DE2832388C2 - Verfahren zum Herstellen von MNOS- und MOS-Transistoren in Silizium-Gate-Technologie auf einem Halbleitersubstrat - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von MNOS- und MOS-Transistoren in Silizium-Gate-Technologie auf einem Halbleitersubstrat

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Description

dadurchgekennzeichnet, daß zur Verwendung der MNOS-Transistoren als Speichertransistoren und zur Bildung von Polysilizium-Kontakten (22)
h) strukturierte SiO2-Schichten (12) auf dem Halbleitersubstrat (11) zur Trennung der aktiven Transistorbereiche (23) nach dem LOCOS-Verfahren hergestellt werden,
at) im Verfahrensschritt a) als Dünnoxidschicht (13) eine Tunneloxidschicht aufoxidiert wird,
bj) im Verfahrensschritt b) die Siliziumnitridschicht (24) auch im Bereich der Polysilizium-Kontakte (22) auf einer der strukturierten SiO2-Schichten (12) hergestellt wird,
i) die Gate-Oxidschichten (15) der MOS-Transistoren (D) unter gleichzeitiger Überführung der Siliziumnitridschichtoberfläche in eine Oxidnitridschicht (16) aufoxidiert werden,
Ci) die Polysiliziumschicht (17) im Verfahrensschritt c) so strukturiert wird, daß sie im Bereich der Speichertransistorer. (C) die Siliziumnitridschicht (14, 16) überlappt und im Bereich der Polysiliziumkontakte (22) auf der Siliziumnitridschicht (24,16) liegt, und
fi) im Verfahrensschritt f) die Kontaktlöcher auch im Bereich der Polysiliziumkontakte (22) hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneloxidschicht mit einer Schichtdicke von 1,5 bis 12 nm und die Siliziumnitridschicht (14,24) mit einer Dicke von 20 bis 60 nm hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation nach Verfahrensschritt i) so geführt wird, daß die Gateoxidschicht (15) mit einer Dicke von 50 bis 100 nm und die Oxinitridschicht (16) mit einer Dicke von 5 bis 30 nm gebildet wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von MNOS- und MOS-Transistoren in Silizium-Gate-Technologie auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mit den Verfahrensschritten wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben sind. Ein solches Verfahren ist in Zusammenhang mit der Verwendung einer Siliziumoxid/Siliziumnitrid-Doppelschicht als normales Gate-Dielektrikum bei einem MOS-Transistor aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 15, No. 3, August 1972, Seiten 717/718, bekannt
Zur Herstellung von MOS-Bauelementen, insbesondere zur Herstellung von Speicherschaltungen, wird heute bevorzugt die Polysilizium-Gate-Technik eingesetzt Bei dieser Technik werden die Gate-Elektroden von Feldeffekttransistoren sowie Leiterbahnen zum Anschluß solcher Elektroden aus Polysilizium gebildet.
Die wesentlichen Vorteile dieser Technologie bestehen gegenüber einer Technik, bei der diese Elektroden und Leiterbahnen aus Aluminium bestehen, darin, daß die störenden Gate-Source- und Gate-Drain-Überlappungskapazitäten sehr klein gehalten werden können und daß in Gestalt des Polysilizium eine zusätzliche »Leiterbahn«-Ebene vorhanden ist.
Der Aufbau eines MNOS-Bauelementes unterscheidet sich vom MOS-Bauelement dadurch, daß das Gatedielektrikum aus zwei Schichten besteht, nämlich einer oberen Schicht aus Siliziumnitrid (S13N4) und einer unteren Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2). Die MNOS-Technologie wird für elektrisch umprogrammierbare Festwertspeicher verwendet Diese Speicher sind klein und benötigen nur einen Transistor pro Speicherzelle, wodurch sich eine hohe Packungsdichte ergibt.
Aus der Zeitschrift IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-24, No. 5, May 1977 ist auf der Seite 584 eine Si-Gate-MNOS-Struktur am Beispiel einer, in einem P-Silizium-Substrat erzeugten Kapazität zu entnehmen. Bei dieser Anordnung wird durch die Erzeugung einer Oxinitridschicht durch Oxidation der Siliziumnitridoberfläche eine unerwünschte Ladungsträgerinjektion von der Silizium-Gate-Elektrode verhindert, was zu einem Abbau bzw. teilweisen Löschen der gespeicherten Information führen würde. Diese Schicht wird im folgenden als »Sperrschicht« bezeichnet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung dieser Erkenntnis ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, das wenig Prozeßschritte aufweist, die Verwendung der MNOS-Transistoren als Speichertransistoren und die gleichzeitige Herstellung von eine hohe Packungsdichte gewährleistenden Polysiliziumkonktakten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das hat insbesondere den Vorteil, daß wie in einem Aufsatz von V. Tangaki et. al. in Journal Electrochem. Soc: Solid-State Science and Technology, 1978, auf den Seiten 471/472 beschrieben, selbstjustierende, überlappende Kontakte hergestellt werden können.
Der Verfahrensschritt ist für sich aus IBM Technical Disclosure Bull.. Band 16, No. 4, September 1973, Seiten 1037/1038 bekannt.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels und der F i g. 1 bis 7 noch näher beschrieben. Dabei zeigen die
Fig. 1 bis 6 den Herstellungsgang einer integrierten n-Kanal-MNOS-Anordnung in Siliziumgate-Technik und die
F i g. 7 die fertige Anordnung als Aufsicht mit Schnitt A -B durch Fig. 6.
