JP3231136B2 - 半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置の製造方法

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雄吾 冨岡
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    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/40Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置の製造方
法に関し、例えば、フローティングゲートとコントロー
ルゲートの複合ゲート構造を有するフローティングゲー
ト型不揮発性半導体記憶装置の製造方法に適用して特に
好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、フローティングゲート型不揮発性
半導体記憶装置の製造プロセスに多結晶シリコン2層プ
ロセスが用いられている。この従来の多結晶シリコン2
層プロセスを、一括消去型EEPROM等のフラッシュ
メモリの製造方法を例にとって図3及び図4を参照して
説明する。
【0003】図3及び図4の各図において、メモリセル
を形成するセルアレイ領域を左側に、通常のMOSトラ
ンジスタを形成する周辺回路領域を右側に夫々示す。
【0004】まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板200の表面にLOCOS法によりフィールド酸化
膜201を形成した後、素子形成領域に100Å程度の
膜厚のシリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜202を
形成する。次に、全面に第1の多結晶シリコン膜203
を堆積し、これをフローティングゲートのパターンに加
工するために、セルアレイ領域においてレジスト204
をパターン形成する。
【0005】次に、図3(b)に示すように、このレジ
スト204をマスクとして第1の多結晶シリコン膜20
3を選択的にエッチングし、周辺回路領域の第1の多結
晶シリコン膜203を除去するとともに、セルアレイ領
域にフローティングゲート203′を形成する。しかる
後、全面に膜厚200Å程度のONO膜205を形成す
る。
【0006】次に、図3(c)に示すように、セルアレ
イ領域の全体をレジスト206で覆い、このレジスト2
06をマスクとして周辺回路領域のONO膜205をド
ライエッチングにより除去する。
【0007】次に、図3(d)に示すように、レジスト
206を除去した後、周辺回路領域のトンネル絶縁膜2
02を除去する。
【0008】次に、図4(a)に示すように、周辺回路
領域にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜207を形
成する。
【0009】次に、図4(b)に示すように、全面に第
2の多結晶シリコン膜208を堆積する。
【0010】この後、セルアレイ領域では第2の多結晶
シリコン膜208をコントロールゲートのパターンに加
工し、周辺回路領域では第2の多結晶シリコン膜208
をMOSトランジスタのゲート電極のパターンに加工す
る。そして、シリコン基板200に不純物拡散を行って
夫々の領域にソース/ドレイン拡散層を形成した後、層
間絶縁膜を形成し、必要な配線を形成して、フラッシュ
メモリを製造する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の多結晶
シリコン2層プロセスでは、図3(c)に示す工程にお
いて、周辺回路領域のONO膜205をドライエッチン
グにより除去する際、ONO膜205の下地が薄いシリ
コン酸化膜からなるトンネル絶縁膜202であるため、
ONO膜205のドライエッチングに対するこのトンネ
ル絶縁膜202の選択性が低く、この結果、このドライ
エッチングによりトンネル絶縁膜202までエッチング
してしまって、更に、シリコン基板200にダメージを
与えてしまう場合があった。
【0012】このため、周辺回路領域に形成するMOS
トランジスタの特性が悪くなるという問題があった。
【0013】そこで、本発明の目的は、フラッシュメモ
リ等を製造するための多結晶シリコン2層プロセスにお
いて、シリコン基板にダメージを与えることなく周辺回
路領域のONO膜を確実に除去することができる半導体
記憶装置の製造方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、2層の多結晶シリコンゲートが絶
縁膜を介して積層された構造を有する素子を形成する第
1の領域と1層の多結晶シリコンゲートを有する素子を
形成する第2の領域とを備えた半導体記憶装置の製造方
法において、前記第1の領域及び前記第2の領域の半導
体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1の
絶縁膜の上に第1の多結晶シリコン膜を形成する工程
と、前記第2の領域の全部を覆うとともに、前記第1の
領域では第1のゲートのパターンに第1のレジストを形
成する工程と、この第1のレジストをマスクとして前記
第1の多結晶シリコン膜を選択的に除去する工程と、前
記第1のレジストを除去した後、全面に第2の絶縁膜を
形成する工程と、前記第1の領域の全部を覆う第2のレ
ジストを形成する工程と、この第2のレジストをマスク
として前記第2の領域の前記第2の絶縁膜及び前記第1
の多結晶シリコン膜を除去する工程と、前記第2のレジ
ストを除去した後、前記第2の領域の前記第1の絶縁膜
を除去する工程と、前記第2の領域の前記半導体基板上
に第3の絶縁膜を形成する工程と、全面に第2の多結晶
