(57)【要約】      （修正有）【課題】少ない工程により信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置の製造が可能な製造方法を提供する。【解決手段】NAND型不揮発性半導体記憶装置のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線の一連の加工において、層間絶縁膜209中にストッパ膜としてシリコン窒化膜202を形成することで、ビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔とビット線配線溝の一括加工が可能となること、ビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔とビット線配線溝へのプラグ用メタルと配線用メタルの一括埋め込みが可能となること、またビット線配線溝加工でのリソグラフィ技術のレジスト塗布膜厚の安定性が向上すること、またビット線配線溝加工での溝深さの制御性が向上することを特徴としている。【選択図】図２６
2005150336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された複数の不揮発性半導体記憶素子が形成された素子領域及びその周辺領域の表面に第一層間絶縁膜を形成する工程と、この第一層間絶縁膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、そのシリコン窒化膜を加工しビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔のハードマスクを形成する工程と、このハードマスクを介してビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔およびビット線配線溝を同時に形成する工程と、これらのビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔およびビット線配線溝に配線用メタルを同時に埋め込む工程とを備えたことを特徴とするNAND型不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜上に第二層間絶縁膜を形成する工程と、この第二層間絶縁膜上にビット線配線溝用レジストマスクを形成する工程とをさらに備え、このビット線配線溝用レジストマスクを介して前記ビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔およびビット線配線溝を同時に形成するとともに、これらのビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔およびビット線配線溝に配線用メタルを同時に埋め込むことを特徴とする請求項１記載のNAND型不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関し、特にNAND型不揮発性半導体記憶装置におけるコンタクト孔あるいはメタル配線層の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１〜図１７は、従来の不揮発性半導体記憶装置のゲート配線加工以降におけるプロセス、すなわち、ビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線加工方法について、工程断面を用いて説明する。
【０００３】
まず、図１に示すように、半導体シリコン基板(101)上のビット線コンタクト孔形成部には、複数個の不揮発性記憶素子が形成されており、これらの表面にはゲート配線を覆うシリコン窒化膜(102)が形成されている。ここで、各不揮発性記憶素子は、ゲート配線マスク用酸化膜(103)、ゲート配線用タングステン-シリコン反応膜(104)、ゲート配線用リン添加ポリシリコン(105)、ポリシリコン間酸化膜(106)、フローティングゲート配線用リン添加ポリシリコン(107)およびゲート絶縁酸化膜(108)により構成されている。シリコン窒化膜(102)は、周辺コンタクト孔形成部の半導体シリコン基板(101)表面上にも形成されている。このように、シリコン窒化膜(102)で覆われたビット線コンタクト孔形成部および周辺コンタクト孔形成部の表面には、CVD技術を用いて、BPSGなどのリフロー性の酸化膜をリフローし、第一の層間絶縁膜(109)を形成する。
【０００４】
次に図2のように、ゲート配線を覆うシリコン窒化膜(102)をストッパとし、CMP技術を用いて平坦化を行う。次に図3に示すように、CVD技術を用いてTEOSなどの酸化膜(110)を第二の層間絶縁膜として形成する。次に図4に示すように、レジスト(111)に対してリソグラフィ技術を用いてビット線コンタクト孔をパターニングする。次に図5に示すように、パターンレジスト(111)をマスクにし、ドライエッチング技術を用いて層間絶縁膜(110)(109)を加工する。次に図6に示すように、アッシング技術を用い、パターンレジスト(111)を剥離する。次に図7に示すように、ドライエッチング技術を用いてコンタクト孔底のシリコン窒化膜(102)を除去加工する。次に図8のように、CVD技術を用いてリン添加ポリシリコン(112)を形成する。次に図9に示すように、ドライエッチング技術を用いてリン添加ポリシリコン(112)のエッチバックを行う。次に図10に示すように、リソグラフィ技術を用いてレジスト(113)に対して周辺コンタクト孔をパターニングする。次に図11に示すように、パターンレジスト(113)をマスクにし、ドライエッチング技術を用いて周辺コンタクト部の層間絶縁膜(110)(109)を加工する。次に図12に示すように、アッシング技術を用い、パターンレジスト(113)を剥離する。次に図13に示すように、リソグラフィ技術を用いてレジスト(114)にてビット線配線をパターニングする。次に図14に示すようにパターンレジスト(114)をマスクにし、ドライエッチング技術を用いて層間絶縁膜(110)を加工する。次に図15に示すように、アッシング技術を用い、パターンレジスト(114)を剥離する。次に図16に示すように、スパッタ技術を用いてTiなどのバリアメタル(115)とWなどのプラグ＋配線用メタル(116)を形成する。次に図17に示すように、CMP技術を用いて層間絶縁膜(110)上のバリアメタル(115)とプラグおよび配線用メタル(116)を除去する。
【０００５】
このような工程を経てビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線製造工程においては、ビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線加工およびプラグと配線の埋め込みが個別に行われ、工程数が多くなっている。また、ビット線配線溝加工でのリソグラフィ技術を用いる際、周辺コンタクト孔へのレジスト流れ込みにより、レジスト膜厚が不安定となり、リソグラフィ技術の安定性が低下する。また、ビット線配線溝加工でのドライエッチング技術を用いる際、ストッパ膜が無いため、溝深さが不安定となり、配線抵抗などの安定性が低下する。
