高密度不揮発性メモリアレイ及び製造方法
【課題】メモリアレイの密度を高めることのできる不揮発性メモリアレイ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 不揮発性メモリアレイは、サブF(サブ最小特徴サイズF)幅だけ離間して配置されたワード線と、該ワード線にほぼ垂直なビット線とを有する。少なくとも最小特徴サイズFの幅を有するマスク生成素子から、スペーサー技術を用いてサブFワード線を生成する段階を含む不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法を含む。
【解決手段】 不揮発性メモリアレイは、サブF(サブ最小特徴サイズF)幅だけ離間して配置されたワード線と、該ワード線にほぼ垂直なビット線とを有する。少なくとも最小特徴サイズFの幅を有するマスク生成素子から、スペーサー技術を用いてサブFワード線を生成する段階を含む不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2005年7月18日申請の米国暫定特許出願第60/699,857号、2005年11月25日申請の米国暫定特許出願第60/739,426号、及び2006年5月15日申請の米国暫定特許出願第60/800,022号からの恩恵を請求し、これらの全ては引用により全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に不揮発性メモリセルに関し、詳細にはその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
デュアルビットメモリセルは当該技術分野で公知である。このようなメモリセルの1つは、ここで参照される図1に示されるNROM(窒化物読出し専用メモリ)セル10であり、ポリシリコンワード線18とチャンネル20との間に挟まれた酸化物−窒化物−酸化物(ONO)スタックなどの窒化物ベース層16に2つのビット12及び14を記憶する。チャンネル20は、ビット線22が注入された後で成長した熱成長酸化物層26によってワード線18から隔てられた各側部にある埋め込みビット線拡散部22によって定められる。酸化物成長中、ビット線22は、注入エリアから拡大するように横方向に拡散することができる。
【0003】
NROMセルは、例えば本発明の同一の譲受人に譲受された米国特許第6,649,972号など多くの特許で説明されており、本特許の開示事項は本明細書に組み込まれる。適用可能な場合、NROMを包含する説明は、具体的にはSONOS(シリコン−酸化物−窒化物−酸化物−シリコン)、MNOS(金属−窒化物−酸化物−シリコン)、MONOS(金属−酸化物−窒化物−酸化物−シリコン)及びNVMデバイス用に使用される同様のものを含む関連する酸化物−窒化物技術を含めるものとされる。NROM及び関係する技術の詳細な説明は、http://siliconnexus.com及びこれを介して表示されるSaifun Semiconductor and materialsによって公開された「不揮発性メモリ技術」2005年で見ることができ、「小型SONOS不揮発性メモリデバイスにおける設計検討」は、
【0004】
http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/presentations/bu_white_sonos_lehigh_univ.pdfで見ることができ、「宇宙及び軍用応用のSONOS不揮発性半導体メモリ」は、
【0005】
http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/papers/adams_d.pdfで見ることができ、「フィリップス研究−技術−埋め込み不揮発性メモリ」は、http:research.philips.com/technologies/ics/nvmemories/index.htmlで見ることができ、「半導体メモリ:不揮発性メモリ(NVM)」は、http://ece.nus.edu.sg/stfpage/elezhucx/myweb/NVM.pdfで見ることができ、これらの全てはこれらの全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【0006】
ここで簡単に参照する図2に示されるように、NROM技術は、ワード線18とビット線22の高密度十字交差を備えた仮想接地アレイアーキテクチャを用いる。ワード線18及びビット線22は、4F2サイズのセルを最適に考慮することができ、ここでFは、アレイが構築される技術におけるチップの素子の最小特徴サイズを示す。例えば、65nm技術の特徴サイズは、F=65nmである。
【0007】
NROMセルでは、セルの最小長さは2Fであり、ビット線22の最小長さ(1F)とビット線22間のスペーシング23の最小長さ(1F)とを加えた長さである。セルの最小幅も2Fであり、ワード線18の最小幅(1F)にワード線18間のスペーシング19の最小幅(1F)を加えたものである。従って、セルの理論上の最小面積は4F2である。
【0008】
1Fより小さいビット線22を生成することが可能であるが、この場合、ビット線22及び関連するスペーシング23の全長が少なくとも2Fになるように、対応する分量だけ関連するスペーシング23の長さを増大させる必要がある点に留意されたい。同様に、1Fより小さいワード線18を生成することが可能であるが、この場合、ワード線18及び関連するスペーシング19の全幅が少なくとも2Fになるように、対応する分量だけ関連するスペーシング19の幅を増大させる必要がある。
【0009】
残念ながら、170nmよりも小さな最先端のプロセス(ここでF=0.17μm)を用いるほとんどのNROM技術は、約1.6Fのビット線スペーシングを必要とするビット線の側面拡散により5−6F2の大きなセルを利用する。
【0010】
NROMセル用のデュアルポリシリコンプロセス(DPP)が存在し、ここでは第1ポリシリコン層は、間にビット線22が注入される列に堆積されエッチングされる。ワード線18は次に、第2ポリシリコン層として堆積され、第1ポリシリコン層の列をビット線22間のアイランドに切断する。第2ポリシリコン層を生成する前に、ビット線酸化物は、前と同様に成長するのではなく第1ポリシリコン列の間に堆積される。この結果、ビット線酸化物がポリシリコン列の特徴サイズ内に留まる。幾つかのDPPプロセスでは、スペーサーが、ビット線のためのスペースを低減する第1ポリシリコン列の側面上に生成される。これにより、ビット線を1Fより薄くすることができる。例えば、ビット線22は、0.7Fとすることができ、これらの間の列は1.6Fとすることができる。これは、2.3Fの幅及び結果として得られる4.6F2のセル面積をもたらし、従来のプロセスよりも理論上の最小値である4F2に近いが、依然としてそこまでではない。同じスペースにより多くの特徴を入れようとする産業界における絶え間ない取り組みが存在するので、理論上の最小値に近付けることは重要なことである。
【0011】
【特許文献1】2005年7月18日申請の米国暫定特許出願第60/699,857号公報
【特許文献2】2005年11月25日申請の米国暫定特許出願第60/739,426号公報
【特許文献3】2006年5月15日申請の米国暫定特許出願第60/800,022号公報
【特許文献4】米国特許第6,649,972号公報
【特許文献5】2005年10月11日申請の米国特許出願11/247,733号公報
【特許文献6】2006年1月20日申請の米国特許出願11/336,093号公報
【特許文献7】2006年5月24日申請の米国特許出願11/440,624号公報
【非特許文献1】Saifun Semiconductor and materialsによって公開された「不揮発性メモリ技術」2005年(http://siliconnexus.com)
【非特許文献2】「小型SONOS不揮発性メモリデバイスにおける設計検討」(http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/presentations/bu_white_sonos_lehigh_univ.pdf)
【非特許文献3】「宇宙及び軍用応用のSONOS不揮発性半導体メモリ」(http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/papers/adams_d.pdf)
【非特許文献4】「フィリップス研究−技術−埋め込み不揮発性メモリ」(http://ece.nus.edu.sg/stfpage/elezhucx/myweb/NVM.pdf)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的は、少なくともメモリアレイの密度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
従って、本発明の好ましい実施形態により、サブF(サブ最小特徴サイズF)幅だけ離間して配置されたワード線と該ワード線にほぼ垂直なビット線とを備えた不揮発性メモリアレイが提供される。
【0014】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、ワード線はサブF幅である。
【0015】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、アレイはNROM(窒化物読出し専用メモリ)アレイである。
【0016】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、サブFスペーシングは誘電体で充填される。
【0017】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、サブFワード線幅は少なくとも0.5Fであり、サブFスペーシングは0.5Fより小さい。
【0018】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、誘電体は酸化物−窒化物−酸化物である。
【0019】
更に、本発明の別の好ましい実施形態によれば、サブFワード線幅は少なくとも0.1Fであり、サブFスペーシングは少なくとも0.7Fである。
【0020】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、ワード線は、ポリシリコンスペーサーから形成される。
【0021】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも最小特徴サイズFの幅を有するマスク生成素子からサブFワード線を生成する段階を含む不揮発性メモリアレイのワード線をパターン形成するための方法が提供される。
【0022】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、生成段階は、マスク生成素子から第1の行のセットを生成する段階、次いで第1の行のセットから第1の行のセット間に交互配置される第2の行のセットを生成する段階を含む。
【0023】
更にまた、本発明の好ましい実施形態によれば、本方法はまた、行にほぼ垂直で且つ第1及び第2の行のセットに自己整合したポリシリコン列をエッチングしてワード線ゲートを生成する段階と、絶縁材料で行とワード線ゲートとの間のスペースを充填する段階とを含む。
【0024】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、第1及び第2の生成段階は、サブF幅行を生成する。
【0025】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、行はポリシリコン又は金属から形成される。
【0026】
本発明の好ましい実施形態によれば、不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法が提供される。この方法は、ポリシリコン列にアレイのアクティブエリアを覆わせる段階と、少なくとも最小特徴サイズFの幅の行を有するマスクから第1の行のセットのために行間にサブF開口部を有する拡張マスクを生成する段階と、ポリシリコンでサブF開口部を充填してポリシリコン列の上の第1の行のセットを生成する段階と、拡張マスクを除去する段階と、第1の行のセットに拡張部分を付加して行間に第2のサブF開口部のセットを生成する段階と、ポリシリコンで第2のサブF開口のセットを充填して第2の行のセットを生成する段階と、第1及び第2の行のセットをキャップする段階と、拡張部分を除去する段階と、マスクとしてキャップされた行を使用してポリシリコン列をエッチングしワード線ゲートを生成する段階と、絶縁材料で行とワード線ゲートとの間のスペースを充填する段階とを含む。
【0027】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、行は、タングステン又はコバルトとすることができる金属から形成される。
【0028】
本発明の好ましい実施形態によれば、1つのメモリセルにつき1つの複数のポリシリコンゲート、ゲートの行を各々が接続する金属ワード線と、ワード線にほぼ垂直のビット線とを含む不揮発性メモリアレイが提供される。
【0029】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、ゲートは、ワード線及びビット線に自己整合される。
【0030】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、金属ワード線は、デュアルダマシンプロセスによって形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
本発明に関する主題は、本明細書に添付する請求項で特に明らかにされ、明確に請求される。しかしながら本発明は、動作の構成及び方法の両方、並びにその目的、特徴、及び利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって最も良く理解することができる。
【0032】
説明を簡単且つ明確にするために、図に示される要素は必ずしも縮尺通りに描かれていない点を理解されたい。例えば、要素の一部の寸法は、明確にするために他の要素に対して誇張されている場合がある。更に、適切とみなされる場合には、参照符号は、対応する要素又は類似の要素を示すのに複数の図面にわたり繰り返し用いる場合がある。
【0033】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を可能とするために多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細がなくとも実施可能であることは当業者には理解されるであろう。場合によっては、公知の方法、手順、及び構成要素は、本発明を曖昧にしないために詳細には説明していない。
【0034】
本発明は、所与の面積当たりのビット数を従来技術よりも増大させることができる。一般に、セルの密度を増大させると、所与の面積のビット数が増大する。密度を高めるための1つの方法は、セルの長さを短縮することである。密度を高めるための別の方法は、ワード線間のスペースを利用してより多くのワード線を挿入することである。理想的な状況では、セルサイズは、2Fの開口に2ワード線を有することで半分に縮小することができる(結果として1Fピッチで1ワード線を生じる)。このような「倍密度」アレイは、2倍の量のデータを記憶することができる。
【0035】
出願人らは、このような倍密度アレイが従来技術の4F2最小サイズよりも有意に小さなセルを生成することを理解した。更にこれは、従来技術の2F最小数より小さい値までワード線間のピッチを小さくする。
【0036】
出願人らは、このような倍密度アレイを生成するための1つより多くの方法があることを明確に理解した。従って本出願は、このような生成のための1つより多い好ましい実施形態を含むことができる。
【0037】
図3−図10Dに示されるこのような好ましい第1の実施形態では、自己整合プロセスを用いて、標準的なリソグラフィプロセスによって生成された最初のマスクからサブ1Fワード線を生成することができる。ワード線スペーシングはまた、サブ1Fとすることができ、誘電体で充填することができる。
【0038】
図11A−図26Bに関して検討される別の好ましい実施形態では、サブ1Fワード線は、スペーサー技術を使用して生成することができる。
【0039】
自己整合の実施形態
ここで、本発明の第1の好ましい実施形態に従って構成及び動作する新規の高密度アレイ30を示す図3を参照する。アレイ30は、サブ最小特徴サイズ「サブF」、ワード線32、及びワード線スペーシング34に提供することによってメモリセルの最小サイズを低減することができる(その結果、1Fより小さいワード線幅と1Fより小さいスペーシングが得られる)。例えば図3では、ワード線スペーシング34は、例示的に0.3Fとして示されている。ワード線スペーシング34を非常に狭くすることができるので、これらはONO、窒化物又は酸化物などの誘電体で充填することができる。
【0040】
ワード線32はまた、薄く(サブF幅)することができる。図3では、ワード線32の幅は0.7Fとして示されている。図3のワード線32及びスペーシング34の幅は例示的なものであって、他のサブF幅も可能であり、本発明に含まれる点を理解されたい。例えば、1Fピッチ(ワード線幅並びにスペーシングを含む)では、スペーシング34は0.4F幅とすることができ、ワード線32は0.6F幅とすることができる。1.2Fピッチでは、スペーシング34は0.4Fとすることができ、ワード線32は0.8Fとすることができる。或いは、スペーシング34は0.3F幅とすることができ、ワード線32は0.9F幅とすることができる。上記の実施例の全てにおいて、ワード線スペーシングが大幅に低減され、ワード線幅が少し低減されている点を理解されたい。
