JPS61264740A - 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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JPS61264740A
JPS61264740A JP60105964A JP10596485A JPS61264740A JP S61264740 A JPS61264740 A JP S61264740A JP 60105964 A JP60105964 A JP 60105964A JP 10596485 A JP10596485 A JP 10596485A JP S61264740 A JPS61264740 A JP S61264740A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
layer
etching
layer polysilicon
gate oxide
Prior art date
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Application number
JP60105964A
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English (en)
Inventor
Takatoshi Ushigoe
牛越 貴俊
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にN−MO
Sのゲート電極の2層ポリシリコン構造における1層目
、及び2層目ポリシリコン電極の形成方法に係る。
〔従来の技術〕
LSIメモリーにおいて、ゲート電極の2層ポリシリコ
ン構造はDRAM、SRAM、及びEPROM等で幅広
く利用されている。しかしながら、従来、1層目ポリシ
リコン電極と2層目ポリシリコン電極間の耐圧が十分と
れなかつfc)、また2層目ポリシリコン電極での面内
ショートが発生する等、技術上いろいろ問題があった。
第2図は、従来の2層ポリシリコン構造のゲート電極形
成方法を示したものであシ、以下順を追って各構成要素
の形成方法を述べる。まず同図(a)において、シング
ルシリコン基板1上に熱的酸化によシ第1ゲート酸化膜
(SiOl)2を200λ程度形成する。そして、第1
ゲート電極用のポリシリコン層を周知のLPGVD技術
によp 4oooA程度形成し、次に周知の拡散技術に
よりリンのドーピングを行ない、第1ゲート電極(1層
目ボリシリコン電極)3とする。
次に同図(b)の如く周知のホトリソ技術によ、91層
目ポリシリコン電極3のバターニングを行なうが、この
時のレジスト4の厚みは1部程度である。
そして同図(e)の如く上記レジスト4をマスクとして
1層目ポリシリコン電極3をエツチングする。
このエツチング技術は、パターンの寸法精度を向上させ
るために、プラズマRIEによる異方性エツチングとし
、この為1層目ポリシリコン電極3は垂直にエツチング
される(A部)。更に同図(d)の如くレジスト4を除
去した後、第1ゲート酸化膜2を、1層目ポリシリコン
電極3をマスクとして、エツチング技術によシエッチン
グする。次いで同図(d)において、熱的酸化により1
層目ポリシリコン電極3、及びシングルシリコン基板l
上に第2ゲート酸化膜(SiO,) 5 、5’を、夫
々1200^、及びaooA程度形成する。この時、垂
直にエツチングされている1層目ポリシリコン電極3、
及び熱的酸化でその上に形成される第2ゲート酸化膜5
においては、熱的ストレスによる内部歪等の影響で、そ
れらの周縁部が盛シ上ったシ(B部〕、更に第2ゲート
酸化膜5が第1ゲート酸化膜近傍で異常に薄くなったシ
する(ビ部)傾向がある。
また同図(f)において、第2ゲート酸化膜5,5′上
に第2ゲート電極用ポリシリコン層6をLPCVD法に
よ、j93000λ程度形成し、次にリンの拡散を行な
い第2ゲート電極(2層目ポリシリコン電極)6とする
。この時、同図(e)に示されるB 、 B’部の形状
等の影響によシ、2層目ポリシリコン電極6の端部がオ
ーバーハング状となって形成される(0部)。次に、同
図(2))のようにレジスト7t″1μ厚程度コーティ
ングし、ホトリソ技術によシ第2ゲート電極6のバター
ニングを行なう。そして同図(h)における2層目ポリ
シリコン電極6のエツチングは、寸法精度が要求される
ため、前述の1層目ポリシリコン電極3の場合と同様プ
