JPH0687465B2 - 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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JPH0687465B2
JPH0687465B2 JP63092724A JP9272488A JPH0687465B2 JP H0687465 B2 JPH0687465 B2 JP H0687465B2 JP 63092724 A JP63092724 A JP 63092724A JP 9272488 A JP9272488 A JP 9272488A JP H0687465 B2 JPH0687465 B2 JP H0687465B2
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film
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勝則 石原
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置の製造方法に関するもので、特に積
層構造の電極又は電極配線を有する半導体装置に使用さ
れるものである。
(従来の技術) 近年、半導体基板主面の絶縁膜上に第1の多結晶シリコ
ン膜が形成され、前記第1の多結晶シリコン膜上に絶縁
膜を介して第2の多結晶シリコン膜が形成される、積層
構造の多結晶シリコン膜を電極又は電極配線として利用
する半導体装置がよく用いられている。そこで、このよ
うな半導体装置としてEPROMを例にとりあげ、その製造
方法について第3図(a),(b)を参照して以下説明
する。
まず、p-型シリコン基板31の表面に、周知の技術により
フィールド酸化膜32を形成し、前記フィールド酸化膜32
により囲まれた素子領域上に、熱酸化により厚さ500Å
程度の第1の熱酸化膜33を形成する。次に、厚さ1000Å
程度の第1の多結晶シリコン膜34をLPCVD法により全面
に堆積形成し、続いてリン(P)を熱拡散によりドープ
する。次に、約1000℃にて熱酸化を行い、前記多結晶シ
リコン膜34上に厚さ500Å程度の第2の熱酸化膜35を形
成し、さらに前記第2の熱酸化膜35上には第2の多結晶
シリコン膜36を堆積形成する((a)図参照)。次に、
写真蝕刻法により前記第2の多結晶シリコン膜36、第2
の熱酸化膜35、第1の多結晶シリコン膜34及び第1の熱
酸化膜33を順次エッチングして、それぞれコトンロール
ゲート36′、第2のゲート酸化膜35′、フローティング
ゲート34′及び第1のゲート酸化膜33′を形成する。次
に、これら積層膜をマスクとしてn型不純物をイオン注
入した後、アニールを行なってn+型ドレイン領域37及び
n+型ソース領域38を形成し、さらに熱酸化膜39を全面に
形成する。次に、前記熱酸化膜39上にパッシベーション
膜(たとえばPSG膜)40を堆積形成した後、所望の領域
にコンタクトホールを設ける。そして、全面にAl−Si膜
を堆積形成した後、パターニングしてドレイン電極41、
及びソース電極42を形成し、EPROMを完成する。
このように形成されたEPROMは、セルトランジスタのn+
型ドレイン領域37とコントロールゲート38′とに正の高
電圧を印加して、フローティングゲート34′に電子を注
入し、情報の書き込みを行なうデバイスである。よっ
て、この注入電子は長期間に渡って蓄積される必要があ
る。しかしながら、通常時に何らかの偶発的な原因でコ
ントロールゲート36′に正の高電圧が印加されると、フ
ローティングゲート34′に蓄積されていた注入電子が第
2のゲート酸化膜35′を経てコントロールゲート36′に
吸収され、情報が消去されてしまうことがある。この現
象は、第2のゲート酸化膜35′のリーク電流が大きいこ
とに起因している。前記リーク電流は、前記第2のゲー
ト酸化膜35′下のフローティングゲート34′に不純物拡
散を行った後、表面に形成される凹凸に原因があること
が知られている。これに対して、前記フローティングゲ
ート34′にin−situ doped poly Si(不純物をその場ド
ーピングした多結晶シリコン膜)を利用するとこの問題
はさけられる。しかし、これを利用すると第1のゲート
酸化膜33′の耐圧が低圧することが報告されている(J.
Electrehem, Soc, Vol.134,1987,698,Derv Flowersに
記載)。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来の半導体装置の製造方法では、電極又
は電極配線表面の凹凸が問題であった。この凹凸を減ら
すため、前記電極又は電極配線をin−situ doped poly
Siにより形成すると前記電極又は電極配線直下の絶縁膜
の耐圧が低下する欠点があった。
よって、本発明の目的は、電極又は電極配線をin−situ
doped poly Siにより形成して前記電極又は電極配線上
の絶縁膜の耐圧を向上させるとともに、前記電極又は電
極配線下の絶縁膜の耐圧を低下させることのない半導体
装置の製造方法を提供することである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段とその作用) 上記目的を達成するために本発明の半導体装置の製造方
法は、半導体基板主面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜
上に非単結晶シリコン膜を形成する。続けて不活性ガス
中でアニールを行い前記非単結晶シリコン膜を多結晶シ
リコン膜にする。さらに続けて前記多結晶シリコン膜上
に不純物を含んだ非単結晶シリコン膜を形成している。
また、半導体基板主面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜
上に非単結晶シリコン膜を形成する。続けて0.1Torr以
下の真空中でアニールを行い前記非単結晶シリコン膜を
多結晶シリコン膜にする。さらに続けて前記多結晶シリ
コン膜上に不純物を含んだ非単結晶シリコン膜を形成し
てもよい。
このような半導体装置の製造方法によれば、非単結晶シ
リコン膜に不活性ガス中又は0.1Torr以下の真空中でア
ニールを施して、前記非単結晶シリコン膜を結晶の粒径
が大きく粒界の数も少ない多結晶シリコン膜に変換して
いるので、前記多結晶シリコン膜上に不純物を含んだ非