【0041】
本発明では、ワード線32及びスペーシング34の幅は同じであることは必要ではない点を理解されたい。図3では、ワード線32は、ワード線スペーシング34よりも幅が広い。しかしながら、ワード線32のピッチは1Fとすることができ、ワード線間の最小スペーシングは、ワード線32間の誘電体が破壊されるポイントまで電気的に制限することができる。
【0042】
例えば、酸化物絶縁破壊は、約10nmの誘電体厚みで生じる可能性のある、プログラミング又は消去中のワード線間の10V電圧降下で9−11MV/cmである。従って、このタイプの誘電体では、ワード線スペーシング34用の最小幅は、10nmとすることができる。信頼性及び品質の目的のために、このような最小ワード線スペーシングは、15nmまで増やすことができる。
【0043】
デュアルポリシリコンプロセス(DPP)タイプのメモリセル用に可能であり図3に示されるようなビット線22間の2.6Fのピッチを想定すると、図3の実施例のセルサイズは、2.6F×1F=2.6F2とすることができ、従来技術よりもかなり小さいサイズになる。本発明の最小セルサイズは2F×1F=2F2である点を理解されたい。
【0044】
本発明はまた、非DPPタイプメモリセル、及び非NROMタイプメモリセル用にも実装することができる点を理解されたい。更に、メモリセルは、セルの基本物理特性及び動作モードを変えることなく2ビット又は4ビットを記憶することができる。
【0045】
本発明の好ましい実施形態に従い、且つ以下に示されるように、最小特徴サイズF又はそれよりも大きな素子からサブF素子を生成することができる。以下に説明されるように、本発明は、このような小さな外形を生成するために一般的なリソグラフィ概念を利用する。
【0046】
ここで、プロセスを示す図4A及び4B、更に図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップを示す図5A及び図5B並びに図6A−6Mを参照する。
【0047】
本プロセスは、ステップ100で、ワード線パターン形成前のプロセスステップから始まる。プロセスステップは、ステップのいずれかの好適なセットとすることができ、図7でその例示的なセットが以下に説明される。他の好適なDPPタイププロセスステップは、本発明の同一の譲受人に譲受された以下の出願、すなわち、2005年10月11日申請の米国特許出願11/247,733号、2006年1月20日申請の米国特許出願11/336,093号、及び2006年5月24日申請の米国特許出願11/440,624号で見ることができ、これらの出願は、引用により本明細書に組み込まれる。
【0048】
メモリアレイの例示的な断面図が図5Aに示されている。ビット線50及びポケット注入51の列は、基板42に注入することができる。上記のビット線50は、方形のビット線酸化物52とすることができる。チャンネル53は、ビット線50間に形成でき、ONO素子55の列は、チャンネル53上のビット線酸化物52間に形成することができる。第1ポリシリコン層のポリシリコンの列54は、ONO素子55の上に形成することができ、以下に説明されるワード線パターン形成中にONO素子55を保護できる。列54は、ポリシリコンで形成することができ、或いは、酸化物又は窒化物スペーサー(又はこれらの組み合わせ)を両側に備えたポリシリコンで形成することができる。
【0049】
本発明の好ましい実施形態によれば、メモリアレイは、ワード線パターン形成を開始する前に平坦化することができる(ステップ101)。例示的な平坦化オペレーションは、化学−機械研磨(CMP)とすることができる。従って、ポリシリコンの列54とビット線酸化物の列52は、共にワード線パターン形成のための平坦面を提供することができる。1つの実施形態では、ポリシリコン列54は、60nmまで堆積させることができ、55nm以下まで平坦化することができるが、他の実施形態では、ポリシリコン列は、30−100nmの初期厚みを有することができる。
【0050】
ポリシリコン列54がONO素子55を保護した状態で、ワード線パターン形成を始めることができる。本発明の好ましい実施形態によれば、ワード線は、最初にポリシリコン列54に垂直な行として生成することができ、該行は、2つの交互配置されたタイプに分けることができる。説明を容易にするために、本明細書では行は、「偶数」行と「奇数」行と呼ぶことにする。本説明は、最初に偶数行の生成を示すようにするが、最初に奇数行を生成することも容易に可能である点を理解されたい。行の両方のセットが生成されると、これからワード線を生成することができる。行の2つのセットは同時には生成されないので、これらはわずかに異なる幅を有する可能性がある点を理解されたい。
【0051】
偶数行を生成するために、窒化物ハードマスクのような第1マスクをアレイ上に堆積させることができ(ステップ102)、更に行60にパターン付けすることができる。図5Bは、第1マスクのポリシリコン列54と行60を示すアレイの平面図である。図示のように、ポリシリコン列54は幅が1.6Fで1Fの間隔だけ分離されており、行60は1F又はそれより大きなマスク幅Wとすることができ、1F又はそれより大きいスペーシングDでその隣接と隔てられて開口部61を定めることができる。以下に説明される実施例では、63nm技術において、マスク幅Wは75nm(63nmの最小特徴サイズより大きい)であり、スペーシングDは75nmである。或いは、マスク幅Wは100nmとすることができ、スペーシングDも100nmとすることができる。別の実施形態では、マスク幅Wは63nmとすることができ、スペーシングDは63nmとすることができる。一般に、マスク幅W及びスペーシングDは同じであるが、これは必須ではない。
【0052】
図6Aは、図5Bの1つのポリシリコン列54に沿った断面図である。すなわち本図面は、基板42の上部にあるONO層55の上のポリシリコン列54を示している。更に、本図面はポリシリコン54の上の偶数マスク行60を断面で示している。
【0053】
ステップ104で、拡張マスク構造は、行60のマスク幅Wを拡張することによって生成することができる。例えば図6Bに示されるように、幅Lのライナー62が最初に行60の上に堆積され、次いで図6Cで示されるようにこれをエッチバックして、スペーサー62’を生成することができる。第1マスクが窒化物である場合、ライナー62(及び次のスペーサー62’)も窒化物とすることができる。スペーサーエッチングングは、垂直側面でスペーサー62’を形成するようにすることができ、平坦化ステップは、スペーサーを平坦にするために後で行うようにすることができる。図6Dは、スペーサーを急勾配の長方形で示している。
【0054】
スペーサー62’は、開口部61のサイズ(ここでは61’で表記されている)をライナー62の幅Lの2倍にまで縮小する。従って、縮小された開口部61’は、サブF幅D’=D−2Lとすることができる。同様に、スペーサー62’は、行60のマスク幅WをW’=W+2Lまで増大させることができる。
【0055】
75/75マスク幅では、ライナー62は、幅L=12.5nmとすることができ、これはスペーシングD’=50nm及び100nmの拡張マスク幅W’のサブF開口部61’を生成する。サブF開口部61’は、マスク幅行60より小さく更に63nmの最小特徴サイズFよりも小さいことを理解されたい。
【0056】
ステップ106で、ポリシリコン64をアレイ上に堆積させ、偶数行を生成することができる。ポリシリコンはアレイを覆い、サブF開口部61’を充填することができる。結果として得られるアレイは、CMPプロセスなどによって平坦化し、スペーサー62’間以外のあらゆる場所からポリシリコン64を除去することができる。CMPプロセスは、同様にスペーサー62’を平坦にするために続けることができる。CMPプロセスは、更に周辺部からポリシリコン64を除去することができる。
【0057】
結果として得られるポリシリコン行64は幅D’であり、これはサブF幅であることを理解されたい。図5の63nm技術では、ポリシリコン行64は、サブF50nm幅である。
【0058】
偶数行が終了すると、プロセスは、続いて奇数行を行うことができる。最初に、第1マスクを除去することができる(ステップ108)。実施例では、行60とスペーサー62’の両方は窒化物であり、従って窒化物湿性エッチングで共に除去し、幅W’=W+2Lの拡張開口部70(図6Eに示されている)を残すことができる。本実施例では、開口部70は100nmとすることができる。第1マスクが窒化物以外の材料からなる場合、適切なエッチャントで除去することができる。窒化物(又は他の材料)ハードマスクは、このステップの間に周辺部から除去される。
【0059】
奇数行の開口部は、この場合は既存の偶数ポリシリコン行64から別の拡張構造を生成することによって得ることができる(ステップ110)。図6Fに示されるように、72で表記された別のライナーをアレイ上に堆積させることができ、スペーサー72’(図6G)にエッチバックすることができる。スペーサー72’は、同様に窒化物又は別の材料とすることができる。このマスクでは、スペーサーは、拡張幅W’から幅W’’が偶数ポリシリコン行60の幅D’にほぼ等しくなることができるサブF開口部70’まで拡張開口部70を縮小するのに十分な幅Mとすることができる。通常、W’’=W’−2Mである。更に、第2スペーサー幅Mは通常、第1スペーサー幅Lの2倍とすることができる。本実施例では、ライナー72の幅Mは25nmとすることができる。垂直壁スペーサーが望ましい場合、多重堆積及びエッチングプロセスにより生成することができる。
【0060】
ステップ112で、ポリシリコン74をアレイ上に堆積させ、奇数行を生成することができる。図6Hに示されるように、ポリシリコン74は、アレイを覆いサブFの開口部70’を充填することができ、結果として、ポリシリコンの交互する行、すなわち奇数行74と交互にされる偶数行64が得られる。周辺部では、ポリシリコン層74は、ポリシリコン層54の最上部にあり、周辺部トランジスタのポリシリコンゲートを形成する。結果として得られたアレイは、CMPプロセスなどによって平坦化することができ、スペーサー72’間以外のアレイ内のあらゆる場所からポリシリコン74を除去することができる。CMPプロセスは、同様にスペーサー72’の一部を消費し平らにすることができる。
【0061】
この時点で行は全て(偶数及び奇数の両方)生成されるが、ワード線は完全には生成されていないことを理解されたい。ステップ114で、行は、自己整合酸化物キャップ76(図6H)又は他の何らかの耐エッチング材料でキャップすることができる。酸化物キャップが使用される場合、ステップ114は、例えば750℃で湿式酸化の20nmである酸化ステップとすることができ、ポリシリコン行64及び74の両方、並びに周辺部を覆うポリシリコンを酸化することができる。或いは、ポリシリコン行64及び74は、金属化キャップ(金属化ステップによって生成されるもの)を有することができる。例えば、自己整合タングステン堆積プロセスを使用し、或いはポリシリコンのシリサイド化を行い、エッチングに対するより耐性のあるものにすることができる。この場合も同様に、ポリシリコン行64及び74と周辺部のポリシリコンだけが金属化されることになる。図6Hに示すように、キャップ76は、ポリシリコンの一部と組み合わせることができ、これによって行64及び74の高さが低減される。
【0062】
キャップ76を用いてワード線を定めることができる。最初に、サブFマスク(スペーサー72’)を行64と74の間から除去し、行64と74の間のサブF開口部78(図6I)を残すことができる(ステップ116)。窒化物スペーサーでは、除去プロセスは窒化物湿式除去オペレーションとすることができる。
【0063】
次に、ポリシリコン列54は、ハードマスクとしてポリシリコン行64及び74の各々の上のキャップ76を使用してONO層55までエッチングすることができる(ステップ118)。図6Jは、各々に54’がマーク付けされた複数のアイランドにエッチングされた前出の図面の1つのポリシリコン列54を示している。
【0064】
図6Jの拡大透視図である図6Kは、ポリシリコンエッチングの結果をより明確に示している。最も下にある層は基板42であり、3つのONO列55と基板42に注入された自己整合ビット線50(ポケット注入51を有する)で覆われている。図6Kの第2層は、3つのポリシリコン列54として使用されるものとインターレースされた3つのビット線酸化物列52を示しているが、セルのゲートを形成することができる複数のポリシリコンアイランド54’にエッチングされている。図6Kの第4の層は、交互するワード線行64及び74を示しており、最上層は、キャップ76の行を示している。
【0065】
このポリシリコンエッチングステップは自己整合され、結果として得られたワード線(図6Lで80で表記されている)が行64及び74によって定められるスペーシングを確実に維持していることを理解されたい。各ワード線80は、第1ポリシリコンのゲート54’を接続する1つの行64又は74から形成することができることを更に理解されたい。最後に、図6Kに示すように、ポリシリコンエッチングがビット線酸化物列52を完全な状態のまま残していることを理解されたい。
【0066】
図6Lを参照すると、ワード線80は、サブF幅Wslを有することができ、サブFスペーシングDslだけ分離することができ、ここでDsl=M、及びWsl=W’’=D’’である。本実施例では、サブF幅Wslは50nmであり、サブFスペーシングDslは25nmである。更に、ワード線80は、ポリシリコンゲート54’とポリシリコン行64及び74の組み合わされた高さを有することができる。例えば、ワード線は85nmの厚みとすることができる。
【0067】
ワード線80が定められると、その間の開口部78(図6I)は、絶縁体で充填することができる(ステップ120)。1つの絶縁体は、酸化物からなるものとすることができ、アレイ上に酸化物を堆積させることによって生成することができる。図6Lに示される別のものは、ONO誘電体とすることができ、6nm程度の酸化物ライナー82を最初に堆積させ、次いで残りの開口部に13nmの窒化物ライナー84を堆積させることによって生成することができる。ONO充填材は、酸化物より低い欠陥密度を有することができる。更に、ONO充填材の酸化物部分に欠陥がある場合、窒化物は、近傍のワード線間の漏れ電流をかなり低減させる働きをすることができる。
【0068】
最後に、ワード線パターン形成は、ライナー84及び82の表面層並びにキャップ76を除去することができるCMPステップのような研磨ステップ(ステップ122)で終了することができる。これはまた、ポリシリコンワード線80の一部を除去することができる。例えば、本実施例のワード線80の厚さは、80nmまで低減することができる。又は、金属化キャップでは、酸化物又はONOは、金属の上部に残る場合がある。図6Mに示される酸化物キャップの結果は、サブF間隔Dslだけ分離されたサブF幅Wslのワード線80のセットとすることができる。サブF間隔Dslは特徴サイズFの半分より小さく、幅Wslは特徴サイズFの半分より大きくすることができる点に留意されたい。
【0069】
偶数及び奇数ワード線が同じステップでは生成されないので、これらはわずかに異なる幅になる可能性があることを理解されたい。
【0070】
ワード線が生成されると、製造は、当該技術分野で公知の方法で製造を継続することができる。
【0071】
上記で説明された比率は単に例示的なものであることを理解されたい。ワード線間のいずれかの好適なサブFワード線幅Wsl及びサブF絶縁体幅Dslは、いずれかのオリジナルのマスク要素から生成することができる。例えば、63nm技術では、以下のワード線及び絶縁体幅は、マスクによって定められた要素から生成することができる要素の一部を表す(幅/スペース比として記載されている)。
リソグラフィ
(W/D)
(nm/nm)
ワードライン
幅
Wsl
(nm)
絶縁体スペーシング
Dsl(nm)
ワードライン
ピッチ
75/75
50
25
1.2F
75/75
40
35
1.2F
100/100
63
37
1.65F
63/63
40
23
1F
【0072】
サブF素子は最小特徴サイズF又はそれより大きいマスク要素から生成されることを更に理解されたい。更に、サブF素子は全て自己整合性があり、各素子は、既存の素子からリソグラフィを介さずに生成され、従ってより小さなリソグラフィによってスケーリングすることができる。
【0073】
本発明の方法は、サブFスペーシングを備えた特徴サイズワード線(特徴サイズFの)を生成するのに利用できることを理解されたい。これは、適切な開始ピッチから始めることによって行うことができる。
【0074】
ここで図7を参照すると、事前ワードラインパターン形成(図4Aのステップ100)の例示的な方法が示されている。また図8A、8B、及び8Cを参照すると、図7の種々のステップの結果が示されている。
【0075】
基板42の準備後(図8A)、ONO層33は、ウェーハ全体を覆って配置され(ステップ200)、例示的な実施形態では、下側の酸化物層は2−5nmの厚みとすることができ、窒化物層は5nmの厚みとすることができ、ゲート酸化物層は12−14nmの厚みとすることができる。
【0076】
ステップ204で、第1ポリシリコン層31は、チップ全体に配置される。次いで、窒化物ハードマスク36は、ビット線用ではないメモリアレイのエリアを覆う列パターンに堆積することができる(ステップ206)。図8Aは、ステップ206の結果を示している。窒化物ハードマスク36の2つの列は、ONO層33に重なるポリシリコン層31の上部に示されている。
【0077】
