-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Halbleiter-Bauelement und insbesondere ein Halbleiter-Bauelement hoher
Durchbruchspannung sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Bauelements.
-
Elektrisch löschbare und programmierbare Festwertspeicher
(EEPROMs) hoher Durchbruchspannung befinden sich in
Entwicklung als der nichtflüchtige Speicher der nächsten
Generation; es wird erwartet, daß sie den Platz herkömmlicher
Halbleiterspeicher, wie z.B. der programmierbaren
Festwertspeicher (PROM) und der lösch- und programmierbaren
Festwertspeicher (EPROM), einnehmen.
-
In einem EPROM oder EEPROM mit einer von einer
komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-Schaltungsanordnung (CMOS)
gebildeten Peripherieschaltung werden zur Bildung von
Speicherzellen im allgemeinen n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter-
Transistoren (MOS) verwendet. In diesem Fall ist jede
Speicherzelle eines EPROM, bei dem Daten nicht elektrisch
löschbar sind, von einem einzelnen Speichertransistor
gebildet, wogegen jede Speicherzelle eines EEPROM hoher
Durchbruchspannung, bei dem Daten elektrisch löschbar sind,
aus einer Kombination eines Speichertransistors und eines
Auswahltransistors (auch als "Worttransistor" bekannt)
gebildet ist. Diese Transistoren sind miteinander gekoppelt
und müssen beide im allgemeinen n-Kanal Transistoren hoher
Durchbruchspannung sein.
-
Auf der anderen Seite werden p-Kanal MOS-Transistoren hoher
Durchbruchspannung in der Peripherieschaltung nur für
Zwecke der Spannungseinstellung oder dgl. verwendet,
weswegen die Anzahl der benötigten p-Kanal Transistoren hoher
Durchbruchspannung kleiner ist als diejenige der für die
Speicherzellen verwendeten n-Kanal Transistoren hoher
Durchbruchspannung.
-
Insbesondere umfaßt im Fall eines EPROM jede Speicherzelle
im allgemeinen eine Kombination aus einem den
Speichertransistor bildenden n-Kanal FAMOS-Transistor und einem den
Auswahltransistor bildenden n-Kanal MOS-Transistor, wobei
diese zwei Transistoren in einem Diffusionsbereich vom n-
Typ miteinander gekoppelt sind, welcher gemeinhin als Drain
des Speichertransistors und Source des Auswahltransistors
verwendet wird. Der n-Kanal FAMOS-Transistor ist mit einem
mehrschichtigen Gate-Aufbau mit sowohl einem Steuer-Gate
als auch einem schwimmenden Gate oder Floating-Gate, in das
Daten geschrieben werden, ausgeführt.
-
Der vorbeschriebene Stand der Technik ist in den folgenden
repräsentativen Dokumenten offenbart:
-
1. Japanisches Patent Nr. 58-6237 (1983);
-
2. Japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 59-
151469 (1984);
-
3. Japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 61-
154078 (1986).
-
Das japanische Patent Nr. 58-6237 offenbart eine
Speicherzelle für ein elektrisch löschbares und programmierbares,
nichtflüchtiges Halbleiter-Bauelement, welche Speicherzelle
unter Verwendung eines FAMOS-Transistors mit
doppelschichtigen Gate-Aufbau gebildet ist.
-
Die japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 59-151469
offenbart eine Struktur für ein Schutzschaltungselement,
die bei einem MOS-Feldeffekttransistor hoher
Durchbruchspannung anwendbar ist und einen Transistor mit abgesetzten
Bereichen bildet, welche entweder unter einem dicken, auf
einem Substrat gebildeten Isolierfilm vorgesehen sind oder
unter einem dicken Isolierfilm, der auf einem Teil der
Oberfläche eines Substrats dadurch gebildet ist, daß diese
lokaler Oxidation unterworfen wird. Die abgesetzten
Bereiche weisen eine geringere Störstellenkonzentration als
jene Abschnitte der Source- und Drain-Bereiche auf, die in
Kontakt mit von den Source- und Drain-Bereichen
wegführenden Verbindungen stehen. Ein derartiger Transistor wird
nachfolgend ''abgesetzter LOCOS ("local oxidation of
silicon" - Lokale Oxidation von Silizium) -Transistor" genannt.
-
Die japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 61-154078
offenbart einen MOS-Feldeffekttransistor hoher
Durchbruchspannung, bei dem Source und Drain - wie im Fall des
sogenannten Aufbaus mit leicht dotierter Drain-Zone ("lightly
doped drain" - LDD) - jeweils zwei Bereiche mit
verschiedenen Störstellenkonzentrationen aufweisen. Solche Bereiche
können entweder mit Hilfe eines unter Verwendung einer
Maske erhaltenen Resistmusters oder mittels eines
Seitenwandisolierfilms an jeder Seitenwand einer Gate-Elektrode
gebildet werden; der dem Kanal näher liegende, eine relativ
geringe Störstellenkonzentration aufweisende Bereich sowohl
in der Source- als auch in der Drain-Zone ist als
abgesetzter Bereich definiert. Ein derartiger Transistor wird
nachfolgend "maskierter abgesetzter Transistor" genannt.
-
Ein EPROM-Bauelement, bei dem sowohl die Transistoren der
Speicherzellen als auch die Transistoren der
Peripherieschaltungen einen LDD-Aufbau besitzen, ist aus der US-A-4
663 645 bekannt.
