JPH0745729A - 集積デバイスの製造方法 - Google Patents
集積デバイスの製造方法Info
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Abstract
する集積デバイスの製造方法を提供し、これによりDP
CC法の基本原理及び技術的利点を活用する。 【構成】 第1の多結晶シリコン層(10)はトランジスタ
区域から除去されず、トランジスタのゲート領域は短絡
された第1の多結晶シリコン層及び第2の多結晶シリコ
ン層(13)によって形成される。ダイオード(3)は基板(4)
とカソード領域(6)によって形成される。
Description
トランジスタを含み、トンネル酸化物を保護する集積デ
バイスの製造方法に関するものである。
EEPROMに適用できるが、この発明はフラッシュE
EPROMに特に有用である。
の高密度及び低価格と電気的消去性の利点とを組み合せ
る電気的に消去可能でプログラマブルな読み出し専用メ
モリ(EEPROM)であり、携帯用コンピュータのソ
リッドステート・ディスクに積極的に応用するために最
近最も魅力的になってきた不揮発性メモリである。
になってきたが、大抵の製造業者は、普通のEPROM
セルと良く似た構造を持つ2重ポリ(double−poly)単
一トランジスタ・セルを用いる。フラッシュEEPRO
Mメモリ・セルは、ポリシリコン又はポリサイド(ポリ
シリコン及びシリサイド)の制御ゲート領域に容量結合
されたポリシリコンの浮動ゲート領域を有するNMOS
トランジスタを備えている。EEPROMメモリとフラ
ッシュEEPROMメモリの主な相違は浮動ゲート領域
と基板の間の酸化物の厚みにあり、これがフラッシュ・
セルの場合には薄い。
ンネル酸化物の品質に極めて関係が深いことが知られて
おり、この品質はプレ酸化クリーニング及び酸化法自体
に依存するのみならず、ポスト酸化法工程によっても強
く影響される。
ウェーハを光損傷させる工程すなわちイオン注入、プラ
ズマ・エッチング、スパッタリング及びプラズマ増大化
化学的蒸着である。
Mメモリ製造方法は、トンネル酸化物の生長に続いてそ
のような工程を極めて多数有している。
受容されたモデルはいわゆる“アンテナ効果”であり、
これにより電荷は導電層に捕えられてその電位を相当上
昇させることになるかもしれない。この現象を説明する
ため、イオン注入法及びプラズマ法は荷電粒子(電子か
イオン)のウェーハ表面との衝突を含み、従ってシリコ
ン基板から絶縁された導電性ポリシリコン層は荷電粒子
を捕えることによって荷電され得ることに注目された
い。
ならば、これは静電シールドとして働く。事実、電荷は
ウェーハの全面に等しく分布させられ、従って低電界を
生じる。また、イオン注入の場合にはビームが局限され
るので、全電荷密度は低い。加えて、ウェーハを保持す
る金属製グリップは捕えた荷電粒子を少なくとも一部除
去するための放電線として働き得るので、ポリシリコン
の下層の誘電層には少しの危険しかない。
れて“島”すなわちポリシリコン層の残部から電気的に
絶縁され且つゲート領域の場合のように薄い酸化物層に
よって基板から分離された区域を備えているならば、ポ
リシリコン層は集電区域及びその対基板容量すなわち薄
い酸化物の区域に依存する電位まで充電される。もし集
電区域と薄い酸化物の区域との比が望ましくない(高
い)ならば、ゲート領域は薄い酸化物のブレイクダウン
電圧よりも高い電位まで容易に達することができ、従っ
て酸化物が破損することになり、ひいてはデバイスの
“ゼロ・タイム”故障すなわちデバイスの使用前故障に
なるか、或は酸化物自体にトラップが形成されて酸化物
破損になり、これはデバイスの“潜在的な”故障になっ
て信頼性を害う。
用される。事実、幾らかの状況では、制御ゲート領域と
浮動ゲート領域の容量性結合及び制御ゲート領域と浮動
ゲート領域を分離する誘電層に関するトンネル酸化物の
低い誘電抵抗のせいで、トンネル酸化物は、破損し得
