JPS6244700B2 - - Google Patents

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JPS6244700B2
JPS6244700B2 JP54081360A JP8136079A JPS6244700B2 JP S6244700 B2 JPS6244700 B2 JP S6244700B2 JP 54081360 A JP54081360 A JP 54081360A JP 8136079 A JP8136079 A JP 8136079A JP S6244700 B2 JPS6244700 B2 JP S6244700B2
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JP
Japan
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insulating film
electrode layer
gate electrode
gate
mask
Prior art date
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JP54081360A
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English (en)
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JPS567482A (en
Inventor
Yasunobu Osa
Jun Sugiura
Kazuhiro Komori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フローテイングゲート型不揮発性メ
モリとその周辺回路のように異種の絶縁ゲート型
電界効果素子を含む半導体装置を高集積度且つ高
歩留で、しかも可及的に少ない工程数で製作する
方法に関する。
従来、2層シリコンゲートプロセスを用いてフ
ローテイングゲート型不揮発性メモリを製作する
ことはすでに知られている。しかしながら、この
従来法によると、フイールド酸化膜の開口部に位
置合わせして第1ポリシリコン層(フローテイン
グゲート層)を形成すると共にこの第1ポリシリ
コン層に位置合わせして第2ポリシリコン層(コ
ントロールゲート層)を形成するため、通常2〜
5μm程度のマスク合わせ余裕が必要であり、そ
の分だけセルサイズの縮少が制限される不都合が
ある。
このような不都合を除くため、先に本願発明者
等は、第1ポリシリコン層上のシリコンナイトラ
イド膜をマスクとする選択酸化処理によりフイー
ルド酸化膜を自己整合的に形成した後、シリコン
ナイトライド膜上に第2ポリシリコン層を形成
し、しかる後自己整合的にソース・ドレイン領域
を形成することによりセルサイズを大幅に(上記
従来法に比べて約40%)減少させることを提案し
た。
ところが、この改良法によると、メモリ周辺回
路で必要な種々の絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ(以下、IGFETと略称する)、例えば読出回
路用低Vth(スレツシユホールド電圧)IGFET、
書込回路用高耐圧IGFET、デプリーシヨンモー
ド(以下、Dモードと略す)IGFETなどを作る
のに相当な困難が伴うおそれのあることが判明し
た。すなわち、この種の周辺回路用IGFETを上
記改良法で形成するには、予めチヤンネル不純物
濃度やゲート酸化膜厚さなどをメモリ部とは異な
るように設定しておく必要があり、これを実現し
ようとすると工程が複雑化し、歩留低下を招くお
それがあることがわかつた。
従つて、本発明の目的は、上記改良法の利点で
あるメモリ部の高集積度化をそこなうことなく可
及的に少ない工程数で歩留よく周辺回路用
IGFETを製作することのできる新規な半導体装
置の製法を提供することにある。
本発明による製法によれば、メモリ部以外の周
辺回路の電界効果素子のゲート用電極層は第3層
目の材料が用いられる。以下、添付図面を参照に
して実施例を説明する。
添付図面は、本発明の一実施例によるEPROM
(電気的にプログラム可能なリード・オンリイ・
メモリ)及びその周辺回路を含む集積回路装置の
製造工程を示すもので、第1a図乃至第1d図は
フローテイングゲート型電界効果素子(いわゆる
FAMOS)からなる不揮発性メモリセル部のワー