エッチングは、窒化物ハードマスク層36の列の間でポリシリコン層と酸化物及び窒化物層のエリアを除去することによってビット線開口部37を生成するために行うことができる(ステップ208)。図8Bは、エッチングプロセスの結果を示している。第1ポリシリコン及び窒化物ハードマスク36の2つの列54は、ONO層33の列の上部(ここでは55で表記されている)に示されている。底部酸化物(39で表記された)は、ビット線開口部37に示されている。
【0078】
ホウ素(BF2)のようなポケット注入51(図8B)は、ポリシリコン列54の隣り或いはその下に埋め込むことができる(ステップ210)。例示的なポケット注入は、0−15゜の角度で1〜3×1013/cm2とすることができ、ここで角度は、ビット線開口部37の幅と、窒化物ハードマスク36によって覆われたポリシリコン列54の高さによって制限される可能性がある。ポケット注入51の一部は、ポリシリコン列54の下に散乱及び拡散させることができる。他の実施形態では、ポケット注入は、ホウ素又はインジウムとすることができる。
【0079】
ステップ211で、窒化物ハードマスク36を除去することができる。
【0080】
ステップ212で、スペーサー41は、ポリシリコン列54の両側に生成することができる。例えば、スペーサー41は、12nm程度の酸化物ライナーの堆積、及びスペーサーの形を生成するための異方性エッチングによって生成することができる。或いは、ライナーはスペーサーを形成することがないように残しておくことができる。
【0081】
スペーサー41は、注入されようとしているビット線の幅を低減し、ビット線間のチャンネルの有効長さを増大するために、ビット線開口部の幅(図8Cで37’で表記されている)を低減することができる。
【0082】
スペーサー41が形成されると、ビット線50を注入後(ステップ214)、急速熱アニール(RTA)を行うことができる。1つの例示的な実施形態では、ビット線注入は、10−20Kevで2×1015/cm2のヒ素からなり、ビット線に対して0又は7%の角度を有する。
【0083】
ステップ216で、酸化物充填材52は、チップ上に堆積させることができる。図8Cに図示するように、酸化物充填材52は、低減されたビット線開口部37’を充填することができ、チップの他の部分を覆うことができる。ステップ218で、CMP(化学機械平坦化)プロセスは、過剰な酸化物充填材52を除去するために行うことができる。ステップ218の結果は、前述の図5に見ることができる。
【0084】
ここで図9A及び図9Bを参照すると、ワード線がポリシリコン以外の金属で形成されている本発明の他の実施形態を示している。更に図10A−図10Dを参照すると、図9A及び9Bの種々のステップの出力を示している。
【0085】
出願人らは、アレイの上の金属線(「金属1層」として知られる)を生成するための半導体技術で使用される「デュアルダマシン」タイプのプロセスを本明細書で利用して、ポリシリコンゲート上に金属ワード線を生成することができる点を認識している。この新しいプロセスは、図9A及び9Bに示されているが、図4A及び4Bに示されるものに非常に類似しているので、変更されたステップだけを以下に説明する。
【0086】
本方法は、図4Aのステップ100、101、102、及び104で始まり、ポリシリコン列54上に行60及びスペーサー62’から形成された拡張マスク構造を生成する。次いで、本方法は、銅又はタングステンなどの偶数金属行221を前述のようなポリシリコン行64ではなく低減されたスペース61’に堆積させることができる(ステップ220)。次に、金属行221を平坦化することができ、図10Aに示される構造が得られる。
【0087】
次いで、本方法は、図4Aのステップ108(第1マスクを除去)及び110(拡張マスクを生成)に続く。しかしながら、この実施形態では、拡張マスクは偶数金属行221及びスペーサー72’から形成される。ステップ222で、奇数金属行223は、スペース70’(図6Gから)に堆積させることができる。次いで金属行221を平坦化することができ、図10Bに示される構造が得られる。
【0088】
偶数及び奇数行221及び223はそれぞれ金属から形成されるので、これらの上に酸化物キャップを載せる必要がなく、従ってステップ114はこの実施形態には含まれない。
【0089】
本方法は、近傍の金属行221及び223の間のスペースを残したまま、サブFマスク72’を除去する段階(ステップ116)に進むことができる。ステップ224で、ポリシリコン列54は、エッチングのマスクとして金属行221及び223を使用してエッチングし、ポリシリコンゲート54’を生成することができる。この結果は図10Cに示されており、ゲート54’をより明確に示す拡大透視図が図10Dに示されている。
【0090】
プロセスは、前述のように絶縁体によってワード線間のスペースを充填する段階(ステップ120)及び平坦化段階(ステップ122)に続くことができる。
【0091】
スペーサーの実施形態
出願人らは、スペーサー技術を用いてサブFワード線を生成することができることを認識している。従って、セルサイズは、標準的なリソグラフィを利用しながらも、従来技術と同じか又はこれよりもわずかに大きなピッチの2ワード線を有することにより有意に低減することができる。例えば、2.8Fのピッチの2ワード線(1.4Fピッチの1ワード線に変換する)とすることができる。このようなアレイは、従来技術の4F2理論最小値より小さなセルサイズを結果として得ることができる。従って、本発明の別の好ましい実施形態では、スペーサー技術を用いて、1ワード線においてサブ2Fピッチをもたらすことができる。
【0092】
ここで図11を参照すると、本発明に従って構成及び動作可能な新規の高密度アレイ400が示されている。アレイ400は、サブ最小特徴サイズ、サブF、スペーサーワード線330(1Fより小さいワード線幅を有する)、並びに特徴サイズ又はより小さな幅スペース335(ここでスペーシング335は1F以下)を提供することによってメモリセルの最小サイズを小さくすることができる。
【0093】
例えば図11では、スペーサーワード線330は、例示的に0.4Fとして示されている。図11のスペーサーワード線330の幅は例示的なものであって、他のサブF幅も可能であり、本発明に含まれる点を理解されたい。ビット線340及びビット線スペース345は、DPP従来技術と同様それぞれ1F及び1.6Fの幅を有することができる。
【0094】
ビット線寸法に対して2.6Fのピッチを仮定すると、図11の実施例のセルサイズは、2.6F×1.4F=3.64F2とすることができ、これは従来技術の理論最小値(4F2)よりも小さい。図11の実施例のワード線及びビット線ピッチは例示的なものであって、他のピッチも可能であり、本発明に含まれることを理解されたい。本発明の理論上の制限値は、スペーサーワード線330間の1Fのピッチ及びビット線340間の2Fのピッチによって定義される。その結果、本発明の例示的な実施形態は、サイズが1F×2F=2F2であるセル38を提供することができる。従って、ワード線としてスペーサーを使用することによって本発明は理論上の最小セルサイズを再定義している点を理解されたい。また、スペーサーワード線330の幅は、プログラミングに必要とされる電流量に直接影響することを理解されたい。スペーサーワード線330の幅が広い程、一般にプログラミングのためにより高い電流が必要となる可能性がある。従って、スペーサーワード線330の幅が1Fの従来技術よりも広くない場合、これは一般にプログラミングのために従来技術よりも低い電流を必要とすることができ、結果としてプログラミング中の電力消費がより少なくなる。
【0095】
本発明はまた、非DPPタイプメモリセル及び非NROMタイプメモリセルでも実装することができることを理解されたい。更に、メモリセルは、セルの基本物理及び動作モードを変化させることなく2ビット又は4ビットを記憶することができる。
【0096】
本発明の好ましい実施形態に従い、且つ以下に示されるように、サブF素子は、最小特徴サイズF又はそれよりも大きい素子から生成することができる。以下の本明細書で説明されるように、本発明は、一般的なリソグラフィ概念を利用してこのような小さな特徴を生成する。
【0097】
ここでプロセスが示された図12、及び図12のプロセス内の種々のステップが示された図13A−26Bを参照する。図12は、以下の本明細書で説明される2つの代替方法を示しており、第1は、図13A−24Bに関連し、スペーサーワード線間の耐パンチスルー注入を可能にし、第2は、図25A−26Bに関連し、このような耐パンチスルー注入がない。
【0098】
プロセスは、ステップ402で、ワード線パターン形成前のプロセスステップによって始まる。これらのステップの結果は、図13A及び13Bに示されている。図13Aは、アレイ400の上面図を示しており、図13Bは複数のビット線370が見える水平線B−Bに沿った断面図を示している。図13Aは、酸化物350と窒化物360の交互する線を示している。図13Bに示されるように、酸化物350は、例えばヒ素注入によって生成することができるビット線370の上部に配置することができる。窒化物360の下は、ポリシリコンライナー385及び酸化物−窒化物−酸化物(ONO)層380とすることができる。ビット線酸化物350及びビット線370は、リソグラフィプロセスを使用して形成することができ、従って、1Fのビット線幅が結果として得られることを理解されたい。本発明の好ましい実施形態によれば、窒化物360及びONO層380の幅は、1Fの最小制限値を有する1.6Fとすることができる。
【0099】
事前ワード線パターン形成プロセスステップは、ステップのいずれかの好適なセットとすることができ、その例示的なセットは、本発明の同一の譲受人に譲受された以下の出願、すなわち2005年10月11日申請の米国特許出願11/247,733号、2006年1月20日申請の米国特許出願11/336,093号、及び2006年5月24日申請の米国特許出願11/440,624号
で見ることができ、これらは引用により本明細書に組み込まれる。
【0100】
図12を参照すると、ワード線処理の第1ステップは、例えばポリシリコンのような導電性材料を使用して堆積することができるスペーサーワード線の隣りに保持壁を形成すること(ステップ410)である。図14Aで上記から分かるように、最初にアレイ400全体は、リソグラフィ目的のためのハードキャップを構成することができる窒化物の第2層390で覆うことができる。図14Bの断面図は、窒化物390が前の堆積材料をどのように覆うことができるかを示している。
【0101】
図15Aは、図14と比較した場合の時計方向に90度回転させたアレイ400の上面図を示している。この図は、窒化物390が次にエッチングされてワード線保持壁390’をどのように生成することができるかを示している。次いで、このオペレーションによって露出されたポリシリコンライナー385の素子は、湿式エッチングによって同様に除去することができる。ワード線保持壁390’の幅は、リソグラフィオペレーションの制約により1F又はそれ以上とすることができることを理解されたい。本発明の好ましい実施形態では、各ワード線保持壁390’間の間隔Dは、例えば1.8Fとすることができる。
【0102】
窒化物390をエッチングするためのマスクは、ワード線を生成するための従来技術のマスクと同一又は類似のものとすることができることを理解されたい。しかしながら本発明では、マスクは、保持壁390’を生成するのに使用される。
【0103】
図15Bは、複数のワード線が見える線B−Bに沿った垂直断面図である。図16Bは、窒化物360の残りの素子がワード線保持壁390’のベースをどのように形成しているかを示している。従って、保持壁390’及び窒化物360の両方は同じ材料からなり、後で単一のステップで除去することができる点を理解されたい。
【0104】
図16Aに示されるように、次にスペーサーワード線330は、ワード線保持壁390’に隣接したポリシリコンスペーサーとして生成することができる(ステップ420)。ポリシリコンスペーサーは、最初にポリシリコンライナーを配置し、次にライナーをエッチバックすることによって生成することができる。反応性イオンエッチング(RIE)を用いて、ビット線酸化物350全体にスペーサーワード線330の導通を確実にすることができる。
【0105】
図16Bは、スペーサーワード線330が生成された後のアレイ400の断面図を示している。スペーサーワード線330はスペーサーとすることができ、リソグラフィにより生成できない点を理解されたい。従って、スペーサーワード線330は、1Fより小さい幅を有することができる。本発明の例示的な実施形態によると、スペーサーワード線330の幅は、0.4Fとすることができる。
【0106】
スペーサーワード線330の幅は、リソグラフィの制限によりもはや影響を受けることがない点を理解されたい。スペーサー寸法は、堆積での層厚さにのみ依存する場合があり、従って理論的には原子寸法に達する可能性がある。しかしながら、狭いチャンネル効果、セル幅変動などの実際上の考慮事項に照らして、スペーサーワード線330の最小幅は、0.1Fとして定義することができる。
【0107】
本発明の好ましい実施形態によれば、耐パンチスルー(APT)注入は、プロセス中に含めることができる。耐パンチスルー(APT)注入が必要とされる(ステップ422でチェックされたときに)場合、酸化物スペーサー410は、スペーサーワード線330(図17A)に隣接させて堆積することができる(ステップ425)。酸化物スペーサー410はONO380の最上部に位置付けることができ、注入プロセス中にスペーサーワード線330に対する支持を形成することができる点を理解されたい。次いで、ONO380は、耐パンチスルー(APT)注入を容易にするためにエッチングすることができる(ステップ428)。図17Bは、図17Aの断面図を提供し、このようなエッチングの結果を示している。ONO380の素子は、スペーサーワード線330、スペーサーワード線保持壁390’、及び酸化物スペーサー410の下に保持することができる。しかしながら、酸化物スペーサー410間では基板305は露出させることができる。
【0108】
図18A及び18Bに示されるように、APT注入物420の第1セットは、ここでは基板305の露出された素子に注入することができる(ステップ430)。図19A及び19Bに示されるように、次いで酸化物充填材415は、第1APT注入物420の上に堆積させることができる(ステップ440)。
【0109】
ステップ425及び428は任意選択であることを理解されたい。本発明の別の実施形態では、APT注入物420は、酸化物スペーサー410の堆積或いはONO層380のエッチングを行うことなくONO層380を通じて直接注入することができる(ステップ430)。次いで酸化物充填材415は、前記実施形態で酸化物スペーサー410と酸化物充填材415の両方を含むエリアに堆積させることができる(ステップ340)。
【0110】
本発明の好ましい実施形態によれば、アレイ400また、この時点で平坦化し、過剰な酸化物充填材を除去することができる。例示的な平坦化オペレーションは、化学機械研磨(CMP)とすることができる。従って、図19Bに示されるようにアレイ400は、均一な高さまで充填することができる。酸化物スペーサー410と酸化物充填材415は、同じ金属からなるものとすることができ、従ってスペーサーワード線330間の均一な充填材を実際に含むことができることを理解されたい。
【0111】
ワード線保持壁390’は、窒化物エッチングなどによって除去することができる(ステップ450)。耐パンチスルー(APT)注入が必要とされる(ステップ452でチェックされたとき)場合、酸化物スペーサー411をスペーサーワード線330に隣接させて堆積させることができる(ステップ455)。図20A及び20Bは、ステップ455の結果を示す。ビット線酸化物370とONO層380は、除去された保持壁390’の下から露出している。酸化物スペーサー411は、スペーサーワード線330に隣接しており、ワード線保持壁390’の除去によって既に露出されていたONO380の素子を部分的に覆うことができる。
【0112】
本発明の好ましい実施形態によれば、次に、ONO380の残りの露出部分は、第2APT注入物を容易にするためにエッチングすることができる(ステップ458)。図21A及び21Bは、このようなエッチングの結果を示す。第1APT注入物420(図17A及び17B)の作製と同様、基板305を露出させることができ、ONO380の素子は、スペーサーワード線330と酸化物スペーサー410及び411の下で保持することができる。しかしながら、ここでは残りのワード線保持壁390’が存在しない場合がある。
【0113】
図22A及び22Bで示されるように、次いで第2APT注入物425は、露出された基板305に注入することができる(ステップ460)。次に、図23Aは、酸化物充填材418がAPT注入物425を覆うためにどのように堆積する(ステップ470)ことができるかを示している。
【0114】
ステップ455及び458は任意選択であることを理解されたい。本発明の別の実施形態では、APT注入物425は、酸化物スペーサー411の堆積或いはONO層380のエッチングを行うことなくONO層380を通じて直接注入することができる(ステップ460)。次に、酸化物充填材418は、前記実施形態で酸化物スペーサー410と酸化物充填材418の両方を含むエリアに堆積させることができる(ステップ440)。
【0115】