【０００７】
本発明はかかる従来の製造装置の問題点を改善し、少ない工程により信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置の製造が可能な製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のNAND型不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上に形成された複数の不揮発性半導体記憶素子が形成された素子領域及びその周辺領域の表面に第一層間絶縁膜を形成する工程と、この第一層間絶縁膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、そのシリコン窒化膜を加工しビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔のハードマスクを形成する工程と、このハードマスクを介してビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔およびビット線配線溝を同時に形成する工程と、これらのビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔およびビット線配線溝に配線用メタルを同時に埋め込む工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第一層間膜上にシリコン窒化膜を形成し、予めビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔のハードマスクを形成しておくことで、ビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔とビット線メタル配線の一括加工、およびプラグ付配線用メタルの一括埋め込みが可能となり、従来の技術よりも加工工程数が減少する。
【００１０】
また従来技術ではリソグラフィ技術によるビット線配線のパターニングの際、レジストが周辺コンタクトに流れ込み、レジスト膜厚が不安定になる問題があったが、本発明では一括加工によりレジストの流れ込みが回避され、リソグラフィ技術の安定性が向上する。
【００１１】
さらに、従来技術ではビット線配線加工の際、酸化膜のみをドライエッチングするため配線溝深さが不安定になる問題があったが、本発明ではシリコン窒化膜がストッパ膜となり、配線溝深さの安定性すなわち配線抵抗の安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の実施形態につき、図18〜図30を用いて説明する。図18〜図30は、不揮発性半導体記憶装置におけるビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線の加工方法を示す、断面工程図である。
【００１３】
まず、図18に示すように、半導体シリコン基板(201)上のビット線コンタクト孔形成部には、複数個の不揮発性記憶素子が形成されており、これらの表面にはゲート配線を覆うシリコン窒化膜(202)が形成されている。ここで、各不揮発性記憶素子は、ゲート配線マスク用酸化膜(203)、ゲート配線用タングステン-シリコン反応膜(204)、ゲート配線用リン添加ポリシリコン(205)、ポリシリコン間酸化膜(206)、フローティングゲート配線用リン添加ポリシリコン(207)およびゲート絶縁酸化膜(208)により構成されている。シリコン窒化膜(202)は、周辺コンタクト孔形成部の半導体シリコン基板(201)表面上にも形成されている。このように、シリコン窒化膜(202)で覆われたビット線コンタクト孔形成部および周辺コンタクト孔形成部の表面には、CVD技術を用いて、BPSGなどのリフロー性の酸化膜をリフローし、第一の層間絶縁膜(209)を形成する。この第一の層間絶縁膜(209)は、図19に示すように、CMP技術を用いてゲート配線を覆うシリコン窒化膜(202)の表面が露出するまで除去される。
【００１４】
次に図20のようにCVD技術を用いてシリコン窒化膜(210)を形成する。次に図２1のようにリソグラフィ技術を用いてレジスト(211)により、ビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔をパターニングする。次に図22のようにパターンレジスト(211)をマスクにして、ドライエッチング技術を用いてシリコン窒化膜(210)を除去加工する。次に図２3のようにアッシング技術を用いパターンレジスト(211)を剥離する。次に図２4のようにCVD技術を用いてTEOSなどの酸化膜(212)を形成する。次に図２5のようにリソグラフィ技術を用いてレジスト(213)により、ビット線配線をパターニングする。次に図２6のようにパターンレジスト(213)をマスクにしドライエッチング技術を用いて層間絶縁膜(212)(209)を加工する。次に図２7のようにアッシング技術を用いパターンレジスト(213)を剥離する。次に図２8のようにドライエッチング技術を用いてコンタクト孔底のシリコン窒化膜(202)を除去加工する。次に図２9のようにスパッタ技術を用いてTiなどのバリアメタル(214)とWなどのプラグ＋配線用メタル(215)を形成する。次に図30のようにCMP技術を用いて層間絶縁膜(212)上のバリアメタル(214)とプラグ付配線用メタル(215)を除去する。このような工程を経てビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線が形成される。
【００１５】
このような本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法によれば、ビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔を一度にパターニングし、シリコン窒化膜のみを加工しておく。その上に第二の層間膜を形成し、ビット線配線溝をパターニングし、層間絶縁膜に用いている酸化膜をエッチングしていく。酸化膜に対してシリコン窒化膜はエッチングされ難い特徴があるため、シリコン窒化膜までエッチングした時点で、ビット線配線溝深さが決まる。そのままエッチングを続けていくと、シリコン窒化膜には予めビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔がパターニングされているため、それをマスクとしてビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔が形成される。このように、予めシリコン窒化膜を加工し、層間膜中においておくことで、ビット線コンタクト孔と周辺コンタクト孔とビット線配線溝が一括で形成される。