JP2015060873A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】省スペース化および低コスト化を図れる引出部を有する半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板1と、半導体基板1上に第1方向に第1間隔L1で複数本並べて配置された配線3と、複数本の配線3が第1方向と異なる第2方向に曲げて引き出される引出部Bとを備え、引出部Bは、2本の配線を第1間隔L1で配置するペア配線PWL1,PWL2,PWL3で形成され、各ペア配線間は第1間隔L1よりも広い第2間隔L2で配置され、ペア配線PWL1,PWL2,PWL3の各配線には第2間隔L2を設けた側にフリンジパターンFR1a、FR1b、FR2a、FR2b、FR3a、FR3bが形成されている。
【選択図】図3
【解決手段】半導体基板1と、半導体基板1上に第1方向に第1間隔L1で複数本並べて配置された配線3と、複数本の配線3が第1方向と異なる第2方向に曲げて引き出される引出部Bとを備え、引出部Bは、2本の配線を第1間隔L1で配置するペア配線PWL1,PWL2,PWL3で形成され、各ペア配線間は第1間隔L1よりも広い第2間隔L2で配置され、ペア配線PWL1,PWL2,PWL3の各配線には第2間隔L2を設けた側にフリンジパターンFR1a、FR1b、FR2a、FR2b、FR3a、FR3bが形成されている。
【選択図】図3
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。
半導体装置は微細化が進み、リソグラフィ技術で可能な限界のパターン幅よりも狭いパターンを形成することが要求されている。例えばNAND型フラッシュメモリ装置などの製造においては、側壁転写技術を利用することで微細パターンを形成している。そして、このような側壁転写技術を2回用いることでさらに微細パターンを形成することができる。この場合、パターンの端部では、コンタクト部を形成するための引出部を設けている。引出部の領域を形成するために別途リソグラフィ工程を実施するため、パターニングにコストがかかる。また、半導体装置の微細化のため引出部の領域は小さくしたい。
そこで、省スペース化を図れ、低コスト化を図れる引出部を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。
本実施形態の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に第1方向に第1間隔で複数本並べて配置された配線と、前記複数本の配線が前記第1方向と異なる第2方向に曲げて引き出される引出部とを備え、前記引出部は、2本の前記配線を前記第1間隔で配置するペア配線で形成され、各ペア配線間は第1間隔よりも広い第2間隔で配置され、前記ペア配線の各配線には前記第2間隔を設けた側にフリンジパターンが形成されていることを特徴とする。
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。なお、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。
(第1実施形態)
図1〜図11は、第1実施形態を示すものである。図1は、NAND型フラッシュメモリ装置の電気的構成をブロック図によって概略的に示した一例である。図1に示すように、NAND型フラッシュメモリ装置100は、複数のメモリセルをマトリクス状に配設したメモリセルアレイAr、メモリセルアレイArの各メモリセルの読出/書込/消去を行う周辺回路PCを有すると共に、図示しない入出力インタフェース回路などを備えている。
図1〜図11は、第1実施形態を示すものである。図1は、NAND型フラッシュメモリ装置の電気的構成をブロック図によって概略的に示した一例である。図1に示すように、NAND型フラッシュメモリ装置100は、複数のメモリセルをマトリクス状に配設したメモリセルアレイAr、メモリセルアレイArの各メモリセルの読出/書込/消去を行う周辺回路PCを有すると共に、図示しない入出力インタフェース回路などを備えている。
メモリセル領域内のメモリセルアレイArには、セルユニットUCが複数配設されている。セルユニットUCは、ビット線BL側にそれぞれ接続された選択ゲートトランジスタSTDと、ソース線SL側に接続された選択ゲートトランジスタSTSと、これら2個の選択ゲートトランジスタSTD−STS間に、例えば、2のk乗個(例えば32(=k)個)のメモリセルトランジスタMTが直列接続されたものである。
1つのブロックは、セルユニットUCをX方向(行方向:図1中左右方向)にn列並列に配列したものである。メモリセルアレイArは、ブロックをY方向(列方向:図1中上下方向)に複数配列したものである。尚、説明を簡略化するため図1には1つのブロックを示している。
周辺回路領域はメモリセル領域の周辺に設けられており、周辺回路PCはメモリセルアレイArの周辺に配置されている。この周辺回路PCは、アドレスデコーダADC、センスアンプSA、チャージポンプ回路を有する昇圧回路BS、転送トランジスタ部WTBなどを具備している。アドレスデコーダADCは、昇圧回路BSを介して転送トランジスタ部WTBに電気的に接続されている。
アドレスデコーダADCは、外部からアドレス信号が与えられることに応じて1つのブロックを選択する。昇圧回路BSは、ブロックの選択信号が与えられると外部から供給されている駆動電圧VRDECを昇圧し、転送ゲート線TGを介して各転送ゲートトランジスタWTGD、WTGS、WTに所定電圧を供給する。
転送トランジスタ部WTBは、転送ゲートトランジスタWTGD、転送ゲートトランジスタWTGS、ワード線転送ゲートトランジスタWTなどを備えている。転送トランジスタ部WTBは各ブロックに対応して設けられる。
転送ゲートトランジスタWTGDは、ドレイン/ソースのうち一方が選択ゲートドライバ線SG2に接続されており、他方が選択ゲート線SGLDに接続されている。転送ゲートトランジスタWTGSは、ドレイン/ソースのうち一方が選択ゲートドライバ線SG1に接続されており、他方が選択ゲート線SGLSに接続されている。また、転送ゲートトランジスタWTは、ドレイン/ソースのうち一方がワード線駆動信号線WDLにそれぞれ接続されており、他方がメモリセルアレイAr内に設けられるワード線WLにそれぞれ接続されている。
X方向に配列された複数のセルユニットUCにおいて、それぞれの選択ゲートトランジスタSTDのゲート電極SGは選択ゲート線SGLDによって電気的に接続されている。同じくそれぞれの選択ゲートトランジスタSTSのゲート電極SGは選択ゲート線SGLSによって電気的に接続されている。選択ゲートトランジスタSTSのソースは、ソース線SLに共通接続されている。X方向に配列された複数のセルユニットUCのメモリセルトランジスタMTは、それぞれゲート電極MGがワード線WLによって電気的に接続されている。
各転送ゲートトランジスタWTGD、WTGS、WTは、ゲート電極が転送ゲート線TGによって互いに共通接続されており、昇圧回路BSの昇圧電圧供給端子に接続されている。
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1は、p型のシリコン基板などを用いており、そ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。素子分離領域Sbは半導体基板1の表面に複数の素子領域SaをX方向に分離することにより、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る。
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、配線として形成されている。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MTのゲート電極MG(図3参照)が形成されている。
Y方向に隣接した複数のメモリセルトランジスタMT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STD(STS)は、NAND列の両端部メモリセルトランジスタMT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STD(STS)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STD、STSのゲート電極SGは選択ゲート線SGLD、SGLSにより電気的に接続されている。なお選択ゲート線SGLD、SGLSと交差する素子領域Sa上に、選択ゲートトランジスタSTD、STSのゲート電極SGが構成されている。
図3(a)はメモリセル領域のワード線WLが周辺回路領域に引き出されてコンタクトを形成する引出部の一部を模式的に示した平面図の一例である。また、図3(b)は、図3(a)中A−A線に沿う部分の断面を模式的に示したものである。メモリセル領域から引き出される配線としてのワード線WLは、この引出部Bにおいて引出パターンとして形成され、上部に層間絶縁膜を介して設けられるメタル配線層との間を電気的に接続するコンタクトが配置形成される。図3(c)は、図2中B−B線で示す部分の断面、すなわちメモリセル領域の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各ゲート電極MGおよびSGの断面を示している。
これら複数のワード線WLは、第1幅D1で行方向すなわちX方向に延びるように形成され、配置間隔は第1間隔L1を存した状態で配置されている。そして、引出部Bにおいては列方向すなわちY方向に曲げられた状態で配置形成される。Y方向に曲げる部分では、ペア配線として2本を一組としたワード線ペアPWL1、PWL2、PWL3・・が形成されている。各ワード線ペアPWL1、PWL2、PWL3は、それぞれワード線WL1a、WL1b、ワード線WL2a、WL2b、ワード線WL3a、WL3bを有し、第1間隔L1を保持した状態で配置されている。また、ワード線WL1b−WL2a間あるいはWL2b−WL3a間は、第2間隔L2を存した状態で配置される。第2間隔L2は第1間隔L1よりも大きく設定されている。
また、各ワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2b、WL3a、WL3bにはコンタクト形成用の矩形状のフリンジパターンFR1a、FR1b、FR2a、FR2b、FR3a、FR3bが形成されている。ワード線WL1aおよびWL1bの各フリンジパターンFR1a、FR1bは、それぞれ配置間隔が広い第2間隔L2を有する側に張り出した状態で形成されている。
また、フリンジパターンFR(FR1a、FR1b、FR2a、FR2b、FR3a、FR3b)は、それぞれ第2間隔L2の領域で対向するペアのフリンジパターンFR1bとFR2a、あるいはフリンジパターンFR2bとFR3aが対向する位置に形成され、各ペアは配置位置をY方向にずらした状態で形成されている。
次に、図3(b)において、半導体基板1には上面にゲート絶縁膜2が形成されている。ゲート絶縁膜2上にワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2bが形成されている。ワード線WLは、メモリセルトランジスタMTのゲート電極MGとほぼ同様の膜構成となっている。すなわち、ゲート絶縁膜2上に、浮遊ゲート電極膜、電極間絶縁膜、制御ゲート電極膜が積層された構成である。なお、ここでは、ゲート電極MG全体をワード線WLとなる配線とし、膜構成を省略して示している。
図3(b)に対応する図3(a)において、ワード線WL1aは、第1幅D1でY方向に延びるように配置されている。ワード線WL1bは、第1幅D1でワード線WL1aと第1間隔L1を存した位置に形成されている。図3(b)に示す部分では、ワード線WL1bと一体にフリンジパターンFR1bが形成されている。同様に、ワード線WL1bに隣接するワード線WL2aは、第1幅D1でY方向に延びるように配置されている。ワード線WL2bは、第1幅D1でワード線WL2aと第1間隔L1を存した位置に形成されている。図3(b)に示す部分では、ワード線WL2aと一体にフリンジパターンFR2aが形成されている。また、フリンジパターンFR1bとFR2aとの間には第3間隔L3を存する状態とされている。なお、図中破線で示している部分は、後述するように製造工程においてフリンジパターンFR1bとFR2aとをカットするためのパターンが形成された領域である。
