JPH04302174A - 不揮発性メモリを含む半導体装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性メモリを含む半導体装置の製造方法

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JPH04302174A
JPH04302174A JP3091376A JP9137691A JPH04302174A JP H04302174 A JPH04302174 A JP H04302174A JP 3091376 A JP3091376 A JP 3091376A JP 9137691 A JP9137691 A JP 9137691A JP H04302174 A JPH04302174 A JP H04302174A
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oxide film
gate
gate oxide
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mos transistor
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はEPROMやEEPRO
Mなどに用いられるFAMOS不揮発性メモリを含む半
導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】不揮発性メモリであるFAMOSメモリ
と周辺MOSトランジスタとを含む半導体装置を製造す
るプロセスには、三層ポリシリコンプロセスと二層ポリ
シリコンプロセスがある。
【0003】三層ポリシリコンプロセスは図3に示され
るように行なわれる。左側をEPROM部、右側を周辺
部とする。 (A)基板2にフィールド酸化膜4を形成し、ゲート酸
化膜6を例えば300Å程度の厚さに形成する。その上
にフローティングゲート用ポリシリコン膜を約2000
Åの厚さに形成し、膜厚約400Åの層間膜10を介し
てコントロールゲート用のポリシリコン膜を約3500
Åの厚さに形成する。その後、写真製版とエッチングに
よりパターン化を施してフローティングゲート8、層間
膜10及びコントロールゲート12からなるスタックゲ
ート電極を形成する。 (B)EPROMのゲート酸化膜6をスルー酸化膜とし
て周辺部のしきい値制御用のチャネルドープのためのボ
ロンイオンの注入を行なう。注入エネルギー30KeV
程度、注入量は1012/cm3程度である。 (C)その後、スルー酸化膜6を除去し、周辺部のゲー
ト酸化膜14を約200Åの厚さに形成する。 (D)その後、ポリシリコン膜16aを約3500Åの
厚さに堆積し、リンガラスを堆積してポリシリコン膜1
6aを低抵抗化し、そのリンガラスを除去する。 (E)ポリシリコン膜16aを写真製版とエッチングに
よりパターン化して周辺部のゲート電極16を形成する
【0004】図4は二層ポリシリコンプロセスを表わし
ている。 (A)基板2にフィールド酸化膜4、ゲート酸化膜6及
びEPROM部のフローティングゲート8を約2000
Åの厚さのポリシリコン膜のパターン化により形成する
。周辺部ではゲート酸化膜6をスルー酸化膜としてチャ
ネルドープを行なう。 (B)その後、スルー酸化膜6を除去し、周辺部のゲー
ト酸化膜14を形成する。このとき、EPROM部では
フローティングゲート8の表面が酸化されて層間膜10
が約400Åの厚さに形成される。 (C)ポリシリコン膜16aを堆積し、リンを導入して
低抵抗化する。 (D)EPROM部を写真製版とエッチングによりパタ
ーン化してフローティングゲート8、層間膜10及びコ
ントロールゲート12からなるスタックゲート電極を形
成する。18はこのパターン化のためのレジストである
。 (E)周辺部を写真製版とエッチングによりパターン化
してゲート電極16を形成する。20はこのパターン化
のためのレジストである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法で周辺部の
チャネルドープを行なう際、チャネルドープ用のスルー
酸化膜に使われているEPROMのゲート酸化膜が形成
されてからチャネルドープが行われるまでに、三層ポリ
シリコンプロセスではポリシリコン膜のエッチング、酸
化膜のエッチング及びポリシリコン膜のエッチングの工
程があり、二層ポリシリコンプロセスにおいてはポリシ
リコン膜の堆積、リンガラスの堆積及びポリシリコン膜
のエッチングがある。そのため、ポリシリコン膜の堆積
からポリシリコン膜のエッチングにいたるまでの工程の
間に周辺部のチャネル領域の基板が受けたダメージは基
板に残ったままで後工程の周辺部のゲート酸化のときに
ゲート酸化膜中に取り込まれる。それにより欠陥構造を
反映したゲート酸化膜が成長することになり、ゲート酸
化膜耐圧の中に5〜7MV/cmのBモード不良が発生
する。良質のゲート酸化膜の場合は耐圧が10MV/c
m程度である。
【0006】周辺部のスルー酸化膜に使われるEPRO
