JP3489232B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、MOSトランジスタ
がマトリクス配列されてメモリセルアレイが構成され、
マスクプログラムによりメモリセルアレイ内のMOSト
ランジスタが選択的に所定しきい値に設定される半導体
記憶装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりこの種の半導体記憶装置とし
て、例えば複数のMOSトランジスタを隣接するもの同
士でソース,ドレインを共用してNAND型メモリセル
を構成するマスクROMが知られている。このマスクR
OMでは、基本的に、選択されたMOSトランジスタの
チャネル領域にイオン注入を行うことでデータ書込みが
なされる。しかし、チャネルイオン注入をゲート電極形
成前に行うと、TATが長くなり、また高集積化も難し
い。
【0003】そこで、TATを短縮してしかも高集積化
を可能とするため、ゲート電極を含むMOSトランジス
タ形成後にデータ書込みを行う方式がいくつか提案され
ている。第1の方法は、ゲート電極及びソース、ドレイ
ンを形成した後に、レジストパターンを形成し、高加速
イオン注入によりゲート電極を通してチャネルイオン注
入を行うものである。第2の方法は、ゲート電極を跨ぐ
導体膜によって、ソース,ドレイン間を短絡して、実質
的にD型とする方法である(例えば、特開平4−257
259号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した第1
の方法では、高加速イオン注入を行わなければならず高
価な設備を必要とする、またフィールド酸化膜保護用の
レジスト残し幅を確保する必要があるためレジストパタ
ーンの開口を小さいものとしなければならない、といっ
た難点がある。また第2の方法では、レジストパターン
形成前にCVD又はスパッタにより高抵抗シリコン層を
形成し、レジストパターンの開口を通してこの高抵抗シ
リコン層に不純物をドープしてソース、ドレイン間を短
絡させるというかなり複雑で難しい技術を必要とする。
【0005】同様の問題はNOR型マスクROMにもあ
る。NOR型マスクROMでは通常、エンハンスメント
(E)型MOSトランジスタとこれよりしきい値が高い
(HiVt)状態のMOSトランジスタとがメモリセル
として利用される。メモリセルアレイのなかで選択的に
HiVt状態を得るデータ書込みには例えば、D型にす
る場合とは逆の導電型を与える不純物のチャネルイオン
注入を行うことになる。このイオン注入をゲート電極形
成後に行うとすると、上述したNAND型マスクROM
と同様の問題が生じる。
【0006】この発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、高加速イオン注入を用いることなく簡単にデータ書
込みを可能とした短納期型に適した半導体記憶装置の製
造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、MOSトラ
ンジスタがマトリクス配列されてメモリセルアレイが構
成され、マスクプログラムによりメモリセルアレイ内の
MOSトランジスタが選択的に他と異なる所定のしきい
値に設定される半導体記憶装置の製造方法において、半
導体基板に多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜の積層
膜からなるゲート電極を持つ複数のMOSトランジスタ
を形成する工程と、前記複数のMOSトランジスタのう
ち前記所定のしきい値に設定すべきMOSトランジスタ
領域に開口を持つレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの開口を介して前記ゲート電極の
多結晶シリコン膜をサイドエッチングする工程と、サイ
ドエッチングされた前記多結晶シリコン膜の横方向から
の不純物ドーピングにより、前記所定のしきい値を得る
ためのチャネル拡散層を形成する工程とを備えたことを
特徴としている。
【0008】この発明はまた、前記MOSトランジスタ
を形成する工程は、前記半導体基板にソース,ドレイン
拡散層を形成する工程を含み、前記チャネル拡散層を形
成する工程は、前記ソース,ドレイン拡散層を短絡する
状態で前記チャネル拡散層を形成する、ことを特徴とし
ている。この発明はまた、前記チャネル拡散層を形成す
る工程が、前記レジストパターンの開口から不純物を斜
めイオン注入する工程と、前記レジストパターンを除去
して熱処理する工程とを有することを特徴としている。
この発明は更に、前記チャネル拡散層を形成する工程
が、不純物をドープした絶縁膜を形成する工程と、熱処
理を行って前記絶縁膜の不純物を固相拡散させる工程と
を有することを特徴としている。
【0009】
【作用】この発明によると、所定しきい値に設定すべき
MOSトランジスタについて、ゲート電極下層の多結晶
シリコン膜をサイドエッチングして、その横方向からの
不純物ドーピングによってチャネル拡散層を形成すると
いう方法でデータ書込みがなされる。従って、ゲート電
極を通してイオン注入する場合と異なり、高加速イオン
注入を要せず、D型MOSトランジスタあるいはHiV