る。これが起こる見込みは、制御ゲートを形成するポリ
シリコン・ストリップによって定められた広い集電区域
及び各セルのトンネル酸化物の小さな面積に鑑みて、大
きすぎる。その結果、制御ゲート領域がその結合係数に
よって除算されたトンネル酸化物ブレイクダウン電圧よ
りも高い電位まで充電される場合に、トンネル酸化物は
破壊ないし破損し得る。上述した問題を解決するため
に、本特許出願人によってこの出願と同時に出願された
特許出願「トンネル酸化物を保護する不揮発性EPRO
M,EEPROM又はフラッシュEEPROMメモリ」
には、メモリ・セルの制御ゲート領域と基板の間にダイ
オードを形成することを提案し、このダイオードは、ア
ンテナ効果のせいで制御ゲート領域の電位が動作電位
(プログラミング中)よりも高いが薄いトンネル酸化物
層を破損ないし破壊し得る電位よりも低い臨界レベルに
達する時にターンオンされる。
保護ダイオード3が形成されたシリコン・ウェーハ1の
一部を示す断面図である。図1は、P型基板4に埋め込
まれたP+型チャネル領域5及びN+型カソード領域6
と、種々の部品を分離する厚いフィールド酸化物領域7
と、このフィールド酸化物領域7の下に延びてチャネル
・ストッパを定めるP+型絶縁領域8と、チャネル領域
5の上の薄いトンネル酸化物層9、浮動ゲート領域1
0、多結晶シリコン層間誘電層11、制御ゲート領域1
2(第2の多結晶シリコン層すなわちポリシリコン層1
3及びシリサイド層14によって形成され、従ってポリ
サイド層を形成する)、及び保護パッシベーション酸化
物層15とを示す。図1に示すように、浮動ゲート領域
10を形成する第1の多結晶シリコン層はメモリ・セル
2にのみ設けられるが、第2の多結晶シリコン層13は
ダイオード区域まで延びてカソード領域6と電気的に直
接接触する。このカソード領域6は基板4と共にPNジ
ャンクション従ってダイオード3を形成する。メモリ・
セル2が行及び列に配列され且つ同一行の全てのメモリ
・セルがそれぞれのポリサイド・ストリップすなわち第
2の多結晶シリコン層13及びシリサイド層14によっ
て形成された制御ゲート領域12を提供するので、各ポ
リサイド・ストリップ毎に1個だけのダイオード3が設
けられる。このダイオード3は、シリコン・ウェーハ1
の周辺すなわちそれぞれのポリサイド・ストリップの端
部に在る。
日に出願された別なヨーロッパ特許出願「フラッシュE
EPROMメモリ及びトランジスタを含む集積デバイス
の製造方法」には、信頼性及び所要のマスクの数に関し
て利点を呈するフラッシュEEPROM製造方法が述べ
られている。DPCC(短絡された2重ポリ)として知
られたこの方法によれば、メモリ・セル区域では電気的
に絶縁され且つ浮動ゲート領域、制御ゲート領域を定め
るそれぞれ第1、第2の多結晶シリコン層は、制御回路
トランジスタ区域では短絡されて、トランジスタのゲー
ト領域を形成する(従って、他の周知の方法と違って、
DPCC法では回路区域で第1の多結晶シリコン層を除
去する必要がない)。EPROMメモリ用のこの方法は
米国特許第4,719,184号で保護されている。
ンネル酸化物を保護する不揮発性EPROM,EEPR
OM又はフラッシュEEPROMメモリ」は保護ダイオ
ードを形成するための方法に関する。しかしながら、提
案されたこの方法は、特殊なマスク工程を含み、従って
デバイスの生産費を増大させる。
モリ・セルの薄いトンネル酸化物層を保護する集積デバ
イスの製造方法を提供し、これによりDPCC法の基本
原理及び技術的利点を活用する。
請求の範囲の請求項1記載されたような、不揮発性メモ
リ及びトランジスタを含む集積デバイスの製造方法が提
供される。
いて説明する。図2〜図9について、本特許出願人によ
って1993年11月2日に出願されたヨーロッパ特許
出願「フラッシュEEPROMメモリ及びトランジスタ
を含む集積デバイスの製造方法」に係るDPCC法でま
ず説明する。
P+型絶縁領域すなわちチャネル・ストッパ8(フィー
ルド酸化物領域7が重畳される)を形成することによっ