ラズマRIEによる異方性エツチングでエツチングされ
る。
エツチング後、レジスト7が除去される。なお、この時
垂直方向にエツチングされるという異方性エツチングの
特性によ如、同図(f)の0部のようなオーバーハング
形状の部分をエツチングすると、同図缶)のD部に示さ
れるように、2層目ポリシリコンロが一部エッチングさ
れずに残ってしまう事がある。
これまで、ゲート電極の2層ポリシリコン構造における
このような欠点の解決策として、第2ゲート酸化膜形成
の温度条件や2層目ポリシリコン電極のエツチング条件
を変える手段も採られているが、初期特性は満たされる
反面その歩留シ上等、技術的に十分満足出来るものは得
られなかった(′84イージーニスアゲストラクト(’
84EC8Abstract Nu 469 、 P、
 675〜676 ) )。
〔発明が解決しようとする問題点〕
v上のように、従来の半導体装置の製造方法においては
、2層目ポリシリコン電極端部が、第2図(f)の0部
に示されるようなオーバーハング形状となるため、同図
(e)のB 、 B’部における1層目ポリシリコン電
極と2層目ポリシリコン電極間の耐圧が十分とれなくな
るという問題があった。また、第Φ)図に示されるよう
に、エツチングに際して2層目ポリシリコンの残渣が生
じ、これが電極間に介在する事によって(D部)、面内
リークや面内ショートが多発するという他の問題も免か
れない(第2図)。
この発明は、上述の1層目ポリシリコン電極と2層目ポ
リシリコン電極間の耐圧不良と、エツチングにおける2
層目ポリシリコンの残渣によ多発生する面内ショート等
の問題を解決し、ゲート電極2層ポリシリコン構造のN
−MO8集積回路の特性、並びに歩留シの向上を図る事
を目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
この発明に係る2層ポリシリコン構造のゲート電極を有
する半導体装置の製造方法は、少なくとも1層目ポリシ
リコン電極を膜厚の増加に従い、ドープするリンの濃度
を高めるようにして形成する工程と、該ポリシリコン電
極の端部にテーバ−を付けてエツチングする工程と、1
層目ポリシリコン電極のエツチングの後、第2ゲート酸
化膜を形成する工程と、そして少なくとも1層目ポリシ
リコン電極にアニールを施こす工程から成るものである
〔作用〕
この発明においては、少なくとも1層目ポリシリコン電
極を、膜厚の増加に従いドープするリンの濃度を扁める
ようにして形成した後、この電極端部にテーパーエッチ
を施こすので、テーパ一部のマスク効果から第1ゲート
酸化膜を高い寸法精度でエツチングする事が出来る。ま
た、熱的酸化等によシ第2ゲート酸化膜を形成する際、
主にテーパー形状効果と膜厚方向のリンの濃度差効果か
ら熱的ストレスが緩和されるので、上記酸化膜はテーパ
一部に沿って均一に形成され、また前記電極上部におい
ては、ドーピングされるリン濃度が高い事と相まって、
膜厚を厚く均一に形成出来る。
従って、第2ゲート酸化展はオーバーハング状となる事
なく、表面が滑らかに形成されるので、2層目ポリシリ
コン電極のエツチングにおいては、従来問題とされてき
たポリシリコン残渣は皆無となる。また更に、少なくと
も1層目ポリシリコン電極にアニール処理を施こす事に
よシ、ゲート電極中のリン濃度が均一化され、よって導
電率が均一になると共に、熱的ストレスが緩和される。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図にょシ説明する。まず
同図(a)において、第1ゲート酸化膜(SiO,)2
の形成は従来方法によシ行なう。次に、第1ゲート電極
用ポリシリコン層3の形成は従来方法と異なシ、S i
’Ha −PHs −Nt系でリンを拡散させながら、
LPCVD法によシ行なった。ここで、LPCVD法に
おいては、WJlゲート電極用ポリシリコン層3の膜厚
によシ、PHaの流量を変化させることとした。即ち、
1500λ迄はリン濃度を2×lθも13 とし、25
00λ遣は4 X 102°cIn−”、そして350
0λ迄は5.5 X 10”°備−3とじ膜厚の増加に
伴ない、PHs流量を増加させるようにした。上記の形
成方法によると、従来方法のリン拡散工程は省略出来る
。次に、同図(b)のように従来方法と同様レジスト4
をパターニングする。そして同図(e)に示すように、
第1ゲート電極用のポリシリコン層3をプラズマRIE
で異方性エラチンブレ、第1ゲート電極(1層目ポリシ
