JP2014220368A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
半導体装置として例えばNANDフラッシュメモリ装置において、メモリセルトランジスタは、浮遊ゲート電極、電極間絶縁膜および制御ゲート電極を積層したゲート電極を備えている。ここで、制御ゲート電極の抵抗を下げるため、制御ゲート電極はその一部にバリア金属膜および金属膜を有している。 In a NAND flash memory device as a semiconductor device, for example, a memory cell transistor includes a gate electrode in which a floating gate electrode, an interelectrode insulating film, and a control gate electrode are stacked. Here, in order to lower the resistance of the control gate electrode, the control gate electrode has a barrier metal film and a metal film in a part thereof.
一方、メモリセルトランジスタに隣接して配置される選択ゲートトランジスタでは、制御ゲート電極用と浮遊ゲート電極とを短絡する構成を採用している。電極間絶縁膜を上部の多結晶シリコン膜と共に開口する際に、加工後の後処理を経ると電極間絶縁膜が多結晶シリコン膜の端部よりも後退することがある。このため、スパッタなどによりバリア金属膜を形成すると電極間絶縁膜が後退している部分で段切れ状態となる場合がある。 On the other hand, the selection gate transistor arranged adjacent to the memory cell transistor employs a configuration in which the control gate electrode and the floating gate electrode are short-circuited. When the interelectrode insulating film is opened together with the upper polycrystalline silicon film, the post-processing post-processing may cause the interelectrode insulating film to recede from the end of the polycrystalline silicon film. For this reason, when the barrier metal film is formed by sputtering or the like, there is a case where a stepped state occurs in a portion where the interelectrode insulating film is retracted.
そこで、ゲート電極の抵抗を下げることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。 Accordingly, a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reduce the resistance of the gate electrode are provided.
本実施形態の半導体装置は、半導体基板の上面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を備えた半導体装置であって、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成され上面に第1の開口幅の凹部が形成された第1導電膜と、前記第1導電膜の上面に形成されシリコン酸化膜を有すると共に前記第1導電膜の凹部の位置で前記第1の開口幅よりも広い第2の開口幅の開口を有する電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜の上面に形成され前記開口の位置で前記第2の開口幅よりも広い第3の開口幅の開口を有する第2導電膜と、前記第2導電膜の上面および前記開口の側面、前記電極間絶縁膜の前記開口の上面および側面、前記第1導電膜の前記凹部の内部に形成された所定膜厚のバリア金属膜と、前記バリア金属膜の上面を覆うように形成された金属膜とを備えたことを特徴とする。 The semiconductor device of this embodiment is a semiconductor device including a gate electrode formed on the upper surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and the gate electrode is formed on the gate insulating film and has a first surface on the upper surface. A first conductive film having a recess having an opening width of the first conductive film, a silicon oxide film formed on the upper surface of the first conductive film, and wider than the first opening width at the position of the recess of the first conductive film. An inter-electrode insulating film having an opening having a second opening width; and a second opening formed on the upper surface of the inter-electrode insulating film and having a third opening width wider than the second opening width at the position of the opening. A conductive film, a top surface of the second conductive film and a side surface of the opening, a top surface and a side surface of the opening of the interelectrode insulating film, and a barrier metal having a predetermined thickness formed inside the recess of the first conductive film Formed to cover the film and the upper surface of the barrier metal film Characterized by comprising a metal film.
以下、実施形態について、NAND型のフラッシュメモリ装置に適用したものを、図面を参照して説明する。尚、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必ずしも一致しない。また、上下左右の方向についても、後述する半導体基板における回路形成面側を上とした場合の相対的な方向を示し、必ずしも重力加速度方向を基準としたものとは一致しない。 Hereinafter, embodiments applied to a NAND flash memory device will be described with reference to the drawings. 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 do not necessarily match those of the actual one. Also, the vertical and horizontal directions also indicate relative directions when the circuit formation surface side of the semiconductor substrate described later is up, and do not necessarily match the direction based on the gravitational acceleration direction.
