JP2000511707A - Epromを標準的cmosプロセスに組み合わせた不揮発性メモリ製造方法 - Google Patents

Epromを標準的cmosプロセスに組み合わせた不揮発性メモリ製造方法

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JP2000511707A JP10529306A JP52930698A JP2000511707A JP 2000511707 A JP2000511707 A JP 2000511707A JP 10529306 A JP10529306 A JP 10529306A JP 52930698 A JP52930698 A JP 52930698A JP 2000511707 A JP2000511707 A JP 2000511707A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、EPROM(又はEEPROM)を標準的なCMOSプロセスに組み込む方法を提供するものである。ゲート酸化膜(9)を成長させた後、軽度にドープされた多結晶又はアモルファスシリコン層(10)(以下、ポリIと称する)が付着形成される。この層においては、メモリセルのフローティングゲート(13)が画定される一方、当該メモリマトリクス外ではポリIにより表面が被覆される。その後、メモリセルのソース/ドレインの打ち込みが行われる。メモリマトリクスの外に位置するポリ層(10)は、マスク(11)により高濃度の注入に耐えるべくマスクされる。そして、第2ポリ層の形成が可能となり、これに基づいてメモリセルの制御ゲートが形成される。この第2ポリ層は、当該マトリクス外に存在するポリIと密着した層を形成する。標準的CMOSプロセスにおける後続の工程系列においては、nチャネルMOST及びpチャネルMOSTが形成される。nチャネルMOSTのn型ゲート(22)及びpチャネルMOSTのp型ゲート(23)は、ポリI層から形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 EPROMを標準的CMOSプロセスに組み合わせた不揮発性メモリ製造方法 技術分野 本発明は、第1アクティブ領域におけるnチャネルMOSTと第2のアクティ ブ領域におけるpチャネルMOSTといった形態のトランジスタ対が、第3アク ティブ領域におけるフローティングゲートを備えるMOST形態の不揮発性メモ リセルとの組み合わされて設けられる一表面を持つ半導体本体を有する半導体装 置を製造する方法に関する。 背景技術 フローティングゲートを持つ上記MOSTは、nチャネルトランジスタである のが慣例的であるが、pチャネルのトランジスタでも良いことは勿論である。こ のような方法は、特に、本願出願人名義の来国特許第5,395,778号に開 示されている。この特許においては、埋設された不揮発性メモリを有する集積回 路の製造に用いて好適な方法が記述されており、かかる方法においては、ディジ タル信号処理ロジックのための標準的CMOSプロセスが、出来る限り少ない付 加ステップの追加によってこのような「チップ上」の回路にメモリを設けるべく 用いられている。このメモリの特性、例えば書込効率に関する特性を当該ロジッ クの特性に影響を及ぼすことなく最初の一連の工程において最適化するためには 、フローティングゲートとソース及びドレイン区域とを具備するメモリトランジ スタの主たる部分が形成されるとともに、当該ロジックが後の工程で設けられる 領域は、フローティングゲートを形成する多結晶(ポリ)又はアモルファスシリ コンの層によりカバーされたままとなる。 この既知のプロセスによる種々の例は、nチャネル型及びpチャネル型のトラ ンジスタが当該ロジックにおいて形成されるものであり、かかるトランジスタは 共に、n型のドープされたポリゲート電極を有する。しかしながら、例えば当該 トランジスタの閾値電圧に関連づけると、nチャネルトランジスタはn型ゲート を持ち、pチャネルトランジスタはp型ゲートを持つのが望ましい場合がある。 n型ゲートがpチャネルトランジスタに使用される場合、埋設チャネルが形成さ れることがあり、その結果、当該トランジスタをオフ状態にするのに電圧を上げ なければならなくなる。