JP2013026305A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態は、半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor device.
EEPROM、AND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリ、NAND型フラッシュメモリ等、半導体素子を用いた不揮発性半導体記憶装置は従来広く知られている。その中でもNAND型フラッシュメモリは、それぞれのメモリセルがソース・ドレイン拡散層を共有しているため、高集積化に有利である。 Nonvolatile semiconductor memory devices using semiconductor elements such as EEPROM, AND flash memory, NOR flash memory, NAND flash memory, etc. have been widely known. Among them, the NAND flash memory is advantageous for high integration because each memory cell shares a source / drain diffusion layer.
もっとも、NAND型フラッシュメモリの高集積化を推し進める上では、微細加工技術、特に半導体基板にパターンを転写するリソグラフィー技術の限界がある。このリソグラフィー技術の限界を打ち破る手法として、「ダブルパターニング」の一種である側壁転写技術がある。側壁転写技術は、リソグラフィー技術の限界を用いて形成したラインパターンの両側面に、側壁残しによりラインパターン幅よりも幅の狭いパターンを形成し、このパターンをマスクとして加工を行う技術である。 However, in order to promote higher integration of the NAND flash memory, there is a limit to fine processing technology, particularly lithography technology for transferring a pattern to a semiconductor substrate. As a technique for breaking the limit of the lithography technique, there is a side wall transfer technique which is a kind of “double patterning”. The sidewall transfer technique is a technique in which a pattern narrower than the line pattern width is formed on both side surfaces of a line pattern formed by using the limits of the lithography technique, and the pattern is processed using this pattern as a mask.
また、例えば、メモリセルトランジスタのゲート電極と、メモリセルアレイ端部の選択トランジスタのゲート電極のように、微細なラインスペースパターンと幅広のパターンが混在するような場合には、両者を同一のリソグラフィー工程でパターニングすることが困難となっている。これは、両者に最適なリソグラフィー条件が異なってくることに起因する。このため、微細なラインスペースパターンとそれ以外のパターンを異なるリソグラフィー工程で形成する手法がとられる場合もある。 In addition, for example, when a fine line space pattern and a wide pattern are mixed, such as the gate electrode of the memory cell transistor and the gate electrode of the selection transistor at the end of the memory cell array, both are used in the same lithography process. It is difficult to pattern by this. This is due to the fact that the optimum lithography conditions for the two differ. For this reason, a technique of forming a fine line space pattern and other patterns by different lithography processes may be used.
本発明が解決しようとする課題は、ラインスペースパターンとラインスペースパターンより幅の広いパターンが混在する場合であっても、両パターンを精度よく加工する半導体装置の製造方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that processes both patterns with high precision even when a line space pattern and a pattern wider than the line space pattern coexist.
実施の形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被加工層を形成し、前記被加工層上にハードマスク層を形成し、前記ハードマスク層上に第1のマスク層を形成し、前記第1のマスク層をパターニングし、前記第1のマスク層が除去された領域にカーボン層を形成し、前記カーボン層をパターニングし、第1のエッチング処理により前記カーボン層のパターンを部分的にエッチングして、前記カーボン層のパターンの幅を縮小し、前記カーボン層のパターンの上面および両側面を被覆するよう前記第1のマスク層と同一材料の第2のマスク層を形成し、第2のエッチング処理により前記第2のマスク層をエッチングし、前記カーボン層のパターンの上面の前記第2のマスク層を除去するとともに前記カーボン層のパターンの両側面に前記第2のマスク層を残存させ、第3のエッチング処理により前記第2のマスク層のパターンに挟まれる前記カーボン層を除去し、前記第1のマスク層のパターンおよび前記第2のマスク層のパターンをマスクに前記ハードマスク層をパターニングし、第4のエッチング処理により前記第1のマスク層のパターンおよび前記第2のマスク層のパターンを除去し、前記ハードマスク層のパターンをマスクに前記被加工層をパターニングする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment, a processing layer is formed on a semiconductor substrate, a hard mask layer is formed on the processing layer, a first mask layer is formed on the hard mask layer, The first mask layer is patterned, a carbon layer is formed in a region where the first mask layer is removed, the carbon layer is patterned, and a pattern of the carbon layer is partially formed by a first etching process. Etching to reduce the width of the pattern of the carbon layer, forming a second mask layer of the same material as the first mask layer so as to cover the upper surface and both side surfaces of the pattern of the carbon layer, The second mask layer is etched by the etching process to remove the second mask layer on the upper surface of the carbon layer pattern, and to the front side surfaces of the carbon layer pattern. The second mask layer is left, the carbon layer sandwiched between the patterns of the second mask layer is removed by a third etching process, and the pattern of the first mask layer and the pattern of the second mask layer are removed. The hard mask layer is patterned using the mask as a mask, the first mask layer pattern and the second mask layer pattern are removed by a fourth etching process, and the hard mask layer pattern is used as the mask to be processed. Pattern the layer.
