JPS62131582A - 丸いエツジを有する分離した中間層キヤパシタ - Google Patents

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】 発明の分野 本発明は、金属−酸化膜一半導体（ＭＯＳ）集積回路デ
バイスに関し、特に、ＭＯＳプロセスにより製作された
分離中間層コンデンサに関する。

発明の背景 半導体基板よシミ気的に分離された中間層コンデンサは
、消去可能再書込み可能な（ｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇ
ｒａｍｍａｂｌｅ　）　訛み出し専用メモリ（ＥＰＲＯ
Ｍｇ　）の記憶素子や信号処理回路の回路素子として、
よく知られている。コンデンサは一般的には、２酸化シ
リコンのような比較的に薄い誘電体材料の介在によυ分
離を維持しながら、電気的導電層を他の層（即ち、アル
ミニウムーポリシリコン、ポリシリコン−ポリシリコン
、等）にオーバレイすることにより形成される。デバイ
スの外形は収縮し続けるので、エツジ効果や高ピンホー
ル密度のような現象によシネ利な影響を受けない高単位
（ｕｎｉｔ）キャパシタンスをコンデンサに提供するの
は非常に困難となる。これらコンデンサのエツジ効果は
、電極板の電界が、下部電極の急峻なエツジのまわりに
集中しがちなときにおこる。増大した電界は、コンデン
サの早期電気的故障をみちびき、また、誘起される比較
的高電界による漏洩をもたらし、それはコンデンサを望
ましくないほど放電する。

中間層の誘電体材料の厚さは、単位面積当りの高キャパ
シタンスを与えるように減少されるので、誘電体材料に
対しピンホール防護の必要性は増大する。このピンホー
ル保護を与える一つの提案された手段は、１９８４．　
ＶＬＳＩ技術シンポジウム　の第４０−４１頁にＳ、Ｍ
ｏｒｉ、その他により説明されている１高信頼性ＥＦＲ
ＯＭセル用ポリー酸化物／窒化物／酸化膜構造″のよう
に、ピンホール問題防止のため、酸化膜−窒化物一酸化
膜（ＯＮＯ）構造を使用することである。

発明の要約 したがって本発明の目的は、電界エツジ効果の不利を最
小にする分離中間層コンデンサを提供することである。

本発明の他の目的は、隣接トランジスタに最少の＝　Ｍ
ｉｌｌｅｒ”オーバラップ・キャパシタンス及び高電圧
設計の可能性を与える分離中間層コンデンサを形成する
プロセスを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、中間層誘電体領域にピンホ
ール防止を持つ分離中間層コンデンサを提供することで
ある。

本発明のさらに他の目的は、最少の追加新マスク又は処
理段階で製作される改良された分離中間層コンデンサを
提供することである。

本発明のこれら目的及び他の目的を遂行する場合におい
て、半導体基板、半導体基板上の薄い分離誘電体層、薄
い分離誘電体層上の選択位置における第１導電材料領域
及び、第１導電材料上面の薄いコンデンサ誘電体中間層
を有する分離中間層コンデンサが１形式にて提供される
。比較的厚い誘電体壁は、第１導電材料の領域を囲み、
薄い分離誘電体層及び薄いコンデンサ誘電体中間層と接
触するので、そこで壁は、一般的に、第１導電材料領域
に向って内向きに曲が９三日月形輪郭となシ、第１導電
材料の上部と下部のエツジに丸みを形成する。薄いコン
デンサ誘電体中間層の上面に第２導電材料の付加領域が
存在すると、基本コンデンサ構造を完成する。相互接続
及び電極は、望ましい標準技術により加えることができ
る。

発明の概要 集積回路の中の分離中間層コンデンサは丸いエツジの極
板を持ち、電界の集中を減少する。コンデンサ、なるべ
くならダブル・ポリシリコン・コンデンサは、不応性（
ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　）金属シリサイド又はドープさ
れたポリシリコンの様な導電材料のパターン領域に２酸
化シリコン側壁を選択的に成長させて製作され、こ＼で
第１導電領域は、かなり酸化しない誘電体中間層か、な
るべくなら酸化物−窒化物一酸化物（ＯＮＯ）サンドイ
ンチにより表面を覆われた第１極板を形成する。その結
果は厚い凸面または三日月形湾曲側壁であり、これは内
向きに曲シ、それにより第１導電領域の角を曲げ丸め、
普通の鋭いエツジにおける望ましくない電界集中を減少
する。アルミニウム、ドープされたポリシリコン、また
は、不応性金属シリサイドの第２導電パターンがコンデ
ンサの上部極板を形成する。高電圧トランジスタ及び高
性能トランジスタもまた、別の金属−酸化膜−シリコン
（ＭｏＳ）プロセスステップなしに、このプロセスに依
り形成可能である。