(第1実施形態)
まず、本実施形態のNAND型フラッシュメモリ装置の構成について説明する。図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置1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の電気的な等価回路の一例を示している。
(First embodiment)
First, the configuration of the NAND flash memory device of this embodiment will be described. FIG. 1 shows an example of an electrical equivalent circuit of a part of a memory cell array formed in a memory cell region of a NAND
NAND型フラッシュメモリ装置1は、メモリセルアレイを備えていて、そのメモリセルアレイは、NANDセルユニットSUを行列状に設けている。NANDセルユニットは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2と、これら選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2間に直列接続された複数個(例えば64個)のメモリセルトランジスタTrmとを有する。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いる。
The NAND
図1中のX方向(ワード線方向)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線WLにより共通に接続されている。また、図1中の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で共通に接続され、選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通に接続されている。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(ビット線方向)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 (word line direction) in FIG. 1 are commonly connected by a word 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 (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の平面図の一例である。なお図2では、ビット線コンタクトCBは示していない。この図2に示すように、半導体基板としてのp型のシリコン基板2のメモリセル領域には、表面に形成した素子分離溝(トレンチ)2d内に絶縁物を充填したSTI(shallow trench isolation)構造の素子分離領域Sbが図2中Y方向に沿って延伸して形成される。この素子分離領域Sbは、図2中、X方向に所定間隔で複数形成される。これにより、素子領域Saが図2中のY方向に沿って延伸形成されることになり、シリコン基板2の表面に複数の素子領域SaをX方向に分離して設けている。
FIG. 2 is an example of a plan view of a part of the layout pattern of the memory cell region. In FIG. 2, the bit line contact CB is not shown. As shown in FIG. 2, the memory cell region of a p-
ワード線WLは、素子領域Saと直交する方向(図2中X方向)に沿って延伸して配置される。ワード線WLは、図2中Y方向に所定間隔で複数本形成されている。ワード線WLと交差する素子領域Sa上方に、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MG(図3参照)が形成されている。 The word line WL is arranged extending along a direction (X direction in FIG. 2) orthogonal to the element region Sa. A plurality of word lines WL are formed at predetermined intervals in the Y direction in FIG. A gate electrode MG (see FIG. 3) of the memory cell transistor Trm is formed above the element region Sa intersecting with the word line WL.
Y方向に隣接した複数のメモリセルトランジスタTrmはNAND列(メモリセルストリング)の一部となる。選択ゲートトランジスタTrs1(Trs2)は、NAND列の両端部メモリセルトランジスタTrmのY方向両外側に隣接してそれぞれ設けられる。選択ゲートトランジスタTrs1はX方向に複数設けられており、複数の選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極SGは選択ゲート線SGL1により電気的に接続されている。なお選択ゲート線SGL1と交差する素子領域Sa上に、選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極SGが構成されている。 A plurality of memory cell transistors Trm adjacent in the Y direction become a part of a NAND string (memory cell string). The select gate transistors Trs1 (Trs2) are provided adjacent to both outer sides in the Y direction of the memory cell transistors Trm at both ends of the NAND column. A plurality of selection gate transistors Trs1 are provided in the X direction, and the gate electrodes SG of the plurality of selection gate transistors Trs1 are electrically connected by a selection gate line SGL1. Note that the gate electrode SG of the selection gate transistor Trs1 is formed on the element region Sa intersecting with the selection gate line SGL1.
同様に、選択ゲートトランジスタTrs2は、図示はしていないがX方向に複数設けられており、複数の選択ゲートトランジスタTrs2のゲート電極は選択ゲート線SGL2によって電気的に接続されている。なお選択ゲート線SGL2と交差する素子領域Sa上にもゲート電極が構成されている。 Similarly, a plurality of selection gate transistors Trs2 are provided in the X direction (not shown), and the gate electrodes of the plurality of selection gate transistors Trs2 are electrically connected by a selection gate line SGL2. A gate electrode is also formed on the element region Sa intersecting with the selection gate line SGL2.
