説明

半導体装置の製造方法

【課題】製造工程を短縮することにより、歩留りを向上し、装置の信頼性を高める。
【解決手段】シリコン基板100上の第1主面101上に酸化膜102を形成し、この酸化膜102上に第1ポリシリコン層104a、及びその上層にキャップ絶縁膜106aを具えた島状積層体108を形成する。次に、第1主面101の島状積層体108を含む上側全面に第2ポリシリコン層110を形成して、島状積層体108の側壁で第1ポリシリコン層104aと第2ポリシリコン層110とを接合させる。その後、一回の拡散処理によって、第2ポリシリコン層110の表面から第2ポリシリコン層110内部に不純物を拡散させるとともに、第2ポリシリコン層110に拡散された不純物をさらに第1ポリシリコン層104aの側壁から第1ポリシリコン層104aの内部に向かって、拡散させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、二層のポリシリコン層を具備し、その二層のポリシリコン層への不純物導入を行う半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の技術は不揮発性半導体装置の製造方法に使用されているものであり、二層のポリシリコン層への不純物導入は、イオン注入工程により、各ポリシリコン層毎に行われている。すなわち、二層のポリシリコン層を具備したメモリセルにおいては、構成される二層のポリシリコン層に対して、個別に不純物導入を行い、それぞれフローティングゲート及びコントロールゲート等のゲートを形成している(特許文献1)。
【0003】
また、以下説明する二層ポリシリコン層への不純物導入をイオン注入法及び熱拡散法により行う従来周知の方法も一般に使用されている(特許文献2,3)。この背景技術の従来方法について、図5(A)〜(H)に示した工程断面図を参照して説明する。
【0004】
まず、図5(A)及び(B)に示したように、シリコン基板500の平坦な第1主面501上に平坦な酸化膜502を、1000℃の温度でのウェット酸化法により6500Å厚さで均一に形成し、その上層に前駆第1ポリシリコン層504を減圧CVD(LP−CVD)法により1100Åの膜厚で均一に堆積する。
【0005】
次に、図5(C)に示したように、前駆第1ポリシリコン層504の上面から厚さ方向に対して、不純物導入法としてイオン注入法を用いて(P(リン))イオン506を、例えば加速エネルギー10keV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で注入する。このイオン注入条件によって、P(リン)イオンは前駆第1ポリシリコン層504の厚み方向の中間点にピークを持つようなP(リン)濃度分布を形成する。
【0006】
次に、図5(D)に示したように、前駆第1ポリシリコン層504の上面全面に前駆キャプ絶縁膜508として、二酸化シリコン膜、窒化シリコン膜そして二酸化シリコン膜の順に積層された積層膜(ONO膜)を次の条件で形成する。
【0007】
下部二酸化シリコン膜として、二酸化シリコン膜をドライ酸化法により1000℃の温度で50Åの膜厚に形成する。この工程により、前工程においてイオン注入されたP(リン)イオン注入層の活性化アニール工程を同時に行うことになる。次に、この二酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜をLP−CVD法により100Åの膜厚に堆積し、続いて第三積層膜である上部二酸化シリコン膜として、二酸化シリコン膜を900℃の温度でウェット酸化法により50Åの膜厚で形成する。
【0008】
次に、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、島状積層体を形成するためのレジストパターニングを行う。このレジストパターンをマスクに、第1主面501に鉛直な方向からの、異方性ドライエッチング法によって、前駆キャップ絶縁膜508及び前駆第1ポリシリコン層504をエッチングすることによりキャップ絶縁膜508a及び第1ポリシリコン層504aから成る島状積層体510を形成する。この時点での工程断面図を図5(E)に示した。
【0009】