これは望ましくなく、特に、チャネル長が0.5μm以 下といった非常に短い場合が望ましくない。この場合にも低い供給電圧が使用さ れるのである。 発明の開示 よって本発明は、CMOSロジックと不揮発性メモリとの組み合わせが最適化 されるとともに当該ロジックの相補型トランジスタに相補的な導電型のゲート電 極が設けられる集積回路(例えばマイクロコントローラ)を得ることのできる方 法を提供することを主たる目的としている。 この目的達成のために、冒頭の段落において述べたタイプの方法は、本発明に よって、 ・前記第1、第2及び第3アクティブ領域において前記半導体本体の表面にゲ ート誘電体を設けるステップと、 ・前記誘電体の層上に比較的稀薄なドーパント濃度をもって半導体層を形成す るステップと、 ・前記半導体層においてフローティングゲートを画定し前記第1及び第2アク ティブ領域における前記半導体層の部分をマスクするマスクを形成するステップ と、 ・前記半導体層の非マスク部分をエッチングして前記フローティングゲートに パターンを施しかつ前記フローティングゲートに近接する前記第3アクティブ領 域の表面部分の上方に位置する前記半導体層を除去するとともに、前記第1及び 第2アクティブ領域を前記半導体層により全体的に被覆しておくステップと、 ・前記第3アクティブ領域の非被覆部分において比較的高いドーパント濃度を 有するドーパントを設け、このドーピング工程中、少なくとも、ドーピングに抗 してマスクされている前記第1及び第2のアクティブ領域の上方に位置する前記 半導体層の部分において、フローティングゲートを有するMOSTのための特定 の導電型のソース及びドレイン区域を得るステップと、 ・前記nチャネルMOST及び前記pチャネルMOSTのゲートを形成し、局 部的なドーパントの付与によって、前記nチャネルMOSTのn型ソース及びド レイン区域と前記pチャネルMOSTのp型ソース及びドレイン区域とを形成す るステップと、 ・前記第1アクティブ領域の上方に位置する半導体層にn型ドーパントを与え 前記第2アクティブ領域の上方に位置する半導体層にn型ドーパントを与えるス テップと、 をもって特徴付けられる。 注記するに、上記ゲート誘電体は、必ずしも均質な層にする必要なはない。こ の層は、例えば、局部的に極めて薄いものとしたり、EEPROMの場合はトン ネル酸化物を形成するものとしても良い。 このメモリは、上述した特許US−5,395,778号に記述されているよ うにして最適化と同時にロジックのトランジスタの特性悪化を回避することがで きるものであるが、これは、上記した不揮発性メモリの製造工程を先ず実行する とともに当該ロジックが設けられる表面領域をポリ又はアモルファスシリコンで マスクし、その後にロジックのトランジスタを設けることによるものである。本 発明によれば、比較的低いドーパント濃度を有する半導体層(ポリ又はアモルフ ァスシリコン)を使用し、この層を、メモリセルにおけるソース/ドレインの注 入中における当該ロジックの位置においてマスクすることにより、この比較的高 いドーパント濃度が当該ポリ層の非マスク部に及ぶのを防いでいる。こうするこ とによって、本プロセスにおける後の工程で、pチャネルMOSTのゲートにp 型ドーピングをなすことが可能となり、nチャネルMOSTのゲートにはn型ド ーピングをなすことが可能となる。 本発明による一実施例の方法は、プロセス工程数を最小化するものであり、前 記nチャネルMOSTのゲートは、前記nチャネルMOSTの前記n型ソース及 びドレイン区域と同じ時期にドープされ、前記pチャネルMOSTのゲートは、 前記pチャネルMOSTのp型ソース及びドレイン区域と同じ時期にドープされ ることを特徴としている。 所定の条件の下では、p型フローティングゲートを使用することは有益である が、普通はn型フローティングゲートが用いられる。したがって、本発明による 他の実施例の方法は、前記半導体層は、比較的微弱なn型ドーパント濃度が与え られ、前記半導体層の前記pチャネルMOSTのゲートを形成する部分は、当該 部分にp型ドーピングを施すことにより再ドープされることを特徴としている。 本発明は、UV(紫外線)光への露出により消去されるメモリに用いて好適な ものである。