JPH0855920A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0855920A
JPH0855920A JP6191534A JP19153494A JPH0855920A JP H0855920 A JPH0855920 A JP H0855920A JP 6191534 A JP6191534 A JP 6191534A JP 19153494 A JP19153494 A JP 19153494A JP H0855920 A JPH0855920 A JP H0855920A
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JP
Japan
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film
mask material
polycrystalline silicon
material film
mask
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JP6191534A
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Inventor
Riichiro Shirata
理一郎 白田
Tetsuo Endo
哲郎 遠藤
Seiichi Aritome
誠一 有留
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PEPで決まる最小ピッチよりも狭いピッチ
のライン&スペース・パターンを形成することができ、
素子の微細化及び高集積化に寄与し得る半導体装置の製
造方法を提供すること。 【構成】 半導体基板上に複数本の平行なストライプ状
の導電膜パターンを有する半導体装置の製造方法におい
て、シリコン基板11上にゲート絶縁膜14を介して多
結晶シリコン膜15を形成した後、多結晶シリコン膜1
5上にCVDシリコン酸化膜16を形成し、次いで酸化
膜16をストライプ状にパターン加工し、次いで多結晶
シリコン膜15及び酸化膜16上にCVDシリコン窒化
膜19を形成し、次いで窒化膜19を全面エッチングし
ストライプ状パターンの側壁部のみに残し、次いで酸化
膜16を除去したのち、窒化膜19をマスクに多結晶シ
リコン膜15を選択エッチングすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特にNANDセル型EEPROMの制御ゲー
ト等のような微小ピッチのストライプ状パターンを有す
る素子の製造に適した半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電気的書替え可能でかつ高集積化
可能なEEPROMとして、複数のメモリセルを直列接
続してNANDセルを構成するものが知られている。図
8はその様なEEPROMの1つのNANDセルを示す
平面図であり、図9(a)(b)はそれぞれ図8のA−
A′及びB−B′断面を示す。p型シリコン基板(又は
n型シリコン基板にp型ウェルが形成されたウェハ)1
の素子分離絶縁膜2で囲まれた領域にこの例では、8個
のメモリセルM1〜M8と2つの選択ゲート・トランジ
スタS1,S2を持つNANDセルが配列形成されてい
る。
【0003】NANDセルを構成するメモリセルは、基
板1上に熱酸化膜からなる第1ゲート絶縁膜3を介して
第1層多結晶シリコン膜による浮遊ゲート4(41 ,4
2 ,…)が形成され、さらに酸化膜からなる第2ゲート
絶縁膜5を介して第2層多結晶シリコン膜による制御ゲ
ート6(61 ,62 ,…)が形成されている。選択ゲー
ト・トランジスタS1,S2のゲート絶縁膜はゲート絶
縁膜5と同時に形成され、それらのゲート電極81 ,8
2 は制御ゲート6と同時に形成されている。各メモリセ
ルの制御ゲート6は行方向に連続的に形成されてワード
線となる。各メモリセル間は、ソース,ドレインとなる
n型拡散層7が形成されて、ソース,ドレインを隣接す
るもの同士で共用する直列接続されて、NANDセルが
構成されている。
【0004】この様なNANDセルを形成するに当り、
浮遊ゲートと制御ゲートとは自己整合的にパターン形成
される。その工程を簡単に説明すれば、まず基板上に第