-
Bei herkömmlichen Halbleiter-Bauelementen der vorstehend
beschriebenen Art, d.h. Halbleiterspeichern mit
nichtflüchtigen Speicherzellen, werden zwei verschiedene
Transistorarten, nämlich maskierte abgesetzte Transistoren mit p- und
n-Kanal und abgesetzte LOCOS-Transistoren mit p- und
n-Kanal, getrennt voneinander hergestellt. Dementsprechend sind
bei einem herkömmlichen Halbleiter-Bauelement der
vorstehend
beschriebenen Art alle p- und n-Kanal-Transistoren
entweder maskierte abgesetzte Transistoren oder abgesetzte
LOCOS-Transistoren.
-
Als nächstes werden die jeweiligen Merkmale der
vorgenannten zwei Transistorarten erläutert.
-
Der maskierte abgesetzte Transistor nimmt eine relativ
kleine Fläche ein und ist daher von Vorteil, um eine
Miniaturisierung (und daher eine hohe Integration) zu erreichen.
Andererseits hat er jedoch den Nachteil, daß zur Bildung
der abgesetzten, durch Diffusionsbereiche mit relativ
geringer Konzentration (z.B. p- oder n-) definierten Bereiche
eine Maske oder ein spezieller Prozeß erforderlich ist.
-
Im Gegensatz dazu benötigt der abgesetzte LOCOS-Transistor,
der über jedem abgesetzten Bereich einen dicken Oxidfilm
aufweist, eine relativ große Fläche und ist daher
nachteilig, was die Miniaturisierung anbelangt. Er hat jedoch den
Vorteil, daß zur Bildung der durch Diffusionsbereiche
geringer Konzentration (z.P. p- oder n-) definierten,
abgesetzten Bereiche keine Notweiidigkeit für eine Spezialmaske
besteht und damit die Anzahl der notwendigen
Herstellungsschritte kleiner als im Fall des maskierten abgesetzten
Aufbaus ist.
-
Demgemäß besteht ein Verlangen nach einem Aufbau, bei dem
für den Fall, daß sowohl n- als auch p-Kanal-Transistoren
eine hohe Durchbruchspannung haben sollen, eine der zwei
Transistorarten, die in vergleichsweise großer Zahl
benötigt wird, unter Verwendung des maskierten abgesetzten
Aufbaus gebildet wird, während die andere Transistorart, die
in keiner großen Anzahl benötigt wird, unter Verwendung des
abgesetzten LOCOS-Aufbaus gebildet wird, dies unter
Inbetrachtziehung der oben beschriebenen Vor- und Nachteile der
beiden verschiedenen Arten eines abgesetzten Aufbaus.
-
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Halbleiter-Bauelement mit einem Speicherzellenbereich und
einer Peripherieschaltung auf einem gemeinsamen Substrat
vorgesehen, wobei der Speicherzellenbereich eine Mehrzahl
von Speichertransistoren, die jeweils durch einen ersten
Transistor hoher Durchbruchspannung eines ersten
Leitfähigkeitstyps definiert sind, sowie eine Mehrzahl von
Auswahltransistoren umfaßt, die jeweils durch einen zweiten
Transistor hoher Durchbruchspannung des ersten
Leitfähigkeitstyps definiert sind, und wobei die Peripherieschaltung
einen dritten Transistor hoher Durchbruchspannung eines
zweiten Leitfähigkeitstyps umfaßt, wobei die ersten und zweiten
Transistoren hoher Durchbruchspannung jeweils einen ersten
abgesetzten Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps
aufweisen, welcher durch einen Bereich geringer
Störstellenkonzentration mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche
definiert ist, wobei jeder erste abgesetzte Bereich in dem
Substrat einer jeweiligen Gate-Elektrode der ersten und
zweiten Transistoren hoher Durchbruchspannung benachbart
ausgebildet ist, und daß der dritte Transistor hoher
Durchbruchspannung einen einer Gate-Elektrode des dritten
Transistcrs hohen Durchbruchs benachbart vorgesehenen dicken
Isolierfilm, von dem ein Teil in das Substrat eingebettet
ist, sowie einen zweiten abgesetzten Bereich des zweiten
Leitfähigkeitstyps aufweist, welcher durch einen in dem
Substrat unter dem dicken Isolierfilm vorgesehenen Bereich
geringer Störstellenkonzentration definiert ist.
-
Ein derartiges Eauelement ist unter dem Blickwinkel der
Miniaturisierung und Vereinfachung des Herstellungsprozess
ses von Vorteil, da z.B. die Zahl der benötigten Masken
reduziert ist.
-
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die
Speichertransistoren und die Auswahltransistoren des
Speicherzellenbereichs zum Beispiel n-Kanal-Transistoren hoher
Durchbruchspannung, welche durch maskierte abgesetzte
MOS-Transistoren
definiert und in vergleichsweise großer Zahl
vorgesehen sind. Die Peripherieschaltung umfaßt zum Beispiel
p-Kanal-Transistoren hoher Duchbruchspannung, die durch
abgesetzte LOCOS-MOS-Transistoren definiert und in relativ
kleiner Zahl vorgesehen sind, sowie zum Beispiel n-Kanal-
Transistoren hoher Durchbruchspannung, die durch maskierte
abgesetzte MOS-Transistoren definiert sind.
