JP4901898B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4901898B2
JP4901898B2 JP2009082060A JP2009082060A JP4901898B2 JP 4901898 B2 JP4901898 B2 JP 4901898B2 JP 2009082060 A JP2009082060 A JP 2009082060A JP 2009082060 A JP2009082060 A JP 2009082060A JP 4901898 B2 JP4901898 B2 JP 4901898B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
core material
film
mask
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009082060A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010238719A (ja
Inventor
光一 松野
嘉朗 姫野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2009082060A priority Critical patent/JP4901898B2/ja
Priority to US12/729,804 priority patent/US8592978B2/en
Publication of JP2010238719A publication Critical patent/JP2010238719A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4901898B2 publication Critical patent/JP4901898B2/ja
Priority to US14/059,124 priority patent/US20140042626A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0334Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
    • H01L21/0337Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/49Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions wire-like arrangements or pins or rods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/311Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76804Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics by forming tapered via holes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76816Aspects relating to the layout of the pattern or to the size of vias or trenches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • H10B41/35Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region with a cell select transistor, e.g. NAND
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details

Description

本発明は、微細な配線パターンを備えた半導体装置の製造方法に関する。
半導体加工技術のひとつであるフォトリソグラフィ技術においては、レジスト膜のパターニングの最小幅の限界を超えて微細化する技術として側壁転写加工技術がある。たとえば特許文献1に示すものでは、次のようなプロセスを経て形成される。
まず、被加工膜の上に、通常のリソグラフィ処理で第1膜をエッチング加工することで所定ピッチの芯材パターンを形成し、第2膜を芯材パターンの上面および側面並びに被加工膜の露出上面に沿って所定膜厚で形成する。第2膜をスペーサ加工して第1膜の上面および被加工膜の上面を露出させ、芯材パターンを除去してマスクパターンを得る。得られた第2膜のマスクパターンを利用して被加工膜を加工することで微細な加工を行えるようにした技術である。
この場合、上記した第2膜により形成するマスクパターンは、スペーサ状に加工したものであるから、芯材パターン側の面はほぼ垂直に形成されるが、芯材パターンと反対側の面は上部で丸みを帯びていて、非対称な形状である。このマスクパターンを被加工膜のマスクとして利用する場合に、被加工膜にもその非対称な形状が転写されるため、これが原因となって被加工膜の加工形状差が発生する問題があった。
特開2007−43156号公報
