラフィ工程により、スペースが周辺回路の配線パターンとなるようにフォトレジストパターン15が形成される。このとき、メモリセル領域にはフォトレジストパターン15は形成されない。
In the comparative example, as shown in FIGS. 13A and 13B, a photoresist is formed on the
次に、図14(a)および(b)に示されるように、メモリセルアレイ領域ではアモルファスシリコン膜12をマスクとして、周辺回路領域ではフォトレジストパターン15をマスクとして、層間絶縁膜10がRIE工程によりエッチングされる。したがって、メモリセルアレイ領域と周辺回路領域では、同一の深さの配線溝が形成される。
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, the
以上述べたように、本発明の実施形態によれば、メモリセル領域と周辺回路領域に膜厚の異なるSOG膜13が形成されるため、周辺回路領域の配線溝の深さをメモリセル領域の配線溝の深さより深く加工することが可能である。これにより、メモリセル領域での配線金属層の埋め込み特性を確保しつつ周辺回路領域で配線抵抗を低減することができる。また、本発明の実施形態は、SOG膜を追加するだけなので、工程のコスト増加も抑制できる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, since the
100 半導体基板
10 層間絶縁膜
11 側壁転写プロセスの芯材膜(ハードマスク)
12 側壁転写プロセスの側壁膜
13 溝深さ調整膜
15 フォトレジスト
20 配線の金属材料
200 NAND型フラッシュメモリ
201 メモリセル領域
202 周辺回路領域
100
12
Claims (5)
前記被加工膜上に芯材膜を形成する工程と、
第1領域において前記芯材膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記芯材膜を加工する工程と、
前記芯材膜上に被加工膜とエッチング選択比がある側壁膜を形成する工程と、
前記側壁膜を異方性エッチング工程により加工する工程と、
前記芯材膜を前記側壁膜と選択的に除去する工程と、
前記第1領域の前記側壁膜上および前記被加工膜上に絶縁膜を前記被加工膜表面から第1の膜厚を有するように形成し、前記第1領域と異なる第2領域の前記被加工膜上に前記絶縁膜を前記被加工膜表面から第2の膜厚を有するように形成する工程と、
前記第2領域においてフォトリソグラフィ工程によりレジストパターンを形成する工程と、
前記第1領域における前記側壁膜と前記第2領域における前記レジストパターンとをマスクとして前記絶縁膜および前記被加工膜を加工し、前記被加工膜に配線溝を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a film to be processed on a semiconductor substrate;
Forming a core material film on the work film;
Forming a resist pattern by a photolithography process on the core material film in the first region;
Processing the core material film using the resist pattern as a mask;
Forming a sidewall film having an etching selectivity with the film to be processed on the core material film;
Processing the sidewall film by an anisotropic etching process;
Selectively removing the core film from the sidewall film;
An insulating film is formed on the sidewall film and the film to be processed in the first region so as to have a first film thickness from the surface of the film to be processed, and the workpiece in a second region different from the first region Forming the insulating film on the film so as to have a second film thickness from the surface of the film to be processed;
Forming a resist pattern by a photolithography process in the second region;
Processing the insulating film and the film to be processed using the sidewall film in the first region and the resist pattern in the second region as a mask, and forming a wiring groove in the film to be processed;
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WO2015047692A1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-04-02 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming semiconductor devices and structures with improved planarization uniformity, and resulting structures and semiconductor devices |
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