JPH09326475A - 不揮発性記憶装置の製造方法及び露光マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンタクトレスの半導体記憶装置では、記憶
セル領域内に等間隔で配列されたワード線間の間隔がリ
ソグラフィーの解像限界によって制限され、装置のされ
なる高集積化が妨げられている。 【解決手段】 記憶セル領域１１ａ内のワード線１７ａ
を形成するためのリソグラフィーの露光において、位相
シフトパターンａのみを透明基板２０上に配列してなる
露光マスク２の第１領域２ａを用いてワード線１７ａを
形成する際のマスクになるネガ型のレジスト膜１８に対
して露光を行う。これによって、位相シフトパターンａ
の境界部に対応するレジスト膜１８部分に露光光の解像
限界以下の未露光像２２を形成し、このレジスト膜１８
からなるレジストパターン１８ａをマスクにしてワード
線形成層（ポリサイド層１７）をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性記憶装置
の製造方法及び不揮発性記憶装置の製造に用いる露光マ
スクに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、不
揮発性記憶装置においては記憶セル領域内にコンタクト
を配置せずその外側の周辺領域にコンタクトを配置した
いわゆるコンタクトレスにすることで、当該記憶セル領
域の縮小化が図られている。このようなコンタクトレス
の不揮発性記憶装置の一例として、図９の回路図に示す
ようなＮＡＮＤ型の不揮発性記憶装置がある。この図に
示すように、コントクトレスのＮＡＮＤ型不揮発性記憶
装置の１つの単位セルアレイは、直列接続された複数
（ここでは８個）の記憶素子９１、これらの記憶素子９
１に直列接続された選択トランジスタ９２及びビットコ
ンタクト９３を有している。そして、このビットコンタ
クト９３を、複数の記憶素子９１で共有することによ
り、これらの記憶素子９１が配置された記憶セル領域９
ａ内にコンタクトが配置されないようなレイアウトに
し、当該記憶セル領域９ａの縮小化を達成している。

【０００３】上記不揮発性記憶装置を製造するには、透
明基板上の全ての領域に遮光膜パターンを配置してなる
露光マスクを用いてリソグラフィーを行い、このリソグ
ラフィーによって形成されたレジストパターンをマスク
に用いたエッチングによって各材料層をパターニングし
ている。例えば、記憶素子９１及び選択トランジスタ９
２のワード線９４を形成するためのリソグラフィーで
は、図１０（１）に示すように、透明基板２０１上にワ
ード線の幅に対応する幅ｗ₁ の遮光膜パターン２０２を
配置してなる露光マスク２００を用い、半導体基板９０
１上の材料層９０２上に成膜したレジスト膜９０３に対
して露光を行う。これらの遮光膜パターン２０２は、ワ
ード線の配置間隔に対応する間隔ｐ₁ で配列されてい
る。次に、上記レジスト膜９０３を現像処理し、これに
よって得られたレジストパターン９０３ａをマスクに用
いて材料層９０２をエッチングする。

【０００４】これによって、図１０（２）に示すよう
に、所定幅Ｗ₁ のワード線９４を所定の間隔Ｐ₁ で半導
体基板９０１上に配列形成する。また、上記のようにし
て、ワード線９４を形成した後、このレジストパターン
９０３ａをマスクに用いたエッチングによって、ワード
線９４の下方に浮遊ゲート９５を形成する。その後、こ
のワード線９４をマスクにしたイオン注入によって、半
導体基板９０１の表面側にソース・ドレイン拡散層９６
を形成するためのイオン注入を行う。