図3は、図2のA−A線に沿う部分のメモリセルトランジスタTrmおよび選択ゲートトランジスタTrsの縦断面図の一例である。図3を参照してメモリセル領域のメモリセルトランジスタTrmおよび選択ゲートトランジスタTrsの構成について説明する。シリコン基板2の上面にゲート絶縁膜3が形成され、その上面にメモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGおよび選択ゲートトランジスタTrs(Trs1、Trs2;以下単にTrsとする)のゲート電極SGが形成される。メモリセルトランジスタTrmは、ゲート電極MGとその両側のシリコン基板2に形成されたソース/ドレイン領域2aとを含む構成である。メモリセルトランジスタTrmはY方向に複数隣接して形成される。これらメモリセルトランジスタTrmの端部のものに隣接して一対の選択ゲートトランジスタTrsが形成される。
FIG. 3 is an example of a vertical cross-sectional view of the memory cell transistor Trm and the select gate transistor Trs along the line AA in FIG. The configuration of the memory cell transistor Trm and the select gate transistor Trs in the memory cell region will be described with reference to FIG. A
メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGは、ゲート絶縁膜3上に、多結晶シリコン膜(第1導電膜)4、電極間絶縁膜5、多結晶シリコン膜(第2導電膜)6、タングステンナイトライド(WN)膜(バリア金属膜)7、タングステン(W)膜(金属膜)8およびシリコン窒化膜9を順に積層している。電極間絶縁膜5は、単層の膜あるいは複数層からなる膜で、いずれの場合にもシリコン酸化膜を含んだものである。電極間絶縁膜6としては、例えばONO(oxide-nitride-oxide)膜や、NONO(nitride-oxide-nitride-oxide)、NONON(nitride-oxide-nitride-oxide-nitride)膜あるいはNONON膜の中央のシリコン窒化膜に代えて高誘電率を有する絶縁膜を用いた膜などが用いられる。
The gate electrode MG of the memory cell transistor Trm is formed on the
ゲート電極MG−MG間、ゲート電極SG−MG間に位置するシリコン基板2の表層にはソース/ドレイン領域2aが設けられる。ソース/ドレイン領域2aは、シリコン基板2の表層に不純物を導入して形成することができる。
Source /
選択ゲートトランジスタTrsのゲート電極SGは、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGとほぼ同様の構造であり、ゲート絶縁膜3上に、多結晶シリコン膜4、電極間絶縁膜5、多結晶シリコン膜6、タングステンナイトライド膜7、タングステン膜8、シリコン窒化膜9が順に積層されている。
The gate electrode SG of the selection gate transistor Trs has substantially the same structure as the gate electrode MG of the memory cell transistor Trm, and the
ゲート電極SGにおいては、Y方向において、多結晶シリコン膜4の上面にX方向に沿って凹部4aが形成されており、凹部4aは第1の開口幅W1を有している。電極間絶縁膜5には、凹部4aの上方に開口5aがX方向に沿って形成されており、開口5aは第2の開口幅W2を有している。多結晶シリコン膜6には、電極間絶縁膜5の開口5aの上方にX方向に沿って開口6aが形成されており、開口aは第3の開口幅W3を有している。ここで、第1の開口幅W1<第2の開口幅W2<第3の開口幅W3の関係を有している。これにより、多結晶シリコン膜4の凹部4a、電極間絶縁膜5の開口5a、多結晶シリコン膜6の開口6aは、多結晶シリコン膜6側から下方に階段状に幅寸法が細くなる短絡用の凹部が形成された状態となる。
In gate electrode SG, in the Y direction,
タングステンナイトライド膜7は、多結晶シリコン膜6の上面、開口6aの側壁面、電極間絶縁膜5の開口5a近傍の上面、側壁面、多結晶シリコン膜4の凹部4a近傍の上面、側壁面、底面の表面に沿うように連続的に形成されている。タングステン膜8は、タングステンナイトライド膜7の上面を覆うように形成され、上面は平坦な状態に形成することができる。また、タングステンナイトライド膜7の下面は電極間絶縁膜5の下面よりも低い位置にある。このようにタングステンナイトライド膜7を低くすることにより、ゲート電極に占める金属の割合を大きくすることができ、ゲート電極の抵抗を低くすることができる。
