JP2516428B2 - 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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JP2516428B2 JP1117059A JP11705989A JP2516428B2 JP 2516428 B2 JP2516428 B2 JP 2516428B2 JP 1117059 A JP1117059 A JP 1117059A JP 11705989 A JP11705989 A JP 11705989A JP 2516428 B2 JP2516428 B2 JP 2516428B2
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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体装置の製造方法、特にゲート電極の高
集積化が可能になり、例えば大容量マスクROM、高画素
数CCDの製造に寄与する半導体装置の製造方法に関す
る。
〈従来の技術〉 半導体装置を高集積化するため、1層のゲート電極の
微細化のみでは限界があり、2層のゲート電極構造が使
われてきている。このような半導体装置では、第2図
(a)に示すように、Si基板1aの上に1層目ゲート電極
3aと2層目ゲート電極4aが設けられており、高集積化の
ために1層目ゲート電極3a上に2層目ゲート電極4aの一
部が重なるように2層目ゲート電極4aが形成される。そ
して、ゲート電極3aと4aの周囲にはSiO2膜2aが形成され
ている。なお、第2図(b)は上記したゲート電極3aと
4aとが重なることを避けるために、ゲート電極3aと4a間
の合わせ余裕をとった場合を示す。
〈発明が解決しようとする課題〉 第2図で説明した半導体装置には以下に述べる問題が
ある。即ち、第2図(a)に示した半導体装置は、2層
目ゲート電極の一部が1層目ゲート電極に重なって基板
の表面の凹凸が激しいから、このような表面を加工する
のは困難であり、また、ゲート電極を形成した後に、ゲ
ート電極の上からイオン注入を行ってデータを記憶させ
るマスクROMにおいてはこのイオン注入が困難となる。
また、第2図(b)に示した半導体装置では、基板の表
面を平坦にすることができるが、ゲート電極の高集積化
はできない。すなわち、第2図(b)に示した半導体装
置では、1層目ゲート電極と2層目ゲート電極との間の
寸法は、フォトリソグラフィ装置の解像度に支配される
ため、フォトリソグラフィ装置の解像度以下の間隔とす
ることは不可能であり、ゲート電極の高集積化には一定
の限度があったためである。
本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、
2層目ゲート電極を自己整合技術を使って形成すること
によって、ゲート電極が極度に集積化されているにもか
かわらずより平坦化された構造を持ち、またゲート電極
形成後にゲート電極上よりイオン注入によってデータを
記憶させることが可能な半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的としている。
〈課題を解決するための手段〉 上記問題を解決するために、本発明に係る半導体装置
の製造方法は、1層目ゲート電極と2層目ゲート電極と
をフォトリソグラフィ装置の解像度以下の間隔で形成可
能な半導体装置の製造方法であって、半導体基板の表面
に第1の絶縁膜を形成するとともに当該第1の絶縁膜の
上に所定のパターンを形成し、当該パターンを利用して
半導体基板にソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記パターン及び第1の絶縁膜を除去した後、半導体基
板の表面に第1のゲート薄膜を形成する工程と、前記第
1のゲート薄膜の上に少なくとも2つの1層目ゲート電
極を形成する工程と、前記第1のゲート薄膜と1層目ゲ
ート電極との上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記
第2の絶縁膜を1層目ゲート電極の側方にのみ残すよう
な異方性エッチングを行う工程と、前記第2のゲート薄
膜、第2の絶縁膜及び1層目ゲート電極の上に2層目ゲ
ート電極用ゲート電極材を堆積する工程と、前記2層目
ゲート電極用ゲート電極材の上に低粘度材を塗布して平
面を平坦化する工程と、前記2層目ゲート電極用ゲート
電極材及び低粘度材を1層目ゲート電極の上面までエッ
チングする工程と、1層目ゲート電極と2層目ゲート電