t状態のMOSトランジスタを作ることができる。ま
た、ゲート電極を跨ぐ導体膜によりソース,ドレイン間
を短絡する方法に比べて、何等難しい技術を要せず、簡
単なデータ書込みが可能になる。データ書込みはゲート
電極形成後に行われるから、TATは短い。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図1〜図3は、この発明をNAND型マスク
ROMに適用した実施例の製造工程であり、一つのNA
NDセル部について示している。図1(a)に示すよう
に、p型シリコン基板1に、図示しないフィールド酸化
膜を形成した後、ゲート酸化膜2を形成し、この上に多
結晶シリコン膜3aとWシリサイド膜3bの積層構造を
持つゲート電極3をパターン形成する。
【0011】次に図1(b)に示すように、ゲート電極
3の側壁にTEOS膜を用いてスペーサ4を形成し、ゲ
ート電極3及びスペーサ4をマスクとして不純物をイオ
ン注入してソース、ドレインとなるn+ 拡散層5を形成
する。次いで、図1(c)に示すように、リソグラフィ
工程によりレジストパターン6を形成する。レジストパ
ターン6は、D型とすべきMOSトランジスタ領域上に
開口7を有する。そしてこの開口7に露出した領域のス
ペーサ4をエッチング除去する。このスペーサ4のエッ
チングは例えば、RIE装置を用いて、CHF3 /O2
/He=26.5/3.6/88[SCCM]のガスを
用い、圧力260Pa、印加電力450Wの条件で行
う。
【0012】次に、図2(a)に示すように、スペーサ
4を除去して露出したゲート電極3の下層多結晶シリコ
ン膜3aを、サイドエッチングする。このサイドエッチ
ングは例えば、ECRエッチング装置を用いて、SF6
/F32/Cl2 =37/23/25[SCCM]のガス
を用い、圧力200mTorr、マイクロ波電力4W
(200mA)の条件で行う。
【0013】その後、図2(b)に示すように、レジス
トパターン6の開口7を通して、斜め方向からのイオン
注入により、多結晶シリコン膜3aがサイドエッチング
された領域から基板チャネル領域にPイオンを打ち込
む。このとき、図示のように右斜め方向からのイオン注
入と、左斜め方向からのイオン注入の2回のイオン
注入を行って、ゲート電極両横からPイオンをドープす
る。ドーズ量は、1015/cm2 オーダーとする。イオ
ン注入角度及び加速電圧は、レジストパターン6の厚み
や開口7の大きさ等により最適設定するが、その詳細は
後述する。
【0014】その後、図2(c)に示すように、レジス
トパターン6を除去し、熱処理して基板に導入したPイ
オンを活性化して、n+ 拡散層5からなるソース,ドレ
インを短絡する状態でn型チャネル拡散層8を形成す
る。熱処理は例えば、800〜1000℃、15sec
〜2minのランプアニールによる。炉による熱処理の
場合は、800〜1000℃、5〜30min程度とす
る。最後に、図3に示すように、通常の工程に従って層
間絶縁膜9を堆積し、これにコンタクト孔を開けてビッ
ト線となるAl配線10を形成する。
【0015】図2の斜めイオン注入工程の条件を、図4
を用いて具体的に説明する。図中に示したように、ゲー
ト電極幅が0.65μm 、ゲート電極膜厚は多結晶シリ
コン膜が0.15μm 、Wシリサイド膜が0.2μm 、
レジストパターン開口幅は1.25μm とする。このと
き、レジスト厚をy、イオン注入可能角をθとし、開口
エッジからのイオン入射可能幅をxとして、これらの関
係をいくつかまとめると、下記表1のようになる。
【0016】
【表1】
【0017】例えば、表1の最もレジスト厚の小さい条
件を選んだとすると、イオン入射可能幅が0.45μm
であり、このときゲート電極の両側面から0.15μm
の領域までイオンを打ち込むことができる。従って、そ
の後の熱処理でソース,ドレイン間を短絡する状態のチ
ャネル拡散層を容易に得ることができる。レジスト厚に
応じて、加速エネルギー及びドーズ量を設定することに
より、他のレジスト厚でも同様にチャネル拡散層を形成
することができるが、ゲート電極下の未イオン注入領域
をできるだけ少なくするためには、なるべくレジスト厚
を薄くすることが好ましい。
【0018】以上のようにこの実施例によれば、ゲート
電極下層の多結晶シリコン膜3aをサイドエッチングし
て、その横方向からの不純物ドーピングによってチャネ
ル拡散層8を形成するという方法で、高加速イオン注入
を用いることなく、簡単にNAND型ROMのデータ書
込みができる。データ書込みはゲート電極形成後に行わ
れるから、TATは短い。
【0019】図5は、この発明の別の実施例によるNA
ND型ROMの製造工程主要部を示す。この実施例で
は、イオン注入に代わって、固相拡散を利用してデータ
書込みを行う。先の実施例と対応する部分には先の実施
例と同一符号を付して詳細な説明は省く。
【0020】図5(a)に示すように、先の実施例と同
様にゲート電極3及びソース,ドレイン拡散層5を形成
した後、全面にBPSG膜(又はPSG膜等の他の絶縁
膜)11を堆積する。その後先の実施例と同様に、図5
(b)に示すように、D型とすべきMOSトランジスタ
領域に開口7を有するレジストパターン6を形成する。