-
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterspeicher-
Bauelements mit einem ersten Transistor hoher
Durchbruchspannung eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem zweiten
Transistor hoher Durchbruchspannung eines zweiten
Leitfähigkeitstyps auf einem gemeinsamen Substrat vorgesehen,
wobei das Verfahren umfaßt: Bilden eines zweiten,
störstellenarmen abgesetzten Bereichs des zweiten
Leitfähigkeitstyps in einem Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps des
Halbleitersubstrats und eines Stopperbereichs des zweiten
Leitfähigkeitstyps in einem Bereich des zweiten
Leitfähigkeitstyps des Halbleitersubstrats; Bilden eines dicken
Isolierfilms, von dem ein Teil in das Halbleitersubstrat
eingebettet ist, auf dem zweiten abgesetzten Bereich; Bilden
einer Gate-Elektrode des ersten Transistors hoher
Durchbruchspannung über dem Bereich des zweiten
Leitfähigkeitstyps des Halbleitersubstrats und einer Gate-Elektrode des
zweiten Transistors hoher Durchbruchspannung über dem
Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps des Halbleitersubstrats
benachbart dem zweiten abgesetzten Bereich; Bilden eines
ersten störstellenarmen abgesetzten Bereichs des ersten
Leitfähigkeitstyps in dem Halbleitersubstrat benachbart der
Gate-Elektrode des ersten Transistors hoher
Durchbruchspannung; Bilden von Source- und Drain-Bereichen des ersten
Transistors hoher Durchbruchspannung in dem
Halbleitersubstrat benachbart dem ersten abgesetzten Bereich und fern
der Gate-Elektrode des ersten Transistors hohen
Durchbruchs; und Bilden von Source- und Drain-Bereichen des
zweiten Transistors hoher Durchbruchspannung in dem
Halbleitersubstrat
benachbart dem zweiten abgesetzten Bereich
und fern der Gate-Elektrode des zweiten Transistors hohen
Durchbruchs.
-
Bei einem Beispiel des hier beschriebenen Verfahrens wird
nach Bildung einer n-Wanne in einem einen abgesetzten
LOCOS-Transistor bildenden Bereich eines
Halbleitersubstrats vom p-Typ ein Kanalstopperbereich vom p-Typ um einen
einen maskierten abgesetzten Transistor bildenden Bereich
außerhalb der n-Wanne gebildet und außerdem in einem
Bereich, welcher unter jedem Rand eines Orts für die Bildung
eines Gates eines abgesetzten LOCOS-Transistors liegt. Ein
Kanalstopperbereich vom n-Typ wird um das Innere der
n-Wanne in Kontakt mit dem Kanalstopperbereich vom p-Typ
gebildet; dann werden die Oberflächen der Kanalstopperbereiche
vom p- und n-Typ zur Bildung eines LOCOS-Oxidfilms lokaler
Oxidation unterworfen, wodurch gleichzeitig
Isolataionsbereiche gebildet werden, die durch eine Kombination des
LOCOS-Oxidf ilms und der Kanalstopperbereiche vom p- und n-
Typ sowie der abgesetzten LOCOS-Bereiche vom p-Typ
definiert sind. Weiterhin werden Gate-Elektroden, die aus dem
gleichen polykristallinen Silizium gefertigt werden, in dem
den abgesetzten LOCOS-Transistor bildenden Bereich bzw. dem
den maskierten abgesetzten Transistor bildenden Bereich
gebildet; nach Bildung schwachkonzentrierter
Diffusionsschichten vom n-Typ unter Verwendung der Gate-Elektrode in
dem den maskierten abgesetzten Transistor bildenden Bereich
als Maske wird - unter Verwendung eines die Gate-Elektrode
überdeckenden Resists als Maske - eine Verunreinigung vom
n-Typ eingebracht, um durch starkkonzentrierte
Diffusionsschichten definierte Source- und Drainbereiche zu bilden
und auf diese Weise einen maskierten abgesetzten Transistor
mit einem LDD-Aufbau zu bilden. Dann wird unter Verwendung
der Gate-Elektrode in dem den abgesetzten LOCOS-Transistor
bildenden Bereich als -4aske eine Verunreinigung vom p-Typ
in den den abgesetzten LOCOS-Transistor bildenden Bereich
eingebracht, um durch starkkonzentrierte
Diffusionsschichten
definierte Source- und Drainbereiche zu bilden und auf
diese Weise einen abgesetzten LOCOS-Transistor mit p-Kanal
zu bilden. Bei diesem Prozeß können die oben beschriebenen
Leitfähigkeitstypen - p und n - miteinander vertauscht
werden. Der Ausdruck "MOS" wird in der vorliegenden Erfindung
so benutzt, daß er auch MIS impliziert.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in den
beigefügten Ansprüchen definiert ist, werden somit Transistoren
hoher Durchbruchspannung, die beispielsweise in einem
Halbleiterspeicher, so wie einem EEPROM, verwendbar sind, unter
Nutzung zweier verschiedener Arten eines abgesetzten
Aufbaus jebildet, nämlich des maskierten abgesetzten Aufbaus
und des abgesetzten LOCOS-Aufbaus, wobei die beiden
verschiedenen Arten eines abgesetzten Transistors auf dem
gleichen Substrat gebildet werden.
-
Im speziellen wird eine der beiden Transistorarten, nämlich
n- oder p-Kanal-Transistoren, die in vergleichsweise großer
Zahl benötigt wird, unter Verwendung des maskierten
abgesetzten Aufbaus gebildet, was trotz der geringfügigen
Erhöhung der Zahl der Herstellungsschritte vorteilhaft
hinsichtlich der Miniaturisierung ist, während die andere
Transistorart, die z.B. für einen Teil einer
Peripherieschaltung verwendet wird, jedoch nicht in großer Zahl
benötigt wird, unter Verwendung des abgesetzten LOCOS-Aufbaus
gebildet wird, was für die Miniaturisierung ungeeignet ist,
jedoch keine Zunahme der Zahl der Herstellungsschritte
verursacht. Daher wird bezüglich der Qualität als auch der
Quantität dieser Transistoren hoher Durchbruchspannung eine
Optimierung erreicht. Somi ist es möglich,
Speicherschaltungselemente gleichzeitig ohne Ausschuß zu bilden.
