NVM回路をロジック回路と集積する方法
不揮発性メモリ(NVM)回路18を論理回路20とともに集積する方法が提供される。この方法は、基板12のNVM領域及びロジック領域の上に第1のゲート材料層16を堆積することを含む。この方法は更に、窒化膜、酸化膜及び窒化膜(ARC層)を有する複数の接し合う犠牲層22、24、26を互いに重ねて堆積することを含む。これら複数の接し合う犠牲層22、24、26は、NVM領域内のメモリトランジスタの選択ゲート16及び制御ゲート32をパターニングするために使用され、複数の接し合う犠牲層22、24、26のうちのARC層22はまた、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲート16をパターニングするために使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して集積回路の製造に関し、より具体的には集積回路設計を製造する際に不揮発性メモリ(Non-Volatile Memory;NVM)回路をロジック回路と集積することに関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路設計の分野において、システムオンチップ(System-on-chip;SoC)デバイスが広く使用されている。用語“SoC”は、ロジック、プログラム可能部分、I/O、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含む複数種類のブロックを、単一の集積回路上に集積したデバイスを意味する。
【0003】
SoC設計における不揮発性メモリとして、フローティングゲートに基づくメモリがよく使用されている。SoCに埋め込まれるフローティングゲートに基づくメモリのスケーリング限界を打破するため、現在、薄膜ストレージ(thin film storage;TFS)メモリが使用されるに至っている。TFSメモリにおいて、電荷は、ナノ結晶として広く知られるシリコン結晶の薄い絶縁膜内に貯蔵される。
【0004】
SoC内でのTFS(薄膜半導体)メモリとロジック回路との集積は、2つのゲートエッチングを必要とする。1つはTFS領域内の選択ゲート用であり、もう1つはロジック領域内のロジックトランジスタ又は周辺トランジスタのゲート用である。ロジック又は周辺のトランジスタは、クリティカル寸法(critical dimension;CD)を有し、非常に微細であるため、パターニングするのが面倒なものとなっている。1つの取り組みにおいて、微小なトランジスタのゲートは、トランジスタのゲート寸法のCD制御を達成するために、ゲート酸化膜上に堆積されたボトム反射防止膜(bottom anti-reflective coating;BARC)層を用いてパターニングされる。BARCは高い粘性を有するので、BARC層を堆積することは難しいことである。また、SoC上のメモリ領域とロジック領域との間に高低差が存在する場合、プロセスは更に複雑になる。加えて、SoC上のメモリ領域とロジック領域との間の物理的な距離が小さい場合、ロジック領域内のゲート酸化膜上に非常に厚い非平面的なBARC層が堆積され、これはエッチングするのが困難である。さらに、厚いBARC層は過度に反射防止性であるため、厚いBARC層を用いたトランジスタゲートのパターニングは複雑なプロセスである。この非平面性の問題を解決するため、分離領域と呼ばれるメモリ領域とロジック領域との間の距離は大きくされる必要がある。しかしながら、分離領域の増大はSoC設計においてレイアウトの非効率性を引き起こす。
【0005】
微細寸法のトランジスタをパターニングする別の一手法は、通常の反射防止膜(ARC)又は窒化膜を堆積することを含む。しかしながら、後のプロセスでこれをエッチングすることは、非平面性の問題のために困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
SoC内でNVM回路をロジック回路とともに集積する際にこれらの問題を解決し、且つプロセスの複雑性を低減する方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態に従った方法は、互いに電気的に分離された第1の画成領域と第2の画成領域とを有する基板を設ける。また、当該方法は、第1の画成領域及び第2の画成領域の双方において基板を覆う第1のゲート材料層を設ける。さらに、当該方法は、第1のゲート材料層を覆う複数の接し合う犠牲層を設ける。当該方法は更に、前記複数の接し合う犠牲層を用いて、第1の画成領域内のトランジスタ制御電極を形成する。このとき、接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは完全には除去されない。さらに、当該方法は、接し合う犠牲層のうちの1つを用いて、第2の画成領域内のトランジスタ制御電極をパターニングする。最後に、当該方法は、第1の画成領域及び第2の画成領域の双方内でトランジスタ群の形成を完了する。
【0008】
本発明の他の一実施形態において、集積回路を製造する方法が提供される。この集積回路は、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔された第1領域と第2領域とを含む。当該方法は、第1領域及び第2領域の双方において、基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成することを含む。さらに、当該方法は、第1領域及び第2領域内にデバイスを形成する前に、第1領域及び第2領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成する。さらに、当該方法は、前記複数の犠牲層を用いて、第1領域内に第1タイプのデバイスを形成することを含む。さらに、当該方法は、前記複数の犠牲層を用いて、第2領域内に第2タイプのデバイスを形成することを含む。
【0009】
本発明の更なる他の一実施形態において、集積回路を製造する方法が提供される。この集積回路は、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔されたメモリ領域とロジック領域とを含む。当該方法は、メモリ領域及びロジック領域の双方において、基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成することを含む。当該方法は更に、メモリ領域及びロジック領域内にデバイスを形成することに先立って、メモリ領域及びロジック領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成することを含む。さらに、当該方法は、前記複数の犠牲層を用いて、メモリ領域内に不揮発性メモリデバイスを形成することを含む。また、当該方法は、前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、ロジック領域内にロジックデバイスを形成することを含む。ロジックデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つは、ロジック領域内のロジックデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の好適実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面とともに読みことによって、よりよく理解されるであろう。本発明は、例として図示されるのであり、添付の図によって限定されるものではない。図において、似通った参照符号は同様の要素を指し示す。図中の要素は、単純且つ明瞭にするために示されたものであり、必ずしも縮尺通りには描かれてはいない。
【図1】本発明の一実施形態に従った、基板を覆う誘電体材料の層とゲート材料の層とを備えた半導体デバイスの一部を例示する断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に従った、接し合う複数の犠牲層を堆積した後の図1の半導体デバイスを例示する図である。
【図3】本発明の一実施形態に従った、パターニングされたフォトレジスト層を堆積した後の図2の半導体デバイスを例示する図である。
【図4】本発明の一実施形態に従った、犠牲層及び第1のゲート材料層をエッチングした後の図3の半導体デバイスを例示する図である。
【図5】本発明の一実施形態に従った、犠牲層上への電荷貯蔵スタックの堆積後の図4の半導体デバイスを例示する図である。
【図6】本発明の一実施形態に従った、第2のゲート材料層を堆積した後の図5の半導体デバイスを例示する図である。
【図7】本発明の一実施形態に従った、研磨停止層まで第2のゲート材料層を研磨した後の図6の半導体デバイスを例示する図である。
【図8】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図9】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図10】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図11】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図12】本発明の一実施形態に従った、ロジック領域内のロジックトランジスタのゲートをパターニングするためのフォトレジストマスクを堆積した後の図11の半導体デバイスを例示する図である。
【図13】本発明の一実施形態に従った、メモリ領域内のメモリトランジスタ及びロジック領域内のロジックトランジスタの形成のための最終処理工程群を例示する図である。 当業者に認識されるように、図中の要素は、単純且つ明瞭にするために示されたものであり、必ずしも縮尺通りには描かれてはいない。例えば、図中の一部の要素の寸法は、本発明の実施形態の理解を高める助けとなるよう、その他の要素に対して誇張されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0011】
添付の図面の詳細な説明は、本発明の現時点での好適実施形態の説明であり、本発明を実施し得る唯一の形態を表すものではない。理解されるように、同一又は等価な機能が、本発明の主旨及び範囲の中に含まれる異なる実施形態によって達成されてもよい。
【0012】
図1−13は、本発明の様々な実施形態に従った、不揮発性メモリ(NVM)回路とロジック回路との集積における複数の段階中の半導体ウェハの一部を断面図で示している。
【0013】
