DE19544327C2

DE19544327C2 - Festwert-Speicherzellenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19544327C2
Application number: DE19544327A
Authority: DE
Inventors: Helmut Klose
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: DE19544327A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festwert-Speicherzellen anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Ver fahren zur Herstellung einer Festwert-Speicherzellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.

Entsprechende Anordnungen und Herstellungsverfahren sind bei spielsweise aus der US 4 954 854 bekannt geworden.

In der US 4,263,663 ist eine Speicherzellenanordnung be schrieben, bei der die Speichertransistoren in Gräben ange ordnet sind, deren Wände die Kanalbereiche bilden. Die Gräben sind bis in einen dotierten vergrabenen Bereich hinein aus gebildet, der als Source-Bereich vorgesehen ist. An der Oberseite des Halbleiterkörpers ist jeweils ein zugehöriger Drain-Bereich implantiert. Eine unterschiedliche Dotierung der Grabenwände ermöglicht die Ausbildung zweier Transistoren unterschiedlichen Schaltverhaltens.

Weitere Festwert-Speicherzellenanordnungen und Verfahren zu deren Herstellung sind in den Patentanmeldungen der gleichen Anmelderin DE 44 34 725 C1 und DE 44 37 581 A1 beschrieben, auf welche verwiesen und vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Die auch als Nur-Lese-Speicher oder Read-Only-Memory bezeich neten Festwertspeicher finden zur Speicherung von Daten in vielen elektronischen Systemen Verwendung. Solche Speicher, bei denen die Daten in digitaler Form fest eingeschrieben sind, werden realisiert als auf der Basis eines Halbleiterma terials, insbesondere Silizium, integriert ausgebildeter Si lizium-Schaltungen, in welcher als Speicherzellen vorzugswei se MOS-Transistoren verwendet werden. Beim Auslesen werden die einzelnen Speicherzellen über die Gateelektrode der MOS- Transistoren, die mit einer Wortleitung verbunden ist, ausge wählt. Der Eingang jedes MOS-Transistors ist mit einer Refe renzleitung verbunden, der Ausgang mit einer Bitleitung. Beim Lesevorgang wird bewertet, ob ein Strom durch den Transistor fließt oder nicht. Entsprechend werden den abgespeicherten Daten die logischen Werte Null und Eins zugeordnet. Technisch wird die Speicherung von Null und Eins bei diesen Festwert- Speichern dadurch bewirkt, dass in Speicherzellen, in denen der dem Zustand "kein Stromfluß durch den Transistor" zuge ordnete logische Wert gespeichert ist, kein MOS-Transistor hergestellt wird oder keine leitende Verbindung zur Bitlei tung realisiert wird. Alternativ können für die beiden logi schen Werte entsprechend MOS-Transistoren realisiert werden, die durch unterschiedliche Implantationen im Kanalgebiet un terschiedliche Einsatzspannungen aufweisen. Ein solcher Sili ziumspeicher besitzt einen im wesentlichen planaren Aufbau mit einem pro Speicherzelle minimalen Flächenbedarf, der bei etwa 4 bis 8 F² liegt, wobei F die in der jeweiligen Techno logie kleinste herstellbare Strukturgröße bedeutet. Planare Festwert-Siliziumspeicher sind damit bei einer Ein-µm-Techno logie auf Speicherdichten um etwa 0,14 Bit/µm² begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festwert- Speicherzellenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung ei ner Festwert-Speicherzellenanordnung auf Halbleiterbasis zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches bei einer hohen Packungsdichte der Speicherzellen und einer hohen Ausbeute eine einfachere und kostengünstigere Fertigung bietet.

Diese Aufgabe wird durch eine Festwert-Speicherzellenanord nung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 ge löst.

Erfindungsgemäß ist zum einen vorgesehen, dass die Seitenwän de des Grabens des MOS-Transistors unter einem Winkel von et wa 45° bis etwa 80° gegenüber der Hauptfläche des Substrates angeordnet sind, und mit einem Dotiermaterial einer vorbe stimmten Leitfähigkeit zur Festlegung der Programmierung des MOS-Transistors dotiert sind.

Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt der Winkel der Seitenwände des Grabens des MOS-Tran sistors gegenüber der Hauptfläche des Substrates etwa 70° bis etwa 80°, vorzugsweise etwa 75°. Durch die erfindungsgemäße Abschrägung der Seitenwände des Grabens kann eine fertigungs technisch einfachere und damit kostengünstigere Programmie rung der Grabentransistoren vorzugsweise vermittels Implanta tion bewerkstelligt werden, wobei gegenüber den an sich be kannten vertikal ausgebildeten Transistoren des Grabens le diglich eine geringfügig größere Speicherzellenfläche und da mit nur geringfügig geringere Packungsdichte der Speicherzel len in Kauf genommen werden muß. Demgegenüber besteht bei vertikal ausgebildeten MOS-Transistoren in den Gräben bei der Programmierung vermittels Implantation die Schwierigkeit, die Seitenwände durch den senkrecht bezüglich der Substratober fläche geführten Implantationsstrahles wirksam zu erreichen. Aus diesem Grund wird bei vertikal ausgebildeten Transistoren im allgemeinen lediglich der Boden des Grabens ordnungsgemäß implantiert, wobei aufgrund der bei der Implantation verwen deten Photolackmaske, welche in der Regel eine Dicke von etwa 1 bis 2 µm besitzt, zusätzlich Abschattungsprobleme bei der Implantation vorhanden sind. Erfindungsgemäß können nun auch die abgeschrägten Seitenflanken der Grabentransistoren im plantiert werden, so dass die Einsatzspannung der Grabentran sistoren wesentlich einfacher und genauer eingestellt werden kann.

Zum Anderen ist dem Prinzip der Erfindung folgend vorgesehen, dass dem zweiten dotierten Gebiet bzw. dem Draingebiet des MOS-Transistors eine lokale Zwischenverbindung zugeordnet ist, welche das Draingebiet elektrisch verbindet und zumin dest bereichsweise über eine die Gateelektrode elektrisch isolierende Gateisolationsschicht und eine benachbart zum MOS-Transistor angeordnete Isolationsschicht angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann eine weitere Erhöhung der Packungs dichte der Speicherzellen ermöglicht werden, ohne den Aufwand und damit die Kosten für die Fertigung der Festwert-Speicher zellenanordnung wesentlich zu erhöhen. Die lokale Zwischen verbindung ermöglicht die Fertigung einer gewissermaßen ver grabenen Kontaktstelle für die Draingebiete der Transistoren, wodurch ein Überlapp des später herzustellenden Kontaktloches für den elektrischen Anschluß der Bitleitungen zu den Gate- und Isolationskanten der Speicherzellen auf Null reduziert und somit die Packungsdichte erhöht werden kann. Hierbei wer den als Verbreiterung der Kontaktanschlüsse der Drainbereiche und als Bodenbereiche der später aufzubringenden Kontaktlö cher, die fertigungsbedingt eine gewisse Breite besitzen, die lokalen Zwischenverbindungen angeordnet. Die elektrisch lei tende lokale Zwischenverbindung kann vorzugsweise aus einem Material bestehen, welches Polysilizium, Polyzid oder Silizid aufweist, und welches vorzugsweise im CVD-(Chemical-Vapor- Deposition)-Verfahren abgeschieden wird. Im Gegensatz zu die ser erfindungsgemäßen Maßnahme müssen bei den bisherigen Festwert-Speicherzellenanordnungen aufgrund von fertigungsbe dingten Toleranzen, die in der Größenordnung von etwa 0,3 F liegen, ausreichende Breiten der sogenannten Lokos-Schicht vorgegeben werden, damit das ebenfalls eine erhebliche Breite aufweisende Kontaktloch prozessbedingt sicher an der richti gen Stelle plaziert werden kann.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung der Erfindung kön nen in jedem Graben auch zwei oder mehrere MOS-Transistoren ausgebildet sein, wobei durch eine zwei- oder mehrteilig auf einanderfolgend ausgeführte Maskierung die beiden oder mehre ren Seitenflanken eines Grabens getrennt voneinander durch Im plantation eingestellt werden können. Auf diese Weise können in einem Graben insbesondere zwei MOS-Transistoren ausgebil det sein, die durch unterschiedliche Dotierung der beiden Seitenwände des Grabens unterschiedlich programmiert sind. In diesem Fall können die in einem Gräben ausgebildeten beiden MOS-Transistoren jeweils einen gemeinsamen Sourcebereich und einen gemeinsamen Gatebereich besitzen.

Darüber hinaus ist es aufgrund der erfindungsgemäßen Anord nung bzw. aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, einem Transistor neben einer binären Einstellung mit den beiden Zuständen Null oder Eins durch Verfeinerung der Im plantation auch einen vorbestimmten Logikzustand aus einer mehrwertige Logikzustände besitzenden Zustandslogik zuzuord nen, insbesondere einer vierwertigen Zustandslogik.