酸化物充填材418が堆積された後、アレイ400は、例えばCMPプロセスを使用してスペーサーワード線330のレベルより上の過剰な酸化物充填材418を除去するステップ440で平坦化することができる。CMPプロセスが実行された後、残っている露出素子だけが、スペーサーワード線330と酸化物410、411、415、及び418からのポリシリコンとすることができる。次いで、酸化物エッチバックを利用して、例えばスペーサー厚さの約2倍の深さまでスペーサーワード線330を露出させることができる。図23Bの断面図は、このエッチングの結果を示している。スペーサーワード線330は、ONO380上に載せることができ、周囲の酸化物410、411、415、及び418の上に延びることができる。ONO380の一部は、酸化物スペーサー410及び411の下に延びることもできる点を理解されたい。
【0116】
図24A及び24Bに示されるように、スペーサーワード線サリサイデーションは、露出されたスペーサーワード線330をサリサイド化するために行うことができる(ステップ480)。例えば、コバルト又はタングステンはこのプロセスで使用することができる。このステップで、アレイ400の生成を完了することができる。
【0117】
以下に述べられるように、スペーサーワード線330の幅は0.4Fとすることができることを理解されたい。また、酸化物410、酸化物415、及び第2酸化物410が組み合わされた幅は1Fとすることができることを理解されたい。同様に、酸化物411、酸化物418、及び第2酸化物411が組み合わされた幅も1Fとすることができる。従って、アレイ400は、従来技術について以下に説明されたような2F当たりに1ワード線である前記最小ピッチとは対照的に、1.4F毎に1ワード線のピッチを有することができる点を理解されたい。
【0118】
上記に示された実施形態で提供される値は、単に例示的なものに過ぎない点を理解されたい。ポリシリコンスペーサーワード線330は、0.1F−0.5Fの幅を有することができる。同様に、幅スペース335は、1F又はそれより小さいものとすることができる。制約は、ワード線保持壁390’のマスクのピッチが2Fとすることができる点である。これは、0.8Fの壁幅と、1.2Fの幅スペース又は他の或る配置の間で分割することができる。
【0119】
本発明の別の実施形態では、アレイ400は、耐パンチスルー注入を有することができない。
【0120】
この別の実施形態はまた、図12にも示されている。この実施形態のステップは、前記実施形態のステップ402−420を含むことができ、この時点でスペーサーワード線330がワード線保持間部390’に隣接して生成することができる(図16A及び16Bに示されるように)。
【0121】
APT注入物は必要でない(ステップ422でチェックされたとき)ので、次のステップは、スペーサーワード線330間に酸化物充填材415’を堆積させることになるであろう(ステップ440)。前記実施形態と同様、アレイ400をこの時点で平坦化し、過剰な酸化物充填材を除去することができる。ここで、ステップ440の結果が示されている図25A及び25Bを参照する。酸化物充填材415’は、ONO層380の上部にあることができ、スペーサーワード線330間のエリア全体を充填することができる。酸化物充填材415’によって覆われるエリアは、前記実施形態で酸化物スペーサー410及び酸化物充填材415によって覆うことができるエリアに相当することができる点を理解されたい。
【0122】
次いで、ステップ450は、前記実施形態のように進め、保持壁390’を除去することができる。ここで参照される図26A及び26Bに示されるように、保持壁390’を除去して、ONO層380をスペーサーワード線330間で露出させることができる。
【0123】
同様に、APT注入物が必要でない(ステップ452でチェックされたとき)と仮定すると、次のステップでは、保持壁390’によってこれまで充填されていたエリアに酸化物充填材418’を堆積させる(ステップ470)ことができる。前記実施形態と同様、アレイ400はまたこの時点で平坦化し、過剰な酸化物充填材を除去することができる。図26A及び26Bは、ステップ470の結果を示している。酸化物充填材415’は、ONO層380の上部にあるものとすることができ、スペーサーワード線330間のエリア全体を充填することができる。酸化物充填材418’によって覆われるエリアは、前記実施形態で酸化物スペーサー411及び酸化物充填材418が覆うことができるエリアに相当するものとすることができる点を理解されたい。
【0124】
処理は、前記実施形態のようにワード線サリサイデーション(ステップ480)に続くことができる。前記実施形態の図23A及び23Bを現在の実施形態の図26A及び26Bと比較すると、APT注入物が無いこと、及びこのような注入を容易にするために必要なONO380のエッチング以外は、2つの実施形態により製造されるメモリアレイ400間に実質的な差は存在しないことを理解されたい。両方の実施形態において、スペーサーワード線330間の酸化物充填材が存在することができる。前記実施形態ではこのような充填材は、酸化物スペーサー410及び411並びに酸化物充填材415及び418から構成することができる。現在の実施形態では、このような充填材は、酸化物充填材415’及び418’から構成することができる。
【0125】
従って、2つの実施形態により製造されるメモリセル38(図11)のサイズ間に実質的な差がない点を理解されたい。APT注入物がないこと及びONO380のより多くの素子が存在すること以外は、現在の実施形態の結果は、前記実施形態の結果とほぼ同様のものとすることができる。
【0126】
本発明の幾つかの特徴を本明細書で図示し説明してきたが、多くの修正、置き換え、変更、及び均等物が当業者であれば想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神内に含まれる全てのこのような修正及び変更を保護するものである点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0127】
【図1】NROMメモリセルを示す概略図である。
【図2】図1のセルのレイアウトを示す概略図である。
【図3】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能なアレイのレイアウトを示す概略図である。
【図4A】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能な図3のアレイを生成するためのワード線パターン形成方法を示すフローチャートである。
【図4B】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能な図3のアレイを生成するためのワード線パターン形成方法を示すフローチャートである。
【図5A】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図5B】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6A】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6B】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6C】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6D】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6E】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6F】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6G】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6H】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6I】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6J】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6K】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6L】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6M】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図7】図4A及び4Bの方法に有用な事前ワード線パターン形成のための方法を示すフローチャートである。
【図8A】図7のプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図8B】図7のプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図8C】図7のプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図9A】図4A及び4Bのワード線パターン形成方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図9B】図4A及び4Bのワード線パターン形成方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図10A】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図10B】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図10C】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図10D】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図11】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能なアレイのレイアウトを示す概略図である。
【図12】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能な図11のアレイを生成するためのスペーサーワード線パターン形成方法を示すフローチャートである。
【図13A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図13B】図13Aの断面図である。
【図14A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図14B】図14Aの断面図である。
【図15A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図15B】図15Aの断面図である。
【図16A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図16B】図16Aの断面図である。
【図17A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図17B】図17Aの断面図である。
【図18A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図18B】図18Aの断面図である。
【図19A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図19B】図19Aの断面図である。
【図20A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図20B】図20Aの断面図である。
【図21A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図21B】図21Aの断面図である。
【図22A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図22B】図22Aの断面図である。
【図23A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図23B】図23Aの断面図である。
【図24A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図24B】図24Aの断面図である。
【図25A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図25B】図25Aの断面図である。
【図26A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図26B】図26Aの断面図である。
【符号の説明】
【0128】
22 ビット線
30 高密度アレイ
32 ワード線
34 ワード線スペーシング
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2005年7月18日申請の米国暫定特許出願第60/699,857号、2005年11月25日申請の米国暫定特許出願第60/739,426号、及び2006年5月15日申請の米国暫定特許出願第60/800,022号からの恩恵を請求し、これらの全ては引用により全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に不揮発性メモリセルに関し、詳細にはその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
デュアルビットメモリセルは当該技術分野で公知である。このようなメモリセルの1つは、ここで参照される図1に示されるNROM(窒化物読出し専用メモリ)セル10であり、ポリシリコンワード線18とチャンネル20との間に挟まれた酸化物−窒化物−酸化物(ONO)スタックなどの窒化物ベース層16に2つのビット12及び14を記憶する。チャンネル20は、ビット線22が注入された後で成長した熱成長酸化物層26によってワード線18から隔てられた各側部にある埋め込みビット線拡散部22によって定められる。酸化物成長中、ビット線22は、注入エリアから拡大するように横方向に拡散することができる。
【0003】
NROMセルは、例えば本発明の同一の譲受人に譲受された米国特許第6,649,972号など多くの特許で説明されており、本特許の開示事項は本明細書に組み込まれる。適用可能な場合、NROMを包含する説明は、具体的にはSONOS(シリコン−酸化物−窒化物−酸化物−シリコン)、MNOS(金属−窒化物−酸化物−シリコン)、MONOS(金属−酸化物−窒化物−酸化物−シリコン)及びNVMデバイス用に使用される同様のものを含む関連する酸化物−窒化物技術を含めるものとされる。NROM及び関係する技術の詳細な説明は、http://siliconnexus.com及びこれを介して表示されるSaifun Semiconductor and materialsによって公開された「不揮発性メモリ技術」2005年で見ることができ、「小型SONOS不揮発性メモリデバイスにおける設計検討」は、
【0004】
http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/presentations/bu_white_sonos_lehigh_univ.pdfで見ることができ、「宇宙及び軍用応用のSONOS不揮発性半導体メモリ」は、
【0005】
http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/papers/adams_d.pdfで見ることができ、「フィリップス研究−技術−埋め込み不揮発性メモリ」は、http:research.philips.com/technologies/ics/nvmemories/index.htmlで見ることができ、「半導体メモリ:不揮発性メモリ(NVM)」は、http://ece.nus.edu.sg/stfpage/elezhucx/myweb/NVM.pdfで見ることができ、これらの全てはこれらの全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【0006】
ここで簡単に参照する図2に示されるように、NROM技術は、ワード線18とビット線22の高密度十字交差を備えた仮想接地アレイアーキテクチャを用いる。ワード線18及びビット線22は、4F2サイズのセルを最適に考慮することができ、ここでFは、アレイが構築される技術におけるチップの素子の最小特徴サイズを示す。例えば、65nm技術の特徴サイズは、F=65nmである。
【0007】
NROMセルでは、セルの最小長さは2Fであり、ビット線22の最小長さ(1F)とビット線22間のスペーシング23の最小長さ(1F)とを加えた長さである。セルの最小幅も2Fであり、ワード線18の最小幅(1F)にワード線18間のスペーシング19の最小幅(1F)を加えたものである。従って、セルの理論上の最小面積は4F2である。
【0008】
1Fより小さいビット線22を生成することが可能であるが、この場合、ビット線22及び関連するスペーシング23の全長が少なくとも2Fになるように、対応する分量だけ関連するスペーシング23の長さを増大させる必要がある点に留意されたい。同様に、1Fより小さいワード線18を生成することが可能であるが、この場合、ワード線18及び関連するスペーシング19の全幅が少なくとも2Fになるように、対応する分量だけ関連するスペーシング19の幅を増大させる必要がある。
【0009】
残念ながら、170nmよりも小さな最先端のプロセス(ここでF=0.17μm)を用いるほとんどのNROM技術は、約1.6Fのビット線スペーシングを必要とするビット線の側面拡散により5−6F2の大きなセルを利用する。
【0010】