先ず、図1を参照するに、この図は、集積回路ダイと呼ぶ半導体デバイス10の一部の断面図を例示している。半導体デバイス10は基板12を含んでおり、基板12は、トレンチアイソレーション13によって分離されたNVM領域18とロジック領域20とを有している。図1は、基板12を覆う誘電体層14及び第1のゲート材料層16を示している。基板12は、例えばガリウム砒素、シリコン、ゲルマニウム、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)、単結晶シリコン、又は電子デバイスを形成するために従来から使用されているその他の材料など、如何なる半導体材料又は材料群の組み合わせであってもよい。図1に示すように、半導体デバイス10上にトレンチアイソレーション13が形成される。トレンチアイソレーション13は、半導体デバイス上の第1の画成領域と第2の画成領域とを電気的に分離するために必要とされる。第1の画成領域は、不揮発性メモリセル群を組み入れるために使用されるNVM領域18を含んでおり、第2の画成領域は、ロジック機能を実現するトランジスタ群を組み入れるために使用されるロジック領域20を含んでいる。本発明の一実施形態において、NVM領域18は、最小のフォトリソグラフィ限界に対応するトレンチアイソレーション13によって、ロジック領域20から電気的に分離される。トレンチアイソレーション13は、しばしばトレンチ酸化物と呼ばれる如何なる酸化物であってもよい。
【0014】
そして、基板12上に誘電体層14が堆積される。誘電体層14は、酸化シリコンや酸化アルミニウムや酸化タンタル等の酸化物、窒化シリコン等の窒化物、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、若しくはこれらに類するもの、又はこれらの何らかの組み合わせとし得る。誘電体層14は、従来からの化学的気相成長(CVD)法、物理的気相成長法、原子層成長法、又はこれらの組み合わせを用いて堆積することができる。誘電体層14は、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン(シリコンオキシナイトライド)、高誘電率(high−k)材料(例えば、7より大きいk)、又はこれらの何らかの組み合わせの1つ以上の膜を含むことができる。
【0015】
そして、誘電体層14上に第1のゲート材料層16が堆積される。第1のゲート材料層16は、例えばポリシリコン、アモルファスシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、SiGe、若しくはこれらの類するもの、又はこれらの組み合わせ等の如何なる材料であってもよい。第1のゲート材料層16は、従来からの化学的気相成長法を用いて堆積されてもよいし、その他のプロセスによって堆積されてもよい。
【0016】
一実施形態において、全ての処理工程とNVM領域18内及びロジック領域20内のトランジスタ群の形成との完了後、第1のゲート材料層16は、NVM領域18内のメモリトランジスタの選択ゲートとして作用する。第1のゲート材料層16はまた、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲート電極としても作用する。
【0017】
次に、図2を参照するに、第1のゲート材料層16上への複数の接し合う犠牲層の堆積は、反射防止膜(ARC)層22、エッチング停止層24及び研磨停止層26を順次上に堆積することを含む。ARC層22は第1のゲート材料層16上に形成される。好適な一実施形態において、ARC層22は、例えば窒化シリコンや金属含有窒化物などの、窒化物(例えば、TiN)や金属−シリコン窒化物(例えば、TaaSibNc)、又はこれらの何らかの組み合わせである。好適な一実施形態において、ARC層22は、従来からの化学的気相成長(CVD)法を用いて、およそ155Åの厚さを有するように堆積される。ARC層22は、ロジック領域20内のトランジスタのゲートをパターニングするための反射防止膜として用いられる。
【0018】
ARC層22が堆積された後、エッチング停止層24が形成される。エッチング停止層24は、例えばSiO2等の酸化物、又はこれに類するものとし得る。一実施形態において、エッチング停止層24は、80Åの厚さを有する超高密度酸化物層(ultra-dense oxide layer;UDOX)である。エッチング停止層24は、ARC層22を研磨停止層26から離隔するために使用される。エッチング停止層24は、エッチングプロセスでの研磨停止層26のエッチングを停止させるために用いられる。故に、エッチング停止層24は、製造中に実行される様々な処理によってARC層22が露出されるのを防止する。ARC層22は、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲート電極をパターニングするために使用されることになる。
【0019】
一形態において、研磨停止層26は、CVDを用いて、エッチング停止層24の厚さのおよそ5倍の厚さを有するように堆積される。研磨停止層26は、例えばSiNやSiON等の如何なる窒化物若しくは酸窒化物、又はこれらに類するものとし得る。研磨停止層26は、化学機械研磨(CMP)プロセスにおいて研磨を停止させるために使用される。本発明において、研磨停止層は、NVM領域18内のメモリトランジスタの選択ゲートをパターニングするための反射防止膜として用いられる。
【0020】
一形態において、ARC層22は窒素を含有し、エッチング停止層24は酸素を含有し、研磨停止層26は窒素を含有する。
【0021】
図3は、研磨停止層26上に堆積されたフォトレジスト材料からなるパターニングされたフォトレジスト層28を示している。パターニングされたフォトレジスト層28は、例えばスピンコーティング法といった従来からのリソグラフィ技術を用いて設けられる。フォトレジスト材料は、リソグラフィの適用に適した多様なフォトレジスト化学物質を含み得る。フォトレジスト材料は、通常、マトリクス材又は樹脂と、感光剤又は阻害剤と、溶剤とを含んでいる。パターニングされたフォトレジスト層28の材料は、ポジ型フォトレジスト材料又はネガ型フォトレジスト材料とすることができる。
【0022】
図4に示すように、パターニングされたフォトレジスト層28をマスクとして用いてエッチングが実行される。このエッチングは、研磨停止層26、エッチング停止層24、ARC層22及び第1のゲート材料層16を貫通エッチングするように行われる。一実施形態において、このエッチングはドライエッチング技術を用いて行われる。このエッチングプロセス後、パターニングされたフォトレジスト層28は除去される。一実施形態において、このフォトレジストは、例えばRCA洗浄、ピラニア洗浄及びこれらに類するもの等の、従来からのウェット洗浄プロセスを用いて除去される。他の一実施形態において、このフォトレジストは、例えばアッシング、溶剤洗浄及びこれらに類するもの等の、従来からの剥離プロセスを用いることによって除去される。
【0023】
図5に示すように、誘電体層14の露出領域がエッチングされ、パターニングされた半導体デバイス10上に電荷貯蔵スタック30が堆積される。電荷貯蔵スタック30は、1層又は複数層の電荷貯蔵材料である。一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、例えばCVD、プラズマCVD(PECVD)、低圧CVD(LPCVD)及びこれらに類するものといった、従来からの堆積技術を用いて堆積される。一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、酸化膜同士の間に挟まれたナノ結晶の層である。他の一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、酸化膜同士の間に挟まれた窒化膜である。更なる他の一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、ポリシリコン層及びそれに続く酸化膜−窒化膜−酸化膜(ONO)層である。好適な一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、酸化膜同士の間に挟まれたナノ結晶の層である。
【0024】
本発明の一実施形態においては、パターニングされた半導体デバイス10上に電荷貯蔵スタック30を堆積することに代えて、NVM領域18のパターニングされたメモリトランジスタのフローティングゲートとして作用するポリシリコン層が堆積される。
【0025】
図6を参照するに、NVM領域18とロジック領域20との上に第2のゲート材料層32堆積される。第2のゲート材料層32は、電荷貯蔵スタック30上の露出領域を充填して、厚い層で電荷貯蔵スタック30を覆うように堆積される。第2のゲート材料層32は、金属、ポリシリコン、又はこれら2つの組み合わせとし得る。第2のゲート材料層32は、例えば低圧化学的気相成長法(LPCVD)、プラズマ化学気相成長法(PECVD)、又はこれらに類するものを用いて堆積される。
【0026】
図7は、第2のゲート材料層32の研磨後の半導体デバイス10を示している。この研磨は、研磨停止層26上にある第2のゲート材料層32及び電荷貯蔵スタック30を除去するように行われる。第2のゲート材料層32は、例えば化学機械研磨(CMP)等の従来からの技術を用いて研磨される。一実施形態において、第2のゲート材料層32は、従来からのエッチングプロセスを用いることによって、研磨停止層26が露出するまでエッチングされてもよい。
【0027】
図8のように、フォトレジスト材料からなるフォトレジストマスク34が堆積される。そして、露出された領域から第2のゲート材料層32が除去される。一実施形態において、第2のゲート材料層32は、例えば異方性ドライエッチング等の選択性ドライエッチングプロセスを用いることによって除去される。
【0028】
図9は、図8の半導体デバイス10上に堆積された、フォトレジスト材料からなるフォトレジストマスク36を例示している。そして、露出された領域がドライエッチングプロセスを用いてエッチングされている。このプロセスにおいて、露出された研磨停止層26、エッチング停止層24、ARC層22及び第1のゲート材料層16が、図8の半導体デバイス10から除去される。
【0029】
図10に示すように、図9の半導体デバイスの研磨停止層26が、例えば異方性技術などの従来からのドライエッチングプロセスを用いて選択的にエッチングされる。このドライエッチングは、第2のゲート材料層32は影響を受けずに残存するが研磨停止層26はエッチング除去されるようにして行われる。