1ゲート絶縁膜を介して第1層多結晶シリコン膜を堆積
する。この第1層多結晶シリコン膜に、ワード線方向に
並ぶメモリセルの浮遊ゲートを分離するため、素子領域
に位置する分離溝を形成した後、その上に第2ゲート絶
縁膜を介して第2層多結晶シリコン膜を堆積する。そし
てPEP工程によりレジストパターンを形成して、これ
をマスクとして反応性イオンエッチング法により、第2
層多結晶シリコン膜、第2ゲート絶縁膜続いて第1層多
結晶シリコン膜を順次選択エッチングして、制御ゲート
及び浮遊ゲートを分離形成する。
【0005】このNANDセル型EEPROMの書込
み、消去の動作は、基板1と浮遊ゲート4間のトンネル
電流による電荷の授受により行われる。例えば一括消去
の方法は、全てのメモリセルの制御ゲート及び選択ゲー
トに高電位を印加し、NANDセルのドレインに繋がる
ビット線及びNANDセルの共通ソース線を接地する。
これにより、全てのメモリセルで基板から浮遊ゲートに
電子が注入され、しきい値が正方向に移動した状態
“1”が得られる。書込みは、ソース側のメモリセルM
8から順に行われる。
【0006】まず、メモリセルM8の制御ゲートと共有
ソース及びソース側選択ゲートを接地し、残りの制御ゲ
ートとドレイン(即ちビット線)に光電位を印加する。
これにより、ビット線の高電位はメモリセルM8のドレ
インまで伝達され、このメモリセルM8で浮遊ゲートの
電子がドレイン拡散層に放出されてしきい値が負方向に
移動する。つまり“0”書込みがなされる。以下、メモ
リセルM7,M6,…の順にデータ書き込みがなされ
る。データ読出しは、選択メモリセルの制御ゲート及び
共通ソース線を接地し、残りの制御ゲートと選択ゲート
に電源電位を与えて、電流の有無を検出することにより
行われる。
【0007】このNANDセル型EEPROMは、従来
のNOR型と比べるとコンタクト数が大幅に減少し、高
集積化が可能であるという利点を有する。しかしなが
ら、これをさらに高集積化しようとする場合、まだ問題
が残っている。即ち、制御ゲートと浮遊ゲートはメモリ
セル毎に独立にパターン形成されなければならない。従
って、メモリセル間には必ずスペースが必要であり、こ
の部分に隣接するメモリセルで共用されるソース,ドレ
イン拡散層が形成される。そして、従来の制御ゲートと
浮遊ゲートのパターニング工程では、制御ゲート間ピッ
チはPEP用ステッパの露光技術により決定され、加工
限界以上の微細ピッチを得ることができなかった。
【0008】同様の問題は、制御ゲート型のEEPRO
Mに限らず、MNOS型のメモリセルを用いたNAND
セル型のEEPROMにもある。また、EEPROMに
限らず、チャネルイオン注入等により情報を固定的に書
き込んだMOSトランジスタをメモリセルとする所謂マ
スクROMにおいても、NANDセル構成とする場合に
は同様の問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のN
ANDセル型EEPROMの製造工程では、制御ゲート
間ピッチを十分小さくすることができず、これがさらな
る高集積化を阻害しているという問題があった。また、
上記の問題はEEPROMに限らず、狭いピッチのライ
ン&スペース・パターンを有する各種の半導体装置の製
造に関して同様に言えることである。
【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、通常のリソグラフィ
(PEP)で決まる最小ピッチよりも狭いピッチのライ
ン&スペース・パターンを形成することができ、素子の
微細化及び高集積化に寄与し得る半導体装置の製造方法
を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、半導体基板上に複数本の平行なストライプ状の導
電膜パターンを有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板上に導電膜を形成した後、この導電膜上に第
1のマスク材料膜を形成し、次いで第1のマスク材料膜
をストライプ状にパターン加工し、次いで導電膜及び第
1のマスク材料膜上にこれらとは異なる第2のマスク材
料膜を形成し、次いで第2のマスク材料膜を全面エッチ
ングしストライプ状パターンの側壁部のみに残し、次い
