JP2000114497A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2000114497A
JP2000114497A JP10276776A JP27677698A JP2000114497A JP 2000114497 A JP2000114497 A JP 2000114497A JP 10276776 A JP10276776 A JP 10276776A JP 27677698 A JP27677698 A JP 27677698A JP 2000114497 A JP2000114497 A JP 2000114497A
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Shinichi Sato
眞一 里
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メモリセルの微細化のため、ソース/ドレイ
ン用のイオン注入量は増加させることができないという
制約がある。また、コントロールゲートのパターニング
前にメモリセル領域のみイオン注入することでコントロ
ールゲートのドーピング濃度を上げることができるが、
フォト工程、注入工程を追加する必要があり、コストの
上昇につながるという問題があった。 【解決手段】 シリコン基板1上にメモリ領域における
フローティングゲート7及びコントロールゲート10b
と、周辺回路領域におけるゲート電極10aとを形成し
た後、周辺回路領域をフォトレジストで覆い、第1のト
ランジスタのソース・ドレインの形成及びコントロール
ゲートへの不純物注入のための第1のイオン注入を行
う。次に、第1のトランジスタのコントロールゲート及
びフォトレジストの側壁及び第2のトランジスタのゲー
ト電極の側壁にサイドウォールを形成する。周辺回路領
域のソース・ドレイン形成のためのイオン注入を行う
際、同時にコントロールゲートに不純物を注入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフローティングゲー
トを有する不揮発性半導体装置の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】一般にフラッシュメモリ等のフローティ
ングゲートを持つ不揮発性半導体装置で、周辺回路がC
MOS回路で構成されたものにおいては、周辺回路のゲ
ート電極は多結晶シリコン、或いは多結晶シリコンとタ
ングステンシリサイドとの積層膜で構成されており、ゲ
ート多結晶シリコンは、N型MOSトランジスタもP型
トランジスタもN型不純物でドープされていた(図10
(a)、(b)、(c))。
【0003】一方、CPU等のCMOSロジック回路を
集積した半導体装置においては、高速化、低電圧動作化
への対応のために、MOSトランジスタのソース/ドレ
イン及びゲート電極の上を自己整合的にシリサイド化す
るとともに、N型MOSトランジスタのゲートはN型不
純物でドープし、P型MOSトランジスタのゲートはP
型不純物でドープする技術(デュアルゲート)が主流と
なりつつある(図11)。
【0004】これらの技術の利点として、まず、ソース
/ドレインをシリサイド化することで、トランジスタの
寄生抵抗を大幅に削減し、高速回路動作を可能とするこ
とが挙げられる。
【0005】次に、多結晶シリコンで形成されたゲート
電極上にシリサイドを成長させるが、シリサイド化を伴
う場合に用いられる高融点金属として現在最も広く用い
られているものはチタン(Ti)であり、これまでゲー
ト電極の主流として多結晶シリコンとの積層膜として用
いられてきたタングステンシリサイドに比べて、抵抗が
低く(1/4〜1/5)、ゲート電極配線の低抵抗化も
図られる。更には、比較的簡単な工程で、ソース/ドレ
イン上、及びゲート電極を成す多結晶シリコン上のみに
シリサイドを形成することができるため、工程数の増加
も少なく、コストの上昇も小さい。また、P型MOSト
ランジスタのゲートをP型不純物でドープすることによ
り、P型MOSトランジスタのOFF時のリーク電流が
低減でき、ひいてはしきい値電圧(Vth)を低く設定
でき、低電圧で高速動作させることができるようにな
る。デュアルゲート構造を形成する際にも、N型MOS
トランジスタのソース/ドレイン用高濃度イオン注入時
にN型MOSトランジスタのゲート電極用の多結晶シリ
コンにも注入されるようにし、P型MOSトランジスタ
のソース/ドレイン用高濃度イオン注入時にP型MOS
トランジスタのゲート電極用の多結晶シリコンにも注入
されるようにすることで、工程の増加なしにデュアルゲ
ートを実現できる。
【0006】尚、図10(a)は第1の従来技術の、周
辺回路がCMOS回路で構成されており、メモリセルが
フローティングゲートをもつ不揮発性半導体素子を備え
た半導体装置における周辺回路領域の断面図であり、同
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図であ