-
Die Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen:
-
Figur 1 eine fragmentarische Schnittansicht ist, die
eine erf indungsgemäße Anordnung von CMOS-Transistoren hoher
Durchbruchspannung zeigt;
-
Figur 2(a) eine Draufsicht auf einen
Speicherzellenbereich eines die Erfindung verkörpernden und
n-Kanal-Transistoren hoher Durchbruchspannung verwendenden EEPROMS ist;
-
Figur 2(b) eine entlang der Linie L-L' der Figur 2(a)
genommene Schnittansicht ist;
-
Figur 2(c) ein Schaltplan ist, der eine äquivalente
Schaltung für die in Figur 2(a) gezeigte Speicherzelle
zeigt; und
-
Figuren 3(a) bis 3(k) Schnittansichten sind, welche
nacheinander die Schritte bei einem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung von CMOS-Transistoren hoher
Durchbruchspannung - ähnlich den in Figur 1 gezeigten - zeigen.
-
Es werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in
denen gleichartige Bezugsziffern gleichartige Elemente
bezeichnen, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im
einzelnen beschrieben.
-
Figur 1 stellt eine Anordnung von CMOS-Transistoren hoher
Durchbruchspannung dar, die einen maskierten abgesetzten
MOS-Transistor Qn mit n-Kanal (nachfolgend Transistor "Qn"
genannt) sowie einen abgesetzten LOCOS-MOS-Transistor Qp
mit p-Kanal (nachfolgend Transistor "Qp" genannt) umfassen.
Das Bezugssymbol Qnp bezeichnet durch LOCOS gebildete
Isolationsbereiche.
-
Der Transistor Qp ist in einem n-Wannenbereich 13 eines
zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet, der von einem
Isolationsbereich umgeben ist, welcher einen lokal auf einem p-
Typ-Halbleitersubstrat 10 eines ersten Leitfähigkeitstyps
ausgebildeten und als Feldoxidfilm dienenden LOCOS-Oxidfilm
11 sowie einen unter dem LOCOS-Oxidf ilm 11 ausgebildeten n--
Typ-Kanalstopperbereich 12 umfaßt. Um einen Bereich eines
Gate-Oxidfilms 14 sind LOCOS-Oxidfilme 15 mit
vergleichsweise kleiner Fläche ausgebildet. Eine Gate-Elektrode 16
ist aus einer Schicht polykristallinen Siliziums so
ausgeführt, daß sie sich über den Bereich des Gate-Oxidfilms 14
und einen Teil der LOCOS-Oxidfilme 15 erstreckt. Abgesetzte
p--Bereiche 17 sind unter den LOCOS-Oxidf ilmen 15
vorgesehen; p&spplus;-Diffusionsschichten 18 und 18a sind dazu vorgesehen,
als Source-/Drain-Bereiche des Transistors Qp zu dienen.
-
Auf der anderen Seite ist der Transistor Qn in einer Gegend
ausgebildet, die von einem Isolationsbereich umgeben ist,
welcher den LOCOS-Oxidfilm 11 sowie einen unter dem LOCOS-
Oxidfilm 11 vorgesehenen p--Kanalstopperbereich 19 umfaßt.
Eine Gate-Elektrode 20 ist auf einem weiteren Bereich des
Gate-Oxidfilms 14 ausgebildet, und n&spplus;-Diffusionsschichten 22
und 22a, welche als Source-/Drain-Bereiche des Transistors
Qn dienen, sind unterhalb dieses Bereichs des
Gate-Oxidfilms 14 so vorgesehen, daß sie jeweils mit abgesetzten n--
Bereichen 21 in Verbindung stehen. Der Transistor Qn, der
einen maskierten abgesetzten Aufbau aufweist, ist auf diese
Weise auf dem gleichen Substrat wie der Transistor Qp
ausgebildet, der einen abgesetzten LOCOS-Aufbau aufweist.
-
Ein Zwischenschichtisolierfilm 23 ist durch einen Oxidfilm
oder PSG- (einschließlich BPSG) Film definiert. Al-Filme 24
und 24a bilden Verbindungsleitungen von den Source-/Drain-
Bereichen des Transistors Qn, während Al-Filme 25 und 25a
Verbindungsleitungen von den Source-/Drain-Bereichen des
Transistors Qp bilden.
-
Da der Betrieb der die Transistoren Qp und Qn umfassenden,
erfindungsgemäßen CMOS-Transistoranordnung hoher
Durchbruchspannung der gleiche ist wie beim Stand der Technik,
wird auf dessen Beschreibung verzichtet.
-
Figur 2(a) zeigt einen Speicherzellenbereich eines die
Erfindung verkörpenden EEPROM, wobei die dargestellte
Speicherzelle einen Speichertransistor und einen
Auswahltransistor umfaßt.
-
Diese Ausführungsform weist als Merkmal ein EEPROM hoher
Durchbruchspannung auf, das zur Bildung jeder Speicherzelle
Transistoren mit n-Kanal und zur Bildung einer
Peripherieschaltung eine Kombination von p- und n-Kanal-Transistoren
verwendet und bei dem die in relativ großer Zahl,
hauptsächlich zur Schaffung der Speicherzellen, verwendeten n-
Kanal-Transistoren mit dem maskierten abgesetzten Aufbau
ausgeführt sind, während die in relativ kleiner Zahl
verwendeten p-Kanal-Transistoren mit dem abgesetzten LOCOS-
Aufbau ausgeführt sind. Ein Beispiel wird nun beschrieben.