本発明によるさらに他の重要な実施例は、特に当該メモリが電気的 に消去可能である場合に用いることができるものであり、前記メモリセルには、 前記フローティングゲートの上方に位置するとともに前記ゲートから介在の電気 的絶縁層により分離されている制御電極が設けられ、前記制御電極のために、前 記第1及び第2アクティブ領域の位置において前記第1の半導体層と連続的な半 導体層を形成する第2の半導体層が設けられ、前記nチャネルMOST及び前記 pチャネルMOSTのゲートは、この共通の半導体層から形成されている、こと を特徴としている。好ましい実施例は、前記第2の半導体層は、第1の部分層と 第2の部分層の付着をなすことにより設けられ、前記第1の付着処理の後でかつ 前記第2の付着処理の前に、前記第1及び第2アクティブ領域の上方に位置する 前記第1の部分層の部分は除去され、これらアクティブ領域における当該位置に おいて前記第2の部分層が前記第1の半導体層に直接的に付着されることを特徴 としている。好ましくは、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1 及び第2の部分層とは、等しいか又は実質的に等しい厚さで形成されることを特 徴としている。これは、こうすると良好にしてトランジスタのゲートの形成をな すことができるからである。 本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に記述される実施例に基づい て明瞭となる。 発明を実施するための最良の形態 図面にある第1図ないし第10図は、本発明による方法による種々の製造工程 における半導体デバイスの断面図を示している。 はじめに、シリコン半導体本体1が使用され、この本体1は、特定の導電型、 本例においてはp型の領域2を表面3に近接して備えている。この領域2は、概 ね4μmの厚さと、高ドープp型基板上において特定の抵抗値例えば10オーム ・cmの値とを有する比較的軽度にドープされたエピタキシャル層により形成さ れうる。慣例的な方法により、この領域2には、凹所に設けられた厚いフィール ド酸化物4のパターンが、当該領域2の厚みにおける少なくとも一部に亘り、当 該半導体本体1において設けられる。このフィールド酸化物4は、上記表面領域 2において3つのアクティブ領域5,6及び7を画定する。以下に説明されるよ うに、第1のアクティブ領域5にはnチャネルMOSTが設けられ、第2のアク ティブ領域5にはpチャネルMOSTが設けられ、第3のアクティブ領域7には 、フローティングゲートを持つn型MOSTの形態のメモリセルが設けられる。 かかるpチャネルMOSTのために、アクティブ領域6にはn型ウェル8が設け られるのが慣例となっている。必要であれば、同様に当該アクティブ領域にp型 ウェル(図示せず)を設けても良い。表面3は、酸化処理により、例えば12n mの厚さを持ち提供されるべきMOSトランジスタのゲート酸化物を形成する酸 化物層9が設けられる。そして、後の工程において当該トランジスタのゲート電 極が形成される基礎となる半導体層10が設けられる。以下、この層を他の設け られるべき層と区別するためにポリIと呼ぶものとする。但し、この層10や他 の設けられるべきシリコン層には、例えばアモルファスシリコンを多結晶シリコ ンの代わりに用いることができる。かかるポリI層10の厚さは、例えば150 nmである。2・1014/cm2の注入量を持つPイオンの打ち込みによって、 比較的軽度にドープされたn型の層10が得られる。気相に基づく付着又は堆積 によって、層10には、耐酸化マスクを提供する層11、本例では35nmの厚 さを有するシリコンオキシナイトライドの層が設けられている。この装置の製造 工程は、第1図に示される。 その後フォトレジスト層が積層されるが、この層からは、第1及び第2のアク ティブ領域5及び6をそれぞれ全体的に覆いアクティブ領域7においてメモリセ ルのフローティングゲートを形成するマスク12(第2図)が形成される。マス ク12によりマスクされないオキシナイトライド層11及びポリI層の部分は、 エッチングにより除去され、これによりメモリセルのフローティングゲート13 を形成する。そして、Asイオンの注入により、フローティングゲートを有する MOSTのソース及びドレイン区域14及び15は、そのフローティングゲート に近接して設けられる。このとき、前記各区域は、あるドーパント濃度、例えば 3・1015原子/cm2を有するものである。