て作られた中間構造を示す。基板4上にはゲート酸化物
層18が形成されて、活性領域(回路トランジスタ及び
メモリ・セル・アレイが形成される)を覆い、その他の
場所はフィールド酸化物領域7と合同する。上述した全
ての層及び領域は普通の方法におけるように形成され
る。
PMマスク)はボロン・イオンをメモリ・セル2のチャ
ネル領域5へ注入するために形成される。これは、高電
界が存在する場合に基板4のパンチスルーを防止すると
共にプログラミング効率を増大させる。この工程は図2
に示され、EPMマスク19は回路部分全体(図2〜図
9では右側、符号20aで示される。)を覆うが、メモ
リ・セル2が形成されるべき区域(図では左側、符号2
0bで示される。)では窓21が開けられている。図2
の矢印22は、メモリ・セル2の活性区域にP+型領域
5を形成するためのボロン注入を示す。
物層18を化学的エッチングすることによってセル区域
から除去し、図3の中間構造を得る。この時点でEPM
マスク19が外され且つウェーハは清浄にされる。
板4の表面に薄いトンネル酸化物層25が直接生長され
る。なお、酸化パラメータは、薄いトンネル酸化物層2
5に所要の特性、特に厚みが得られるように選択され
る。酸化の結果、回路トランジスタのゲート酸化物18
の厚みも少し増え、図4に破線でゲート酸化物18の元
の厚みを示す。回路区域での合計の酸化物層を符号26
で示す。
POCl3でドープされるか或はイオン注入され、そし
てレジスト・マスク28(図5)を使って整形されるこ
とにより、第1の多結晶シリコン層27は図5に示した
ように回路区域20aの全体を覆い且つセル区域20b
の側では第1の多結晶シリコン層27の露出部分を化学
的エッチングして除去することができる。
層間”誘電)層29が生長され、この場合は3重ONO
(熱酸化物/CVD窒化物/熱酸化物)層から成るが、
図6に示したように単一の酸化物層から成っていても良
い。この誘電層29は、セル区域20bを覆うが回路区
域20aは露出したままにしておくマスク(アレイ・マ
スク)30を使って整形されることにより、図6の中間
構造が得られる。マスク30を除去する前に、ボロン・
イオンが注入されてNチャネル回路トランジスタの閾値
を調節し且つP+型領域32(図7)を形成する。この
工程はまた、Pチャネル・トランジスタ(N型ウェル1
6中)の活性区域の表面ドーピング濃度を低くし、もっ
て閾値を所要値に調節する。
リコン層13が被着される。図7に示すように、回路区
域20aでは第2の多結晶シリコン層13が第1の多結
晶シリコン層27上に直接被着され、合同して単一の多
結晶シリコン層34(明白にするために図面では破線3
3で2つの層に分けられている)を形成する。他方、セ
ル区域20bでは、第2の多結晶シリコン層13は誘電
層29によって第1の多結晶シリコン層27から分離さ
れている。第2の多結晶シリコン層13はPOCl3で
ドープされ、そしてシリサイド層14例えばタングステ
ンのシリサイドWSi2は化学的に蒸着されて図7の中
間構造になる。
図8)が形成されて回路トランジスタのゲート領域及び
セルの制御ゲート領域を整形する。そして多結晶シリコ
ン(メモリ・セル用には13及びトランジスタ用には3
4)の露出部分及び酸化物層(セル用には29及びトラ
ンジスタ用には26)は、セル区域20bでは第1の多
結晶シリコン層27まで且つ回路区域20aでは基板4
の大きな表面38まで化学的にエッチングされ、図8の
中間構造になる。
9、図9)がマスク37上に被着されて回路区域20a
の全体だけを覆う。マスク37又は39によって覆われ
ない第1の多結晶シリコン層27の部分は化学的にエッ
チングされる(浮動ゲート領域及び制御ゲート領域と自
己アライメントするため)。マスク37及び39を除去
する前に、ひ素が図9の矢印40で示したように注入さ
れ、メモリ・アレイ・セルの活性区域にN型ドレイン領
域及びソース領域41を形成し且つ図9の中間構造によ
って示されたように浮動ゲート領域及び制御ゲート領域