(第1の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被加工層を形成し、被加工層上にハードマスク層を形成する。そして、ハードマスク層上に第1のマスク層を形成し、第1のマスク層をパターニングする。そして、第1のマスク層が除去された領域にカーボン層を形成し、カーボン層をパターニングする。そして、第1のエッチング処理によりカーボン層を部分的にエッチングして、カーボン層のパターンの幅を縮小する。そして、カーボン層のパターンの上面および両側面を被覆するよう第1のマスク層と同一材料の第2のマスク層を形成し、第2のエッチング処理により第2のマスク層をエッチングし、カーボン層のパターンの上面の第2のマスク層を除去するとともにカーボン層のパターンの両側面に第2のマスク層を残存させる。そして、第3のエッチング処理により第2のマスク層のパターンに挟まれるカーボン層を除去する。そして、第1のマスク層のパターンおよび第2のマスク層のパターンをマスクにハードマスク層をパターニングする。そして、第4のエッチング処理により第1のマスク層のパターンおよび第2のマスク層のパターンを除去する。さらに、ハードマスク層のパターンをマスクに被加工層をパターニングする。
(First embodiment)
In the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a layer to be processed is formed over a semiconductor substrate, and a hard mask layer is formed over the layer to be processed. Then, a first mask layer is formed on the hard mask layer, and the first mask layer is patterned. Then, a carbon layer is formed in the region where the first mask layer has been removed, and the carbon layer is patterned. Then, the carbon layer is partially etched by the first etching process to reduce the pattern width of the carbon layer. Then, a second mask layer made of the same material as that of the first mask layer is formed so as to cover the upper surface and both side surfaces of the pattern of the carbon layer, and the second mask layer is etched by the second etching process, and the carbon layer The second mask layer on the upper surface of the pattern is removed, and the second mask layer is left on both side surfaces of the carbon layer pattern. Then, the carbon layer sandwiched between the patterns of the second mask layer is removed by the third etching process. Then, the hard mask layer is patterned using the pattern of the first mask layer and the pattern of the second mask layer as a mask. Then, the pattern of the first mask layer and the pattern of the second mask layer are removed by the fourth etching process. Further, the layer to be processed is patterned using the pattern of the hard mask layer as a mask.
なお、本実施の形態では、半導体装置としてNAND型フラッシュメモリ、被加工層としてゲート電極層を加工する場合を例に説明する。 Note that in this embodiment, an example in which a NAND flash memory is processed as a semiconductor device and a gate electrode layer is processed as a processing layer is described.
NAND型フラッシュメモリのメモリセルトランジスタのゲート電極配線(ワード線)と、これに隣接している選択ゲートトランジスタのゲート電極配線のように、微細なラインスペースパターンと、幅の広いパターンが混在する場合、両者を一度に精度よくパターニングするリソグラフィー条件の設定が困難となる。本実施の形態の製造方法によれば、幅の広いパターンを先に形成し、その後に微細なラインスペースパターンを形成する。また、加工途中のマスク層に両者のパターンで同一材料を用いる、さらに、最終的な被加工層のエッチングを、肩落ちのないマスク層を用いて行う。これにより、微細なラインスペースパターンと、幅の広いパターンが混在する場合であっても、両者を精度よく加工することが可能となる。 When a fine line space pattern and a wide pattern are mixed, such as a gate electrode wiring (word line) of a memory cell transistor of a NAND flash memory and a gate electrode wiring of a selection gate transistor adjacent thereto Therefore, it becomes difficult to set lithography conditions for patterning both at a time with high accuracy. According to the manufacturing method of the present embodiment, a wide pattern is formed first, and then a fine line space pattern is formed. Further, the same material is used for the mask layer in the middle of processing in both patterns, and the final etching of the layer to be processed is performed by using the mask layer without shoulder drop. Thereby, even when a fine line space pattern and a wide pattern are mixed, both can be processed with high accuracy.