NROMセル用のデュアルポリシリコンプロセス(DPP)が存在し、ここでは第1ポリシリコン層は、間にビット線22が注入される列に堆積されエッチングされる。ワード線18は次に、第2ポリシリコン層として堆積され、第1ポリシリコン層の列をビット線22間のアイランドに切断する。第2ポリシリコン層を生成する前に、ビット線酸化物は、前と同様に成長するのではなく第1ポリシリコン列の間に堆積される。この結果、ビット線酸化物がポリシリコン列の特徴サイズ内に留まる。幾つかのDPPプロセスでは、スペーサーが、ビット線のためのスペースを低減する第1ポリシリコン列の側面上に生成される。これにより、ビット線を1Fより薄くすることができる。例えば、ビット線22は、0.7Fとすることができ、これらの間の列は1.6Fとすることができる。これは、2.3Fの幅及び結果として得られる4.6F2のセル面積をもたらし、従来のプロセスよりも理論上の最小値である4F2に近いが、依然としてそこまでではない。同じスペースにより多くの特徴を入れようとする産業界における絶え間ない取り組みが存在するので、理論上の最小値に近付けることは重要なことである。
【0011】
【特許文献1】2005年7月18日申請の米国暫定特許出願第60/699,857号公報
【特許文献2】2005年11月25日申請の米国暫定特許出願第60/739,426号公報
【特許文献3】2006年5月15日申請の米国暫定特許出願第60/800,022号公報
【特許文献4】米国特許第6,649,972号公報
【特許文献5】2005年10月11日申請の米国特許出願11/247,733号公報
【特許文献6】2006年1月20日申請の米国特許出願11/336,093号公報
【特許文献7】2006年5月24日申請の米国特許出願11/440,624号公報
【非特許文献1】Saifun Semiconductor and materialsによって公開された「不揮発性メモリ技術」2005年(http://siliconnexus.com)
【非特許文献2】「小型SONOS不揮発性メモリデバイスにおける設計検討」(http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/presentations/bu_white_sonos_lehigh_univ.pdf)
【非特許文献3】「宇宙及び軍用応用のSONOS不揮発性半導体メモリ」(http://klabs.org/richcontent/MemoryContent/nvmt_symp/nvmts_2000/papers/adams_d.pdf)
【非特許文献4】「フィリップス研究−技術−埋め込み不揮発性メモリ」(http://ece.nus.edu.sg/stfpage/elezhucx/myweb/NVM.pdf)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的は、少なくともメモリアレイの密度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
従って、本発明の好ましい実施形態により、サブF(サブ最小特徴サイズF)幅だけ離間して配置されたワード線と該ワード線にほぼ垂直なビット線とを備えた不揮発性メモリアレイが提供される。
【0014】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、ワード線はサブF幅である。
【0015】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、アレイはNROM(窒化物読出し専用メモリ)アレイである。
【0016】
更に本発明の好ましい実施形態によれば、サブFスペーシングは誘電体で充填される。
【0017】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、サブFワード線幅は少なくとも0.5Fであり、サブFスペーシングは0.5Fより小さい。
【0018】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、誘電体は酸化物−窒化物−酸化物である。
【0019】
更に、本発明の別の好ましい実施形態によれば、サブFワード線幅は少なくとも0.1Fであり、サブFスペーシングは少なくとも0.7Fである。
【0020】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、ワード線は、ポリシリコンスペーサーから形成される。
【0021】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも最小特徴サイズFの幅を有するマスク生成素子からサブFワード線を生成する段階を含む不揮発性メモリアレイのワード線をパターン形成するための方法が提供される。
【0022】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、生成段階は、マスク生成素子から第1の行のセットを生成する段階、次いで第1の行のセットから第1の行のセット間に交互配置される第2の行のセットを生成する段階を含む。
【0023】
更にまた、本発明の好ましい実施形態によれば、本方法はまた、行にほぼ垂直で且つ第1及び第2の行のセットに自己整合したポリシリコン列をエッチングしてワード線ゲートを生成する段階と、絶縁材料で行とワード線ゲートとの間のスペースを充填する段階とを含む。
【0024】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、第1及び第2の生成段階は、サブF幅行を生成する。
【0025】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、行はポリシリコン又は金属から形成される。
【0026】
本発明の好ましい実施形態によれば、不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法が提供される。この方法は、ポリシリコン列にアレイのアクティブエリアを覆わせる段階と、少なくとも最小特徴サイズFの幅の行を有するマスクから第1の行のセットのために行間にサブF開口部を有する拡張マスクを生成する段階と、ポリシリコンでサブF開口部を充填してポリシリコン列の上の第1の行のセットを生成する段階と、拡張マスクを除去する段階と、第1の行のセットに拡張部分を付加して行間に第2のサブF開口部のセットを生成する段階と、ポリシリコンで第2のサブF開口のセットを充填して第2の行のセットを生成する段階と、第1及び第2の行のセットをキャップする段階と、拡張部分を除去する段階と、マスクとしてキャップされた行を使用してポリシリコン列をエッチングしワード線ゲートを生成する段階と、絶縁材料で行とワード線ゲートとの間のスペースを充填する段階とを含む。
【0027】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、行は、タングステン又はコバルトとすることができる金属から形成される。
【0028】
本発明の好ましい実施形態によれば、1つのメモリセルにつき1つの複数のポリシリコンゲート、ゲートの行を各々が接続する金属ワード線と、ワード線にほぼ垂直のビット線とを含む不揮発性メモリアレイが提供される。
【0029】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、ゲートは、ワード線及びビット線に自己整合される。
【0030】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、金属ワード線は、デュアルダマシンプロセスによって形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
本発明に関する主題は、本明細書に添付する請求項で特に明らかにされ、明確に請求される。しかしながら本発明は、動作の構成及び方法の両方、並びにその目的、特徴、及び利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって最も良く理解することができる。
【0032】
説明を簡単且つ明確にするために、図に示される要素は必ずしも縮尺通りに描かれていない点を理解されたい。例えば、要素の一部の寸法は、明確にするために他の要素に対して誇張されている場合がある。更に、適切とみなされる場合には、参照符号は、対応する要素又は類似の要素を示すのに複数の図面にわたり繰り返し用いる場合がある。
【0033】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を可能とするために多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細がなくとも実施可能であることは当業者には理解されるであろう。場合によっては、公知の方法、手順、及び構成要素は、本発明を曖昧にしないために詳細には説明していない。
【0034】
本発明は、所与の面積当たりのビット数を従来技術よりも増大させることができる。一般に、セルの密度を増大させると、所与の面積のビット数が増大する。密度を高めるための1つの方法は、セルの長さを短縮することである。密度を高めるための別の方法は、ワード線間のスペースを利用してより多くのワード線を挿入することである。理想的な状況では、セルサイズは、2Fの開口に2ワード線を有することで半分に縮小することができる(結果として1Fピッチで1ワード線を生じる)。このような「倍密度」アレイは、2倍の量のデータを記憶することができる。
【0035】
出願人らは、このような倍密度アレイが従来技術の4F2最小サイズよりも有意に小さなセルを生成することを理解した。更にこれは、従来技術の2F最小数より小さい値までワード線間のピッチを小さくする。
【0036】
出願人らは、このような倍密度アレイを生成するための1つより多くの方法があることを明確に理解した。従って本出願は、このような生成のための1つより多い好ましい実施形態を含むことができる。
【0037】
図3−図10Dに示されるこのような好ましい第1の実施形態では、自己整合プロセスを用いて、標準的なリソグラフィプロセスによって生成された最初のマスクからサブ1Fワード線を生成することができる。ワード線スペーシングはまた、サブ1Fとすることができ、誘電体で充填することができる。
【0038】
図11A−図26Bに関して検討される別の好ましい実施形態では、サブ1Fワード線は、スペーサー技術を使用して生成することができる。
【0039】
自己整合の実施形態
ここで、本発明の第1の好ましい実施形態に従って構成及び動作する新規の高密度アレイ30を示す図3を参照する。アレイ30は、サブ最小特徴サイズ「サブF」、ワード線32、及びワード線スペーシング34に提供することによってメモリセルの最小サイズを低減することができる(その結果、1Fより小さいワード線幅と1Fより小さいスペーシングが得られる)。例えば図3では、ワード線スペーシング34は、例示的に0.3Fとして示されている。ワード線スペーシング34を非常に狭くすることができるので、これらはONO、窒化物又は酸化物などの誘電体で充填することができる。
【0040】
ワード線32はまた、薄く(サブF幅)することができる。図3では、ワード線32の幅は0.7Fとして示されている。図3のワード線32及びスペーシング34の幅は例示的なものであって、他のサブF幅も可能であり、本発明に含まれる点を理解されたい。例えば、1Fピッチ(ワード線幅並びにスペーシングを含む)では、スペーシング34は0.4F幅とすることができ、ワード線32は0.6F幅とすることができる。1.2Fピッチでは、スペーシング34は0.4Fとすることができ、ワード線32は0.8Fとすることができる。或いは、スペーシング34は0.3F幅とすることができ、ワード線32は0.9F幅とすることができる。上記の実施例の全てにおいて、ワード線スペーシングが大幅に低減され、ワード線幅が少し低減されている点を理解されたい。
【0041】
本発明では、ワード線32及びスペーシング34の幅は同じであることは必要ではない点を理解されたい。図3では、ワード線32は、ワード線スペーシング34よりも幅が広い。しかしながら、ワード線32のピッチは1Fとすることができ、ワード線間の最小スペーシングは、ワード線32間の誘電体が破壊されるポイントまで電気的に制限することができる。
【0042】
例えば、酸化物絶縁破壊は、約10nmの誘電体厚みで生じる可能性のある、プログラミング又は消去中のワード線間の10V電圧降下で9−11MV/cmである。従って、このタイプの誘電体では、ワード線スペーシング34用の最小幅は、10nmとすることができる。信頼性及び品質の目的のために、このような最小ワード線スペーシングは、15nmまで増やすことができる。
【0043】
デュアルポリシリコンプロセス(DPP)タイプのメモリセル用に可能であり図3に示されるようなビット線22間の2.6Fのピッチを想定すると、図3の実施例のセルサイズは、2.6F×1F=2.6F2とすることができ、従来技術よりもかなり小さいサイズになる。本発明の最小セルサイズは2F×1F=2F2である点を理解されたい。
【0044】
本発明はまた、非DPPタイプメモリセル、及び非NROMタイプメモリセル用にも実装することができる点を理解されたい。更に、メモリセルは、セルの基本物理特性及び動作モードを変えることなく2ビット又は4ビットを記憶することができる。
【0045】
本発明の好ましい実施形態に従い、且つ以下に示されるように、最小特徴サイズF又はそれよりも大きな素子からサブF素子を生成することができる。以下に説明されるように、本発明は、このような小さな外形を生成するために一般的なリソグラフィ概念を利用する。
【0046】
ここで、プロセスを示す図4A及び4B、更に図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップを示す図5A及び図5B並びに図6A−6Mを参照する。
【0047】
本プロセスは、ステップ100で、ワード線パターン形成前のプロセスステップから始まる。プロセスステップは、ステップのいずれかの好適なセットとすることができ、図7でその例示的なセットが以下に説明される。他の好適なDPPタイププロセスステップは、本発明の同一の譲受人に譲受された以下の出願、すなわち、2005年10月11日申請の米国特許出願11/247,733号、2006年1月20日申請の米国特許出願11/336,093号、及び2006年5月24日申請の米国特許出願11/440,624号で見ることができ、これらの出願は、引用により本明細書に組み込まれる。
【0048】
メモリアレイの例示的な断面図が図5Aに示されている。ビット線50及びポケット注入51の列は、基板42に注入することができる。上記のビット線50は、方形のビット線酸化物52とすることができる。チャンネル53は、ビット線50間に形成でき、ONO素子55の列は、チャンネル53上のビット線酸化物52間に形成することができる。第1ポリシリコン層のポリシリコンの列54は、ONO素子55の上に形成することができ、以下に説明されるワード線パターン形成中にONO素子55を保護できる。列54は、ポリシリコンで形成することができ、或いは、酸化物又は窒化物スペーサー(又はこれらの組み合わせ)を両側に備えたポリシリコンで形成することができる。
【0049】
本発明の好ましい実施形態によれば、メモリアレイは、ワード線パターン形成を開始する前に平坦化することができる(ステップ101)。例示的な平坦化オペレーションは、化学−機械研磨(CMP)とすることができる。従って、ポリシリコンの列54とビット線酸化物の列52は、共にワード線パターン形成のための平坦面を提供することができる。1つの実施形態では、ポリシリコン列54は、60nmまで堆積させることができ、55nm以下まで平坦化することができるが、他の実施形態では、ポリシリコン列は、30−100nmの初期厚みを有することができる。
【0050】
ポリシリコン列54がONO素子55を保護した状態で、ワード線パターン形成を始めることができる。本発明の好ましい実施形態によれば、ワード線は、最初にポリシリコン列54に垂直な行として生成することができ、該行は、2つの交互配置されたタイプに分けることができる。説明を容易にするために、本明細書では行は、「偶数」行と「奇数」行と呼ぶことにする。本説明は、最初に偶数行の生成を示すようにするが、最初に奇数行を生成することも容易に可能である点を理解されたい。行の両方のセットが生成されると、これからワード線を生成することができる。行の2つのセットは同時には生成されないので、これらはわずかに異なる幅を有する可能性がある点を理解されたい。
【0051】
偶数行を生成するために、窒化物ハードマスクのような第1マスクをアレイ上に堆積させることができ(ステップ102)、更に行60にパターン付けすることができる。図5Bは、第1マスクのポリシリコン列54と行60を示すアレイの平面図である。図示のように、ポリシリコン列54は幅が1.6Fで1Fの間隔だけ分離されており、行60は1F又はそれより大きなマスク幅Wとすることができ、1F又はそれより大きいスペーシングDでその隣接と隔てられて開口部61を定めることができる。以下に説明される実施例では、63nm技術において、マスク幅Wは75nm(63nmの最小特徴サイズより大きい)であり、スペーシングDは75nmである。或いは、マスク幅Wは100nmとすることができ、スペーシングDも100nmとすることができる。別の実施形態では、マスク幅Wは63nmとすることができ、スペーシングDは63nmとすることができる。一般に、マスク幅W及びスペーシングDは同じであるが、これは必須ではない。
【0052】
図6Aは、図5Bの1つのポリシリコン列54に沿った断面図である。すなわち本図面は、基板42の上部にあるONO層55の上のポリシリコン列54を示している。更に、本図面はポリシリコン54の上の偶数マスク行60を断面で示している。
