JP2003031701A - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法Info
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Abstract
力を必要としない高耐圧トランジスタと、高耐圧を必要
とせず電流駆動力を必要とするトランジスタとの双方の
ニーズをそれぞれ満たす。 【解決手段】 不揮発性半導体記憶装置は、主表面を有
する半導体基板1と、上記主表面上に形成された複数の
トランジスタとを備え、上記トランジスタは、それぞ
れ、ゲート電極と、上記ゲート電極に隣接するように形
成された拡散層と、上記拡散層に通じるコンタクトとを
含んでおり、上記複数のトランジスタに対応するすべて
の上記コンタクトの中には、上記ゲート電極からの距離
が第1の距離となっているものと、上記第1の距離より
長い第2の距離となっているものとが含まれている。
Description
憶装置およびその製造方法に関するものである。
21(a)〜(d)、図22〜図24を参照して、従来
技術に基づく不揮発性半導体記憶装置の製造方法につい
て説明する。この不揮発性半導体記憶装置は、メモリセ
ル部と周辺回路部との2つの領域を含む。図9(a)〜
(d)から図21(a)〜(d)までの各図において
は、(a)〜(d)のうち、(a),(b)は、周辺回
路部、(c),(d)は、メモリセル部を表す。周辺回
路部のうち、(a)は、NMOSトランジスタ領域20
0、(b)は、PMOSトランジスタ領域100を表
す。メモリセル部のうち、(c)は、ワード線に平行に
切った断面図、(d)は、ビット線に平行に切った断面
図を示したものである。
ン基板1の主表面に分離酸化膜2を形成する。シリコン
基板1の主表面の全面にレジスト(図示省略)を形成
し、PMOSトランジスタ領域100のレジストを除去
し、残ったレジストをマスクとして、Nウェル3を形成
するための不純物としてリンを、たとえば1.2Me
V、1.0×1013cm-2の条件でイオン注入する。さ
らに分離酸化膜2におけるチャネルカットのためのリン
をたとえば700keV、3.0×1012cm-2の条件
でイオン注入し、表層部のチャネルドープのためのボロ
ンをたとえば20keV、1.5×1012cm-2の条件
でイオン注入する。レジストを除去し、図10(a)〜
(d)に示すように、PMOSトランジスタ領域100
にNウェル3が得られる。
(図示省略)を形成し、NMOSトランジスタ領域20
0とメモリセル部のレジストを除去し、残ったレジスト
をマスクとして、Pウェル4を形成するための不純物と
してボロンを、たとえば700keV、1.0×1013
cm-2の条件でイオン注入する。さらに分離酸化膜2に
おけるチャネルカットのためのボロンをたとえば270
keV、3.5×10 12cm-2の条件でイオン注入し、
表層部のチャネルドープのためのボロンをたとえば50
keV、1.2×1012cm-2の条件でイオン注入す
る。レジストを除去し、図11(a)〜(d)に示すよ
うに、NMOSトランジスタ領域2およびメモリセル部
にPウェル4が得られる。
面に、熱酸化法により厚み100Åのシリコン酸化膜5
を形成する。シリコン酸化膜5は、のちにトンネル酸化
膜として利用するものである。さらに、その上側を覆う
ように、多結晶シリコン膜減圧CVD(Chemical Vapor
Deposition)法で厚み1000Åのリンドープト多結
晶シリコン層6を形成する。フォトリソグラフィを用い
て、所定のパターニングを施し、メモリセル部のリンド
ープト多結晶シリコン層6をエッチングする。このエッ
チングでは、周辺回路部のシリコン酸化膜5、リンドー
プト多結晶シリコン層6はそのまま残る。イオン注入法
を用いて、たとえば40keV、2×1015cm-2の条
件でヒ素イオンを注入し、メモリセル部にn型拡散層7
a,7bを形成する。こうして、図12(a)〜(d)
に示す構造を得る。
減圧CVD法で厚み100Åのシリコン窒化膜、減圧C
VD法で厚み50Åのシリコン酸化膜を順に形成するこ
とによって、三層絶縁膜8(「ONO膜」ともいう。)
を形成する。こうして、図13(a)〜(d)に示す構
造を得る。
の一部を覆うようにレジストを形成し、周辺回路部の三
層絶縁膜8、リンドープト多結晶シリコン層6、シリコ
ン酸化膜5を除去する。こうして、図14(a)〜
(d)に示す構造を得る。
タのゲート電極となるべき厚み150Åのシリコン酸化
膜9を成長させる。このときメモリセル部は、三層絶縁
膜8のシリコン窒化膜がその下側のリンドープト多結晶
シリコン層6の熱酸化を防止している。続いて、減圧C
VD法で厚み2000Åのリンドープト多結晶シリコン
層10と、厚み2000Åのシリコン酸化膜11を堆積
させる。フォトリソグラフィを用いて所望のパターンの
レジストを形成した後、このレジストをマスクに、シリ
コン酸化膜11をパターニングする。レジストを除去し
た後、シリコン酸化膜11をマスクに周辺回路部のトラ
ンジスタのゲート電極となるべきリンドープト多結晶シ
リコン層10をパターニングする。このとき同時に、メ
モリセル部のトランジスタのコントロールゲート電極と
なるべきリンドープト多結晶シリコン層10のパターニ
ングも行なわれる。こうして、図15(a)〜(d)に
示す構造を得る。
部のシリコン酸化膜11をマスクに、三層絶縁膜8、リ
ンドープト多結晶シリコン層6をエッチングし、メモリ
セル部のトランジスタのフローティングゲート電極を形
成する。こうして、図16(a)〜(d)に示す構造を
得る。
PMOSトランジスタ領域100とメモリセル部を覆う
ように形成し、レジストをマスクにして70keVのエ
ネルギーで2×1013cm-2のリンイオンを注入する。
この結果、NMOSトランジスタ領域200にnチャネ
ルトランジスタの低濃度n型拡散層12が形成される。
レジストを除去して、図17(a)〜(d)に示す構造
を得る。
NMOSトランジスタ領域200とメモリセル部を覆う