この注入工程の間は、アクティブ 領域5及び6におけるポリI材料は、レジスト層12によりマスクされるので、 ポリI層の各部におけるドーパント濃度は、比較的に低いままであり、このポリ 層は、本プロセスにおける後の工程において局部的に再ドープされることが可能 である。メモリトランジスタのソース及びドレインの注入の後は、フォトレジス トマスク12が除去される。次に、酸化工程において、ポリI層の側壁は、約1 0nmの最大厚さを持つ薄い酸化物層16で覆われる。この酸化工程においては 、ポリ層10の上側は、オキシナイトライド層11により酸化処理に対してマス クされる。ソース及びドレイン区域14,15の上方の酸化物の厚さは、第3図 に示されるように少し厚くしても良く、この酸化物は、フローティングゲート1 3の下に延在するようにしても良い。第3図は、本プロセスのこの工程において 得られるデバイスを示している。 この後には、オキシナイトライド層11が除去されその全体が新しいシリコン オキシナイトライド層17(第4図)でカバーされる。それから、後の工程にお いて、フローティングゲートとメモリトランジスタの制御電極との問における相 互ポリ(interpoly)の誘電体が形成される。勿論、この相互誘電体として他の 相応しい電気的絶縁材料を用いることが代替可能である。この層17の厚さは、 例えば35nmである。多結晶又はアモルファスシリコン層18(ポリII)は 、厚さ150nmで層17に気相からの堆積又は付着によって形成される。この 層は、例えば注入量が2・1014原子/cm2のPイオンの注入によって、n型 のドープがなされる。望ましくは、これとは異なるより高い注入量にて行うこと とするのが良い。そして、アクティブ領域7においてポリIIを被覆し、アクテ ィブ領域5及び6の箇所においてはポリ11を被覆せぬままとしておくフォトレ ジストマスク19が設けられる。ここでなされる工程は、第4図に示されている 。 マスク19により覆われていないポリII、すなわちアクティブ領域5及び6 の上方に位置するポリIIの全ては、その後エッチングにより除去される。次い で、オキシナイトライド層17の露出部も除去されるので、アクティブ領域5及 び6における層10のポリIが露出されることになる。これらのエッチング工程 の後には、マスク19が第5図に示されるように除去可能となる。代替えの実施 例としては、マスク19がポリ層18のエッチング後に除去可能であり、それか ら層18の残存のポリをマスクとして使用することにより、オキシナイトライド 層17の非マスク部分が除去される。 次の工程においては、第6図に参照されるように、第3の多結晶又はアモルフ ァスシリコン層20が堆積又は付着せしめられる。この層は、厚さ150nmを 有し、2・1014/cm2の注入量を有するPイオンの注入により軽度のn型ド ーピングがなされる。注記するに、アクティブ領域5及び6においては、ポリI IIがポリIとの密着層(又は一律的な層)を形成し、アクティブ領域7におい ては、ポリIII層がポリII(又は一律的な層)との密着層を形成する。ポリ IとポリIIの厚さは同じであるので、アクティブ領域5及び6におけるポリI とポリIIIとを組み合わせた厚さは、メモリトランジスタにおけるポリIIと ポリIIIとを組み合わせた厚さと等しくなる。これにより、メモリセルの制御 電極とCMOSトランジスタのゲートとを同時に同じフォトリソグラフ工程によ ってパターン成形することができるので、厚さの異なる各層に同時にパターンを 施すときにしばしば起こる問題を回避することができる。これに加え、3つのポ リ層を等しいドーパント濃度とすることにより、実質的に均一な層が得られると ともに、ポリ層間の境界面は、あるとしても僅かしか、例えばポリIとポリII との結合及びポリIとポリIIIとの結合の抵抗に影響を与えない。 次の工程においてはエッチングマスク(図示せず)が設けられる。このマスク は、メモリセルの制御電極と、アクティブ領域5におけるnチャネルMOSTの ゲート電極と、アクティブ領域6におけるpチャネルMOSTのゲート電極とを 画定する。露出されているポリは、エッチングにより慣例的な手法で除去され、 これにより、アクティブ領域7において制御電極21(第7図参照)を、アクテ ィブ領域5においてゲート電極22を、アクティブ領域6においてゲート電極2 3を形成する。