【０００５】また、ＮＯＲ型の不揮発性記憶装置におい
ても、分離ソース型、共通ソース型及び仮想接地型等の
コンタクトレスの不揮発性記憶装置等において、上記Ｎ
ＡＮＤ型と同様にしてセル面積の縮小化を達成してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の半導体記憶装置においても、図１０（２）
に示したワード線９４間の間隔Ｐ₁ は、ワード線９４を
形成する際のリソグラフィーにおける露光光の解像度に
よって制限される。このワード線９４間の間隔Ｐ ₁ は、
当該ワード線９４下の浮遊ゲート９５が、隣合う記憶素
子間で分離されていれば良く、必要以上に広い間隔であ
る必要はない。このため、上記の間隔Ｐ₁が半導体記憶
装置のさらなる高集積化を妨げる一因になっている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、上記の課題を解
決するための本発明は、記憶セル領域の外側の周辺領域
にコンタクトを配置してなる不揮発性記憶装置の製造方
法であって、記憶セル領域内のワード線を形成するため
リソグラフィーにおける露光では、位相シフトパターン
のみを透明基板上に配列してなる露光マスク部分を用い
てネガ型のレジスト膜に対して露光を行うことを特徴と
している。

【０００８】上記不揮発性記憶装置の製造方法では、位
相シフトパターンのみを透明基板上に配列してなる露光
マスク部分を用いてネガ型のレジスト膜に対して露光を
行うことから、位相シフトパターンの境界部に対応する
当該レジスト膜部分には、露光光の位相がずれることに
よって当該露光光の照射強度がネガレジストを重合させ
るのに不十分な未露光部が生じる。この未露光部の幅
は、露光光の解像限界の幅よりも狭くなることから、上
記リソグラフィーでは露光光の解像限界よりも狭いスペ
ースのレジストパターンが形成される。このため、この
レジストパターンをマスクにしたエッチングで記憶セル
領域内に形成されるワード線は、リソグラフィーの限界
よりも狭い間隔で配置されたものになる。

【０００９】また、記憶セル領域の外側の周辺領域にコ
ンタクトを配置してなる不揮発性記憶装置の製造に用い
る露光マスクであって、ワード線を形成するための位相
シフトパターンのみが配列形成された第１領域と、遮光
膜パターンが形成された第２領域とを、同一の透明基板
上に配置してなることを特徴としている。

【００１０】上記露光マスクでは、同一の透明基板上
に、ワード線を形成するための位相シフトパターンのみ
が配列形成された第１領域と、遮光膜パターンが形成さ
れた第２領域とが配置されている。このことから、上記
記憶セル領域に上記第１領域を対応させて露光を行うこ
とで、記憶セル領域の露光面には、位相シフトパターン
の境界部に露光光の回折による未露光パターン像が形成
される。また、上記周辺領域に上記第２領域を対応させ
て露光を行うことで、周辺領域の露光面には、遮光膜パ
ターン像が形成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の不揮発性記憶装置
の製造方法を、ＮＡＮＤ型の不揮発性記憶装置の製造方
法に適用した第１実施形態を説明するための断面工程図
であり、図２は、図１に対応する平面図である。また、
図１は図２のＡ−Ａ断面になっている。尚、ここで製造
する不揮発性記憶装置は、従来の技術で図９の回路図を
用いて説明したコンタクトレスのＮＡＮＤ型不揮発性記
憶装置である。

【００１２】先ず、図１（１）及び図２（１）に示すよ
うに、半導体基板１１には、記憶素子が形成される記憶
セル領域１１ａと選択トランジスタやコンタクトが形成
される周辺領域１１ｂとが配置されている。そして、こ
の半導体基板１１の表面側に、素子分離１２及び拡散層
１３を形成する。上記素子分離１２は、例えばＬＯＣＯ
Ｓ法によって形成する。また、拡散層１３は、イオン注
入とその後の熱処理によって形成し、記憶セル領域１１
ａに配置される記憶素子の導電型と逆の導電型の不純物
が導入される。

【００１３】次に、図１（２）及び図２（２）に示すよ
うに、半導体基板１１の上面にトンネル酸化膜１４（図
２の平面図では省略）を形成した後、当該トンネル酸化
膜１４上に浮遊ゲート形成層１５を成膜する。続いて、
フォトリソグラフィー技術とこれに続くエッチングによ
って、単位記憶セル領域間の浮遊ゲート形成層１５部分
を除去する。しかる後、浮遊ゲート形成層１５を覆う状
態でインターポリ絶縁膜１６（図２の平面図では省略）
を形成し、このインターポリ絶縁膜１６上にポリサイド
層１７（下層多結晶シリコンと上層シリサイドとの積層
構造からなる層：図２の平面図では省略）をワード線形
成層として成膜する。