発明の詳細な明 本発明の分離中間層コンデンサの構造と製造方法に関す
る下記の討議は、半導体基板がシリコンであり、コンデ
ンサの極板を形成する導電材料は、単に便宜上及び図示
の目的で多結晶シリコン（ポリシリコン）であるが、こ
れらは本発明の範囲の制限を意図するものでないことを
仮定の上おこなわれるであろう。本発明のコンデンサ構
造は他の同等材料を基礎とするコンデンサに対しても同
様によく作用するであろうと予期される。例えば、上部
極板またはコンデンサの導電層は、ドープされたポリシ
リコン、アルミニウム、不応性金属シリサイドまたは他
の適当材料でよく、下部極板または導電領域は、ポリシ
リコンまたは不応性金属シリサイドまたはその類似物で
もよい。

第１図に図示されるのは、シリコン基板ルの上部全体に
分離誘電体層１４が形成された製造中の本発明の分離中
間層コンデンサ１０である。本図に図示される構造の垂
直寸法は、図示を明確にするため、水平方向の大きさに
対し、相対的に非常に誇張されているのが理解されるで
あろう。誘電体層１４は適当な誘電体ならなんでもよい
が、図示の目的のみのために、２酸化シリコン、５ｉｆ
ｔまた単に酸化膜として知られているものとしよう。層
１４はまた、回路中でトランジスタのゲート酸化膜とし
て作用するであろうから、トランジスタ及びコンデンサ
両方のために比較的に薄くすることが必要であり、例示
としてのみあげれば、約２５０オングストロームの程度
の厚さが必要とされる。誘電体層１４は、ｌ・ランジス
フのゲート誘電体として、また、コンデンサの分離誘電
体として作用するので、ここでは、ゲート領域として、
また分離領域として種々に呼ばれるであろう。

２酸化シリコンの場合には熱散化、蒸着（ｄｅｐｏｓｉ
−ｔｉｏｎ）等で可能である誘電体層１４を形成した後
で、誘電体層１４の全表面に第１ポリシリコンまたは１
第１ポリ１層が形成される。第１ポリシリコン層１６の
ドーピングは原位置でおこなわれるか、または後で別の
ステップで行なわれることも可能である。つぎに、コン
デンサ誘電体層１８が第１ポリシリコン層１６の全表面
に形成され、ポリシリコン層１６及び誘電体層１８は、
同時に種々の選択された島（１ｓｌａｎｄ　）領域にパ
ターニングされ、最終的コンデンサ１０の境界を限定す
る。

誘電体層１８は少なくとも２層を持つべきであり、と同
様にコンデンサ１０の下部極板を形成するであろう。次
に、２層誘電体１８の上部層は、側壁の成長及び形成の
あいだ、いかなる変化または成長も最少にすることが出
来る性質を持つべきでおる。

即ち、側壁が熱酸化で成長されるとしたら、２層誘電体
の上部層は高度の限度まで酸化に抵抗すべきである。

本発明の他の実施例においては、コンデンサ誘電体層１
８は、３層またはサンドインチ誘電体層で、酸化膜−窒
化物−酸化膜（ＯＮＯ）層の一形式である。即ち、２つ
の別々のシリコン酸化膜層２２及びあの間のシリコン窒
化物層加は、パターニングのためのエッチ段階の前にポ
リシリコン層１６の上光面の上に既知の技術により形成
される。単に、例示として、これにより本発明の範囲を
限定する意図ではなく説明すれば、誘電体サンドインチ
層１８の下部酸化物層２２は約３００オングストローム
の厚さで、中間窒化物層２０は約１００オングストロー
ムの厚さであり、上部酸化物層２４は、なお薄く約加オ
ングストロームとし、全体の厚さは全部で約４３０オン
グストロームでよい。ある画業技術者は、上部酸化物層
冴を１ｌｌｌｌ　ｉを形成するのと同時に形成する方法
さえ考案するかもしれない。コンデンサ誘電体層１８に
ＯＮＯサンドイッチ構造を使用する大きな利点は、ＯＮ
Ｏが高度などンホール抵抗性を与えることである。