ように形成し、レジストをマスクにして70keVのエ
ネルギーで7×1012cm-2のBF2イオンを注入す
る。この結果、PMOSトランジスタ領域100にpチ
ャネルトランジスタの低濃度p型拡散層13が形成され
る。レジストを除去して、図18(a)〜(d)に示す
構造を得る。
ン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜に異方性エッチ
ングを施すことにより、サイドウォールスペーサ14を
形成する。続いてフォトリソグラフィによって、PMO
Sトランジスタ領域100とメモリセル部を覆うように
レジストを形成し、このレジストをマスクにして50k
eVのエネルギーで3×1015cm-2のヒ素イオンを注
入する。レジストを一旦除去し、再びフォトリソグラフ
ィによって、NMOSトランジスタ領域200とメモリ
セル部を覆うようにレジストを形成し、このレジストを
マスクにして30keVのエネルギーで3×1015cm
-2のBF2イオンを注入する。レジストを除去して、図
19(a)〜(d)に示す構造を得る。この構造では、
nチャネルトランジスタの高濃度n型拡散層15と、p
チャネルトランジスタの高濃度p型拡散層16が形成さ
れている。
ンリンガラス17を堆積させる。窒素雰囲気中で850
℃30分間の熱処理を行なってボロンリンガラスを焼き
締めた後、フォトリソグラフィによってレジストを所望
のパターンに形成する。このレジストをマスクにボロン
リンガラスをエッチングし、コンタクトホール20を開
口する。
ランジスタ領域200とメモリセル部を覆うようにレジ
ストを形成した後、オーミックコンタクトをとるため、
50keVのエネルギーで1×1015cm-2のボロンを
注入し、一旦レジストを除去する。再びフォトリソグラ
フィによって、PMOSトランジスタ領域100を覆う
ようにレジストを形成した後、オーミックコンタクトを
とるため、70keVのエネルギーで1×1015cm-2
のリンを注入し、レジストを除去する。こうして、図2
0(a)〜(d)に示す構造を得る。
−シリコン−銅(Al−Si−Cu)合金膜を堆積させ
る。フォトリソグラフィによってレジストを所望のパタ
ーンに形成し、このレジストをマスクにしてAl−Si
−Cu合金膜をエッチングし、図21(a)〜(d)に
示すようにAl−Si−Cu配線21を形成する。
ことができる。 (使用方法)不揮発性半導体記憶装置のメモリトランジ
スタの通常の使用方法について説明する。メモリトラン
ジスタにおいては、プログラム時(書き込み時)には、
コントロールゲート電極10に通常20V程度の高電圧
を印加し、n型拡散層7a,7bとシリコン基板1とを
接地する。これにより、n型拡散層7a,7b間の領域
に形成されるチャネルに電子が発生し、トンネル酸化膜
5によるエネルギー障壁をトンネリングして電子がフロ
ーティングゲート電極6に注入される。その結果、メモ
リセルのしきい値電圧が上昇し、Vthpとなる。
極10に高電圧(通常−20V程度)を印加し、n型拡
散層7a,7bとシリコン基板1とを接地する。これに
より、トンネル現象により電子がフローティングゲート
電極6からシリコン基板1に電子が放出される。その結
果、メモリセルのしきい値電圧が降下し、Vtheとな
る。
出し動作の際には、たとえばコントロールゲート電極1
0に3.3V、ドレインであるn型拡散層7aに3.3
Vを加え、ソースであるn型拡散層7bとシリコン基板
1とを接地する。ここで、V thp>3.3V>Vtheの関
係にあるとすると、プログラム状態ではメモリトランジ
スタのソース・ドレイン間には電流が流れず、消去状態
では電流が流れる。
ランジスタは、コントロールゲート電極10を接地し、
ドレインであるn型拡散層7aに3.3Vを加え、ソー
スであるn型拡散層7bとシリコン基板1とを接地す
る。Vthp>Vthe>0であるので、コントロールゲート
電極10に印加した電圧が0の状態では、メモリトラン
ジスタのソース・ドレイン間には電流が流れない。
で、かつ、プログラム状態のものだけが、ソース・ドレ
イン間に電流を流すので、これによって各メモリセルの
情報を検出する。
いては、書き込みおよび消去の際に高電圧を用いるた
め、周辺回路部のトランジスタもこのような高電圧に耐
え得る構造でなければならない。従来技術では、図21
(a),(b)に示したようなLDD(Lightly Doped
Drain)構造を採用することにより、高耐圧トランジス
タを構成していた。
タ)ここで、高耐圧トランジスタについて説明する。ト
ランジスタの耐圧には、一般に「オフ耐圧」と呼ばれる
ものと、「オン耐圧」と呼ばれるものとがある。オフ耐
圧とは、ゲート電極に印加される電圧が0Vのときのソ
ース・ドレイン間の耐圧であり、オン耐圧とは、ゲート
電極に印加される電圧を変えた場合のソース・ドレイン
間の耐圧の最小値をいうものである。
の耐圧は、E.Sun, J.Moll, J.Berger, and B.Alders, "
Breakdown Mechanism in Short-Channel MOS Transisto
rs"(IEEE Tech. Dig., International Electron Device
Meeting, Washington D.C.1978, p478)によってその機
構が解析されているように、寄生バイポーラ効果の一種
である。短チャネルMOSFETにおいて、ドレイン電
圧を増加すると、チャネル方向の電界がドレイン近傍で
著しく大きくなり、アバランシェブレークダウン現象が
起こる。これにより、大量のキャリアすなわち電子・ホ
ール対が生成される。この生成されたキャリアのうち、
ホールは、p型シリコン基板に流れ、基板電流Isubと
なるほか、一部はn型ソース領域に流入する。このn型
ソース領域に流入するホール電流により、n型ソース領
域近傍の電圧が押し下げられ、n型ソース領域とp型シ
リコン基板との間の電位差がソース領域−基板間のpn