このエッチングマスクの除去後には、当該ポリ材料の壁部が熱酸 化処理によって厚さ約10nmの酸化物層24で被覆される。本プロセスのこの 工程で得られるデバイスは、第7図に示される。 オキシナイトライド層17の、制御電極21により覆われていない部分は、選 択的エッチングプロセスに除去可能である。そして、図示せぬマスクが、アクテ ィブ領域6及び7を覆い、nチャネルMOSTのアクティブ領域5を曝す。この 領域において、n型LDD(Lightly Doped Drain)注入法がアクティブ領域5 において軽度にドーピングされたn型領域25及び26を得るのに実行される。 かかるマスクは除去され新しいマスクが設けられるが(どちらも図示せず)、新 しいマスクは、アクティブ領域5及び7を被覆するとともにアクティブ領域6を 曝しておくものである。その軽度にドープされたp型LDD領域27及び28は 、軽度ボロン注入法によって、n型ウェル8に設けられる。このマスクを除去し た後は、第8図に示される状態となる。 第9図に示される次の工程においては、ゲート電極21ないし23の側壁には 、スペーサ29が設けられる。これらスペーサは、慣例的な方法により、例えば 、ガラス層を堆積又は付着し異方性エッチバックすることにより形成可能である 。次に、pチャネルMOSTのアクティブ領域6は、マスク30で覆われる。例 えば4・1015原子/cm2の注入量のAsイオンの注入により、nチャネルM OSTにおける高濃度にドープされたソースとドレインの区域31及び32が設 けられる。この注入プロセスはまた、ゲート電極21及び22においても実行さ れるので、これらの電極は、n型のドーパントをもって高めにドープされる。そ うして、マスク30は除去されマスク33(第10図参照)により置き換えられ る。このマスク33は、nチャネルMOST及びメモリセルのそれぞれのアクテ ィブ領域5及び7を覆い、pチャネルMOSTのアクティブ領域6を曝すもので ある。4・1015/cm2の注入量を持つBイオンの注入によって、pチャネル MOSTの高度にドープされたp型ソース及びドレイン区域34及び35が設け られる。同時に、ゲート電極23が当該注入量によって再ドープされるので、ゲ ート電極23は、p型導電をなすものとなる。この注入の後は、マスク33を除 去することができ、その後に当該デバイスは、別の標準的処理を受け、例えば必 要であれば、半導体本体1の各種区域上及び各種ポリ通路上に金属シリサイドが 形成され、ガラス層が設けられ、このガラス層を介してのコンタクトが形成され 、種々の回 路素子間の相互接続がなされる。これら工程は、一般に知られたものであるので 、図示されていない。 ここに記載されているプロセスは、特に「埋め込まれた(組み込まれた)」メ モリを有する集積回路には重要である。詳細な説明に記載されているように、C MOSプロセスを実行する前にメモリの主要部を製造することによりCMOSロ ジックの特性を悪化させることなくメモリの特性を最適化することができる。特 に注記すると、比較的に低いドーピング濃度を持つポリI層の使用は、フローテ ィングゲート電極へ悪影響を与えず、メモリにおける高濃度のソース/ドレイン 注入に耐えるポリI層を局部的にマスクする処理とともに、ドープされたp型の ゲートをpチャネルMOSTにおいて形成することを可能とする。これにより、 pチャネルMOSTにおける閾値電圧が低くなるので、比較的に低い供給電圧で あってもトランジスタを非導通状態にすることができる、という利点を持つ。 本発明は、上述の例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の及 ぶところで数多くの改変例が可能である。例えば、フローティングゲートが形成 される基礎となる半導体層は、p型の層に代替可能である。すなわち、nチャネ ルMOSTのゲートを形成する少なくとも一部分は、n型のソース及びドレイン 区域の打ち込み(注入)中に再ドープされるものとして良い。本発明はまた、C MOSトランジスタにおけるLDD注入法を伴わない実施例に好適である。また 、マスク12に代えて、ソース/ドレイン区域14及び15のための高濃度のA sの注入がアクティブ領域5及び6におけるポリI層に及ぶことを防ぐのにオキ シナイトライド層11を注入マスクとして使用することも可能である。