Die Erfindung eignet sich sowohl zur Herstellung von einmalig elektrisch programmierbaren Festwert-Speichern, bei denen das Gatedielektrikum insbesondere ein ONO-Formierungsmaterial (sogenannte OTP-Speicher = One-Time-Programmable-Memory) auf weist, oder, alternativ, zur Fertigung von maskenprogrammier baren Festwert-Speichern (sogenannte maskenprogrammierbare ROM), bei denen das Gatedielektrikum insbesondere ein Gate oxid aufweist.

Zur Herstellung der Festwert-Speicherzellenanordnung werden in einem Siliziumsubstrat, das von einem ersten Leitfähig keitstyp, beispielsweise vom Typ n⁺ dotiert ist, ein erstes dotiertes Gebiet und ein zweites dotiertes Gebiet erzeugt. Das erste dotierte Gebiet ist von einem zweiten, zum ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp dotiert, beispielsweise vom Typ p, und erstreckt sich vorzugsweise über das gesamte Zellenfeld. Es kann sowohl als entsprechend ausgedehnte Wanne als auch als durchgehende Schicht über das gesamte Substrat gebildet sein. Vorzugsweise erstreckt sich jeder Graben des Speicherzellenfeldes ausgehend von der Hauptfläche über die gesamte Tiefe des ersten dotierten Gebietes und reicht etwas in den Bereich des Siliziumsubstrates vom ersten Leitfähig keitstyp hinein. Auf diese Weise kann der Bereich des Substrates vom ersten Leitfähigkeitstyp als gemeinsamer Sour cebereich für sämtliche Grabentransistoren eines Speicherzel lenfeldes verwendet werden.

Das zweite dotierte Gebiet ist vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise vom Typ n⁺ dotiert und grenzt an die Hauptflä che des Substrats an. Das zweite dotierte Gebiet dient als Drainanschluß der Grabentransistoren und ist elektrisch mit den Bitleitungen der Speicherzellen verbunden.

Des weiteren werden mehrere, im wesentlichen parallel verlau fende Isolationsbereiche erzeugt, welche einen parallel zur Hauptfläche gerichteten streifenförmigen Querschnitt aufwei sen und über das gesamte Zellenfeld verlaufen. Diese Isolati onsbereiche reichen von der Hauptfläche bis in das erste do tierte Gebiet hinein und dienen unter anderem zur elektri schen Isolation der einzelnen Speicherzellen.

Die Speicherzellen werden vorzugsweise in Zeilen und Spalten angeordnet. Zwischen je zwei Spalten ist jeweils ein Isolati onsbereich angeordnet. Quer zu den Isolationsbereichen ver laufen Wortleitungen, mit denen die Gateelektroden der Spei chertransistoren verbunden sind.

In vorteilhafter Weise können die Isolationsbereiche in sol chen Abständen und mit solchen Breiten erzeugt werden, dass der Abstand zwischen benachbarten Isolationsbereichen im we sentlichen gleich der Breite der Isolationsbereiche ist. Des weiteren können die Gräben für die Speichertransistoren im Querschnitt parallel zur Hauptfläche gemessene lineare Abmes sungen besitzen, die im wesentlichen gleich der Breite der Isolationsbereiche sind. Das bedeutet, die Gräben für die Speichertransistoren werden zum Beispiel pyramidenstumpfartig mit einer quadratischen Grundfläche mit einer Seitenlänge entsprechend der Breite der Isolationsbereiche oder kegel stumpfartig mit einem Durchmesser der Grundfläche entspre chend der Breite der Isolationsbereiche gefertigt. Der Mit telpunkt des Querschnitts der Grundfläche der Speicherzellen gräben kann hierbei im Bezug auf die Mitte der Isolationsbe reiche versetzt angeordnet sein.