次に、酸化工程として、800℃の温度でのドライ酸化法により島状積層体510の表面を酸化する。この時、キャップ絶縁膜508a上には120Åの厚さの酸化膜が形成されるが、第1ポリシリコン層504aの側壁は増速酸化されることにより、この側壁には200〜300Åの厚さの増速酸化膜512が形成される。この時点での工程断面図を図5(F)に示した。
【0010】
続いて、島状積層体510を含む第1主面501従ってここでは酸化膜502の上側全面に、第2ポリシリコン層514をLP−CVD法により1500Åの膜厚で均一に堆積する。図5(G)に示すように、第2ポリシリコン層514はステップカバレッジの良好な形状に堆積され島状積層体510領域を完全に覆う。従って、第1及び第2ポリシリコン層は、互いにキャップ絶縁膜508aと側壁の増速酸化膜512によって、領域分離されている。
【0011】
次に、図5(H)に示すように、この第2ポリシリコン層514の表面からの不純物導入工程として、P(リン)拡散516を行う。拡散源としては、オキシ塩化リン(POCl)を用い、例えば880℃の温度で15分間拡散処理を行うことにより、第2ポリシリコン層514のP(リン)濃度は4×1020cm−3となる。
【特許文献1】特開平11−17033号公報
【特許文献2】特開2004−214572号公報
【特許文献3】特開平05−075049号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、上述の背景技術で説明したように、従来、互いに領域分離されている第1及び第2の、二層のポリシリコン層を具備した半導体装置の製造方法においては、構成される各ポリシリコン層毎にイオン注入工程又は不純物拡散工程を行うことによりポリシリコン層への不純物導入を行っていた。すなわち、イオン注入工程又は不純物拡散工程をそれぞれ2回個別に行う必要がある。その結果、製造工程が長くなることにより半導体装置の製造歩留りが低下し、ひいては半導体装置の信頼性を低下させるという欠点があった。
【0013】
従って、この発明の目的は、二層のポリシリコン層を具備し、その二層のポリシリコン層への不純物導入を一回の拡散処理工程として行うことにより、工程を短縮して、歩留りを向上し、信頼性を高める半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
この発明は、上記目的を達成するために、下記の特徴を有している。
【0015】
半導体装置の製造方法において、シリコン基板上の第1主面上に酸化膜を形成する第1工程と、酸化膜上に第1ポリシリコン層及びその上層にキャップ絶縁膜を具えた島状積層体を形成する第2工程と、第1主面の島状積層体を含む上側全面に第2ポリシリコン層を形成して、島状積層体の側壁で第1ポリシリコン層と第2ポリシリコン層とを接合させる第3工程と、一回の拡散処理によって、第2ポリシリコン層の表面から第2ポリシリコン層内部に不純物を拡散させるとともに、第2ポリシリコン層に拡散された不純物をさらに第1ポリシリコン層の側壁から第1ポリシリコン層の内部に向かって、拡散させる第4工程とを含むものである。
【0016】
そして、この半導体装置の製造方法において、拡散させる不純物としてP(リン)を拡散させることが好適である。
【発明の効果】
【0017】
この発明の半導体装置の製造方法によれば、第1及び第2の二層のポリシリコン層が互いに連続的に繋がって一体的な層となっているので、その二層のポリシリコン層への不純物導入を一回の拡散処理工程として行うことにより製造工程の短縮を実現し、その結果として製造歩留りを向上し半導体装置の信頼性を高めることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、図を参照して、この発明の実施形態及び適用例につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの発明の実施形態及び適用例にのみ何等限定されるものではない。なお、断面図において、図の複雑化を防ぐために、断面を表すハッチング等を一部省略して示してある。
【0019】
(実施形態)
図1(A)〜(E)は、この発明の半導体装置の製造方法の実施形態を説明するための製造工程図であって、各図は、製造工程段階で得られた構造体の断面の切り口を示している。
【0020】
まず、シリコン基板100の平坦な第1主面101上に平坦な酸化膜102を、1000℃の温度でのウェット酸化法により6500Åの均一な膜厚に形成する(図1(A))。
【0021】