【００１４】次に、図１（３）及び図２（３）に示すよ
うに、上記ポリサイド層１７の上面に、フォトリソグラ
フィー技術を用いて、ワード線を形成するためのマスク
になるレジストパターン１８ａ（図２の平面図では省
略）を形成する。この工程が、本発明において重要な工
程になる。この場合先ず、ポリサイド層１７上にネガ型
のレジスト膜１８（図２の平面図では省略）を塗布す
る。次に、露光マスク２の上方からこのレジスト膜１８
に露光光を照射する。

【００１５】ここで、上記露光マスク２は、透明基板２
０上に位相シフトパターンａのみを配列してなる第１領
域２ａを有するものである。この第１領域２ａに配置さ
れる位相シフトパターンａは、露光光の位相を１８０°
変化させるシフタからなり、幅ｗを有して、間隔ｐ＝ｗ
で配列されている。上記位相シフトパターンａの幅ｗ及
び間隔ｐ＝ｗは、記憶セル領域１１ａに配置されるワー
ド線の幅よりも当該ワード線間の間隔分だけ大きく設定
される。そして、位相シフトパターンａの数とその間の
スペースａ’の数との合計数が、記憶セル領域１１ａに
配置されるワード線と記憶セル領域１１ａに隣合わせて
配置される選択トランジスタのワード線との合計数と同
数になるような構成にする。ただし、記憶セル領域１１
ａに隣合わせて配置される選択トランジスタのワード線
部分に対応する位相シフトパターンの幅及び間隔は、記
憶セル領域１１ａ内に配置される記憶素子のワード線の
幅に対応させる必要はなく、選択トランジスタのワード
線の幅に対応させることとする。

【００１６】そして、上記第１領域２ａ以外の透明基板
２０上のその他の領域、すなわち第２領域２ｂにおいて
は、当該透明基板２０上を全て遮光膜パターンｂで覆う
か、または周辺領域１１ｂに配置されるワード線部分
（記憶セル領域１１ａに隣合わせて配置される選択トラ
ンジスタのワード線部分は除く）を形成するための遮光
膜パターンｂを配置する。このように、露光マスク２の
第２領域２ｂに上記ワード線部分を形成するための遮光
膜パターンｂを形成した場合には、記憶セル領域１１ａ
に配置されるワード線部分と周辺領域１１ｂとに配置さ
れるワード線部分とを形成するための露光を一度に行う
ことが可能になる。

【００１７】上記構成の露光マスク２を用いた露光は、
以下のように行われる。すなわち、露光マスク２の第１
領域２ａを用いて露光が行われたレジスト膜１８部分に
は、露光光の照射強度がネガレジストを重合させるのに
不十分な、いわゆる未露光部が生じる。これは、図３
（ａ）に示すように露光マスク２の第１領域２ａにおけ
る位相シフトパターンａが配置された部分と配置されな
い部分とを通過した露光光の位相が、図３（ｂ）に示す
よう交互に逆位相になり、この結果図３（ｃ）の露光光
の照射強度のグラフに示すように位相シフトパターンａ
の境界部で露光光が互いに打ち消し合ってこの部分の露
光光の照射強度が弱められるためである。したがって、
上記未露光像（２２）の幅Ｐは、露光光の解像限界より
も狭くなる。一方、図１（３）及び図２（３）に示した
露光マスク２の第２領域２ｂを用いて露光が行われたレ
ジスト膜１８部分には、遮光膜パターンｂの配置部に対
応してパターン像２３（図２の平面図では省略）が形成
される。このパターン像２３の幅は、露光光の解像限界
の幅以上の大きさになる。

【００１８】上記のようにして露光を行った後、レジス
ト膜１８の現像処理を行い、当該レジスト膜１８の未露
光部を除去する。以上のようにして、ポリサイド層１７
上にネガ型のレジストからなるレジストパターン１８ａ
を形成する。このレジストパターン１８ａは、記憶セル
領域１１ａ内においては、上記露光光の解像限界よりも
狭い間隔で配列され、周辺領域１１ｂにおいては露光光
の解像限界以上の間隔で配置される。

