JPH05291588A - Transistor using two-layer polysilicon gate and manufacture thereof - Google Patents

Transistor using two-layer polysilicon gate and manufacture thereof

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JPH05291588A
JPH05291588A JP11406192A JP11406192A JPH05291588A JP H05291588 A JPH05291588 A JP H05291588A JP 11406192 A JP11406192 A JP 11406192A JP 11406192 A JP11406192 A JP 11406192A JP H05291588 A JPH05291588 A JP H05291588A
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JP
Japan
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polysilicon layer
transistor
gate
polysilicon
layer
Prior art date
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Application number
JP11406192A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Tojo
茂樹 東條
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To improve writing characteristics of an EPROM using a transistor having a two-layer polysilicon gate so that an entire length of a channel is under the control of the gate. CONSTITUTION:A width of polysilicon of a second polysilicon layer 4, i.e., an upper layer gate is set 90% or less of that of a first polysilicon layer 2, i.e., a lower layer gate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、EPROMのメモリ要
素として使われる2層ポリシリコンゲートを有するトラ
ンジスタ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transistor having a two-layer polysilicon gate used as a memory element of EPROM and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】このようなトランジスタは、半導体基板
上に第1の酸化膜、第1のポリシリコン層、第2の酸化
膜及び第2のポリシリコン層を順に重ねたゲートと、そ
の周辺に不純物をドーピングして形成したソースとドレ
インとを有する。このようなトランジスタの製造方法は
図2に示してある。すなわちまずシリコン(Si)基板
を酸化して第1のゲート酸化膜1を形成し、その上にC
VDにより第1のポリシリコン層2を形成する。さらに
その上に同じ方法で第2の酸化膜3と第2のポリシリコ
ン層4を形成する。この状態を図2(1)に示す。その
上にフォトレジスト6によりゲートのパターニングを行
い(図2(2))、異方性エッチングにより、第2のポ
リシリコン層4、第2の酸化膜3及び第1のポリシリコ
ン層2を順にエッチングする(図2(3))。
2. Description of the Related Art Such a transistor has a gate in which a first oxide film, a first polysilicon layer, a second oxide film and a second polysilicon layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and a gate in the periphery thereof. It has a source and a drain formed by doping impurities. A method of manufacturing such a transistor is shown in FIG. That is, first, a silicon (Si) substrate is oxidized to form a first gate oxide film 1, and C is formed thereon.
The first polysilicon layer 2 is formed by VD. Further thereon, the second oxide film 3 and the second polysilicon layer 4 are formed by the same method. This state is shown in FIG. A gate is patterned thereon with a photoresist 6 (FIG. 2 (2)), and the second polysilicon layer 4, the second oxide film 3 and the first polysilicon layer 2 are sequentially formed by anisotropic etching. Etching is performed (FIG. 2C).