と自己アライメントする。
領域及びドレイン領域、部品保護層、並びに接続を形成
するための普通のCMOS法による。
オード3を作るためのこの発明に係る方法の一実施例を
図10〜図16について説明する。この発明に係る方法
が普通の方法を少し変更するだけなので、図2〜図9の
中間構造は図2〜図9について既に説明したものと同じ
である。従って、以下の説明において、図10〜図16
は図2〜図8の線X−X沿いの中間構造の断面図を示
す。簡単化のため、図2〜図8と図10〜図16に共通
の部品は同一符号を使って示し、図10〜図16の各中
間構造に対し図2〜図9に示したようにシリコン・ウェ
ーハ1を区分することによって作られた対応構造を示
す。
した通りであり、図10に示した中間構造を作る。これ
は図2の中間構造と全く同じである。
ド酸化物領域7と、P+型絶縁領域8と、ゲート酸化物
層18とを示す。フィールド酸化物領域7及びP+型絶
縁領域8はダイオード3が形成されるべき活性区域3a
を横方向に定めるので、マスクは整形されなければなら
ない。図10はまた、セル区域20bの上に窓21を有
し且つダイオードが形成されるべき区域20cを覆うE
PMマスク19を提供する。P+型チャネル領域5を形
成するためにEPMマスク19を使って注入(矢印2
2)が行われる。こうすることによってダイオード区域
を注入からさえぎるが、こうしないとダイオードのブレ
イクダウン電圧があまりにも低くなってしまう。
シールドされない)はエッチングされて図11の中間構
造になり、ゲート酸化物層18はセル区域20bからだ
け除去されそしてダイオード区域20cでは残ってい
る。図11の構造は図3の構造に対応する。
を清浄し、そして上述したように薄い酸化物層25を生
長させる。ダイオード区域20c上の酸化物の厚みは破
線で示したように少し増すので、ダイオード区域20c
における活性区域3aは合計酸化物層26を呈し、図1
2に示す構造になり、これは図4の構造に対応する。
れ、POCl3でドープされるかイオン注入され、そし
て整形される。このため、トランジスタ区域及びセル区
域に対してレジスト・マスク28と同じレジスト・マス
ク28’が使用されるが、ダイオード区域20cでは多
数の窓(図13に示すように形成されるべき各ダイオー
ド毎に1個)が開けられる。後続の化学的エッチングに
よりセル区域20bの側のみならずダイオード区域20
cの活性区域3aでも第1の多結晶シリコン層27の露
出部分を除去し、図13に示した中間構造を得るが、こ
れは図5に相当する。
単一層として図示される誘電層11が生長され、ダイオ
ード区域20cが露出されたまま残ることを除けば、図
6のアレイ・マスク30と同じアレイ・マスク30’を
使って整形される。露出した酸化物層を化学的にエッチ
ングすることによりダイオード区域20cの活性区域3
a上の誘電層11及び合計酸化物26は除去され且つト
ランジスタ区域20a上の誘電層11も除去されて図1
4の中間構造になり、これは図6の中間構造に対応す
る。
オンを注入してNチャネル回路トランジスタの閾値を調
節し、アレイ・マスク30’を除去し、そして第2の多
結晶シリコン層13を被着する。図15に示したよう
に、活性区域3aのダイオード区域20cでは、第2の
多結晶シリコン層13は基板4の大きな表面38に直接
被着されるが、図7について説明したように、セル区域
20bでは、第2の多結晶シリコン層13は誘電層11
によって第1の多結晶シリコン層27から分離され、そ
してトランジスタ区域20aでは、第1の多結晶シリコ
ン層27に直接被着されて単一の多結晶シリコン層34
を形成する(図15にも部分的に示すように)。第2の
多結晶シリコン層13は、図15に矢印で示すようにP
OCl3でドープされる。ダイオード区域20cの活性
区域3cが(トランジスタ区域20aでのように)ゲー
ト酸化物でシールドされていないので、ドーピング・イ
オンの一部は基板4の内側に侵入し且つ大きな表面38
の近くに蓄積し、このようにしてダイオード(その1個