【００１９】以上のようにして、ポリサイド層１７上に
レジストパターン１８ａを形成した後、このレジストパ
ターン１８ａをマスクに用いたエッチングを行う。これ
によって、図１（４）及び図２（４）に示すように、ポ
リサイド層１７からなるワード線１７ａを形成し、さら
にインターポリ絶縁膜１６及び浮遊ゲート形成層１５を
パターニングする。

【００２０】次に、レジストパターン１８ａを除去した
後、イオン注入によってワード線１７ａ間に露出する半
導体基板１１の表面側にソース・ドレインになる拡散層
１９を形成するための不純物を導入する。この不純物
は、記憶素子及び選択トランジスタがｎチャンネルトラ
ンジスタである場合にはｎ型、当該記憶素子及び選択ト
ランジスタがｐチャンネルトランジスタである場合には
ｐ型にする。

【００２１】次いで、図４の断面図に示すように、ワー
ド線１７ａを覆う状態で、半導体基板１１上に層間絶縁
膜４１を成膜する。その後、周辺領域１１ｂの層間絶縁
膜４１に、拡散層（ドレイン拡散層）１９に接続される
コンタクトホール４２を形成する。次に、このコンタク
トホール４２の底面のに接続するビットコンタクト４３
を形成し、このビットコンタクト４３に接続する状態で
ビット線４４を形成する。以上のようにして、コンタク
トレスのＮＡＮＤ型不揮発性記憶装置１を製造する。

【００２２】上記のようにして製造された不揮発性記憶
装置１は、記憶セル領域１１ａ内に配置されるワード線
１７ａがリソグラフィーの限界よりも狭い間隔で配置さ
れたものになる。このことから、記憶セル領域１１ａ内
に配置される記憶素子の集積度を向上させることができ
る。

【００２３】次に、図５は、本発明の不揮発性記憶装置
の製造方法を、ＮＯＲ型の不揮発性記憶装置の製造方法
に適用した第２実施形態を説明するための断面工程図で
ある。尚、ここで製造する不揮発性記憶装置は、分離ソ
ース型、共通ソース型、仮想設置型等のコンタクトレス
のＮＯＲ型不揮発性記憶装置である。

【００２４】上記各ＮＯＲ型の不揮発性記憶装置の製造
方法に本発明を適用する場合にも、上記第１実施形態で
説明したＮＡＮＤ型の不揮発性記憶装置の形成方法と同
様に、記憶セル領域内のワード線を形成する際のリソグ
ラフィーを行う。すなわち、図５（１）に示すように、
ワード線を形成するためのポリサイド層１７上にネガ型
のレジスト膜１８を成膜し、その後、透明基板２０上に
位相シフトパターンａのみを配列してなる第１領域２ａ
を有する露光マスク２を用いて上記ワード線を形成する
ための露光を行うこととする。但し、半導体基板１１の
記憶セル領域１１ａの両側の周辺領域１１ｂに配置され
る選択トランジスタのワード線は、記憶セル領域１１ａ
に配置されるワード線との間の間隔が広いため、遮光膜
パターンｂが配置される露光マスク２の第２領域２ｂを
用いて露光を行うようにする。

【００２５】次に、上記露光マスク２を用いて露光を行
ったレジスト膜１８の現像処理を行い、当該ネガ型のレ
ジスト膜１８からなるレジストパターン１８ａを形成す
る。その後、このレジストパターン１８ａをマスクに用
いてポリサイド層１７をエッチングする。これによっ
て、図５（２）に示すように、ポリサイド層１７からな
るワード線１７ａを形成する。次いで、上記レジストパ
ターン（１８ａ）を除去した後、ここでは図示しないレ
ジストパターンを形成してソース・ドレインになる拡散
層１９を形成するためのイオン注入を行う。

【００２６】次に、図５（３）に示すように、ここでは
図示しない他のレジストパターンを形成してチャネルス
トップ拡散層５１を形成するためのイオン注入を行う。
次いで、上記第１実施形態で図４を用いて説明したと同
様に、ワード線１７ａを覆う状態で層間絶縁膜４１を成
膜し、その後、コンタクトホール４２、ビットコンタク
ト４３及びビット線４４を形成する。以上のようにし
て、コンタクトレスのＮＯＲ型不揮発性記憶装置５を製
造する。