次に、図3(c)において、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜2が形成され、その上面にゲート電極膜3を加工して形成したメモリセルトランジスタのゲート電極MGおよび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。ゲート電極膜3は、NAND型フラッシュメモリ装置100として機能させるために、浮遊ゲート電極膜、電極間絶縁膜および制御ゲート電極膜を順に積層した構造とされている。この説明では、これらを全体としてゲート電極膜3として示している。
上記の構成によれば、ワード線WLの引出部Bにおいて、各ワード線WL(WL1a〜WL3b)に設けるフリンジパターンFR(FR1a〜FR3b)を効率良く配置することができ、省スペース化を図ることができる。
次に、上記構成の製造工程について図4から図11を参照して説明する。
図4(a)、(b)に示す状態は、半導体基板1上にゲート絶縁膜2、ゲート電極膜3、第1加工膜としての絶縁膜4を積層した構成上に、側壁パターン5を両側壁に形成した芯材パターン6を設けた状態である。配線用の導体層としてのゲート電極膜3は、メモリセルトランジスタMTのゲート電極MGや選択ゲートトランジスタSTD、STSのゲート電極SGあるいは周辺回路PCの各トランジスタのゲート電極やワード線を形成するための積層膜である。ゲート電極膜3は、例えば、ゲート絶縁膜2上に浮遊ゲート電極となる導電膜、電極間絶縁膜、制御ゲート電極となる導電膜などを積層したものである。また、ゲート電極膜3は、ワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2bの一部であり、かつ、引出部Bに引き出すパターンの一部でもある。
図4(a)、(b)に示す状態は、半導体基板1上にゲート絶縁膜2、ゲート電極膜3、第1加工膜としての絶縁膜4を積層した構成上に、側壁パターン5を両側壁に形成した芯材パターン6を設けた状態である。配線用の導体層としてのゲート電極膜3は、メモリセルトランジスタMTのゲート電極MGや選択ゲートトランジスタSTD、STSのゲート電極SGあるいは周辺回路PCの各トランジスタのゲート電極やワード線を形成するための積層膜である。ゲート電極膜3は、例えば、ゲート絶縁膜2上に浮遊ゲート電極となる導電膜、電極間絶縁膜、制御ゲート電極となる導電膜などを積層したものである。また、ゲート電極膜3は、ワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2bの一部であり、かつ、引出部Bに引き出すパターンの一部でもある。
上記構成において、第1加工膜としての絶縁膜4、第2加工膜としての側壁パターン5および芯材パターン6は、それぞれ異なる材料により形成されており、RIE(reactive ion etching)法あるいはウェット処理によるエッチングで選択的にエッチング可能である。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン膜(多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜)のいずれかを、絶縁膜4、側壁パターン5および芯材パターン6に使用することで互いに独立して選択エッチングを行うことが可能である。
芯材パターン6は、第1幅D1の約2倍のライン幅寸法とスペース寸法でラインアンドスペースパターンとして形成する。その後、スリミング処理により第1幅寸法D1に形成される。芯材パターン6の配置間隔は第1幅寸法D1の3倍程度となっている。側壁パターン5は、2つで1組となりペア配線マスクとなる。ペア配線マスクは、絶縁膜4上および芯材パターン6の側壁および上面に沿うように形成した側壁パターン用の膜にRIE法などによりエッチバック処理を行なってスペーサ状に加工したものである。側壁パターン5の幅寸法は、第1幅D1に形成されている。ここで、それぞれのペア配線マスクPAM1、PAM2、・・・はワード線ペアPWL1、PWL2、・・・と対応している。
次に、図5(a)、(b)に示すように、芯材パターン6をウェット処理などにより選択的に剥離する。これにより、ゲート電極膜3をワード線WLのパターンに加工するマスクとして側壁パターン5が絶縁膜4上に形成された状態となる。ここで、引出部Bでは、ペア配線マスクPAM1、PAM2が間隔L2でX方向に配置されている。
続いて、図6(a)、(b)に示すように、CVD(chemical vapor deposition)法でカバレッジ性の低い条件で絶縁膜7を膜厚D1で成膜する。これにより、側壁パターン5同士が第1間隔L1で隣接する部分では、側壁パターン5間に絶縁膜7は成膜されず、側壁パターン5同士の上面部分を連ねた状態に架け渡された状態となる。したがって、側壁パターン5がX方向に延びるように形成されている部分では、側壁パターン5の間には絶縁膜7が形成されない。また、引出部Bにおいて側壁パターン5が曲げられる前の部分ではペア配線マスクPAMの側壁に形成された側壁パターン5の間には第1間隔L1になるので絶縁膜7は成膜されない。一方、ペア配線マスクPAM間は第2間隔L2であるため、ペア配線マスクPAM間に絶縁膜7が形成される。すなわち、絶縁膜7は側壁パターン5の側壁、上面および絶縁膜4上に第3加工膜として形成される。
次に、図7(a)、(b)に示すように、絶縁膜7の上にレジスト膜を形成し、リソグラフィ技術により、引出部Bにレジストパターン8を形成する。レジストパターン8は、X方向においてペア配線マスクPAM間を連結するような寸法(≦第2間隔L2)で形成されている。ここでは、レジストパターン8は、Y方向に幅D2で形成され、X方向に隣接するレジストパターン8とはY方向に位置がずれた状態で配置されている。隣接するレジストパターン8同士は、Y方向において重ならない程度の位置に配置されている。ここで、レジストパターン8は千鳥状に配置されているとも言える。この場合、レジストパターン8のX方向における端部は、ペア配線マスクPAMの上面もしくはペア配線マスクPAMの側面に形成された絶縁膜7に位置させている。これにより、レジストパターン8は、ペア配線パターンPAMの側壁パターン5間の凹部を覆うように形成される。
次に、図8(a)、(b)に示すように、レジストパターン8をマスクとしてRIE法あるいはウェット処理により絶縁膜7を選択的にエッチングする。これにより、絶縁膜7は、フリンジパターンFRの形成予定領域に残り、次工程でのマスク材として形成される。なお、この工程においてペア配線マスクPAM上に形成された絶縁膜7を除去することもできる。この後、図9(a)、(b)に示すように、レジストパターン8をSPM洗浄(硫酸加水溶液)あるいはアッシング処理を実施して剥離する。
続いて、図10(a)、(b)に示すように、側壁パターン5および絶縁膜7をマスクとして、RIE法により絶縁膜4、ゲート電極膜3をエッチング加工する。このエッチング加工の工程は、例えばメモリセルトランジスタのゲート電極MGおよび選択ゲートトランジスタのゲート電極SG部分を形成する工程で行うことができる。
この後、図11(a)、(b)に示すように、側壁パターン5、絶縁膜7、絶縁膜4を選択的に剥離し、ゲート電極膜3により形成したワード線WL、連結されたフリンジパターンFRおよびゲート電極MG、SGなどを得ることができる。
この後、図11(a)、(b)に示すように、側壁パターン5、絶縁膜7、絶縁膜4を選択的に剥離し、ゲート電極膜3により形成したワード線WL、連結されたフリンジパターンFRおよびゲート電極MG、SGなどを得ることができる。
次に、図3(a)、(b)に示しているように、連結されたフリンジパターンFRのX方向における中央部を分断する。フリンジパターンFRの分断は、フォトリソグラフィ技術により図示のような破線で示す開口部分Caをレジストパターンで形成し、開口部分Caに露出したゲート電極膜3をRIE法によりエッチングして除去する。これにより、図3(a)、(b)に示すように、分断されたフリンジパターンFR1a、FR1bあるいはFR2a、FR2bが形成される。
このような第1実施形態では、ワード線WLの引出部Bにおいて、ペアワード線PWLの状態でそれぞれのワード線WLを引出部Bに配置している。また、ペアワード線PWLのそれぞれのワード線WLにそれぞれフリンジパターンFRを付加するように形成できる。その結果、フリンジパターンFRの形成のためのスペースを小さくすることができる。
また、本実施形態では、ペア配線マスクPAMを第2間隔L2でY方向に曲げている。そのため、フリンジパターンを形成するためにワード線WLの間隔を広くするためのリソグラフィ工程が不要となる。その結果、製造工程を簡略化することができる。
なお、上記実施形態では、ゲート電極膜3をワード線WLに加工する場合について説明したが、これに限らず、例えば通常の配線層の配線パターンでコンタクト用のフリンジパターンの形成を行う場合にも適用することができる。
なお、上記実施形態では、ゲート電極膜3をワード線WLに加工する場合について説明したが、これに限らず、例えば通常の配線層の配線パターンでコンタクト用のフリンジパターンの形成を行う場合にも適用することができる。
(第2実施形態)
図12から図21は、第2実施形態を示すものである。第2実施形態は、第1実施形態と異なり、メモリセル領域の加工と連動した工程が採用される。
図12から図21は、第2実施形態を示すものである。第2実施形態は、第1実施形態と異なり、メモリセル領域の加工と連動した工程が採用される。
図12(a)は、図2中B−B線で示す部分の断面、すなわちメモリセル領域の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各ゲート電極MGおよびSGの断面を示している。半導体基板11上に、ゲート絶縁膜12が形成され、その上面にゲート電極膜13を加工して形成したメモリセルトランジスタのゲート電極MGおよび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。
ゲート電極膜13は、第1実施形態で説明したゲート電極膜3と同様に、NAND型フラッシュメモリ装置100として機能させるために、浮遊ゲート電極膜、電極間絶縁膜および制御ゲート電極膜を順に積層した構造とされている。この説明では、これらを全体としてゲート電極膜13として示している。
図12(b)は、ゲート電極膜13を加工して形成するワード線WLおよび引出部Bに形成されるフリンジパターンFRを示している。ワード線WLの幅寸法および配置間隔などは第1実施形態とほぼ同様である。
すなわち、複数のワード線WLは、第1幅D1でX方向に延びるように形成され、Y方向の配置間隔は第1間隔L1を存した状態で配置されている。そして、引出部Bにおいては列方向すなわちY方向に曲げられた状態で配置形成される。Y方向に曲げる部分では、2本を一組としたワード線ペアPWL1、PWL2、・・が形成されている。各ワード線ペアPWL1、PWL2は、それぞれワード線WL1a、WL1b、ワード線WL2a、WL2bを有し、X方向に第1間隔L1を保持した状態で配置されている。また、ワード線WL1b−WL2a間は、X方向に第2間隔L2を存した状態で配置される。第2間隔L2は第1間隔L1よりも大きく設定されている。
また、各ワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2bにはコンタクト形成用の矩形状のフリンジパターンFR1a、FR1b、FR2a、FR2bが形成されている。ワード線WL1aおよびWL1bの各フリンジパターンFR1a、FR1b、あるいはワード線WL2aおよびWL2bの各フリンジパターンFR2a、FR2bは、それぞれX方向の配置間隔が第2間隔L2を有する側に張り出した状態で形成されている。
また、第2間隔L2を有する領域で対向するペアのフリンジパターンFR1bとFR2aはX方向において第3間隔L3で配置されている。また、各ペアのフリンジパターンFRは配置位置をY方向に同じ位置で並べられた状態で形成されている。