り、同(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面
図である。また、図11は、第2の従来技術の、周辺回
路領域の断面図であり、図において、21はシリコン基
板、22は素子分離膜、24はNウエル、25はPウエ
ル、26はトンネル酸化膜、27は第1の多結晶シリコ
ン膜、28はONO膜、29はゲート酸化膜、30aは
ゲート電極、30bはコントロールゲート、32aはド
レイン、32bはソースは33はサイドウォール、34
はチタンシリサイド、35aはP+拡散層、35bはN+
拡散層を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】今後、フラッシュメモ
リ等の不揮発性半導体装置においても、低電圧における
高速動作が重要になってくることから、サリサイド、デ
ュアルゲートの採用が必要となってくる。
【0008】しかし、フローティングゲートを持つ不揮
発性半導体記憶装置においては、従来技術の問題点の説
明に供する図である図12に示すように、コントロール
ゲート用電極の下層にフローティングゲート電極の凹凸
があるため、フローティングゲート間の深い部分(図1
2の符号Aの部分)では実効的な多結晶シリコン膜の膜
厚がフローティングゲートの段差分だけ厚くなり、メモ
リセルのソース/ドレイン用のイオン注入だけではゲー
ト用のドーピングとしては注入量が足りず、この部分の
濃度が低くなり、メモリセル動作時に空乏層が生じる。
【0009】フローティングゲートを持つ不揮発性半導
体装置においては、フローティングゲートとコントロー
ルゲートとの間の容量は大きい方が好ましく、フローテ
ィングゲートの側壁部分の容量として活用していること
から、フローティングゲート間の深い部分で空乏層が伸
びると側壁部分の容量が低下し、ひいては動作電圧を引
き上げる必要性がでてくる。
【0010】一方、メモリセルの微細化のため、ソース
/ドレイン用のイオン注入量は増加させることができな
いという制約がある。また、コントロールゲートのパタ
ーニング前にメモリセル領域のみイオン注入することで
コントロールゲートのドーピング濃度を上げることがで
きる。しかし、この場合、フォト工程、注入工程を追加
する必要があり、コストの上昇につながるという問題が
あった。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の半導体装置の製造方法は、同一基板上に、コントロー
ルゲート及びフローティングゲートを有する第1導電型
チャネルの第1のトランジスタを複数有するメモリセル
領域と、少なくとも第1導電型チャネルの第2のトラン
ジスタを有する周辺回路領域とを備えた半導体装置の製
造方法において、上記基板上にメモリセル領域における
第1のトランジスタのフローティングゲート及びコント
ロールゲートと、周辺回路領域における第2のトランジ
スタのゲート電極とを形成した後、上記周辺回路領域を
フォトレジストで覆い、第1のトランジスタのソース・
ドレインの形成及びコントロールゲートへの不純物注入
のための第1のイオン注入を行う工程と、上記第1のト
ランジスタのコントロールゲート及びフローティングゲ
ートの側壁と第2のトランジスタのゲート電極の側壁と
にサイドウォールを形成する工程と、上記第2のトラン
ジスタのソース・ドレイン形成のための第2のイオン注
入を行う際、同時に上記第1のトランジスタのコントロ
ールゲートに不純物を注入する工程とを有することを特
徴とするものである。
【0012】また、請求項2に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記サイドウォールを形成する前に、
上記周辺回路領域に低濃度不純物領域を形成しておき、
サイドウォール形成後、高濃度不純物領域形成のための
上記第2のイオン注入を行うことにより、第2のトラン
ジスタをLDD構造とすることを特徴とする、請求項1
に記載の半導体装置の製造方法である。
【0013】また、請求項3に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記第1のイオン注入を行う前に、上
記第1のトランジスタのソースにのみ第1導電型不純物
をイオン注入する第3のイオン注入を行う工程を有する
ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の半導
体装置の製造方法である。
【0014】また、請求項4に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記第1のイオン注入においてはヒ素
を、上記第3のイオン注入において、リンとヒ素とを注
入することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法である。