【0003】その後O2 プラズマによりレジスト6を除
去し、全体を酸化して薄い酸化膜を形成した後に、周辺
トランジスタのゲート電極となる第3のポリシリコン層
5をCVDにより形成する(図2(4))。周辺トラン
ジスタのパターニングを行い、エッチングすると、メモ
リ要素の部分はレジストパターンを持たないので、エッ
チバックの形となり、図2(5)に示すようにサイドウ
ォールが形成される。その後その周辺に+Asを注入し
てドライブすれば、図2(6)に示すように、ソース7
とドレイン8が形成され、メモリ要素のトランジスタが
完成する。この場合図2(6)に示すようにチャネル長
1 がゲートの幅に対して長くなり、書込み特性が劣化
するという欠点がある。
After that, the resist 6 is removed by O 2 plasma, the whole is oxidized to form a thin oxide film, and then a third polysilicon layer 5 to be the gate electrode of the peripheral transistor is formed by CVD (FIG. 2 ( 4)). When the peripheral transistors are patterned and etched, the portions of the memory elements do not have a resist pattern, so that they are in the form of etch back, and sidewalls are formed as shown in FIG. 2 (5). After that, if + As is injected into the periphery and driven, as shown in FIG.
And the drain 8 are formed to complete the transistor of the memory element. In this case, as shown in FIG. 2 (6), the channel length L 1 becomes longer than the width of the gate, and there is a drawback that the write characteristic is deteriorated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
サイドウォールを形成しないプロセスを開発し、チャネ
ル長さの短い、すなわちEPROMの書込み特性の良好
な2層ポリシリコンゲートを有するトランジスタを開発
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to develop a process in which the sidewall is not formed, and to develop a transistor having a short channel length, that is, a double-layer polysilicon gate having a good writing characteristic of EPROM. To do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は次のようにして解決される。すなわち初めに述べたよ
うなトランジスタにおいて、第2のポリシリコン層の幅
が第1のポリシリコン層の幅の90%以下であるように
する。このように構成することにより、周辺トランジス
タのゲート電極用のポリシリコンを形成し、かつその後
エッチングした後に、従来技術におけるようなサイドウ
ォールは形成されない。そのためソース及びドレインの
ため+Asを注入しドライブした時に、これらソース及
びドレイン領域は、第1のポリシリコン層から成るフロ
ーティングゲートの下まで回り込み、チャネル長さは、
第1のポリシリコン層の幅に等しいかそれより短いもの
となる。そのためチャネル全体がフローティングゲート
の支配下にあり、極めて良好な書込み特性が得られる。
According to the present invention, this problem is solved as follows. That is, in the transistor as described above, the width of the second polysilicon layer is 90% or less of the width of the first polysilicon layer. With this structure, after forming the polysilicon for the gate electrode of the peripheral transistor and etching it thereafter, the side wall as in the prior art is not formed. Therefore, when + As is injected and driven for the source and drain, these source and drain regions wrap around below the floating gate made of the first polysilicon layer, and the channel length is
It is equal to or shorter than the width of the first polysilicon layer. Therefore, the entire channel is under the control of the floating gate, and extremely good write characteristics can be obtained.

【0006】また本発明によれば、このようなトランジ
スタは次のような方法で製造される。すなわち半導体基
板上に、第1の酸化膜、第1のポリシリコン層、第2の
酸化膜及び第2のポリシリコン層を順に形成し、フォト
レジストによりゲートのパターニングを行い、第2のポ
リシリコン層を等方性エッチングで、かつ第2の酸化膜
と第1のポリシリコン層を異方性エッチングで、それぞ
れエッチングし、フォトレジストを除去した後に第3の
ポリシリコン層を形成しかつ除去し、その後その周辺に
不純物をドーピングする。この方法により第1のポリシ
リコン層の幅の90%以下の幅を有する第2のポリシリ
コン層が、確実に形成される。
Further, according to the present invention, such a transistor is manufactured by the following method. That is, a first oxide film, a first polysilicon layer, a second oxide film and a second polysilicon layer are sequentially formed on a semiconductor substrate, a gate is patterned with a photoresist, and a second polysilicon film is formed. The layer is isotropically etched, and the second oxide film and the first polysilicon layer are anisotropically etched, respectively, to remove the photoresist and then form and remove the third polysilicon layer. After that, impurities are doped around the periphery. By this method, the second polysilicon layer having a width of 90% or less of the width of the first polysilicon layer is reliably formed.

【0007】[0007]

【実施例】本発明の実施例を以下図1を参照して詳細に
説明する。図1は、本発明によるEPROMメモリ要素
のプロセスフローを示す断面図である。まずシリコンS
i基板を酸化してゲート用の第1の酸化膜1を形成し、
その上にCVDにより第1のポリシリコン層2を形成す
る。さらにその上に同じ方法で第2の酸化膜3と第2の
ポリシリコン層4を形成する。この状態を図1(1)に
示す。その上にフォトレジスト6によりゲートのパター
ニングを行う(図1(2))。次にメモリ部分のエッチ
ングを行うが、この時、第2のポリシリコン層4は等方
性エッチングで行い、かつ第2の酸化膜3と第1のポリ
シリコン層2は異方性エッチングで行う。このエッチン
グ後の状態を図1(3)に示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the process flow of an EPROM memory element according to the present invention. First silicon S
The i-substrate is oxidized to form the first oxide film 1 for the gate,
A first polysilicon layer 2 is formed thereon by CVD. Further thereon, the second oxide film 3 and the second polysilicon layer 4 are formed by the same method. This state is shown in FIG. The gate is patterned by the photoresist 6 thereon (FIG. 1 (2)). Next, the memory portion is etched. At this time, the second polysilicon layer 4 is subjected to isotropic etching, and the second oxide film 3 and the first polysilicon layer 2 are subjected to anisotropic etching. .. The state after this etching is shown in FIG.