図1は、本実施の形態の半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。また、図2〜図15は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。なお、図4〜図15は、メモリセルトランジスタのゲート電極および選択ゲートトランジスタのゲート電極のワード線方向に垂直な断面を示している。 FIG. 1 is a process diagram showing the main part of the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment. 2 to 15 are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. 4 to 15 show cross sections perpendicular to the word line direction of the gate electrode of the memory cell transistor and the gate electrode of the select gate transistor.
本明細書中では、メモリセルトランジスタのゲート電極をメモリセルゲート電極、選択ゲートトランジスタのゲート電極を選択ゲート電極とも称するものとする。 In this specification, the gate electrode of the memory cell transistor is also referred to as a memory cell gate electrode, and the gate electrode of the selection gate transistor is also referred to as a selection gate electrode.
まず、図2に示すように、被加工層であるゲート電極層を形成する(S102)。ゲート電極層は、半導体基板10上に、ゲート絶縁膜12、フローティングゲート電極14、ゲート間絶縁膜16、コントロールゲート電極18、ゲートマスク絶縁膜20の積層構造をそなえる。
First, as shown in FIG. 2, a gate electrode layer which is a layer to be processed is formed (S102). The gate electrode layer has a stacked structure of the
ゲート間絶縁膜16の一部が除去されることにより開口部22が設けられ、フローティングゲート電極14とコントロールゲート電極18とは物理的に接触するとともに、電気的にも導通している。開口部22が設けられている領域のゲート電極層が、後に選択ゲート電極を構成することになる。
An
半導体基板は、例えば、p型シリコンである。ゲート絶縁膜12は、例えば、熱酸化により形成されるシリコン酸化膜である。フローティングゲート電極14は、例えば、LPCVD(Low−Pressuer−Chemical−Vapor−Deposition)法により形成されるリン(P)がドープされた多結晶質シリコン膜である。ゲート間絶縁膜16は、例えば、ONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜である。また、コントロールゲート電極18は、例えば、LPCVD法により形成される多結晶質シリコン層18である。そして、ゲートマスク絶縁膜20は、例えば、LPCVD法により形成されるシリコン窒化膜である。
The semiconductor substrate is, for example, p-type silicon. The
さらに、ゲート電極層上には、ハードマスク層として、アモルファスシリコン(非晶質シリコン)膜24が形成される(S104)。アモルファスシリコン膜24は、例えば、LPCVD法により形成される。ハードマスク層に多結晶質シリコン膜を適用することも可能である。
Further, an amorphous silicon (amorphous silicon)
また、アモルファスシリコン膜24上には、第1のマスク層としてシリコン酸化膜26が形成される(S106)。シリコン酸化膜26は、例えば、LPCVD法により形成されるTEOS(Tetraethyl orthosilicate)膜である。
On the
次に、図3に示すようにシリコン酸化膜26をパターニングするためのレジストパターン28をリソグラフィー技術により形成する(S108)。このパターンは、選択ゲート電極を形成するためのパターンである。
Next, as shown in FIG. 3, a resist pattern 28 for patterning the
次に、図4に示すように、レジストパターン28をマスクに、シリコン酸化膜26をRIE(Reactive Ion Etching)法によりエッチングしてパターニングする(S110)。
Next, as shown in FIG. 4, using the resist pattern 28 as a mask, the
次に、図5に示すように、レジストパターン28を剥離し、シリコン酸化膜26が除去された領域にカーボン層30を形成する(S112)。ここで、カーボン層30は、カーボン(C)を主成分とする材料で構成される。
Next, as shown in FIG. 5, the resist pattern 28 is removed, and a
カーボン層30は、例えば、スピンコーティング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されるアモルファスカーボン膜を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化することで形成される。CMP法による平坦化の際には、シリコン酸化膜26がストッパー膜となる。
The
次に、図6に示すようにカーボン層30をパターニングするためのレジストパターン32をリソグラフィー技術により形成する(S114)。このパターンは、メモリセルゲート電極を形成するためのパターンである。
Next, as shown in FIG. 6, a resist