単結晶シリコン膜を形成しても、前記多結晶シリコン膜
下の絶縁膜に不純物が拡散するのを緩和でき、前記絶縁
膜の耐圧の低下を防ぐことができる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第1図は、本発明の半導体装置の製造方法をEPROMのゲ
ート部分に適用したものである。
まず、シリコン基板1の主面に熱酸化により厚さ500Å
程度の第1のゲート酸化膜(絶縁膜)2を形成する。次
に、LPCVD装置を用い、反応温度400〜600℃でSiH4(シ
ラン)ガスを熱分解し、前記ゲート酸化膜2上に非単結
晶シリコン膜3を少なくとも30Åの厚さで堆積形成す
る。なお、反応温度600℃以下では、Si原子の結晶化が
殆んど進行しないことから、大部分が非晶質のシリコン
膜が形成される。また、前記非単結晶シリコン膜3の形
成において、同時にPH3ガスを混ぜることにより濃度1
×1020cm-3以下のリン(P)をドープしても良い。続い
て、前記基板1を外気にさらすことなく、炉の温度を90
0℃程度に上げた後、不活性ガス(たとえばArガス)中
で約30分アニールを行い、前記非単結晶シリコン膜3に
結晶粒を生じさせて結晶化する。この結晶は、600℃以
上の炉内で行なうことにより多結晶シリコン膜3とな
る。さらに、前記基板1を外気にさらすことなく、PH3
とSiH4の混合ガス中において、LPCVD法により反応温度
約700℃で濃度1×1020cm-3以上のリンがドープされた
多結晶シリコン膜(非単結晶シリコン膜)4を厚さ1000
Å程度になるように形成する(in−situ doped poly S
i)。なお、下地へのリンの拡散は、結晶の粒径が大き
く粒界の数も少ない前記多結晶シリコン膜3が緩和して
いる。次に、約1000℃で前記多結晶シリコン膜4を熱酸
化し、厚さ500Å程度の第2のゲート酸化膜5を形成す
る。次に、前記ゲート酸化膜5上に面抵抗約20Ωの多結
晶シリコン膜6を厚さ3500Å程度に堆積形成する。次
に、写真蝕刻法により、前記多結晶シリコン膜6、第2
のゲート酸化膜5、多結晶シリコン膜4及び多結晶シリ
コン膜3を順次エッチングする。なお、前記多結晶シリ
コン膜6はコントロールゲートとなり、前記多結晶シリ
コン膜3,4でフローティングゲートが構成される。
ところで、上記実施例では非単結晶シリコン膜3を形成
した後、続けて不活性ガス中でアニールを行っている
が、これに変えて0.1Torr以下の真空中でアニールを行
っても、結晶の粒径が大きく粒界の数も少ない多結晶シ
リコン膜が形成できる。
次に、このように形成されるEPROMと従来の製造方法に
より形成されるEPROMについて、ゲート酸化膜の耐圧と
フローティングゲート中のリン濃度との関係を示したの
が第2図(a),(b)である。(a)図はフローティ
ングゲート下のゲート酸化膜(第1のゲート酸化膜)の
耐圧とフローティングゲート中のリン濃度の関係を示し
ている。(b)図はフローティングゲート上のゲート酸
化膜(第2のゲート酸化膜)の耐圧とフローティングゲ
ート中のリン濃度の関係を示している。なお、従来例1
はフローティングゲート中へのリンの導入を熱拡散によ
り行なった場合であり、従来例2はフローティングゲー
ト中へのリンの導入をin−situ doped poly Siを利用す
ることにより行なった場合である。図示するように、本
発明の製造方法によれば、第1のゲート酸化膜と第2の
ゲート酸化膜のどちらの耐圧もフローティングゲート中
のリン濃度によらず良好であることがわかる。
なお、本発明は上記実施例に示したEPROMに限らず、積
層構造の電極又は電極配線を有する半導体装置に対して
有効である。
[発明の効果] 以上、説明したように本発明によれば次のような効果を
奏する。
電極又は電極配線をin−situ doped poly Siにより形成
しているので前記電極又は電極配線上の絶縁膜の耐圧を
向上させることができる。それとともに、前記電極又は
電極配線の形成において、まず非単結晶シリコン膜を不
活性ガス中又は0.1Torr以下の真空中でアニールするこ
とによりできる、結晶の粒径が大きく粒界の数も少ない
多結晶シリコン膜を不純物拡散防止用として形成してい
るので、前記電極又は電極配線下の絶縁膜の耐圧も同時
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる半導体装置の製造方
法について説明するための断面図、第2図は本発明及び
従来の半導体装置の製造方法により形成されたEPROMの
ゲート酸化膜の耐圧とフローティングゲート中のリン濃
度の関係を説明するうための図。第3図は従来の半導体
装置の製造方法について説明するための断面図である。 2…ゲート酸化膜(絶縁膜)、3…非単結晶シリコン膜
(アニール後は多結晶シリコン膜)、4…多結晶シリコ
ン膜(非単結晶シリコン膜)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 29/788 29/792 9054−4M H01L 29/78 301 Y

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板主面上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を形成する工程
    と、不活性ガス中でアニールを行い前記非単結晶シリコ
    ン膜を多結晶シリコン膜に変換する工程と、前記多結晶
    シリコン膜上に不純物を含んだ非単結晶シリコン膜を形
    成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板主面上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を形成する工程
    と、0.1Torr以下の真空中でアニールを行い前記非単結
    晶シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する工程と、前
    記多結晶シリコン膜上に不純物を含んだ非単結晶シリコ
    ン膜を形成する工程とを具備することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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