接合のビルトインポテンシャル(電位障壁)より大きく
なるとソース−基板間のpn接合に順方向の電流が流れ
始める。すなわち、n型ソース領域からp型シリコン基
板に電子が流入することとなり、ソース−基板−ドレイ
ンからなる寄生バイポーラトランジスタ動作が起こる。
これがMOSトランジスタの耐圧降伏現象となる。この
降伏現象が起きる条件としては、次の式を挙げることが
できる。 IH・Rsub>Vbuilt-in ここで、IHは、ソースに流入する電流を表し、R
subは、基板−ソース間のホールが流れる経路に沿った
抵抗を表し、Vbuilt-inは、基板−ソース間のpn接合
のビルトインポテンシャルを表している。
せる、すなわち、降伏現象を起こしにくくするために
は、アバランシェブレークダウン現象により生じるホー
ル電流IHを減少させることが重要であるといえる。発
生したホール電流の大部分からなる基板電流Isubはア
バランシェブレークダウン現象の直接のバロメータであ
り、またホットキャリア劣化の予測に用いられる重要な
パラメータである。この基板電流はドレイン近傍のソー
ス−ドレイン方向(以下「チャネル方向」という。)の
最大電界強度に強く依存し、一般に次式で表される。 Isub∝Id・Em この式において、Idはドレイン電流を表し、Emはチャ
ネル方向の最大電界強度を示している。したがって、基
板電流(ホール電流)を減少させるためには最大電界強
度Emを下げればよいことになる。
法として、上述のLDD構造を有するトランジスタにお
いては、低濃度拡散層の幅を大きくするという方法があ
る。なお、「低濃度拡散層の幅」とは、ソース−ドレイ
ン方向に沿った電流経路上の低濃度拡散層の存在する距
離をいうものとする。これにより、低濃度拡散層にも十
分に空乏層を延ばすことができ、その部分における電界
強度を減少させることが可能となる。図22は、小柳、
兼子および清水によって応用物理学会講演予稿集(19
83年秋)に開示されたグラフであり、低濃度拡散層の
幅を何通りかとったときの、チャネル方向の各位置にお
ける電界強度を示している。このグラフにおいて、Lsw
は、低濃度拡散層のチャネル方向の片側当たりの長さを
示している。このグラフに示されるように、低濃度拡散
層のチャネル方向に低濃度拡散層の幅を大きくすること
は、トランジスタの耐圧性向上につながることになる。
に高いため、この領域の幅を広げることは、図23に示
すとおり、ドレイン電流の低下を招くことになる。この
ことは、トランジスタの電流駆動力が低くなることを意
味し、読み出し速度などの低下につながる。もっとも、
本来、高耐圧が要求される書き込みおよび消去の動作に
おいては、フローティングゲート電極への電子の注入や
フローティングゲート電極からの引き抜きに要する時間
が長いため、トランジスタの電流駆動力が劣ることは問
題とはならない。
ない高耐圧トランジスタと、高耐圧を必要とせず電流駆
動力を必要とするトランジスタとの双方のニーズを満た
す不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とす
る。また、本発明の他の目的は、これら双方のトランジ
スタを、従来の製造方法に余分な工程を追加することな
く形成できる不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供
することを目的とする。
め、本発明に基づく不揮発性半導体記憶装置の一つの局
面では、主表面を有する半導体基板と、上記主表面上に
形成された複数のトランジスタとを備え、上記トランジ
スタは、それぞれ、ゲート電極と、上記ゲート電極に隣
接するように形成された拡散層と、上記拡散層に通じる
コンタクトとを含んでおり、上記複数のトランジスタに
対応するすべての上記コンタクトの中には、上記ゲート
電極からの距離が第1の距離となっているものと、上記
第1の距離より長い第2の距離となっているものとが含
まれている。この構成を採用することにより、複数のト
ランジスタのそれぞれに要求される特性に応じて、コン
タクトとゲート電極との距離を決定することができ、多
様なニーズにそれぞれ合わせたトランジスタとすること
ができる。
ジスタには、所定の第1水準電圧値以下の電圧のみが印
加される環境下で動作するように配線された通常トラン
ジスタと、上記第1水準電圧値より高い第2水準電圧値
の電圧が印加されるように配線された高耐圧トランジス
タとが含まれ、上記通常トランジスタの上記コンタクト
は、いずれも上記ゲート電極からの距離が上記第1の距
離となっており、上記高耐圧トランジスタの上記コンタ
クトには、上記ゲート電極からの距離が上記第2の距離
となっているものが含まれている。この構成を採用する
ことにより、高耐圧トランジスタのゲート−コンタクト
間距離を通常トランジスタのそれより長くしているの
で、高耐圧トランジスタでは、拡散層の幅を広くとるこ
とができ、耐圧性を高くすることができる。
トランジスタの中には、その両側にある上記コンタクト
のうち一方の上記コンタクトは、上記ゲート電極からの
距離が上記第1の距離となっており、他方の上記コンタ
クトは、上記ゲート電極からの距離が上記第2の距離と
なっているものが含まれる。この構成を採用することに
より、ソースとドレインとを入れ替えることのない高耐
圧トランジスタでは、必要な側のコンタクトだけゲート
−コンタクト間距離を長くした形とすることができ、無
駄なく必要な箇所のみ高耐圧とした構造とすることがで
きる。
基づく不揮発性半導体記憶装置の他の局面では、メモリ
セル部および周辺回路部を含む半導体基板と、上記半導
体基板上の上記メモリセル部に配置された第1のトラン
ジスタと、上記半導体基板上の上記周辺回路部に配置さ
れた第2および第3のトランジスタとを備え、上記第1
のトランジスタは、所定の電圧を印加することによって
情報の書き込み、消去、および読み出しをそれぞれ行な
うことができる不揮発性記憶素子であり、上記第2およ
び第3のトランジスタは、上記半導体基板の主表面上に
形成されたゲート電極と、上記ゲート電極を挟む両側に