が図15に示されている)のカソード領域6を形成す
る。図15の中間構造に対応する構造は図2〜図9には
無い。
リサイドWSi2が次に化学的に蒸着され、そして第2
の多結晶シリコン層用マスク37が図8について説明し
たように被着されて回路トランジスタのゲート領域及び
セルの制御ゲート領域を整形し、もって図16に示した
中間構造を作る。これは図8の中間構造に対応する。第
2の多結晶シリコン層用マスク37はダイオード区域2
0cの全体を覆い、そのため後続のエッチングで影響さ
れない。
ジスタ保護マスク39(これはダイオード区域20cで
はマスク37の上に形成されても良いし或は形成されな
くても良い)を形成すること、浮動ゲート領域の自己ア
ライメントされた化学的エッチングを行うこと、セルの
ドレイン領域及びソース領域を形成するためにひ素を注
入すること、回路トランジスタのソース領域及びドレイ
ン領域を形成すること、並びに部品保護層および接続を
形成することを含む。
物を保護する不揮発性EPROM,EEPROM又はフ
ラッシュEEPROMメモリ」に述べたように、ダイオ
ードは各セルの制御ゲート領域が、トンネル酸化物を破
損し得る電位に達するのを防止する。そのような電位に
達する前に、事実、ダイオードは導通して過剰な電荷を
放電させる。こうしないと、基板の電位が上昇してしま
う。従って、過剰な電荷の放電は、制御ゲート領域の最
高電位を安全な値に維持する。シリサイド層と共に制御
ゲート領域12を形成する第2の多結晶シリコン層を整
形する前にダイオードが形成されるので、多結晶シリコ
ン層の電位を上昇させ得る重要な工程が行われる前にダ
イオードは動作する。
EEPROMメモリ・セルのトンネル酸化物を保護する
ダイオードは周知のDPCC法を使い、マスクの形状だ
けを変更して形成される。従って、この発明の方法は、
既知の信頼できる電気特性のメモリを作るために、DP
CC法の利点、特にその経験及びノウハウを充分に活用
する。
殊なマスキング工程を要することなく保護ダイオードを
作るので、フラッシュEEPROMメモリと事実上価格
が変わらない。
囲から逸脱することなく、ここに例示して説明したよう
な方法に種々の変更を加えることができる。特に、ここ
に説明した方法は、使用した誘電層(ONO又は単一酸
化物層)又は制御ゲート領域の材料(ポリシリコン又は
ポリサイドすなわちポリシリコン及びシリサイド)のタ
イプとは無関係である。
ダイオードを集積するデバイスの一部の断面図である。
ンジスタを含み集積されるデバイスを製造するために、
DPCC法を利用する第1段階での断面図である。
階での断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 大きな表面(38)を有し且つメモリ・セル
が形成されるべきセル区域(20b)及び回路トランジスタ
が形成されるべきトランジスタ区域(20a)を定める基板
(4)から不揮発性メモリ及びトランジスタを含む集積デ
バイスの製造方法において、 前記基板(4)の大きな表面(38)の所定部分にフィールド
酸化物領域(7)を生長させる工程と、 前記トランジスタ区域(20a)にて、前記基板(4)の大きな
表面(38)にゲート酸化物層(26)を形成する工程と、 前記セル区域(20b)にて、前記基板(4)の大きな表面に薄
いトンネル酸化物層(25)を形成する工程と、 第1の多結晶シリコン層(27)を被着する工程と、 前記セル区域(20b)及び前記トランジスタ区域(20a)の両
側にて、前記第1の多結晶シリコン層(27)の一部を選択
的に除去する工程と、 誘電材料の層(11)を被着する工程と、 前記誘電材料層(11)を前記トランジスタ区域(20a)から
除去する工程と、 第2の多結晶シリコン層(13)を被着する工程と、 マスキングして、前記セル区域(20b)の両側では前記第
2の多結晶シリコン層(13)及びその下層の前記誘電材料
層(11)を、そして前記トランジスタ区域(20a)の両側で
は前記第2の多結晶シリコン層(13)及び前記第1の多結