【0030】
図11に示すように、図10の半導体デバイス10にウェットエッチングプロセスが実行される。一形態において、このウェットエッチングプロセスは、例えばフッ酸(HF)エッチング等の従来からのウェットエッチングプロセスである。ウェットエッチングプロセスに用いられ得るその他の酸は、以下に限定されないが、H3PO4、H2SO4、HOH、H2O2及びHClを含む。このウェットエッチングプロセスは、エッチング停止層24、電荷貯蔵スタック30の露出領域、及び露出された誘電体層14の除去をもたらす。斯くして、このウェットエッチングプロセスの完了時、NVM領域18の選択ゲート及び制御ゲートの形成が完了する。
【0031】
図12は、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲートをパターニングするために堆積された、フォトレジスト材料からなるフォトレジストマスク38を例示している。ここで、ロジックトランジスタのゲートは、ARC層22を用いてパターニングされる。露出されたARC層22及び第1のゲート材料層16が、ドライエッチングプロセスを用いて、図11の半導体デバイス10のロジック領域20から除去される。
【0032】
ロジックトランジスタのゲートはARC層22を用いてパターニングされるので、このパターニングは、ロジックトランジスタのゲートをパターニングするためにゲート酸化膜上にBARC層を堆積することを不要にする。また、トレンチアイソレーション13は、BARCを堆積する際の非平面性の問題を軽減するように大きくされている。NVM領域18とロジック領域20との間のトレンチアイソレーション13は最小のフォトリソグラフィ限界に関連付けられ得るため、有意な量の空間が集積回路上で節減され得る。
【0033】
次に、図13を参照するに、図12の半導体デバイス10からフォトレジストマスク38及びARC層22が除去される。NVM領域18内の第1のゲート材料層16及び第2のゲート材料層32の周り、ロジック領域20内の第1のゲート材料層16の周りに、それぞれ、一組のスペーサ40、42が形成される。一組のスペーサ40、42は、例えば酸化物、窒化物、酸窒化物、及びこれらに類するもの等の絶縁層を基板上に堆積し、該絶縁層の部分ぶぶんをエッチングすることによって形成されることができる。NVM領域18内に、メモリトランジスタ52のソース44及びドレイン46が形成される。ロジック領域20内には、ロジックトランジスタ54のソース48及びドレイン50が形成される。ソース44、48及びドレイン46、50は従来からのドーピングプロセスによって形成される。斯くして、NVM領域18内にメモリトランジスタ52が形成されるとともに、ロジック領域20内にロジックトランジスタ54が形成される。NVM領域18内で、第1のゲート材料層16はメモリトランジスタ52の選択ゲートとして作用し、第2のゲート材料層32はメモリトランジスタ52の制御ゲートとして作用する。第1のゲート材料層16はまた、ロジック領域20内でロジックトランジスタ54のゲートとして作用する。
【0034】
本願において、NVM領域、第1の画成領域、及び第1領域という用語は半導体デバイス10のメモリ領域を表し、ロジック領域、第2の画成領域、及び第2領域という用語は半導体デバイス10のロジック領域を表す。
【0035】
本願において、“第1のゲート材料層”及び“第1のゲート電極材料”という用語は、NVM領域18内の選択ゲートと、ロジック領域20内のゲート電極とを表す。“第2のゲート材料層”及び“第2のゲート電極材料”という用語は、NVM領域18内の制御ゲートを表す。
【0036】
本願において、“第1タイプのデバイス”及び“メモリトランジスタ”という用語は、メモリ領域内のトランジスタを表し、“第2タイプのデバイス”及び“ロジックトランジスタ”という用語は、ロジック領域内のロジック機能を実行するために使用されるトランジスタを表す。
【0037】
ここで説明した構造は、メモリ回路領域内のメモリトランジスタの選択ゲート及びロジック回路領域内のロジックトランジスタのゲート電極をパターニングするために、窒化膜、酸化膜及び窒化膜(ARC層)を含む複数の犠牲層を利用している。故に、NVMデバイスとロジックデバイスとの集積におけるプロセスの複雑性が有意に低減される。ロジック領域内のゲート電極をパターニングするためにBARC層を用いることに代えて、本発明はこの目的のために窒化膜/酸化膜/窒化膜スタックからのARC層を用いる。これにより、トレンチアイソレーション領域のサイズは大きくされる必要がなく、SoCにおける最適なスペース利用がもたらされる。また、本発明はSoC内にNVMメモリをシームレスに集積することを可能にする。
【0038】
一形態において、第1の画成領域と、該第1の画成領域から電気的に分離された第2の画成領域とを有する基板を設けることによってNVM回路をロジック回路と集積する方法が提供される。第1の画成領域及び第2の画成領域の双方において基板を覆うように第1のゲート材料層が設けられる。第1のゲート材料層を覆う複数の接し合う犠牲層が設けられる。これら複数の接し合う犠牲層は、第1の画成領域内のトランジスタ制御電極を形成するために設けられ、このとき、これら接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは完全には除去されない。接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、第2の画成領域内のトランジスタ制御電極をパターニングするために用いられる。第1の画成領域及び第2の画成領域の双方内でトランジスタ群の形成が完了される。
【0039】
他の一形態において、接し合う犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、第2の画成領域内のトランジスタ制御電極に直に隣接する。他の一形態において、複数の接し合う犠牲層は、第1の窒化物層と、第1の窒化物層の下に位置する酸化物層と、該酸化物層の下に位置する第2の窒化物層とを含む。他の一形態において、第1の画成領域は、不揮発性メモリセル群を組み入れるための不揮発性メモリ領域を含み、第2の画成領域は、ロジック機能を実現するトランジスタ群を組み入れるためのロジック領域を含む。更なる他の一形態において、第1の画成領域は、最小のフォトリソグラフィ限界に対応する量によって、第2の画成領域から電気的に分離される。更なる他の一形態において、複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学機械研磨にて使用される研磨停止層を含み、複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学的エッチングにて使用されるエッチング停止層を含み、且つ複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは反射防止膜(ARC)層を含む。更なる他の一形態において、複数の接し合う犠牲層は、第1の画成領域及び第2の画成領域の処理の完了時に完全に除去される。一形態において、複数の接し合う犠牲層は、基板上に位置する反射防止膜(ARC)層と、該反射防止膜層上に位置する酸化物層と、該酸化物層上に位置する窒化物層とを含む。
【0040】
他の一形態において、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔された第1領域と第2領域とを有する集積回路を製造する方法が提供される。第1領域及び第2領域の双方において基板を覆う第1のゲート電極材料層が形成される。第1領域及び第2領域内にデバイスを形成することに先立って、第1領域及び第2領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層が形成される。これら複数の犠牲層は、第1領域内に第1タイプのデバイスを形成するために使用される。複数の犠牲層のうちの少なくとも1つは、第2領域内に第2タイプのデバイスを形成するために使用される。
【0041】
他の一形態において、第2領域内で第2タイプのデバイスに対応するゲート電極を形成することに先立って、第1領域から上記複数の犠牲層が除去される。他の一形態において、第2タイプのデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、第1のゲート電極材料層に直に隣接する。更なる他の一形態において、第2タイプのデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、反射防止膜(ARC)層である。他の一形態において、ARC層は、第2領域内に形成される第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために使用される。更なる他の一形態において、複数の犠牲層は、第2領域内に形成される第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層と、第1領域及び第2領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、第1領域及び第2領域の双方内で研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを含む。更なる他の一形態において、第1領域はメモリ領域であり、第2領域はロジック領域である。他の一形態において、第1タイプのデバイスは制御ゲート及び選択ゲートを含み、第2タイプのデバイスは1つのゲートのみを含む。
【0042】