それぞれ隣接する活性領域に不純物を第1の濃度で注入
して形成された一対の拡散層である第1の拡散層対と、
上記ゲート電極および上記第1の拡散層対を覆って形成
された層間絶縁膜と、上記層間絶縁膜を貫通して上記第
1の拡散層対の双方にそれぞれ電気的に接続された一対
のコンタクトであるコンタクト対とを、それぞれ含み、
上記各コンタクト対は、上記主表面から上方に延在する
コンタクト本体と、上記コンタクト本体が上記半導体基
板に接する箇所の近傍に局所的に上記第1の濃度より高
い第2の濃度で不純物を注入したコンタクト接続部拡散
層とを有し、上記第2のトランジスタは、所定の電圧値
である第1水準電圧値以下の電圧のみが印加される環境
下で動作するように配線されており、上記第3のトラン
ジスタは、上記第1のトランジスタの書き込みおよび読
み出しのうち少なくとも一方の実施に関連して上記第1
水準電圧値より高い第2水準電圧値の電圧が印加される
ように配線されており、上記第3のトランジスタにおけ
る上記コンタクト対のうち、上記第2水準電圧値の電圧
が印加されるコンタクトである高耐圧コンタクトの上記
コンタクト接続部拡散層と、上記ゲート電極とのなす距
離が、上記第2および第3のトランジスタにおける上記
コンタクト対のうち上記高耐圧コンタクト以外のコンタ
クトである通常コンタクトの上記コンタクト接続部拡散
層と、上記ゲート電極とのなす距離より長くなってい
る。この構成を採用することにより、高耐圧トランジス
タのための領域においては、第1の拡散層対としての低
濃度拡散層の幅がより大きくなっているため、最大電界
強度Emを下げることができる。したがって、耐圧性を
上げることができる。一方、高駆動力トランジスタのた
めの領域においては、低濃度拡散層の幅が小さくなって
いるため、ドレイン電流は低下せず、速い動作速度を維
持することができる。
よび第3のトランジスタにおける上記コンタクト接続部
拡散層は、上記コンタクト対のための各コンタクトホー
ルを通じて注入された不純物層であり、上記第3のトラ
ンジスタにおける上記高耐圧コンタクトと、上記ゲート
電極のとのなす距離が、上記第2および第3のトランジ
スタにおける上記通常コンタクトと、上記ゲート電極と
のなす距離より長くなっている。この構成を採用するこ
とにより、従来のLDD構造における高濃度拡散層の役
割を果たすコンタクト接続部拡散層は、コンタクトホー
ルを通じて注入することができるので、従来のLDD構
造を作る際のようなサイドウォールを作る必要がなくな
る。高耐圧トランジスタにするには、ただ、コンタクト
ホールを開口する位置を変えるだけでよいので、製造が
容易になる。
トランジスタは、上記ゲート電極の側壁を覆うサイドウ
ォールスペーサを含み、上記第2のトランジスタにおけ
る上記コンタクト接続部拡散層は、上記第1の拡散層対
のうち、上記サイドウォールスペーサの外側に隣接して
上記主表面に露出する領域に不純物をそれぞれ注入され
て形成された一対の拡散層である第2の拡散層対であ
る。この構成を採用することにより、第2のトランジス
タとしての通常トランジスタでは、サイドウォールをマ
スクとして不純物を高濃度で注入した層を第2の拡散層
対とすることができ、LDD構造をとることができる。
したがって、駆動電流を落とさないためにコンタクトホ
ールをゲート電極に近づけて開口する必要がなく、サイ
ドウォールの厚みで低濃度拡散層の幅が決まるため、駆
動電流を一定に保つことができる。
トランジスタにおける上記コンタクト接続部拡散層は、
上記コンタクト対のための各コンタクトホールを通じて
注入された不純物層であり、上記第3のトランジスタに
おける上記高耐圧コンタクトと、上記ゲート電極とのな
す距離が、上記第3のトランジスタにおける上記通常コ
ンタクトと、上記ゲート電極とのなす距離より長くなっ
ている。この構成を採用することにより、第2のトラン
ジスタではLDD構造をとることで駆動電流を一定に保
ちながら、第3のトランジスタでは、コンタクトをゲー
ト電極から遠ざけることによって低濃度拡散層の幅を長
くすることができ、耐圧性を高めることができる。
不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、ゲート電極およ
び上記ゲート電極に隣接するように形成された拡散層を
有する複数のトランジスタが主表面上に形成された半導
体基板に対して、上記複数のトランジスタのうち第1群
のトランジスタについては、上記ゲート電極から上記第
1の距離だけ離れた位置にコンタクトホールを形成し、
上記複数のトランジスタのうち第2群のトランジスタに
ついては、上記ゲート電極から上記第1の距離より長い
上記第2の距離だけ離れた位置にコンタクトホールを形
成する工程を含む。この方法を採用することにより、第
1群のトランジスタについては、通常トランジスタとす
ることができ、ゲート−コンタクト間距離がより長い第
2群の、トランジスタについては、高耐圧トランジスタ
とすることができる。したがって、通常トランジスタと
高耐圧トランジスタとを同じ工程によって同時に形成す
ることができる。
のトランジスタとは、所定の第1水準電圧値以下の電圧
のみが印加される環境下で動作するように配線された通
常トランジスタであり、上記第2群のトランジスタと
は、上記第1水準電圧値より高い第2水準電圧値の電圧
が印加されるように配線された高耐圧トランジスタであ
る。この方法を採用することにより、各トランジスタに
第2水準電圧値としての高電圧が印加されるか否かによ
って、高耐圧トランジスタに該当するか否かが区別され
るので、高電圧が印加されるものについては、ゲート−
コンタクト間距離を長くして高耐圧仕様とすることがで
きる。
のトランジスタのうち、少なくとも一部のトランジスタ
については、その両側に形成すべき上記コンタクトホー
ルのうち一方の上記コンタクトホールは、上記ゲート電
極からの距離が上記第1の距離となるように形成し、他
方の上記コンタクトホールは、上記ゲート電極からの距