図12(c)および(d)は、図12(b)中C−C線、D−D線で示す部分の縦断面を示している。図12(c)において、ワード線ペアPWL1のワード線WL1a、WL1bあるいはワード線ペアPWL2のワード線WL2a、WL2bは、引出部Bにおいて1組の状態でY方向に曲げられている。各ワード線ペアPWL1、PWL2のワード線WL1a、WL1bおよびWL2a、WL2bは、第1幅D1を有しており、かつ、第1間隔L1でX方向に配置されている。各ワード線ペアPWL1−PWL2間は、X方向において第2間隔L2で配置されている。図12(d)において、フリンジパターンFR1aおよびFR1bがそれぞれワード線WL1aおよびWL1bに形成され、フリンジパターンFR2aおよびFR2bがそれぞれワード線WL2aおよびWL2bに形成されている。
上記構成を採用することで、第1実施形態と同様にワード線WLの引出部Bにおいて、各ワード線WL(WL1a〜WL2b)に設けるフリンジパターンFR(FR1a〜FR2b)を効率良く配置することができ、省スペース化を図ることができる。
次に、上記構成の製造工程について、図13〜図19を参照して説明する。
図13(a)、(b)において、半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13、絶縁膜14を積層した構成上に、側壁パターン15を両側壁に形成した芯材パターン16を設けている。ゲート絶縁膜12上に形成したゲート電極膜13は、メモリセルトランジスタのゲート電極MGや選択ゲートトランジスタSGおよびワード線を形成するための積層膜で第1実施形態におけるゲート電極膜3とほぼ同様の積層構成である。また、ゲート電極膜13は、ワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2b・・・の一部であり、且つ、引出部Bに引き出すパターンの一部でもある。
図13(a)、(b)において、半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13、絶縁膜14を積層した構成上に、側壁パターン15を両側壁に形成した芯材パターン16を設けている。ゲート絶縁膜12上に形成したゲート電極膜13は、メモリセルトランジスタのゲート電極MGや選択ゲートトランジスタSGおよびワード線を形成するための積層膜で第1実施形態におけるゲート電極膜3とほぼ同様の積層構成である。また、ゲート電極膜13は、ワード線WL1a、WL1b、WL2a、WL2b・・・の一部であり、且つ、引出部Bに引き出すパターンの一部でもある。
絶縁膜14、側壁パターン15および芯材パターン16は、それぞれ異なる材料により形成されており、RIE(reactive ion etching)法あるいはウェット処理によるエッチングで選択的にエッチング可能である。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン膜(多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜)のいずれかを、絶縁膜14、側壁パターン15および芯材パターン16に使用することで互いに独立して選択エッチングを行うことが可能である。
芯材パターン16は、第1幅D1の約2倍のライン幅寸法とスペース寸法でラインアンドスペースパターンとして形成する。その後、スリミング処理などで第1幅寸法D1に形成される。芯材パターン16の配置間隔は第1幅寸法D1の3倍程度となっている。側壁パターン15は、2つで1組となりペア配線マスクとなる。ペア配線マスクは、絶縁膜14上および芯材パターン16にコンフォーマルに形成した膜にRIE法などによりエッチバック処理を行なってスペーサ状に加工したものである。側壁パターン15の幅寸法は、第1幅D1に形成されている。ここで、それぞれのペア配線マスクPAM1、PAM2、・・・は、ワード線ペアPWL1、PWL2、・・・と対応している。
この状態では、側壁パターン15は、メモリセルトランジスタMTのゲート電極MGおよびワード線WLの形成に対応したマスクとして形成されている。そして、選択ゲートトランジスタSTD、STSのゲート電極SGに対応する部分にはマスクは形成されておらず、並べて配置される2個のゲート電極SGに相当する部分が露出した状態である。
次に、図14(a)、(b)において、芯材パターン16の材料と同一の材料もしくはウェットエッチングレートの近い材料の膜を第4加工膜としての加工膜17を堆積する。その結果、メモリセル領域において、加工膜17は、側壁パターン15および芯材パターン16の表面に形成されるとともに、側壁パターン15−15間にも埋め込まれる。また、ゲート電極SGが形成される予定の領域間においては、側壁パターン15の側面、絶縁膜14の上面にコンフォーマルに形成される。また、引出部Bにおいては、加工膜17は、ペア配線マスクPAMの上面および側面、並びに、第2間隔L2を有するペア配線マスクPAM間にコンフォーマルに形成される。
次に、図15(a)、(b)に示すように、加工膜17をウェットエッチング処理あるいはドライエッチング処理などにより等方的エッチング処理を行う。この場合、加工膜17および芯材パターン16がほぼ同等に等方的にエッチングされる。このエッチング処理では、側壁パターン15および芯材パターン16の上面部分や間隔D1より広い領域に形成された加工膜17は除去される。一方、側壁パターン15−15間の芯材パターン16および加工膜17は、側壁パターン15の上面からやや下がった位置までエッチングされるが大部分が残る状態とされる。したがって、図15(b)に示すように、引出部Bでペアワード線PWLがY方向に曲げられた部分、例えばペアワード線PWLのパターン間隔が広くなる部分、において、加工膜17が終端した状態に残される。一方、引出部Bにおいて、ペアワード線PWLにおける2つのワード線WLa、WLbの間には芯材パターン16が残っている。
続いて、図16(a)、(b)に示すように、レジスト膜をパターニングしてレジストマスク18および19を形成する。レジストマスク18は、メモリセル領域の選択ゲートトランジスタのゲート電極SGに相当する部分を覆うパターンに形成されている。すなわち、レジストマスク18は、図16(a)に示すように、側壁パターン15−15間が広く開けられた領域を覆い、且つその領域の両側の複数の側壁パターン15を含んで覆うように形成されている。また、レジストマスク19は、図16(b)に示すように、X方向において、引出部Bのペア配線マスクPAMが少なくとも2ペア分横切る形状にパターニングされている。
次に、図17(a)、(b)に示すように、レジストマスク18および19の高さを芯材パターン16の上面よりも低い位置まで落としこむ。レジストマスク18、19の落とし込みの処理では、例えばRIE法によりレジスト膜を選択的にエッチングすることで除去する。これにより、側壁パターン15、芯材パターン16および加工膜17上に形成されていたレジストマスク18、19は除去される。レジストマスク18は、選択ゲートトランジスタのゲート電極が形成される部分の側壁パターン15−15間の18a部分に残る。また、引出部Bにおいてレジストマスク19は、側壁パターン15および芯材パターン16の上面部分が除去され、X方向においてペア配線マスクPAM間の19a部分に残る。
次に、図18(a)、(b)に示すように、芯材パターン16および加工膜17をウェットエッチング処理により選択的に除去する。これにより、側壁パターン15−15間に埋め込まれていた芯材パターン16および加工膜17が剥離され、絶縁膜14上に側壁パターン15およびレジストマスク18a、19aが残った状態になる。
続いて、図19(a)、(b)に示すように、側壁パターン15およびレジストマスク18a、19aをマスクとしてRIE法により絶縁膜14、ゲート電極膜13を加工する。これにより、メモリセル領域においては、ゲート電極膜13によりメモリセルトランジスタのゲート電極MGが形成される。なお、この状態では、メモリセル領域の選択ゲートトランジスタSTDおよびSTSのゲート電極SGに対応するゲート電極膜13は、対向する2個のゲート電極が繋がった状態で残されている。引出部Bにおいては、図19(b)に示すように、ゲート電極膜13により形成したワード線WL、連結されたフリンジパターンFRが形成される。
次に、図12(a)〜(d)に示すように、側壁パターン15、レジストマスク18a、19a、絶縁膜14を除去する。続いて、メモリセル領域および引出部Bのレジストマスク18a、19aにより形成されたゲート電極膜13の幅が広い部分を分断するようにリソグラフィ技術を利用してパターニングする。この場合、メモリセル領域においては、2個の選択ゲートトランジスタのゲート電極SGが形成される。
この選択ゲートトランジスタのゲート電極SGの加工と同時に、連結されたフリンジパターンFRのX方向における中央部を分断する。フリンジパターンFRの分断は、フォトリソグラフィ技術によりX方向に第3間隔L3を有する開口部分Caをレジストパターンで形成する。続いて、開口部分Caに露出したゲート電極膜13をRIE法によりエッチングして除去する。これにより、図12(b)に示すように、分断されたフリンジパターンFR1a、FR1bあるいはFR2a、FR2bが形成される。その結果、製造工程を省略することができる。
このような第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、リソグラフィを追加することなく、ワード線WLの引出部BにフリンジパターンFRを形成することができる。また、メモリセル領域においては、選択ゲートトランジスタSTのゲート電極SGと隣接するメモリセルトランジスタMTのゲート電極MGとの間隔を、ゲート電極MG−MG間の間隔とほぼ同じに設けることができる。その結果、メモリセルトランジスタMTのゲート電極MG間の半導体基板にガウジングが形成されることを抑制することができる。
また、図16に示す工程において、レジストマスク18をほぼ直線状に形成することができる。その結果、X方向においてフリンジパターンFR1a、FR1b、FR2a、FR2bを連続して配置することができる。よって、引出部BのY方向における幅を小さくすることができる。
(第2実施形態の変形例)
図20および図21は、第2実施形態で形成したフリンジパターンFRの配置形態を変えた変形例を示すものである。
図20に示す例では、ワード線ペアPWL1のワード線WL1a、WL1bに対応してフリンジパターンFR1a、FR1bを設け、ワード線ペアPWL2のワード線WL2a、WL2bに対応するフリンジパターンFR2a、FR2bを設けている。フリンジパターンFR2a、FR2bは、フリンジパターンFR1a、FR1bとはY方向にずれた位置に配置されている。一方、ワード線ペアPWL3のワード線WL3a、WL3bに対応するフリンジパターンFR3a、FR3bは、フリンジパターンFR1a、FR1bとY方向で同じ位置に設けている。このように、ペアとなるフリンジパターンを隣接するもの同士がY方向においてずれた位置に配置され、ジグザグ(千鳥)状態に配置している。
図20および図21は、第2実施形態で形成したフリンジパターンFRの配置形態を変えた変形例を示すものである。
図20に示す例では、ワード線ペアPWL1のワード線WL1a、WL1bに対応してフリンジパターンFR1a、FR1bを設け、ワード線ペアPWL2のワード線WL2a、WL2bに対応するフリンジパターンFR2a、FR2bを設けている。フリンジパターンFR2a、FR2bは、フリンジパターンFR1a、FR1bとはY方向にずれた位置に配置されている。一方、ワード線ペアPWL3のワード線WL3a、WL3bに対応するフリンジパターンFR3a、FR3bは、フリンジパターンFR1a、FR1bとY方向で同じ位置に設けている。このように、ペアとなるフリンジパターンを隣接するもの同士がY方向においてずれた位置に配置され、ジグザグ(千鳥)状態に配置している。
また、フリンジパターンFR1bとフリンジパターン2aをX方向において一部重なるように配置することができる。その結果、引出部BのX方向における幅を小さくすることができる。
図21に示す例では、第2実施形態で形成したFR1a、FR1bおよびFR2a、FR2bの2つのペアの配置を隣接する2つのペアのフリンジパターンFRではY方向にずらした位置に設けたものである。すなわち、第2実施形態の図12(b)に示したフリンジパターンFR1a、FR1b、FR2a、FR2bを一組として、隣接するワード線ペアPWL3、PWL4のフリンジパターンFR3a、FR3b、FR4a、FR4bをY方向にずらしてジグザグ(千鳥)状態に配置している。
このような図20および図21に示す構成においても、第2実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