-
Bei der in Figur 2(c) gezeigten äquivalenten Schaltung
bildet der eine Drain-Zone A, ein Gate B und eine
Source/Drain-Zone C umfassende Abschnitt einen
n-Kanal-Auswahltransistor (nachfolgend Transistor "Qw" genannt) , während
der die Source/Drain-Zone C, eine Source-Zone D, ein
Floating-Gate G, ein Steuer-Gate F und einen Source-/Drain-
Feldbereich E umfassende Abschnitt einen Speichertransistor
(nachfolgend Transistor "Qm" genannt) mit FAMOS-Struktur
bildet. Die beiden Transistoren Qw und Qm sind, wie
dargestellt, über die gemeinsame Source-/Drain-Zone C
miteinan-4er gekoppelt. In den Figuren 2(a), 2(b) und 2(c)
bezeichnen die Bezugszeichen A bis G, Qw und Qm die gleichen
Elemente. Die Speicherzellen dieser Ausführungsform besitzen
eine Speicherstruktur, die für ein EEPROM hoher
Durchbruchspannung desjenigen Typs geeignet ist, der eine einzige
Schicht aus polykristallinem Silizium aufweist, wie oben
beschrieben.
-
Die zu der dargestellten Speicherzellenstruktur führende
Anordnung der Transistoren wird mit Bezug auf Figur 2 (b)
untenstehend erläutert.
-
Ein als Feldoxidfilm dienender LOCOS-Oxidfilm 111 ist auf
einem p-Halbleitersubstrat 110 ausgebildet, wobei der LO-
COS-Oxidfilm 111 Isolationsbereiche definiert. Unter dem
LOCOS-Oxidfilm 111 sind p-Kanalstopperbereiche (nicht
gezeigt) ausgebildet.
-
Der Transistor Qw, der als maskierter abgesetzter n-Kanal-
Transistor hoher Durchbruchspannung ausgeführt ist, umfaßt
eine von einer n&spplus;-Diffusionsschicht definierte Drain-Zone
122a (entsprechend der Drain-Zone A) , eine von einer
Schicht polykristallinen Siliziums definierte
Gate-Elektrode 120 (entsprechend dem Gate B) sowie eine von einer n&spplus;-
Diffusionsschicht definierte Source-Zone 122 (entsprechend
der Source-/Drain-Zone C) und besitzt einen maskierten
abgesetzten Aufbau, der durch einen abgesetzten n--Bereich 121
und die Source-/Drain-Bereiche 122 und 122a gebildet ist.
Der Transistor Qw wird allgemein "Auswahltransistor" oder
aus funktionaler Sicht "Worttransistor" genannt.
-
Der Transistor Qm, der an den Transistor Qw angrenzt und
der als einseitig maskierter abgesetzter n-Kanal-Transistor
hoher Durchbruchspannung ausgeführt ist, umfaßt eine von
einer n&spplus;-Diffusionsschicht definierte Source-Zone 122b, den
Source/Drain-Bereich 122, den abgesetzten n--Bereich 121
sowie eine von der polykristallinen Siliziumschicht
definierte Gate-Elektrode 120a. Der Transistor Qm besitzt einen
PAMOS-Aufbau und dient als Speichertransistor mit einem
nachstehend erläuterten Floating-Gate-Abschnitt G.
-
Der Floating-Gate-Abschnitt G umfaßt einen Kanalbereich Ch,
das Steuer-Gate F, welches durch eine n&spplus;-Diffusionsschicht
130 definiert ist, und den funnelbereic E, welcher durch
eine n&spplus;-Diffusionsschicht 126 definiert ist. Im Gegensatz zu
einem typischen herkömmlichen EEPROM, bei dem eine Gate-
Elektrode aus zwei Schichten polykristallinen Siliziums
- einem Floating-Gate und einem über dem Floating-Gate
vorgesehenen Steuer-Gate - gebildet ist, ist der dargestellte
Aufbau unter Verwendung einer einzigen Schicht
polykristallinen Siliziums gebildet und weist ein Steuer-Gate auf, das
durch die in dem Substrat 110 gebildete n&spplus;-Diffusionsschicht
130 definiert ist. Ein Zwischenschichtisolierfilm 123 ist
über den Gate-Elektroden 120, 120a vorgesehen, während
Alschichten 124 und 124a für Anschlüsse an die Source/Drain-
Bereichen 122b bzw. 122a sorgen, wobei die Schichten 124
und 124a durch in dem Zwischenschichtisolierfilm 123
vorgesehene Öffnungen hindurch ausgebildet sind.
-
Auf diese Weise stellen maskierte abgesetzte Transistoren
die relativ große Zahl zur Bildung der Speicherzellen
benötigter n-Kanal-Transistoren bereit, während abgesetzte
LOCOS-Transistoren, wie beispielsweise der in Figur 1
gezeigte Transistor Qp, die relativ kleine Zahl in einem Teil
der Peripherieschaltung benötigter p-Kanal-Transistoren
bereitstellen, wodurch eine Miniaturisierung und
Vereinfachung des Herstellungsprozesses erreicht wird und somit das
resultierende FEPROM optimiert wird.
-
Der Betrieb einer Speicherzelle, wie der in Figur 2
gezeigten, wird nun beschrieben.
-
Zum Schreiben oder Löschen von Daten wird eine Spannung im
Bereich von etwa 15 V bis 20 V zwischen dem Tunnelbereich
126 und dem Steuer-Gate 130 angelegt, um dadurch ein Feld
von etwa 10 MV/cm oder mehr an einem dünnen Tunneloxidfilm
127 (Dicke 100 Angström) zwischen dem Floating-Gate 120a
und dem Tunnelbereich 126 zu erzeugen. In Folge werden
Elektronen durch das wohlbekannte Phänomen der
Fowler-Nordheim-Tunnelung durch den Tunneloxidfilm 127 hindurch in das
Floating-Gate 120a injiziert oder von diesem abgegeben.