更なる他の一形態において、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔されたメモリ領域とロジック領域とを含む集積回路を製造する方法が提供される。メモリ領域及びロジック領域の双方において基板を覆う第1のゲート電極材料層が形成される。メモリ領域及びロジック領域内にデバイスを形成することに先立って、メモリ領域及びロジック領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層が形成される。これら複数の犠牲層は、メモリ領域内に不揮発性メモリデバイスを形成するために使用される。複数の犠牲層のうちの少なくとも1つは、ロジック領域内にロジックデバイスを形成するために使用され、ロジックデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、ロジック領域に対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層である。他の一形態において、ロジック領域内でロジックデバイスに対応するゲート電極を形成することに先立って、メモリ領域から上記複数の犠牲層が除去される。他の一形態において、ロジックデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、第1のゲート電極材料層に直に隣接する。他の一形態において、複数の犠牲層は、メモリ領域及びロジック領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、メモリ領域及びロジック領域の双方内で研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを含む。更なる他の一形態において、ARC層は窒素を含有し、研磨停止層は窒素を含有し、エッチング停止層は酸素を含有する。
【0043】
なお、必ずしも概要説明又は実施例において上述した作業の全てが必要とされるわけではなく、特定の作業の一部が必要とされないことがあるし、上述のものに加えて1つ以上の更なる作業が実行されることもある。さらに、作業群を列挙した順序は、必ずしも、それらが実行される順序ではない。
【0044】
1つ以上の利点、1つ以上のその他の効果、1つ以上の問題の1つ以上の解決策、又はこれらの組み合わせを、1つ以上の具体的な実施形態に関して説明してきた。しかしながら、利点、効果若しくは問題の解決策、又は利点、効果若しくは解決策を生じさせる、あるいは顕著にさせる要素は、何れか又は全ての請求項についての決定的な、必要な、あるいは不可欠な特徴又は要素として解されるべきではない。
【0045】
以上にて開示された内容は例示的なものであって限定的なものではない。また、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲に入る全ての変更、改良及びその他の実施形態に及ぶものである。故に、本発明の範囲は、上述の詳細な説明によって限定されるものではなく、請求項及びその均等物の容認可能な最も広い解釈によって、法により認められる最大の範囲に決定されるべきものである。
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して集積回路の製造に関し、より具体的には集積回路設計を製造する際に不揮発性メモリ(Non-Volatile Memory;NVM)回路をロジック回路と集積することに関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路設計の分野において、システムオンチップ(System-on-chip;SoC)デバイスが広く使用されている。用語“SoC”は、ロジック、プログラム可能部分、I/O、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含む複数種類のブロックを、単一の集積回路上に集積したデバイスを意味する。
【0003】
SoC設計における不揮発性メモリとして、フローティングゲートに基づくメモリがよく使用されている。SoCに埋め込まれるフローティングゲートに基づくメモリのスケーリング限界を打破するため、現在、薄膜ストレージ(thin film storage;TFS)メモリが使用されるに至っている。TFSメモリにおいて、電荷は、ナノ結晶として広く知られるシリコン結晶の薄い絶縁膜内に貯蔵される。
【0004】
SoC内でのTFS(薄膜半導体)メモリとロジック回路との集積は、2つのゲートエッチングを必要とする。1つはTFS領域内の選択ゲート用であり、もう1つはロジック領域内のロジックトランジスタ又は周辺トランジスタのゲート用である。ロジック又は周辺のトランジスタは、クリティカル寸法(critical dimension;CD)を有し、非常に微細であるため、パターニングするのが面倒なものとなっている。1つの取り組みにおいて、微小なトランジスタのゲートは、トランジスタのゲート寸法のCD制御を達成するために、ゲート酸化膜上に堆積されたボトム反射防止膜(bottom anti-reflective coating;BARC)層を用いてパターニングされる。BARCは高い粘性を有するので、BARC層を堆積することは難しいことである。また、SoC上のメモリ領域とロジック領域との間に高低差が存在する場合、プロセスは更に複雑になる。加えて、SoC上のメモリ領域とロジック領域との間の物理的な距離が小さい場合、ロジック領域内のゲート酸化膜上に非常に厚い非平面的なBARC層が堆積され、これはエッチングするのが困難である。さらに、厚いBARC層は過度に反射防止性であるため、厚いBARC層を用いたトランジスタゲートのパターニングは複雑なプロセスである。この非平面性の問題を解決するため、分離領域と呼ばれるメモリ領域とロジック領域との間の距離は大きくされる必要がある。しかしながら、分離領域の増大はSoC設計においてレイアウトの非効率性を引き起こす。
【0005】
微細寸法のトランジスタをパターニングする別の一手法は、通常の反射防止膜(ARC)又は窒化膜を堆積することを含む。しかしながら、後のプロセスでこれをエッチングすることは、非平面性の問題のために困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
SoC内でNVM回路をロジック回路とともに集積する際にこれらの問題を解決し、且つプロセスの複雑性を低減する方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態に従った方法は、互いに電気的に分離された第1の画成領域と第2の画成領域とを有する基板を設ける。また、当該方法は、第1の画成領域及び第2の画成領域の双方において基板を覆う第1のゲート材料層を設ける。さらに、当該方法は、第1のゲート材料層を覆う複数の接し合う犠牲層を設ける。当該方法は更に、前記複数の接し合う犠牲層を用いて、第1の画成領域内のトランジスタ制御電極を形成する。このとき、接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは完全には除去されない。さらに、当該方法は、接し合う犠牲層のうちの1つを用いて、第2の画成領域内のトランジスタ制御電極をパターニングする。最後に、当該方法は、第1の画成領域及び第2の画成領域の双方内でトランジスタ群の形成を完了する。
【0008】
本発明の他の一実施形態において、集積回路を製造する方法が提供される。この集積回路は、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔された第1領域と第2領域とを含む。当該方法は、第1領域及び第2領域の双方において、基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成することを含む。さらに、当該方法は、第1領域及び第2領域内にデバイスを形成する前に、第1領域及び第2領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成する。さらに、当該方法は、前記複数の犠牲層を用いて、第1領域内に第1タイプのデバイスを形成することを含む。さらに、当該方法は、前記複数の犠牲層を用いて、第2領域内に第2タイプのデバイスを形成することを含む。
【0009】
本発明の更なる他の一実施形態において、集積回路を製造する方法が提供される。この集積回路は、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔されたメモリ領域とロジック領域とを含む。当該方法は、メモリ領域及びロジック領域の双方において、基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成することを含む。当該方法は更に、メモリ領域及びロジック領域内にデバイスを形成することに先立って、メモリ領域及びロジック領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成することを含む。さらに、当該方法は、前記複数の犠牲層を用いて、メモリ領域内に不揮発性メモリデバイスを形成することを含む。また、当該方法は、前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、ロジック領域内にロジックデバイスを形成することを含む。ロジックデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つは、ロジック領域内のロジックデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の好適実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面とともに読みことによって、よりよく理解されるであろう。本発明は、例として図示されるのであり、添付の図によって限定されるものではない。図において、似通った参照符号は同様の要素を指し示す。図中の要素は、単純且つ明瞭にするために示されたものであり、必ずしも縮尺通りには描かれてはいない。
【図1】本発明の一実施形態に従った、基板を覆う誘電体材料の層とゲート材料の層とを備えた半導体デバイスの一部を例示する断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に従った、接し合う複数の犠牲層を堆積した後の図1の半導体デバイスを例示する図である。
【図3】本発明の一実施形態に従った、パターニングされたフォトレジスト層を堆積した後の図2の半導体デバイスを例示する図である。
【図4】本発明の一実施形態に従った、犠牲層及び第1のゲート材料層をエッチングした後の図3の半導体デバイスを例示する図である。
【図5】本発明の一実施形態に従った、犠牲層上への電荷貯蔵スタックの堆積後の図4の半導体デバイスを例示する図である。
【図6】本発明の一実施形態に従った、第2のゲート材料層を堆積した後の図5の半導体デバイスを例示する図である。
【図7】本発明の一実施形態に従った、研磨停止層まで第2のゲート材料層を研磨した後の図6の半導体デバイスを例示する図である。
【図8】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図9】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図10】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図11】図8−11は、本発明の一実施形態に従った、図7の半導体デバイスのNVM領域内の選択ゲート及び制御ゲートの形成を例示する図である。