このような図20および図21に示す構成においても、第2実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
(第3実施形態)
図22から図25は、第3実施形態を示すものである。上記実施形態と異なるところは、製造工程において引出部Bにダミーパターンを設けているところである。これは、側壁転写技術により配線パターンを形成するときに発生する不具合を回避する技術である。
図22から図25は、第3実施形態を示すものである。上記実施形態と異なるところは、製造工程において引出部Bにダミーパターンを設けているところである。これは、側壁転写技術により配線パターンを形成するときに発生する不具合を回避する技術である。
図25は側壁転写技術を利用して形成したワード線の引出部Bとフリンジパターンの平面図を示す一例である。この図25において、第1実施形態あるいは第2実施形態と同様にして例えばゲート電極膜13を加工して形成したワード線WL1〜WL4がX方向に延びている。ワード線WL1〜WL4は、第1幅D1でY方向に第1間隔L1を存して配置されている。
ワード線WL1〜WL4は、引出部BにおいてY方向に曲げられている。引出部Bの各ワード線WL1〜WL4にはコンタクト形成用のフリンジパターンFR1〜FR4が設けられている。なお、図示しない他のワード線WLについてもY方向に曲げて引出部Bに導出され、フリンジパターンFRが設けられている。
この構成においては、フリンジパターンFR1〜FR4は、X方向に隣接するもの同士が所定間隔(例えば200nm)以下となるように配置されている。また、フリンジパターンFR1やFR4で、X方向に隣接するフリンジパターンが無い場合あるいは離れている部分には、所定間隔(例えば200nm)以内の距離にになるようにダミーパターンDP1、DP2が形成されている。ワード線WL4とそのY方向に離れた他のワード線WLとの間にもダミーパターンDP3が配置形成されている。ダミーパターンDP3は、ループ状に形成されたパターンを部分的にカットした形状である。また、フリンジパターンFR1〜FR4のX方向下側から複数本の配線が突出している。この突出した配線は、ワード線WL、またはダミーパターンの一部である。
次に、上記構成を形成する工程について図22〜図25を参照して説明する。
まず、図22に示すように、芯材パターン21を形成する。この構成では、例えば、第2実施形態と同様に、半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13が形成されていて、これを加工してゲート電極あるいはワード線WLを形成する。このゲート電極膜13上に加工用の絶縁膜14を形成し、この上面に芯材パターン用の絶縁膜を形成し、これを図示のようなパターンに加工して芯材パターン21とする。
まず、図22に示すように、芯材パターン21を形成する。この構成では、例えば、第2実施形態と同様に、半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13が形成されていて、これを加工してゲート電極あるいはワード線WLを形成する。このゲート電極膜13上に加工用の絶縁膜14を形成し、この上面に芯材パターン用の絶縁膜を形成し、これを図示のようなパターンに加工して芯材パターン21とする。
芯材パターン21は、X方向に延びるワード線WLに対応する部分21aと、引出部BでY方向に曲げられる部分21bとを有し、さらに引出部Bではフリンジパターンを形成するためにX方向に広げられた部分21cを有する。また、ワード線WLに対応する部分21aでは、幅寸法D1に対して3倍の間隔寸法である第4間隔L4(=3×D1)が設けられている。フリンジパターンを形成する部分21cでは、隣接するパターン21cとの間の間隔寸法L2が例えば200nmを超える大きさに設定されている。
そして、X方向に隣接する部分21cにはそれぞれの間にダミー芯材パターン21dが形成されている。ダミー芯材パターン21dは、芯材パターン21のフリンジパターンの対応部分21cを三方から包囲するように連結したパターンで形成されている。これにより、芯材パターン21のフリンジパターンFRに対応する部分21cは、ダミー芯材パターン21dとの間の間隔寸法が所定間隔(例えば200nm)以下となるように形成される。
また、上記構成において、芯材パターン21は、ワード線WLに対応する部分21aにおいて、幅寸法と間隔寸法がほぼ等しいラインアンドスペースパターンで形成される。芯材パターン21aは、パターニング加工の後に、スリミング処理により約半分の第1幅D1となるように加工される。なお、芯材パターン21aは、Y方向に第4幅D4(第1幅D1の3倍)で配置されている。
なお、上記のようにパターンを配置した状態で、芯材となる膜をRIE法などにより芯材パターン21a〜21cおよびダミー芯材パターン21dに加工している。これにより、芯材パターン21a〜21cの側面を急峻な傾斜を有する状態(テーパー角が大)つまりほぼ直立した状態に形成できる。
すなわち、芯材パターン21a〜21cを形成する場合に、隣接するパターンとの距離が大きい部分では、加工時に側面が急峻な傾斜とすることができない場合(テーパー角が小)がある。これはRIE法による異方性エッチングの条件などにも依存している。そして、芯材パターン21a〜21cの側面の傾斜角度が小さいと、この側面に沿って形成する側壁パターン22a〜22cの傾斜角度が小さくなり、後の加工に支障を生ずる。この点、この実施形態では、芯材パターン21a〜21cを形成する場合に、隣接するパターンとの距離が一定距離以内となるようにダミー芯材パターン21dが配置されているので、形成される芯材パターン21a〜21cの側面の傾斜角度を大きくすることができ(テーパー角が大)、この結果、ほぼ直立した状態に形成できる。
次に、図23に示すように、芯材パターン21a〜21cおよびダミー芯材パターン221dを用いて側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22dを形成する。側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22dを形成する工程を説明する。まず、芯材パターン21a〜21c、ダミー芯材パターン21dの上面および側壁面と絶縁膜上に側壁パターン用の加工膜を膜厚D1で形成する。この後、RIE法により加工膜をエッチバック処理して芯材パターン21a〜21cおよびダミー芯材パターン21dの側面にスペーサ状に残すことで側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22dを形成する。この後、芯材パターン21a〜21cおよびダミー芯材パターン21dを選択的に除去する。
この場合、前述のように芯材パターン21a〜21cの側面が急峻な傾斜角(テーパー角が大)を有する形状すなわちほぼ直立した状態に形成しているので、その側壁面に沿って形成される側壁パターン22a〜22cを、ほぼ基板面に対して直立した状態(テーパー角が大)に形成することができる。また、側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22dは、芯材パターン21a〜21c、ダミー芯材パターン21dの周囲を包囲するようにループ状に形成される。
側壁パターン22のワード線WLの形成方向であるX方向に延びる部分22aでは、第1幅D1で形成され且つ同じ寸法となる第1間隔L1で配置形成される。また、引出部BのY方向に曲げられる部分22bあるいはフリンジパターンに対応する部分22cでは、芯材パターン21bあるいは21cの周囲に第1幅D1でループ状に形成されている。同様に、ダミー芯材パターン21dの周囲には第1幅D1のダミー側壁パターン22dがループ状に形成されている。
次に、図24に示すように、リソグラフィによりフリンジパターンに対応する部分22cにフリンジパターン形成用のレジストパターン23を形成する。このとき、レジストパターン23はフリンジパターンに対応する部分22cがループ状に形成された2本のそれぞれに対応して形成される。また、レジストパターン23は、X方向に隣接するダミー側壁パターン22dにまたがるようにして形成されている。
続いて、図25に示すように、側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22d、そしてレジストパターン23をマスクとして下層の絶縁膜およびゲート電極膜をRIE法により加工してワード線WL1〜WL4、フリンジパターンFR1〜FR4、ダミーパターンDP1〜DP3を形成する。前述のように、側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22dは、基板面に対してほぼ直立した状態に形成されている。これにより、絶縁膜およびゲート電極膜の加工の際に、側壁パターン22a〜22cが異方性エッチングのマスクとして十分に機能させることができ、確実にパターニングを行うことができる。
この後、側壁パターン22a〜22c、ダミー側壁パターン22dおよびレジストパターン23を除去する。さらに、図24中に破線で示した領域24を開口するようにレジストパターンを形成する。具体的には領域24はそれぞれのフリンジパターンFRから延びるワード線WLのループ部を開口するような領域である。次に、レジストパターンをマスクとして領域24のゲート電極膜を除去する。これにより、ワード線WL、フリンジパターンFRやダミーパターンDP1〜DP3などのループ状につながった部分がカットされ、各フリンジパターンFRが電気的に独立した状態に形成される。
このような第3実施形態によれば、加工用のマスクとして側壁パターン22を形成する際に、芯材パターン21a〜21c同士がX方向に隣接する間隔が一定距離(たとえば200nm)を超える部分にダミー芯材パターン21dを配置するようにした。これにより、側壁パターン22a〜22cをほぼ直立した状態に形成することができる。この側壁パターン22a〜22cをRIE法によるエッチングのマスクとして加工するので、絶縁膜およびゲート電極膜13を、断線を発生することなく確実に加工することができるようになる。
(第4実施形態)
図26から図29は、第4実施形態を示すものである。以下、第3実施形態と異なる部分について説明する。
図26から図29は、第4実施形態を示すものである。以下、第3実施形態と異なる部分について説明する。
すなわち、図29は側壁転写技術を利用して形成したワード線WLの引出部BとフリンジパターンFRの平面図を示す一例である。第3実施形態と同様に、ゲート電極膜13を加工して得られた、例えば、ワード線WL1〜WL4、フリンジパターンFR1〜FR4が形成されている。この実施形態では、フリンジパターンFR1〜FR4は、第3実施形態に比べてX方向の幅寸法が小さい。よって、フリンジパターンFR1〜FR4とダミーパターンDP1〜DP3と重ならない状態に形成されている。また、フリンジパターンFR1〜FR4のX方向下側から1本の配線が突出している。この突出した配線は、ワード線WLの一部である。また、ワード線WL4とそのY方向に離れた他のワード線WLとの間にもダミーパターンDP4が配置形成されている。ダミーパターンDP4にはダミーフリンジパターンが配置形成されている。
次に、上記構成を形成する工程について図26〜図29を参照して説明する。
図26に示すように、絶縁膜上に芯材パターン21を形成する。例えば半導体基板上にゲート絶縁膜、ゲート電極膜13を形成し、このゲート電極膜13上に加工用の絶縁膜を形成する。さらに、この加工用の絶縁膜上に芯材パターン21用の絶縁膜を形成し、これをリソグラフィ技術によりRIE法などを用いてパターンに加工して芯材パターン21とする。
図26に示すように、絶縁膜上に芯材パターン21を形成する。例えば半導体基板上にゲート絶縁膜、ゲート電極膜13を形成し、このゲート電極膜13上に加工用の絶縁膜を形成する。さらに、この加工用の絶縁膜上に芯材パターン21用の絶縁膜を形成し、これをリソグラフィ技術によりRIE法などを用いてパターンに加工して芯材パターン21とする。