【0008】その場合、第2のポリシリコン4のエッチ
ング条件は、SF6 は50sccm、C2 ClF5 は1
00sccm、圧力は100mTorr、RFパワーは
100Wである。また第2の酸化膜3のエッチング条件
は、Arは300sccm、CF4 は100sccm、
CHF3 は50sccm、圧力は1.5Torr、RF
パワーは500Wであり、第1のポリシリコン層2のエ
ッチング条件は、CCl4 は100sccm、O2 は1
0sccm、Heは400sccm、圧力は500mT
orrである。これらの数値は、良好なエッチングのた
めの一例であって、これら値の周辺の値により良好なエ
ッチングが可能であることが確認されている。
In this case, the etching conditions for the second polysilicon 4 are as follows: SF 6 is 50 sccm and C 2 ClF 5 is 1.
The pressure is 00 sccm, the pressure is 100 mTorr, and the RF power is 100 W. The etching conditions for the second oxide film 3 are as follows: Ar is 300 sccm, CF 4 is 100 sccm,
CHF 3 is 50 sccm, pressure is 1.5 Torr, RF
The power is 500 W, and the etching conditions for the first polysilicon layer 2 are 100 sccm for CCl 4 and 1 for O 2.
0sccm, He is 400sccm, pressure is 500mT
orr. These values are an example for good etching, and it has been confirmed that good etching is possible by values around these values.

【0009】その後レジスト6を除去し、周辺トランジ
スタのゲート電極となる第3のポリシリコン層5をCV
Dにより形成すると(図1(4))、カバレッジ良く成
膜できる。そのため第3のポリシリコン層5をエッチン
グ除去した場合(図1の(5))、従来技術におけるよ
うなサイドウォール(図2(4)、(5))が形成され
ることはない。その後メモリ要素の部分のソース及びド
レインの形成のため、+Asを注入しかつドライブする
と、図1(6)に示すようにメモリ要素のトランジスタ
が完成する。この時ソース・ドレイン領域とゲート電極
の間にオフセットは生じず、すなわちゲート電極の幅に
対してチャネル長さが長くなることはないので、良好な
書込み特性が達成される。
After that, the resist 6 is removed, and the third polysilicon layer 5 to be the gate electrode of the peripheral transistor is CV-ed.
When the film is formed by D (FIG. 1 (4)), the film can be formed with good coverage. Therefore, when the third polysilicon layer 5 is removed by etching ((5) in FIG. 1), side walls (FIGS. 2 (4) and (5)) as in the conventional technique are not formed. Then, as + As is injected and driven to form the source and drain of the portion of the memory element, the transistor of the memory element is completed as shown in FIG. 1 (6). At this time, no offset occurs between the source / drain region and the gate electrode, that is, the channel length does not become longer than the width of the gate electrode, so that good write characteristics are achieved.

【0010】[0010]