離が上記第2の距離となるように形成する。この方法を
採用することにより、片側にのみ高電圧が印加されるよ
うなトランジスタにおいては、必要な側のコンタクトだ
けゲート−コンタクト間距離を長くした形とすることが
でき、無駄なく必要な箇所のみ高耐圧とした構造を製作
することができる。
(d)、図3(a)〜(d)を参照して、本発明に基づ
く実施の形態1における不揮発性半導体記憶装置の製造
方法について説明する。この製造方法においては、図1
8に示す構造を得るところまでは、従来技術に基づく不
揮発性半導体記憶装置の製造方法と同じである。したが
って、その後の工程を順に説明する。図1(a)〜
(d)に、図18(a),(b)の周辺回路領域、すな
わち、PMOSトランジスタ領域100、NMOSトラ
ンジスタ領域200の部分を取り出して示す。ただし、
図1(a)〜(d)では、PMOSトランジスタ領域1
00はさらに、この後形成される予定のトランジスタの
タイプによって、PMOS高耐圧トランジスタ形成領域
101、PMOS高駆動力トランジスタ形成領域102
の2種類に分類されている。高駆動力トランジスタ形成
領域とは、高耐圧を要求されない通常のトランジスタを
形成するための領域である。NMOSトランジスタ領域
200も、同様に、NMOS高耐圧トランジスタ形成領
域201、NMOS高駆動力トランジスタ形成領域20
2の2種類に分類されている。図1(a)〜(d)で
は、(a)から(d)の順に、PMOS高耐圧トランジ
スタ形成領域101、PMOS高駆動力トランジスタ形
成領域102、NMOS高耐圧トランジスタ形成領域2
01、および、NMOS高駆動力トランジスタ形成領域
202を並べて表示している。
法を用いて厚み10000Åのボロンリンガラス17を
堆積させる。窒素雰囲気中で850℃30分間の熱処理
を行なってボロンリンガラスを焼き締めた後、フォトリ
ソグラフィによってレジストを所望のパターンに形成す
る。このレジストをマスクにボロンリンガラスをエッチ
ングし、低濃度p型拡散層13、低濃度n型拡散層12
にそれぞれつながるようにコンタクトホール20を開口
する。基本的には、従来の方法と同様であるが、ただ、
コンタクトホール20の配置パターンが従来のものとは
異なる。ここではリンドープト多結晶シリコン層10が
ゲート電極であるが、コンタクトホール20のゲート電
極に最も近い端から、ゲート電極のコンタクトホール2
0に最も近い端までの距離を「ゲート−コンタクト間距
離」と定義して比較すると、PMOS高耐圧トランジス
タ形成領域101およびNMOS高耐圧トランジスタ形
成領域201では、PMOS高駆動力トランジスタ形成
領域102およびNMOS高駆動力トランジスタ形成領
域202に比べてゲート−コンタクト間距離が長くなっ
ている。すなわち、図2(a)〜(d)における距離
A,Bの関係は、A>Bとなっている。
MOSトランジスタ領域200とメモリセル部を覆うよ
うにレジストを形成し、このレジストをマスクにして5
0keV、1.0×1015cm-2の条件でボロンをイオ
ン注入する。こうしてコンタクト接続部p型拡散層19
が形成される。レジストを一旦除去し、再びフォトリソ
グラフィによって、PMOSトランジスタ領域100を
覆うようにレジストを形成し、このレジストをマスクに
して50keV、1.0×1015cm-2の条件でリンを
イオン注入する。こうしてコンタクト接続部n型拡散層
18が形成される。レジストを除去して、図2(a)〜
(d)に示す構造を得る。この時点では、メモリセル部
は、従来の技術として説明した図20(c),(d)に
示した構造になる。
−シリコン−銅(Al−Si−Cu)合金膜を堆積させ
る。フォトリソグラフィによってレジストを所望のパタ
ーンに形成し、このレジストをマスクにしてAl−Si
−Cu合金膜をエッチングし、図3(a)〜(d)に示
すようにAl−Si−Cu配線21を形成する。この時
点では、メモリセル部は、従来の技術として説明した図
21(c),(d)に示した構造になる。こうして、不
揮発性半導体記憶装置を得ることができる。
性半導体記憶装置においては、ゲート−コンタクト間距
離にA>Bの関係が成り立っている。これは、同一工程
で同時に形成されるトランジスタでありながら、PMO
S、NMOSのいずれにおいても、高耐圧トランジスタ
として形成されるものは、高駆動力トランジスタに比べ
て、コンタクト接続部の拡散層の一方から他方までの間
に横たわる低濃度拡散層の幅がより長いことを意味す
る。
の領域においては、低濃度拡散層の幅がより大きくなっ
ているため、図22を参照して既に述べたように最大電
界強度Emを下げることができる。低濃度拡散層の幅、
すなわち、ゲート−コンタクト間距離を長くすること
は、図23に示したように駆動電流の低下をもたらす
が、同時に図24に示すように耐圧性を上げることにも
つながる。したがって、高耐圧トランジスタのための領
域では低濃度拡散層の幅を大きくしていることからトラ
ンジスタの耐圧性が向上する。一方、高駆動力トランジ
スタのための領域においては、低濃度拡散層の幅が小さ
くなっているため、ドレイン電流は低下しない。したが
って、高い駆動力、すなわち、速い動作速度を維持する
ことができる。
スタも高駆動力トランジスタも、同一の製造工程によっ
て同時に製造することができ、何ら新たな工程を要さな
い。ただ単に、コンタクトホール20を開口するための
マスクパターンを変更するだけで済む。
施の形態2における不揮発性半導体記憶装置の製造方法
について説明する。この製造方法は、基本的には、実施
の形態1で説明した不揮発性半導体記憶装置の製造方法
と同じである。ただし、コンタクトホール20の配置が
異なる。実施の形態1では、各トランジスタ毎にコンタ
クトホール20の配置は左右対称となっており、高耐圧
トランジスタと高駆動力トランジスタとの間でゲート−
コンタクト間距離にA,Bという差が設けられるに留ま
っていたが、本実施の形態では、高耐圧トランジスタの
中でさらに2つに分類される。すなわち、高耐圧トラン