次に、図7に示すように、レジストパターン32をマスクに、カーボン層30をRIE法によりエッチングしてパターニングする(S116)。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、レジストパターン32を剥離する。
Next, as shown in FIG. 8, the resist
次に、図9に示すように、第1のエッチング処理において、カーボン層30のパターンを部分的にエッチングすることにより、カーボン層30のパターンの幅を縮小させる。すなわち、いわゆるスリミング(slimming)を行う(S118)。このエッチングは、例えば、アッシングにより行う。
Next, as shown in FIG. 9, in the first etching process, the pattern of the
次に、図10に示すように、カーボン層30のパターンの上面および両側面を被覆するよう、第1のマスク層と同一材料の第2のマスク層を形成する。第1のマスク層がシリコン酸化膜26であるため、第2のマスク層としてもシリコン酸化膜34を形成する(S120)。シリコン酸化膜34は、例えば、LPCVD法により形成されるTEOS膜である。
Next, as shown in FIG. 10, a second mask layer of the same material as the first mask layer is formed so as to cover the upper surface and both side surfaces of the pattern of the
なお、本明細書中「同一材料」とは、主要な組成が同一で、エッチング等のプロセスに対する特性が同様の材料を意味する。化学組成比のわずかな差異や、含有される不純物種や含有量の差異があったとしても、プロセスに対する特性が同様である材料は「同一材料」とみなすものとする。 In the present specification, the “same material” means materials having the same main composition and similar characteristics to processes such as etching. Even if there is a slight difference in the chemical composition ratio, a difference in the type of impurities contained, or a difference in the content, materials having similar characteristics to the process shall be regarded as “the same material”.
次に、図11に示すように第2のエッチング処理において、第2のマスク層であるシリコン酸化膜34を、RIE法により全面エッチングする(S122)。そしてカーボン層30のパターンの上面のシリコン酸化膜34を除去するとともに、カーボン層30のパターンの両側面に側壁残しによりシリコン酸化膜34を残存させる。
Next, as shown in FIG. 11, in the second etching process, the entire surface of the
このように、第1のマスク層であるシリコン酸化膜26のパターンよりも幅の狭い、第2のマスク層のシリコン酸化膜34のパターンを形成する。いいかえれば、第1のマスク層のパターンの幅が、第2のマスク層のパターンの幅よりも広い。なお、シリコン酸化膜26のパターンの両側面にも側壁残しによりシリコン酸化膜34が残存する。
In this way, a pattern of the
次に、図12に示すように第3のエッチング処理において、第2のマスク層であるシリコン酸化膜34のパターンに挟まれるカーボン層30を除去する(S124)。このエッチング処理は、例えば、アッシングにより行う。
Next, as shown in FIG. 12, in the third etching process, the
次に、図13に示すように第1のマスク層であるシリコン酸化膜26のパターンおよび第2のマスク層のシリコン酸化膜34のパターンをマスクに、ハードマスク層であるアモルファスシリコン膜24をパターニングする(S126)。このパターニングはRIE法によるエッチングにより行われる。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように第4のエッチング処理において、第1のマスク層であるシリコン酸化膜26のパターンおよび第2のマスク層であるシリコン酸化膜34のパターンを除去する(S128)。このエッチングは、例えば、フッ酸溶液によるウェットエッチングにより行う。
Next, as shown in FIG. 14, in the fourth etching process, the pattern of the
次に、図15に示すようにハードマスク層であるアモルファスシリコン膜24のパターンをマスクに、被加工層であるゲート電極層をパターニングする(S130)。このパターニングは、RIE法によるエッチングにより行う。このパターニングによりゲート電極層が加工され、メモリセルゲート電極MCと選択ゲート電極SGが形成される。なお、アモルファスシリコン膜24は、ゲート電極層の中のゲートマスク絶縁膜20のエッチング中にはエッチングのマスクとして用いられるが、いったんゲートマスク絶縁膜20が加工された後は、コントロールゲート電極18、ゲート間絶縁膜16、フローティングゲート電極14のエッチング中に消失してもよい。
Next, as shown in FIG. 15, the gate electrode layer, which is a layer to be processed, is patterned using the pattern of the
以上のように、本実施の形態半導体装置の製造方法では、カーボン層30を芯材とし、シリコン酸化膜34を側壁材とした側壁転写技術を適用してアモルファスシリコン膜24をパターニングする。アッシングによる燃焼で除去できるカーボンを芯材として選択することにより、ウェットエッチングで芯材を除去するプロセスと比較して、芯材除去工程における側壁材の倒れを抑制することができる。