次に、この酸化膜102上に、前駆第1ポリシリコン層104を減圧CVD(LP−CVD)法により1000〜1100Åの範囲内の膜厚で均一に堆積し、引き続き、前駆キャップ絶縁膜106として、二酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、そして二酸化シリコン膜の順に積層された積層膜(ONO膜)を次の条件で形成する。下部二酸化シリコン膜として、二酸化シリコン膜をドライ酸化法により1000℃の温度で50Åの膜厚に形成する。次に、この二酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜をLP−CVD法により100Åの膜厚で堆積し、続いて、第三積層膜として上部二酸化シリコン膜として、二酸化シリコン膜を900℃の温度でウェット酸化法により50Åの膜厚で形成する(図1(B))。このONO膜は、酸化膜換算で100Åの厚みに相当する。又、この前駆キャップ絶縁膜106は、ここではONO膜を使用したが、ONO膜を形成する代わりに、熱酸化膜を200Åの膜厚で、又は、ノンドープシリカガラス膜(NSG膜)を500〜1000Åの範囲内の膜厚で形成しても良い。このONO膜によって構成された前駆キャップ絶縁膜106の膜厚も均一とする。
【0022】
次に、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、島状積層体108を形成するためのレジストパターニングを行う。このレジストパターン(図示せず)をマスクとして用いて、第1主面101に鉛直な方向からの異方性ドライエッチング法によって、前駆キャップ絶縁膜106及び前駆第1ポリシリコン層104を順次にエッチングする。このエッチングを行うことにより、前駆キャップ絶縁膜106及び前駆第1ポリシリコン層104の残部すなわち、キャップ絶縁膜106a及び第1ポリシリコン層104aから成る島状積層体108を形成する。然る後、レジストパターンを除去する(図1(C))。これら残部すなわち、キャップ絶縁膜106a及び第1ポリシリコン層104aから成る島状積層体108の、シリコン基板100の上方から見たときの平面的形状は、設計に応じた任意好適な形状、例えば、直角四辺形、円形その他とすることが可能である。
【0023】
続いて、島状積層体108を含む第1主面101従ってここでは酸化膜102の上側全面に、第2ポリシリコン層110をLP−CVD法により1500Åの膜厚で均一に堆積する(図1(D))。その結果、第2ポリシリコン層110はステップカバレッジの良好な形状に堆積され島状積層体108の領域を覆う。尚、この第2ポリシリコン層110の堆積は、実際には、段差領域110aでは不可避的に均一の膜厚とはならず、他の領域部分の膜厚よりも厚くなる。一般にポリシリコンの形成状態は、下地膜種依存性が小さい。従って、第2ポリシリコン層110は均等に成膜される。その結果、この場合の第2ポリシリコン層110は、第1主面101及び島状積層体108上に、隙間無く形成されて島状積層体108の第1ポリシリコン層104aの側壁と一体化して接合する。
【0024】
次に、この第2ポリシリコン層110の表面からの不純物導入工程として、P(リン)拡散112を行う(図1(E))。尚、図中、拡散源112(P(リン))を矢印で示してある。拡散源112としては、オキシ塩化リン(POCl)を用い、例えば880℃の温度で、N、O2、及びPOClの混合ガス雰囲気中(但し、例えばN:O:POCl=18000cc(18L):500cc(0.5L):180mg、N及びOについては毎分の流量。又、液体状であるPOClについては、Nバブリング時の毎分の使用量)で拡散処理を行う。この時、キャップ絶縁膜106aには不純物が拡散しない。従って、第2ポリシリコン層110の表面から拡散された不純物としてのP(リン)は、第2ポリシリコン層内部から第1ポリシリコン層104aの側壁に達し、さらに第1ポリシリコン層104aの側壁から内部にまで拡散する。
【0025】
従って、拡散処理時間を制御することによって、所定の不純物濃度を有する第1ポリシリコン層104a及び第2ポリシリコン層110が形成され、二層のポリシリコン層への不純物導入が一回の拡散工程により可能となる。
【0026】