The
上記構成を採用しているので、メモリセルトランジスタTrmおよび選択ゲートトランジスタTrsあるいは周辺回路トランジスタにおいて、ゲート電極MG、SGの構成を電極間絶縁膜5の上部に比較的薄い膜厚の多結晶シリコン膜6を形成し、タングステンナイトライド膜7を介してタングステン膜8を積層した構成とすることができる。この結果、制御ゲート電極として多結晶シリコン膜6の膜厚を薄くしていわゆる「ポリメタル」構造としてアスペクト比を小さくした構成とすることができる。また、電極間絶縁膜5の開口5aの端部が多結晶シリコン膜6の開口6aの端部よりも後退することが無い(第3の開口幅W3<第2の開口幅W2とならない)。この結果、選択ゲート電極SGにおいて、電極間絶縁膜5の開口5a部分でタングステンナイトライド膜7の段切れが発生しない階段状の構成にすることができる。よって、ゲート電極MG、SGの電気的特性についても良好な構成とすることができる。
Since the above configuration is adopted, in the memory cell transistor Trm and the selection gate transistor Trs or the peripheral circuit transistor, the configuration of the gate electrodes MG and SG is a relatively thin polycrystalline silicon film on the interelectrode
次に、上記構成の製造方法の一例について、図4〜図9も参照して説明する。なお、本実施形態の説明では選択ゲート電極SGの短絡用の開口の形成を行う工程を中心に説明するが、一般的な工程であれば各工程間に他の工程を追加しても良いし、工程を削除することもできる。また、各工程は実用的に可能であれば、適宜入れ替えても良い。 Next, an example of the manufacturing method of the said structure is demonstrated with reference to FIGS. In the description of the present embodiment, the description will focus on the process of forming the opening for short-circuiting the select gate electrode SG, but other processes may be added between the processes as long as they are general processes. The process can also be deleted. Further, each step may be appropriately replaced if practically possible.
図4は、電極間絶縁膜5に開口5aを形成する前の状態を示している。シリコン基板2の上面に、ゲート絶縁膜3、多結晶シリコン膜4、電極間絶縁膜5および多結晶シリコン膜6が順に積層された状態である。この状態に至るまでの製造工程について簡単に説明する。
FIG. 4 shows a state before the
まず、シリコン基板2の上面に、例えば、熱酸化法などを用いて所定膜厚のシリコン酸化膜をゲート絶縁膜3として形成する。この後、ゲート絶縁膜3の上面に第1導電膜として多結晶シリコン膜4を形成し、その上面に加工用のシリコン窒化膜(図示せず)を成膜する。次に、加工用のシリコン窒化膜をマスクとして素子分離溝を形成し、素子分離絶縁膜Sbを埋め込み、平坦化処理およびエッチバック処理を行うことで素子形成領域Saを形成する。この後、上面に電極間絶縁膜5および多結晶シリコン膜6を形成する。電極間絶縁膜5は、前述したようにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを有する多層膜である。
First, a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed as the
以下の工程では、選択ゲートトランジスタTrsあるいは周辺回路トランジスタTrpなどにおいて多結晶シリコン膜4と6とを電気的に短絡させるために、電極間絶縁膜5に開口5aを形成する際の処理を中心として説明する。
In the following process, in order to electrically short-circuit the
図5に示すように、フォトリソグラフィ技術によりレジストをパターニングして多結晶シリコン膜6に開口6aを形成するためのレジストパターンを形成し、RIE(reactive ion etching)法により多結晶シリコン膜6のエッチングを行い、電極間絶縁膜5の上面が露出する状態とする。これにより、多結晶シリコン膜6に開口6aが形成される。この後、レジストパターンを剥離する。この場合、多結晶シリコン膜6の開口6aは、選択ゲート電極SGが素子分離領域Sbを跨いで形成される選択ゲート線SGL1、SGL2の形成方向(X方向)に沿うように溝状に形成されるもので、前述のようにほぼ第3の開口幅W3で形成されている。