As described above, in the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ハードマスク層となるアモルファスシリコン膜24のエッチングの際に、マスク材として単一材料のシリコン酸化膜を用いる。したがって、例えば、メモリセルゲート電極MC形成用のマスク材と選択ゲート電極SG形成用のマスク材を異種材料とする場合に比較し、加工が容易となり加工精度が向上する。加工が容易となるのは、単一のマスク材の場合、2種以上の場合に比べ、エッチング条件に対する制約が少なくて済むからである。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a silicon oxide film made of a single material is used as a mask material when etching the
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、アモルファスシリコン膜24をマスク材として、ゲート電極層をパターニングする前に、側壁残しにより形成されたシリコン酸化膜26、34を剥離する。このため、ゲート電極層をパターニングする際に、肩部の落ちた形状のマスク材を用いることなく加工が可能である。したがって、マスク材の肩落ちを反映して、メモリセルゲート電極の幅が1本おきに変化したり、選択ゲート電極のテーパ形状が顕著になったりする問題が生じにくい。よって、ゲート電極層の寸法ばらつきや形状ばらつきが抑制される。
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the
本実施の形態において、肩部の落ちた形状のマスク材を用いない加工を可能にしているのは、ウェットエッチングで剥離しやすい、シリコン酸化膜を側壁転写技術の側壁材として採用していることによる。 In this embodiment, the processing without using the mask material with the shape of the shoulder part is made possible by adopting a silicon oxide film that is easy to be removed by wet etching as a side wall material of the side wall transfer technology. by.
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、同一ピッチで繰り返される微細なラインアンドスペースのメモリセルゲート電極MCと、メモリセルゲート電極よりも幅広の選択ゲート電極SGのパターンを別々のリソグラフィー工程で形成する。したがって、それぞれのパターンに最適なリソグラフィー条件を適用することが可能となり、加工精度が向上する。 Further, according to the method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, the pattern of the fine line and space memory cell gate electrode MC repeated at the same pitch and the selection gate electrode SG wider than the memory cell gate electrode are separately provided. The lithography process is used. Therefore, it becomes possible to apply an optimum lithography condition to each pattern, and the processing accuracy is improved.
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、選択ゲート電極SGのリソグラフィーをメモリセルゲート電極MCのリソグラフィーの前に行う。このことで、ハードマスク層となるアモルファスシリコン膜24のエッチングの際に、マスク材として単一材料のシリコン酸化膜を用いることを容易にしている。また、幅広かつスペースも大きな選択ゲート電極SGのパターンを先に形成し、このパターンにメモリセルゲート電極MCのリソグラフィーの合わせ(アライメント)を行うことになるため、リソグラフィーの合わせが容易になる。したがって、パターン間の合わせズレ量が抑制され精度の高い加工が実現される。また、合わせズレが所定の範囲を超えることによるリワーク数も削減することが可能となる。
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, lithography of the select gate electrode SG is performed before lithography of the memory cell gate electrode MC. This facilitates the use of a single material silicon oxide film as a mask material when etching the
さらに、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、選択ゲート電極SGのパターンを先づくりとし、微細なメモリセルゲート電極MCのパターンを後づくりにする。これにより、微細なメモリセルゲート電極MC形成用のマスクパターンが、その形成後のプロセスで倒れることが抑制できる。 Furthermore, according to the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the pattern of the selection gate electrode SG is made a leading edge, and the pattern of the fine memory cell gate electrode MC is made afterward. Thereby, the mask pattern for forming the fine memory cell gate electrode MC can be prevented from falling in the process after the formation.