極用ゲート電極材との間に第2の絶縁膜を除去して、1
層目ゲート電極の間に2層目ゲート電極を形成する工程
とを有している。
〈作用〉 ソース・ドレイン領域が形成された半導体基板の表面
に第1のゲート薄膜を形成し、当該第1のゲート薄膜の
上に少なくとも2つの1層目ゲート電極を形成する。前
記第1のゲート薄膜と1層目ゲート電極との上に第2の
絶縁膜を形成し、当該第2の絶縁膜を1層目ゲート電極
の側方にのみ残すような異方性エッチングを行う。当該
第2のゲート薄膜、第2の絶縁膜及び1層目ゲート電極
の上に2層目ゲート電極用ゲート電極材を堆積する。前
記2層目ゲート電極用ゲート電極材の上に低粘度材を塗
布して表面を平坦化し、前記2層目ゲート電極用ゲート
電極材および低粘度材を1層目ゲート電極の上面までエ
ッチングする。前記1層目ゲート電極と2層目ゲート電
極用ゲート電極材との間の第2の絶縁膜を除去して、1
層目ゲート電極の間に2層目ゲート電極を形成する。
〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第1図は本実施例を説明するための図面であって、第1
図(a)は半導体装置の斜視図、第1図(b)〜(i)
は半導体装置の各製造段階における断面説明図であっ
て、第1図(a)のA−A線矢示断面図に相当する図で
ある。
第1図(a)に示すように、半導体基板であるSi基板
1上に、高温酸素雰囲気中で第1の絶縁膜であるSiO2
2を約300Åの厚みに形成したのち、フォトリソグラフ
ィによって直線状のパターン20を形成してから、このパ
ターン20をマスクとしたイオン注入によってMOSトラン
ジスタのソース、ドレイン領域3をSi基板1の表面に形
成する。
次いで、パターン20とSiO2膜2とを除去して後、高温
酸素雰囲気中で、第1図(b)に示すように、厚みが10
0〜300ÅのSiO2膜の第1のゲート薄膜4を形成する。そ
して、この第1のゲート薄膜4上に、フォトリソグラフ
ィおよびエッチングによって、1層目ゲート電極5をパ
ターニングする。
この後、第1図(c)に示すように、Si基板1の表面
と、ゲート電極5の表面とに化学的気相成長法によって
第2の絶縁膜であるSiO2膜6を2000〜6000Åの厚みに形
成してから、第1図(d)に示すように、異方性エッチ
ングによって、SiO2膜6を、その膜厚程度エッチング
し、ゲート電極5の側方にのみSiO2膜6を残す。
次に、露出している第1のゲート薄膜4を除去し、除
去した部分に、第1図(e)に示すように、厚みが100
〜300ÅのSiO2膜の新たな第2のゲート薄膜7を形成す
る。更に、第1図(f)に示すように、第2のゲート薄
膜7、SiO2膜6およびゲート電極5のそれぞれの表面に
2層目ゲート電極用ゲート電極材8を堆積し、このゲー
ト電極材8上にフォトレジスト等の低粘度材9を塗布す
る。
この後、第1図(g)に示すように、異方性エッチン
グによって低粘度材9とゲート電極材8を1層目ゲート
電極5の上面までエッチングする。次に、第1図(h)
に示すように、1層目ゲート電極5と2層目ゲート電極
材8との間のSiO2膜6と、このSiO2膜6の下にある第1
のゲート薄膜4とをウエットエッチングによって除去し
て、1層目ゲート電極5間に2層目ゲート電極8aを形成
してから、これら1層目ゲート電極5と2層目ゲート電
極8aとの間のソース・ドレイン領域3に、チャンネルス
トッパーとして不純物10(例えばボロン)をイオン注入
する。
次いで、高温酸素雰囲気中での酸化によるSiO2膜の形
成、または化学的気相成長法で基板表面にNSG、PSG、BP
SG等の第3の絶縁膜11を形成する。最後に、図示しない
電極取り出し口と電極配線パターニングを行うことで所
望の半導体装置を得ることができる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る半導体装置の製造
方法は、1層目ゲート電極と2層目ゲート電極とをフォ
トリソグラフィ装置の解像度以下の間隔で形成可能な半
導体装置の製造方法であって、半導体基板の表面に第1
の絶縁膜を形成するとともに当該第1の絶縁膜の上に所
定のパターンを形成し、当該パターンを利用して半導体
基板にソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記パ
ターン及び第1の絶縁膜を除去した後、半導体基板の表
面に第1のゲート薄膜を形成する工程と、前記第1のゲ
ート薄膜の上に少なくとも2つの1層目ゲート電極を形
成する工程と、前記第1のゲート薄膜と1層目ゲート電
極との上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の