【0053】
ステップ104で、拡張マスク構造は、行60のマスク幅Wを拡張することによって生成することができる。例えば図6Bに示されるように、幅Lのライナー62が最初に行60の上に堆積され、次いで図6Cで示されるようにこれをエッチバックして、スペーサー62’を生成することができる。第1マスクが窒化物である場合、ライナー62(及び次のスペーサー62’)も窒化物とすることができる。スペーサーエッチングングは、垂直側面でスペーサー62’を形成するようにすることができ、平坦化ステップは、スペーサーを平坦にするために後で行うようにすることができる。図6Dは、スペーサーを急勾配の長方形で示している。
【0054】
スペーサー62’は、開口部61のサイズ(ここでは61’で表記されている)をライナー62の幅Lの2倍にまで縮小する。従って、縮小された開口部61’は、サブF幅D’=D−2Lとすることができる。同様に、スペーサー62’は、行60のマスク幅WをW’=W+2Lまで増大させることができる。
【0055】
75/75マスク幅では、ライナー62は、幅L=12.5nmとすることができ、これはスペーシングD’=50nm及び100nmの拡張マスク幅W’のサブF開口部61’を生成する。サブF開口部61’は、マスク幅行60より小さく更に63nmの最小特徴サイズFよりも小さいことを理解されたい。
【0056】
ステップ106で、ポリシリコン64をアレイ上に堆積させ、偶数行を生成することができる。ポリシリコンはアレイを覆い、サブF開口部61’を充填することができる。結果として得られるアレイは、CMPプロセスなどによって平坦化し、スペーサー62’間以外のあらゆる場所からポリシリコン64を除去することができる。CMPプロセスは、同様にスペーサー62’を平坦にするために続けることができる。CMPプロセスは、更に周辺部からポリシリコン64を除去することができる。
【0057】
結果として得られるポリシリコン行64は幅D’であり、これはサブF幅であることを理解されたい。図5の63nm技術では、ポリシリコン行64は、サブF50nm幅である。
【0058】
偶数行が終了すると、プロセスは、続いて奇数行を行うことができる。最初に、第1マスクを除去することができる(ステップ108)。実施例では、行60とスペーサー62’の両方は窒化物であり、従って窒化物湿性エッチングで共に除去し、幅W’=W+2Lの拡張開口部70(図6Eに示されている)を残すことができる。本実施例では、開口部70は100nmとすることができる。第1マスクが窒化物以外の材料からなる場合、適切なエッチャントで除去することができる。窒化物(又は他の材料)ハードマスクは、このステップの間に周辺部から除去される。
【0059】
奇数行の開口部は、この場合は既存の偶数ポリシリコン行64から別の拡張構造を生成することによって得ることができる(ステップ110)。図6Fに示されるように、72で表記された別のライナーをアレイ上に堆積させることができ、スペーサー72’(図6G)にエッチバックすることができる。スペーサー72’は、同様に窒化物又は別の材料とすることができる。このマスクでは、スペーサーは、拡張幅W’から幅W’’が偶数ポリシリコン行60の幅D’にほぼ等しくなることができるサブF開口部70’まで拡張開口部70を縮小するのに十分な幅Mとすることができる。通常、W’’=W’−2Mである。更に、第2スペーサー幅Mは通常、第1スペーサー幅Lの2倍とすることができる。本実施例では、ライナー72の幅Mは25nmとすることができる。垂直壁スペーサーが望ましい場合、多重堆積及びエッチングプロセスにより生成することができる。
【0060】
ステップ112で、ポリシリコン74をアレイ上に堆積させ、奇数行を生成することができる。図6Hに示されるように、ポリシリコン74は、アレイを覆いサブFの開口部70’を充填することができ、結果として、ポリシリコンの交互する行、すなわち奇数行74と交互にされる偶数行64が得られる。周辺部では、ポリシリコン層74は、ポリシリコン層54の最上部にあり、周辺部トランジスタのポリシリコンゲートを形成する。結果として得られたアレイは、CMPプロセスなどによって平坦化することができ、スペーサー72’間以外のアレイ内のあらゆる場所からポリシリコン74を除去することができる。CMPプロセスは、同様にスペーサー72’の一部を消費し平らにすることができる。
【0061】
この時点で行は全て(偶数及び奇数の両方)生成されるが、ワード線は完全には生成されていないことを理解されたい。ステップ114で、行は、自己整合酸化物キャップ76(図6H)又は他の何らかの耐エッチング材料でキャップすることができる。酸化物キャップが使用される場合、ステップ114は、例えば750℃で湿式酸化の20nmである酸化ステップとすることができ、ポリシリコン行64及び74の両方、並びに周辺部を覆うポリシリコンを酸化することができる。或いは、ポリシリコン行64及び74は、金属化キャップ(金属化ステップによって生成されるもの)を有することができる。例えば、自己整合タングステン堆積プロセスを使用し、或いはポリシリコンのシリサイド化を行い、エッチングに対するより耐性のあるものにすることができる。この場合も同様に、ポリシリコン行64及び74と周辺部のポリシリコンだけが金属化されることになる。図6Hに示すように、キャップ76は、ポリシリコンの一部と組み合わせることができ、これによって行64及び74の高さが低減される。
【0062】
キャップ76を用いてワード線を定めることができる。最初に、サブFマスク(スペーサー72’)を行64と74の間から除去し、行64と74の間のサブF開口部78(図6I)を残すことができる(ステップ116)。窒化物スペーサーでは、除去プロセスは窒化物湿式除去オペレーションとすることができる。
【0063】
次に、ポリシリコン列54は、ハードマスクとしてポリシリコン行64及び74の各々の上のキャップ76を使用してONO層55までエッチングすることができる(ステップ118)。図6Jは、各々に54’がマーク付けされた複数のアイランドにエッチングされた前出の図面の1つのポリシリコン列54を示している。
【0064】
図6Jの拡大透視図である図6Kは、ポリシリコンエッチングの結果をより明確に示している。最も下にある層は基板42であり、3つのONO列55と基板42に注入された自己整合ビット線50(ポケット注入51を有する)で覆われている。図6Kの第2層は、3つのポリシリコン列54として使用されるものとインターレースされた3つのビット線酸化物列52を示しているが、セルのゲートを形成することができる複数のポリシリコンアイランド54’にエッチングされている。図6Kの第4の層は、交互するワード線行64及び74を示しており、最上層は、キャップ76の行を示している。
【0065】
このポリシリコンエッチングステップは自己整合され、結果として得られたワード線(図6Lで80で表記されている)が行64及び74によって定められるスペーシングを確実に維持していることを理解されたい。各ワード線80は、第1ポリシリコンのゲート54’を接続する1つの行64又は74から形成することができることを更に理解されたい。最後に、図6Kに示すように、ポリシリコンエッチングがビット線酸化物列52を完全な状態のまま残していることを理解されたい。
【0066】
図6Lを参照すると、ワード線80は、サブF幅Wslを有することができ、サブFスペーシングDslだけ分離することができ、ここでDsl=M、及びWsl=W’’=D’’である。本実施例では、サブF幅Wslは50nmであり、サブFスペーシングDslは25nmである。更に、ワード線80は、ポリシリコンゲート54’とポリシリコン行64及び74の組み合わされた高さを有することができる。例えば、ワード線は85nmの厚みとすることができる。
【0067】
ワード線80が定められると、その間の開口部78(図6I)は、絶縁体で充填することができる(ステップ120)。1つの絶縁体は、酸化物からなるものとすることができ、アレイ上に酸化物を堆積させることによって生成することができる。図6Lに示される別のものは、ONO誘電体とすることができ、6nm程度の酸化物ライナー82を最初に堆積させ、次いで残りの開口部に13nmの窒化物ライナー84を堆積させることによって生成することができる。ONO充填材は、酸化物より低い欠陥密度を有することができる。更に、ONO充填材の酸化物部分に欠陥がある場合、窒化物は、近傍のワード線間の漏れ電流をかなり低減させる働きをすることができる。
【0068】
最後に、ワード線パターン形成は、ライナー84及び82の表面層並びにキャップ76を除去することができるCMPステップのような研磨ステップ(ステップ122)で終了することができる。これはまた、ポリシリコンワード線80の一部を除去することができる。例えば、本実施例のワード線80の厚さは、80nmまで低減することができる。又は、金属化キャップでは、酸化物又はONOは、金属の上部に残る場合がある。図6Mに示される酸化物キャップの結果は、サブF間隔Dslだけ分離されたサブF幅Wslのワード線80のセットとすることができる。サブF間隔Dslは特徴サイズFの半分より小さく、幅Wslは特徴サイズFの半分より大きくすることができる点に留意されたい。
【0069】
偶数及び奇数ワード線が同じステップでは生成されないので、これらはわずかに異なる幅になる可能性があることを理解されたい。
【0070】
ワード線が生成されると、製造は、当該技術分野で公知の方法で製造を継続することができる。
【0071】
上記で説明された比率は単に例示的なものであることを理解されたい。ワード線間のいずれかの好適なサブFワード線幅Wsl及びサブF絶縁体幅Dslは、いずれかのオリジナルのマスク要素から生成することができる。例えば、63nm技術では、以下のワード線及び絶縁体幅は、マスクによって定められた要素から生成することができる要素の一部を表す(幅/スペース比として記載されている)。
リソグラフィ
(W/D)
(nm/nm)
ワードライン
幅
Wsl
(nm)
絶縁体スペーシング
Dsl(nm)
ワードライン
ピッチ
75/75
50
25
1.2F
75/75
40
35
1.2F
100/100
63
37
1.65F
63/63
40
23
1F
【0072】
サブF素子は最小特徴サイズF又はそれより大きいマスク要素から生成されることを更に理解されたい。更に、サブF素子は全て自己整合性があり、各素子は、既存の素子からリソグラフィを介さずに生成され、従ってより小さなリソグラフィによってスケーリングすることができる。
【0073】
本発明の方法は、サブFスペーシングを備えた特徴サイズワード線(特徴サイズFの)を生成するのに利用できることを理解されたい。これは、適切な開始ピッチから始めることによって行うことができる。
【0074】
ここで図7を参照すると、事前ワードラインパターン形成(図4Aのステップ100)の例示的な方法が示されている。また図8A、8B、及び8Cを参照すると、図7の種々のステップの結果が示されている。
【0075】
基板42の準備後(図8A)、ONO層33は、ウェーハ全体を覆って配置され(ステップ200)、例示的な実施形態では、下側の酸化物層は2−5nmの厚みとすることができ、窒化物層は5nmの厚みとすることができ、ゲート酸化物層は12−14nmの厚みとすることができる。
【0076】
ステップ204で、第1ポリシリコン層31は、チップ全体に配置される。次いで、窒化物ハードマスク36は、ビット線用ではないメモリアレイのエリアを覆う列パターンに堆積することができる(ステップ206)。図8Aは、ステップ206の結果を示している。窒化物ハードマスク36の2つの列は、ONO層33に重なるポリシリコン層31の上部に示されている。
【0077】
エッチングは、窒化物ハードマスク層36の列の間でポリシリコン層と酸化物及び窒化物層のエリアを除去することによってビット線開口部37を生成するために行うことができる(ステップ208)。図8Bは、エッチングプロセスの結果を示している。第1ポリシリコン及び窒化物ハードマスク36の2つの列54は、ONO層33の列の上部(ここでは55で表記されている)に示されている。底部酸化物(39で表記された)は、ビット線開口部37に示されている。
【0078】
ホウ素(BF2)のようなポケット注入51(図8B)は、ポリシリコン列54の隣り或いはその下に埋め込むことができる(ステップ210)。例示的なポケット注入は、0−15゜の角度で1〜3×1013/cm2とすることができ、ここで角度は、ビット線開口部37の幅と、窒化物ハードマスク36によって覆われたポリシリコン列54の高さによって制限される可能性がある。ポケット注入51の一部は、ポリシリコン列54の下に散乱及び拡散させることができる。他の実施形態では、ポケット注入は、ホウ素又はインジウムとすることができる。
【0079】
ステップ211で、窒化物ハードマスク36を除去することができる。
【0080】
ステップ212で、スペーサー41は、ポリシリコン列54の両側に生成することができる。例えば、スペーサー41は、12nm程度の酸化物ライナーの堆積、及びスペーサーの形を生成するための異方性エッチングによって生成することができる。或いは、ライナーはスペーサーを形成することがないように残しておくことができる。
【0081】
スペーサー41は、注入されようとしているビット線の幅を低減し、ビット線間のチャンネルの有効長さを増大するために、ビット線開口部の幅(図8Cで37’で表記されている)を低減することができる。
【0082】
スペーサー41が形成されると、ビット線50を注入後(ステップ214)、急速熱アニール(RTA)を行うことができる。1つの例示的な実施形態では、ビット線注入は、10−20Kevで2×1015/cm2のヒ素からなり、ビット線に対して0又は7%の角度を有する。
【0083】
ステップ216で、酸化物充填材52は、チップ上に堆積させることができる。図8Cに図示するように、酸化物充填材52は、低減されたビット線開口部37’を充填することができ、チップの他の部分を覆うことができる。ステップ218で、CMP(化学機械平坦化)プロセスは、過剰な酸化物充填材52を除去するために行うことができる。ステップ218の結果は、前述の図5に見ることができる。
【0084】
ここで図9A及び図9Bを参照すると、ワード線がポリシリコン以外の金属で形成されている本発明の他の実施形態を示している。更に図10A−図10Dを参照すると、図9A及び9Bの種々のステップの出力を示している。
【0085】
出願人らは、アレイの上の金属線(「金属1層」として知られる)を生成するための半導体技術で使用される「デュアルダマシン」タイプのプロセスを本明細書で利用して、ポリシリコンゲート上に金属ワード線を生成することができる点を認識している。この新しいプロセスは、図9A及び9Bに示されているが、図4A及び4Bに示されるものに非常に類似しているので、変更されたステップだけを以下に説明する。
【0086】
本方法は、図4Aのステップ100、101、102、及び104で始まり、ポリシリコン列54上に行60及びスペーサー62’から形成された拡張マスク構造を生成する。次いで、本方法は、銅又はタングステンなどの偶数金属行221を前述のようなポリシリコン行64ではなく低減されたスペース61’に堆積させることができる(ステップ220)。次に、金属行221を平坦化することができ、図10Aに示される構造が得られる。
【0087】
次いで、本方法は、図4Aのステップ108(第1マスクを除去)及び110(拡張マスクを生成)に続く。しかしながら、この実施形態では、拡張マスクは偶数金属行221及びスペーサー72’から形成される。ステップ222で、奇数金属行223は、スペース70’(図6Gから)に堆積させることができる。次いで金属行221を平坦化することができ、図10Bに示される構造が得られる。
【0088】
偶数及び奇数行221及び223はそれぞれ金属から形成されるので、これらの上に酸化物キャップを載せる必要がなく、従ってステップ114はこの実施形態には含まれない。
【0089】
本方法は、近傍の金属行221及び223の間のスペースを残したまま、サブFマスク72’を除去する段階(ステップ116)に進むことができる。ステップ224で、ポリシリコン列54は、エッチングのマスクとして金属行221及び223を使用してエッチングし、ポリシリコンゲート54’を生成することができる。この結果は図10Cに示されており、ゲート54’をより明確に示す拡大透視図が図10Dに示されている。
【0090】
プロセスは、前述のように絶縁体によってワード線間のスペースを充填する段階(ステップ120)及び平坦化段階(ステップ122)に続くことができる。
【0091】
スペーサーの実施形態
出願人らは、スペーサー技術を用いてサブFワード線を生成することができることを認識している。従って、セルサイズは、標準的なリソグラフィを利用しながらも、従来技術と同じか又はこれよりもわずかに大きなピッチの2ワード線を有することにより有意に低減することができる。例えば、2.8Fのピッチの2ワード線(1.4Fピッチの1ワード線に変換する)とすることができる。このようなアレイは、従来技術の4F2理論最小値より小さなセルサイズを結果として得ることができる。従って、本発明の別の好ましい実施形態では、スペーサー技術を用いて、1ワード線においてサブ2Fピッチをもたらすことができる。
【0092】
ここで図11を参照すると、本発明に従って構成及び動作可能な新規の高密度アレイ400が示されている。アレイ400は、サブ最小特徴サイズ、サブF、スペーサーワード線330(1Fより小さいワード線幅を有する)、並びに特徴サイズ又はより小さな幅スペース335(ここでスペーシング335は1F以下)を提供することによってメモリセルの最小サイズを小さくすることができる。