で第1のマスク材料膜を除去したのち、第2のマスク材
料膜をマスクに導電膜を選択エッチングすることを特徴
とする。
【0012】また本発明は、半導体基板上に浮遊ゲート
と制御ゲートを積層した不揮発性メモリセルを複数個直
列接続してNANDセルを構成し、NANDセルを複数
個列形成されて構成される半導体装置の製造方法におい
て、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して浮遊ゲ
ートとなる第1層多結晶シリコン膜を形成し、次いでこ
の第1層多結晶シリコン膜をワード線方向に隣接する素
子間で分離するように加工し、次いで基板全面に第2の
ゲート絶縁膜を介して制御ゲートとなる第2層多結晶シ
リコン膜を形成し、次いで第2層多結晶シリコン膜上に
第1のマスク材料膜を形成し、次いで第1のマスク材料
膜をストライプ状にパターン加工し、次いで基板全面に
第2層多結晶シリコン膜及び第1のマスク材料膜とは異
なる材質の第2のマスク材料膜を形成し、次いで第2の
マスク材料膜を全面エッチングしストライプ状パターン
の側壁部のみに残し、次いで第1のマスク材料膜を除去
したのち、第2のマスク材料膜をマスクに第2多結晶シ
リコン膜,第2ゲート絶縁膜,第1多結晶シリコン膜を
順次エッチングすることを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明によれば、第1のマスク材料膜の側壁に
残す第2のマスク材料膜の幅は通常のPEPで決まる最
小寸法よりも小さくすることができ、さらに隣接する第
2のマスク材料膜間の距離もPEPで決まる最小寸法よ
りも小さくすることができる。従って、第2のマスク材
料膜を用いた導電膜のエッチングにより、導電膜のライ
ン&スペースのピッチを極めて狭くすることができ、こ
れにより半導体装置の高集積化が可能となる。
【0014】特に、NANDセル型EEPROMのゲー
ト加工に適用した場合、ゲート間スペースをPEPによ
る加工限界以下の微細なものとすることができ、従って
NANDセル型EEPROMの高集積化をはかることが
可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、以下の実施例ではEEPROMに適用した
場合を説明するが、本発明はこれに限らず各種の半導体
装置に適用できるのは勿論である。
【0016】図1〜図6は、本発明の第1の実施例に係
わるNANDセル型EEPROMの製造工程を示す図で
ある。なお、これらの図において(a)は断面図、
(b)は平面図である。
【0017】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板11上の素子形成領域の表面に厚さ10nm程度の
熱酸化膜(トンネル酸化膜)12を形成し、その上に浮
遊ゲートとなる第1層多結晶シリコン膜13を堆積す
る。第1層多結晶シリコン膜13には、ワード線方向の
メモリセルの浮遊ゲートを分離形成するための分離溝を
形成する。その後、シリコン熱酸化膜換算で25〜15
nm程度の第2ゲート絶縁膜14を形成し、その上に制
御ゲートとなる第2層多結晶シリコン膜15を堆積す
る。さらにこの上にCVDシリコン酸化膜(又はCVD
シリコン窒化膜)16を堆積形成し、レジストパターン
17をマスクにCVDシリコン酸化膜16をストライプ
状にパターン形成する。このストライプ状パターンは、
例えば線幅を0.3μm、線間隔を1.1μmとする。
【0018】なお、図1(b)は上記の酸化膜16のパ
ターニング後にレジストパターン17を除去した状態を
示している。また、図中の18は素子分離酸化膜で囲ま
れた素子領域を示している。
【0019】次いで、図2(a)に示すように、基板上
の全面にCVDシリコン窒化膜(又CVDシリコン酸化
膜)19を堆積する。その後、図2(b)に示すよう
に、CVDシリコン酸化膜16のストライプパターンの
両端部を覆うようにレジストを21を形成する。また、
この状態における図2(b)の矢視A−A′断面構造を
図3に示す。図中の22は素子分離酸化膜である。
【0020】次いで、図4(a)に示すように、CVD
シリコン窒化膜19を反応性イオンエッチングにより全
面エッチングして、CVDシリコン酸化膜16のストラ
イプパターンの側壁にのみCVDシリコン窒化膜19を