【図12】本発明の一実施形態に従った、ロジック領域内のロジックトランジスタのゲートをパターニングするためのフォトレジストマスクを堆積した後の図11の半導体デバイスを例示する図である。
【図13】本発明の一実施形態に従った、メモリ領域内のメモリトランジスタ及びロジック領域内のロジックトランジスタの形成のための最終処理工程群を例示する図である。 当業者に認識されるように、図中の要素は、単純且つ明瞭にするために示されたものであり、必ずしも縮尺通りには描かれてはいない。例えば、図中の一部の要素の寸法は、本発明の実施形態の理解を高める助けとなるよう、その他の要素に対して誇張されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0011】
添付の図面の詳細な説明は、本発明の現時点での好適実施形態の説明であり、本発明を実施し得る唯一の形態を表すものではない。理解されるように、同一又は等価な機能が、本発明の主旨及び範囲の中に含まれる異なる実施形態によって達成されてもよい。
【0012】
図1−13は、本発明の様々な実施形態に従った、不揮発性メモリ(NVM)回路とロジック回路との集積における複数の段階中の半導体ウェハの一部を断面図で示している。
【0013】
先ず、図1を参照するに、この図は、集積回路ダイと呼ぶ半導体デバイス10の一部の断面図を例示している。半導体デバイス10は基板12を含んでおり、基板12は、トレンチアイソレーション13によって分離されたNVM領域18とロジック領域20とを有している。図1は、基板12を覆う誘電体層14及び第1のゲート材料層16を示している。基板12は、例えばガリウム砒素、シリコン、ゲルマニウム、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)、単結晶シリコン、又は電子デバイスを形成するために従来から使用されているその他の材料など、如何なる半導体材料又は材料群の組み合わせであってもよい。図1に示すように、半導体デバイス10上にトレンチアイソレーション13が形成される。トレンチアイソレーション13は、半導体デバイス上の第1の画成領域と第2の画成領域とを電気的に分離するために必要とされる。第1の画成領域は、不揮発性メモリセル群を組み入れるために使用されるNVM領域18を含んでおり、第2の画成領域は、ロジック機能を実現するトランジスタ群を組み入れるために使用されるロジック領域20を含んでいる。本発明の一実施形態において、NVM領域18は、最小のフォトリソグラフィ限界に対応するトレンチアイソレーション13によって、ロジック領域20から電気的に分離される。トレンチアイソレーション13は、しばしばトレンチ酸化物と呼ばれる如何なる酸化物であってもよい。
【0014】
そして、基板12上に誘電体層14が堆積される。誘電体層14は、酸化シリコンや酸化アルミニウムや酸化タンタル等の酸化物、窒化シリコン等の窒化物、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、若しくはこれらに類するもの、又はこれらの何らかの組み合わせとし得る。誘電体層14は、従来からの化学的気相成長(CVD)法、物理的気相成長法、原子層成長法、又はこれらの組み合わせを用いて堆積することができる。誘電体層14は、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン(シリコンオキシナイトライド)、高誘電率(high−k)材料(例えば、7より大きいk)、又はこれらの何らかの組み合わせの1つ以上の膜を含むことができる。
【0015】
そして、誘電体層14上に第1のゲート材料層16が堆積される。第1のゲート材料層16は、例えばポリシリコン、アモルファスシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、SiGe、若しくはこれらの類するもの、又はこれらの組み合わせ等の如何なる材料であってもよい。第1のゲート材料層16は、従来からの化学的気相成長法を用いて堆積されてもよいし、その他のプロセスによって堆積されてもよい。
【0016】
一実施形態において、全ての処理工程とNVM領域18内及びロジック領域20内のトランジスタ群の形成との完了後、第1のゲート材料層16は、NVM領域18内のメモリトランジスタの選択ゲートとして作用する。第1のゲート材料層16はまた、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲート電極としても作用する。
【0017】
次に、図2を参照するに、第1のゲート材料層16上への複数の接し合う犠牲層の堆積は、反射防止膜(ARC)層22、エッチング停止層24及び研磨停止層26を順次上に堆積することを含む。ARC層22は第1のゲート材料層16上に形成される。好適な一実施形態において、ARC層22は、例えば窒化シリコンや金属含有窒化物などの、窒化物(例えば、TiN)や金属−シリコン窒化物(例えば、TaaSibNc)、又はこれらの何らかの組み合わせである。好適な一実施形態において、ARC層22は、従来からの化学的気相成長(CVD)法を用いて、およそ155Åの厚さを有するように堆積される。ARC層22は、ロジック領域20内のトランジスタのゲートをパターニングするための反射防止膜として用いられる。
【0018】
ARC層22が堆積された後、エッチング停止層24が形成される。エッチング停止層24は、例えばSiO2等の酸化物、又はこれに類するものとし得る。一実施形態において、エッチング停止層24は、80Åの厚さを有する超高密度酸化物層(ultra-dense oxide layer;UDOX)である。エッチング停止層24は、ARC層22を研磨停止層26から離隔するために使用される。エッチング停止層24は、エッチングプロセスでの研磨停止層26のエッチングを停止させるために用いられる。故に、エッチング停止層24は、製造中に実行される様々な処理によってARC層22が露出されるのを防止する。ARC層22は、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲート電極をパターニングするために使用されることになる。
【0019】
一形態において、研磨停止層26は、CVDを用いて、エッチング停止層24の厚さのおよそ5倍の厚さを有するように堆積される。研磨停止層26は、例えばSiNやSiON等の如何なる窒化物若しくは酸窒化物、又はこれらに類するものとし得る。研磨停止層26は、化学機械研磨(CMP)プロセスにおいて研磨を停止させるために使用される。本発明において、研磨停止層は、NVM領域18内のメモリトランジスタの選択ゲートをパターニングするための反射防止膜として用いられる。
【0020】
一形態において、ARC層22は窒素を含有し、エッチング停止層24は酸素を含有し、研磨停止層26は窒素を含有する。
【0021】
図3は、研磨停止層26上に堆積されたフォトレジスト材料からなるパターニングされたフォトレジスト層28を示している。パターニングされたフォトレジスト層28は、例えばスピンコーティング法といった従来からのリソグラフィ技術を用いて設けられる。フォトレジスト材料は、リソグラフィの適用に適した多様なフォトレジスト化学物質を含み得る。フォトレジスト材料は、通常、マトリクス材又は樹脂と、感光剤又は阻害剤と、溶剤とを含んでいる。パターニングされたフォトレジスト層28の材料は、ポジ型フォトレジスト材料又はネガ型フォトレジスト材料とすることができる。
【0022】
図4に示すように、パターニングされたフォトレジスト層28をマスクとして用いてエッチングが実行される。このエッチングは、研磨停止層26、エッチング停止層24、ARC層22及び第1のゲート材料層16を貫通エッチングするように行われる。一実施形態において、このエッチングはドライエッチング技術を用いて行われる。このエッチングプロセス後、パターニングされたフォトレジスト層28は除去される。一実施形態において、このフォトレジストは、例えばRCA洗浄、ピラニア洗浄及びこれらに類するもの等の、従来からのウェット洗浄プロセスを用いて除去される。他の一実施形態において、このフォトレジストは、例えばアッシング、溶剤洗浄及びこれらに類するもの等の、従来からの剥離プロセスを用いることによって除去される。
【0023】
図5に示すように、誘電体層14の露出領域がエッチングされ、パターニングされた半導体デバイス10上に電荷貯蔵スタック30が堆積される。電荷貯蔵スタック30は、1層又は複数層の電荷貯蔵材料である。一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、例えばCVD、プラズマCVD(PECVD)、低圧CVD(LPCVD)及びこれらに類するものといった、従来からの堆積技術を用いて堆積される。一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、酸化膜同士の間に挟まれたナノ結晶の層である。他の一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、酸化膜同士の間に挟まれた窒化膜である。更なる他の一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、ポリシリコン層及びそれに続く酸化膜−窒化膜−酸化膜(ONO)層である。好適な一実施形態において、電荷貯蔵スタック30は、酸化膜同士の間に挟まれたナノ結晶の層である。
【0024】
本発明の一実施形態においては、パターニングされた半導体デバイス10上に電荷貯蔵スタック30を堆積することに代えて、NVM領域18のパターニングされたメモリトランジスタのフローティングゲートとして作用するポリシリコン層が堆積される。
【0025】
図6を参照するに、NVM領域18とロジック領域20との上に第2のゲート材料層32堆積される。第2のゲート材料層32は、電荷貯蔵スタック30上の露出領域を充填して、厚い層で電荷貯蔵スタック30を覆うように堆積される。第2のゲート材料層32は、金属、ポリシリコン、又はこれら2つの組み合わせとし得る。第2のゲート材料層32は、例えば低圧化学的気相成長法(LPCVD)、プラズマ化学気相成長法(PECVD)、又はこれらに類するものを用いて堆積される。
【0026】