このように、この発明の半導体装置の製造方法の実施形態によれば、図5(A)〜(H)を参照して既に説明した従来の製造工程とは異なり、一回の拡散処理工程によって二層のポリシリコン層への不純物導入が可能となるので、従来よりも製造工程が短縮されるという顕著な効果を奏する。従って、この発明の実施形態によれば、製造歩留りを向上し半導体装置の信頼性を高める効果を奏するものである。
【0027】
(実施形態の第1の適用例)
上述した実施形態の第1の適用例として、二層のポリシリコン層を用いたポリシリコンキャパシタの形成方法について、図2(A)〜(D)の工程図を参照して説明する。尚、図2の各図は、製造工程段階で得られた構造体の断面切り口を示す図である。又、図2においては、図1に示した構成要素と同一の構成要素には、図1とは異なる参照番号を付して示してある。この適用例においては、シリコン基板200の第1主面201上に構成される酸化膜202、第1及び第2ポリシリコン層204及び208、及び、キャップ絶縁膜206の形成条件及び膜厚などは全て、図1を参照して説明した実施形態において示したものと同一である。尚、この適用例では、キャップ絶縁膜はキャパシタ絶縁膜を構成する。又、第1ポリシリコン層204及びキャップ絶縁膜206からなる島状積層体211の平面形状を、長方形とする例につき説明する。
【0028】
まず、図2(A)を参照して、図1を参照して説明した工程(図1(E))に相当する二層のポリシリコン層への不純物拡散工程から説明する。この第1の適用例では、ここでは第1ポリシリコン層204が第1ポリシリコン電極となり、又、第2ポリシリコン層208から第2ポリシリコン電極209が加工形成される。従って、第1ポリシリコン層204及び第2ポリシリコン層208へ拡散される不純物濃度を同一にすることがポリシリコンキャパシタとしての各電極に要求される。その理由は、各電極の不純物濃度に差があると、形成されたポリシリコンキャパシタの容量ピークとなる電圧が不安定になり、その結果、バイアスゼロボルト時の容量を基準とした時の容量変動率が大きくなってしまう。そこで、各電極の不純物濃度を同一にすることにより、形成されたポリシリコンキャパシタの容量ピーク電圧は安定することになる。従って、この適用例においては、P(リン)拡散を第1ポリシリコン層204及び第2ポリシリコン層208へのP(リン)濃度が飽和するまで行うことが必要である。この適用例においてはキャパシタ絶縁膜206及び第1ポリシリコン層204の加工サイズを、長方形の短辺の長さすなわち幅3.0μmとする。この場合には、好適例として、P(リン)拡散の条件として、拡散源210をPOClとして、温度880℃、N、O、及びPOClの混合ガス雰囲気中(但し、例えばN:O:POCl=18000cc(18L):500cc(0.5L):180mg、N及びOについては毎分の流量。又、液体状であるPOClについては、Nバブリング時の毎分の使用量)で拡散時間60分とする。この条件下で拡散を行うことにより、第1ポリシリコン層204及び第2ポリシリコン層208のP(リン)濃度が飽和に達し、しかも、その第1ポリシリコン層204及び第2ポリシリコン層208の不純物濃度は等しくなり、その値は8×1020cm−3となる。
【0029】
次に、キャパシタ絶縁膜206上に形成された第2ポリシリコン層208の領域上に、レジストパターン212をパターン形成して図2(B)に示すような構造体を得る。
【0030】
その後、このレジストパターン212をマスクとして、第1主面201の鉛直方向からの異方性ドライエッチング法により、第2ポリシリコン層208をエッチング加工して第2ポリシリコン電極209を形成した後、レジストパターン212を除去して図2(C)に示す構造体を得る。この時、段差領域における第2ポリシリコン層208が他の領域での膜厚よりも厚いので、第1ポリシリコン層204の側壁にも第2ポリシリコン層208の一部分208aが第1ポリシリコン電極204の一部として不可避的に残存してしまう。しかし、この残存部分すなわち側壁部208aは、P(リン)拡散濃度が第1ポリシリコン電極204と第2ポリシリコン電極209ともに等しいため、第1ポリシリコン電極204としての役割への悪影響は無い。尚、この第2ポリシリコン電極209の平面形状は、短辺の長さすなわち幅が第1ポリシリコン層204の幅よりも短くしてある。この時のパターンエッチングされたキャパシタ絶縁膜206上の第2ポリシリコン層の残存部すなわち第2ポリシリコン電極209の加工サイズは幅1.5μmとする。
【0031】