残す。CVDシリコン酸化膜16の側壁に残ったCVD
シリコン窒化膜19の幅は、例えば0.4μmとする。
ここで、図4(b)に示すように、前記レジスト21に
より覆われた部分のCVDシリコン窒化膜19も残るこ
とになる。
【0021】次いで、CVDシリコン酸化膜16をエッ
チング除去したのち、図5(a)に示すように、全面に
フォトレジスト23を塗布する。そして、これを露光描
画して、図5(b)に示すように、レジスト23に開口
部24を形成する。続いて、レジストの開口部24に露
出したCVDシリコン窒化膜19をエッチングしたの
ち、レジスト23を除去する。なお、図中の25は制御
ゲートのコンタクト領域である。
【0022】図5において、CVDシリコン窒化膜19
をレジスト23をマスクに用いて特定の箇所のみエッチ
ングするのは次のためである。図においてCVDシリコ
ン窒化膜19はCVDシリコン酸化膜16のストライプ
パターンの側壁に付いているが、CVDシリコン酸化膜
16のパターンのエッジ部を経由し、側壁に付着したC
VDシリコン窒化膜19はCVDシリコン酸化膜16の
パターンの両側で繋がっている。よってCVDシリコン
窒化膜19をマスクにエッチングした第2層多結晶シリ
コン層(制御ゲートとして使用)も隣り合う線同士でシ
ョートする形となってしまう。それを避けるために、レ
ジスト23を用いてエッジ部のCVDシリコン窒化膜1
9のみエッチングする。
【0023】次いで、図6(a)に示すように、CVD
シリコン窒化膜19をマスクとして用い、反応性イオン
エッチングにより第2層多結晶シリコン膜15,第2ゲ
ート絶縁膜14及び第1層多結晶シリコン膜13を同時
にエッチングする。これにより、NANDセル内の複数
のメモリセルの制御ゲートと浮遊ゲートが自己整合で分
離形成される。なお、図6(b)には、上記工程により
形成された第2層多結晶シリコン15からなる制御ゲー
トパターンを示している。
【0024】このように本実施例によれば、CVDシリ
コン酸化膜16のストライプパターンの側壁にCVDシ
リコン窒化膜19をセルフアラインで残し、このCVD
シリコン窒化膜19をマスクに多結晶シリコン膜15,
13を選択エッチングすることにより、多結晶シリコン
膜15,13を従来よりも狭いピッチでパターニングす
ることができる。
【0025】具体的には、フォトレジスト17の線幅と
間隔が0.3μmと1.1μmのピッチ1.4μmのリ
ソグラフィ可能なステッパを用いて、ゲート長とゲート
間の間隔がそれぞれ0.4μmと0.3μm、つまりピ
ッチ0.7μmのゲートパターンが形成できる。従っ
て、EEPROMにおける制御ゲートと浮遊ゲートをP
EPで決まる最小ピッチよりも狭いピッチに形成するこ
とができ、NANDセルを構成するメモリセル間隔を微
細なものとして、EEPROMの高集積化を実現するこ
とができる。
【0026】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、第1,2層多結晶シリ
コン膜13,15及び第2ゲート絶縁膜14のエッチン
グ時のマスク材としてCVDシリコン窒化膜19を用い
たが、この代わりにCVDシリコン酸化膜を用いてもよ
い。この場合、CVDシリコン酸化膜16をCVDシリ
コン窒化膜とすればよい。
【0027】また、図7(a)に示すように、CVDシ
リコン窒化膜19の膜の下に耐エッチング性を有する他
のマスク材31を予め形成しておき、CVDシリコン窒
化膜19にてマスク材31をパターニングする。次い
で、図7(b)に示すように、CVDシリコン窒化膜1
9のみを除去したのち、マスク材31を用いて第1,2
多結晶シリコン膜13,15及び第2ゲート絶縁膜14
を選択エッチングするようにしてもよい。
【0028】また、実施例ではNANDセル型EEPR
OMのゲートパターン形成について説明したが、本発明
は微細ピッチのライン&スペース・パターンを有する各
種の半導体装置の製造に適用することができる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
トライプ上に形成した第1のマスク材料膜の側壁に第2
のマスク材料膜をセルフアラインで残し、この第2のマ
スク材料膜をマスクとして導電膜を選択エッチングする
ことにより、通常のリソグラフィ(PEP)で決まる最