ド線方向に沿う断面を示し、第2a図乃至第2d
図は該メモリセル部のワード線と直交する方向、
すなわたビツト線方向に沿う断面を示している。
そして、第3a図乃至第3d図及び第4a図乃至
第4d図は、いずれも上記集積回路装置において
メモリ周辺回路に用いられるIGFETの断面を示
すもので、第3a図乃至第3d図はDモード
IGFETを、第4a図乃至第4d図は高耐圧
IGFETをそれぞれ示す。なお、この実施例で使
用される電界効果素子又はIGFETはすべてNチ
ヤンネル形式のものであるが、メモリセル部と周
辺回路部とでは、スレツシユホールド電圧(Vt
)、動作モード(Dモード又はE(エンハンス
メント)モード)、ドレイン耐圧などが異なるよ
うに形成されるものである。
次に、各工程を順次に説明すると、まず、P型
シリコン基板10として、(100)結晶前を呈し且
つ比抵抗が5〜8Ωcmのシリコン単結晶ウエハを
用意した後、基板10に対して例えば1000℃のド
ライO2雰囲気中で熱酸化処理を施して基板表面
全面に約100μmの厚さの第1のゲート酸化膜を
形成し、しかる後、この第1ゲート絶縁膜上に例
えば0.10〜0.20μmの厚さに第1のポリシリコン
層をCVD法により形成し、さらにその上にSi3N4
からなる第1の層間絶縁膜を0.10〜0.15μmの厚
さにCVD法で形成する。次に、第1層間絶縁膜
上にはメモリセル部、DモードIGFET部及び高
耐圧IGFET部の各々のアクテイブ領域形成パタ
ーンに対応してホトレジスト膜を配置して、例え
ばCF4+O2を用いたプラズマエツチングにより該
ホトレジスト膜におおわれない第1層間絶縁膜部
分及び第1ポリシリコン層部分を選択的且つ自己
整合的に除去する。そして、フイールド酸化膜下
の基板表面に反転チヤンネルが生成するのを防止
する目的で、ホトレジスト膜以下の積層をマスク
として第1ゲート酸化膜を介して基板表面に選択
的にボロンイオンを打込む。このときのイオン打
込みは、75KeVのエネルギーで5×1013cm-2程度
のドーズ量になるように行なえばよい。この後、
慣用の方法によりホトレジスト膜を除去してか
ら、残存する第1層間絶縁膜(Si3N4膜)をマス
クとして基板表面を選択酸化処理し、1.0〜1.5μ
mのフイールド酸化膜を形成すると共に、このと
きの熱処理でボロンイオンを活性化し且つ拡散さ
せてp+型反転防止領域をフイールド酸化膜の下
の基板表面に形成する。
上記した一連の工程によりメモリセル部は第1
a図に示すような構成になり、高耐圧IGFET部
は第4a図に示すような構成になる。すなわち、
これらの図において、11,11′はSiO2からな
る第1のゲート酸化膜、12,12′は第1ポリ
シリコン層、13,13′はSi3N4からなる第1の
層間絶縁膜、14はSiO2からなるフイールド酸
化膜、15はP+型反転防止領域である。なお、
DモードIGFET部は第1a図又は第4a図と同
様な断面構造になるので、図示を省略してある。
次に、高耐圧IGFET部の層間絶縁膜13′を除
去した後基板全面に第2ポリシリコン層16を
CVD法により形成する。この結果、メモリセル
部の構成は、第1b図及び第2a図に示されるよ
うになり、高耐圧IGFETの構成は第4b図に示
されるようになる。なお、DモードIGFET部
は、第1b図と同様な構成になるので、図示を省
略してある。
次に、メモリセル部、DモードIGFET部及び
高耐圧IGFET部にホトレジスト膜を配置してこ
れをマスクとしてプラズマエツチングを実施する
ことにより第2のポリシリコン層、第1の層間絶
縁膜及び第1のポリシリコン層を選択的に除去
し、ひきつづいてそれら3層の残存部分をマスク
として第1のゲート絶縁膜を選択的にエツチ除去
する。このようなエツチング処理は、メモリセル
部ではソース・ドレイン領域形成パターンに対応
して、DモードIGFET部ではアクテイブ領域形
成パターンに対応して、高耐圧IGFET部では主
(コントロール)ゲートを形成するようなパター
ンでそれぞれ行なわれるので、その結果としてメ
モリセル部では第2b図のような構成が得られ、
DモードIGFET部では第3a図のような構成が
得られ、高耐圧IGFET部では第4c図に示すよ
うに第1ゲート酸化膜11′、第1ポリシリコン
層12′及び第2ポリシリコン層16′の積層から
なる主ゲート部が残存する構成が得られる。
上記エツチング処理の後、表面酸化処理を行な
い基板表面に第2のゲート酸化膜を形成する。こ