Wenn Elektronen injiziert werden, werden Daten elektrisch
gel6scht, wogegen Daten elektrisch geschrieben werden, wenn
Elektroren abgegeben werden.
-
Genauer gesagt wird die Schwellenspannung des
Speichertransistors Qm angehoben, wenn Elektronen in das Floating-Gate
120a injiziert werden, wogegen die Schwellenspannung
abgesenkt wird, wenn Elektronen abgegeben werden. Wenn
dementsprechend eine Spannung, die zwischen zwei
Schwellenspannungen liegt, welche jeweils als Resultat der Injizierung
und Abgabe von Elektronen festgelegt wurden, an das
Steuergate 130 angelegt wird, bleibt der Speichertransistor Qm
AUS, falls zuvor Elektronen in das Floating-Gate 120a
injiziert worden sind, wogegen der Transistor Qm EIN-geschaltet
wird, falls zuvor Elektronen von diesem abgegeben worden
sind; auf diese Weise wird eine Unterscheidung zwischen den
EIN- und AUS-Zuständen des Speichertransistors Qm
ermöglicht. Es ist daher möglich, ein EEPROM zu schaffen, das
einem herkömmlichen FLOTOX-Bauelement ("floating gate
tunnel oxide" - Floating-Gate-Tunneloxid) mit
doppelschichtigen Gate-Aufbau ähnlich ist.
-
Der einschichtige Gate-Aufbau nach dieser Ausführungsform
hat den Vorteil, daß die Schräge der Stufen oder Ränder der
in dem Zwischenschichtisolierfilm 123 für die Al-Anschlüsse
124, 124a vorgesehenen Öffnungen durch eine Reduzierung der
Anzahl der Schichten aus polykristallinem Silizium
minimiert ist und daher die Überdeckung der Stufen für diese
Anschlüsse verbessert ist, so daß das Auftreten von
Elektrcmigration und anderen ähnlichen Problemen gering wird.
Somit ist der einschichtige Gate-Aufbau sehr wirkungsvoll
zur Erhöhung der Integrationsdichte, Leistungsverbesserung
und Steigerung der Produktionsausbeute.
-
Die Figuren 3(a) bis 3(k) sind Schnittansichten, die
nacheinander die Schritte in einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung von CMOS-Transistoren hoher
Durchbruchspannung - ähnlich den in Figur 1 gezeigten - darstellen. Es
sollte beachtet werden, daß in diesen Figuren diejenigen
Elemente oder Abschnitte, die zu den in Figur 1 gezeigten
identisch oder äquivalent sind, der Zweckmäßigkeit halber
durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
-
Bezugnehmend zunächst auf Figur 3(a) wird die Oberfläche
eines p-Siliziumsubstrats 10 mit Ausnahme eines eine
n-Wanne bildenden Bereichs mittels Verwendung einer Technik zur
lokalen Oxidation einer Naßoxidation bei 1000ºC
unterworfen, um einen Siliziumoxidfilm 11a mit einer Dicke von etwa
5000 Angström zu bilden. Der die n-Wanne bildende Bereich
wird bei 1000ºC einer Trockenoxidation unterworfen, um
einen Silfflziumoxidfilm 14 mit einer Dicke von etwa 400
Angström zu bilden. Hiernach wird unter den Verhältnissen von
120 kev und 5 x 10¹² cm-² eine Ionenimplantation von
Phosphor-Ionen (P) durch den Siliziumoxidfilm 14 hindurch
bewirkt. Es erfolgt dann 13 Stunden lang eine Behandlung
bei 1160ºC in einer 10 % Sauerstoff (O&sub2;) enthaltenden
Stickstoff-Atmosphäre (N&sub2;), wodurch die in den die n-Wanne
bildenden Bereich getriebenen Phosphor-Ionen aktiviert werden
und auf diese Weise eine n-Wanne 13 gebildet wird, wie in
Figur 3(b) gezeigt.
-
Als nächstes werden die Siliziumoxidfilme 11a und 14
entfernt und die Oberfläche des Substrats 10 erneut einer
Trockenoxidation bei 1000ºC unterworfen, um einen weiteren
Siliziumoxidfilm 14 mit einer Dicke von etwa 400 Angström
zu bilden, wie in Figur 3(b) gezeigt.
-
Nun wird ein Siliziumnitridfilm auf der ganzen Oberfläche
abgeschieden und einer Photoätzung unterzogen, damit der
Siliziumnitridfilm lediglich in elementbildenden Bereichen
26 verbleibt, wie in Figur 3(c) gezeigt. Danach wird die
ganze Oberfläche mit einem Resist oder Photolack 27
überzogen und einer Photoätzung unterzogen, um darin Öffnungen
in Bereichen vorzusehen, in denen p-Stopper gebildet werden
sollen. Hiernach wird unter den Verhältnissen von 35 keV
und 3 x 10¹&sup4; cm-² eine Ionenimplantation von Bor-Ionen (B)
bewirkt, das Resist 27 dann entfernt und eine
Wärmebehandlung
durchgeführt, um abgesetzte p--Bereiche 17 und
p--Kanalstopperbereiche 19 zu bilden.
-
Ein weiteres Resist 27 wird dann auf die Oberfläche
aufgebracht und einer Photoätzung unterzogen, um darin Öffnungen
in Bereichen vorzusehen, in denen n-Stopper gebildet werden
sollen, wie in Figur 3(d) gezeigt. Danach wird unter den
Verhältnissen von 80 keV und 2 x 10¹³ cm-² eine
Ionenimplantation von Phosphor-Ionen bewirkt, das Resist 27
entfernt und eine Wärmebehandlung durchgeführt, um
n&spplus;-Kanalstopperbereiche 12 zu bilden.