ジスタは、ソース側とドレイン側とを入れ替えて使用す
ることもある高耐圧トランジスタと、ソース側とドレイ
ン側とを入れ替えることのない高耐圧トランジスタとに
分けられる。前者においては、実施の形態1で説明した
ような、距離Aで左右対称にコンタクトホール20が設
けられるが、後者においては、図4に示すように、左右
非対称にコンタクトホール20が設けられる。ゲート電
極とドレイン側のコンタクトホール20との間の距離は
Aとし、ゲート電極とソース側のコンタクトホール20
との間の距離はBとする。この後、実施の形態1で行な
ったのと同じ方法で、コンタクト接続部p型拡散層1
9、コンタクト接続部n型拡散層18が形成される。さ
らに、実施の形態1で行なったのと同じ方法で、Al−
Si−Cu配線21を形成する。その結果、ソース側と
ドレイン側とを入れ替えることのない高耐圧トランジス
タの領域においては、図5に示す構造を得る。
性半導体記憶装置においては、実施の形態1で説明した
構成に加えて、ソース側とドレイン側とを入れ替えるこ
とのない高耐圧トランジスタでは、ゲート電極とドレイ
ン側のコンタクトホール20との間では、低濃度拡散層
の幅が長くなっている。
置におけるソース側とドレイン側とを入れ替えることの
ない高耐圧トランジスタでは、ゲート電極とドレイン側
のコンタクトホール20との間では、低濃度拡散層の幅
が長くなっていることから高耐圧が実現され、ゲート電
極とソース側のコンタクトホール20との間では、低濃
度拡散層の幅が短くなっていることから、高駆動力が実
現できる。実際に高耐圧を要求されるのは、ゲート電極
とドレイン側に限られ、ゲート電極とソース側では、高
耐圧にする必要がないことから、このように左右非対称
にすることで、一律に両側ともゲート−コンタクト間距
離を長くする場合に比べれば、無駄なく必要な箇所のみ
高耐圧とした構造とすることができる。
高耐圧トランジスタにおけるゲート−コンタクト間距離
Aは、左右対称にコンタクトを配置する高耐圧トランジ
スタにおけるゲート−コンタクト間距離Aより短いA′
としてもよい。また、左右非対称にコンタクトを配置す
る高耐圧トランジスタにおけるゲート−コンタクト間距
離Bは、左右対称にコンタクトを配置する高耐圧トラン
ジスタにおけるゲート−コンタクト間距離Bより長い
B′としてもよい。
(d)、図8(a)〜(d)を参照して、本発明に基づ
く実施の形態3における不揮発性半導体記憶装置の製造
方法について説明する。これらの図においても、実施の
形態1と同様に、(a)から(d)の順に、PMOS高
耐圧トランジスタ形成領域101、PMOS高駆動力ト
ランジスタ形成領域102、NMOS高耐圧トランジス
タ形成領域201、および、NMOS高駆動力トランジ
スタ形成領域202を並べて表示している。
(d)に示すように、PMOS高駆動力トランジスタ形
成領域102、NMOS高駆動力トランジスタ形成領域
202にサイドウォール14を形成する。サイドウォー
ル14の形成は、CVD法を用いて、厚み1000Åの
シリコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜に異方性
エッチングを施すことによって行なう。次に、フォトリ
ソグラフィによって、PMOSトランジスタ領域10
0、メモリセル部およびNMOS高耐圧トランジスタ形
成領域201を覆うようにレジストを形成し、このレジ
ストをマスクに、50keV、3×1015cm-2の条件
で、ヒ素イオンを注入する。こうして高濃度p型拡散層
16が形成される。レジストを一旦除去し、再びフォト
リソグラフィによって、NMOSトランジスタ領域20
0、メモリセル部およびPMOS高耐圧トランジスタ形
成領域101を覆うようにレジストを形成し、このレジ
ストをマスクに、30keV、3×1015cm-2の条件
で、BF2イオンを注入する。こうして高濃度n型拡散
層15が形成される。レジストを除去して、図6(a)
〜(d)に示す構造を得る。この時点では、メモリセル
部は、従来の技術として説明した図20(c),(d)
に示した構造になる。
法を用いて厚み10000Åのボロンリンガラス17を
堆積させる。窒素雰囲気中で850℃、30分間の熱処
理を行なってボロンリンガラスを焼き締めた後、フォト
リソグラフィによってレジストを所望のパターンに形成
する。このレジストをマスクにボロンリンガラスをエッ
チングし、高濃度p型拡散層16、高濃度n型拡散層1
5にそれぞれつながるようにコンタクトホール20を開
口する。コンタクトホール20の配置パターンは、従来
のものと同様、高耐圧トランジスタも高駆動力トランジ
スタも一律の間隔とする。
方法で、図8(a)〜(d)に示すようにAl−Si−
Cu配線21を形成する。この時点では、メモリセル部
は、従来の技術として説明した図21(c),(d)に
示した構造になる。こうして、不揮発性半導体記憶装置
を得ることができる。
性半導体記憶装置においては、コンタクトの配置パター
ンは高耐圧トランジスタも高駆動力トランジスタも一律
であるが、高耐圧トランジスタには高濃度拡散層がない
のに対して、高駆動力トランジスタには、サイドウォー
ル14およびこのサイドウォール14を利用して形成さ
れた高濃度拡散層が存在する。
に、トランジスタの駆動電流と低濃度拡散層の幅は密接
に関係している。本実施の形態における高駆動力トラン
ジスタでは、高濃度拡散層が形成されているため、その
分、低濃度拡散層のまま残存する部分が短くなる。具体
的には、低濃度拡散層として残る幅は、サイドウォール
の厚みによって決まるため、実施の形態1,2で行なっ
たようなコンタクトホールの配置をゲート電極に近づけ
るような変更を施さなくても高駆動力トランジスタにお
ける低濃度拡散層の幅は一定の短い距離とすることがで
きる。こうして、高駆動力トランジスタにおいては、駆
動電流の低下を回避することができ、しかも、駆動電流
を一定に保つことができる。一方、高耐圧トランジスタ
においては、実施の形態1で行なったように、コンタク
