JP2867782B2 - 半導体不揮発性記憶装置の製造方法 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置の製造方法

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JP2867782B2 JP4058654A JP5865492A JP2867782B2 JP 2867782 B2 JP2867782 B2 JP 2867782B2 JP 4058654 A JP4058654 A JP 4058654A JP 5865492 A JP5865492 A JP 5865492A JP 2867782 B2 JP2867782 B2 JP 2867782B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体不揮発性記憶装置
の製造方法に関し、特にスタックゲート構造を有するト
ランジスタをメモリセルとする半導体不揮発性装置の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、スタックゲート構造を有するEP
ROM(イレーザブル(erasable)PROM)
のメモリセルアレイ部は、上面から見て、図4に示す様
な配置構造となっている。このような半導体不揮発性記
憶装置の製造方法について、図4および、図4のX−X
線相当部の各工程における半導体チップの断面図を参照
して説明する。
【0003】まず、図5(a)に示すようにP型シリコ
ン基板1の表面部に通常の選択酸化法により、厚いフィ
ールド酸化膜2を選択的に形成しトランジスタ形成領域
3および連結領域4を区画する。次にメモリセルの第1
のゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜5を形成する。続
いて、図5(b)に示すように、浮遊ゲートとなる導電
性のポリシリコン膜6を堆積した後、リソグラフィー技
術を用いてトランジスタ形成領域3上に残るようにポリ
シリコン膜6をRIE(反応性イオンエッチ)のような
異方性エッチングでパターニングする。
【0004】次に、図6(a)に示すように、全面にわ
たり第2のゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜8などを
形成し、続いて、制御ゲートとなるポリシリコン膜9を
全面にわたり形成する。その後、リソグラフィ技術を用
いて、図6(b)に示すように、ポリシリコン膜6,酸
化シリコン膜8およびポリシリコン膜9を所定の領域の
みに残すようにRIEのような異方性エッチングでパタ
ーニングを行ない、浮遊ゲート電極6a,制御ゲート電
極9aの形成を終る。次に、N型の不純物をイオン注入
してP型シリコン基板1の表面部にソース及びドレイン
となるN型不純物拡散層(図4に斜線を付した部分)を
形成する。次に全面にわたり層間絶縁膜10を形成し、
リソグラフィー工程を経て層間絶縁膜10の所定の領域
をエッチングで除去し、ドレイン上にコンタクトホール
Cを形成したのち、コンタクトホールに接続すべきアル
ミニウムなどの導電膜を形成し、リソグラフィー工程を
経て、異方性エッチングを施して、所定の領域のみに電
極配線11として残す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の製造方法では、ポリシリコン膜9,酸化シリコ
ン膜8およびポリシリコン膜6を異方性エッチングでエ
ッチングする際にポリシリコン膜6の側面に形成されて
いる酸化シリコン膜8が異方性エッチングではエッチン
グされ難く垂直な部分エッチングされずに図4に2点鎖
線で示した部分に残ってしまう。このため続くポリシリ
コン膜6のエッチングの際に、この酸化シリコン膜8の
側壁にポリシリコン膜6が残ってしまい、隣り合う浮遊
ゲート電極6aが短絡されてしまうという問題点があっ
た。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体不揮発性
記憶装置の製造方法は、一導電型半導体基板の表面部に
選択的にフィールド酸化膜を形成して、所定方向に並列
に走行する複数のトランジスタ形成領域および互いに隣
接する前記トランジスタ形成領域をつなぐ所定のピッチ
で配置された連結領域を区画する工程と、前記トランジ
スタ形成領域および連結領域に第1のゲート絶縁膜を形
成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜上に第1の導電
性膜および耐酸化性を有する絶縁膜を順次堆積する工程
と、前記第1の導電性膜および前記耐酸化性を有する絶