芯材パターン21は、X方向に延びるワード線WLに対応する部分21aと、引出部BでY方向に曲げられる部分21bと、引出部のフリンジパターンを形成するために広げられた部分21cを有する。そして、芯材パターン21のフリンジパターンに対応する幅広の部分21cには隣接するものとの間に長尺な矩形状をなすダミー芯材パターン21eが形成されており、先端部分には矩形状のダミー芯材パターン21fが形成されている。これにより、芯材パターン21のフリンジパターンFRに対応する部分21cは、ダミー芯材パターン21e、21fにより三方から包囲された状態となり、ダミー芯材パターン21dとの間の間隔寸法が所定間隔(例えば200nm)以下となるように形成される。
上記のように芯材となる膜をパターニングして芯材パターン21a〜21cおよびダミー芯材パターン21e、21fに加工している。これにより、芯材パターン21a〜21cの側面を急峻な傾斜を有する状態(テーパー角が大)つまりほぼ直立した状態に加工することができる。
次に、図27に示すように、芯材パターン21a〜21cおよびダミー芯材パターン21e、21fの上に側壁パターン用の加工膜を成膜した後にエッチバック処理により側壁パターン22を形成する。前述のように芯材パターン21a〜21cの側面が急峻な傾斜角(テーパー角が大)でほぼ直立した状態に形成できるので、その側壁面に沿って形成される側壁パターン22a〜22cを、ほぼ基板面に対して直立した状態(テーパー角が大)に形成することができる。また、側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22dは、芯材パターン21a〜21c、ダミー芯材パターン21dの周囲を包囲するようにループ状に形成される。
側壁パターン22のワード線WLの形成方向であるX方向に延びる部分22aでは、第1幅D1で形成され且つ同じ寸法となる第1間隔L1で配置形成される。また、引出部BのY方向に曲げられる部分22bあるいはフリンジパターンに対応する部分22cでは、芯材パターン21bあるいは21cの周囲に第1幅D1でループ状に形成されている。同様に、ダミー芯材パターン21e、21fの周囲には第1幅D1のダミー側壁パターン22e、22fがループ状に形成されている。
次に、図28に示すように、リソグラフィによりフリンジパターンに対応する部分22cにフリンジパターン形成用のレジストパターン23を形成する。このとき、レジストパターン23はフリンジパターンに対応する部分22cがループ状に形成された両側の2本のそれぞれに対応して配置形成される。また、レジストパターン23は、隣接するダミー側壁パターン22eとは離間した状態で形成されている。ここで、レジストパターン23と隣接するダミー側壁パターン22eの距離、およびレジストパターン23間の距離が200nmより小さくなるようにする。
続いて、図29に示すように、側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22e、22f、そしてレジストパターン23をマスクとして下層の絶縁膜およびゲート電極膜をRIE法により加工してワード線WL1〜WL4、フリンジパターンFR1〜FR4、ダミーパターンDP1〜DP4を形成する。前述のように、側壁パターン22a〜22cおよびダミー側壁パターン22e、22fは、ほぼ直立した状態に形成されているので、絶縁膜およびゲート電極膜の加工の際に、異方性エッチングのマスクとして十分に機能し、ワード線WLが部分的に消失するといった不具合を回避している。
この後、側壁パターン22a〜22c、ダミー側壁パターン22dおよびレジストパターン23を除去し、図28中に破線で示した領域24を開口するようにレジストパターンを形成する。具体的には領域24はそれぞれのフリンジパターンFRから延びるワード線WLのループ部を開口するような領域である。次に、レジストパターンをマスクとして領域24のゲート電極膜を除去する。これにより、ワード線WL、フリンジパターンFRなどのループ状につながった部分や、ダミーパターンDP1〜DP4などのループ状につながった部分がカットされ、各フリンジパターンFRが電気的に独立した状態になる。
このような第4実施形態によっても、第3実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、ダミーパターンDP1〜DP4などの形状や配置は、隣接する芯材パターン21との間隔が所定間隔以内となるように配置できれば適宜変更して設けることができる。
なお、ダミーパターンDP1〜DP4などの形状や配置は、隣接する芯材パターン21との間隔が所定間隔以内となるように配置できれば適宜変更して設けることができる。
(第5実施形態)
図30から図35は、第5実施形態を示すものである。以下、第3実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態では、側壁転写技術を2回用いることでさらに微細なワード線WLおよび配線パターンを形成している。また、ダミーパターンを2回目の側壁転写工程において設けるようにしている。
図30から図35は、第5実施形態を示すものである。以下、第3実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態では、側壁転写技術を2回用いることでさらに微細なワード線WLおよび配線パターンを形成している。また、ダミーパターンを2回目の側壁転写工程において設けるようにしている。
この実施形態においては、2回目に側壁転写技術を使用する際にダミーパターンを配置する。すなわち1回目に側壁転写技術を行う際には、ダミーパターンを使用しなくてもパターンの側面を基板に対してほぼ直立した状態に形成できる場合である。
図35は2回の側壁転写技術を利用して形成したワード線WLの引出部BとフリンジパターンFRの平面図を示す一例である。この図35において、例えば第2実施形態と同様にしてゲート電極膜13を加工して得られた例えば複数のワード線WL1〜WL8がX方向に延びている。ワード線WL1〜WL8はY方向に所定間隔を存して配置されている。
ワード線WL1〜WL8は、引出部BにおいてY方向に曲げられ、引出部Bに所定間隔を存して引き出された状態に形成されている。引出部Bの各ワード線WL1〜WL8には、コンタクト形成用のフリンジパターンFR1〜FR8が配置形成されている。なお、図示しない他のワード線WLについても、Y方向に曲げて引出部Bに導出され、フリンジパターンFRが設けられている。
フリンジパターンFR1〜FR8は、X方向に隣接するもの同士が一定間隔(例えば200nm)以下の距離を存するように配置形成されている。また、フリンジパターンFR1やFR8で、X方向に隣接するフリンジパターンが無い場合、あるいは、一定間隔以上離れている部分には、一定間隔以下の位置にダミーパターンDP1、DP2が形成されている。また、隣接するワード線WLを1つのワード線ペアPWLとした場合に、ダミーパターンDP3は引出部BにおいてY方向に延びるワード線ペアWLP間に配置される。さらに、フリンジパターンFR1〜FR8の先端部分(図中Y方向下方)においては、ワード線WL1〜WL8に、所定距離内にダミーパターンDP3が形成されている。メモリセル領域において、ワード線WL8と他のワード線WLとの間にもダミーパターンDP4が配置形成することができる。
次に、上記構成を形成する工程について図30〜図35を参照して説明する。
図30に示すように、絶縁膜上に1回目の側壁転写のための第1芯材パターン31を形成する。例えば半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13を形成する。このゲート電極膜13上に2回目の側壁転写用の加工用絶縁膜14、第2芯材パターン用の絶縁膜を形成する。この第2芯材パターン用の絶縁膜の上面にさらに1回目の側壁転写用の加工用絶縁膜を形成した上で第1芯材パターン形成用の絶縁膜を形成する。この第1芯材パターン用の絶縁膜をリソグラフィ技術によりパターンに加工して第1芯材パターン31とする。
図30に示すように、絶縁膜上に1回目の側壁転写のための第1芯材パターン31を形成する。例えば半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13を形成する。このゲート電極膜13上に2回目の側壁転写用の加工用絶縁膜14、第2芯材パターン用の絶縁膜を形成する。この第2芯材パターン用の絶縁膜の上面にさらに1回目の側壁転写用の加工用絶縁膜を形成した上で第1芯材パターン形成用の絶縁膜を形成する。この第1芯材パターン用の絶縁膜をリソグラフィ技術によりパターンに加工して第1芯材パターン31とする。
第1芯材パターン31は、X方向に延びるワード線WLに対応する部分31aと、引出部BでY方向に曲げられる部分31bと、引出部Bのフリンジパターンを形成するためにX方向に広い部分31cを有する。第1芯材パターン31のワード線WLに対応する部分31aでは、幅寸法が第1幅D1の4倍程度に形成され、間隔寸法も第1間隔L1の4倍程度で設けられる。この第1芯材パターン31の形成では、ダミーパターンを配置することなく形成することができ、第1芯材パターン31の側壁は、ほぼ直立した状態に形成されている。
次に、図31に示すように、上記した第1芯材パターン31を用いて第1側壁パターン32を形成する。まず、第1芯材パターン31を、スリミング処理を施して幅寸法が半分程度となるように加工する。この後、スリミング処理を行った第1芯材パターン31上に側壁パターン形成用の膜を形成し、エッチバック処理を行なってスペーサ状に加工し、これによって第1側壁パターン32を得る。第1側壁パターン32は、第1芯材パターン31の各部31a〜31cに対応して、これらを包囲するように形成される。その結果、ループ状の第1側壁パターン32a〜32cが形成される。また、第1側壁パターン32の幅寸法は第1幅D1の2倍に設定され、配置間隔は第1間隔L1の約2倍に設定されている。
続いて、図32に示すように、第1側壁パターン32a〜32cを利用して2回目の側壁転写用の第2芯材パターン33を形成する。ここで、上記した第1側壁パターン32a〜32cのうちのフリンジパターンを形成するためのX方向に広い間隔を有する部分32cにフリンジパターン形成用のレジストマスクをパターニングする。また、同時にフリンジパターン用のレジストマスクのうち端部に位置するものがX方向に隣接するパターンと一定以上の距離が発生する部分にダミー用レジストマスクを配置している。また、ダミー用レジストマスクは、X方向に隣接するレジストマスクの間でY方向に所定距離離れた位置で、第1側壁パターン32cが形成されている部分にも配置される。
この後、第1側壁パターン32a〜32c、レジストマスク、ダミーレジストマスクを用いて、下層の加工用絶縁膜をRIE法によるエッチング加工を行なって2回目の側壁転写用の第2芯材パターン33を形成する。加工後に、第1側壁パターン32a〜32c、レジストマスク、ダミーレジストマスクを剥離する。
これにより、第2芯材パターン33として、側壁パターン32a〜32cに対応する部分に芯材パターン33a〜33cが形成される。また、ループ状に形成された第1側壁パターン32c上に形成したレジストマスクによりその対応する部分に芯材パターン33dが形成される。また、芯材パターン33dを囲む部分に形成したダミーレジストマスクによりダミー芯材パターン33e、33fが形成される。
なお、上記の第2芯材パターン33の形成では、加工の関係からダミー芯材パターン33e、33fを配置しているので、第2芯材パターン22の各芯材パターン33a〜33fの側面がほぼ直立した状態に形成できる。
続いて、図33に示すように、上記のようにして形成した第2芯材パターン33(ダミー芯材パターンを含む)を用いて第2側壁パターン34を形成する。第2芯材パターン33のスリミング処理を行なって幅寸法を半分程度とする。この後、スリミングした第2芯材パターン33の上面に側壁パターン形成用の膜を膜厚D1で形成し、RIE法によりエッチバック処理を行いスペーサ状の第2側壁パターン34を形成する。
この場合、第2芯材パターン33のうち、芯材パターン33a〜33cに対応して、その両側に側壁パターン34a〜34cが形成される。側壁パターン34bをペア配線マスクPAMと称する場合がある。また、芯材パターン33dに対応してその周囲にループ状に側壁パターン34dが形成される。さらに、ダミー芯材パターン33e、33fに対応して、その周囲にループ状に側壁パターン34e、34fが形成される。前述のように、第2芯材パターン21a〜21cの側面が急峻な傾斜角(テーパー角が大)つまりほぼ直立した状態に形成しているので、その側壁面に沿って形成される側壁パターン34を、ほぼ基板面に対して直立した状態(テーパー角が大)に形成することができる。