-
Unter Verwendung der Siliziumnitridfilme 26 als Masken wird
mittels eines bei 950ºC durchgeführten
Naßoxidationsprozesses eine Lokalfeldoxidation bewirkt, um LOCOS-Oxidfilme 11
und 15 mit einer Dicke von etwa 9000 Angström zu bilden,
wie in Figur 3(e) gezeigt. Der Oxidfilm 11 ist ein LOCOS-
Oxidfilm, um eine Elementenisolation vorzusehen, während
der Oxidfilm 15 ein LOCOS-Oxidfilm hoher Durchbruchspannung
ist, um Gate-Elektroden (nicht gezeigt in Figur 3(e))
vorzusehen. Anschließend werden der Siliziumnitridfilm 26 und
der Siliziumoxidfilm 14 nacheinander entfernt und dann bei
1100ºC eine Trockenoxidation durchgeführt, um einen neuen
Gate-Oxidf ilm 14 mit einer Dicke von etwa 600 Angström zu
bilden. Dann wird ein Resist auf die Oberfläche aufgebracht
und einer Photoätzung unterzogen, um darin Öffnungen in
n-Kanal Dotierunqsbereichen (NCD) vorzusehen. Als nächstes
wird unter den Verhältnissen von 100 kev und 4 x 10¹¹ cm-²
eine Ionenimplantation von PhosPhor-Ionen durchgeführt.
Anschließend werden ein Resist auf die Oberfläche aufgebracht
und einer Photoätzung unterzogen, um darin Öffnungen in
p-Kanal Dotierungsbereichen (PCD) vorzusehen, und dann
unter den Verhältnissen von 40 keV und 5 x 1011 cm-² eine
Ionenimplantation von Bor-Ionen durchgeführt. Auf diese Weise
werden Grundbereiche eines MOS-Bauelements vom
Verarmungstyp gebildet (auf die Darstellung dieser Pereiche wird
verzichtet)
Eine Schicht polykristallinen Siliziums mit einer Dicke von
etwa 4000 Angst röm wird auf der ganzen Oberfläche gebildet
und - nach Eindiffusion von Phosphor oder Arsen (As) in
diese, so daß eine polykristalline Siliziumschicht vom n&spplus;-Typ
gebildet wird - einer Photoätzung unter Verwendung eines
Resists (nicht gezeigt) unterzogen, um Gate-Elektroden 16
und 20 aus polykristallinem Silizium zu bilden, wie in
Figur 3(f) gezeigt. Anschließend werden mittels bei 830ºC
durchgeführter Naßoxidation Schwachoxidfilme 14a gebildet,
so daß sie die Gate-Elektroden 16 bzw. 20 überbedecken.
-
Wie in Figur 3(g) gezeigt, wird ein Resist 27 auf die
Oberfläche aufgebracht und durch Photoätzen mit Öffnungen
versehen; unter Verwendung der Gate-Elektrode 20 als Maske
werden Phosphor-Ionen unter den Verhältnissen von 80 keV
und 5 x 10¹² cm-² in einen einen MOS-Transistor mit n-Kanal
bildenden Bereich implantiert, um n -Diffusionsschichten 21
zu bilden. Auf diese Weise werden die Grundlagen für
abgesetzte Bereiche gebildet.
-
Wie in Figur 3(h) gezeigt, werden ein die Gate-Elektrode 20
überdeckendes Resist 27a durch Photoätzen gebildet und
unter Verwendung dieses Resists 27a als Maske eine
Ionenimplantation von Phosphor-Ionen unter den Verhältnissen von
80 keV und 4 x 10¹&sup5; cm-² durchgeführt. Nach der Entfernung
der Resiste 27 und 27a wird eine Wärmebehandlung
durchgeführt, um n&spplus;-Diffusionsschichten 22 und 22a zu bilden,
welche als Source- und Drain-Bereiche dienen. Der Abschluß
dieses Schritts schafft einen maskierten abgesetzten MOS-
Transistor hoher Durchbruchspannung mit einem n-Kanal LDD-
Aufbau.
-
Obwohl bei dieser Ausführungsform die als abgesetzte
Bereiche definierten n--Diffusionsschichten 21 mit dem Resist
27a maskiert werden, ist es auch möglich, als Masken
Seitenwandisolierfilme zu benutzen, die in dem Prozeß zur
Bildung
des den LDD-Aufbau aufweisenden Transistors jeweils an
den Seitenwänden der Gate-Elektrode vorgesehen werden.
-
Wie in Figur 3(i) gezeigt, wird ein Resist 27 durch
Photoätzen nur auf den wie vorstehend beschrieben gebildeten
MOS-Transistor mit n-Kanal aufgebracht. Dann werden unter
den Verhältnissen von 35 keV und 2 x 10¹&sup5; cm-² Bor-Ionen in
einen einen MOS-Transistor mit p-Kanal bildenden Bereich
unter Verwendung der Gate-Elektrode 16 und der
LOCOS-Oxidfilme 11 und 15 als Masken implantiert. Nach Entfernung des
Resists 27 wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um p&spplus;-
Diffusionsschichten 18 und 18a zu bilden, welche als
Source- und Drain-Bereiche dienen. Der Abschluß dieses
Schritts resultiert in einem MOS-Transistor hohen
Durchbruchs mit einem abgesetzten LOCOS-Aufbau mit p-Kanal.
-
Wie in Figur 3(j) gezeigt, wird ein PSG-Film für einen
zweiten Feldbereich, der als Zwischenschichtisolierfilm 23
dient, auf der ganzen Oberfläche abgeschieden. Der PSG-Film
kann ein BPSG-Film sein oder kann durch einen
Siliziumoxidfilm ersetzt sein.