Wird bei dieser Ausführungsform die Breite der Isolationsbe reiche gleich der kleinsten, in der verwendeten Technologie herzustellenden Strukturgröße F erzeugt, so beträgt der Flä chenbedarf einer Speicherzelle 2 F². Bei dieser Ausführung der Erfindung wird ausgenutzt, dass die Justiergenauigkeit stets besser als die kleinste herstellbare Strukturgröße F ist. Bei einer Ein-µm-Technologie läßt sich damit eine Speicherzelle mit einer Fläche von 4 µm² zum Quadrat herstellen, so dass Speicherdichten von etwa 0,25 Bit/µm² erzielt werden können.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, bei der Herstellung des Zellenfeldes der Speicherzellenanordnung gleichzeitig MOS- Transistoren zur Ansteuerung der Speicherzellenanordnung an der Peripherie auf dem Substrat zu bilden. Das Gateoxid und die Gateelektroden der MOS-Transistoren in der Peripherie können hierbei mit den gleichen Prozeßschritten wie das Gate oxid und die Gateelektroden im Zellenfeld gebildet werden.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer auf einem p/n⁺-Silizium-Wafer auszubildenden Festwert-Speicher zellenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung nach Definition der Isolations bereiche mittels einer sogenannten Box-Isolation;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Wafers nach Ät zung der Gräben, wobei die Seitenwände der Gräben in einem Winkel von etwa 75° zur Hauptfläche des Substrats ausgeführt sind;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des Wafers nach Definition der Einsatzspannung der Grabentransistoren und der planaren Peripherietransistoren, Gateoxid- bzw. ONO-Formierung, Abscheidung eines Gatepolysiliziums und Abdeckung mit einer SiO₂- Schicht, sowie Strukturierung mittels einer anisotropen Ätzung;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht des Wafers nach den Schritten Reoxidation, LDD-(Lightly-Doped-Drain)- Implantation und Spacer-(Abstandhalter)-Formierung, sowie Definition der Source/Draingebiete mittels einer Ionenimplantation;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht des Wafers nach Abscheidung einer SiO₂- bzw. TEOS-Schicht und Öffnung der zu kontaktierenden Source/Draingebiete;

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht des Wafers nach Abscheidung einer Polysilizium-Schicht für die lokale Zwischenverbindung, Dotierung und Strukturierung;

Fig. 7 eine schematische Draufsicht einer Zelle des Festwert-Speichers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fertigstellung der lokalen Zwischenverbindung;

Fig. 8A und 8B schematische Draufsichten der Anordnung der Speicherzellen bei diagonal verlaufenden Bitleitungen; und

Fig. 9A und 9B schematische Draufsichten der Anordnung der Speicherzellen bei zickzackförmig verlaufenden Bitleitungen.

Auf einem Substrat 1 aus zum Beispiel n⁺-dotiertem monokristallinem Silizium mit einer Dotierstoffkonzentration von 1 × 10¹⁹ cm^-3 wird ein erstes dotiertes Gebiet 2 erzeugt. Das erste dotierte Gebiet 2 wird zum Beispiel p-dotiert mit einer Dotierstoffkonzentration von bespielsweise 5 × 10¹⁶ cm^-3 (siehe Fig. 1). Das erste p-dotierte Gebiet 2 wird zum Beispiel durch eine ganzflächige oder maskierte Implantation mit Bor oder durch Aufwachsen von einer in situ p-dotierten Schicht mittels einer CVD-Epitaxie hergestellt. Das erste dotierte Gebiet 2 besitzt eine Hauptfläche 3 und weist eine senkrecht zur Hauptfläche 3 gemessene Stärke von beispielsweise 0,5 µm bis 1 µm auf. Unter Verwendung einer auf die Hauptfläche 3 aufgebrachten, der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht näher dargestellten Maske werden Isolationsbereiche 4 zur Definition des Speicherzellenfeldes 5 bzw. zur Isolation von in einem Peripheriebereich 6 angeordneter Schaltungen gebildet, die streifenförmig über die Hauptfläche 3 verlaufen und ausgehend von der Hauptfläche 3 in die Tiefe teilweise in das erste dotierte Gebiet 2 reichen. Die Isolationsbereiche 4 bestehen beispielsweise aus SiO₂-Inseln.

Daran anschließend erfolgt unter Verwendung einer auf der Hauptfläche 3 aufgebrachten, der Übersichtlichkeit halber allerdings nicht näher dargestellten Grabenmaske die Fertigung von Gräben 7, vorzugsweise durch einen anisotropen Trockenätzprozeß. In denjenigem Teil des Substrats 1, in dem das Zellenfeld 5 gebildet wird, verlaufen die Gräben 7 streifenförmig über die Hauptfläche 3. Die Gräben 7 weisen eine Tiefe von zum Beispiel etwa 0,5 µm bis etwa 1 µm auf. Sie reichen bis in den n⁺-dotierten Bereich 8 des Substrats 1 hinein. Parallel zur Hauptfläche 3 weisen die Gräben 7 eine Breite von einer minimalen Strukturgröße F, zum Beispiel 0,6 µm und eine Länge von zum Beispiel 100 µm auf. Im Bereich eines Zellenfeldes 5 sind zum Beispiel 16000 Gräben parallel nebeneinander angeordnet. Der Abstand zwischen benachbarten Gräben 7 beträgt wiederum eine minimale Strukturgröße, beispielsweise 0,6 µm. Die Ätzung der Gräben 7 erfolgt dergestalt, daß die Seitenwände 9 und 10 nicht senkrecht, sondern in einem Winkel von etwa 75° ausgeführt werden (siehe Fig. 2). Diese Ätzung kann entweder durch entsprechende Parametereinstellung der jeweiligen Trockenätzung oder durch anisotrope chemische Ätzung wie zum Beispiel vermittels KOH realisiert werden.