次に、図34に示すように、第2側壁パターン34をマスクとして下層の絶縁膜14およびゲート電極膜13を加工する。この場合、第2側壁パターン34の側壁パターン34c部分にフリンジパターン形成用のレジストパターン35を形成すると共に、ワード線WLが形成される部分の間の側壁パターン34にもレジストパターン35が形成される。この状態で、第2側壁パターン34およびレジストパターン35をマスクとして絶縁膜およびゲート電極膜をRIE法によりエッチング加工する。加工後に、第2側壁パターン34、レジストパターン35および絶縁膜を剥離する。これにより、図34に示したパターン形状と同様のゲート電極膜のパターンが形成される。
次に、図34中に破線36で示す部分を開口するレジストパターンを形成し、ゲート電極膜をエッチングにより除去する。これにより、図35に示すようなワード線WL1〜WL8を含むワード線WL、フリンジパターンFR1〜FR8を含むフリンジパターンFRおよびダミーパターンDP1〜DP4が形成される。各フリンジパターンFRは、それぞれ他のフリンジパターンFRとは電気的に独立した状態に形成される。またワード線WLは、ゲート電極膜のエッチング加工時に消失することなく確実に形成することができる。
このような第5実施形態によれば、2回の側壁転写技術を用いた場合でも、隣接するパターンとの間隔が一定距離を超える部分にダミー芯材パターンを配置することができる。具体的には、加工用のマスクとして第2側壁パターン34を形成する際に、隣接するパターンとの間隔が一定距離(たとえば200nm)を超える部分にダミー芯材パターン33e、33fを配置するようにした。これにより、第2側壁パターン34a〜34dをほぼ直立した状態に形成することができる。この第2側壁パターン34a〜34dをRIE法によるエッチングのマスクとして加工するので、絶縁膜およびゲート電極膜を、断線を発生することなく確実に加工することができるようになる。
また、ワード線ペアPWLの折れ曲がり部分の間にリング状のダミーパターンDP3を配置することができる。その結果、隣接するパターン間隔が広くなりやすいワード線ペアPWLの折れ曲がり部分においてダミーパターンを配置することができ、ワード線の断線を防止することができる。
(第6実施形態)
図36から図41は、第6実施形態を示すものである。以下、第5実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態においては、1回目および2回目の側壁転写技術を使用する際のそれぞれにおいてダミーパターンを配置している。
図36から図41は、第6実施形態を示すものである。以下、第5実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態においては、1回目および2回目の側壁転写技術を使用する際のそれぞれにおいてダミーパターンを配置している。
図41は2回の側壁転写技術を利用して形成したワード線WLの引出部BとフリンジパターンFRの平面図を示す一例である。この図41において、第5実施形態と同様にしてゲート電極膜を加工して得られた例えば複数のワード線WL1〜WL8がX方向に延びている。ワード線WL1〜WL8はY方向に所定間隔を存して配置されている。
ワード線WL1〜WL8は、引出部BにおいてY方向に曲げられている。引出部Bの各ワード線WL1〜WL8にはコンタクト形成用のフリンジパターンFR1〜FR8が形成されている。なお、図示しない他のワード線WLについても、Y方向に曲げて引出部Bに導出され、フリンジパターンFR1〜FR8が設けられている。
フリンジパターンFR1〜FR8は、X方向に隣接するもの同士が所定間隔(例えば200nm)以下になるように配置されている。また、フリンジパターンFR1やFR8で、X方向に隣接するフリンジパターンが無い場合あるいは離れている部分、およびフリンジパターンFR4とFR5との間には、フリンジパターンFR1、8と隣接するパターンが所定間隔以下になるように2重のループを持つダミーパターンDP1が形成されている。フリンジパターンFR2とFR3との間、フリンジパターンFR6とFR7との間には、ダミーパターンDP2が形成されている。さらに、ダミーパターンDP2のY方向の両端部には、ダミーパターンDP3が形成されている。ダミーパターンDP3のX方向における幅はダミーパターンDP2のX方向における幅よりも広い。ワード線WL8と他のワード線WLとの間にもダミーパターンDP4が配置形成されている。また、フリンジパターンFR1〜FR8のY方向下側から複数本の配線が突出している。この突出した配線は、ワード線WL、またはダミーパターンの一部である。
次に、上記構成を形成する工程について図36〜図41を参照して説明する。
図36に示すように、絶縁膜上に第1芯材パターン31を形成する。例えば半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13を形成し、このゲート電極膜上に2回目の側壁転写用の加工用絶縁膜14、第2芯材パターン用の絶縁膜を形成する。第2芯材パターン形成用の絶縁膜の上面にさらに1回目の側壁転写用の加工用絶縁膜を形成した上で第1芯材パターン用の絶縁膜を形成し、第5実施形態と同様にしてパターンに加工して第1芯材パターン31とする。
図36に示すように、絶縁膜上に第1芯材パターン31を形成する。例えば半導体基板11上にゲート絶縁膜12、ゲート電極膜13を形成し、このゲート電極膜上に2回目の側壁転写用の加工用絶縁膜14、第2芯材パターン用の絶縁膜を形成する。第2芯材パターン形成用の絶縁膜の上面にさらに1回目の側壁転写用の加工用絶縁膜を形成した上で第1芯材パターン用の絶縁膜を形成し、第5実施形態と同様にしてパターンに加工して第1芯材パターン31とする。
第1芯材パターン31は、X方向に延びるワード線WLに対応する部分31aと、引出部BでY方向に曲げられる部分31bと、引出部BのフリンジパターンFRを形成するためにX方向に広げられた部分31cを有する。この第1芯材パターン31の部分31cは、隣接するパターンとの間隔が大きい場合で、そのまま加工すると第1芯材パターン31cの側面の傾斜角度が小さく(テーパー角が小)なるケースに該当する。
そこで、フリンジパターンを形成する広い部分31cの端部から一定距離(例えば200nm)以内に、三方から対向するように第1ダミー芯材パターン36a、36bを配置している。これにより、第1芯材パターン31および第1ダミー芯材パターン36a、36bの側壁の傾斜角度は急峻な角度で、側壁はほぼ直立状態に形成されている。
次に、図37に示すように、上記した第1芯材パターン31および第1ダミー芯材パターン36a、36bをスリミング処理した後に、第1側壁パターン32および第1ダミー側壁パターン37を形成する。第1側壁パターン32は、第1芯材パターン31の各部31a〜31cに対応して、これらを包囲するようにループ状の第1側壁パターン32a〜32cが形成される。第1ダミー側壁パターン37は、第1ダミー芯材パターン36a、36bを包囲するようにループ状の第1ダミー側壁パターン37a、37bが形成されている。
続いて、図38に示すように、第1側壁パターン32a〜32cおよび第1ダミー側壁パターン36a、36bを利用して2回目の側壁転写用の第2芯材パターン33を形成する。すなわち、まず、上記した第1側壁パターン32a〜32cのうちのフリンジパターンを形成するための部分32cにフリンジパターン形成用のレジストマスクを形成する。また、同時にフリンジパターン用のレジストマスクが隣接する部分と一定以上の距離が発生する部分にダミー用レジストマスクを形成する。ダミーレジストマスクは、隣接するレジストマスクが形成されていない部分に配置とレジストマスクの根本と先端部分の脇で、第1側壁パターン32cが形成されている部分に配置される。
この後、第1側壁パターン32a〜32c、レジストマスク、ダミーレジストマスクを用いて、下層の加工用絶縁膜をRIE法によるエッチング加工を行なって2回目の側壁転写用の第2芯材パターン33を形成する。加工後に、第1側壁パターン32a〜32c、レジストマスク、ダミーレジストマスクを剥離する。
これにより、第2芯材パターン33として、側壁パターン32a〜32cに対応する部分に対応して芯材パターン33a〜33cが形成される。レジストマスクに対応する部分に芯材パターン33dが形成される。第1ダミー側壁パターン37a、37bに対応する部分にダミー芯材パターン33e、33fが形成され、ダミーレジストマスクに対応する部分にダミー芯材パターン33g、33hが形成される。ダミー芯材パターン33gは、ダミー芯材パターン33eが配置されない2つの芯材パターン33d間に配置される。ダミー芯材パターン33hは、ダミー芯材パターン33gのY方向に所定間隔だけ離間した位置にそれぞれ配置される。
なお、上記の第2芯材パターン33の形成では、加工の関係からダミー芯材パターン33g、33hをさらに追加して配置することで、微細加工を行う場合に、第2芯材パターン33の側壁面が急峻な状態(テーパー角大)となり、ほぼ直立した状態に形成される。
続いて、図39に示すように、上記のようにして形成した第2芯材パターン33(ダミー芯材パターンを含む)を用いて第2側壁パターン34を形成する。第2芯材パターン33の上面に側壁パターン形成用の膜を膜厚D1で形成し、RIE法によりエッチバック処理を行いスペーサ状の第2側壁パターン34を形成する。
この場合、第2芯材パターン33のうち、芯材パターン33a〜33cに対応して、その両側に側壁パターン34a〜34cが形成される。また、芯材パターン33dに対応してその周囲にループ状に側壁パターン34dが形成される。さらに、ダミー芯材パターン33e、33fに対応して、その両側に二重のループ状に側壁パターン34e、34fが形成される。ダミー芯材パターン34g、34hに対応して、その周囲にループ状に側壁パターン34g、34hが形成される。前述のように、第2芯材パターン33の側壁面が急峻な立ち上り(テーパー角が大)を有する断面形状とされ、ほぼ直立した状態とされているので、これを利用して形成する側壁パターン34はほぼ直立した形状に形成することができる。
次に、図40に示すように、第2側壁パターン34をマスクとして下層の絶縁膜14およびゲート電極膜13を加工する。この場合、第2側壁パターン34の側壁パターン34c部分にフリンジパターン形成用のレジストパターン35を形成すると共に、ワード線WLが形成される部分の間の側壁パターン34にもレジストパターン35が形成される。この状態で、第2側壁パターン34およびレジストパターン35をマスクとして絶縁膜14およびゲート電極膜13をRIE法によりエッチング加工する。加工後に、第2側壁パターン34、レジストパターン35および絶縁膜を剥離する。これにより、図40に示したパターン形状と同様のゲート電極膜13のパターンが形成される。
次に、図40中に破線36で示す部分を開口するレジストパターンを形成し、ゲート電極膜をエッチングにより除去する。これにより、図41に示すようなワード線WL1〜WL8を含むワード線WL、フリンジパターンFR1〜FR8を含むフリンジパターンFRおよびダミーパターンDP1〜DP4が形成される。各フリンジパターンFRは、それぞれ他のフリンジパターンFRとは電気的に独立した状態になる。またワード線WLは、ゲート電極膜のエッチング加工時に消失することなく確実に形成することができる。
このような第6実施形態によれば、加工用のマスクとして第1側壁パターン33および第2側壁パターン34を形成する際に、隣接するパターンとの間隔が一定距離(たとえば200nm)を超える広い部分にダミー芯材パターン36a、36b、ダミー芯材パターン33g、33hを配置するようにした。その結果、ワード線ペアPWLに属するワード線に接続されるフリンジパターンFP(例えば、フリンジパターンFR1とFR2)が一定距離よりも離れている場合であっても、ダミーパターンDP2を配置することができる。また、隣接するワード線ペアPWLのワード線に接続されるフリンジパターンFP(例えば、フリンジパターンFR4とFR5)が一定距離よりも離れている場合であっても、ダミーパターンDP1を配置することができる。これにより、第1側壁パターン33a〜33cおよび第2側壁パターン34a〜34dをほぼ直立した状態に形成することができる。この第2側壁パターン34a〜34dをゲート電極膜に対するRIE法によるエッチングのマスクとして加工するので、絶縁膜およびゲート電極膜を断線の発生を抑制して確実に加工することができるようになる。
(第7実施形態)