図7は、第2のゲート材料層32の研磨後の半導体デバイス10を示している。この研磨は、研磨停止層26上にある第2のゲート材料層32及び電荷貯蔵スタック30を除去するように行われる。第2のゲート材料層32は、例えば化学機械研磨(CMP)等の従来からの技術を用いて研磨される。一実施形態において、第2のゲート材料層32は、従来からのエッチングプロセスを用いることによって、研磨停止層26が露出するまでエッチングされてもよい。
【0027】
図8のように、フォトレジスト材料からなるフォトレジストマスク34が堆積される。そして、露出された領域から第2のゲート材料層32が除去される。一実施形態において、第2のゲート材料層32は、例えば異方性ドライエッチング等の選択性ドライエッチングプロセスを用いることによって除去される。
【0028】
図9は、図8の半導体デバイス10上に堆積された、フォトレジスト材料からなるフォトレジストマスク36を例示している。そして、露出された領域がドライエッチングプロセスを用いてエッチングされている。このプロセスにおいて、露出された研磨停止層26、エッチング停止層24、ARC層22及び第1のゲート材料層16が、図8の半導体デバイス10から除去される。
【0029】
図10に示すように、図9の半導体デバイスの研磨停止層26が、例えば異方性技術などの従来からのドライエッチングプロセスを用いて選択的にエッチングされる。このドライエッチングは、第2のゲート材料層32は影響を受けずに残存するが研磨停止層26はエッチング除去されるようにして行われる。
【0030】
図11に示すように、図10の半導体デバイス10にウェットエッチングプロセスが実行される。一形態において、このウェットエッチングプロセスは、例えばフッ酸(HF)エッチング等の従来からのウェットエッチングプロセスである。ウェットエッチングプロセスに用いられ得るその他の酸は、以下に限定されないが、H3PO4、H2SO4、HOH、H2O2及びHClを含む。このウェットエッチングプロセスは、エッチング停止層24、電荷貯蔵スタック30の露出領域、及び露出された誘電体層14の除去をもたらす。斯くして、このウェットエッチングプロセスの完了時、NVM領域18の選択ゲート及び制御ゲートの形成が完了する。
【0031】
図12は、ロジック領域20内のロジックトランジスタのゲートをパターニングするために堆積された、フォトレジスト材料からなるフォトレジストマスク38を例示している。ここで、ロジックトランジスタのゲートは、ARC層22を用いてパターニングされる。露出されたARC層22及び第1のゲート材料層16が、ドライエッチングプロセスを用いて、図11の半導体デバイス10のロジック領域20から除去される。
【0032】
ロジックトランジスタのゲートはARC層22を用いてパターニングされるので、このパターニングは、ロジックトランジスタのゲートをパターニングするためにゲート酸化膜上にBARC層を堆積することを不要にする。また、トレンチアイソレーション13は、BARCを堆積する際の非平面性の問題を軽減するように大きくされている。NVM領域18とロジック領域20との間のトレンチアイソレーション13は最小のフォトリソグラフィ限界に関連付けられ得るため、有意な量の空間が集積回路上で節減され得る。
【0033】
次に、図13を参照するに、図12の半導体デバイス10からフォトレジストマスク38及びARC層22が除去される。NVM領域18内の第1のゲート材料層16及び第2のゲート材料層32の周り、ロジック領域20内の第1のゲート材料層16の周りに、それぞれ、一組のスペーサ40、42が形成される。一組のスペーサ40、42は、例えば酸化物、窒化物、酸窒化物、及びこれらに類するもの等の絶縁層を基板上に堆積し、該絶縁層の部分ぶぶんをエッチングすることによって形成されることができる。NVM領域18内に、メモリトランジスタ52のソース44及びドレイン46が形成される。ロジック領域20内には、ロジックトランジスタ54のソース48及びドレイン50が形成される。ソース44、48及びドレイン46、50は従来からのドーピングプロセスによって形成される。斯くして、NVM領域18内にメモリトランジスタ52が形成されるとともに、ロジック領域20内にロジックトランジスタ54が形成される。NVM領域18内で、第1のゲート材料層16はメモリトランジスタ52の選択ゲートとして作用し、第2のゲート材料層32はメモリトランジスタ52の制御ゲートとして作用する。第1のゲート材料層16はまた、ロジック領域20内でロジックトランジスタ54のゲートとして作用する。
【0034】
本願において、NVM領域、第1の画成領域、及び第1領域という用語は半導体デバイス10のメモリ領域を表し、ロジック領域、第2の画成領域、及び第2領域という用語は半導体デバイス10のロジック領域を表す。
【0035】
本願において、“第1のゲート材料層”及び“第1のゲート電極材料”という用語は、NVM領域18内の選択ゲートと、ロジック領域20内のゲート電極とを表す。“第2のゲート材料層”及び“第2のゲート電極材料”という用語は、NVM領域18内の制御ゲートを表す。
【0036】
本願において、“第1タイプのデバイス”及び“メモリトランジスタ”という用語は、メモリ領域内のトランジスタを表し、“第2タイプのデバイス”及び“ロジックトランジスタ”という用語は、ロジック領域内のロジック機能を実行するために使用されるトランジスタを表す。
【0037】
ここで説明した構造は、メモリ回路領域内のメモリトランジスタの選択ゲート及びロジック回路領域内のロジックトランジスタのゲート電極をパターニングするために、窒化膜、酸化膜及び窒化膜(ARC層)を含む複数の犠牲層を利用している。故に、NVMデバイスとロジックデバイスとの集積におけるプロセスの複雑性が有意に低減される。ロジック領域内のゲート電極をパターニングするためにBARC層を用いることに代えて、本発明はこの目的のために窒化膜/酸化膜/窒化膜スタックからのARC層を用いる。これにより、トレンチアイソレーション領域のサイズは大きくされる必要がなく、SoCにおける最適なスペース利用がもたらされる。また、本発明はSoC内にNVMメモリをシームレスに集積することを可能にする。
【0038】
一形態において、第1の画成領域と、該第1の画成領域から電気的に分離された第2の画成領域とを有する基板を設けることによってNVM回路をロジック回路と集積する方法が提供される。第1の画成領域及び第2の画成領域の双方において基板を覆うように第1のゲート材料層が設けられる。第1のゲート材料層を覆う複数の接し合う犠牲層が設けられる。これら複数の接し合う犠牲層は、第1の画成領域内のトランジスタ制御電極を形成するために設けられ、このとき、これら接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは完全には除去されない。接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、第2の画成領域内のトランジスタ制御電極をパターニングするために用いられる。第1の画成領域及び第2の画成領域の双方内でトランジスタ群の形成が完了される。
【0039】
他の一形態において、接し合う犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、第2の画成領域内のトランジスタ制御電極に直に隣接する。他の一形態において、複数の接し合う犠牲層は、第1の窒化物層と、第1の窒化物層の下に位置する酸化物層と、該酸化物層の下に位置する第2の窒化物層とを含む。他の一形態において、第1の画成領域は、不揮発性メモリセル群を組み入れるための不揮発性メモリ領域を含み、第2の画成領域は、ロジック機能を実現するトランジスタ群を組み入れるためのロジック領域を含む。更なる他の一形態において、第1の画成領域は、最小のフォトリソグラフィ限界に対応する量によって、第2の画成領域から電気的に分離される。更なる他の一形態において、複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学機械研磨にて使用される研磨停止層を含み、複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学的エッチングにて使用されるエッチング停止層を含み、且つ複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは反射防止膜(ARC)層を含む。更なる他の一形態において、複数の接し合う犠牲層は、第1の画成領域及び第2の画成領域の処理の完了時に完全に除去される。一形態において、複数の接し合う犠牲層は、基板上に位置する反射防止膜(ARC)層と、該反射防止膜層上に位置する酸化物層と、該酸化物層上に位置する窒化物層とを含む。
【0040】
他の一形態において、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔された第1領域と第2領域とを有する集積回路を製造する方法が提供される。第1領域及び第2領域の双方において基板を覆う第1のゲート電極材料層が形成される。第1領域及び第2領域内にデバイスを形成することに先立って、第1領域及び第2領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層が形成される。これら複数の犠牲層は、第1領域内に第1タイプのデバイスを形成するために使用される。複数の犠牲層のうちの少なくとも1つは、第2領域内に第2タイプのデバイスを形成するために使用される。
【0041】
他の一形態において、第2領域内で第2タイプのデバイスに対応するゲート電極を形成することに先立って、第1領域から上記複数の犠牲層が除去される。他の一形態において、第2タイプのデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、第1のゲート電極材料層に直に隣接する。更なる他の一形態において、第2タイプのデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、反射防止膜(ARC)層である。他の一形態において、ARC層は、第2領域内に形成される第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために使用される。更なる他の一形態において、複数の犠牲層は、第2領域内に形成される第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層と、第1領域及び第2領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、第1領域及び第2領域の双方内で研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを含む。更なる他の一形態において、第1領域はメモリ領域であり、第2領域はロジック領域である。他の一形態において、第1タイプのデバイスは制御ゲート及び選択ゲートを含み、第2タイプのデバイスは1つのゲートのみを含む。