Daran anschließend wird die Einsatzspannung der Grabentransistoren T1 und T2, sowie der außerhalb des Zellenfeldes 5 im Peripheriebereich 6 liegenden planaren Transistoren T3 über einen Implantationsschritt definiert. Hierzu wird auf die Hauptfläche 3 jeweils eine geeignete Implantationsmaske aufgetragen und strukturiert und eine Einstellung der Transistoren durch geeignete Dosiswahl der Implantation vorgenommen. Hierbei kann auch eine mehrfache Implantation bei einem Transistor realisiert werden, so daß die Herstellung einer mehrwertigen Speicherzelle, beispielsweise einer vierwertigen Speicherzelle möglich ist. Die Implantation kann beispielsweise mit Bor durchgeführt werden, wobei die Implantationsenergie beispielsweise etwa 25 keV und die Dosis beispielsweise 1 × 10¹² cm^-3 betragen kann.

Daran anschließend erfolgt im Falle eines maskenprogrammierten Nur-Lese-Speichers eine Gateoxidabscheidung, oder, wie im Falle eines einmal elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speichers, eine ONO- Formierung. Im Falle der Herstellung eines Gateoxids wird nach Entfernen der Implantationsmaske beispielsweise eine thermische Oxidation bei zum Beispiel 750°C durchgeführt. Dabei entsteht an freiliegenden Siliziumflächen ein Gateoxid 11. Das Gateoxid 11 entsteht hierbei sowohl an den freiliegenden Siliziumflächen, die die Seitenwände 9, 10 und den Boden 12 der Gräben 7 bilden, als auch in dem Peripheriebereich 6 an der freiliegenden Oberfläche des ersten dotierten Gebietes 2. Wegen der unterschiedlichen Dotierung wächst das Gateoxid 11 in den Gräben 7 mit geringerer Dicke auf als auf der Oberfläche des Substrats 1. Anschließend wird ganzflächig eine leitfähige Schicht 13 aus zum Beispiel dotiertem Polysilizium abgeschieden. Die leitfähige Schicht 13 wird mit im wesentlichen konformer Kantenbedeckung abgeschieden. Die Stärke der leitfähigen Schicht 13 wird so eingestellt, daß die Gräben 7 vollständig aufgefüllt werden. Die Abscheidung der leitfähigen Schicht 13 erfolgt zum Beispiel in einem CVD-Verfahren mit SiH₄, wobei dem Prozeßgas als Dotierstoff Phosphor beigegeben wird. Die leitfähige Schicht 13 wird in einer Stärke von beispielsweise 400 nm abgeschieden. Daran anschließend wird eine nicht näher dargestellte Photolackmaske gefertigt. Unter Verwendung der Photolackmaske als Ätzmaske wird die leitfähige Schicht 13 in einem anisotropen Ätzprozeß, zum Beispiel mit Hbr, Cl₂ strukturiert. Hierbei werden im Bereich des Zellenfeldes 5 aus der leitfähigen Schicht 13 Wortleitungen 13a gebildet. Gleichzeitig werden im Bereich der Peripherie 6 Gateelektroden 13b für MOS-Transistoren gefertigt. Die Wortleitungen 13a verlaufen quer zu den Isolationsbereichen 4.

Alternativ kann, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, eine Gatepolysiliziumschicht 14, die entweder direkt dotiert ist oder über Implantation oder POCL-Belegung dotiert wird, abgeschieden und mit einer weiteren SiO₂-Schicht 15 abgedeckt werden, welche beispielsweise in einem TEOS-Verfahren mit im wesentlichen konformer Kantenbedeckung abgeschieden wird. Diese Anordnung kann gemäß Fig. 3 vermittels eines anisotropen Ätzmittels strukturiert werden.