シリコン膜を形成する工程と、この第2の多結晶シリコ
ン膜を、前記第1の領域では第2のゲートのパターン
に、前記第2の領域では第3のゲートのパターンに夫々
加工する工程とを有する。
【0015】本発明の別の態様では、2層の多結晶シリ
コンゲートが絶縁膜を介して積層された構造を有する素
子を形成する第1の領域と1層の多結晶シリコンゲート
を有する素子を形成する第2の領域とを備えた半導体記
憶装置の製造方法において、前記第1の領域及び前記第
2の領域の半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
と、この第1の絶縁膜の上に第1の多結晶シリコン膜を
形成する工程と、前記第2の領域の全部を覆うととも
に、前記第1の領域では第1のゲートのパターンに第1
のレジストを形成する工程と、この第1のレジストをマ
スクとして前記第1の多結晶シリコン膜を選択的に除去
する工程と、前記第1のレジストを除去した後、全面に
第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の領域の全部
を覆う第2のレジストを形成する工程と、この第2のレ
ジストをマスクとして、前記第2の領域の前記第2の絶
縁膜、前記第1の多結晶シリコン膜及び前記第1の絶縁
膜を除去する工程と、前記第2のレジストを除去した
後、前記第2の領域の前記半導体基板上に第3の絶縁膜
を形成する工程と、全面に第2の多結晶シリコン膜を形
成する工程と、この第2の多結晶シリコン膜を、前記第
1の領域では第2のゲートのパターンに、前記第2の領
域では第3のゲートのパターンに夫々加工する工程とを
有する。
【0016】本発明の好ましい態様では、フローティン
グゲート型不揮発性半導体記憶装置の製造方法であっ
て、前記第1のゲートがフローティングゲートであり、
前記第2のゲートがコントロールゲートであり、前記第
3のゲートがMOSトランジスタのゲートである。
【0017】本発明の更に好ましい態様では、前記第1
の絶縁膜がトンネル絶縁膜である。
【0018】
【作用】本発明においては、第2の領域の第2の絶縁膜
を例えばドライエッチングにより除去する際、その下地
に第1の多結晶シリコン膜を残しているので、この第1
の多結晶シリコン膜がエッチングストッパーとして作用
し、基板にまでエッチングダメージを与えることが確実
に防止される。また、第1の多結晶シリコン膜を例えば
ドライエッチングにより除去する際には、その下地の第
1の絶縁膜が薄い場合であっても、それらの間に比較的
大きなエッチング選択比を設定することができるので、
下地の第1の絶縁膜が不測にエッチングされることを防
止することができて、やはり、基板にエッチングダメー
ジを与えることを防止することができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例につき図1及び図2を
参照して説明する。
【0020】図1及び図2は、本発明をフラッシュメモ
リの製造方法に適用した実施例を示すものである。これ
らの図においては、図3及び図4に示した従来例と同
様、メモリセルを形成するセルアレイ領域を左側に、通
常のMOSトランジスタを形成する周辺回路領域を右側
に夫々示す。
【0021】本実施例においては、まず、図1(a)に
示すように、シリコン基板100の素子分離領域にLO
COS法により膜厚300〜500nm程度のフィール
ド酸化膜101を形成した後、素子形成領域に10〜1
2nm程度の膜厚のシリコン酸化膜からなるトンネル絶
縁膜102を形成する。次に、全面に150nm程度の
膜厚の第1の多結晶シリコン膜103を堆積する。そし
て、セルアレイ領域では、この第1の多結晶シリコン膜
103をフローティングゲートのパターンに加工するた
めのレジスト104をパターン形成し、周辺回路領域で
は、その全体をレジスト104で覆う。
【0022】次に、図1(b)に示すように、レジスト
104をマスクとして第1の多結晶シリコン膜103を
エッチングし、セルアレイ領域にフローティングゲート
103′を形成する。しかる後、全面にONO膜( bot
tom 酸化膜10nm程度、窒化膜5nm程度、top 酸化
膜5nm程度)105を形成する。
【0023】次に、図1(c)に示すように、セルアレ
イ領域の全体をレジスト106で覆い、このレジスト1
06をマスクとして周辺回路領域のONO膜105をド
ライエッチングにより除去する。
【0024】次に、図1(d)に示すように、周辺回路
領域の第1の多結晶シリコン膜103を、酸化膜との選
択性が高い(選択比10〜30対1)ガス、例えばCF
4 を用いてエッチング除去する。
【0025】次に、図1(e)に示すように、レジスト
106を除去した後、ウェット処理にて周辺回路領域の
トンネル絶縁膜102を除去する。この処理は、ONO
膜105の窒化膜上の酸化膜(top 酸化膜)がウェット
エッチされにくいことを利用している。
【0026】次に、図2(a)に示すように、周辺回路
領域に熱酸化により膜厚10〜30nm程度のシリコン
酸化膜からなるゲート絶縁膜107を形成する。
【0027】次に、図2(b)に示すように、全面に1
50nm程度の膜厚の第2の多結晶シリコン膜108を
堆積する。
【0028】この後、セルアレイ領域では第2の多結晶
シリコン膜108をコントロールゲートのパターンに加
工し、周辺回路領域では第2の多結晶シリコン膜108
をMOSトランジスタのゲート電極のパターンに加工す
る。そして、シリコン基板100に不純物拡散を行って
夫々の領域にソース/ドレイン拡散層を形成した後、層
間絶縁膜を形成し、必要な配線を形成して、フラッシュ
メモリを製造する。
【0029】上述した実施例では、図1(c)に示す工
程において、周辺回路領域のONO膜105をドライエ
ッチングにより除去する際、その下地に第1の多結晶シ