(第2の実施の形態)
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、カーボン層をパターニングする際に、第1のマスク層に対応する位置にもカーボン層に対応する位置から連続するラインスペースパターンが設けられたフォトマスクを用いて露光する。また、第3のエッチング処理の後に、さらに、第1のマスク層をパターニングする。上記以外は、第1の実施の形態と同様である。したがって、第1の実施の形態と重複する内容については一部記載を省略する。
(Second Embodiment)
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, when patterning a carbon layer, a photomask in which a line space pattern continuous from a position corresponding to the carbon layer is provided also at a position corresponding to the first mask layer is used. To expose. Further, after the third etching process, the first mask layer is further patterned. Other than the above, the second embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, a part of the description overlapping with that of the first embodiment is omitted.
本実施の形態によれば、メモリセルゲート電極MCのリソグラフィーの際に、パターンが選択ゲート電極SGのパターンに対してセルフアラインで形成される。したがって、メモリセルゲート電極MCのリソグラフィーの合わせが一層容易になる。 According to the present embodiment, during lithography of the memory cell gate electrode MC, the pattern is formed in a self-aligned manner with respect to the pattern of the selection gate electrode SG. Therefore, the lithography of the memory cell gate electrode MC is further facilitated.
図16は、本実施の形態の半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。また、図17〜図30は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。なお、図17〜図30は、メモリセルゲート電極および選択ゲート電極のワード線方向に垂直な断面を示している。 FIG. 16 is a process diagram showing the main part of the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. FIGS. 17 to 30 are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. 17 to 30 show cross sections of the memory cell gate electrode and the select gate electrode perpendicular to the word line direction.
まず、図17に示すように、被加工層であるゲート電極層を形成する(S102)。ゲート電極層は、半導体基板10上に、絶縁膜12、フローティングゲート電極14、ゲート間絶縁膜16、コントロールゲート電極18、ゲートマスク絶縁膜20の積層構造をそなえる。ゲート間絶縁膜16の一部が除去されることにより開口部22が設けられる。
First, as shown in FIG. 17, a gate electrode layer which is a layer to be processed is formed (S102). The gate electrode layer has a laminated structure of the insulating
さらに、ゲート電極層上には、ハードマスク層として、アモルファスシリコン(非晶質シリコン)膜24が形成される(S104)。
Further, an amorphous silicon (amorphous silicon)
また、アモルファスシリコン膜24上には、第1のマスク層としてシリコン酸化膜26が形成される(S106)。
On the
次に、シリコン酸化膜26をパターニングするためのレジストパターン40をリソグラフィー技術により形成する(S108)。このパターンは、選択ゲート電極を形成するためのパターンである。このレジストパターン40は、選択ゲート電極のメモリセル電極側のゲート端部を規定するパターンとなっている。
Next, a resist pattern 40 for patterning the
次に、図18に示すように、レジストパターン40をマスクに、シリコン酸化膜26をRIE法によりエッチングしてパターニングする(S110)。
Next, as shown in FIG. 18, using the resist pattern 40 as a mask, the
次に、図19に示すように、レジストパターン40を剥離し、シリコン酸化膜26が除去された領域にカーボン層30を形成する(S112)。
Next, as shown in FIG. 19, the resist pattern 40 is peeled off, and the
次に、図20に示すようにカーボン層30をパターニングするためのレジストパターン42aをリソグラフィー技術により形成する(S114)。このパターンは、メモリセルトランジスタのゲート電極を形成するためのパターンである。
Next, as shown in FIG. 20, a resist
このリソグラフィーの際、第1のマスク層であるシリコン酸化膜26のパターンに対応する位置にもカーボン層30に対応する位置から連続するラインスペースパターンが設けられたフォトマスクを用いて露光する。すなわち、図中点線で示す仮想パターン42bのように、本来、選択ゲート電極が形成される位置まで、メモリセルゲート電極のラインスペースパターンを備えたフォトマスクで露光する。このフォトマスクでは、同一ピッチの微細なメモリセルゲート電極のラインスペースパターンが、選択ゲート電極が形成される領域にも連続して設けられている。
In this lithography, exposure is performed using a photomask provided with a line space pattern continuous from a position corresponding to the