次工程として、第2ポリシリコン電極209が形成されたシリコン基板200の第1主面201側の全面に、平坦な上面を有する層間絶縁膜214を堆積形成した後、第1ポリシリコン電極204及び第2ポリシリコン電極209に達するコンタクトホール215a及び215bをそれぞれ開口する。然る後、これらコンタクトホール215aおよび215bを介して第1ポリシリコン電極204及び第2ポリシリコン電極209に達する配線メタル216a及び216bをそれぞれ埋め込み形成するとともに層間絶縁膜214上に引き出し形成する。パッシベーション膜218を配線メタル216a及び216bを覆うように層間絶縁膜214上に形成することにより、ポリシリコンキャパシタ220が形成される(図2(D))。
【0032】
この適用例では、二層のポリシリコン層に導入する不純物濃度を同一の濃度にすることができることに特徴がある。一方、従来技術では、既に説明したように、各ポリシリコン層毎に不純物を導入しているために二層のポリシリコン層の不純物濃度を同一にすることは難しい。
【0033】
従って、この適用例に示すポリシリコンキャパシタの形成方法は、二層のポリシリコン層の不純物濃度が同一であるために、形成されるキャパシタの容量ピーク電圧がゼロボルト付近で安定するという効果を奏する。
【0034】
(実施形態の第2の適用例)
上述した実施形態の第2の適用例として、二層のポリシリコン層を用いたポリシリコン配線の形成方法について、図3(A)〜(D)の工程図を参照して説明する。尚、図3の各図は、製造工程段階で得られた構造体の断面切り口を示す図である。又、図3においては、図1に示した構成要素と同一の構成要素には、図1とは異なる参照番号を付して示してある。この適用例においては、シリコン基板300の第1主面301上に構成される酸化膜302、第1ポリシリコン層304a、304b及び第2ポリシリコン層308、及び、キャップ絶縁膜306a及び306bの形成条件及び膜厚などは全て、図1を参照して説明した実施形態において説明したものと同一である。
【0035】
この第2の適用例においては、図1(A)〜(E)を参照して説明した工程によって、シリコン基板300上の2カ所に互いに離間させて島状積層体311a及び311bが形成された構成例につき説明する。ここでは、特に、三種類のポリシリコン配線を形成する方法について説明する。尚、島状積層体311aは、第1ポリシリコン層304a及びキャップ絶縁膜306aから成っており、又、島状積層体311bは、第1ポリシリコン層304b及びキャップ絶縁膜306bから成っている。この場合にも、島状積層体311a及び311bの平面形状を長方形として説明する。
【0036】
まず、図3(A)を参照して、図1を参照して説明した工程(図1(E))に相当する二層のポリシリコン層への不純物拡散工程から説明する。この適用例においては、第1ポリシリコン層304a及び304bと、キャップ絶縁膜306a及び306bとから構成される島状積層体311a及び311bのサイズを長方形の短辺の長さすなわち幅1.0μmとする。この場合、P(リン)拡散の条件は、拡散源310をPOClとして、温度880℃、N、O、及びPOClの混合ガス雰囲気中(但し、例えばN:O:POCl=18000cc(18L):500cc(0.5L):180mg、N及びOについては毎分の流量。又、液体状であるPOClについては、Nバブリング時の毎分の使用量)で、第1ポリシリコン層304a、304b、及び第2ポリシリコン層308のP(リン)の不純物濃度がそれぞれ4×1020cm−3及び6×1020cm−3となるまで拡散時間を制御して拡散を行うのが好適である。すなわち、この適用例において好ましくは、第1ポリシリコン層304a、304b、及び第2ポリシリコン層308へのP(リン)拡散は、この二層のポリシリコン層の不純物濃度が飽和する前に拡散を停止させることによって、二層のポリシリコン層のP(リン)濃度に濃度差を設けるのが良い。したがって、第1ポリシリコン層304a及び304bのシート抵抗値と、第2ポリシリコン層308のシート抵抗値とは異なる値を持つ。この拡散時間を増減することにより、第1ポリシリコン層304a及び304bの不純物濃度と、第2ポリシリコン層308の不純物濃度を制御することができる。すなわち第1及び第2ポリシリコン層のシート抵抗値を制御することができる。
【0037】
この適用例においては,図3(A)に示す構造体から出発して、ポリシリコン層を用いた三種類のポリシリコン配線パターンを形成する。