【0093】
例えば図11では、スペーサーワード線330は、例示的に0.4Fとして示されている。図11のスペーサーワード線330の幅は例示的なものであって、他のサブF幅も可能であり、本発明に含まれる点を理解されたい。ビット線340及びビット線スペース345は、DPP従来技術と同様それぞれ1F及び1.6Fの幅を有することができる。
【0094】
ビット線寸法に対して2.6Fのピッチを仮定すると、図11の実施例のセルサイズは、2.6F×1.4F=3.64F2とすることができ、これは従来技術の理論最小値(4F2)よりも小さい。図11の実施例のワード線及びビット線ピッチは例示的なものであって、他のピッチも可能であり、本発明に含まれることを理解されたい。本発明の理論上の制限値は、スペーサーワード線330間の1Fのピッチ及びビット線340間の2Fのピッチによって定義される。その結果、本発明の例示的な実施形態は、サイズが1F×2F=2F2であるセル38を提供することができる。従って、ワード線としてスペーサーを使用することによって本発明は理論上の最小セルサイズを再定義している点を理解されたい。また、スペーサーワード線330の幅は、プログラミングに必要とされる電流量に直接影響することを理解されたい。スペーサーワード線330の幅が広い程、一般にプログラミングのためにより高い電流が必要となる可能性がある。従って、スペーサーワード線330の幅が1Fの従来技術よりも広くない場合、これは一般にプログラミングのために従来技術よりも低い電流を必要とすることができ、結果としてプログラミング中の電力消費がより少なくなる。
【0095】
本発明はまた、非DPPタイプメモリセル及び非NROMタイプメモリセルでも実装することができることを理解されたい。更に、メモリセルは、セルの基本物理及び動作モードを変化させることなく2ビット又は4ビットを記憶することができる。
【0096】
本発明の好ましい実施形態に従い、且つ以下に示されるように、サブF素子は、最小特徴サイズF又はそれよりも大きい素子から生成することができる。以下の本明細書で説明されるように、本発明は、一般的なリソグラフィ概念を利用してこのような小さな特徴を生成する。
【0097】
ここでプロセスが示された図12、及び図12のプロセス内の種々のステップが示された図13A−26Bを参照する。図12は、以下の本明細書で説明される2つの代替方法を示しており、第1は、図13A−24Bに関連し、スペーサーワード線間の耐パンチスルー注入を可能にし、第2は、図25A−26Bに関連し、このような耐パンチスルー注入がない。
【0098】
プロセスは、ステップ402で、ワード線パターン形成前のプロセスステップによって始まる。これらのステップの結果は、図13A及び13Bに示されている。図13Aは、アレイ400の上面図を示しており、図13Bは複数のビット線370が見える水平線B−Bに沿った断面図を示している。図13Aは、酸化物350と窒化物360の交互する線を示している。図13Bに示されるように、酸化物350は、例えばヒ素注入によって生成することができるビット線370の上部に配置することができる。窒化物360の下は、ポリシリコンライナー385及び酸化物−窒化物−酸化物(ONO)層380とすることができる。ビット線酸化物350及びビット線370は、リソグラフィプロセスを使用して形成することができ、従って、1Fのビット線幅が結果として得られることを理解されたい。本発明の好ましい実施形態によれば、窒化物360及びONO層380の幅は、1Fの最小制限値を有する1.6Fとすることができる。
【0099】
事前ワード線パターン形成プロセスステップは、ステップのいずれかの好適なセットとすることができ、その例示的なセットは、本発明の同一の譲受人に譲受された以下の出願、すなわち2005年10月11日申請の米国特許出願11/247,733号、2006年1月20日申請の米国特許出願11/336,093号、及び2006年5月24日申請の米国特許出願11/440,624号
で見ることができ、これらは引用により本明細書に組み込まれる。
【0100】
図12を参照すると、ワード線処理の第1ステップは、例えばポリシリコンのような導電性材料を使用して堆積することができるスペーサーワード線の隣りに保持壁を形成すること(ステップ410)である。図14Aで上記から分かるように、最初にアレイ400全体は、リソグラフィ目的のためのハードキャップを構成することができる窒化物の第2層390で覆うことができる。図14Bの断面図は、窒化物390が前の堆積材料をどのように覆うことができるかを示している。
【0101】
図15Aは、図14と比較した場合の時計方向に90度回転させたアレイ400の上面図を示している。この図は、窒化物390が次にエッチングされてワード線保持壁390’をどのように生成することができるかを示している。次いで、このオペレーションによって露出されたポリシリコンライナー385の素子は、湿式エッチングによって同様に除去することができる。ワード線保持壁390’の幅は、リソグラフィオペレーションの制約により1F又はそれ以上とすることができることを理解されたい。本発明の好ましい実施形態では、各ワード線保持壁390’間の間隔Dは、例えば1.8Fとすることができる。
【0102】
窒化物390をエッチングするためのマスクは、ワード線を生成するための従来技術のマスクと同一又は類似のものとすることができることを理解されたい。しかしながら本発明では、マスクは、保持壁390’を生成するのに使用される。
【0103】
図15Bは、複数のワード線が見える線B−Bに沿った垂直断面図である。図16Bは、窒化物360の残りの素子がワード線保持壁390’のベースをどのように形成しているかを示している。従って、保持壁390’及び窒化物360の両方は同じ材料からなり、後で単一のステップで除去することができる点を理解されたい。
【0104】
図16Aに示されるように、次にスペーサーワード線330は、ワード線保持壁390’に隣接したポリシリコンスペーサーとして生成することができる(ステップ420)。ポリシリコンスペーサーは、最初にポリシリコンライナーを配置し、次にライナーをエッチバックすることによって生成することができる。反応性イオンエッチング(RIE)を用いて、ビット線酸化物350全体にスペーサーワード線330の導通を確実にすることができる。
【0105】
図16Bは、スペーサーワード線330が生成された後のアレイ400の断面図を示している。スペーサーワード線330はスペーサーとすることができ、リソグラフィにより生成できない点を理解されたい。従って、スペーサーワード線330は、1Fより小さい幅を有することができる。本発明の例示的な実施形態によると、スペーサーワード線330の幅は、0.4Fとすることができる。
【0106】
スペーサーワード線330の幅は、リソグラフィの制限によりもはや影響を受けることがない点を理解されたい。スペーサー寸法は、堆積での層厚さにのみ依存する場合があり、従って理論的には原子寸法に達する可能性がある。しかしながら、狭いチャンネル効果、セル幅変動などの実際上の考慮事項に照らして、スペーサーワード線330の最小幅は、0.1Fとして定義することができる。
【0107】
本発明の好ましい実施形態によれば、耐パンチスルー(APT)注入は、プロセス中に含めることができる。耐パンチスルー(APT)注入が必要とされる(ステップ422でチェックされたときに)場合、酸化物スペーサー410は、スペーサーワード線330(図17A)に隣接させて堆積することができる(ステップ425)。酸化物スペーサー410はONO380の最上部に位置付けることができ、注入プロセス中にスペーサーワード線330に対する支持を形成することができる点を理解されたい。次いで、ONO380は、耐パンチスルー(APT)注入を容易にするためにエッチングすることができる(ステップ428)。図17Bは、図17Aの断面図を提供し、このようなエッチングの結果を示している。ONO380の素子は、スペーサーワード線330、スペーサーワード線保持壁390’、及び酸化物スペーサー410の下に保持することができる。しかしながら、酸化物スペーサー410間では基板305は露出させることができる。
【0108】
図18A及び18Bに示されるように、APT注入物420の第1セットは、ここでは基板305の露出された素子に注入することができる(ステップ430)。図19A及び19Bに示されるように、次いで酸化物充填材415は、第1APT注入物420の上に堆積させることができる(ステップ440)。
【0109】
ステップ425及び428は任意選択であることを理解されたい。本発明の別の実施形態では、APT注入物420は、酸化物スペーサー410の堆積或いはONO層380のエッチングを行うことなくONO層380を通じて直接注入することができる(ステップ430)。次いで酸化物充填材415は、前記実施形態で酸化物スペーサー410と酸化物充填材415の両方を含むエリアに堆積させることができる(ステップ340)。
【0110】
本発明の好ましい実施形態によれば、アレイ400また、この時点で平坦化し、過剰な酸化物充填材を除去することができる。例示的な平坦化オペレーションは、化学機械研磨(CMP)とすることができる。従って、図19Bに示されるようにアレイ400は、均一な高さまで充填することができる。酸化物スペーサー410と酸化物充填材415は、同じ金属からなるものとすることができ、従ってスペーサーワード線330間の均一な充填材を実際に含むことができることを理解されたい。
【0111】
ワード線保持壁390’は、窒化物エッチングなどによって除去することができる(ステップ450)。耐パンチスルー(APT)注入が必要とされる(ステップ452でチェックされたとき)場合、酸化物スペーサー411をスペーサーワード線330に隣接させて堆積させることができる(ステップ455)。図20A及び20Bは、ステップ455の結果を示す。ビット線酸化物370とONO層380は、除去された保持壁390’の下から露出している。酸化物スペーサー411は、スペーサーワード線330に隣接しており、ワード線保持壁390’の除去によって既に露出されていたONO380の素子を部分的に覆うことができる。
【0112】
本発明の好ましい実施形態によれば、次に、ONO380の残りの露出部分は、第2APT注入物を容易にするためにエッチングすることができる(ステップ458)。図21A及び21Bは、このようなエッチングの結果を示す。第1APT注入物420(図17A及び17B)の作製と同様、基板305を露出させることができ、ONO380の素子は、スペーサーワード線330と酸化物スペーサー410及び411の下で保持することができる。しかしながら、ここでは残りのワード線保持壁390’が存在しない場合がある。
【0113】
図22A及び22Bで示されるように、次いで第2APT注入物425は、露出された基板305に注入することができる(ステップ460)。次に、図23Aは、酸化物充填材418がAPT注入物425を覆うためにどのように堆積する(ステップ470)ことができるかを示している。
【0114】
ステップ455及び458は任意選択であることを理解されたい。本発明の別の実施形態では、APT注入物425は、酸化物スペーサー411の堆積或いはONO層380のエッチングを行うことなくONO層380を通じて直接注入することができる(ステップ460)。次に、酸化物充填材418は、前記実施形態で酸化物スペーサー410と酸化物充填材418の両方を含むエリアに堆積させることができる(ステップ440)。
【0115】
酸化物充填材418が堆積された後、アレイ400は、例えばCMPプロセスを使用してスペーサーワード線330のレベルより上の過剰な酸化物充填材418を除去するステップ440で平坦化することができる。CMPプロセスが実行された後、残っている露出素子だけが、スペーサーワード線330と酸化物410、411、415、及び418からのポリシリコンとすることができる。次いで、酸化物エッチバックを利用して、例えばスペーサー厚さの約2倍の深さまでスペーサーワード線330を露出させることができる。図23Bの断面図は、このエッチングの結果を示している。スペーサーワード線330は、ONO380上に載せることができ、周囲の酸化物410、411、415、及び418の上に延びることができる。ONO380の一部は、酸化物スペーサー410及び411の下に延びることもできる点を理解されたい。
【0116】
図24A及び24Bに示されるように、スペーサーワード線サリサイデーションは、露出されたスペーサーワード線330をサリサイド化するために行うことができる(ステップ480)。例えば、コバルト又はタングステンはこのプロセスで使用することができる。このステップで、アレイ400の生成を完了することができる。
【0117】
以下に述べられるように、スペーサーワード線330の幅は0.4Fとすることができることを理解されたい。また、酸化物410、酸化物415、及び第2酸化物410が組み合わされた幅は1Fとすることができることを理解されたい。同様に、酸化物411、酸化物418、及び第2酸化物411が組み合わされた幅も1Fとすることができる。従って、アレイ400は、従来技術について以下に説明されたような2F当たりに1ワード線である前記最小ピッチとは対照的に、1.4F毎に1ワード線のピッチを有することができる点を理解されたい。
【0118】
上記に示された実施形態で提供される値は、単に例示的なものに過ぎない点を理解されたい。ポリシリコンスペーサーワード線330は、0.1F−0.5Fの幅を有することができる。同様に、幅スペース335は、1F又はそれより小さいものとすることができる。制約は、ワード線保持壁390’のマスクのピッチが2Fとすることができる点である。これは、0.8Fの壁幅と、1.2Fの幅スペース又は他の或る配置の間で分割することができる。
【0119】
本発明の別の実施形態では、アレイ400は、耐パンチスルー注入を有することができない。
【0120】
この別の実施形態はまた、図12にも示されている。この実施形態のステップは、前記実施形態のステップ402−420を含むことができ、この時点でスペーサーワード線330がワード線保持間部390’に隣接して生成することができる(図16A及び16Bに示されるように)。
【0121】
APT注入物は必要でない(ステップ422でチェックされたとき)ので、次のステップは、スペーサーワード線330間に酸化物充填材415’を堆積させることになるであろう(ステップ440)。前記実施形態と同様、アレイ400をこの時点で平坦化し、過剰な酸化物充填材を除去することができる。ここで、ステップ440の結果が示されている図25A及び25Bを参照する。酸化物充填材415’は、ONO層380の上部にあることができ、スペーサーワード線330間のエリア全体を充填することができる。酸化物充填材415’によって覆われるエリアは、前記実施形態で酸化物スペーサー410及び酸化物充填材415によって覆うことができるエリアに相当することができる点を理解されたい。
【0122】
次いで、ステップ450は、前記実施形態のように進め、保持壁390’を除去することができる。ここで参照される図26A及び26Bに示されるように、保持壁390’を除去して、ONO層380をスペーサーワード線330間で露出させることができる。
【0123】
同様に、APT注入物が必要でない(ステップ452でチェックされたとき)と仮定すると、次のステップでは、保持壁390’によってこれまで充填されていたエリアに酸化物充填材418’を堆積させる(ステップ470)ことができる。前記実施形態と同様、アレイ400はまたこの時点で平坦化し、過剰な酸化物充填材を除去することができる。図26A及び26Bは、ステップ470の結果を示している。酸化物充填材415’は、ONO層380の上部にあるものとすることができ、スペーサーワード線330間のエリア全体を充填することができる。酸化物充填材418’によって覆われるエリアは、前記実施形態で酸化物スペーサー411及び酸化物充填材418が覆うことができるエリアに相当するものとすることができる点を理解されたい。
【0124】
処理は、前記実施形態のようにワード線サリサイデーション(ステップ480)に続くことができる。前記実施形態の図23A及び23Bを現在の実施形態の図26A及び26Bと比較すると、APT注入物が無いこと、及びこのような注入を容易にするために必要なONO380のエッチング以外は、2つの実施形態により製造されるメモリアレイ400間に実質的な差は存在しないことを理解されたい。両方の実施形態において、スペーサーワード線330間の酸化物充填材が存在することができる。前記実施形態ではこのような充填材は、酸化物スペーサー410及び411並びに酸化物充填材415及び418から構成することができる。現在の実施形態では、このような充填材は、酸化物充填材415’及び418’から構成することができる。
【0125】
従って、2つの実施形態により製造されるメモリセル38(図11)のサイズ間に実質的な差がない点を理解されたい。APT注入物がないこと及びONO380のより多くの素子が存在すること以外は、現在の実施形態の結果は、前記実施形態の結果とほぼ同様のものとすることができる。
【0126】
本発明の幾つかの特徴を本明細書で図示し説明してきたが、多くの修正、置き換え、変更、及び均等物が当業者であれば想起されるであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の精神内に含まれる全てのこのような修正及び変更を保護するものである点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0127】
【図1】NROMメモリセルを示す概略図である。
【図2】図1のセルのレイアウトを示す概略図である。