本発明の目的は、半導体加工において側壁転写加工技術を用いる場合に、転写用のマスクパターンが非対称な形状となることに起因した不具合を極力防止することができるようにした半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上に埋め込み用絶縁膜、芯材用膜を順次積層形成する工程と、前記芯材用膜を加工して芯材パターンを形成する工程と、前記芯材パターンの上面および側面並びに前記芯材パターン間に露出している前記埋め込み用絶縁膜の上面に沿うように所定膜厚のマスク用膜を形成する工程と、前記マスク用膜を異方性エッチングにより前記芯材パターンの上面が露出するまで加工してマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターン間に上面が露出した前記芯材パターンを除去する工程と、前記芯材パターンを除去した後前記マスクパターンをマスクとして前記埋め込み用絶縁膜をエッチングして配線溝パターンを形成する工程と、前記配線溝パターン内に導体膜を埋め込み形成して埋め込み配線を形成する工程とを備え、前記マスクパターンを形成する工程では、前記芯材パターンを挟んで対向する一対のマスクパターン部分に相当するペア部のマスクパターン底面部での間隔に対して、前記芯材パターンが形成されていない部分を挟んで対向する一対のマスクパターン部分に相当する隣接部のマスクパターン底面部での間隔が大きくなるように前記マスクパターンを形成し、前記配線溝パターンを形成する工程では、前記ペア部と隣接部のうち隣接部で溝幅の寸法が上部から下部にかけて小さくなるように前記埋め込み用絶縁膜をエッチングして、前記隣接部における配線溝パターンの側面が上部から底面部にかけて傾斜するテーパ面となる前記配線溝パターンを形成するところに特徴を有する。
また、本発明の半導体装置の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に周期的且つ交互配列された第1および第2の埋め込み配線とを備え、前記第2の埋め込み配線は、両側面が底部から上部にかけて配線幅が広くなるようにテーパ状に形成されると共に、上面の幅寸法が前記第1の埋め込み配線の上面の幅寸法よりも大きくなるように形成されているところに特徴を有する。
本発明の一実施形態におけるNAND型フラッシュメモリ装置のメモリセル領域の一部の電気的構成を概略的に示す図 メモリセル領域の一部構造を概略的に示す平面図 図2中切断線A−Aで示した部分に相当する模式的断面図 製造工程の一段階における図3相当図(その1) 製造工程の一段階における図3相当図(その2) 製造工程の一段階における図3相当図(その3) 製造工程の一段階における図3相当図(その4) 製造工程の一段階における図3相当図(その5) 製造工程の一段階における図3相当図(その6) 製造工程の一段階における図3相当図(その7) 製造工程の一段階における図3相当図(その8) 変形例を示す図11相当図
以下、NAND型フラッシュメモリ装置に適用した本発明の一実施形態について図1ないし図11を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
先ず、本実施形態のNAND型フラッシュメモリ装置の構成を説明する。図1は、NAND型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域に形成されるメモリセルアレイの一部を示す等価回路図である。
NAND型フラッシュメモリ装置のメモリセルアレイは、NANDセルユニット(メモリユニット)Suがマトリクス状に配置された状態で構成されている。NANDセルユニットSuは、2個の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2と、当該選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2間に対して直列接続された複数個(例えば8個:2のn乗個(nは正数))のメモリセルトランジスタTrmとから構成される。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する構成である。
図1中X方向(ワード線方向、ゲート幅方向に相当)に配列されたメモリセルトランジスタTrmは、ワード線(制御ゲート線)WLにより共通接続されている。また、図1中X方向に配列された選択ゲートトランジスタTrs1は選択ゲート線SGL1で共通接続され、選択ゲートトランジスタTrs2は選択ゲート線SGL2で共通接続されている。選択ゲートトランジスタTrs1のドレイン領域にはビット線コンタクトCBが接続されている。このビット線コンタクトCBは図1中X方向に直交するY方向(ゲート長方向、ビット線方向に相当)に延びるビット線BL1またはBL2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。
図2はメモリセル領域の一部のレイアウトパターンを示す平面図である。図2において、半導体基板としてのシリコン基板1に、STI(shallow trench isolation)構造により形成された複数本の素子分離絶縁膜2が図2中Y方向に沿って形成されている。複数本の素子分離絶縁膜2は、図2中X方向に所定間隔を存した状態で配置され、これによってシリコン基板1の表層部が複数本の活性領域(素子形成領域)3に分離形成されている。活性領域3と直交する図2中X方向に沿って複数本のワード線WLが形成されている。複数本のワード線WLは、図2中Y方向に所定間隔を存した状態で配置されている。