-
Danach wird, wie in Figur 3(k) gezeigt, nach herkömmlichen
Methoden der Zwischenschichtisolierfilm 23 durch Photoätzen
mit Kontaktlöchern für Leitungen von den Source- und Drain-
Bereichen versehen. Dann wird ein Al-Film für die
Elektrodenverbindungen abgeschieden und durch Photoätzen
gemustert, wodurch Al-Verbindungsfilme 24, 24a, 25 und 25a
gebildet werden; auf diese Weise werden die CMOS-Transistoren
hoher Durchbruchspannung - jenen der in Figur 1 gezeigten
ersten Ausführungsform ähnlich - fertiggestellt.
-
Obwohl in den jeweils in Figur 1 und den Figuren 3(a) bis
3(k) gezeigten Anordnungen ein als n-Kanal-Transistor auf
einem p-Halbleitersubstrat ausgeführter, maskierter
abgesetzter Transistor und ein als p-Kanal-Transistor in einem
n-Wannenbereich ausgeführter, abgeset zter LOCOS -Transistor
vorgesehen sind, sollte beachtet werden, daß es alternativ
möglich ist, einen n-Kanal-Transistor in einem in einem n-
Halbleitersubstrat vorgesehenen p-Wannenbereich zu bilden
und einen weiteren p-Kanal-Transistor auf dem
n-Halbleitersubstrat zu bilden.
-
Wenn jedoch der p-Kanal-Transistor mit dem maskierten
abgesetzten Aufbau ausgeführt wird, werden in den in den
Figuren 3(g) und 3(h) gezeigten Schritten Masken benötigt.
Daher wird es vorgezogen, daß der p-Kanal-Transistor den
abgesetzten LOCOS-Aufbau aufweist. Wenn hingegen der n-Kanal-
Transistor mit dem abgesetzten LOCOS-Aufbau ausgeführt
wird, wird der in Figur 3(h) gezeigte Schritt nicht
benötigt. Da jedoch die Größe jedes den abgesetzten
LOCOS-Aufbau aufweisenden Transistors vergleichsweise groß ist,
reultiert die Verwendung des abgesetzten LOCOS-Aufbaus für
in relativ großer Zahl benutzte Elemente, wie
beispielsweise Transistoren in Speicherzellen, in einer Zunahme der
von diesen Transistoren eingenommenen Fläche, so daß es
unmöglich ist, die Integrationsdichte zu erhöhen. Eine
derartige Anordnung erschwert daher die Miniaturisierung.
Folglich wird die in Figur 1 und den Figuren 3(a) bis 3(k)
gezeigte Anordnung für ein EEPROM bevorzugt.
-
Genauer gesagt ist die für ein EEPROM am meisten geeignete
Struktur, die für die Speicherzellen und einen Teil der
Peripherieschaltung in relativ großer Zahl benötigten n-
Kanal-Transistoren so auszuführen, daß sie den maskierten
abgesetzten Aufbau besitzen, während man die für einen Teil
der Peripherieschaltung in relativ geringer Zahl benötigten
p-Kanal-Transistoren so ausführt, daß sie den abgesetzten
LOCOS-Aufbau besitzen. In einem Fall jedoch, bei dem
p-Kanal-Transistoren in größerer Zahl als n-Kanal-Transistoren
benötigt werden, wird es hingegen vorgezogen, daß die n-
Kanal-Transistoren den abgesetzten LOCOS-Aufbau besitzen
und die p-Kanal-Transistoren den maskierten abgesetzten
Aufbau besitzen.
-
Wie vorstehend beschrieben, sieht die vorliegende
Erfindung, so wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, einen Halbleiterspeicher mit einer von
CMOS-Bauelementen gebildeten Peripherieschaltung vor, wobei - zum
Beispiel - n-Kanal-Transistorep hoher Durchbruchspannung, die
in relativ großer Zahl benötigt werden, mit dem maskierten
abgesetzten Aufbau ausgeführt werden, während - zum
Beispiel - p-Kanal-Transistoren hoher Durchbruchspannung, die
in relativ geringer Zahl benötig werden, mit dem
abgesetzten LOCOS-Aufbau ausgeführt werden, wobei diese beiden
verschiedenen Transistorarten auf dem gleichen Substrat
gefertigt werden. Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur
Herstellung des vorbeschriebenen Halbleiter-Bauelements
vor.
-
Somit werden diejenigen Transistoren hoher
Durchbruchspannung, die in relativ großer Zahl verwendet werden und daher
die Integrationsdichte stark beeinflussen, mit dem
maskierten abgesetzten Aufbau ausgeführt, was unter dem
Gesichtspunkt der Integrationsdichte vorteilhaft ist. Außerdem
werden diejenigen Transistoren hoher Durchbruchspannung, die
nicht in großer Zahl benötigt werden und daher keine
wesentliche Auswirkung auf die Integrationsdichte haben, mit
dem abgesetzten LOCOS-Aufbau ausgeführt, der eine relativ
geringe Zahl von Herstellungsschritten erfordert und damit
vergleichsweise niedrige Produktionskosten mit sich bringt.
Diese zwei verschiedenen Transistorarten werden auf dem
gleichen Substrat gefertigt. Daher ist es möglich, sowohl
die Anordnung der Halbleiter-Bauelements als auch das
Verfahren zur Herstellung des Bauelements im Hinblick auf die
Miniaturisierung, die Reduzierung der Zahl der
erforderlichen Masken und die Vereinfachung des Herstellungsprozesses
zu optimieren. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung
in vorteilhafter Weise zum Beispiel bei einem EEPROM
Anwendung finden, bei dem Gates aus einer einzigen Schicht
polykristallinen Siliziums gebildet werden.