【0042】
更なる他の一形態において、基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔されたメモリ領域とロジック領域とを含む集積回路を製造する方法が提供される。メモリ領域及びロジック領域の双方において基板を覆う第1のゲート電極材料層が形成される。メモリ領域及びロジック領域内にデバイスを形成することに先立って、メモリ領域及びロジック領域の双方において、第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層が形成される。これら複数の犠牲層は、メモリ領域内に不揮発性メモリデバイスを形成するために使用される。複数の犠牲層のうちの少なくとも1つは、ロジック領域内にロジックデバイスを形成するために使用され、ロジックデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、ロジック領域に対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層である。他の一形態において、ロジック領域内でロジックデバイスに対応するゲート電極を形成することに先立って、メモリ領域から上記複数の犠牲層が除去される。他の一形態において、ロジックデバイスを形成するために用いられる複数の犠牲層のうちの上記少なくとも1つは、第1のゲート電極材料層に直に隣接する。他の一形態において、複数の犠牲層は、メモリ領域及びロジック領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、メモリ領域及びロジック領域の双方内で研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを含む。更なる他の一形態において、ARC層は窒素を含有し、研磨停止層は窒素を含有し、エッチング停止層は酸素を含有する。
【0043】
なお、必ずしも概要説明又は実施例において上述した作業の全てが必要とされるわけではなく、特定の作業の一部が必要とされないことがあるし、上述のものに加えて1つ以上の更なる作業が実行されることもある。さらに、作業群を列挙した順序は、必ずしも、それらが実行される順序ではない。
【0044】
1つ以上の利点、1つ以上のその他の効果、1つ以上の問題の1つ以上の解決策、又はこれらの組み合わせを、1つ以上の具体的な実施形態に関して説明してきた。しかしながら、利点、効果若しくは問題の解決策、又は利点、効果若しくは解決策を生じさせる、あるいは顕著にさせる要素は、何れか又は全ての請求項についての決定的な、必要な、あるいは不可欠な特徴又は要素として解されるべきではない。
【0045】
以上にて開示された内容は例示的なものであって限定的なものではない。また、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲に入る全ての変更、改良及びその他の実施形態に及ぶものである。故に、本発明の範囲は、上述の詳細な説明によって限定されるものではなく、請求項及びその均等物の容認可能な最も広い解釈によって、法により認められる最大の範囲に決定されるべきものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の画成領域と、該第1の画成領域から電気的に分離された第2の画成領域とを有する基板を設ける工程;
前記第1の画成領域及び前記第2の画成領域の双方において、前記基板を覆う第1のゲート材料層を設ける工程;
前記第1のゲート材料層を覆う複数の接し合う犠牲層を設ける工程;
前記複数の接し合う犠牲層を用いて、前記第1の画成領域内のトランジスタ制御電極を形成する形成工程であり、前記接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは完全には除去されない、工程;
前記接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、前記第2の画成領域内のトランジスタ制御電極をパターニングする工程;及び
前記第1の画成領域及び前記第2の画成領域の双方内でトランジスタ群の形成を完了する工程;
を有する方法。
【請求項2】
前記接し合う犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、前記第2の画成領域内の前記トランジスタ制御電極に直に隣接する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記複数の接し合う犠牲層は、第1の窒化物層と、第1の窒化物層の下に位置する酸化物層と、該酸化物層の下に位置する第2の窒化物層とを有する、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記第1の画成領域は、不揮発性メモリセル群を組み入れるための不揮発性メモリ領域を有し、前記第2の画成領域は、ロジック機能を実現するトランジスタ群を組み入れるためのロジック領域を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記第1の画成領域は、最小のフォトリソグラフィ限界に対応する量によって、前記第2の画成領域から電気的に分離される、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学機械研磨にて使用される研磨停止層を有し、前記複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学的エッチングにて使用されるエッチング停止層を有し、且つ前記複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは反射防止膜(ARC)層を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記複数の接し合う犠牲層は、前記第1の画成領域及び前記第2の画成領域の処理の完了時に完全に除去され、且つ:
前記基板上に位置する反射防止膜(ARC)層;
前記反射防止膜層上に位置する酸化物層;
前記酸化物層上に位置する窒化物層;
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔された第1領域と第2領域とを有する集積回路を製造する方法であって:
前記第1領域及び前記第2領域の双方において、前記基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成する工程;
前記第1領域及び前記第2領域内にデバイスを形成することに先立って、前記第1領域及び前記第2領域の双方において、前記第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成する工程;
前記複数の犠牲層を用いて、前記第1領域内に第1タイプのデバイスを形成する工程;及び
前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、前記第2領域内に第2タイプのデバイスを形成する工程;
を有する方法。
【請求項9】
前記第2領域内で前記第2タイプのデバイスに対応するゲート電極を形成することに先立って、前記第1領域から前記複数の犠牲層を除去する工程、を更に有する請求項8に記載の方法。
【請求項10】
前記第2タイプのデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、前記第1のゲート電極材料層に直に隣接する、請求項8に記載の方法。
【請求項11】
前記第2タイプのデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、反射防止膜(ARC)層である、請求項8に記載の方法。
【請求項12】
前記ARC層は、前記第2領域内に形成される前記第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記複数の犠牲層は、前記第2領域内に形成される前記第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層と、前記第1領域及び前記第2領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、前記第1領域及び前記第2領域の双方内で前記研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを有する、請求項8に記載の方法。
【請求項14】
前記第1領域はメモリ領域であり、且つ前記第2領域はロジック領域である、請求項8に記載の方法。
【請求項15】
前記第1タイプのデバイスは制御ゲート及び選択ゲートを含み、且つ前記第2タイプのデバイスは1つのゲートのみを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔されたメモリ領域とロジック領域とを有する集積回路を製造する方法であって:
前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方において、前記基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成する工程;
前記メモリ領域及び前記ロジック領域内にデバイスを形成することに先立って、前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方において、前記第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成する工程;
前記複数の犠牲層を用いて、前記メモリ領域内に不揮発性メモリデバイスを形成する工程;及び
前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、前記ロジック領域内にロジックデバイスを形成する工程であり、該ロジックデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの該少なくとも1つは、前記ロジック領域に対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層である、ロジックデバイスを形成する工程;