図42から図45は、第7実施形態を示すものである。以下、第3実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態では、NAND型フラッシュメモリ装置100において、メモリセルトランジスタのゲート電極の形成を、側壁転写技術を利用してリソグラフィ技術の限界を超えるラインアンドスペースのパターニングをする構成を採用している。そして、ゲート電極間にエアギャップが形成されている。
図42から図45は、第7実施形態を示すものである。以下、第3実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態では、NAND型フラッシュメモリ装置100において、メモリセルトランジスタのゲート電極の形成を、側壁転写技術を利用してリソグラフィ技術の限界を超えるラインアンドスペースのパターニングをする構成を採用している。そして、ゲート電極間にエアギャップが形成されている。
ここで、ゲート電極を引き出すワード線端部では、ワード線間が広くなる。ここで、エアギャップ形成用の絶縁膜を形成した場合に、ワード線端部でエアギャップ形成用の絶縁膜が閉塞されないと、ゲート間リークの要因となる異常酸化やレジスト侵入が発生する可能性がある。
図45はワード線WLの引出部Bに形成されたフリンジパターンの配置状態を示す図の一例である。X方向に延びる4本のワード線WL1〜WL4および4本のワード線WL5〜WL8が引出部Bを挟んで上部および下部に配置されている。メモリセル領域においてワード線WL1〜WL4およびワード線WL5〜WL8のそれぞれは、幅寸法D1を有し、Y方向において寸法間隔L1で配置されている。引出部Bにおいてワード線WL1〜WL4は、Y方向の下向きに曲げられ、ワード線引出部WL1a〜WL4aを形成している。また、引出部Bにおいてワード線WL5〜WL8はY方向の上向きに曲げられたワード線引出部WL5a〜WL8aを形成している。
これらワード線引出部WL1a〜WL8aは、メモリセル領域よりもワード線WL間の間隔を広く存した状態で配置されている。ワード線引出部WL1a〜WL8aのそれぞれには、フリンジパターンFR1〜FR8が設けられている。フリンジパターンFR1〜FR4はX方向に並べて配置されている。フリンジパターンFR5〜FR8はX方向に並べて配置されている。フリンジパターンFR5〜FR8は、それぞれフリンジパターンFR1〜FR4とY方向に対向する位置で所定間隔を存して配置されている。
ダミーパターンDP1は、ワード線引出部WL1a〜WL8aのX方向における両側にダミー配線パターンとして設けられている。X方向においてダミーパターンDP1同士の間にはダミー配線パターンとしてのダミーパターンDP2が形成されている。ダミーパターンDP1は、それぞれY方向に隣接するフリンジパターンFRとつながっている。ダミーパターンDP2は、フリンジパターンFRおよびダミーパターンDP1から孤立した状態に形成されている。ダミーパターンDP1、DP2は、幅寸法D1を有し、X方向に寸法間隔L1で配置されている。
上記構成では、フリンジパターンFRを形成する領域において、ワード線WL間よりもワード線引出部WLa間の方が広くなっている。しかし、フリンジパターンFRを形成する領域にメモリセル内部と同一ピッチになるようにダミーパターンDP1、DP2を形成している。これにより、ワード線引出部WLaにおいてもパターン間隔をワード線WL間とほぼ同じにすることができる。その結果、エアギャップの開口発生を最小限に抑えることができる。したがって、エアギャップ再開口によるレジスト侵入やLPCVD膜の侵入を抑制することが可能となる。
次に、ワード線WLおよびフリンジパターンFRの形成工程について簡単に説明する。半導体基板11上には、ゲート絶縁膜12およびゲート電極膜13が形成され、この上面にゲート加工用の絶縁膜14が形成されている。
図42に示すように、このゲート加工用の絶縁膜14上に芯材パターン形成用の絶縁膜が成膜され、この絶縁膜がリソグラフィ技術を用いて加工され芯材パターン40が形成される。
図42に示すように、このゲート加工用の絶縁膜14上に芯材パターン形成用の絶縁膜が成膜され、この絶縁膜がリソグラフィ技術を用いて加工され芯材パターン40が形成される。
この芯材パターン40を形成する工程では、ワード線引出部WLaにおいてパターン加工が行われる。すなわち、ゲート加工用の絶縁膜上に形成した芯材パターン40のうち、ワード線が形成されるX方向の芯材パターン40aは、最終形状として形成されるワード線WLのピッチの倍ピッチ(幅寸法D3=2×D1、間隔寸法L5=2×L1)のラインアンドスペースパターンで形成される。ワード線引出部WLaに設ける芯材パターン40bは、Y方向に幅寸法D3を有して延びている。芯材パターン40bの両端には芯材パターン40aが接続されている。ここで、X方向に隣接する芯材パターン40b間の距離は幅寸法D1より広い。また、引出部Bにおいて芯材パターン40a、40bを合わせた形状はループ状であるとも言える。
X方向にワード線引出部40bが並ぶ間のスペースに2本のダミー芯材パターン40c、3本のダミー芯材パターン40dが設けられる。それぞれのダミー芯材パターン40cは、Y方向に幅寸法D3を有して延び、配置間隔L5でX方向に配置されている。また、それぞれの芯材パターン40cは上下の芯材パターン40aと連結している。また、ダミー芯材パターン40dはY方向に幅寸法D3を有して延び、配置間隔L5でX方向に配置されている。ダミー芯材パターン40dは上下の芯材パターン40aとは分離している。なお、ワード線引出部の芯材パターン40b、ダミー芯材パターン40cは、上下の芯材パターン40aに対して共通に連結された状態に設けられている。
ここで、ダミー芯材パターン40b〜40dを1つのダミー芯材パターンとして考えると、これらダミー芯材パターンはX方向において配置間隔L5で配置されている。
次に、図43に示すように、芯材パターン40を用いて側壁パターン41を形成する。上記した芯材パターン40に対して、スリミング処理を施すことにより、ほぼ半分の幅寸法D1となるように形成する。スリミング処理の後、側壁パターン形成用の絶縁膜を全面に形成し、これをRIE法によるエッチバック処理でスペーサ状に加工する。これにより、スリミング処理された芯材パターン40の両側壁に側壁パターン41が形成される。
次に、図43に示すように、芯材パターン40を用いて側壁パターン41を形成する。上記した芯材パターン40に対して、スリミング処理を施すことにより、ほぼ半分の幅寸法D1となるように形成する。スリミング処理の後、側壁パターン形成用の絶縁膜を全面に形成し、これをRIE法によるエッチバック処理でスペーサ状に加工する。これにより、スリミング処理された芯材パターン40の両側壁に側壁パターン41が形成される。
側壁パターン41は、スリミング処理された芯材パターン40に対応して側壁パターン41a、41bおよびダミー側壁パターン41cとして形成される。側壁パターン41a、41bは、スリミング処理された芯材パターン40aおよび40bに沿ってつながった状態に形成されている。ダミー側壁パターン41cは、スリミング処理された芯材パターン40bおよびダミー芯材パターン40c、40dの周囲にループ状に形成されている。これら側壁パターン41a、41bおよびダミー側壁パターン41cは、幅寸法がD1で、同じ間隔寸法L1を存した状態で配置形成されている。
次に、図44に示すように、フリンジパターンを形成するためのレジストパターン42を形成する。このレジストパターン42は、引出部Bの側壁パターン41bのほぼ中央部に位置し、左右のダミー側壁パターン41cに重なるように配置されている。また、一本の側壁パターン41bにY方向に並ぶように2個のレジストパターン42を所定間隔で配置している。
この後、図45に示すように、側壁パターン41a、41b、ダミー側壁パターン41cおよびレジストパターン42をマスクとして下層の加工用絶縁膜およびゲート電極膜をRIE法によりエッチング加工する。これにより、ワード線WL1〜WL8が形成されるとともに、引出部Bにワード線引出部WL1a〜WL8aが形成される。レジストパターン42の形状に対応したフリンジパターンFR1〜FR8が形成される。また、ダミー側壁パターン41cに対応する位置にダミーパターンDP1、DP2が形成される。なお、この加工工程では、前述のゲート電極およびワード線が形成される。
さらに、この後、フリンジパターンFR1〜FR4とFR5〜FR8との間のワード線引出部WL1a、ダミーパターンDP1、DP2をリソグラフィ技術によりカット領域Cbを形成してエッチングにより除去する。ここでカット領域Cbは、Y方向において配置されたフリンジパターンFR1〜FR4とフリンジパターンFR5〜FR8の間をX方向に延びるように形成されている。これにより、フリンジパターンFR1〜FR4とFR5〜FR8との間でつながっていた部分が切断され、各フリンジパターンFR1〜FR8が電気的に独立した状態に形成される。また、各フリンジパターンFR1〜FR8は、ワード線引出部WL1a〜WL8aを中心として、両側にダミーパターンDP1が結合された状態に形成されている。また、ダミーパターンDP2は、フリンジパターンFR間に孤立した状態で形成されている。
なお、上記工程では、メモリセル領域においてはゲート電極およびワード線のパターンが形成される。この後、エアギャップを形成するため、プラズマCVD法を用いてサイドステップカバレッジの非常に低い酸化膜を全面に堆積される。これによって、ワード線WL間の第1間隔L1で配置された部分には酸化膜が形成されず、上面を閉塞する状態に形成される。この結果、ゲート電極間にエアギャップが形成される。また、ワード線WL1〜WL8からフリンジパターンFR1〜FR8の間の配線間の間隔は幅寸法D1とほぼ等しい。すなわち、引出領域Bにおけるワード線引出部WL1a〜WL8aおよびダミーパターンDPを含めた配線の間隔は、メモリセル領域におけるワード線WL間の間隔と等しい。すなわち、引出領域Bにおいてワード線間が広くなる部分が存在しない。このとき、ワード線WL1〜WL8が接続されるワード線引出部WL1a〜WL8aとダミーパターンDPの間は、フリンジパターンFR1〜FR8により閉塞されている。よって、ワード線WL1〜WL8の間はエアギャップ形成時に確実に閉塞した状態に形成できる。
このような第7実施形態によれば、ワード線WL1〜WL8のワード線引出部WL1a〜WL8aを形成する部分に、ダミーパターンDP1、DP2を配置することでワード線が分岐する部分を同じ間隔L1で形成することができる。これにより、エアギャップ用の絶縁膜を形成する際に、開口の発生を最小限に抑制でき、開口発生に起因した工程中でのレジスト浸入や層間絶縁膜形成時のガスの浸入を抑制することができる。
(第7実施形態の変形例)
図46、図47は、上記した第7実施形態の変形例を示すものである。
図46に示すものは、フリンジパターンFR2〜FR4、FR6〜FR8に代えて、フリンジパターンFR2a〜FR4a、FR6a〜FR8aを設けたところが異なる。ここで、メモリセル領域から離れるに従い、Y方向に隣接するフリンジパターンFRが離れるように配置されている。これにより、ワード線WL2〜4とフリンジFR2a〜FR4a間のそれぞれの距離をワード線WL1とフリンジFR1の間隔に近づけることができる。その結果、ワード線WLからフリンジパターンFRに至るまでの形状をほぼ同一にできるため、加工ばらつきを小さくすることができる。
図46、図47は、上記した第7実施形態の変形例を示すものである。
図46に示すものは、フリンジパターンFR2〜FR4、FR6〜FR8に代えて、フリンジパターンFR2a〜FR4a、FR6a〜FR8aを設けたところが異なる。ここで、メモリセル領域から離れるに従い、Y方向に隣接するフリンジパターンFRが離れるように配置されている。これにより、ワード線WL2〜4とフリンジFR2a〜FR4a間のそれぞれの距離をワード線WL1とフリンジFR1の間隔に近づけることができる。その結果、ワード線WLからフリンジパターンFRに至るまでの形状をほぼ同一にできるため、加工ばらつきを小さくすることができる。
図47に示すものは、フリンジパターンFR2〜FR4、FR6〜FR8に代えて、フリンジパターンFR2b〜FR4b、FR6b〜FR8bを設けたところが異なる。ここで、図46に加えて、メモリセル領域から離れるに従い、フリンジパターンFRのY方向における幅が長くなっている。これにより、コンタクト形成時に、Y方向に長さが長く設定されていることから、パターニング工程において工程能力の向上を図ることができ、余裕度を確保することができる。