リコン電極)3として形成する。この時、異方性エツチ
ングであっても、プラズマ反応によりリン濃度の高い層
部は1.横方向にもエツチングされることとなる。従っ
て、上記のように膜厚によシリン濃度を変化させておく
と、1層目ポリシリコン電極3は端部がテーパーエッチ
され、E部に示すように傾斜を持って形成される。次に
同図(d)で、レジスト4を除去した後、1層目ポリシ
リコン電極3をマスクとして、第1ゲート酸化膜2の不
要部分をエツチングする。なお、このエツチングの時、
1層目ポリシリコン電極3のテーパ一部がマスクとして
作用するため、第1ゲート酸化膜3の寸法精度は従来方
法によるものと変わらない。
さらに同図(e)において、熱的酸化によシ第2ゲート
酸化M (Sin、) 5 、5’を形成するが、この
時1層目ポリシリコン電極3は、層方向においてリンの
濃度差を有するため熱的ストレスが緩和され、テーパ一
部に形成される第2ゲート酸化膜5には内部歪等による
クビレは生ぜず、均一となる(2部)。なお、1層目ポ
リシリコン電極3の上層部は、前述のようにリン濃度が
高いため、熱的酸化時においては酸化速度が約2倍とな
り、この電極上部に形成される第2ゲート酸化膜5の膜
厚は、従来方法に比べ約2倍(2400^)となった。
また本実施例では、第2ゲート酸化膜5,5′形成後、
1層目ポリシリコン′電極3の層内のリン濃度を均一化
し、導電率を均一にするため、N、雰囲気中、1ooo
℃の条件でアニールを行なった。従って、第2ゲート電
極用のポリシリコン層6は、従来方法と同様のLPCV
D法を用いても、同図(f)に示すように第2ゲート酸
化膜5,5′に沿って、オーバーハングを生ずる事なく
形成される。そして、従来方法と同様に、レジスト7を
コーティングし、第2ゲート電極(2層目ポリシリコン
電極)6のパターニングを行ない(同図(g) ) 、
次に異方性エツチング技術によシ、2層目ポリシリコン
電極6を寸法精度良く形成し、その後レジスト7を除去
する。
なお、本実施例では同図(f)に示す工程において、第
2ゲート電極用のポリシリコン層6の形成を従来方法と
同様にして行なったが、このポリシリコン層を、同図(
a)に示す第1ゲート電極用ポリシリコン層3の形成方
法と同様に、膜厚を増加するに従い、ドーピングするリ
ン濃度を高める方法で形成するようにしても良い。この
方法によれば、プラズマRIEの異方性エツチングをす
る際、2層目ポリシリコン電極6の端部は、1層目ポリ
シリコン電極3と同様テーパーエッチされ、従ってアル
ミ等の配線パターンや、パッシベーションにおける電極
保護層の形成が容易となる。
また、熱アニール[2層目ポリシリコン電極3を上記の
方法で形成した後に施こすことの出来る事は勿論、各ゲ
ート電極のエツチング後、その都度熱アニール以外の例
えばレーザアニールを施こす事も出来る。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおシ、少なくとも1層目ポリ
シリコン電極はその形成方法において、膜厚の増加に従
いドープするリンの濃度を高める工程と、上記電極端部
をテーパーエッチする工程を含むため、得られるテーパ
一部の′マスク効果から上記第1ゲート電極酸化膜は高
い寸法精度でエツチングされ、また熱的酸化によシ前記
1層目ポリシリコン電極上に第2ゲート酸化膜を形成す
る工程においては、主にテーパー形状効果、並びに膜厚
方向のリンの濃度差による効果から、熱的ストレスが緩
和され、該酸化膜厚は前記テーパ一部に沿っては均一に
形成され、また前記電極上部においては前記ドーピング
されるリン濃度が高い事と相まって膜厚を厚く均一に形
成出来る。従って、クビレの発生等の抑制と相まって1
層目と2層目ポリシリコン電極間の耐圧が大幅に向上さ
れ、しかも層間の寄生容量が抑制される事から遅延時間
が短縮され装置回路としてのスピードアップが図れると
いう効果を有する。
ま次、2層目ポリシリコン電極はオーバーハングもなく
形成されるため、エツチングの時、前記第2ゲート酸化
膜の側壁部におけるポリシリコンの残渣は皆無となる。
従って、面内リークや面内ショートの発生を防止出来る
という効果も有する。
また更に、リン濃度均一化のためのアニール工程を含む
事によって、前記熱ストレスが緩和されるという効果も
確認された。
そして本発明は、従来方法に比ベニ種数を増やす事な〈
実施出来、従って容易に利用出来るという利点があシ適
用範囲も広い。更に、2層目ポリシリコン電極形成方法