晶シリコン層(27)並びに前記ゲート酸化物層(26)を選択
的に除去して前記セル(2)の制御ゲート領域(12)及び前
記回路トランジスタのゲート領域を整形する工程と、 同一のマスクを使い、前記セル区域(20b)の両側では前
記第1の多結晶シリコン層(27)及び前記薄いトンネル酸
化物層(25)を選択的に除去して前記セル(2)の浮動ゲー
ト領域(10)を整形する工程と、 を含み、 マスキングして、前記第2の多結晶シリコン層(13)及び
前記誘電材料層(11)を選択的に除去する前記工程の前
に、前記薄いトンネル酸化物層(25)を保護し且つ前記第
2の多結晶シリコン層(13)を前記基板(4)へ接続するダ
イオード(3)を形成する工程が行われる、 ことを特徴とする集積デバイスの製造方法。 - 【請求項2】 前記フィールド酸化物領域(7)を生長さ
せる前記工程は、前記ダイオード(3)が形成されるべき
区域のまわりに他のフィールド酸化物領域を生長させる
ことであり、これが前記基板(4)中で且つ前記他のフィ
ールド酸化物領域の下に絶縁領域(8)を形成する工程で
あることを特徴とする請求項1の集積デバイスの製造方
法。 - 【請求項3】 前記ゲート酸化物層(26)を形成する前記
工程及び前記トンネル酸化物層(25)を形成する前記工程
の前に、前記セル区域(20b)にチャネル領域(5)を形成す
る工程を行う請求項1又は2の集積デバイスの製造方法
において、 前記チャネル領域(5)を形成する前記工程の前に、前記
ダイオード(3)が形成されるべきダイオード区域(20c)に
おける前記基板(4)をマスキングする工程を行うことを
特徴とする集積デバイスの製造方法。 - 【請求項4】 前記第1の多結晶シリコン層(27)の一部
を選択的に除去する前記工程は、前記ダイオード(3)が
形成されるべき前記基板(4)の前記ダイオード区域(20c)
から前記第1の多結晶シリコン層(27)の他の部分を除去
することを含む請求項1ないし3のいずれかの集積デバ
イスの製造方法。 - 【請求項5】 前記誘電材料層(11)を除去する前記工程
は、前記ダイオード(3)が形成されるべき前記基板(4)の
前記ダイオード区域(20c)から前記誘電材料層(11)の他
の部分を除去することを含む請求項1ないし4のいずれ
かの集積デバイスの製造方法。 - 【請求項6】 前記ゲート酸化物層(26)を形成する前記
工程が、前記基板(4)の大きな表面(38)の全体にゲート
酸化物層(26)を生長させる工程、及び前記セル区域(20
b)から前記ゲート酸化物層(26)の一部を選択的に除去す
る工程を含む請求項5の集積デバイスの製造方法におい
て、 前記誘電材料層(11)の他の部分を除去する前記工程に続
き、前記ゲート酸化物層(26)の他の部分が前記ダイオー
ド区域(20c)の活性区域(3a)から除去され、そして前記
第2の多結晶シリコン層(13)を被着する前記工程は、前
記ダイオード区域(20c)の前記活性区域にて前記基板(4)
に前記第2の多結晶シリコン層(13)を直接被着すること
を含むのを特徴とする集積デバイスの製造方法。 - 【請求項7】 所定導電型のイオンをドーピングする工
程を前記第2の多結晶シリコン層(13)が受ける請求項6
の集積デバイスの製造方法において、前記ドーピング工
程の途中で、前記ドーピング・イオンが前記ダイオード
区域(20c)の前記活性区域(3c)に侵入し且つ前記導電型
の領域(6)を形成して前記基板(4)と共にPNジャンクシ
ョンを定めることを特徴とする集積デバイスの製造方
法。 - 【請求項8】 マスキングして、前記第2の多結晶シリ
コン層(13)を選択的に除去する前記工程は、前記第2の
多結晶シリコン層(13)によって形成され且つ前記制御ゲ
ート領域(12)を前記ダイオード区域(20c)に直接接続す
る行を形成することを含むのを特徴とする請求項7の集
積デバイスの製造方法。
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