リコン膜103を残しているので、この第1の多結晶シ
リコン膜103がエッチングストッパーとして作用し、
従来のように、薄いトンネル絶縁膜102がエッチング
されてしまってシリコン基板100にダメージを与える
ことが確実に防止される。また、第1の多結晶シリコン
膜103をエッチングする際には、酸化膜に対する選択
比が高いガスを用いてドライエッチングを行うことによ
り、やはり、薄いトンネル絶縁膜102がエッチングさ
れてしまってシリコン基板100にダメージを与えるこ
とを防止することができる。
【0030】なお、上述した実施例では、トンネル絶縁
膜102の除去をウェット処理で行ったが、これもレジ
スト106をマスクとしたドライ処理で行うようにする
と、周辺回路領域におけるONO膜105、第1の多結
晶シリコン膜103及びトンネル絶縁膜102の除去
を、エッチングガスを変えるだけで一連の工程として実
施することが可能である。
【0031】また、上述した実施例では、図1(a)に
示した工程において周辺回路領域の全部をレジスト10
4により覆ったが、周辺回路領域でもONO膜105を
利用する必要がある場合には、周辺回路領域においてそ
のONO膜105を利用する必要がある部分のみはレジ
スト104で覆わず、その部分に形成された第1の多結
晶シリコン膜103は、図1(b)に示した工程のエッ
チングにより除去してしまっても良い。
【0032】更に、本発明は、上述した実施例のような
フローティングゲート型の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法に限られず、例えば、制御ゲートと蓄積ゲートを
有する2層ポリシリコンDRAM等の半導体記憶装置の
製造方法にも適用が可能である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、例えば、フラッシュメ
モリ製造時の多結晶シリコン2層プロセスにおいて、層
間絶縁膜としてのONO膜が必要ない周辺回路領域にお
いて、基板にダメージを与えることなくONO膜を確実
に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるフラッシュメモリ製造
時の多結晶シリコン2層プロセスを工程順に示す断面図
である。
【図2】本発明の一実施例によるフラッシュメモリ製造
時の多結晶シリコン2層プロセスを工程順に示す断面図
である。
【図3】従来のフラッシュメモリ製造時の多結晶シリコ
ン2層プロセスを工程順に示す断面図である。
【図4】従来のフラッシュメモリ製造時の多結晶シリコ
ン2層プロセスを工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
100 シリコン基板 102 トンネル絶縁膜 103 第1の多結晶シリコン膜 103′ フローティングゲート 104 レジスト 105 ONO膜 106 レジスト 108 第2の多結晶シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−73774(JP,A) 特開 平4−348072(JP,A) 特開 平2−84776(JP,A) 特開 平1−170049(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/10 481 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2層の多結晶シリコンゲートが絶縁膜を
    介して積層された構造を有する素子を形成する第1の領
    域と1層の多結晶シリコンゲートを有する素子を形成す
    る第2の領域とを備えた半導体記憶装置の製造方法にお
    いて、 前記第1の領域及び前記第2の領域の半導体基板上に第
    1の絶縁膜を形成する工程と、 この第1の絶縁膜の上に第1の多結晶シリコン膜を形成
    する工程と、 前記第2の領域の全部を覆うとともに、前記第1の領域
    では第1のゲートのパターンに第1のレジストを形成す
    る工程と、 この第1のレジストをマスクとして前記第1の多結晶シ
    リコン膜を選択的に除去する工程と、 前記第1のレジストを除去した後、全面に第2の絶縁膜
    を形成する工程と、 前記第1の領域の全部を覆う第2のレジストを形成する
    工程と、 この第2のレジストをマスクとして前記第2の領域の前
    記第2の絶縁膜及び前記第1の多結晶シリコン膜を除去
    する工程と、 前記第2のレジストを除去した後、前記第2の領域の前
    記第1の絶縁膜を除去する工程と、 前記第2の領域の前記半導体基板上に第3の絶縁膜を形
    成する工程と、 全面に第2の多結晶シリコン膜を形成する工程と、 この第2の多結晶シリコン膜を、前記第1の領域では第
    2のゲートのパターンに、前記第2の領域では第3のゲ
    ートのパターンに夫々加工する工程とを有することを特
    徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 フローティングゲート型不揮発性半導体
    記憶装置の製造方法であって、前記第1のゲートがフロ
    ーティングゲートであり、前記第2のゲートがコントロ
    ールゲートであり、前記第3のゲートがMOSトランジ
    スタのゲートであることを特徴とする請求項1に記載の
    半導体記憶装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1の絶縁膜がトンネル絶縁膜であ
    ることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置の
    製造方法。
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