また、図2中X方向に沿って一対の選択ゲートトランジスタTrs1の選択ゲート線SGL1が形成されている。一対の選択ゲート線SGL1間の活性領域3にはビット線コンタクトCBがそれぞれ形成されている。ワード線WLと交差する活性領域3上にはメモリセルトランジスタTrmのゲート電極MGが、選択ゲート線SGL1と交差する活性領域3上には選択ゲートトランジスタTrs1のゲート電極SGが形成されている。
さらに、各ビット線コンタクトCBの上部には、活性領域3に重なるようにビット線BL1、BL2が交互に形成されている。ビット線BL1はビット線コンタクトCBの径とほぼ同じ幅寸法に形成され、ビット線BL2は上面部の幅寸法がビット線コンタクトCBの径よりも大きく形成されている。
図3は、図2の切断線A−Aで示す部分の断面図である。すなわち、ビット線コンタクトCBの配列方向(図2中X方向)に沿って切断したもので、一対の選択ゲートトランジスタTrs1、Trs1間の共通のドレイン領域部分での断面図である。シリコン基板1は、所定間隔で形成された素子分離絶縁膜2により複数の活性領域3に区画されている。活性領域3の表層部にはLDD(lightly doped drain)構造のドレイン領域として低濃度不純物拡散領域1aおよび高濃度不純物拡散領域1bが異なる深さに形成されている。シリコン基板1の上面には層間絶縁膜としてシリコン酸化膜4が形成されている。シリコン酸化膜4は、メモリセルトランジスタTrm、選択ゲートトランジスタTrs1、Trs2あるいは図示しない周辺回路トランジスタなどの各ゲート電極を覆うように形成されている。
シリコン酸化膜4中を上下に貫通するようにビット線コンタクトCBのコンタクトプラグ5が複数形成されている。コンタクトプラグ5は、たとえばタングステン(W)膜などの導電性材料により構成されており、下端部はシリコン基板1の活性領域3の上面に接触してオーミックコンタクトを形成している。シリコン酸化膜4およびコンタクトプラグ5の上面は平坦に形成されている。シリコン酸化膜4の上面には加工ストッパとしてのシリコン窒化膜6が形成されていると共にその上面に埋め込み用絶縁膜としてのシリコン酸化膜7が積層形成されている。シリコン酸化膜7は、たとえばプラズマCVD法により形成されたTEOS酸化膜などである。
シリコン窒化膜6およびシリコン酸化膜7には、コンタクトプラグ5の位置に対応して配線溝パターンが形成されており、その内部にバリアメタル層8および銅(Cu)層9からなる導体膜が埋め込まれて第1および第2の埋め込み配線10a、10bが形成されている。バリアメタル層8は、チタン/窒化チタン(Ti/TiN)膜の積層構造で配線溝パターンの内面に沿って薄く形成されている。第1および第2の埋め込み配線10a、10bは、周期的且つ交互に配置形成されたビット線BL1、BL2に対応して形成されたものである。
第1の埋め込み配線10aは、底面から上面にわたって同じ幅寸法Daで形成されており、コンタクトプラグ5の上面の幅とほぼ同じ矩形状の断面を有する。第2の埋め込み配線10bは、底面の幅寸法が第1の埋め込み配線10aの幅寸法Daとほぼ同じであり、上面の幅寸法DbはDaよりも大きく形成され、両側面が上部に向かって開くようにテーパ形状をなす台形状の断面を有する。
上記構成によれば、第2の埋め込み配線10bについては、上部において第1の埋め込み配線10aよりも配線幅が広く形成されているが、下部では両者がほぼ同じ寸法の配線幅となるように形成されている。これにより、第2の埋め込み配線10bは、電流が流れる方向の断面積が第1の埋め込み配線10aの断面積に比べて若干大きくなり、配線抵抗では若干小さくなる。
また、第2の埋め込み配線10bの幅寸法については、底面部の幅寸法をDaよりも小さくし、上面部の幅寸法をDaより大きくするように形成できる。これにより、第1の埋め込み配線10aと第2の埋め込み配線10bとの断面積をほぼ同じとなるように設定することができ、両者の配線抵抗をほぼ同じ程度に形成することもできる。
次に、上記構成を製造する場合の製造工程について図4〜図11も参照して説明する。
図4は、図3と同じ部分で切断した場合の製造工程の一段階を示す模式的な断面図である。また、簡単のため、図4以降では、第1および第2の埋め込み配線10a、10bを形成する部分に関係した構成部分を中心に示し、シリコン基板1に係る部分の表示を省略している。
まず、図4に示しているように、シリコン酸化膜4およびコンタクトプラグ5の構成の上に、加工ストッパ膜としてのシリコン窒化膜6をプラズマCVD法により30nm程度の膜厚で形成する。続いて、シリコン窒化膜6の上面に埋め込み用絶縁膜としてのシリコン酸化膜7をプラズマCVD法により100nm程度の膜厚で形成する。さらに、シリコン酸化膜7の上面に芯材用膜としてのシリコン窒化膜11をプラズマCVD法により150nm程度の膜厚で形成する。
次に、図5に示すように、フォトリソグラフィ処理により、最終的に形成するL/S(ラインアンドスペース)パターンの幅に対して2倍の幅のL/Sパターンでレジストパターン12を形成する。レジストパターン12の幅寸法とスペースの幅寸法は共にD1(例えば64nm)である。