As shown in FIG. 5, a resist is patterned by photolithography to form a resist pattern for forming an
続いて、図6に示すように、多結晶シリコン膜6の上面および開口6aの側壁面、底面に露出している電極間絶縁膜5の上面に連続的にスペーサ形成用のシリコン酸化膜10を膜厚dで形成する。シリコン酸化膜10は、例えば低温で成膜するTEOS酸化膜あるいは常温で成膜するTEOS酸化膜などを用いることができる。これは、後述するウェット処理でのシリコン酸化膜10のエッチングレートが電極間絶縁膜5に含まれるシリコン酸化膜よりも高く、電極間絶縁膜5に含まれるシリコン酸化膜よりも剥離しやすい膜質を得るためである。この場合、シリコン酸化膜10は、膜厚dが5〜15nm程度の範囲で例えば10nm程度で成膜することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、上記成膜したシリコン酸化膜10に対して、異方性エッチングを用いたエッチバック処理を行なってスペーサ加工を行い、多結晶シリコン膜6上、開口6aの底面部の電極間絶縁膜5の上面のシリコン酸化膜10を除去する。さらに、電極間絶縁膜5をエッチングして開口5aを形成する。このとき、シリコン酸化膜10は、多結晶シリコン膜6の開口6aの側壁部で残り、スペーサ10aとなる。また、このRIE法によるエッチングバック処理は、この後、電極間絶縁膜5の開口5aにより露出した多結晶シリコン膜4を一部除去して凹部4aを形成するまで行う。
Next, as shown in FIG. 7, the
この場合、電極間絶縁膜5の開口5aおよび多結晶シリコン膜4の凹部4aはいずれも同じ幅寸法で形成され、多結晶シリコン膜6の開口6aの開口幅W3に対して、シリコン酸化膜10の膜厚dの2倍分だけ狭い第1の開口幅W1となる。
In this case, both the
次に、図8に示すように、例えば、希釈した弗酸(HF)溶液を処理液としてウェット処理(薬液処理)を行い、シリコン酸化膜10によるスペーサ10aを除去する。シリコン酸化膜10は前述したように、この処理液に対して電極間絶縁膜5に含まれるシリコン酸化膜よりもエッチングレートが高くなる条件で成膜されている。そのため、シリコン酸化膜10は比較的短時間で除去される。このときスペーサ10aの下部に位置する電極間絶縁膜5が露出すると、電極間絶縁膜5に含まれるシリコン酸化膜が一部除去され、若干開口幅が広くなり、開口5aは第2の開口幅W2となる。しかし、電極間絶縁膜5に含まれるシリコン酸化膜のエッチングレートはシリコン酸化膜10のエッチングレートよりも低い。その結果、開口幅W2は開口幅W3よりも小さくなる。
Next, as shown in FIG. 8, for example, wet treatment (chemical solution treatment) is performed using a diluted hydrofluoric acid (HF) solution as a treatment liquid, and the
これにより、多結晶シリコン膜4の凹部4aは第1の開口幅W1で形成され、電極間絶縁膜5の開口5aは、第1の開口幅W1よりも広い第2の開口幅W2で形成され、さらに、多結晶シリコン膜6の開口6aは、第2の開口幅W2よりも広い第3の開口幅W3で形成された階段状の形状となる。なお、このウェット処理は、凹部4aで露出された多結晶シリコン膜4の表面に形成された自然酸化膜を除去する工程と同じ工程で行うことができる。その結果、製造工程を省略することができる。
Thus, the
次に、図9に示すように、多結晶シリコン膜6の上面、開口6aの側壁面、電極間絶縁膜5の開口5aの近傍の上面、側壁面、多結晶シリコン膜4の凹部4aの近傍の上面および内面にバリア金属膜としてタングステンナイトライド(WN)膜7をスパッタリング法により所定膜厚で形成する。この場合、多結晶シリコン膜6の開口6a、電極間絶縁膜5の開口5a、多結晶シリコン膜4の凹部4aは階段状に露出した状態となっているので、開口6a、5a、凹部4a内の側壁および底面に連続的に形成され、段切れなどが発生しない状態で形成することができる。
Next, as shown in FIG. 9, the upper surface of the
この後、タングステンナイトライド膜7の上面にタングステン膜8を形成し、開口6a、5aおよび凹部4a内を埋めるように形成する。さらに、その上面にシリコン窒化膜9を形成する。これにより、制御ゲート電極となる膜構成が形成される。
Thereafter, a