【0038】
先ず、形成しようとする、二層のポリシリコン層を用いたポリシリコン配線パターン構成に応じたレジストパターン312a及び312bをフォトリソグラフィーによりパターン形成する(図3(B))。尚、これらレジストパターン312a及び312bの平面形状を、例えば長方形とする。
【0039】
すなわち、第1種のポリシリコン配線パターンとしては、後述する第1ポリシリコン層304aと第2ポリシリコン層の残存部308aを合体したポリシリコン配線313aのパターンをエッチング形成するため、長方形の短辺の長さすなわち幅2.0μmのレジストパターン312aを形成する。第2種のポリシリコン配線パターンとしては、第2ポリシリコン層308のみのポリシリコン配線308cのパターンをエッチング形成するため、同様に幅1.0μmのレジストパターン312bを形成する。第3種のポリシリコン配線パターンとしては、キャップ絶縁膜306bと第1ポリシリコン層304b及び第1ポリシリコン層304bの側壁の第2ポリシリコン層の残存部分すなわち側壁部308bから成るポリシリコン配線313bのパターンをエッチング形成するためレジストパターンを特に形成しない領域を設けておく。以上の三種類のポリシリコン配線パターンを一回の共通のエッチング工程で形成する。
【0040】
次に、これらレジストパターン312a及び312bをマスクとして、シリコン基板300の第1主面301に鉛直な方向からの異方性ドライエッチング法により第2ポリシリコン層308をエッチング加工した後、レジストパターン312a及び312bを除去する。このエッチング加工によって、図3(C)に示すような構造体を得る。この構造体では、第1種のポリシリコン配線313aのパターンと、第2種のポリシリコン配線308cのパターンと、第3種のポリシリコン配線313bのパターンとが共通のシリコン基板300上すなわち酸化膜302上に互いに離間して形成されている。上述したように、この適用例では、三種類のシート抵抗を有するポリシリコン配線を形成することが可能となる。尚、既に説明したが、従来技術で説明した、各ポリシリコン層毎に不純物導入を行う方法においては、図5(F)に示したように、増速酸化膜512が形成されるために第1ポリシリコン層504aのみのポリシリコン配線パターン、及び、第2ポリシリコン層514のみを利用したポリシリコン配線パターンの二種類のシート抵抗を有するポリシリコン配線しか形成することができない。
【0041】
次に、上記説明した三種類のシート抵抗を有するポリシリコン配線パターンが形成されたシリコン基板300の第1主面301側の全面に、平坦な上面を有する層間絶縁膜314を堆積形成した後、第1種のポリシリコン配線313aの最上層の第2ポリシリコン層308a、第2種のポリシリコン配線を構成しているポリシリコン層308c、及び第3種のポリシリコン配線313bの第1ポリシリコン層304bに達するコンタクトホール315a、315c、及び315bを開口する。然る後、これらコンタクトホール315a、315c、及び315bを介して第1種のポリシリコン配線313aの最上層の第2ポリシリコン層308a、第2種のポリシリコン配線308cを構成しているポリシリコン層308c、及び第3種のポリシリコン配線313bの第1ポリシリコン層304bに達する、配線メタル316a、316c及び316bをそれぞれ埋め込み形成するとともに層間絶縁膜314上に引き出し形成する。パッシベーション膜318を配線メタル316a、316c及び316bを覆うように層間絶縁膜314上に形成することにより、三種類のシート抵抗を有するポリシリコン配線320、ポリシリコン配線322及びポリシリコン配線324が得られる(図3(D))。
【0042】
(実施形態の第3の適用例)
上述した実施形態の第3の適用例として、二層のポリシリコン層を用いたフラッシュメモリセルの形成方法について、図4(A)〜(D)の工程図を参照して説明する。尚、図4の各図は、製造工程段階で得られた構造体の断面切り口を示す図である。又、図4においては、図1に示した構成要素と同一の構成要素には、図1とは異なる参照番号を付して示してある。
【0043】
この適用例では、シリコン基板400の第1主面401上に形成される酸化膜402をゲート酸化膜とすることを除き、それ以外の第1及び第2ポリシリコン層404及び408、及びキャップ絶縁膜406の形成条件及び膜厚などは全て、図1を参照して説明した実施形態に示したものと同一である。