この場合、仮想パターン42bのように、第1のマスク層であるシリコン酸化膜26上およびその近傍のフォトマスクのパターンは、実際のレジストパターンとしては半導体基板上に形成されない。このため、メモリセルゲート電極のレジストパターン42aを、本来形成すべき領域にのみ、選択ゲート電極のパターンにセルフアラインで形成することが可能となる。
In this case, like the
これは、カーボン層30とシリコン酸化膜26の反射率の差に起因する現象である。下地膜の反射率、レジスト等のリソグラフィーにおけるプロセス条件を適宜選択することで、このようなセルフアラインでのレジストパターン形成が可能となる。したがって、メモリセルトランジスタのゲート電極を形成するためのリソグラフィーの合わせが一層容易となる。
This is a phenomenon caused by a difference in reflectance between the
次に、図21に示すように、レジストパターン42aをマスクに、カーボン層30をRIE法によりエッチングしてパターニングする(S116)。
Next, as shown in FIG. 21, the
次に、図22に示すように、レジストパターン32を剥離する。
Next, as shown in FIG. 22, the resist
次に、図23に示すように、第1のエッチング処理において、カーボン層30のパターンを部分的にエッチングすることにより、カーボン層30のパターンの幅を縮小させる。すなわち、いわゆるスリミング(slimming)を行う(S118)。
Next, as shown in FIG. 23, the pattern width of the
次に、図24に示すように、レジストパターン42aを剥離した後、カーボン層30のパターンの上面および両側面を被覆するよう、第1のマスク層と同一材料の第2のマスク層を形成する。第1のマスク層がシリコン酸化膜26であるため、第2のマスク層としてもシリコン酸化膜34を形成する(S120)。
Next, as shown in FIG. 24, after the resist
次に、図25に示すように第2のエッチング処理において、第2のマスク層であるシリコン酸化膜34を、RIE法により全面エッチングする(S122)。そしてカーボン層30のパターンの上面のシリコン酸化膜34を除去するとともに、カーボン層30のパターンの両側面に側壁残しによりシリコン酸化膜34を残存させる。
Next, as shown in FIG. 25, in the second etching process, the entire surface of the
次に、図26に示すように第3のエッチング処理において、第2のマスク層であるシリコン酸化膜34のパターンに挟まれるカーボン層30を除去する(S124)。
Next, as shown in FIG. 26, in the third etching process, the
次に、図27に示すように、再度シリコン酸化膜26をパターニングするためのレジストパターン44をリソグラフィー技術により形成する(S132)。このパターンは、選択ゲート電極を形成するためのパターンである。このレジストパターン44は、選択ゲート電極のメモリセル電極と反対側のゲート端部を規定するパターンとなっている。
Next, as shown in FIG. 27, a resist
次に、図28に示すように、レジストパターン44をマスクに、シリコン酸化膜26をRIE法によりエッチングしてパターニングする(S134)。
Next, as shown in FIG. 28, the
次に、図29に示すようにレジストパターン44を剥離した後、第1のマスク層であるシリコン酸化膜26のパターンおよび第2のマスク層のシリコン酸化膜34のパターンをマスクに、ハードマスク層であるアモルファスシリコン膜24をパターニングする(S126)。
Next, after removing the resist
次に、図30に示すように第4のエッチング処理において、第1のマスク層であるシリコン酸化膜26のパターンおよび第2のマスク層であるシリコン酸化膜34のパターンを除去する(S128)。
Next, as shown in FIG. 30, in the fourth etching process, the pattern of the
その後、ハードマスク層であるアモルファスシリコン膜24のパターンをマスクに、被加工層であるゲート電極層をパターニングすることで、図15に示すようなメモリセルゲート電極MCと選択ゲート電極SGが形成される。
Thereafter, by patterning the gate electrode layer that is the layer to be processed using the pattern of the
本実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加え、メモリセルゲート電極MCのレジストパターンを選択ゲート電極のパターンにセルフアラインで形成可能となる。よって、メモリセルゲート電極MCのリソグラフィーの合わせが一層容易になる。 According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the resist pattern of the memory cell gate electrode MC can be formed on the pattern of the selection gate electrode by self-alignment. Therefore, the lithography of the memory cell gate electrode MC is further facilitated.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、半導体装置や半導体装置の製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体装置や半導体装置の製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The above embodiment is merely given as an example, and does not limit the present invention. In the description of the embodiment, the description of the semiconductor device, the manufacturing method of the semiconductor device, etc., which is not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the required semiconductor device and the semiconductor device are not described. Elements relating to the manufacturing method and the like can be appropriately selected and used.