しかしながら再び、これら厚さは説明のための例として
与えられるだけで、本発明を限定する意図は全熱ないこ
とが理解さるべきである。事実、誘電体層１８の全体厚
さは約２５０オングストロームから５５０オングストロ
ームまたはそれ以上の範囲であシ得る。ある実施例では
、コンデンサ誘電体１８は２酸化シリコン層と同等で、
約３５０オングストローム厚さ、または、それ以下のこ
ともよくある。

第２図に図示されるのは、本発明の分離中間層コンデン
サ１０の製造の次の段階の結果、即ち、ポリシリコン層
１６を覆いポリシリコン層１６の露出したエツジを電気
的に分離する誘電体側壁がの成長または形成である。反
応条件が正しければ、例えば、蒸気酸化（ｓｔｅａｍ　
ｏｘｉｄｅ　）　　プロセスが８００〜９００℃で行わ
れれば、凸面に曲がったまたは、三日月形輪郭の壁加を
持つ側壁がか形成され、側壁５は露出ゲート酸化膜区域
側より速い速度で生長することが、本発明者によシ実験
的に確認されている。ゲート酸化膜区域あは、酸化成長
によシ影響されない第２図の薄いゲート酸化膜領域１４
より、かな９厚く図示されているのに注意されたい。

ポリシリコン層１６のコーナエツジ美が、凸面側壁列の
成長プロセスの間に、丸くなるのもまた注意されたい。

実験的に確認されたこの曲った輪郭の効果は、コーナエ
ツジが鋭くとがっていれば、エツジで普通は起こる電界
の集中を非常に減少する。凸面側壁Ｉはその成長の間に
、薄い２酸化シリコン膜層１４とコンデンサ誘電体サン
ドイッチ１８の下部２酸化シリコン膜層２２と融合し一
体化し、ポリシリコン層１６を完全に分離し“浮遊（ｆ
ｌｏａｔ）”させることにまた注意すべきである。

第２図の構造は、信号処理の回路素子またはトランジス
タとして、ＥＰＲＯＭ５の記憶素子を形成するのに有利
に適用するのが可能であると、当業技術者は容易に理解
するであろ９゜例えば第３図は、容量性記憶素子への本
発明構造の利用を図示し、これは、第４図のコンデンサ
１０を垂直に切った横断面図と考えられる。

第２ポリシリコン層３２は側壁２６のエツジをオーバラ
ップし、これが、第１ポリシリコン層１Ｇの曲がったエ
ツジを作り保護する。第２ポリシリコン層３２は勿論、
望ましいデバイス形状を形成するため選択的にパターン
される。例えば、シリコン酸化膜である厚い分離酸化物
領域あの上に、そのよつなコンデンサ１０を形成するの
も望ましいかもしれない。これらの構造が使用される全
ての用途を詳細に十分説明するのは本発明者の意図では
なく、これは当業技術者にまかせられ、彼等は既知であ
る現在のプロセスや構造にだいし、本発明のプロセスや
構造を容易に適用するであろう。

実施例１ １５種のシリコン・ウェハが、ゲート酸化段階にだいし
普通の金属−酸化膜−シリコン（ＭＯＳ）プロセスで実
験が行われた。薄い２酸化シリコン・ケート／分離誘′
成体層が約２５０オングストロームの厚さに成長された
。第１層ポリシリコンは約２７６０オングストロームの
厚さに蒸着（堆積）された。次に、ＯＮＯコンデンサ誘
電体中間層が蒸着され、シリコン酸化物の下部層は約３
００オングストロームの厚さを持ち、中間シリコン窒化
物層は約１００オングストロームの厚さを持ち、上部２
酸化シリコン層は約Ｉオングストロームの厚さを持った
。次に、ＯＮＯ中間層と第１ポリシリコン層は乾式エッ
チ（ｄｒｙ　ｅｔｃｈ　）でパターニング（開口）され
た。