加工部へのプラグ＋配線用メタルも一括で埋め込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図３】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図４】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図５】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図６】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図７】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図８】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図９】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１０】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１１】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１２】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１３】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１４】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１５】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１６】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１７】従来のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１８】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図１９】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２０】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２１】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２２】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２３】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２４】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２５】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２６】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２７】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２８】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図２９】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【図３０】本発明のビット線コンタクト孔、周辺コンタクト孔、ビット線メタル配線形成の製造方法を説明する断面工程図。
【符号の説明】
【００１７】
(101) 半導体シリコン基盤、
(102) ゲート配線保護シリコン窒化膜、
(103) ゲート配線マスク用酸化膜、
(104) ゲート配線用タングステン-シリコン反応膜、
(105) ゲート配線用リン添加ポリシリコン、
(106) ポリシリコン間酸化膜、
(107) フローティングゲート配線用リン添加ポリシリコン、
(108) ゲート絶縁酸化膜、
(109) 第一層間絶縁酸化膜、
(110) 第二層間絶縁酸化膜、
(111) ビット線コンタクト孔パターンレジスト、
(112) ビット線コンタクトプラグ用リン添加ポリシリコン、
(113) 周辺コンタクト孔パターンレジスト、
(114) ビット線配線パターンレジスト、
(115) 埋め込みプラグ+配線用バリアメタル、
(116) 埋め込みプラグ+配線用メタル
(201) 半導体シリコン基盤、
(202) ゲート配線保護シリコン窒化膜、
(203) ゲート配線マスク用酸化膜、
(204) ゲート配線用タングステン-シリコン反応膜、
(205) ゲート配線用リン添加ポリシリコン、
(206) ポリシリコン間絶縁膜、
(207) フローティングゲート配線用リン添加ポリシリコン、
(208) ゲート絶縁酸化膜、
(209) 第一層間絶縁酸化膜、
(210) ストッパ用シリコン窒化膜、
(211) ビット線コンタクト孔および周辺コンタクト孔パターンレジスト、
(212) 第二層間絶縁酸化膜、
(213) ビット線配線パターンレジスト、
(214) 埋め込みプラグおよび配線用バリアメタル、
(215) 埋め込みプラグおよび配線用メタル
【図１】
2005150336.tif 000003
【図２】
2005150336.tif 000004
【図３】
2005150336.tif 000005
【図４】
2005150336.tif 000006
【図５】
2005150336.tif 000007
【図６】
2005150336.tif 000008
【図７】
2005150336.tif 000009
【図８】
2005150336.tif 000010
【図９】
2005150336.tif 000011
【図１０】
2005150336.tif 000012
【図１１】
2005150336.tif 000013
【図１２】
2005150336.tif 000014
【図１３】
2005150336.tif 000015
【図１４】
2005150336.tif 000016
【図１５】
2005150336.tif 000017
【図１６】
2005150336.tif 000018
【図１７】
2005150336.tif 000019
【図１８】
2005150336.tif 000020
【図１９】
2005150336.tif 000021
【図２０】
2005150336.tif 000022
【図２１】
2005150336.tif 000023
【図２２】
2005150336.tif 000024
【図２３】
2005150336.tif 000025
【図２４】
2005150336.tif 000026
【図２５】
2005150336.tif 000027
【図２６】
2005150336.tif 000028
【図２７】
2005150336.tif 000029
【図２８】
2005150336.tif 000030
【図２９】
2005150336.tif 000031
【図３０】
2005150336.tif 000032