次に、図6に示すように、レジストパターン12をマスクとしてドライエッチングプロセスによりシリコン窒化膜11をエッチング加工すると共に、スリミング(slimming)処理を行って芯材パターン11aを形成する。スリミング処理では、パターニングされたシリコン窒化膜11を等方的にエッチング処理することで横方向の寸法つまり幅寸法を半分程度に小さくする加工である。これにより、芯材パターン11aは、レジストパターン12の幅寸法D1よりも小さい幅寸法D2(例えば32nm程度)となり、芯材パターン11a間のスペース寸法はD1よりも大きい幅寸法D3(例えば96nm程度)となる。芯材パターン11aの幅寸法D2に対してスペース寸法D3は3倍程度の寸法となっている。なお、芯材パターン11aの下地となっているシリコン酸化膜7は芯材パターン11aのエッチングに伴い、露出部分が芯材パターン11aの底面よりも若干掘り下げられた状態に形成される。
次に、図7に示すように、芯材パターン11aの上面および側面と芯材パターン11a間に露出しているシリコン酸化膜7の上面に、たとえば芯材パターン11aの幅寸法D2よりも若干薄い膜厚(例えば29nm程度)の非晶質シリコン膜13をLP−CVD(low pressure chemical vapor deposition)法によりライナー状に形成する。
この後、図8に示すように、ドライエッチングプロセス(RIE;reactive ion etching)により非晶質シリコン膜13をスペーサ状に加工する。これにより、各芯材パターン11aの両側面に一対のマスクパターン13a、13aが形成される。ここで、芯材パターン11aに対向した一対のマスクパターン13a、13a部分(以下、ペア部と称する)に関し、マスクパターン13a、13a底面部での両者の間のスペースの寸法は芯材パターン11aの幅寸法であるD2となる。これに対して、芯材パターン11aが存在しない部分の一対のマスクパターン13a、13a部分(以下、隣接部と称する)で、隣接するマスクパターン13a、13aの底面部間のスペースの寸法はD2よりも大きいD5である。なお、マスクパターン13aは、底部から上部にかけての部分での幅寸法は形成時の膜厚D4とほぼ同じであるが、上端部では、芯材パターン11aと反対側の面において丸みを帯びた形状に形成されている。
次に、図9に示すように、燐酸などの剥離液によりシリコン窒化膜からなる芯材パターン11aを除去する。これにより、独立したマスクパターン13aが形成される。また、この状態では、マスクパターン13aは、所定間隔で周期的に形成されると共に、隣接するもの同士で、垂直な面同士が向かい合い、上端部に丸みを帯びた部分を有する面同士が向かい合う状態に形成されている。
そして、マスクパターン13aの垂直な面同士が向かい合うペア部Paは、底面部から開口部までほぼ同じ寸法D2の間隔(スペース)を有し、マスクパターン13aの上端部に丸みを有する面同士が向かい合う隣接部Ajは、底面部のスペースの寸法D5は寸法D2よりもやや大きく、上端部ではさらに間口が広がった状態に形成されている。
この後、図10に示すように、ドライエッチングプロセス(RIE)によりシリコン酸化膜7およびシリコン窒化膜6を溝加工する。このとき、エッチング条件としては、エッチングによる堆積物(デポ物)が付着しやすい条件を採用している。これにより、エッチングが開始されると、シリコン酸化膜7の隣接部Aj側では間口(マスクパターン間隔)が広い分だけエッチングの堆積物が底面部に多く付着するようになるので、エッチングが進行すると、堆積物が多い隣接部Ajでは溝幅の寸法が狭くなっていき、シリコン酸化膜7の壁面(溝の側面)は上端部においてマスクパターン13aと同様丸みを帯びた形状となる一方、上端部から底面部にかけてマスクパターン13aよりも傾斜した面(テーパ面)となる。
この結果、シリコン酸化膜7は、ペア部Paではほぼ垂直にエッチングされるが、隣接部Ajにおいては底面部に至るテーパ面を有する形状にエッチングされ、これにより配線溝パターン7aが形成される。テーパ面が形成されたことに伴い、底面部にかけてシリコン酸化膜7の幅寸法は若干大きくなり、隣接部Ajの幅寸法は狭められ、溝底部ではペア部Paにおける溝幅、隣接部Ajにおける溝幅およびシリコン酸化膜7の各幅寸法は、ほぼD2で等しくなるように形成される。
次に、図11に示すように、配線溝パターン7a内にスパッタ法によりチタン/窒化チタン(Ti/TiN)積層膜から構成されるバリアメタル層8を形成し、さらにめっき法により銅(Cu)層9を形成し、その後、CMP(chemical mechanical polishing)法を用いて平坦化を行って図示の状態に形成する。このとき、CMP法による平坦化の処理で、銅層9およびバリアメタル層8は配線溝パターン7aよりも上部に堆積形成された部分が除去されると共に、配線溝パターン7aを構成するシリコン酸化膜7の上部の少なくとも丸みを帯びて形成された部分を所定高さまで除去している。
この結果、第1の埋め込み配線10aがペア部Paに形成され、第2の埋め込み配線10bが隣接部Ajに形成される。第1の埋め込み配線10aは、ペア部Paに形成されているので、上面の幅寸法と底面の幅寸法はほぼ同じ寸法Daとなる。第2の埋め込み配線10bは、隣接部Ajに形成されているので、配線溝パターン7aがテーパ面となっていたことから、上部において広い幅寸法Dbに形成され、底面ではほぼ寸法Daとなるようにテーパ面を有する形状に形成されている。