なお、上記のようにフリンジパターンFRを、順にずれる位置に配置する構成以外に、千鳥状に配置することができ、その他適宜に位置を変更して配置することもできる。
(第8実施形態)
図48、図49は第8実施形態を示す。以下、第7実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態では、ダミーパターンDP2を設けない構成としていることが異なるところである。すなわち、図49に示すように、フリンジパターンFR1〜FR8は、それぞれ隣接するものとの間隔がL1で配置されている。図49の配置パターンでは、ダミーパターンDP2が省略されている。これにより、X方向に隣接するフリンジパターンFR1〜FR8の間隔が狭くなり、省スペース化を図ることができる。
(第8実施形態)
図48、図49は第8実施形態を示す。以下、第7実施形態と異なる部分を中心として説明する。この実施形態では、ダミーパターンDP2を設けない構成としていることが異なるところである。すなわち、図49に示すように、フリンジパターンFR1〜FR8は、それぞれ隣接するものとの間隔がL1で配置されている。図49の配置パターンでは、ダミーパターンDP2が省略されている。これにより、X方向に隣接するフリンジパターンFR1〜FR8の間隔が狭くなり、省スペース化を図ることができる。
製造工程においては、図48に示すように、芯材パターン43を用いる。この芯材パターン43のうち、芯材パターン43aはY方向において所定間隔で配置され、X方向に延びる。芯材パターン43bは、X方向において所定間隔で配置され、Y方向に延びる。芯材パターン43bはワード線の各芯材パターン43aにつき2本が接続されるように配置されている。
芯材パターン43aに共通に接続される引出部43bがX方向に並ぶ間のスペースに1本のダミー芯材パターン43cが配置されている。また、芯材パターン43aに共通に接続されない引出部43bがX方向に並ぶ間のスペースに2本のダミー芯材パターン43dが設けられる。ダミー芯材パターン43cは上下の芯材パターン43aと連結した状態で、芯材パターン43aと同じ幅寸法で、X方向に隣接する引出部43bとの間隔が同じになるように1本形成される。また、ダミー芯材パターン43dは上下の芯材パターン43aとは孤立した状態で、芯材パターン43aと同じ幅寸法で芯材パターン43d間がX方向に隣接する引出部43bと引出部43cの間隔と同じ間隔になるように2本形成される。また、芯材パターン43bと芯材パターン43dの間がX方向に隣接する引出部43bと引出部43cの間隔と同じ間隔になるように2本形成される。なお、引出部43b、ダミー芯材パターン43cは、上下の芯材パターン43aに対して共通に連結された状態に設けられている。
上記の芯材パターン43を前述同様にしてスリミング処理を行い、フリンジパターンに対応したレジストパターンを形成してゲート電極膜を加工することにより、図49のパターンを得ることができる。
このような第8実施形態においても、第7実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、省スペース化を図ることができる。
このような第8実施形態においても、第7実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、省スペース化を図ることができる。
(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。
NAND型のフラッシュメモリ装置100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。
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。
NAND型のフラッシュメモリ装置100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。
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。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。
図面中、100はNAND型フラッシュメモリ装置(半導体装置)、1、11は半導体基板、2、12はゲート絶縁膜、3、13はゲート電極膜(導体層)、4、14は絶縁膜(第1加工膜)、5、15、22、32、34、41は側壁パターン(第2加工膜)、6、16、21、31、33、40、43は芯材パターン、7は絶縁膜(第3加工膜)、17は加工膜(第4加工膜)、8、18、18a、19、19a、43はレジストパターン(引出マスク)、MTはメモリセルトランジスタ、STD、STSは選択ゲートトランジスタ、MG、SGはゲート電極、WL(WL1〜WL8)はワード線、PWLはワード線ペア、WL1a〜WL8aはワード線引出部、FR(FR1〜FR8)はフリンジパターン、DPはダミーパターンである。
Claims (15)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に第1方向に第1間隔で複数本並べて配置された配線と、
前記複数本の配線が前記第1方向と異なる第2方向に曲げて引き出される引出部とを備え、
前記引出部は、2本の前記配線を前記第1間隔で配置するペア配線で形成され、各ペア配線間は第1間隔よりも広い第2間隔で配置され、前記ペア配線の各配線には前記第2間隔を設けた側にフリンジパターンが形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記フリンジパターンは、隣接する前記ペア配線毎に前記第2方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記配線は、側壁転写技術を2回使って形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上に配線用の導体層を形成する工程と、
前記導体層上に第1加工膜、第2加工膜を順次形成する工程と、
前記第2加工膜を、第1方向に第1間隔で複数本の配線マスクに加工すると共に、それら複数の配線マスクの端部を2本毎に前記第1間隔で前記第1方向と異なる第2の方向に曲げたペア配線マスクを形成し、前記ペア配線マスクを前記第2方向において前記第1間隔よりも広い第2間隔で配置する工程と、
隣接する2つの前記ペア配線マスク間にレジスト膜を埋めるようにパターニングして引出マスクを形成する工程と、
前記配線マスク、前記ペア配線マスクおよび前記引出マスクをマスクとして前記第1加工膜および前記導体層を異方性エッチングして配線パターン、ペア配線パターンおよび連結フリンジパターンを形成する工程と、
前記連結フリンジパターンを分断してフリンジパターン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。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記引出マスクを形成する工程では、
前記第1間隔を有する前記配線マスク間および前記ペア配線マスクには充填されずそれよりも広い間隔の領域に充填される埋め込み性の低い第3加工膜を形成する工程と、
前記第3加工膜上に前記引出マスクを形成する工程と、
前記引出マスクをマスクとして前記第3加工膜を除去する工程とを実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体層は、前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成する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ゲート電極となるゲート電極形成層として設けられ、
前記配線マスクおよび前記ペア配線マスクを形成する工程は、
芯材パターンの側壁として前記配線マスク、前記ペア配線マスクおよび前記メモリセルトランジスタの前記ゲート電極形成用のゲート用マスクを形成する工程と、
前記芯材パターンを残した状態で前記配線マスク、前記ペア配線マスクおよび前記ゲート用マスク上、および前記配線マスク間および前記選択ゲートトランジスタのゲート電極形成領域を埋めるように第4加工膜を形成する工程と、
等方的エッチング処理により前記第4加工膜および前記芯材パターンをエッチバック処理して前記第1間隔の凹部内に残して他の部分を除去する工程とを実施し、
前記レジスト膜による引出マスクを形成する工程は、前記前記選択ゲートトランジスタのゲート電極形成領域およびその両側のメモリセルトランジスタのゲート電極形成領域にもレジストマスクを形成し、
前記配線パターン、前記ペア配線パターンおよび前記引出パターンを形成する工程では、前記メモリセルトランジスタのゲート電極を形成すると共に前記レジストマスクを用いて前記選択ゲートトランジスタのゲート電極部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に第1の方向に第1間隔で複数本並べて配置された配線と、
前記複数本の配線が前記第1の方向と異なる第2の方向に曲げて引き出される引出部と、
前記引出部に接続されたフリンジパターンとを備え、
前記引出部の配線が広げられる部分に、配置されるダミーパターンを有し、
前記第1方向における前記フリンジパターン間の間隔、および、前記フリンジパターンと前記ダミーパターンの間隔が第1距離以下となることを特徴とする半導体装置。 - 請求項7に記載の半導体装置において、
前記ダミーパターンは、前記引出部の2本の配線が孤立する部分に配置されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項7に記載の半導体装置において、
前記ダミーパターンは、前記引出部の2本の配線が屈曲により広げられる部分に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項7から9のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記複数本の配線および引出部は、側壁加工技術を利用して形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に第1方向に第1間隔で複数本並べて配置された第1幅の配線と、
前記複数本の配線が前記第1方向と異なる第2方向に曲げて引き出され、前記複数本の配線が前記第1間隔よりも大きい第2間隔で配置される引出部と、
前記引出部に設けられ、前記第1幅よりも広い第2幅のフリンジパターンと、
前記引出部の前記第2間隔のスペースに設けられ、前記第1方向において前記引出部と前記第1間隔を有し、前記引出部に対して平行に配置され、前記第1幅を有し、前記引出部から電気的に孤立したダミー配線パターンと
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項11に記載の半導体装置において、
前記フリンジパターンは、前記第2方向に複数配置され、前記第1方向を対称線とした線対称に配置され、前記第2方向に複数個配置された前記フリンジパターン間において前記ダミー配線パターンが切断されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11または12に記載の半導体装置において、
前記ダミー配線パターンは、前記引出部の間に複数本設けられ、前記引出部に近接するものが前記フリンジパターンと接触するように形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項13に記載の半導体装置において、
前記フリンジパターンに接触するように設けられた前記ダミー配線パターンは、前記第1の方向において隣接する前記ダミー配線パターンと電気的に非導通状態とされていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11から14のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記フリンジパターン同士が隣接する部分に電気的に浮遊状態に設けられる前記ダミ配線パターンを有することを特徴とする半導体装置。
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