絶縁膜を1層目ゲート電極の側方にのみ残すような異方
性エッチングを行う工程と、前記第2のゲート薄膜、第
2の絶縁膜及び1層目ゲート電極の上に2層目ゲート電
極用ゲート電極材を堆積する工程と、前記2層目ゲート
電極用ゲート電極材の上に低粘度材を塗布して平面を平
坦化する工程と、前記2層目ゲート電極用ゲート電極材
及び低粘度材を1層目ゲート電極の上面までエッチング
する工程と、1層目ゲート電極と2層目ゲート電極用ゲ
ート電極材との間に第2の絶縁膜を除去して、1層目ゲ
ート電極の間に2層目ゲート電極を形成する工程とを有
している。
従って、本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、自己整合技術、すなわち1層目ゲート電極の側方に
形成した第2の絶縁膜によって1層目ゲート電極との間
を隔絶しつつ、フォトリソグラフィ装置の解像度以下の
間隔で2層目ゲート電極を形成することが可能となる。
特に、ゲート電極が極度に集積化されているにもかかわ
らず、従来のように、1層目ゲート電極と2層目ゲート
電極とを重ねて形成していないので、平坦化された構造
を持っているため表面の加工が容易である。また、1層
目及び2層目ゲート電極を形成した後にゲート電極の上
からイオン注入を行うことができるので、イオン注入に
よるデータの記憶を行うマスクROMの容量を大幅に向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本実施例を説明するための図面であって、第1
図(a)は半導体装置の斜視図であって不純物注入のた
めにパターンを形成した状態を示す。第1図(b)〜
(i)は半導体装置の各製造段階における断面説明図で
あって、この断面は第1図(a)のA−A線矢示断面に
相当する。第1図(b)は1層目ゲート電極を形成した
状態、第1図(c)は半導体基板と1層目ゲート電極上
に絶縁層を形成した状態、第1図(d)は絶縁層をエッ
チングした状態、第1図(e)は半導体基板表面に絶縁
層を形成した状態、第1図(f)は2層目ゲート電極用
ゲート電極材を堆積した状態、第1図(g)は2層目ゲ
ート電極用ゲート電極材をエッチングした状態、第1図
(h)は1層目ゲート電極と2層目ゲート電極とを形成
した状態、第1図(i)は基板の表面に絶縁膜を形成し
た状態を示す。 第2図は半導体装置の従来の製造方法を説明するための
半導体装置の断面説明図であって、第2図(a)は1層
目ゲート電極と2層目ゲート電極の一部が重なっている
場合、第2図(b)は1層目ゲート電極と2層目ゲート
電極とを重ねない場合を示す。 1……Si基板、5……1層目ゲート電極、6……SiO
2膜、8……2層目ゲート電極材料、8a……2層目ゲー
ト電極。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1層目ゲート電極と2層目ゲート電極とを
    フォトリソグラフィ装置の解像度以下の間隔で形成可能
    な半導体装置の製造方法において、 半導体基板の表面に第1の絶縁膜を形成するとともに当
    該第1の絶縁膜の上に所定のパターンを形成し、当該パ
    ターンを利用して半導体基板にソース・ドレイン領域を
    形成する工程と、 前記パターン及び第1の絶縁膜を除去した後、半導体基
    板の表面に第1のゲート薄膜を形成する工程と、 前記第1のゲート薄膜の上に少なくとも2つの1層目ゲ
    ート電極を形成する工程と、 前記第1のゲート薄膜と1層目ゲート電極との上に第2
    の絶縁膜を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜を1層目ゲート電極の側方にのみ残す
    ような異方性エッチングを行う工程と、 前記第2のゲート薄膜、第2の絶縁膜及び1層目ゲート
    電極の上に2層目ゲート電極用ゲート電極材を堆積する
    工程と、 前記2層目ゲート電極用ゲート電極材の上に低粘度材を
    塗布して平面を平坦化する工程と、 前記2層目ゲート電極用ゲート電極材及び低粘度材を1
    層目ゲート電極の上面までエッチングする工程と、 1層目ゲート電極と2層目ゲート電極用ゲート電極材と
    の間の第2の絶縁膜を除去して、1層目ゲート電極の間
    に2層目ゲート電極を形成する工程とを具備したことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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