In Fig. 1 wird von einem p-dotierten (lOO)-orientierten Siliziumsubstrat 11 ausgegangen, welches durch ein LOCOS(= local oxidation of silicon)-Verfahren mit strukturierten SKVSchichten 12 zur Trennung der aktiven Transistorbereiche versehen ist Bei diesem Verfahren wird, wie in den Figuren nicht dargestellt ist, das p-dotierte Siliziumsubstrat 11 zunächst mit einer 100 nm dicken Siliziumoxidschicht und einer 200 nm dikken Siliziumnitridschicht versehen. Nach der Strukturierung wird auf das Siliziumsubstrat eine als Dickoxid ig wirkende 1000 nm dicke SiO2-Schicht 12 aufoxidiert Im Anschluß daran wird die Siliziumnitridschicht wieder entfernt In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann, wie in F i g. 2 dargestellt ist ganzflächig eine 3 nm dicke, als Tunneloxid wirkende SiO2-Schicht 12 abgeschieden. Dann wird die sogenannte Speichernitridschicht 14 und 24 in einer Schichtdicke von ca. 50 nm aufgebracht und mittels Maskentechnik so strukturiert, daß sie im Bereich des Speichertransistors 14 und an den Orten 24 des später herzustellenden Polysilizium-MetallV.ontakts stehen bleibt
In F i g. 3 wird eine als Gateoxid 15 wirkende 50 nm dicke SiOi-Schicht aufgebracht, wobei der Bereich über der Siliziumnitridschichtoberfläche in eine ca. 20 nm dikke Oxinitridschicht 16 übergeht
Dann erfolgt, wie in Fig.4 dargestellt ist, die Abscheidung der Polysiliziumschicht 17 in einer Schichtdikke von ca. 500 nm und deren Strukturierung. Der besseren Übersicht wegen werden die beiden SiO2-Schichten 13 und 15 als eine Schicht 15 dargestellt. Ansonsten gelten in den Figuren immer die gleichen Bezugszeichen. Der in Fig.4 mit der strichpunktierten Linie C umrissene Bereich stellt dabei den Teilbereich des Speichertransistors dar, während die Linie D den normalen MOS-Transistor der Anordnung umschließt.
Zur Erzeugung der Source-Drain-Bereiche erfolgt nun eine Arsen-Ionen-Implantation von zum Beispiel 5 · 10'5As+Cm-2 bei 150 KeV (angedeutet durch die Pfeile 18), wodurch die n+-Bereiche 19 entstehen (F ig. 5).
Nach erfolgter Ausheilung der Implantation wird das Zwischenoxid 20 in einer Dicke von 500 nm aufgebracht und zur Erzeugung von Kontaktlöchern, wie in F i g. 6 dargestellt ist, strukturiert Unter Anwendung einer Metallmaske werden im Bereich der Kontaktlöcher die Kontaktmetallschichten 21 aufgebracht und die gesamte Anordnung abschließend mit einer Schutzoxidmaske, zum Beispiel aus Phosphorglas bedeckt (in den Figuren nicht dai gestellt).
Wie aus dem gesamten Prozeßablauf zu entnehmen ist, wird durch die Herstellung des Gateoxids nach dem Speichernitrid gegenüber einem normalen Siliziumgate-MNOS-Prozeß ein Maskierungsschritt eingespart. Durch das Überlappen der Polysiliziumschicht über das oxidierte Speichernitrid (siehe Bereich C in F i g. 4) entsteht wegen der unterschiedlichen Isolator-Schichtdikken eine sogenannte Split-Gate-Struktur, die unerwünschte Drain-Substrat-Durchbrüche verhindert und eine höhere Betriebssicherheit gewährleistet.
Der Polysiliziumbereich 17 für den Polysilizium/Metall-Kontakt über dem Dickoxid 12 (Mitte F i g. 4 bis 6) liegt nicht wie üblich auf dem SiO2, sondern auf der Si3N4-Schicht 14. Eine Unterätzung des Polysiliziums 17 bei der Kontaktlochätzung (Mitte F i g. 6), der zu einem Kantenabriß der Metallbahnen führen kann, tritt nicht mehr auf, da die Nitridschicht (24,16) als Ätzstop wirkt. Dadurch wird die Möglichkeit für einen selbstjustierenden überlappenden Polysilkiumkontakt mit übergroßem Kontaktloch geschaffen.
In F i g. 7 ist in Aufsicht die Lage der einzelnen Bahnen zueinander im Schnitt A-B der Fig.6 dargestellt Der mit der gestrichelten Linie 22 umschriebene Bereich stellt dabei den selbstjustierenden, überlappenden Kontakt dar. Dieser selbstjustierende überlappende Kontakt mit dem übergroßen Kontaktloch kann zu einer erheblichen Steigerung der Integrationsdichte der Speicherschaltung führen. Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 bis 6. Die eingezeichneten Bereiche 23 Fixieren die LOCOS-Wannen der Anordnung. Der Bereich 25 markiert die Kontaktlöcher.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von MNOS- (C) und MOS-Transistoren (D) in Silizium-Gate-Technologie auf einem gemeinsamen Halbleiter-Substrat (11) mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Aufoxidieren einer Dünnoxidschicht (13) auf dem Halbleitersubstrat (11),
b) Herstellen einer strukturierten Siliziumnitridschicht (14) im Bereich der MNOS-Transistoren (Q,
c) Abscheidung einer ganzflächigen Polysiliziumschicht (17) und anschließende Strukturierung der Polysiliziumschicht(17),
d) Erzeugung der Source-Drain-Bereiche (19),
e) Abscheidung einer als Zwischenoxid wirkenden Siliziumdioxidschicht (20),
f) Herstellen von Kontaktlöchern (25) zu den Source-Drain-Bereichen (19),
g) ganzflächige Metallabscheidung und Strukturierung der Metallschicht (21),
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