このような本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
側壁転写技術を用いて微細なL/Sパターンを形成する場合の配線溝パターン7aとして、隣接部Ajでの溝の幅寸法がペア部Paの幅寸法より上部で実質的に大きくなる構成とした。これにより、スパッタ法によるバリアメタル層8の形成時に丸みを帯びた形状部分などにいわゆるオーバーハングが形成されても、その後の銅層9の形成に悪影響を与えるのを抑制でき、銅層9をめっき法などにより形成する場合に、隣接部Aj内への埋め込み性を向上できる。
この点、隣接部における配線溝パターンの幅寸法が狭い場合には、バリアメタル層の形成時に上記したオーバーハングが発生すると、間口を狭めてしまい、結果として銅層のめっき処理では隣接部の内部にボイドが発生するなどの埋め込み不良となるおそれがあったが、本実施形態を採用することによりこのような不良の発生を極力抑制できる。
また、本実施形態においては、上記効果に加えて、配線溝パターン7aの形状として、隣接部Ajの上部の間口部分では幅寸法を広げ、底面部ではペア部Paとほぼ同じ寸法D2としているので、第1および第2の埋め込み配線10a、10bを形成したときに、コンタクトプラグ5との接触面積の点では同等となるので、コンタクト抵抗のばらつきの発生を抑制できる。このことは、リソグラフィ処理において合わせずれが生じた場合でも、コンタクト抵抗のばらつき抑制効果があり、且つ、隣接するコンタクトプラグ5との間の絶縁距離においても同等であるので、工程能力の低下を招くこともない。
なお、前述したように、第2の埋め込み配線10bの幅寸法については、上面部の幅寸法をDaより大きいDcに、底面部の幅寸法をDaよりも小さいDdとなるように形成できる。図12はその構成を示すもので、これにより、第1の埋め込み配線10aと第2の埋め込み配線10bとの断面積をほぼ同じとなるように設定することができ、両者の配線抵抗を同じ程度に形成することもできる。また、この構成においても、第1および第2の埋め込み配線10a、10bの各底面部と隣接するコンタクトプラグ5との関係は絶縁距離を短くすることはないので、工程能力の低下を招くことはない。
また、本実施形態では、非晶質シリコン膜13を従来の工程で採用している膜厚すなわちペア部Paの間隔寸法よりも小さい膜厚で形成している。これによって、バリアメタル層8を形成した後の銅層9の形成工程では、ペア部Paでの埋め込み性を良好にすることができ、且つ、隣接部Ajではペア部Paに比べて6nm程度広くなっていることで、同等の埋め込み性を得られている。
一方、隣接部Ajでの埋め込み性を確保する条件としては、芯材パターン11aの幅寸法をD2よりも小さく設定し、マスク用膜である非晶質シリコン膜13の膜厚を従来の工程で採用している膜厚D2とすることもできる。これによってもシリコン酸化膜7をエッチング加工する際に、隣接部Ajのマスクパターン間寸法をペア部Paのマスクパターン間寸法よりも大きく設定することができる。
マスクパターン13aの形成工程では、底部から上部にかけての部分での幅寸法は形成時の膜厚D4とほぼ同じとなるようにしたが、テーパ面が形成されるエッチング条件を選ぶこともできる。この場合には、マスクパターン13aの下部の傾斜角度を配線溝パターン7aの下部のテーパ面の傾斜角度よりも大きくなる条件とすれば良い。
さらに、本実施形態では、芯材パターン11aの形成においてレジストパターン12をマスクとして用いたが、シリコン窒化膜11の上に芯材パターン形成用のハードマスクとして非晶質シリコン膜を形成し、レジストパターン12をマスクとして非晶質シリコン膜を加工してハードマスクを形成し、スリミング処理を行った上で、これを芯材パターン形成用のマスクとして用いる工程を採用しても良い。
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
埋め込み用絶縁膜、芯材用膜、マスク用膜は、RIE法によるエッチング処理で互いに選択的にエッチング可能な膜として機能するものであればよい。例えば、実施形態に示したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、非晶質シリコン膜からそれぞれにいずれかを割り当てて使用することができる。
コンタクトプラグ5は、一列に配列された構成の場合で説明したが、1個置きに互い違いに配置される構成(千鳥配置)の半導体装置にも適用できる。
コンタクトプラグ5に接続する埋め込み配線10a、10bに適用したが、他の配線層にも適用できる。
対象となるデバイスは、NAND型フラッシュメモリ装置以外に、NOR型フラッシュメモリあるいはSRAM、RAMなど各種のメモリデバイスのように微細化が要求される配線層を有する構成の半導体装置全般に適用できる。
図面中、1はシリコン基板(半導体基板)、7はシリコン酸化膜(埋め込み用絶縁膜)、8はバリアメタル層、9は銅層、10aは第1の埋め込み配線、10bは第2の埋め込み配線、11はシリコン窒化膜(芯材用膜)、11aは芯材パターン、13は非晶質シリコン膜(マスク用膜)、13aはマスクパターンである。