【図3】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能なアレイのレイアウトを示す概略図である。
【図4A】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能な図3のアレイを生成するためのワード線パターン形成方法を示すフローチャートである。
【図4B】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能な図3のアレイを生成するためのワード線パターン形成方法を示すフローチャートである。
【図5A】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図5B】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6A】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6B】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6C】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6D】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6E】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6F】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6G】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6H】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6I】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6J】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6K】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6L】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図6M】図4A及び4Bのプロセス内の種々のステップの概略図である。
【図7】図4A及び4Bの方法に有用な事前ワード線パターン形成のための方法を示すフローチャートである。
【図8A】図7のプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図8B】図7のプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図8C】図7のプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図9A】図4A及び4Bのワード線パターン形成方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図9B】図4A及び4Bのワード線パターン形成方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図10A】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図10B】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図10C】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図10D】図9A及び9Bのプロセス内の種々のステップを示す概略図である。
【図11】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能なアレイのレイアウトを示す概略図である。
【図12】本発明の好ましい実施形態に従って構成され且つ動作可能な図11のアレイを生成するためのスペーサーワード線パターン形成方法を示すフローチャートである。
【図13A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図13B】図13Aの断面図である。
【図14A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図14B】図14Aの断面図である。
【図15A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図15B】図15Aの断面図である。
【図16A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図16B】図16Aの断面図である。
【図17A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図17B】図17Aの断面図である。
【図18A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図18B】図18Aの断面図である。
【図19A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図19B】図19Aの断面図である。
【図20A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図20B】図20Aの断面図である。
【図21A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図21B】図21Aの断面図である。
【図22A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図22B】図22Aの断面図である。
【図23A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図23B】図23Aの断面図である。
【図24A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図24B】図24Aの断面図である。
【図25A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図25B】図25Aの断面図である。
【図26A】図12のプロセス内の種々のステップの結果を示す上面図である。
【図26B】図26Aの断面図である。
【符号の説明】
【0128】
22 ビット線
30 高密度アレイ
32 ワード線
34 ワード線スペーシング
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サブF(サブ最小特徴サイズF)幅だけ離間して配置されたワード線と、
前記ワード線にほぼ垂直なビット線と、
を含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項2】
前記ワード線の幅がサブFであることを特徴とする請求項1に記載のアレイ。
【請求項3】
サブF幅だけ離間して配置されたサブFワード線と、
前記ワード線にほぼ垂直なビット線と、
を含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項4】
前記アレイは、NROM(窒化物読出し専用メモリ)アレイであることを特徴とする請求項1に記載のアレイ。
【請求項5】
前記サブFスペーシングが、誘電体で充填されることを特徴とする請求項1に記載のアレイ。
【請求項6】
前記サブFワード線幅が少なくとも0.5Fであり、前記サブFスペーシングが0.5Fよりも小さいことを特徴とする請求項2に記載のアレイ。
【請求項7】
前記誘電体は、酸化物−窒化物−酸化物であることを特徴とする請求項5に記載のアレイ。
【請求項8】
前記サブFワード線幅が少なくとも0.1Fであり、前記サブFスペーシングが少なくとも0.7Fであることを特徴とする請求項2に記載のアレイ。
【請求項9】
前記ワード線は、ポリシリコンスペーサーで形成されていることを特徴とする請求項8に記載のアレイ。
【請求項10】
不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法であって、
前記方法が、
少なくとも最小特徴サイズFの幅を有するマスク生成素子からサブFワード線を生成する段階を含む方法。
【請求項11】
前記生成段階は、
前記マスク生成素子から第1の行のセットを生成する段階と、
前記第1の行のセット間に交互に配置された第2の行のセットを前記第1の行のセットから生成する段階と、
を含む請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記行にほぼ垂直で且つ前記第1及び第2の行のセットに自己整合したポリシリコン列をエッチングして、ワード線ゲートを生成する段階と、
絶縁材料で前記行と前記ワード線ゲートとの間のスペースを充填する段階と、
を更に含む請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記第1及び第2の生成段階は、サブF幅の行を生成することを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記行は、ポリシリコンで形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項15】
不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法であって、
前記方法が、
ポリシリコン列に前記アレイのアクティブエリアを覆わせる段階と、
少なくとも前記最小特徴サイズFの幅の行を有するマスクから、第1の行のセットのために前記行間にサブF開口部を有する拡張マスクを生成する段階と、
前記サブF開口部をポリシリコンで充填して前記ポリシリコン列の上の前記第1の行のセットを生成する段階と、
前記拡張マスクを除去する段階と、
前記第1の行のセットに拡張部分を付加して前記行間に第2のサブF開口部のセットを生成する段階と、
前記第2のサブF開口部のセットをポリシリコンで充填して第2の行のセットを生成する段階と、
前記第1及び第2の行のセットをキャップする段階と、
前記拡張部分を除去する段階と、
マスクとして前記キャップされた行を使用して前記ポリシリコン列をエッチングし、ワード線ゲートを生成する段階と、
前記行と前記ワード線ゲートとの間のスペースを絶縁材料で充填する段階と、
を含む方法。
【請求項16】
前記行が金属で形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項17】
前記金属は、タングステン及びコバルトのグループから選択されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項18】
1つのメモリセルにつき1つの複数のポリシリコンゲートと、
前記ゲートの行を各々が接続する金属ワード線と、
前記ワード線にほぼ垂直なビット線と、
を含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項19】
前記ゲートは、前記ワード線及び前記ビット線に自己整合されることを特徴とする請求項18に記載のアレイ。
【請求項20】
前記金属は、タングステン及びコバルトのグループから選択されることを特徴とする請求項18に記載のアレイ。
【請求項21】
前記金属ワード線は、デュアルダマシンプロセスで形成されることを特徴とする請求項18に記載のアレイ。
【請求項1】
サブF(サブ最小特徴サイズF)幅だけ離間して配置されたワード線と、
前記ワード線にほぼ垂直なビット線と、
を含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項2】
前記ワード線の幅がサブFであることを特徴とする請求項1に記載のアレイ。
【請求項3】
サブF幅だけ離間して配置されたサブFワード線と、
前記ワード線にほぼ垂直なビット線と、
を含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項4】
前記アレイは、NROM(窒化物読出し専用メモリ)アレイであることを特徴とする請求項1に記載のアレイ。
【請求項5】
前記サブFスペーシングが、誘電体で充填されることを特徴とする請求項1に記載のアレイ。
【請求項6】
前記サブFワード線幅が少なくとも0.5Fであり、前記サブFスペーシングが0.5Fよりも小さいことを特徴とする請求項2に記載のアレイ。
【請求項7】
前記誘電体は、酸化物−窒化物−酸化物であることを特徴とする請求項5に記載のアレイ。
【請求項8】
前記サブFワード線幅が少なくとも0.1Fであり、前記サブFスペーシングが少なくとも0.7Fであることを特徴とする請求項2に記載のアレイ。
【請求項9】
前記ワード線は、ポリシリコンスペーサーで形成されていることを特徴とする請求項8に記載のアレイ。
【請求項10】
不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法であって、
前記方法が、
少なくとも最小特徴サイズFの幅を有するマスク生成素子からサブFワード線を生成する段階を含む方法。
【請求項11】
前記生成段階は、
前記マスク生成素子から第1の行のセットを生成する段階と、
前記第1の行のセット間に交互に配置された第2の行のセットを前記第1の行のセットから生成する段階と、
を含む請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記行にほぼ垂直で且つ前記第1及び第2の行のセットに自己整合したポリシリコン列をエッチングして、ワード線ゲートを生成する段階と、
絶縁材料で前記行と前記ワード線ゲートとの間のスペースを充填する段階と、
を更に含む請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記第1及び第2の生成段階は、サブF幅の行を生成することを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記行は、ポリシリコンで形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項15】
不揮発性メモリアレイのワード線パターン形成のための方法であって、
前記方法が、
ポリシリコン列に前記アレイのアクティブエリアを覆わせる段階と、
少なくとも前記最小特徴サイズFの幅の行を有するマスクから、第1の行のセットのために前記行間にサブF開口部を有する拡張マスクを生成する段階と、
前記サブF開口部をポリシリコンで充填して前記ポリシリコン列の上の前記第1の行のセットを生成する段階と、
前記拡張マスクを除去する段階と、
前記第1の行のセットに拡張部分を付加して前記行間に第2のサブF開口部のセットを生成する段階と、
前記第2のサブF開口部のセットをポリシリコンで充填して第2の行のセットを生成する段階と、
前記第1及び第2の行のセットをキャップする段階と、
前記拡張部分を除去する段階と、
マスクとして前記キャップされた行を使用して前記ポリシリコン列をエッチングし、ワード線ゲートを生成する段階と、
前記行と前記ワード線ゲートとの間のスペースを絶縁材料で充填する段階と、
を含む方法。
【請求項16】
前記行が金属で形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【請求項17】
前記金属は、タングステン及びコバルトのグループから選択されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項18】
1つのメモリセルにつき1つの複数のポリシリコンゲートと、
前記ゲートの行を各々が接続する金属ワード線と、
前記ワード線にほぼ垂直なビット線と、
を含む不揮発性メモリアレイ。
【請求項19】
前記ゲートは、前記ワード線及び前記ビット線に自己整合されることを特徴とする請求項18に記載のアレイ。
【請求項20】
前記金属は、タングステン及びコバルトのグループから選択されることを特徴とする請求項18に記載のアレイ。
【請求項21】
前記金属ワード線は、デュアルダマシンプロセスで形成されることを特徴とする請求項18に記載のアレイ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図6I】
【図6J】
【図6K】
【図6L】
【図6M】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26A】
【図26B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図6I】
【図6J】
【図6K】
【図6L】
【図6M】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26A】
【図26B】
【公開番号】特開2007−27760(P2007−27760A)
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2006−196208(P2006−196208)
【出願日】平成18年7月18日(2006.7.18)
【出願人】(500274684)サイファン・セミコンダクターズ・リミテッド (12)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−196208(P2006−196208)
【出願日】平成18年7月18日(2006.7.18)
【出願人】(500274684)サイファン・セミコンダクターズ・リミテッド (12)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]