【0015】更に、請求項5に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記第1のトランジスタのコントロー
ルゲート表面及びソース・ドレイン表面と第2のトラン
ジスタのゲート電極表面及びソース・ドレイン表面をエ
ッチングにより露出させた後、高融点金属を全面に堆積
させ、その後シリサイド化を行うことにより、上記第1
のトランジスタのコントロールゲート上及びソース・ド
レイン上と第2のトランジスタのゲート電極上及びソー
ス・ドレイン上に高融点金属シリサイドを自己整合的に
形成することを特徴とする、請求項1乃至請求項4に記
載の半導体装置の製造方法である。
【0016】
【実施の形態】以下、一の実施の形態に基づいて、本発
明を詳細に説明する。
【0017】図1乃至図9における、(a)は本発明の
一実施の形態の半導体装置の製造工程の一部における、
周辺回路領域の断面図、(b)は同メモリセル領域のワ
ード線方向の断面図、(c)は同メモリセル領域のビッ
ト線方向の断面図ある。また、図1乃至図9において、
1はシリコン基板、2は素子分離膜、3は絶縁膜、4は
Nウエル、5はPウエル、6はトンネル酸化膜、7はフ
ローティングゲートとなる第1の多結晶シリコン膜、8
はONO膜、9はゲート酸化膜、10aはゲート電極、
10bはコントロールゲート、11a、11bはフォト
レジスト、12aはドレインとなるヒ素が注入された不
純物領域、12bはソースとなるヒ素とリンが注入され
た不純物領域、13はサイドウォール、14はチタンシ
リサイド、15aはソース・ドレインとなるP+拡散
層、15bはソース・ドレインとなるN+拡散層を示
す。
【0018】まず、P型シリコン基板1上にLOCOS
法により、素子分離膜2を形成する。LOCOSによる
素子分離膜2の膜厚は6000Åとする(図1(a)、
(b)、(c))。
【0019】次に、周辺回路用Pチャネルトランジスタ
を形成する領域のみレジストを取り除くように、フォト
レジストパターンを形成し、このフォトレジストパター
ンをマスクに、リンを、注入エネルギーを300keV
で、ドーズ量を3×1012cm-2及び注入エネルギーを
50keVで、ドーズ量1×1012cm-2としてイオン
注入し、Nウエル4を形成する。
【0020】次に、周辺回路用Nチャネルトランジスタ
とメモリセルを形成する領域のみレジストとを取り除く
ように、フォトレジストパターンを形成し、このフォト
レジストパターンをマスクに、ボロンを、注入エネルギ
ーを150keVで、ドーズ量を3×1012cm-2及び
注入エネルギーを25keVで、ドーズ量を3×1012
cm-2としてイオン注入し、Pウエル5を形成する(図
2(a)、(b)、(c))。
【0021】次に、シリコン基板1の活性化領域上にト
ンネル酸化膜6を100Å形成し、第1の多結晶シリコ
ン膜7を1500Å形成し、続いて、第1の多結晶シリ
コン膜7中にリンイオンを1×1015cm-2注入する。
次に、第1の多結晶シリコン膜7をフォトエッチ工程に
より選択的に取り除きフローティングゲートを形成する
(図3(a)、(b)、(c))。
【0022】次に、全面にONO膜8(熱酸化膜50Å
/SiN膜80Å/HTO膜80Å)を形成する。次
に、周辺回路を形成する領域のONO膜8をフォトエッ
チング工程により選択的に取り除き、続いて、熱酸化に
より、周辺回路を形成する領域上にゲート酸化膜9を膜
厚200Å程度形成する(図4(a)、(b)、
(c))。この工程でメモリセル領域ではONO膜8の
SiN膜が酸素の供給を阻止することから酸化膜は成長
しない。
【0023】次に、第2の多結晶シリコン膜を3000
Å形成する。次に周辺回路用のゲート電極10aのパタ
ーンをフォトエッチング工程により加工し、続いて、メ
モリセルのコントロールゲート10b(かつワード線)
のパターンをフォトエッチング工程により加工する(図
5(a)、(b)、(c))。
【0024】次に、メモリセルのソース側のみレジスト
が除去されるようにフォトを行い、このパターニングさ
れたフォトレジスト11aをマスクに、メモリセルのソ
ース側のみヒ素を注入エネルギーを20keV、ドーズ
量を2×1015cm-2としてイオン注入し、リンを注入
エネルギー20keV、ドーズ量を5×1014cm-2
してイオン注入し、ソースとなる不純物領域12bを形
成する。
【0025】次に、メモリセル領域のみレジストを取り
除くようにフォトを行い、メモリセルのソース及びドレ
インにヒ素20keV、ドーズ量を2×1015cm-2
してイオン注入し、ドレインとなる不純物領域12aを
形成する(図6(a)、(b)、(c))。この際、コ
ントロールゲート10bにもヒ素が注入される。
【0026】ここで、メモリセルのソース側のみ2重拡
散を行うのは、消去時にフローティングゲートからソー
ス側に電子を引き抜く際、ソースに比較的高い電圧をか
けるので、耐圧を上げると同時に、リーク電流のホール
の一部が電界で加速され、酸化膜に注入されると信頼性