【００２７】図６（ａ）には上記のようにして製造した
分離ソース型のＮＯＲ型不揮発性記憶装置の回路図を示
し、図６（ｂ）にはこの不揮発性記憶装置における記憶
セル領域の要部６１平面図を示す。また、図７（ａ）に
は上記のようにして製造した共通ソース型のＮＯＲ型不
揮発性記憶装置の回路図を示し、図７（ｂ）にはこの不
揮発性記憶装置における記憶セル領域の要部７１平面図
を示す。さらに、図８（ａ）には上記のようにして製造
した仮想接地型のＮＯＲ型不揮発性記憶装置の回路図を
示し、図８（ｂ）にはこの不揮発性記憶装置における記
憶セル領域の要部８１平面図を示す。

【００２８】これらの各図に示すように、ＮＯＲ型不揮
発性記憶装置の製造方法に、本発明の製造方法を適用し
た場合においても、記憶セル領域における記憶素子のワ
ード線１７ａ間の間隔Ｐをリソグラフィー限界よりも狭
くすることができ、単位セル当たりの面積を縮小するこ
とが可能になる。

【００２９】尚、上記第１及び第２実施形態を説明する
各図では、８個のトランジスタで単位セルを構成するよ
うにした。しかし、単位セル当たりのトランジスタ数は
上記に限定されず、当該トランジスタ数が多い程、当該
単位セル当たりの面積の縮小率は大きくなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の不揮発性記
憶装置の製造方法によれば、コンタクトレスの不揮発性
記憶装置のワード線を形成する際のリソグラフィーの露
光において、位相シフトパターンの境界部にネガレジス
トを重合させるのに露光光の照射量が不十分な未露光部
を生じさせることで、露光光の解像限界以下の間隔でワ
ード線を配置することが可能になる。このため、上記ワ
ード線が配列される記憶セル領域の面積を縮小すること
ができ、コンタクトレス型の不揮発性記憶装置の高集積
化を図ることが可能になる。また、本発明の露光マスク
によれば、工程数を増加させることなく上記不揮発性記
憶装置の製造方法を実施することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を説明する断面工程図（その１）
である。

【図２】第１実施形態を説明する平面工程図である。

【図３】位相シフトパターンのみによる露光を説明する
図である。

【図４】第１実施形態を説明する断面工程図（その２）
である。

【図５】第２実施形態を説明する断面工程図である。

【図６】分離ソース型の装置への適用例を示す図であ
る。

【図７】共通ソース型の装置への適用例を示す図であ
る。

【図８】仮想接地型の装置への適用例を示す図である。

【図９】コンタクトレスのＮＡＮＤ型不揮発性記憶装置
の回路図である。

【図１０】従来の製造方法及び露光マスクを説明する断
面工程図である。

【符号の説明】

２ 露光マスク ２ａ 第１領域 ２ｂ 第２領域 １１ａ 記憶セル領域 １１ｂ 周辺領域 １７ａ
ワード線 １８ レジスト膜 ２０ 透明基板 ４３ ビットコンタクト（コンタクト） ａ 位相シ
フトパターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記憶セル領域の外側の周辺領域にコンタ
   クトを配置してなる不揮発性記憶装置の製造方法であっ
   て、 前記記憶セル領域内のワード線を形成するためのリソグ
   ラフィーにおける露光では、位相シフトパターンのみを
   透明基板上に配列してなる露光マスク部分を用いて前記
   ワード線を形成する際のマスクになるネガ型のレジスト
   膜に対して露光を行うこと、 を特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法。
2. 【請求項２】 記憶セル領域の外側の周辺領域にコンタ
   クトを配置してなる不揮発性記憶装置の製造に用いる露
   光マスクであって、 ワード線を形成するための位相シフトパターンのみが配
   列形成された第１領域と、遮光パターンが形成された第
   ２領域とが、同一の透明基板上に配置されてなること、 を特徴とする露光マスク。