Mのゲート酸化膜は、前工程のポリシリコン膜のドライ
エッチングのオーバエッチング時間においては僅かでは
あるがエッチングされて膜減りする。ポリシリコンエッ
チレートの耐酸化膜選択比は通常6〜9であるので、ポ
リシリコン膜の1/6〜1/9程度が膜減りすることに
なる。したがって、スルー酸化膜の膜厚の面内均一性は
(形成時の面内均一性)+(ポリシリコンエッチの耐酸
化膜選択比の面内均一性)+(ポリシリコン層の膜厚の
均一性(オーバエッチ時間の場所によるばらつき))が
加算されたものとなり、極めて悪くなる。したがって、
チャネルドープ不純物の深さ方向のプロファイルがウエ
ハ面内でばらつき、しきい値もウエハ面内でばらつくこ
とになる。
【0007】これらの問題を解決するためには、周辺部
のチャネルドープの前に露出しているEPROMのゲー
ト酸化膜を除去し、改めて酸化を行なって膜厚が例えば
400Å程度の酸化膜を形成し、その新たな酸化膜をス
ルー酸化膜としてチャネルドープを行ない、その後、そ
のスルー酸化膜を除去して新たに周辺部のゲート酸化膜
を形成すればよい。このように、前工程でダメージを受
けているチャネル領域部を酸化することにより、欠陥を
酸化膜中に取り込み、その後その酸化膜は除去して改め
てゲート酸化膜を形成するので、チャネル領域に欠陥は
なくなり、またゲート酸化膜も均一で絶縁体圧の高い良
質の酸化膜が得られる。新しくスルー酸化膜を均一に形
成することで、注入不純物の深さ方向のプロファイルも
均一に制御され、しきい値のウエル面内でのばらつきも
抑えられる。また、基板を注入のダメージから守ること
ができるという利点もある。
【0008】しかし、このような、所謂チャネルドープ
のための犠牲酸化を行なうと、既に形成されたEPRO
Mのフローティングゲートやコントロールゲートが酸化
されるため、図5に示されるようにフローティングゲー
ト8と基板2の間、フローティングゲート8とコントロ
ールゲート12の間の酸化膜10に酸化膜のバーズビー
クが食い込み、結果としてEPROMのドレイン端のゲ
ート酸化膜又はフローティングゲート8とコントロール
ゲート12の間の酸化膜が厚くなり、縦方向電界が弱め
られて、オン電流の低下や書込み特性の劣化を引き起こ
す。
【0009】本発明は周辺部のゲート酸化膜の劣化やチ
ャネルドープ不純物の面内でのばらつきを抑え、かつE
PROMのスタックゲートでのバーズビークの発生によ
るオン電流の低下や書込み特性の劣化を防ぐことのでき
る製造方法を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では、周辺MOS
トランジスタ部のしきい値制御のチャネルドープのイオ
ン注入を行なう前に、前工程で形成したメモリ部のゲー
ト酸化膜を周辺MOSトランジスタ部に残した状態で9
50℃以上のドライ酸素雰囲気で酸化を行ない、この酸
化工程で形成された酸化膜と前記ゲート酸化膜とを合わ
せた酸化膜を通して周辺MOSトランジスタのチャネル
ドープを行ない、チャネルドープ後は露出している酸化
膜を除去し、改めて周辺トランジスタ部のゲート酸化膜
を形成する。
【0011】本発明を三層ポリシリコンプロセスに適用
する場合は、FAMOSメモリ部のゲート酸化膜及びそ
の上のFAMOS用スタックゲート電極を形成した後、
写真製版によりFAMOSメモリ部に開口を有するレジ
ストパターンを形成し、FAMOSメモリ部のソース・
ドレイン領域上のゲート酸化膜を除去した後、そのFA
MOSメモリ部のソース・ドレイン領域に不純物注入を
行ない、その後に950℃以上のドライ酸素雰囲気での
酸化を行ない、周辺MOSトランジスタ部での前記ゲー
ト酸化膜と前記ドライ酸素雰囲気での酸化による酸化膜
とを通して周辺MOSトランジスタ部のチャネルドープ
を行なう。
【0012】
【実施例】図1は本発明を三層ポリシリコンプロセスの
製造方法に適用した実施例を表わしたものである。図の
左側はメモリトランジスタ部、右側は周辺部であり、周
辺部には例えばCMOSが形成される。 (A)シリコン基板2にフィールド酸化膜4、膜厚が約
300Åのゲート酸化膜6を形成し、その上に膜厚が約
2000Åの1層目ポリシリコン膜、その上に膜厚が約
400Åの層間酸化膜10、さらにその上に2層目の膜
厚が約3000Åのポリシリコン膜を形成し、写真製版
とエッチングによりパターン化を施してフローティング
ゲート8、層間膜10及びコントロールゲート12を形
成する。 (B)写真製版によりEPROM部に開口を有するレジ
ストパターン30を形成し、EPROM部で露出してい
るゲート酸化膜6を除去した後、EPROMのソース・
ドレイン領域に不純物を注入する。不純物は例えばN型
不純物の砒素であり、注入エネルギーは約50KeVで
注入量は6×1015/cm3程度である。 (C)レジスト30を除去した後、ソース・ドレイン領
域32,34のドライブ熱処理をドライ酸素雰囲気中で
行なう。このときの条件は、例えば950℃で50分で
あり、雰囲気はO2が9000cc/分、N2が180
00cc/分2、HClが500cc/分である。この
熱処理によりEPROMのソース・ドレイン領域32,