【0044】
まず、図4(A)に示すように、二層のポリシリコン層への不純物拡散工程から説明する。尚、この適用例においては、シリコン基板400の第1主面401上に、ゲート酸化膜402として酸化膜を300Åの膜厚で形成する。このゲート酸化膜402は、後述するメモリ素子のソース及びドレイン領域414を形成するためのイオン注入工程の透過膜としての役割を持つ。キャップ絶縁膜406としては、前述した、実施形態で説明したONO膜による構成が好適である。この適用例においては、第1ポリシリコン層404及びキャップ絶縁膜406から構成される島状積層体409の平面形状を長方形とし、その短辺の長さすなわち幅を1.0μmとする。この場合の好適例として、P(リン)拡散の条件としては、拡散源410をPOClとして、温度880℃、N、O、及びPOClの混合ガス雰囲気中(但し、例えばN:O:POCl=18000cc(18L):500cc(0.5L):180mg、N及びOについては毎分の流量。又、液体状であるPOClについては、Nバブリング時の毎分の使用量)で拡散を行う。この場合、第1ポリシリコン層404及び第2ポリシリコン層408のP(リン)の不純物濃度がそれぞれ4×1020cm−3及び6×1020cm−3となるまで拡散時間を制御して拡散を行うのが好適である。すなわち、この適用例においては、第1ポリシリコン層404及び第2ポリシリコン層408へのP(リン)拡散はこの二層のポリシリコン層の不純物濃度が飽和する前に拡散を停止させることによって、二層のポリシリコン層のP(リン)濃度に濃度差を設ける。従って、第1ポリシリコン層404と第2ポリシリコン層408のシート抵抗値は異なる値を持つ。この拡散時間を増減することにより、第1ポリシリコン層404と第2ポリシリコン層408の不純物濃度すなわちシート抵抗値を制御することができる。
【0045】
次に、キャップ絶縁膜406上に形成された第2ポリシリコン層408上に、レジストパターン412をパターン形成する(図4(B))。この適用例においては、レジストパターン412の平面形状を長方形とし、その短辺の長さすなわち幅を0.7μmとした。
【0046】
その後、上記レジストパターン412をマスクとして、第1主面401の鉛直方向からの異方性ドライエッチング法により、第2ポリシリコン層408、キャップ絶縁膜406及び第1ポリシリコン層404を一回のエッチングにより、ゲート絶縁膜402の上面が露出するまでエッチング加工形成した後、レジストパターン412を除去する。この結果、第1ポリシリコン層404の残部からなるフローティングゲート404aと、キャップ絶縁膜406の残部からなるキャパシタ絶縁膜406aを挟み、その上層に第2ポリシリコン層408の残部からなるコントロールゲート408aとを備えたフラッシュメモリセル構造の前駆体が形成される。このエッチング加工によって図4(C)に示すような構造体を得る。
【0047】
次に、フローティングゲート404aの両側のシリコン基板400内に、半導体装置のソース及びドレイン領域414を形成するために、ゲート酸化膜402を透過膜としてAs(ヒ素)イオンを加速エネルギー50keV、ドーズ量2×1015cm−2の条件でイオン注入を行って、ソース及びドレイン領域414を形成する。引き続き、コントロールゲート408aが形成されたシリコン基板400の第1主面401側の全面に、平坦な上面を有する層間絶縁膜416を堆積形成した後、コントロールゲート408a、及び、ソース、ドレイン領域414に達するコンタクトホール417a及び417bを開口する。然る後、これらコンタクトホール417a及び417bを介して、コントロールゲート408a及びソース、ドレイン領域414に達する配線メタル418a及び418bを埋め込み形成するとともに層間絶縁膜416上に引き出し形成する。パッシベーション膜420を配線メタル418a及び418bを覆うように層間絶縁膜416上に形成することにより、フラッシュメモリセル422が形成される(図4(D))。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】この発明の実施形態を説明するための製造工程断面図である。
【図2】この発明の実施形態の第1の適用例を説明するための製造工程断面図である。
【図3】この発明の実施形態の第2の適用例を説明するための製造工程断面図である。