この後、図3に示したように、マスクパターンを形成してRIE法によりゲート加工を行ない、メモリセルトランジスタTrmのゲート電極MG、選択ゲートトランジスタTrsのゲート電極SGを形成すると共に、図示しない周辺回路トランジスタのゲート電極を形成する。ゲート加工の後、ゲート電極MG、SGの側壁面にシリコン酸化膜を形成し、さらに、ゲート電極MG間およびMG−SG間のシリコン基板2の表面にイオン注入により不純物を導入してソース/ドレイン領域となる拡散領域2aを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, a mask pattern is formed and gate processing is performed by the RIE method to form the gate electrode MG of the memory cell transistor Trm and the gate electrode SG of the selection gate transistor Trs, and a peripheral area not shown. A gate electrode of a circuit transistor is formed. After the gate processing, a silicon oxide film is formed on the side wall surfaces of the gate electrodes MG and SG, and further, impurities are introduced into the surface of the
この後、図3に示した構成に、さらに、ゲート電極MG、SGを覆うように層間絶縁膜を形成し、コンタクト形成あるいは配線層形成などの一般的な工程を経てNAND型フラッシュメモリ装置1のチップを形成する。
Thereafter, an interlayer insulating film is further formed in the configuration shown in FIG. 3 so as to cover the gate electrodes MG and SG, and the NAND
このような第1実施形態によれば、選択ゲートトランジスタTrsのゲート電極SGにおいて、電極間絶縁膜5の開口5aに対して、上下の多結晶シリコン膜6、4の開口6a、凹部4aの開口幅を次のように形成した。すなわち、電極間絶縁膜5の開口5aの開口幅W2に対して、上層の多結晶シリコン膜6の開口6aの開口幅W3を広くし(W3>W2)、下層の多結晶シリコン膜4の凹部4aの開口幅W1を狭くした(W1<W2)。これにより、開口6a、5a、凹部4aが下に行くほど開口が狭くなる階段状に形成されている。よって、開口6a、5a、凹部4a中にタングステンナイトライド膜7を成膜する際に、スパッタリング法により形成しても、開口5aの部分で段切れの発生しない連続的な成膜を行える。この結果、タングステンナイトライド膜7の上面にタングステン膜8を形成したときに、タングステン膜8が多結晶シリコン膜6や多結晶シリコン膜4と直接接触するなどの不具合を解消できる。
According to the first embodiment, in the gate electrode SG of the select gate transistor Trs, the
また、上記のように電極間絶縁膜5に開口5aを形成する際に、多結晶シリコン膜6をエッチングにより除去し、電極間絶縁膜5を露出させた状態とし、多結晶シリコン膜6の開口6aの側壁面にスペーサ10aを形成するようにした。これにより、スペーサ10aがマスクとなって電極間絶縁膜5および多結晶シリコン膜4をエッチングするので、開口幅の狭い開口5a、凹部4aをセルフアライン方式で形成することができる。さらに、スペーサ10aをウェット処理でのエッチングレートが電極間絶縁膜5に含まれるシリコン酸化膜のエッチングレートよりも高い材料で形成するので、除去する際に電極間絶縁膜5が後退する分を少なくして加工することができる。
Further, when the
(第2実施形態)
図10(a)、(b)は第2実施形態を示すもので、以下第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、第1実施形態と同様にして加工工程を実施する際に、RIE法などのエッチング処理で、テーパーを有する形状に加工される場合の一例を示している。
(Second Embodiment)
FIGS. 10A and 10B show the second embodiment, and only the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, an example in which a taper shape is processed by an etching process such as the RIE method when performing a processing step in the same manner as in the first embodiment is shown.