のときの第2のゲート酸化膜は、Dモード
IGFET部では第3b図の符号17で示すように
基板表面をおおつて形成され、高耐圧IGFET部
では第4c図の符号17′で示すように基板表面
及びポリシリコン層12′,16′の露呈部をおお
つて形成される。なお、メモリセル部にも第2ゲ
ート酸化膜が形成されるが図示を省略してある。
次に、DモードIGFET部においてのみ、第3
b図に示すようにN型チヤンネルドープ領域18
を形成する。このためには、ホトレジスト膜をマ
スクとして第2ゲート酸化膜17を介してリン又
はヒ素を選択的にイオン打込みする方法を用いる
ことができる。この場合に形成されるN型領域1
8はIGFETをDモードにするためのものであ
り、Dモードにする必要がなければ設けなくてよ
いものである。N型領域18を設けない場合は、
メモリセル部とはゲート酸化膜17の厚さを異な
らせておくことによりメモリセル部とはVthが異
なるEモードのIGFETを形成することができ
る。
次に、基板全面に第3のポリシリコン層をデポ
ジツトした後、それをDモードIGFET部ではゲ
ートパターンにしたがつて、高耐圧IGFET部で
は補助(オフセツト)ゲートパターンにしたがつ
てそれぞれ同時のホトエツチング処理でパターニ
ングする。そして、残存する第3ポリシリコン層
をマスクとして第2のゲート酸化膜を選択エツチ
する。この結果、メモリセル部では第3ポリシリ
コン層が残存されなかつたので第2ゲート酸化膜
はすべて除去され、第2b図に示すような構成が
得られ、DモードIGFET部では第3c図に示す
ように第3ポリシリコン層19の下に第2ゲート
酸化膜17が残存した構成が得られ、高耐圧
IGFET部では第4d図に示すように第3ポリシ
リコン層19′の下に第2ゲート絶縁膜17′が残
存した構成が得られる。
この後、露呈された基板表面に対してN型決定
不純物例えばリンと選択拡散してN+型ソース・
ドレイン領域20〜25を形成する。すなわち、メモ
リセル部では、第2c図に示すように第2ポリシ
リコン層16以下の積層及びフイールド酸化膜1
4(第1b図)をマスクとして自己整合的にソー
ス領域21及びドレイン領域20が形成され、D
モードIGFETでは、第3c図に示すように第3
ポリシリコン層19以下の積層及びフイールド酸
化膜14をマスクとして自己整合的にソース領域
22及びドレイン領域23が形成され、高耐圧
IGFET部では、第4d図に示すように第3ポリ
シリコン層19′以下の積層及びフイールド酸化
膜14をマスクとして自己整合的にソース領域2
4及びドレイン領域25が形成される。
さらに、第1c図、第2d図、第3d及び第4
d図に示すように、慣用の方法にしたがつて基板
全面にPSG(リンケイ酸ガラス)からなる第2の
層間絶縁膜26を形成した後、コンタクト孔をあ
けるためのホトエツチングを実施する。そして、
例えばAl等の金属を蒸着して適宜パターニング
することにより金属配線層27〜31を第1d
図、第2図、第3d図及び第4d図に示すように
形成する。
第1d及び第2d図に示すメモリセル部におい
ては、第1ポリシリコン層12がフローテイング
ゲートとして、第2ポリシリコン層16がコント
ロールゲート又はワード線として、金属配線層2
7がビツト線としてそれぞれ作用するものであ
る。また、第3d図に示すDモードIGFET部に
おいては、第3層ポリシリコン層19がコントロ
ールゲートとして作用し、金属配線層28,29
がそれぞれソース電極、ドレイン電極として作用
するものである。さらに第4d図に示す高耐圧
IGFET部においては、第1及び第2ポリシリコ
ン層12′,16′の積層がコントロールゲートと
して、作用すると共に第3ポリシリコン層19′
がドレイン電界を弱め高耐圧化を可能にするオフ
セツトゲートとして作用し、金属配線層30,31が
それぞれソース電極、ドレイン電極として作用す
るものである。
以上に述べたように、本発明の製法によれば、
次のような優れた作用効果が得られる。
(1) メモリセル部においては、フイールド酸化膜
の開口部とゲート部、ゲート部とソース・ドレ
イン領域がそれぞれ自己整合的に形成されるの
で、マスク合わせ余裕は実質的に不要であり、
メモリセルサイズを最少限にし、集積度を大幅
に向上させることができる。
(2) 上記(1)の利点をそこなうことなく周辺回路部
では、低VthのEモードIGFET、Dモード
IGFET、高耐圧IGFETなどを自己整合的に形