【図4】この発明の実施形態の第3の適用例を説明するための製造工程断面図である。
【図5】背景技術を説明するための製造工程断面図である。
【符号の説明】
【0049】
100:シリコン基板
101:第1主面
102:酸化膜
104:前駆第1ポリシリコン層
104a:第1ポリシリコン層
106:前駆キャップ絶縁膜
106a:キャップ絶縁膜
108:島状積層体
110:第2ポリシリコン層
110a:段差領域
112:拡散源
200:シリコン基板
201:第1主面
202:酸化膜
204:第1ポリシリコン層、第1ポリシリコン電極
206:キャップ絶縁膜、キャパシタ絶縁膜
208:第2ポリシリコン層
208a:側壁部
209:第2ポリシリコン電極
210:拡散源
211:島状積層体
212:レジストパターン
214:層間絶縁膜
215a,215b:コンタクトホール
216a,216b:配線メタル
218:パッシベーション膜
220:ポリシリコンキャパシタ
300:シリコン基板
301:第1主面
302:酸化膜
304a、304b:第1ポリシリコン層
306a,306b:キャップ絶縁膜
308:第2ポリシリコン層
308a:残存部
308b:側壁部
308c:第2種のポリシリコン配線
310:拡散源
311a、311b:島状積層体
312a,312b:レジストパターン
313a:第1種のポリシリコン配線
313b:第3種のポリシリコン配線
314:層間絶縁膜
315a,315b,315c:コンタクトホール
316a,316b,316c:配線メタル
318:パッシベーション膜
320,322,324:ポリシリコン配線
400:シリコン基板
401:第1主面
402:ゲート酸化膜
404:第1ポリシリコン層
404a:フローティングゲート
406:キャップ絶縁膜
406a:キャパシタ絶縁膜
408:第2ポリシリコン層
408a:コントロールゲート
409:島状積層体
410:拡散源
412:レジストパターン
414:ソース及びドレイン領域
416:層間絶縁膜
417a,417b:コンタクトホール
418a,418b:配線メタル
420:パッシベーション膜
422:フラッシュメモリセル
500:シリコン基板
501:第1主面
502:酸化膜
504:前駆第1ポリシリコン層
504a:第1ポリシリコン層
506:イオン
508:前駆キャップ絶縁膜
508a:キャップ絶縁膜
510:島状積層体
512:増速酸化膜
514:第2ポリシリコン層
516:P(リン)拡散

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコン基板上の第1主面上に酸化膜を形成する第1工程と、
該酸化膜上に第1ポリシリコン層及びその上層にキャップ絶縁膜を具えた島状積層体を形成する第2工程と、
前記第1主面の前記島状積層体を含む上側全面に第2ポリシリコン層を形成して、前記島状積層体の側壁で前記第1ポリシリコン層と該第2ポリシリコン層とを接合させる第3工程と、
一回の拡散処理によって、前記第2ポリシリコン層の表面から該第2ポリシリコン層内部に不純物を拡散させるとともに、該第2ポリシリコン層に拡散された該不純物をさらに前記第1ポリシリコン層の側壁から該第1ポリシリコン層の内部に向かって、拡散させる第4工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記不純物としてP(リン)を拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記島状積層体を形成する前記第2工程は、
前記酸化膜上に前記第1ポリシリコン層を形成する工程と、
該第1ポリシリコン層上に前記キャップ絶縁膜を形成する工程と、
該第1ポリシリコン層及び該キャップ絶縁膜を所定のパターンにエッチングする工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−60218(P2008−60218A)
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−233463(P2006−233463)
【出願日】平成18年8月30日(2006.8.30)
【出願人】(000000295)沖電気工業株式会社 (6,645)
【出願人】(390008855)宮崎沖電気株式会社 (151)
【Fターム(参考)】