図10(a)、(b)に示しているように、多結晶シリコン膜6の開口6bは、開口6bの側壁面が下方に向かって幅が狭くなる傾斜面を有する形状に形成されている。すなわち、多結晶シリコン膜6の開口6bは、いわゆるテーパーを有する形状に形成されている。また、同様にして電極間絶縁膜5の開口5bも下面側の開口幅が狭くなるようなテーパーを有する形状に形成されている。多結晶シリコン膜4の凹部4bも、テーパーを有する側壁面つまり底面に向かって幅が狭くなる側壁面を有する形状に形成されている。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the
なお、この実施形態においては、多結晶シリコン膜6の開口6bの開口幅W3は、上面部分での幅寸法を示しており、下面部分では傾斜している分だけやや狭い幅寸法(W3−ΔW3)となっている。同様に、電極間絶縁膜5の開口5bの開口幅W2は、上面部分での幅寸法を示しており、下面部分では傾斜している分だけやや狭い幅寸法(W2−ΔW2)となっている。さらに、多結晶シリコン膜4の凹部4bの開口幅W1は、上面部分での幅寸法を示しており、底面部分では傾斜している分だけやや狭い幅寸法(W1−ΔW1)となっている。図10(b)は、図10(a)中に一点鎖線で囲った部分を拡大して示す図の一例で、上記した各寸法が対応する位置を示している。
In this embodiment, the opening width W3 of the
そして、電極間絶縁膜5の開口5bの開口幅W2は、多結晶シリコン膜6の開口6bの下面部分での開口幅(W3−ΔW3)よりも小さくなるように形成される(W3−ΔW3>W2)。また、多結晶シリコン膜4の凹部4bの開口幅W1は、電極間絶縁膜5の開口5bの下面部分での開口幅(W2−ΔW2)よりも小さくなるように形成される(W2−ΔW2>W1)。
The opening width W2 of the
製造工程上での工程順序や製造方法については、第1実施形態と同様にして行われる。ただし、図5あるいは図7に示したRIE法によるエッチング工程では、垂直方向ではなく、ややテーパーが形成される条件でエッチング処理がなされる。テーパー形状の形成については、開口6b、5b、凹部4bの形成において、各部の開口幅が上記した条件を満たすように形成される。
The process sequence and the manufacturing method in the manufacturing process are performed in the same manner as in the first embodiment. However, in the etching process by the RIE method shown in FIG. 5 or FIG. 7, the etching process is performed under the condition that a slight taper is formed instead of the vertical direction. Regarding the formation of the tapered shape, the
したがって、このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、開口6b、5bおよび凹部4bに傾斜が形成されている分、タングステンナイトライド膜7およびタングステン膜8の形成では、より段切れを防止した成膜を行うことができ、階段状の面部分で連続的な膜を形成することができる。これによって、ポリメタル構造の制御ゲート電極を前提とした構成で、ゲート加工ではアスペクト比を低減した加工工程を採用することができる。
Therefore, also by such 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired. Since the
(他の実施形態)
上記実施形態で説明したもの以外に次のような変形をすることができる。
なお、上記実施形態では、多結晶シリコン膜6の開口6aの開口幅W3と、電極間絶縁膜5の開口5aの開口幅5aと、多結晶シリコン膜4の凹部4aの開口幅4aとについて、W3>W2>W1の関係を有するように形成することを説明したが、必ずしも明確な階段状の構造が形成されていなくても良い。すなわち、開口幅W3とW2とは、大小関係が保持されていればほぼ同じ寸法となっても良い。また、開口幅W2とW1とについても同様に、大小関係が保持されていればほぼ同じ寸法となっても良い。
(Other embodiments)
The following modifications other than those described in the above embodiment can be made.
In the above embodiment, the opening width W3 of the
NAND型のフラッシュメモリ装置1に適用したが、NOR型のフラッシュメモリ装置、EEPROM等の不揮発性半導体記憶装置にも適用できる。また、メモリセルを1ビットとして構成したものでも複数ビットとして構成したものでも適用できる。
Although applied to the NAND
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、ゲート電極としての金属膜の材料はタングステンに限られず、タンタルやチタンなどでも良い。この場合のバリア金属膜の材料はそれぞれ窒化タンタルや窒化チタンとなる。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. For example, the material of the metal film as the gate electrode is not limited to tungsten, and may be tantalum or titanium. In this case, the material of the barrier metal film is tantalum nitride or titanium nitride, respectively. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
図面中、1はNAND型フラッシュメモリ装置(半導体装置)、2はシリコン基板(半導体基板)、3はゲート絶縁膜、4は多結晶シリコン膜(第1導電膜)、5は電極間絶縁膜、6は多結晶シリコン膜(第2導電膜)、7はタングステンナイトライド膜(バリア金属膜)、8はタングステン膜(金属膜)、10はシリコン酸化膜、10aはスペーサ、Trmはメモリセルトランジスタ、Trsは選択ゲートトランジスタ、MG、SGはゲート電極である。 In the drawings, 1 is a NAND flash memory device (semiconductor device), 2 is a silicon substrate (semiconductor substrate), 3 is a gate insulating film, 4 is a polycrystalline silicon film (first conductive film), 5 is an interelectrode insulating film, 6 is a polycrystalline silicon film (second conductive film), 7 is a tungsten nitride film (barrier metal film), 8 is a tungsten film (metal film), 10 is a silicon oxide film, 10a is a spacer, Trm is a memory cell transistor, Trs is a selection gate transistor, and MG and SG are gate electrodes.