を有する方法。
【請求項17】
前記ロジック領域内で前記ロジックデバイスに対応する前記ゲート電極を形成することに先立って、前記メモリ領域から前記複数の犠牲層を除去する工程、を更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記ロジックデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、前記第1のゲート電極材料層に直に隣接する、請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記複数の犠牲層は、前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方内で前記研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを有する、請求項16に記載の方法。
【請求項20】
前記ARC層は窒素を含有し、前記研磨停止層は窒素を含有し、且つ前記エッチング停止層は酸素を含有する、請求項19に記載の方法。
【請求項1】
第1の画成領域と、該第1の画成領域から電気的に分離された第2の画成領域とを有する基板を設ける工程;
前記第1の画成領域及び前記第2の画成領域の双方において、前記基板を覆う第1のゲート材料層を設ける工程;
前記第1のゲート材料層を覆う複数の接し合う犠牲層を設ける工程;
前記複数の接し合う犠牲層を用いて、前記第1の画成領域内のトランジスタ制御電極を形成する形成工程であり、前記接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは完全には除去されない、工程;
前記接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、前記第2の画成領域内のトランジスタ制御電極をパターニングする工程;及び
前記第1の画成領域及び前記第2の画成領域の双方内でトランジスタ群の形成を完了する工程;
を有する方法。
【請求項2】
前記接し合う犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、前記第2の画成領域内の前記トランジスタ制御電極に直に隣接する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記複数の接し合う犠牲層は、第1の窒化物層と、第1の窒化物層の下に位置する酸化物層と、該酸化物層の下に位置する第2の窒化物層とを有する、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記第1の画成領域は、不揮発性メモリセル群を組み入れるための不揮発性メモリ領域を有し、前記第2の画成領域は、ロジック機能を実現するトランジスタ群を組み入れるためのロジック領域を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記第1の画成領域は、最小のフォトリソグラフィ限界に対応する量によって、前記第2の画成領域から電気的に分離される、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学機械研磨にて使用される研磨停止層を有し、前記複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは、化学的エッチングにて使用されるエッチング停止層を有し、且つ前記複数の接し合う犠牲層のうちの少なくとも1つは反射防止膜(ARC)層を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記複数の接し合う犠牲層は、前記第1の画成領域及び前記第2の画成領域の処理の完了時に完全に除去され、且つ:
前記基板上に位置する反射防止膜(ARC)層;
前記反射防止膜層上に位置する酸化物層;
前記酸化物層上に位置する窒化物層;
を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔された第1領域と第2領域とを有する集積回路を製造する方法であって:
前記第1領域及び前記第2領域の双方において、前記基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成する工程;
前記第1領域及び前記第2領域内にデバイスを形成することに先立って、前記第1領域及び前記第2領域の双方において、前記第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成する工程;
前記複数の犠牲層を用いて、前記第1領域内に第1タイプのデバイスを形成する工程;及び
前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、前記第2領域内に第2タイプのデバイスを形成する工程;
を有する方法。
【請求項9】
前記第2領域内で前記第2タイプのデバイスに対応するゲート電極を形成することに先立って、前記第1領域から前記複数の犠牲層を除去する工程、を更に有する請求項8に記載の方法。
【請求項10】
前記第2タイプのデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、前記第1のゲート電極材料層に直に隣接する、請求項8に記載の方法。
【請求項11】
前記第2タイプのデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、反射防止膜(ARC)層である、請求項8に記載の方法。
【請求項12】
前記ARC層は、前記第2領域内に形成される前記第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記複数の犠牲層は、前記第2領域内に形成される前記第2タイプのデバイスに対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層と、前記第1領域及び前記第2領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、前記第1領域及び前記第2領域の双方内で前記研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを有する、請求項8に記載の方法。
【請求項14】
前記第1領域はメモリ領域であり、且つ前記第2領域はロジック領域である、請求項8に記載の方法。
【請求項15】
前記第1タイプのデバイスは制御ゲート及び選択ゲートを含み、且つ前記第2タイプのデバイスは1つのゲートのみを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
基板上に形成され且つ分離領域によって互いに離隔されたメモリ領域とロジック領域とを有する集積回路を製造する方法であって:
前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方において、前記基板を覆う第1のゲート電極材料層を形成する工程;
前記メモリ領域及び前記ロジック領域内にデバイスを形成することに先立って、前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方において、前記第1のゲート電極材料層を覆う複数の犠牲層を形成する工程;
前記複数の犠牲層を用いて、前記メモリ領域内に不揮発性メモリデバイスを形成する工程;及び
前記複数の犠牲層のうちの少なくとも1つを用いて、前記ロジック領域内にロジックデバイスを形成する工程であり、該ロジックデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの該少なくとも1つは、前記ロジック領域に対応するゲート電極をパターニングするために用いられる反射防止膜(ARC)層である、ロジックデバイスを形成する工程;
を有する方法。
【請求項17】
前記ロジック領域内で前記ロジックデバイスに対応する前記ゲート電極を形成することに先立って、前記メモリ領域から前記複数の犠牲層を除去する工程、を更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記ロジックデバイスを形成するために用いられる前記複数の犠牲層のうちの前記少なくとも1つは、前記第1のゲート電極材料層に直に隣接する、請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記複数の犠牲層は、前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方内に形成されるポリシリコン層の研磨を停止させるために用いられる研磨停止層と、前記メモリ領域及び前記ロジック領域の双方内で前記研磨停止層のエッチングを停止させるために用いられるエッチング停止層とを有する、請求項16に記載の方法。
【請求項20】
前記ARC層は窒素を含有し、前記研磨停止層は窒素を含有し、且つ前記エッチング停止層は酸素を含有する、請求項19に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公表番号】特表2011−502353(P2011−502353A)
【公表日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−531101(P2010−531101)
【出願日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【国際出願番号】PCT/US2008/076750
【国際公開番号】WO2009/058486
【国際公開日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【出願人】(504199127)フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【国際出願番号】PCT/US2008/076750
【国際公開番号】WO2009/058486
【国際公開日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【出願人】(504199127)フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Fターム(参考)】
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