34が活性化されるとともに、ソース・ドレイン領域3
2,34上には約450Åの酸化膜36が形成され、基
板上には約150Åの酸化膜が形成されて前に残ってい
たEPROM用のゲート酸化膜6の上にも酸化膜が形成
されて合計膜厚が約450Åの酸化膜になる。これは、
酸化膜の薄い部分には酸素原子が多く入り込み、厚い部
分には酸素原子はなかなか入り込まないので、全体にほ
ぼ均一な膜厚の酸化膜36となるのである。 (D)酸化膜36をスルー酸化膜として周辺部にチャネ
ルドープのポロン注入を行なう。注入エネルギーは30
KeVで、注入量は1012/cm3程度である。 (E)その後、スルー酸化膜36を除去した後、周辺部
に改めてゲート酸化膜38を形成し、ポリシリコン膜堆
積、リンガラス堆積、リンガラス除去及びポリシリコン
膜のパターン化によって周辺部のゲート電極16を形成
する。
【0013】図2は二層ポリシリコンプロセスに本発明
を適用した実施例を表わしている。 (A)シリコン基板2にフィールド酸化膜4、ゲート酸
化膜6及びフローティングゲート8を形成する。 (B)950℃以上の高温ドライ酸素雰囲気で酸化する
ことにより、古いEPROMゲート酸化膜の薄い部分を
補って均一な膜質のスルー酸化膜36が形成される。 (C)この酸化膜36をスルー酸化膜として周辺部のチ
ャネルドープを行なう。チャネルドープの条件は図1と
同じである。 (D)そのスルー酸化膜36を除去した後、周辺部のゲ
ート酸化膜38を形成し、2層目のポリシリコン膜を堆
積し、リン導入により低抵抗化した後、そのポリシリコ
ン膜のパターン化により周辺部のゲート電極16、EP
ROMのコントロールゲート12を形成する。
【0014】
【発明の効果】本発明の方法によればEPROMの基板
とフローティングゲート間、及びフローティングゲート
とコントロールゲートの間の酸化膜にバースビークを食
い込ませることなく、膜厚が均一で、しかも基板表面の
ダメージ層を取り込んだチャネルドープ用のスルー酸化
膜を形成することができるので、EPROM特性を劣化
させることなく、周辺部のゲート酸化膜の絶縁耐圧特性
を向上させ、しきい値電圧のウエル面内ばらつきも抑え
ることができる。本発明をオンチップEPROMの三層
ポリシリコンプロセスに適用すれば、EPROMソース
・ドレインのドライブ及び不純物活性化と、周辺部のス
ルー酸化膜の形成が同時に行なえるので、工程を短縮す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を三層ポリシリコンプロセスに適用した
実施例を示す工程断面図である。
【図2】本発明を二層ポリシリコンプロセスに適用した
実施例を示す工程断面図である。
【図3】従来の三層ポリシリコンプロセスを示す工程断
面図である。
【図4】従来の二層ポリシリコンプロセスを示す工程断
面図である。
【図5】犠牲酸化による問題点を示す部分断面図である
【符号の説明】
2        シリコン基板 6        ゲート酸化膜 8        フローティングゲート10    
    層間酸化膜 12        コントロールゲート16    
    周辺部のゲート電極32,34  EPROM
のソース・ドレイン領域36        スルー酸
化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  FAMOSメモリ部と周辺MOSトラ
    ンジスタ部を含む半導体装置の製造方法において、周辺
    MOSトランジスタ部のしきい値制御のチャネルドープ
    のイオン注入を行なう前に、前工程で形成したメモリ部
    のゲート酸化膜を周辺MOSトランジスタ部に残した状
    態で950℃以上のドライ酸素雰囲気で酸化を行ない、
    この酸化工程で形成された酸化膜と前記ゲート酸化膜と
    を合わせた酸化膜を通して周辺MOSトランジスタのチ
    ャネルドープを行ない、チャネルドープ後は露出してい
    る酸化膜を除去し、改めて周辺トランジスタ部のゲート
    酸化膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】  三層ポリシリコンプロセスであって、
    FAMOSメモリ部のゲート酸化膜及びその上のFAM
    OS用スタックゲート電極を形成した後、写真製版によ
    りFAMOSメモリ部に開口を有するレジストパターン
    を形成し、FAMOSメモリ部のソース・ドレイン領域
    上のゲート酸化膜を除去した後、そのFAMOSメモリ
    部のソース・ドレイン領域に不純物注入を行ない、その
    後に950℃以上のドライ酸素雰囲気での酸化を行ない
    、周辺MOSトランジスタ部での前記ゲート酸化膜と前
    記ドライ酸素雰囲気での酸化による酸化膜とを通して周
    辺MOSトランジスタ部のチャネルドープを行なう請求
    項1に記載の半導体装置の製造方法。
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