小ピッチよりも狭いピッチのライン&スペース・パター
ンを形成することができ、素子の微細化及び高集積化に
寄与することが可能となる。
【0030】特に、NANDセル型EEPROMのゲー
トパターンの加工に利用することにより、NANDセル
を構成するメモリセル間隔を微細なものとして、EEP
ROMの高集積化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わるNANDセル部の製
造工程を示す断面図と平面図。
【図2】本発明の一実施例に係わるNANDセル部の製
造工程を示す断面図と平面図。
【図3】図2(b)の矢視A−A′断面図。
【図4】本発明の一実施例に係わるNANDセル部の製
造工程を示す断面図と平面図。
【図5】本発明の一実施例に係わるNANDセル部の製
造工程を示す断面図と平面図。
【図6】本発明の他の実施例に係わるNANDセル部の
製造工程を示す断面図。
【図7】本発明の他の実施例によるNANDセル部の製
造工程を示す断面図
【図8】EEPROMの1つのNANDセル構成を示す
平面図。
【図9】図8の矢視A−A′及びB−B′断面図。
【符号の説明】
11…シリコン基板 12…第2ゲート絶縁膜 13…第1層多結晶シリコン膜(浮遊ゲート) 14…第2ゲート絶縁膜 15…第2層多結晶シリコン膜(制御ゲート) 16…CVDシリコン酸化膜(第1のマスク材料膜) 17,21,23…フォトレジスト 18…素子領域 19…CVDシリコン窒化膜(第2のマスク材料膜) 22…素子分離酸化膜 24…レジストの開口部 25…コンタクト領域 31…マスク材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/115

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に複数本の平行なストライプ
    状の導電膜パターンを有する半導体装置の製造方法にお
    いて、 半導体基板上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜上
    に第1のマスク材料膜を形成する工程と、第1のマスク
    材料膜をストライプ状にパターン加工する工程と、前記
    導電膜及び第1のマスク材料膜上にこれらとは異なる第
    2のマスク材料膜を形成する工程と、第2のマスク材料
    膜を全面エッチングしてストライプ状パターンの側壁部
    のみに第2のマスク材料膜を残す工程と、第1のマスク
    材料膜を除去する工程と、第2のマスク材料膜をマスク
    に前記導電膜を選択エッチングする工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲートを
    積層した不揮発性メモリセルを複数個直列接続してNA
    NDセルを構成し、NANDセルを複数個配列して構成
    される半導体装置の製造方法において、 半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して浮遊ゲート
    となる第1層多結晶シリコン膜を形成する工程と、第1
    層多結晶シリコン膜をワード線方向に隣接する素子間で
    分離するように加工する工程と、次いで基板全面に第2
    のゲート絶縁膜を介して制御ゲートとなる第2層多結晶
    シリコン膜を形成する工程と、第2層多結晶シリコン膜
    上に第1のマスク材料膜を形成しこの第1のマスク材料
    膜をストライプ状にパターン加工する工程と、次いで基
    板全面に第2層多結晶シリコン膜及び第1のマスク材料
    膜とは異なる材質の第2のマスク材料膜を形成する工程
    と、第2のマスク材料膜を全面エッチングしてストライ
    プ状パターンの側壁部のみに第2のマスク材料膜を残す
    工程と、次いで第1のマスク材料膜を除去する工程と、
    次いで第2のマスク材料膜をマスクとして第2多結晶シ
    リコン膜,第2ゲート絶縁膜,第1多結晶シリコン膜を
    順次エッチングする工程とを含むことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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