【発明の効果】本発明による2層ポリシリコンゲートを
有するトランジスタでは、ゲート電極の側面にサイドウ
ォールが形成されないので、ソース・ドレインとゲート
電極の間にオフセットが生じず、従ってチャネルはすべ
てゲートの支配下にあるので、書込み特性が向上し、そ
の上動作速度も上昇する。本発明による2層ポリシリコ
ンゲートを有するトランジスタの製造方法によれば、第
1のポリシリコン層に比べて90%以下の幅を有する第
2のポリシリコン層が確実に形成できる。また第2のポ
リシリコン層は等方性エッチングするため、エッチング
残が発生しにくく、このエッチング残をマスクとし第2
の酸化膜と第1のポリシリコン層にエッチング残が生じ
ることが防止できる。
In the transistor having the two-layer polysilicon gate according to the present invention, since the sidewall is not formed on the side surface of the gate electrode, no offset is generated between the source / drain and the gate electrode, and therefore the channel is entirely the gate. Since it is under the control, the write characteristic is improved and the operation speed is also increased. According to the method of manufacturing a transistor having a two-layer polysilicon gate according to the present invention, the second polysilicon layer having a width of 90% or less as compared with the first polysilicon layer can be reliably formed. Further, since the second polysilicon layer is isotropically etched, an etching residue is unlikely to be generated, and the etching residue is used as a mask for the second polysilicon layer.
It is possible to prevent etching residue from being generated in the oxide film and the first polysilicon layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例によるEPROMメモリ要素
の製造過程を示す断面図である。
1 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing an EPROM memory element according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来技術によるEPROMメモリ要素の製造過
程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an EPROM memory element according to the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1酸化膜 2 第1ポリシリコン層 3 第2酸化膜 4 第2ポリシリコン層 5 第3ポリシリコン層 6 フォトレジスト 7 ソース 8 ドレイン 1 First Oxide Film 2 First Polysilicon Layer 3 Second Oxide Film 4 Second Polysilicon Layer 5 Third Polysilicon Layer 6 Photoresist 7 Source 8 Drain

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第1の酸化膜、第1のポ
リシリコン層、第2の酸化膜及び第2のポリシリコン層
を順に重ねたゲートと、その周辺に不純物をドーピング
して形成したソースとドレインとを有するトランジスタ
において、第2のポリシリコン層の幅が第1のポリシリ
コン層の幅の90%以下であることを特徴とする2層ポ
リシリコンゲートを有するトランジスタ。
1. A gate in which a first oxide film, a first polysilicon layer, a second oxide film, and a second polysilicon layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and an impurity is doped around the gate. A transistor having a two-layer polysilicon gate, wherein the width of the second polysilicon layer is 90% or less of the width of the first polysilicon layer in the transistor having the source and the drain.
【請求項2】 半導体基板上に、第1の酸化膜、第1の
ポリシリコン層、第2の酸化膜及び第2のポリシリコン
層を順に形成し、フォトレジストによりゲートのパター
ニングを行い、第2のポリシリコン層を等方性エッチン
グで、かつ第2の酸化膜と第1のポリシリコン層を異方
性エッチングで、それぞれエッチングし、フォトレジス
トを除去した後に第3のポリシリコン層を形成しかつ除
去し、その後その周辺に不純物をドーピングすることを
特徴とする請求項1記載の2層ポリシリコンゲートを有
するトランジスタの製造方法。
2. A first oxide film, a first polysilicon layer, a second oxide film and a second polysilicon layer are sequentially formed on a semiconductor substrate, and a gate is patterned with a photoresist, The second polysilicon layer is isotropically etched, and the second oxide film and the first polysilicon layer are anisotropically etched, respectively, and the photoresist is removed to form the third polysilicon layer. 2. The method for manufacturing a transistor having a two-layer polysilicon gate according to claim 1, wherein the transistor is removed and removed, and then impurities are doped around the periphery.
【請求項3】 第2のポリシリコン層のエッチング条件
が、SF6 は10〜100sccm、C2 ClF5 は2
0〜100sccm、圧力は50〜500mTorrで
あり、第1のポリシリコン層のエッチング条件が、CC
4 は10〜200sccm、O2 は2〜100scc
m、Heは50〜700sccm、圧力は100〜10
00mTorrであることを特徴とする請求項2記載の
2層ポリシリコンゲートを有するトランジスタの製造方
法。
3. The etching conditions for the second polysilicon layer are as follows: SF 6 is 10 to 100 sccm and C 2 ClF 5 is 2.
0 to 100 sccm, the pressure is 50 to 500 mTorr, and the etching condition of the first polysilicon layer is CC
l 4 is 10 to 200 sccm, O 2 is 2 to 100 sccm
m and He are 50 to 700 sccm, and the pressure is 100 to 10
The method for manufacturing a transistor having a two-layer polysilicon gate according to claim 2, wherein the transistor has a thickness of 00 mTorr.
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