Claims (3)

  1. 半導体基板上に埋め込み用絶縁膜、芯材用膜を順次積層形成する工程と、
    前記芯材用膜を加工して芯材パターンを形成する工程と、
    前記芯材パターンの上面および側面並びに前記芯材パターン間に露出している前記埋め込み用絶縁膜の上面に沿うように所定膜厚のマスク用膜を形成する工程と、
    前記マスク用膜を異方性エッチングにより前記芯材パターンの上面が露出するまで加工してマスクパターンを形成する工程と、
    前記マスクパターン間に上面が露出した前記芯材パターンを除去する工程と、
    前記芯材パターンを除去した後前記マスクパターンをマスクとして前記埋め込み用絶縁膜をエッチングして配線溝パターンを形成する工程と、
    前記配線溝パターン内に導体膜を埋め込み形成して埋め込み配線を形成する工程とを備え、
    前記マスクパターンを形成する工程では、前記芯材パターンを挟んで対向する一対のマスクパターン部分に相当するペア部のマスクパターン底面部での間隔に対して、前記芯材パターンが形成されていない部分を挟んで対向する一対のマスクパターン部分に相当する隣接部のマスクパターン底面部での間隔が大きくなるように前記マスクパターンを形成し、
    前記配線溝パターンを形成する工程では、
    前記ペア部と隣接部のうち隣接部で溝幅の寸法が上部から下部にかけて小さくなるように前記埋め込み用絶縁膜をエッチングして、前記隣接部における配線溝パターンの側面が上部から底面部にかけて傾斜するテーパ面となる前記配線溝パターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記配線溝パターンを形成する工程では、
    前記隣接部における配線溝パターンを、前記テーパ面下部の傾斜角度が前記マスクとしてのマスクパターンの下部側面の傾斜角度よりも小さくなるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記埋め込み配線を形成する工程では、
    前記ペア部に形成する第1の埋め込み配線の底面の幅寸法に対して前記隣接部に形成する第2の埋め込み配線の底面の幅寸法が同じもしくは小さくなるように前記埋め込み配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP2009082060A 2009-03-30 2009-03-30 半導体装置の製造方法 Active JP4901898B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009082060A JP4901898B2 (ja) 2009-03-30 2009-03-30 半導体装置の製造方法
US12/729,804 US8592978B2 (en) 2009-03-30 2010-03-23 Method of fabricating semiconductor device and the semiconductor device
US14/059,124 US20140042626A1 (en) 2009-03-30 2013-10-21 Method of fabricating semiconductor device and the semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009082060A JP4901898B2 (ja) 2009-03-30 2009-03-30 半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010238719A JP2010238719A (ja) 2010-10-21
JP4901898B2 true JP4901898B2 (ja) 2012-03-21