例えば、実施の形態では、被加工層をNAND型フラッシュメモリのゲート電極層とする場合を例に説明したが、被加工層は例えば、素子領域形成のためのマスク材や半導体基板、ビット線等のダマシン(damascene)配線形成のための層間絶縁膜等であってもかまわない。 For example, in the embodiment, the case where the processing layer is a gate electrode layer of a NAND flash memory has been described as an example. However, the processing layer is, for example, a mask material, a semiconductor substrate, a bit line, or the like for forming an element region. An interlayer insulating film or the like for forming a damascene wiring may be used.
また、例えば、半導体装置としてNAND型フラッシュメモリを例に説明したが、ラインスペースパターンとラインスペースパターンより幅の広いパターンが混在するレイアウトを備える半導体装置であれば、いかなる半導体装置にも本発明は適用可能である。 For example, the NAND flash memory has been described as an example of the semiconductor device. However, the present invention is applicable to any semiconductor device as long as the semiconductor device has a layout in which a line space pattern and a pattern wider than the line space pattern are mixed. Applicable.
また、例えば、レジストは単層レジストを例に説明したが、多層レジストを用いるプロセスを適用するものであってもかまわない。 For example, the resist has been described by taking a single layer resist as an example, but a process using a multilayer resist may be applied.
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法が、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。 In addition, any semiconductor device manufacturing method that includes the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art is included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.
10 半導体基板
12 ゲート絶縁膜
14 フローティング電極
16 ゲート間絶縁膜
18 コントロールゲート電極
20 ゲートマスク絶縁膜
24 アモルファスシリコン膜(ハードマスク層)
26 シリコン酸化膜(第1のマスク層)
30 カーボン層
34 シリコン酸化膜(第2のマスク層)
MC メモリセルゲート電極
SG 選択ゲート電極
DESCRIPTION OF
26 Silicon oxide film (first mask layer)
30
MC Memory cell gate electrode SG Select gate electrode
Claims (5)
前記被加工層上にハードマスク層を形成し、
前記ハードマスク層上に第1のマスク層を形成し、
前記第1のマスク層をパターニングし、
前記第1のマスク層が除去された領域にカーボン層を形成し、
前記カーボン層をパターニングし、
第1のエッチング処理により前記カーボン層のパターンを部分的にエッチングして、前記カーボン層のパターンの幅を縮小し、
前記カーボン層のパターンの上面および両側面を被覆するよう前記第1のマスク層と同一材料の第2のマスク層を形成し、
第2のエッチング処理により前記第2のマスク層をエッチングし、前記カーボン層のパターンの上面の前記第2のマスク層を除去するとともに前記カーボン層のパターンの両側面に前記第2のマスク層を残存させ、
第3のエッチング処理により前記第2のマスク層のパターンに挟まれる前記カーボン層を除去し、
前記第1のマスク層のパターンおよび前記第2のマスク層のパターンをマスクに前記ハードマスク層をパターニングし、
第4のエッチング処理により前記第1のマスク層のパターンおよび前記第2のマスク層のパターンを除去し、
前記ハードマスク層のパターンをマスクに前記被加工層をパターニングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a work layer on a semiconductor substrate;
Forming a hard mask layer on the layer to be processed;
Forming a first mask layer on the hard mask layer;
Patterning the first mask layer;
Forming a carbon layer in the region where the first mask layer is removed;
Patterning the carbon layer;
The carbon layer pattern is partially etched by the first etching process to reduce the width of the carbon layer pattern,
Forming a second mask layer of the same material as the first mask layer so as to cover the upper surface and both side surfaces of the pattern of the carbon layer;
The second mask layer is etched by a second etching process to remove the second mask layer on the upper surface of the carbon layer pattern, and the second mask layer is formed on both sides of the carbon layer pattern. Let it remain,
Removing the carbon layer sandwiched between the patterns of the second mask layer by a third etching process;
Patterning the hard mask layer using the pattern of the first mask layer and the pattern of the second mask layer as a mask;
Removing the pattern of the first mask layer and the pattern of the second mask layer by a fourth etching process;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the layer to be processed is patterned using a pattern of the hard mask layer as a mask.
When patterning the carbon layer, exposure is performed using a photomask provided with a line space pattern continuous from a position corresponding to the carbon layer at a position corresponding to the pattern of the first mask layer, The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first mask layer is further patterned after the etching process 3.
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