トの位置をゲート電極から遠ざけることによって、低濃
度拡散層としての幅を長くすることとなるため、耐圧性
を高めることができる。
ーンを高耐圧トランジスタも高駆動力トランジスタも一
律としたが、さらに実施の形態2の考え方を適用しても
よい。すなわち、この場合、高耐圧トランジスタを、ソ
ース側とドレイン側とを入れ替えて使用することもある
高耐圧トランジスタと、ソース側とドレイン側とを入れ
替えることのない高耐圧トランジスタとに区別し、前者
においては、左右対称にコンタクトホール20を設け、
後者においては、図4に示すように、左右非対称にコン
タクトホール20を設けることとしてもよい。
ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の
範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって
示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。
ための領域においては、第1の拡散層対としての低濃度
拡散層の幅がより大きくなっているため、最大電界強度
Emを下げることができる。したがって、耐圧性を上げ
ることができる。一方、高駆動力トランジスタのための
領域においては、低濃度拡散層の幅が小さくなっている
ため、ドレイン電流は低下せず、速い動作速度を維持す
ることができる。これらの異なったタイプのトランジス
タは、従来の工程を変えることなく、しかも両者同時に
並行して製作することができる。
態1における不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1
0ないし11の工程の説明図である。
態1における不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1
2の工程の説明図である。
態1における不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1
3の工程の説明図である。
性半導体記憶装置の製造方法の第12の工程の説明図で
ある。
性半導体記憶装置の製造方法の第13の工程の説明図で
ある。
態3における不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1
1の工程の説明図である。
態3における不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1
2の工程の説明図である。
態3における不揮発性半導体記憶装置の製造方法の第1
3の工程の説明図である。
性半導体記憶装置の製造方法の第1の工程の説明図であ
る。
発性半導体記憶装置の製造方法の第2の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第3の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第4の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第5の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第6の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第7の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第8の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第9の工程の説明図で
ある。
発性半導体記憶装置の製造方法の第10の工程の説明図
である。
発性半導体記憶装置の製造方法の第11の工程の説明図
である。
発性半導体記憶装置の製造方法の第12の工程の説明図
である。
発性半導体記憶装置の製造方法の第13の工程の説明図
である。
の、チャネル方向の各位置における電界強度を示すグラ
フである。
流との関係を示すグラフである。
/ドレイン間の耐圧との関係を示すグラフである。
域、4 Pウェル領域、5 トンネル酸化膜、6 (メ
モリセル部の)リンドープト多結晶シリコン層、7a,
7b n型拡散層、8 三層絶縁膜、9 ゲート酸化
膜、10 (周辺回路部などの)リンドープト多結晶シ
リコン層、11 シリコン酸化膜、12 低濃度n型拡
散層、13 低濃度p型拡散層、14 サイドウォール
スペーサ、15 高濃度n型拡散層、16 高濃度p型
拡散層、17 ボロンリンガラス層、18 コンタクト
接続部n型拡散層、19 コンタクト接続部p型拡散
層、20コンタクトホール、21 Al−Si−Cu配
線、22 コンタクト本体、100 PMOSトランジ
スタ領域、101 PMOS高耐圧トランジスタ形成領
域、102 PMOS高駆動力トランジスタ形成領域、
200 NMOSトランジスタ領域、201 NMOS
高耐圧トランジスタ形成領域、202 NMOS高駆動
力トランジスタ形成領域。
Claims (10)
- 【請求項1】 主表面を有する半導体基板と、前記主表
面上に形成された複数のトランジスタとを備え、 前記トランジスタは、それぞれ、ゲート電極と、前記ゲ
ート電極に隣接するように形成された拡散層と、前記拡
散層に通じるコンタクトとを含んでおり、前記複数のト
ランジスタに対応するすべての前記コンタクトの中に
は、前記ゲート電極からの距離が第1の距離となってい
るものと、前記第1の距離より長い第2の距離となって
いるものとが含まれている、不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記トランジスタには、所定の第1水準
電圧値以下の電圧のみが印加される環境下で動作するよ
うに配線された通常トランジスタと、前記第1水準電圧
値より高い第2水準電圧値の電圧が印加されるように配
線された高耐圧トランジスタとが含まれ、 前記通常トランジスタの前記コンタクトは、いずれも前
記ゲート電極からの距離が前記第1の距離となってお