縁膜を前記トランジスタ形成領域上に残してパターニン
グする工程と、前記一導電型半導体基板表面に第2の導
電性膜を堆積した後に前記耐酸化性を有する絶縁膜をエ
ッチングストッパーにして前記第2の導電性膜を異方性
エッチングし、前記パターニングされた前記第1の導電
性膜および前記耐酸化性を有する絶縁膜の側壁にのみ選
択的に前記第2の導電性膜を残す工程と、前記第2の導
電性膜表面を熱酸化し前記トランジスタ形成領域に前記
第2の導電性膜の熱酸化膜と前記耐酸化性を有する絶縁
膜よりなる第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
第2のゲート絶縁膜を含む前記一導電型半導体基板表面
第3の導電性膜を堆積し、前記第3の導電性膜ないし
第1の導電性膜をパターニングして前記トランジスタ形
成領域を横断する制御ゲート電極および浮遊ゲート電極
を形成する工程とを有するというものである。
【0007】
【実施例】図1は本発明の参考例によるメモリセルアレ
イを示す平面図である。図2,図3は本発明の参考例の
説明に使用する工程順断面図であり、各工程における図
1のX−X線相当部の断面を示している。
【0008】従来の技術の欄において、図5(a),
(b)を参照して説明した工程(ただし、ポリシリコン
膜6には例えばリンのような不純物を高々1×1019
cm−3ドーピングする)の後、図2(a)に示すよう
に、全面にわたり例えばリンのような不純物を5×10
20cm‐3以上含むポリシリコン膜7を厚さnm程度
堆積する。その後、異方性エッチングでポリシリコン膜
7と6のエッチング速度の差を利用してポリシリコン膜
7のみをその厚さ分だけエッチングを行なう。その結
果、ポリシリコン膜7aが図2(b)に示すようにポリ
シリコン膜6の側壁部のみに残る。次に例えば熱酸化法
により、図2(c)に示すように、ポリシリコン膜6上
とポリシリコン膜7a上に第2のゲート絶縁膜となる
シリコン膜8Aを形成し、さらに続いて全面にわた
り、制御ゲートとなるポリシリコン膜9を形成する。そ
の後、リソグラフィー技術を用いて、ポリシリコン膜
9,酸化シリコン膜8Aおよびポリシリコン膜6,7a
を所定の領域にのみ残すようにRIEのような異方性エ
ッチングにより、、図3に示すように浮遊ゲート電極6
aおよび制御ゲート電極にパターニングする。次にN型
不純物をイオン注入してP型シリコン基板1の表面部に
ソース及びドレインとなるN型不純物拡散層(図1に斜
線を付した部分)を形成する。次に全面にわたり層間絶
縁膜10を形成しリソグラフィー工程を経て層間絶縁膜
10の所定の領域をエッチングで除去し、ドレイン上に
コンタクトホールCを形成したのちコンタクトに接続す
ベきアルミニウム膜などを形成し、リソグラフィー工程
を経て異方性エッチングを施して所定の領域のみに電極
配線11として残す。
【0009】図2(b)に示したように、ポリシリコン
膜6の側壁にポリシリコン膜7aが付着していて、側壁
がなだらかになっているので、浮遊ゲート電極,制御ゲ
ート電極にパターニングするときにエッチング残りが生
じることはない。
【0010】次に、本発明の実施例について説明する。
【0011】従来の技術の欄において、図5(a)を参
照して説明した工程の後に、図7(a)に示すように、
窒化シリコン膜8Bのような耐酸化性を有する絶縁膜を
形成後、リソグラフィー工程を用いてこの窒化シリコン
膜8B、ポリシリコン6を異方性エッチングによりエッ
チングする。次に、図7(b)に示すように、全面にわ
たりポリシリコン膜7Aを形成する。その後、異方性エ
ッチングを施し、図7()に示すように、窒化シリコ
ン膜8Bをストッパーとして、ポリシリコン膜7Aの膜
厚分のエッチングを行なう。その結果、ポリシリコン膜
7Aaがポリシリコン膜6の側壁部のみに残る。次に熱
酸化法により図8(a)に示すように、ポリシリコン膜
7Aa上に第2のゲート絶縁膜の一部となる酸化シリコ
ン膜12を形成する。このとき、窒化シリコン膜8Bの
ピンホール部などが修復されて第2のゲート絶縁膜の主
要部8Baとなる。さらに続いて全面にわたり制御ゲー
トとなるポリシリコン膜9を形成する。その後リソグラ
フィー技術を用いて、ポリシリコン膜9、ポリシリコン
膜6a、第2のゲート絶縁膜(8Ba,12)およびポ
リシリコン膜6,7aをRIEのような異方性エッチン
グを行ない、図(b)に示すように、浮遊ゲート電極
6a,制御ゲート電極9aとして残す。次にN型不純物
をイオン注入して、P型シリコン基板1の表面部にソー
ス及びドレインとなるN型不純物拡散層を形成する。次
に全面にわたり層間絶縁膜10を形成し、リソグラフィ
ー工程を経て層間絶縁膜10の所定の領域をエッチング