も、上記1層目ポリシリコン電極形成方法と同一方法を
とる事により、端部のテーパー形状等の効果から、その
後の電極取出シ用のアルミ配線や、パッシベーションと
しての表面保護層の形成が容易になるという効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例の各工程を説明する要部断面
図、第2図は従来方法を説明する同様の要部断面図、第
3図は同従来法による回路パターンの要部平面図である
。 1・・・シングルシリコン基板、2・・・第1ゲート酸
化M%3・・・第1ゲート電極用ポリシリコン層(1層
目ポリシリコン電極)、5,5′・・・第2ゲート酸化
膜、6・・・第2ゲート電極用ポリシリコン層(2層目
ポリシリコン電極)。 $ 1 図 第2図 手続補正書(自発) 昭和 6師lO月11日 庁長官 宇賀道部殿 =件の表示 特願昭60−105964号 1明の名称 半導体装置の製造方法 1正をする者 1件との関係  特許出願人 (029)沖電気工業株式会社 −理  人 1正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 」正の内容 −1)明細書の6頁4行の「(第2図)」を”0.11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2層ポリシリコン構造のゲート電極を有する半導
    体装置の製造方法において、少なくとも1層目ポリシリ
    コン電極を膜厚の増加に従いドープするリンの濃度を高
    めるようにして形成する工程と、該ポリシリコン電極の
    端部にテーパーを付けてエッチングする工程と、1層目
    ポリシリコン電極をエッチングした後、第2ゲート酸化
    膜を形成する工程と、そして少なくとも1層目ポリシリ
    コン電極にアニールを施こす工程から成る半導体装置の
    製造方法。
  2. (2)前記アニールは上記第2ゲート酸化膜形成後に施
    こすN_2雰囲気での熱アニールとする特許請求の範囲
    第1項記載の半導体装置の製造方法。
JP60105964A 1985-05-20 1985-05-20 半導体装置の製造方法 Pending JPS61264740A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63275119A (ja) * 1987-05-07 1988-11-11 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
US5089436A (en) * 1987-09-21 1992-02-18 Samsung Semiconductor And Telecommunications Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor device by slope etching a polysiliow layer
US5219782A (en) * 1992-03-30 1993-06-15 Texas Instruments Incorporated Sublithographic antifuse method for manufacturing
US5354716A (en) * 1990-05-02 1994-10-11 Nec Electronics, Inc. Method for forming a DRAM memory cell with tapered capacitor electrodes
US7781815B2 (en) 2005-09-09 2010-08-24 Sharp Kabushiki Kaisha Thin-film element, display device and memory cell using the thin-film element, and their fabrication methods
US8426867B2 (en) 2007-08-10 2013-04-23 Sharp Kabushiki Kaisha Thin film capacitor, and display device and memory cell employing the same, and manufacturing methods of them

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