パターニングの後に、第１ポリシリコン領域側壁の酸化
及び第２の厚いゲートの酸化が１段階で行われた。これ
は、８００〜９５０℃の蒸気酸化作業によりなされた。

第２ゲート酸化領域は約６００オングストロームの厚さ
を達成し、側壁厚さはこの条件のもとて約２０００オン
グストロームであった。

第２ポリシリコン層は蒸着され、コンデンサ構造と高電
圧トランジスタを完成するようにパターニングされた。

普通のＭＯ８処理によシこれらウニへ群の処理が終了し
た。

Ｖａａ　＝　５Ｖ　＋　Ｖｐ　＝　１２Ｖを有し、形成
されたＥＰＲＯＭ型デバイスにたいする薄い誘電界は以
下のように計算される： ＯＮＯ誘電体間の電圧計算は、初期フローティング・ゲ
ート′１に圧は一３ボルト、第２及び第１ポリシリコン
層間の容量性部分は０．６と仮定する。

ＯＮＯ誘電界は２酸化シリコンと等価な基準で計算され
た。

この実施例は図示説明だけのもので、種々のデバイス形
状の厚さに関して限定的または制限的な値を提示する意
図ではないことが理解さるべきである。さらに実施例１
は、電界集中が側壁及び第÷ １導電層１６のエツジの近傍で減少させられることを説
明するために、提示されているにすぎない。

実施例１では、凸面に曲がった側壁２６は約２０００オ
ングストロームに区別のつくよう成長され、他方、厚い
ゲートＩｆｆ化膜区域あけ単に約６００オングストロー
ムに成長されるか又は分離ゲート厚さ２５０オングスト
ロームの上にさらに約３５０オングストロームが成長さ
れた。勿論、これらの場所に変った結果や厚さを与える
ように反応パラメータを変化することは可能であった。

さらに、蒸気（ガス）による成長の代９に酸化物側［２
６及び厚いＮ２８にデポジットするのが望ましいかもし
れない。

実施例１の測定された薄い側壁誘電界は、側壁が普通は
同等であるＯＮＯ誘′戒界に対しては２ＭＶ／ｃｍ　で
あるのに反し、わずかに０　、４　ＭＶ／　ａｍである
のがわかった。かくして、本発明の構造は、鋭い角のま
わシの望ましくない電界集中を極めて減少することによ
シ、分離中間層コンデンサを改良するのは疑いないこと
である。

第４図に図示されるのは本発明の方法を使用して製作さ
れた集積回路の拡大断面図で、第２図及び第３図に見ら
れる分離中間層コンデンサ１０と２個のトランジスタが
図示される。図示されるデバイスは未完成の段階である
から本発明はそれだけ容易に理解されると、画業技術者
により理解されるであろう。ソース／ドレイン領域、接
点（接触）その他は、容易に使用可能なプロセスにより
形成されることが出来る。

分離中間層コンデンサ１０はバタン化された第２導電層
３２の追加で実質的に完成されるものであるが、この層
は、ポリシリコン、アルミニウム、不応性金属シリサイ
ド、その他でよく、コンデンサ１０の他の極板を形成す
る。トランジスタ詞は、厚いゲー）Ｉｌｌｌｌ化膜領域
酸長される後で、ゲート電極Ｉにたいする第２ポリシリ
コン層を使用して形成される。後で注入または拡散され
るソース及びドレイン領域間を持つ厚い酸化膜第２ポリ
・トランジスタ詞は、高電圧の用途に使用可能である。

薄いゲート酸化膜１４を持つ第４図の高性能トランジス
タ４０により、オフセットのソース及びドレインは実質
的にゲート第１ポリシリコン電極４４とオーバラップせ
ず、そのために所謂“ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）　’また
は、ゲートとソース／ドレインのキャパシタンスを最少
にする。ノース／ドレイン領域４２のこのオフセットは
、コンデンサ１０　（７）　側壁がと同時に形成される
側壁４６の存在によるものである。本発明の方法は、そ
れによりコンデンサとトランジスタを同時に形成する簡
単なプロセスを提供する。