を低下させるので、ソース接合近傍の電界を弱めるため
である。また、消去の際のフローティングゲートからソ
ースへの電流を多くするためソース中の空乏層は無い方
がよく、このため、ソースのヒ素の濃度はあまり低くす
ることはできない。ドレイン側は書き込み時にホットエ
レクトロンを発生させるので、電界を弱められないの
で、2重拡散にはできない。そこで、ソースのみ、ヒ素
だけでなく、リンをも用いた2重拡散とする。
【0027】但し、ヒ素の濃度自体はソースよりも多少
下げてもホットエレクトロンの発生効率は下がらず、チ
ャネル長縮小のためにはドレイン側のヒ素濃度は少なく
する傾向にある。
【0028】次に、周辺回路のNチャネルトランジスタ
のLDD構造の低濃度不純物領域形成のため、周辺回路
のNチャネル領域のみレジストを取り除くようフォト
し、リン(注入エネルギー50keV、ドーズ量1×1
13cm-2)をイオン注入する。次に、周辺回路のPチ
ャネル領域のLDD構造の低濃度不純物領域形成のた
め、周辺回路のNチャネル領域のみレジストを取り除く
ようフォトし、ボロン(注入エネルギー20keV、ド
ーズ量1×1013cm-2)をイオン注入する。次に、酸
化膜2000ÅをCVD法で形成し、異方性エッチング
によりエッチバックし、メモリセル領域のコントロール
ゲート及びフローティングゲートの側壁及び周辺回路の
トランジスタのゲート電極の側壁にサイドウォール13
を形成する(図7(a)、(b)、(c))。
【0029】次に、周辺回路のNチャネルトランジスタ
領域とメモリセル領域とのみレジストを取り除くようフ
ォトし、このパターニングされたフォトレジスト11b
をマスクに、ヒ素(注入エネルギーを20keV、ドー
ズ量を3×1015cm-2)をイオン注入し、周辺回路の
Nチャネルトランジスタのソース・ドレインの高濃度領
域を形成する(図8(a)、(b)、(c))。この工
程でメモリセルのソース12b・ドレイン12a、コン
トロールゲート10cにヒ素が追加注入され、コントロ
ールゲート10c中に十分なヒ素が導入されるが、コン
トロールゲート10c及びフローティングゲート7側壁
には酸化膜サイドウォール13が形成されているため、
コントロールゲート10c及びフローティングゲート7
下の横方向拡散長にはほとんど影響がなく、メモリセル
特性に対する悪影響は小さい。
【0030】次に、周辺回路のPチャネルトランジスタ
領域のみレジストを取り除くようフォトし、ボロン(注
入エネルギー20keV、ドーズ量1×1013cm-2
をイオン注入し、周辺回路のPチャネルトランジスタの
ソース・ドレインの高濃度領域を形成する。
【0031】以上の工程で、メモリセル及び周辺回路の
ソース・ドレイン、ゲートのドーピングが終わり、引き
続き、メモリセル領域及び周辺回路領域のソース・ドレ
イン・ゲート上の酸化膜を除去した後、チタン膜を50
0Åスパッタし、650℃、N2雰囲気で60秒間アニ
ールし、シリコン表面とチタンが接触している部分でシ
リサイド反応を起こさせ、チタンシリサイド膜14を形
成する。次に、硫酸と過酸化水素水の混合液で未反応の
チタンを除去する(図9(a)、(b)、(c))。こ
のように、ソース・ドレインにシリサイド(自己整合シ
リサイド)が形成されることにより、トランジスタの寄
生抵抗を大幅に削減し、高速回路動作を可能にする。引
き続き、通常のコンタクト形成、配線形成を行う。
【0032】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、工程数を増やすことなく、メモリセ
ル特性を改善できることから、低コスト、低電圧で高速
化のフラッシュメモリ等の不揮発性記憶素子を備えた半
導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図2】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図3】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図4】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図5】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図6】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図7】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図8】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図9】(a)は本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造工程の一部における、周辺回路領域の断面図、
(b)は同メモリセル領域のワード線方向の断面図、
(c)は同メモリセル領域のビット線方向の断面図あ