り、前記高耐圧トランジスタの前記コンタクトには、前
記ゲート電極からの距離が前記第2の距離となっている
ものが含まれている、請求項1に記載の不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項3】 前記高耐圧トランジスタの中には、その
両側にある前記コンタクトのうち一方の前記コンタクト
は、前記ゲート電極からの距離が前記第1の距離となっ
ており、他方の前記コンタクトは、前記ゲート電極から
の距離が前記第2の距離となっているものが含まれる、
請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項4】 メモリセル部および周辺回路部を含む半
導体基板と、 前記半導体基板上の前記メモリセル部に配置された第1
のトランジスタと、 前記半導体基板上の前記周辺回路部に配置された第2お
よび第3のトランジスタとを備え、 前記第1のトランジスタは、所定の電圧を印加すること
によって情報の書き込み、消去、および読み出しをそれ
ぞれ行なうことができる不揮発性記憶素子であり、 前記第2および第3のトランジスタは、 前記半導体基板の主表面上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極を挟む両側にそれぞれ隣接する活性領域
に不純物を第1の濃度で注入して形成された一対の拡散
層である第1の拡散層対と、 前記ゲート電極および前記第1の拡散層対を覆って形成
された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜を貫通して前記第1の拡散層対の双方に
それぞれ電気的に接続された一対のコンタクトであるコ
ンタクト対とを、それぞれ含み、 前記各コンタクト対は、 前記主表面から上方に延在するコンタクト本体と、 前記コンタクト本体が前記半導体基板に接する箇所の近
傍に局所的に前記第1の濃度より高い第2の濃度で不純
物を注入したコンタクト接続部拡散層とを有し、 前記第2のトランジスタは、所定の電圧値である第1水
準電圧値以下の電圧のみが印加される環境下で動作する
ように配線されており、 前記第3のトランジスタは、前記第1のトランジスタの
書き込みおよび読み出しのうち少なくとも一方の実施に
関連して前記第1水準電圧値より高い第2水準電圧値の
電圧が印加されるように配線されており、 前記第3のトランジスタにおける前記コンタクト対のう
ち、前記第2水準電圧値の電圧が印加されるコンタクト
である高耐圧コンタクトの前記コンタクト接続部拡散層
と、前記ゲート電極とのなす距離が、 前記第2および第3のトランジスタにおける前記コンタ
クト対のうち前記高耐圧コンタクト以外のコンタクトで
ある通常コンタクトの前記コンタクト接続部拡散層と、
前記ゲート電極とのなす距離より長くなっている、不揮
発性半導体記憶装置。 - 【請求項5】 前記第2および第3のトランジスタにお
ける前記コンタクト接続部拡散層は、前記コンタクト対
のための各コンタクトホールを通じて注入された不純物
層であり、 前記第3のトランジスタにおける前記高耐圧コンタクト
と、前記ゲート電極のとのなす距離が、 前記第2および第3のトランジスタにおける前記通常コ
ンタクトと、前記ゲート電極とのなす距離より長くなっ
ている、請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項6】 前記第2のトランジスタは、前記ゲート
電極の側壁を覆うサイドウォールスペーサを含み、 前記第2のトランジスタにおける前記コンタクト接続部
拡散層は、前記第1の拡散層対のうち、前記サイドウォ
ールスペーサの外側に隣接して前記主表面に露出する領
域に不純物をそれぞれ注入されて形成された一対の拡散
層である第2の拡散層対である、請求項4に記載の不揮
発性半導体記憶装置。 - 【請求項7】 前記第3のトランジスタにおける前記コ
ンタクト接続部拡散層は、前記コンタクト対のための各
コンタクトホールを通じて注入された不純物層であり、 前記第3のトランジスタにおける前記高耐圧コンタクト
と、前記ゲート電極とのなす距離が、 前記第3のトランジスタにおける前記通常コンタクト
と、前記ゲート電極とのなす距離より長くなっている、
請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項8】 ゲート電極および前記ゲート電極に隣接
するように形成された拡散層を有する複数のトランジス
タが主表面上に形成された半導体基板に対して、前記複
数のトランジスタのうち第1群のトランジスタについて
は、前記ゲート電極から前記第1の距離だけ離れた位置
にコンタクトホールを形成し、前記複数のトランジスタ
のうち第2群のトランジスタについては、前記ゲート電
極から前記第1の距離より長い前記第2の距離だけ離れ
た位置にコンタクトホールを形成する工程を含む、不揮
発性半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1群のトランジスタとは、所定の
第1水準電圧値以下の電圧のみが印加される環境下で動
作するように配線された通常トランジスタであり、前記
第2群のトランジスタとは、前記第1水準電圧値より高
い第2水準電圧値の電圧が印加されるように配線された
高耐圧トランジスタである、請求項8に記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第2群のトランジスタのうち、少
なくとも一部のトランジスタについては、その両側に形
成すべき前記コンタクトホールのうち一方の前記コンタ
クトホールは、前記ゲート電極からの距離が前記第1の
距離となるように形成し、他方の前記コンタクトホール
は、前記ゲート電極からの距離が前記第2の距離となる
ように形成する、請求項8または9に記載の不揮発性半
導体記憶装置の製造方法。
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