そしてレジストパターン6をマスクとしてBPSG膜1
1をエッチングし、先の実施例と同様に多結晶シリコン
膜3aをサイドエッチングする。
【0021】その後、レジストパターン6を除去し、図
5(c)に示すように、固相拡散源としてPを含む絶縁
膜、例えばSOG膜12を堆積する。SOG膜12のP
濃度は、通常4〜5mol%であるが、ここでは固相拡
散源として用いるため、10〜30mol%とする。そ
して熱処理を行って、SOG膜12のPを基板に拡散さ
せて、先の実施例と同様にn型チャネル拡散層8を形成
する。熱処理は800〜1000℃、5〜10minと
する。
【0022】なお、BPSG膜11中のPやBの濃度
は、3〜10mol%程度であり、下地への拡散はほと
んどない。その後は図示しないが、先の実施例と同様に
層間絶縁膜を形成し、Al配線を形成する。SOG膜1
2はそのまま層間絶縁膜の一部として利用することがで
きる。この実施例によっても、先の実施例と同様の効果
が得られる。
【0023】以上の実施例では、NAND型マスクRO
Mを説明したが、NOR型マスクROMにも同様にこの
発明を適用することができる。NOR型マスクROMの
場合、メモリMOSトランジスタを選択的にHiVt状
態に設定するデータ書込み工程として、上記実施例と同
様のサイドエッチングとイオン注入又は固相拡散によ
り、逆導電型の不純物をチャネル領域にドープすればよ
い。
【0024】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、所
定しきい値に設定すべきMOSトランジスタについて、
ゲート電極下層の多結晶シリコン膜をサイドエッチング
して、その横方向からの不純物ドーピングによってチャ
ネル拡散層を形成するという方法でデータ書込みを行う
ことにより、高加速イオン注入を要せず、簡単な工程で
マスクROMのTAT短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例によるマスクROMの製
造工程を示す。
【図2】 同実施例の製造工程を示す。
【図3】 同実施例の製造工程を示する
【図4】 同実施例のイオン注入条件を説明する為の図
である。
【図5】 他の実施例のマスクROMの製造工程を示
す。
【符号の説明】
1…p型シリコン基板、2…ゲート酸化膜、3…ゲート
電極、3a…多結晶シリコン膜、3b…Wシリサイド
膜、4…スペーサ、5…n+拡散層、6…レジストパタ
ーン、7…開口、8…n型チャネル拡散層、9…層間絶
縁膜、10…Al配線、11…BPSG膜、12…Pド
ープSOG膜。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSトランジスタがマトリクス配列さ
    れてメモリセルアレイが構成され、マスクプログラムに
    よりメモリセルアレイ内のMOSトランジスタが選択的
    に他と異なる所定のしきい値に設定される半導体記憶装
    置の製造方法において、 半導体基板に多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜の積
    層膜からなるゲート電極を持つ複数のMOSトランジス
    タを形成する工程と、 前記複数のMOSトランジスタのうち前記所定のしきい
    値に設定すべきMOSトランジスタ領域に開口を持つレ
    ジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンの開口を介して前記ゲート電極の
    多結晶シリコン膜をサイドエッチングする工程と、 サイドエッチングされた前記多結晶シリコン膜の横方向
    からの不純物ドーピングにより、前記所定のしきい値を
    得るためのチャネル拡散層を形成する工程とを備えたこ
    とを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記MOSトランジスタを形成する工程
    は、前記半導体基板にソース,ドレイン拡散層を形成す
    る工程を含み、 前記チャネル拡散層を形成する工程は、前記ソース,ド
    レイン拡散層を短絡する状態で前記チャネル拡散層を形
    成する、 ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 前記チャネル拡散層を形成する工程は、
    前記レジストパターンの開口から不純物を斜めイオン注
    入する工程と、前記レジストパターンを除去して熱処理
    する工程とを有することを特徴とする請求項1又は2
    載の半導体記憶装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記チャネル拡散層を形成する工程は、
    不純物をドープした絶縁膜を形成する工程と、熱処理を
    行って前記絶縁膜の不純物を固相拡散させる工程とを有
    することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶
    装置の製造方法。
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