層11の 厚さ及び注入エネルギーは相互に調整するのが良い。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 半導体本体を有する半導体装置の製造方法であって、当該半導体本体の 一表面には、第1アクティブ領域におけるnチャネルMOSTと第2アクティブ 領域におけるpチャネルMOSTとによる形態の一対のトランジスタが、第3の アクテイブ領域においてフローテイングゲートを有するMOSTの形態の不揮発 性メモリセルと組み合わされて設けられる、製造方法において、 前記第1、第2及び第3アクティブ領域において前記半導体本体の表面にゲー ト誘電体を設けるステップと、 前記誘電体の層上に比較的稀薄なドーパント濃度をもって半導体層を形成する ステップと、 前記半導体層においてフローティングゲートを画定し前記第1及び第2アクテ ィブ領域における前記半導体層の部分をマスクするマスクを形成するステップと 、 前記半導体層の非マスク部分をエッチングして前記フローティングゲートにパ ターンを施しかつ前記フローティングゲートに近接する前記第3アクティブ領域 の表面部分の上方に位置する前記半導体層を除去するとともに、前記第1及び第 2アクティブ領域を前記半導体層により全体的に被覆しておくステップと、 前記第3アクティブ領域の非被覆部分において比較的高いドーパント濃度を有 するドーパントを設け、このドーピング工程中、少なくとも、ドーピングに抗し てマスクされている前記第1及び第2のアクティブ領域の上方に位置する前記半 導体層の部分において、フローティングゲートを有するMOSTのための特定の 導電型のソース及びドレイン区域を得るステップと、 前記nチャネルMOST及び前記pチャネルMOSTのゲートを形成し、局部 的なドーパントの付与によって、前記nチャネルMOSTのn型ソース及びドレ イン区域と前記pチャネルMOSTのp型ソース及びドレイン区域とを形成する ステップと、 前記第1アクティブ領域の上方に位置する半導体層にn型ドーパントを与え前 記第2アクティブ領域の上方に位置する半導体層にn型ドーパントを与えるステ ップと、 を有することを特徴とする製造方法。 2. 請求項1に記載の方法において、前記nチャネルMOSTのゲートは、 前記nチャネルMOSTの前記n型ソース及びドレイン区域と同じ時期にドープ され、前記pチャネルMOSTのゲートは、前記pチャネルMOSTのp型ソー ス及びドレイン区域と同じ時期にドープされることを特徴とする製造方法。 3. 請求項1又は2に記載の方法において、前記半導体層は、比較的微弱な n型ドーパント濃度が与えられ、前記半導体層の前記pチャネルMOSTのゲー トを形成する部分は、当該部分にp型ドーピングを施すことにより再ドープされ ることを特徴とする製造方法。 4. 請求項1,2又は3に記載の方法において、 前記メモリセルには、前記フローティングゲートの上方に位置するとともに前 記ゲートから介在の電気的絶縁層により分離されている制御電極が設けられ、 前記制御電極のために、前記第1及び第2アクティブ領域の位置において前記 第1の半導体層と連続的な半導体層を形成する第2の半導体層が設けられ、 前記nチャネルMOST及び前記pチャネルMOSTのゲートは、この共通の 半導体層から形成されている、 ことを特徴とする製造方法。 5. 請求項4に記載の方法において、前記第2の半導体層は、第1の部分層 と第2の部分層の付着をなすことにより設けられ、前記第1の付着処理の後でか つ前記第2の付着処理の前に、前記第1及び第2アクティブ領域の上方に位置す る前記第1の部分層の部分は除去され、これらアクティブ領域における当該位置 において前記第2の部分層が前記第1の半導体層に直接的に付着されることを特 徴とする製造方法。 6. 請求項5に記載の方法において、前記第1の半導体層と前記第2の半導 体層の前記第1及び第2の部分層とは、等しいか又は実質的に等しい厚さで形成 されることを特徴とする製造方法。
JP10529306A 1997-04-01 1998-03-05 Epromを標準的cmosプロセスに組み合わせた不揮発性メモリ製造方法 Ceased JP2000511707A (ja)

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