除去して、ドレイン上にコンタクトホールを形成したの
ちコンタクトに接続すべき導電膜を形成しリソグラフィ
ー工程を経て、異方性エッチングを施して、所定の領域
のみに電極配線11として残す。本発明では、第2のゲ
ート絶縁膜の主要部8Baに誘電率の高い窒化シリコン
等の膜を形成でき、しかも、従来問題となっていた浮遊
ゲートの短絡を防止できる。
【0012】
【発明の効果】本発明では、耐酸化性を有する絶縁膜が
表面に被覆された浮遊ゲート電極となる第1の導電性膜
をパターニングした後、一導電型半導体基板表面に第2
の導電性膜を堆積し、前記耐酸化性を有する絶縁膜をエ
ッチングストッパーにして前記第2の導電性膜を異方性
エッチングすることによって次のような効果が得られ
る。 (1)異方性エッチングの際に、エッチングストッパー
によって浮遊ゲート電極となるポリシリコンが保護され
るために、浮遊ゲート電極の高さのバラツキを低減でき
る。 (2)浮遊ゲート電極の第1の導電性膜の側壁に第2の
導電性膜を選択的に残し、該側壁端部をなだらかな形状
とすることが容易となり、該側壁端部での熱酸化による
絶縁膜(酸化シリコン膜)をなだらかに形成でき、浮遊
ゲート電極間の短絡を防止できる。 (3)浮遊ゲート電極の第1の導電性膜の側壁端部の熱
酸化による絶縁膜形成と同時に、エッチングストッパー
として使用した耐酸化性を有する絶縁膜(例えば窒化シ
リコン膜)の絶縁膜中のピンホール等の欠陥が修復で
き、これらの絶縁膜から構成される第2のゲート絶縁膜
の品質を安定化できる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例によるメモリセルアレイ部を示
す平面図である。
【図2】本発明の参考例の説明に使用するため(a)〜
(c)に分図して示す工程順断面図である。
【図3】本発明の参考例の説明に使用する断面図であ
る。
【図4】従来の技術によるメモリセルアレイ部を示す平
面図である。
【図5】従来の技術の説明に使用するため(a),
(b)に分図して示す工程順断面図である。
【図6】従来の技術の説明に使用するため(a),
(b)に分図して示す工程順断面図である。
【図7】本発明の実施例の説明に使用するため(a)〜
(c)に分図して示す工程順断面図である。
【図8】本発明の実施例の説明に使用するため(a),
(b)に分図して示す工程順断面図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 トランジスタ形成領域 4 連結領域 5 酸化シリコン膜(第1のゲート絶縁膜) 6 ポリシリコン膜 6a 浮遊ゲート電極 7,7a ポリシリコン膜 8,8A 酸化シリコン膜 8B 窒化シリコン膜 9 ポリシリコン膜 10 層間絶縁膜 11 電極配線
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体基板の表面部に選択的に
    フィールド酸化膜を形成して、所定方向に並列に走行す
    る複数のトランジスタ形成領域および互いに隣接する前
    記トランジスタ形成領域をつなぐ所定のピッチで配置さ
    れた連結領域を区画する工程と、前記トランジスタ形成
    領域および連結領域に第1のゲート絶縁膜を形成する工
    程と、前記第1のゲート絶縁膜上に第1の導電性膜およ
    び耐酸化性を有する絶縁膜を順次堆積する工程と、前記
    第1の導電性膜および前記耐酸化性を有する絶縁膜を前
    記トランジスタ形成領域上に残してパターニングする工
    程と、前記一導電型半導体基板表面に第2の導電性膜を
    堆積した後に前記耐酸化性を有する絶縁膜をエッチング
    ストッパーにして前記第2の導電性膜を異方性エッチン
    グし、前記パターニングされた前記第1の導電性膜およ
    び前記耐酸化性を有する絶縁膜の側壁にのみ選択的に前
    記第2の導電性膜を残す工程と、前記第2の導電性膜表
    面を熱酸化し前記トランジスタ形成領域に前記第2の導
    電性膜の熱酸化膜と前記耐酸化性を有する絶縁膜よりな
    第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第2のゲ
    ート絶縁膜を含む前記一導電型半導体基板表面に第3の
    導電性膜を堆積し、前記第3の導電性膜ないし第1の導
    電性膜をパターニングして前記トランジスタ形成領域を
    横断する制御ゲート電極および浮遊ゲート電極を形成す
    る工程とを有することを特徴とする半導体不揮発性記憶
    装置の製造方法。
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