Claims (5)
前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを具備し、
前記ゲート電極は、
前記ゲート絶縁膜上に形成され上面に第1の開口幅の凹部が形成された第1導電膜と、
前記第1導電膜の上面に形成されシリコン酸化膜を有すると共に前記第1導電膜の凹部の位置で前記第1の開口幅よりも広い第2の開口幅の開口を有する電極間絶縁膜と、
前記電極間絶縁膜の上面に形成され前記開口の位置で前記第2の開口幅よりも広い第3の開口幅の開口を有する第2導電膜と、
前記第2導電膜の上面および前記開口の側面、前記電極間絶縁膜の前記開口の上面および側面、前記第1導電膜の前記凹部の内部に形成された所定膜厚のバリア金属膜と、
前記バリア金属膜の上面を覆うように形成された金属膜と
を備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the upper surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film,
The gate electrode is
A first conductive film formed on the gate insulating film and having a recess having a first opening width formed on the upper surface;
An inter-electrode insulating film formed on an upper surface of the first conductive film and having a silicon oxide film and having an opening having a second opening width wider than the first opening width at the position of the recess of the first conductive film;
A second conductive film formed on an upper surface of the interelectrode insulating film and having an opening having a third opening width wider than the second opening width at the position of the opening;
A top surface of the second conductive film and a side surface of the opening; a top surface and a side surface of the opening of the interelectrode insulating film; a barrier metal film having a predetermined thickness formed inside the recess of the first conductive film;
And a metal film formed so as to cover an upper surface of the barrier metal film.
前記バリア金属膜は、前記第2導電膜の上面および前記開口の側面、前記電極間絶縁膜の前記開口の上面および側面、前記第1導電膜の前記凹部の内部に連続的に形成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,
The barrier metal film is continuously formed on an upper surface of the second conductive film and a side surface of the opening, an upper surface and a side surface of the opening of the interelectrode insulating film, and the inside of the recess of the first conductive film. A semiconductor device.
前記バリア金属膜の下面は、前記電極間絶縁膜の下面よりも低いことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a lower surface of the barrier metal film is lower than a lower surface of the interelectrode insulating film.
前記第2導電膜に開口を形成して前記電極間絶縁膜の上面を露出させる工程と、
前記第2導電膜の上面および開口の側壁面および前記電極間絶縁膜の露出している上面に沿うように酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜をエッチバック処理することによりスペーサ状に加工し、前記電極間絶縁膜を開口すると共に前記第1導電膜に凹部を形成する工程と、
前記スペーサ状に加工した前記酸化膜を選択的に除去する工程と、
前記第2導電膜の上面および開口の側壁、前記電極間絶縁膜の開口上面及び側壁、前記第1導電膜の凹部内を覆うようにバリア金属膜を形成し、さらに金属膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film, a first conductive film, an interelectrode insulating film having an oxide film, and a second conductive film on a semiconductor substrate;
Forming an opening in the second conductive film to expose an upper surface of the interelectrode insulating film;
Forming an oxide film along the upper surface of the second conductive film, the side wall surface of the opening, and the exposed upper surface of the interelectrode insulating film;
Etching the oxide film into a spacer shape, opening the interelectrode insulating film and forming a recess in the first conductive film;
Selectively removing the oxide film processed into the spacer shape;
Forming a barrier metal film so as to cover the upper surface of the second conductive film and the sidewall of the opening, the upper surface and sidewall of the insulating film between the electrodes, and the recess of the first conductive film, and further forming a metal film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記酸化膜の除去工程では、前記酸化膜のエッチング速度が前記電極間絶縁膜のエッチング速度よりも大きい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 method of manufacturing a semiconductor device, wherein, in the oxide film removing step, the etching rate of the oxide film is higher than the etching rate of the interelectrode insulating film.
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