Daran anschließend werden zur Fertigstellung der Speichertransistoren T1, T2 und der lateralen MOS- Transistoren T3 in der Peripherie 6 durch konforme Abscheidung und anisotrope Ätzung einer SiO₂-Schicht an den senkrechten Flanken der Wortleitungen 13a sowie der Gateelektroden 13b SiO₂-Spacer 16 erzeugt. Durch Implantation mit zum Beispiel Arsen bei einer Energie von 50 keV mit einer Dosis von 5 × 10¹⁵ cm^-3 werden im Speicherzellenfeld 5 Draingebiete 17, 18 und in der Peripherie 6 Source/Draingebiete 19, 20 gebildet. Da die Gebiete 17 bis 20 der MOS-Transistoren im Speicherzellenfeld 5 und in der Peripherie 6 vom gleichen Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n⁺-Typ dotiert sind, und im übrigen gleich dotiert sind wie die Gateelektrode 13b und die Wortleitungen 13a, kann diese Implantation ohne zusätzliche Maske erfolgen. Ferner können zur Herstellung der lateralen MOS-Transistoren in dem Peripheriebereich 6 weitere, aus der MOS-Technik an sich bekannte Verfahrensschritte wie Einstellung eines LDD- Profils, Salizide-Technik und ähnliches durchgeführt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 wird im folgenden die Herstellung von lokalen Zwischenverbindungen für den elektrischen Anschluß der Draingebiete 17, 18 der Grabentransistoren T1, T2 mit Kontaktlöchern beschrieben, welche derart angeordnet werden, daß ein Überlapp eines später gefertigten Kontaktloches zu den Gate- und Isolationskanten auf Null reduziert und damit die Packungsdichte der Speicherzellen weiter erhöht werden kann. Gemäß Fig. 5 wird in einem TEOS-Verfahren zunächst eine SiO₂-Schicht 21 mit im wesentlichen konformer Kantenbedeckung abgeschieden. Unter Verwendung einer entsprechend strukturierten Maske werden anschließend die zu kontaktierenden Draingebiete 17, 18 geöffnet, d. h. an diesen Stellen wird die SiO₂-Schicht 21 entfernt, beispielsweise in einem zu Silizium selektiven Ätzverfahren mit beispielsweise CHF₃, CF₄, Ar, bis die Oberfläche des zweiten dotierten Gebietes 2 freigelegt ist. Daran anschließend wird ganzflächig eine elektrisch leitfähige Schicht 22 aufgebracht und unter Verwendung einer weiteren (nicht näher dargestellten) Maske derart strukturiert (siehe Fig. 6), daß eine lokale, d. h. kurzreichweitige Zwischenverbindung 23 an den Stellen stehen bleibt, wo die später zu fertigenden, in der Fig. 6 schematisch mit der Bezugsziffer 24 angedeuteten Kontaktlöcher ausgebildet werden. Das Material der lokalen Zwischenverbindung 23 umfaßt vorzugsweise Polysilizium, welches entweder in dotierter Form abgeschieden oder nach der Abscheidung durch Implantation oder Belegung dotiert wird. Daneben sind auch andere Materialien wie beispielsweise Polyzide oder Silizide mit günstigen hochtemperaturstabilen Eigenschaften verwendbar. Die lokale Zwischenverbindung 23 dient als Verbreiterung der nur eine geringe Anschlußfläche aufweisenden Drainbereiche 17, 18, so daß zum einen ein sicherer Anschluß des prozeßbedingt eine gewisse Breite aufweisenden Kontaktloches 24 an das Draingebiet 17, 18, und zum anderen eine größere Packungsdichte durch Vermeiden eines Überlapps des Kontaktloches 24 zu den Gateisolationskanten ermöglicht wird (siehe auch die schematische Draufsicht gemäß Fig. 7).

Zur Fertigstellung der Festwert-Speicherzellenanordnung wird anschließend ganzflächig eine planarisierende Zwischenoxidschicht zum Beispiel aus Bor-Phosphor-Silikatglas abgeschieden, in der die Kontaktlöcher 24 geöffnet werden. Anschließend werden die Kontaktlöcher 24 beispielsweise mit Wolfram aufgefüllt. Es folgt die Erzeugung einer Metallisierungsebene zum Beispiel durch Abscheidung und Strukturierung einer Alumiumschicht. Schließlich wird eine Passivierungsschicht aufgebracht. Dabei wird auch das Substrat 1 mit einem Kontakt versehen. Diese Standardschritte sind nicht im einzelnen dargestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden sieben Masken benötigt, wobei gleichzeitig mit dem Zellenfeld 5 laterale Transistoren in der Peripherie 6 hergestellt werden. Der Flächenbedarf einer Speicherzelle beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 4F², wobei F die in der jeweiligen Lithographie kleinste herstellbare Strukturgröße darstellt.