本発明のプロセスは、ピンホール保護のためＯＮｏサン
ドイッチ誘電体を使用する構造の高単位キャパシタンス
の分離中間層コンデンサを与えるのがわかるであろう。

ＯＮＯサンドイッチの下の２酸化シリコン側壁の成長は
凸面または三日月形輪郭を提供し、これが、第１ポリシ
リコン層のコンデンサのエツジ効果を最少にする。さら
にトランジスタ４０のような高性能第１ポリシリコン・
トランジスタは、いわゆる−　Ｍｉｌｌａｒ”またはオ
ーバラップ・キャパシタンスを最少にするためオフセッ
ト・ソース／ドレイン領域を有するように、同時に形成
されることが出来る。さらに、トランジスタあのような
厚い酸化物第２ポリシリコン層トランジスタは、また、
高電圧応用のため同時に形成されることが可能である。

典型的な乾式（ドライ）エッチ・プロセスでのＯＮＯコ
ンデンサ・サンドインチ誘電体層１８及び第１ポリシリ
コン層１６の同時バターニングは、他のマスクの必要な
しに電圧第２ポリシリコン・トランジスタ詞区域からＯ
ＮＯＩ帝１８を除去する。この方法により形成されるト
ランジスタの多くの特性向上及び最大限の利用は、画業
技術者には明白であろう。

以下本発明の実施の態様を列記する。

１、半導体基板の全上表面に誘電体材料の薄い分離層を
形成するステップ、誘電体材料の薄い層の全面に導電材
料の第１層を形成するステップ。

導電材料の第１層全土表面に、２酸化シリコンの２層よ
りなシ中間にシリコン窒化物層を含む誘電体材料のサン
ドイッチ中間層を形成するステップ；誘電体材料サンド
イッチ中間層及び導電材料第１層を島領域の共通のパタ
ーンにパターニングするステップ；導電材料第１層の各
島領域のまわシに凸面２ｒＲ化シリコン壁を形成し、缶
壁は内向きに湾曲し、それによシ導′亀材料第１層に向
いそのエツジを丸め、壁は半導体基板上の薄い誘電体分
離層及びサンドイッチ中間層の中の少なくとも２酸化シ
リコンの下部層と連続的に形成するステップ；前のステ
ップの構造上に導電材料の第２層を形成するステップ；
導電材料第２層をパターニングし、導電材料第１層の島
領域上に導電材料パターンを形成するステップ；の各ス
テップを具えるプロセスによってつくられ半導体基板上
に島状の中間層コンデンサをつくる方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、製作中の本発明の分離中間層コンデンサ構造
の概略断面図である。 第２図は、湾曲した誘電体側壁が完成した後の第１図の
分離中間層コンデンサの概略断面図である。 第３図は、厚い分離酸化物層上に作られ、第２ポリシリ
コンのオーバーラツプ層を持つ本発明の分離中間層コン
デンサの他の概略断面図である。 第４図は、本発明の方法によシ製作される集積回路にお
いて１個のコンデンサ及び２個のトランジスタの拡大概
略断面図である。 第１図、第２図において、 １０；コンデンサ １２；シリコン基板 １４；誘電体層 １８；コンデンサ訪電体層 １６；ポリシリコン層 ２０；シリコン窒化物層 ２２．２４　；シリコン酸化膜 謳；誘電体側壁 ２８：露出ゲート酸化膜区域 Ｉ；コーナエツジ ％許出願人　　モトローラ・インコーポレーテツド代理
人弁理士　玉　蟲　久　五　部 ＦＩＧ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板；半導体基板の選択領域上の薄い分離誘
   電体層；薄い分離誘電体層上の選択位置における第１導
   電材料領域；第１導電材料上面の薄いコンデンサ誘電体
   中間層；第１導電材料領域を取囲み、薄い分離誘電体層
   及び薄いコンデンサ誘電体中間層と接触し、そこで普通
   は三日月形の内向きに湾曲した輪郭を有し、第１導電材
   料領域に向つて、また、その領域上に第１導電材料の上
   部及び下部の丸いエッジを形成する誘電体壁；薄いコン
   デンサ誘電体中間層上面の第２導電材料の第２領域；か
   らなる分離中間層キヤパシタ。 ２、その半導体基板はシリコンであり、第１及び第２導
   電材料領域は多結晶シリコン、アルミニウム及び不応性
   金属シリサイドの群から選択され、その誘電体層及び側
   壁は２酸化シリコンである前記特許請求の範囲第１項記
   載の分離中間層キャパシタ。