る。
【図10】(a)は第1の従来技術の、周辺回路がCM
OS回路で構成されており、メモリセルがフローティン
グゲートをもつ不揮発性半導体素子を備えた半導体装置
における周辺回路領域の断面図であり、(b)は同メモ
リセル領域のワード線方向の断面図であり、(c)は同
メモリセル領域のビット線方向の断面図である。
【図11】第2の従来技術の、周辺回路領域の断面図で
ある。
【図12】従来技術の問題点の説明に供する図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 素子分離膜 3 絶縁膜 4 Nウエル 5 Pウエル 6 トンネル酸化膜 7 第1の多結晶シリコン膜 8 ONO膜 9 ゲート酸化膜 10a ゲート電極 10b コントロールゲート 10c 不純物が注入されたコントロールゲート、 11a、11bはフォトレジスト 12a ドレインとなるヒ素が注入された不純物領域 12b ソースとなるヒ素とリンが注入された不純物領
域 13 サイドウォール 14 チタンシリサイド 15a P+拡散層 15b N+拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA25 AB08 AB09 AC06 AD03 AD12 AD17 AD18 AD62 AF05 AF23 AF25 AG10 AG11 AG21 AG40 5F083 EP02 EP23 EP55 EP63 ER02 ER09 ER22 GA02 GA06 GA19 GA22 GA28 JA32 JA35 JA39 JA53 NA02 PR03 PR21 PR29 PR36 PR43 PR53 ZA13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に、コントロールゲート及び
    フローティングゲートを有する第1導電型チャネルの第
    1のトランジスタを複数有するメモリセル領域と、少な
    くとも第1導電型チャネルの第2のトランジスタを有す
    る周辺回路領域とを備えた半導体装置の製造方法におい
    て、 上記基板上にメモリセル領域における第1のトランジス
    タのフローティングゲート及びコントロールゲートと、
    周辺回路領域における第2のトランジスタのゲート電極
    とを形成した後、上記周辺回路領域をフォトレジストで
    覆い、第1のトランジスタのソース・ドレインの形成及
    びコントロールゲートへの不純物注入のための第1のイ
    オン注入を行う工程と、 上記第1のトランジスタのコントロールゲート及びフロ
    ーティングゲートの側壁と第2のトランジスタのゲート
    電極の側壁とにサイドウォールを形成する工程と、 上記第2のトランジスタのソース・ドレイン形成のため
    の第2のイオン注入を行う際、同時に上記第1のトラン
    ジスタのコントロールゲートに不純物を注入する工程と
    を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記サイドウォールを形成する前に、上
    記周辺回路領域に低濃度不純物領域を形成しておき、サ
    イドウォール形成後、高濃度不純物領域形成のための上
    記第2のイオン注入を行うことにより、第2のトランジ
    スタをLDD構造とすることを特徴とする、請求項1に
    記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記第1のイオン注入を行う前に、上記
    第1のトランジスタのソースにのみ第1導電型不純物を
    イオン注入する第3のイオン注入を行う工程を有するこ
    とを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記第1のイオン注入においてはヒ素
    を、上記第3のイオン注入において、リンとヒ素とを注
    入することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいず
    れかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記第1のトランジスタのコントロール
    ゲート表面及びソース・ドレイン表面と第2のトランジ
    スタのゲート電極表面及びソース・ドレイン表面をエッ
    チングにより露出させた後、高融点金属を全面に堆積さ
    せ、その後シリサイド化を行うことにより、上記第1の
    トランジスタのコントロールゲート上及びソース・ドレ
    イン上と第2のトランジスタのゲート電極上及びソース
    ・ドレイン上に高融点金属シリサイドを自己整合的に形
    成することを特徴とする、請求項1乃至請求項4に記載
    の半導体装置の製造方法。
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