In den Fig. 8A, 8B und 9A, 9B sind bevorzugte Anordnungen der Bitleitungen und Wortleitungen über ein gesamtes Zellenfeld in schematischer Draufsicht dargestellt. Bei den Fig. 8A und 8B sind die Wortleitungen 25 in diagonaler Anordnung im Zellenfeld 5 geführt, wobei die Bitleitungen 26, 27 in geradliniger Anordnung geführt sind. Bei dieser Anordnung der Speicherzellen und der Wort- und Bitleitungen ist die Packungsdichte der Speicherzellen am größten. Nachteil bei dieser Anordnung ist jedoch die aufgrund der diagonalen Führung der Wortleitungen 25 am Randbereich des Speicherzellenfeldes 5 versetzt angeordnete Plazierung der Wortleitungstreiber 28, was in einem vergrößertem Platzbedarf am Peripheriebereich resultiert.

Demgegenüber zeigen die Fig. 9A und 9B eine Ausführungsform einer Festwert-Speicherzellenanordnung, bei der die einzelnen Zellen eines Feldes geradlinig ausgerichtet und die Wortleitungen 29 zickzackförmig geführt sind, so dass die Wortleitungstreiber 30 am Peripheriebereich des Zellenfeldes nebeneinander und auf einer Seite des Peripheriebereiches angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich am Peripheriebereich eine gewisse Flächenersparnis, welche allerdings zu Lasten der Zellenfläche geht, welche bei dieser Ausführung etwas größer ist als bei der Anordnung gemäß den Fig. 8A und 8B.

Bezugszeichenliste

1

Substrat

2

erstes n-dotiertes Gebiet

3

Hauptfläche

4

Isolationsbereiche

5

Speicherzellenfeld

6

Peripheriebereich

7

Gräben

8

n⁺

-dotierter Bereich

9

Seitenwände

10

Seitenwände

11

Gateoxid

12

Boden

13

leitfähige Schicht

13

a Wortleitungen

13

b Gateelektrode

14

Gatepolysilizium

15

SiO₂

-Schicht

16

SiO₂

-Spacer

17

Draingebiete

18

Draingebiete

19

Source/Draingebiete

20

Source/Draingebiete

21

SiO₂

-Schicht

22

elektrisch leitfähige Schicht

23

kurzreichweitige Zwischenverbindung

24

Kontaktloch

25

Wortleitungen

26

Bitleitungen

27

Bitleitungen

28

Wortleitungstreiber

29

Wortleitungen

30

Wortleitungstreiber
T1 Grabentransistoren
T2 Grabentransistoren
T3 planare Transistoren

Claims

1. Festwert-Speicherzellenanordnung mit einem aus Halbleiter material bestehenden Substrat (1), welches im Bereich einer Hauptfläche (3) in einem Zellenfeld (5) angeordnete Speicher zellen aufweist, wobei jede Speicherzelle jeweils wenigstens einen MOS-Transistor (T1, T2) mit einem Sourcegebiet (8), ei nem Draingebiet (17, 18), einem Kanalgebiet, einem Gate dielektrikum (11) und einer Gateelektrode (13; 14) aufweist, wobei das Draingebiet (17, 18) mit einer Bitleitung (26, 27) und die Gateelektrode mit einer Wortleitung (25) verbunden ist, und der MOS-Transistor (T1, T2) durch einen von der Hauptfläche (3) des Substrates (1) ausgehenden Graben (7), der bis zu dem Sourcegebiet (8) reicht, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (9, 10) des Grabens (7) des MOS-Transistors (T1, T2) unter einem Winkel von etwa 45° bis etwa 80° gegen über der Hauptfläche (3) des Substrates (1) angeordnet sind, und mit einem Dotiermaterial einer vorbestimmten Leitfähig keit zur Festlegung der Programmierung des MOS-Transistors dotiert sind, und dem Draingebiet (17, 18) des MOS-Transi stors (T1, T2) eine lokale Zwischenverbindung (23) zugeordnet ist, welche das Draingebiet (17, 18) elektrisch verbindet und zumindest bereichsweise über eine die Gateelektrode (13; 14) elektrisch isolierende Gateisolationsschicht (15, 16) und ei ne benachbart zum MOS-Transistor angeordnete Isolations schicht (21) angeordnet ist.

2. Festwert-Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Zwischenverbindung (23) aus einem Material hergestellt ist, welches Polysilizium, Polyzid oder Silizid aufweist.