成することができ、しかもその形成にあたつて
は基本的には第2ゲート酸化及び第3ポリシリ
コンデポジシヨンという簡単な工程を追加する
だけであり、工程の複雑化ないし歩留低下は最
少限におさえられる。
なお、本発明はその適用範囲がメモリ装置にの
み限定されるものではなく、他の絶縁ゲート型電
界効果装置の製作にあたつても適宜応用できるこ
とは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1a図乃至第1d図及び第2a図乃至第2d
図は、本発明の一実施例による集積回路装置のメ
モリセル部の製造工程を示すそれぞれワード線方
向及びビツト線方向に沿う基板断面図、第3a図
乃至第3d図は、上記装置における周辺回路用D
モードIGFETの製造工程を示す基板断面図、第
4a図乃至第4d図は、上記装置における周辺回
路用高耐圧IGFETの製造工程を示す基板断面図
である。 10…シリコン基板、11,11′…第1のゲ
ート酸化膜、12,12′…第1のポリシリコン
層、13,13′…第1の層間絶縁膜(Si3N4
膜)、14…フイールド酸化膜、16,16′…第
2のポリシリコン層、17,17′…第2のゲー
ト酸化膜、18…チヤンネルドープ領域、19,
19′…第3のポリシリコン層、20〜25…ソ
ース又はドレイン領域、26…第2の層間絶縁膜
(PSG膜)、27〜31…金属配線層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1のアクテイブ領域形成パターンに対応し
    て半導体基板表面に第1の絶縁膜、第1のゲート
    用電極層及び第2の絶縁膜を積層状に配置した
    後、前記第2の絶縁膜をマスクとする選択酸化処
    理により、前記第1の絶縁膜及び前記第1のゲー
    ト用電極層の周辺を取囲むように、半導体基板表
    面に第1のフイールド酸化膜を形成し、さらに前
    記第1のゲート用電極層上に層間絶縁膜を介して
    第2のゲート用電極層を形成してから所望のソー
    ス及びドレイン領域形成パターンに対応して前記
    第2のゲート電極層、前記層間絶縁膜、及び前記
    第1のゲート電極層を選択的且つ自己整合的に除
    去し、しかる後、残在する第2のゲート用電極層
    以下の積層と前記第1フイールド酸化膜とをマス
    クとする選択的不純物導入処理によりソース及び
    ドレイン領域を形成することにより、前記第1の
    ゲート用電極層の残存部分をフローテイングゲー
    トとし、かつ前記第2のゲート用電極層の残存部
    分をコントロールゲートとする第1の絶縁ゲート
    型電界効果素子を形成するとともに、さらに、前
    記第1の絶縁ゲート型電界効果素子を形成する部
    分以外の前記基板表面部分に第2のアクテイブ領
    域形成パターンに対応して前記第2の絶縁膜の形
    成と同時の処理により第3の絶縁膜を形成した
    後、この第3の絶縁膜をマスクとして前記選択酸
    化処理と同時の処理により第2のフイールド絶縁
    膜を形成し、この第2のフイールド絶縁膜の開口
    部内の基板表面部分に第4の絶縁膜を形成し、こ
    の第4の絶縁膜上に第3のゲート用電極層を形成
    してから所望のゲートパターンに対応して前記第
    3のゲート用電極層をパターニングし、しかる
    後、残存する第3のゲート用電極層以下の積層と
    前記第2のフイールド絶縁膜とをマスクとして前
    記選択的不純物導入処理と同時の処理によりソー
    ス及びドレイン領域を形成することにより、前記
    第3のゲート用電極層の残存部分をゲートとする
    第2の絶縁ゲート型電界効果素子を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製法。
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JPS5850771A (ja) * 1981-09-21 1983-03-25 Hitachi Ltd 再書込み可能な高集積rom及びその製造方法
JP2633547B2 (ja) * 1987-02-21 1997-07-23 株式会社東芝 半導体記憶装置およびその製造方法

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