Family

ID=42783108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009082060A Active JP4901898B2 (ja) 2009-03-30 2009-03-30 半導体装置の製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US8592978B2 (ja)
JP (1) JP4901898B2 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4901898B2 (ja) * 2009-03-30 2012-03-21 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
FR2960700B1 (fr) * 2010-06-01 2012-05-18 Commissariat Energie Atomique Procede de lithographie pour la realisation de reseaux de conducteurs relies par des vias
US8598032B2 (en) * 2011-01-19 2013-12-03 Macronix International Co., Ltd Reduced number of masks for IC device with stacked contact levels
US9977855B2 (en) 2011-09-14 2018-05-22 Toshiba Memory Corporation Method of wiring layout, semiconductor device, program for supporting design of wiring layout, and method for manufacturing semiconductor device
US9953126B2 (en) 2011-09-14 2018-04-24 Toshiba Memory Corporation Method of wiring layout, semiconductor device, program for supporting design of wiring layout, and method for manufacturing semiconductor device
US8778794B1 (en) * 2012-12-21 2014-07-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Interconnection wires of semiconductor devices
JP6366412B2 (ja) * 2014-08-01 2018-08-01 キヤノン株式会社 パターン形成方法
KR102339781B1 (ko) 2014-12-19 2021-12-15 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN111341725B (zh) * 2018-12-19 2022-09-13 联华电子股份有限公司 半导体图案的制作方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6297084B1 (en) * 1998-09-03 2001-10-02 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor memory
US6071789A (en) * 1998-11-10 2000-06-06 Vanguard International Semiconductor Corporation Method for simultaneously fabricating a DRAM capacitor and metal interconnections
JP4335490B2 (ja) * 2000-04-14 2009-09-30 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2001319928A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置およびその製造方法
JP3805603B2 (ja) * 2000-05-29 2006-08-02 富士通株式会社 半導体装置及びその製造方法
US7611944B2 (en) * 2005-03-28 2009-11-03 Micron Technology, Inc. Integrated circuit fabrication
US7262053B2 (en) * 2005-06-21 2007-08-28 Micron Technology, Inc. Terraced film stack
US7291560B2 (en) 2005-08-01 2007-11-06 Infineon Technologies Ag Method of production pitch fractionizations in semiconductor technology
KR100752674B1 (ko) 2006-10-17 2007-08-29 삼성전자주식회사 미세 피치의 하드마스크 패턴 형성 방법 및 이를 이용한반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법
KR100812239B1 (ko) * 2006-10-19 2008-03-10 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP4621718B2 (ja) 2007-09-10 2011-01-26 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP2009177069A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US8222159B2 (en) * 2008-08-25 2012-07-17 Elpida Memory, Inc. Manufacturing method of semiconductor device
JP4901898B2 (ja) * 2009-03-30 2012-03-21 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20100244257A1 (en) 2010-09-30
JP2010238719A (ja) 2010-10-21
US20140042626A1 (en) 2014-02-13
US8592978B2 (en) 2013-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4901898B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US9613967B1 (en) Memory device and method of fabricating the same
JP2008078298A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4468408B2 (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
US8058734B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2008283045A (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2009010011A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2012199381A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2006303009A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2010080853A (ja) 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
US7928494B2 (en) Semiconductor device
KR20210049231A (ko) 반도체 메모리 소자 및 이의 제조 방법
JP2013051415A (ja) 半導体素子及びその製造方法
JP2008205379A (ja) 不揮発性半導体メモリ及びその製造方法
JP2009289813A (ja) 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JP2009049235A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2003023108A (ja) 増加されたアラインメントマージンを有する自己整列コンタクトパッドを具備した集積回路デバイス及びその製造方法
KR20100008942A (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP2007281200A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2010109183A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2008192891A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2008098503A (ja) 半導体装置およびその製造方法
TWI802997B (zh) 半導體結構及其製造方法
JP2008218638A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2006114550A (ja) 半導体装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110328

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110830

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111031

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111206

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111227

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4901898

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150113

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350