3. Festwert-Speicherzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Zwischenverbindung (23) mit einem Kontaktlochanschluß (24) für die Verbindung des Draingebietes (17, 18) mit einer Bitleitung angeschlossen ist.

4. Festwert-Speicherzellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktlochanschluß (24) bündig mit der zu dem MOS-Transistor (T1, T2) benachbart angeordneten Isolationsschicht (21) angeordnet ist.

5. Festwert-Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Graben (7) zwei oder mehrere MOS-Transistoren (T1, T2) ausgebildet sind.

6. Festwert-Speicherzellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Graben (7) zwei MOS-Transistoren (T1, T2) ausgebildet sind, die durch unterschiedliche Dotie rung der beiden Seitenwände (9, 10) des Grabens (7) unter schiedlich programmiert sind.

7. Festwert-Speicherzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Graben (7) ausgebildeten beiden MOS-Transistoren (T1, T2) jeweils einen gemeinsamen Sourcebereich (8) und eine gemeinsame Gateelektrode (13; 14) besitzen.

8. Festwert-Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder MOS-Transistor (T1, T2) eines Grabens (7) in einem vorbestimmten Logikzu stand aus einer mehrwertige Logikzustände besitzenden Zu standslogik, insbesondere einer vierwertigen Zustandslogik programmiert ist.

9. Festwert-Speicherzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gatedielektrikum (11) ein Gateoxid aufweist und die Festwert-Speicherzellen anordnung ein maskenprogrammierter Nur-Lesespeicher ist, oder das Gatedielektrikum ein ONO-Formierungsmaterial aufweist und die Festwert-Speicherzellenanordnung ein einmal elektrisch programmierbarer Nur-Lesespeicher ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Festwert-Speicherzellen anordnung mit einem aus Halbleitermaterial bestehenden Sub strat (1), welches im Bereich einer Hauptfläche (3) in einem Zellenfeld (5) angeordnete Speicherzellen aufweist, wobei je de Speicherzelle jeweils wenigstens einen MOS-Transistor mit einem Sourcegebiet, einem Draingebiet, einem Kanalgebiet, ei nem Gatedielektrikum und einer Gateelektrode aufweist, wobei das Draingebiet mit einer Bitleitung und die Gateelektrode (13; 14) mit einer Wortleitung verbunden ist, und der MOS- Transistor durch einen von der Hauptfläche (3) des Substrates (1) ausgehenden Graben (7), der bis zu dem Sourcegebiet reicht, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Draingebiet des MOS-Transistors eine lokale Zwischenver bindung (23) zugeordnet wird, welche das Draingebiet elek trisch verbindet, und zumindest bereichsweise über eine die Gateelektrode (13; 14) elektrisch isolierende Gateisolations schicht und eine benachbart zum MOS-Transistor angeordnete Isolationsschicht angeordnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Zwischenverbindung aus einem Material hergestellt wird, welches Polysilizium, Polyzid oder Silizid aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, dass die lokale Zwischenverbindung mit einem Kontakt lochanschluß für die Verbindung des Draingebietes mit einer Bitleitung angeschlossen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktlochanschluß bündig mit der zu dem MOS-Transistor benachbart angeordneten Isolationsschicht angeordnet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände des Grabens (7) des MOS-Transistors unter ei nem Winkel von etwa 45° bis etwa 80° gegenüber der Hauptfläche (3) des Substrates (1) angeordnet werden, und mit einem Do tiermaterial einer vorbestimmten Leitfähigkeit zur Festlegung der Programmierung des MOS-Transistors dotiert werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Graben (7) zwei oder mehrere MOS-Transistoren ausge bildet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich net, dass in dem Graben (7) zwei MOS-Transistoren ausgebildet werden, die durch unterschiedliche Dotierung der beiden Sei tenwände des Grabens (7) unterschiedlich programmiert werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Graben (7) ausgebildeten beiden MOS-Transistoren jeweils einen gemeinsamen Sourcebereich und eine gemeinsame Gateelektrode besitzen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, dass jeder MOS-Transistor eines Grabens (7) in einem vorbestimmten Logikzustand aus einer mehrwertige Lo gikzustände besitzenden Zustandslogik, insbesondere einer vierwertigen Zustandslogik programmiert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, dass das Gatedielektrikum ein Gateoxid (11) aufweist und die Festwert-Speicherzellenanordnung ein masken programmierter Nur-Lesespeicher ist, oder das Gatedielektri kum ein ONO-Formierungsmaterial aufweist und die Festwert- Speicherzellenanordnung ein einmal elektrisch programmierba rer Nur-Lesespeicher ist.