JP2001501034A - 不揮発性メモリセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ソース領域およびドレイン領域（６）を有するＭＯＳトランジスタが半導体基体（１）の表面領域に設けられている、自己調整される不揮発性メモリセルに関する。ＭＯＳトランジスタのフローティングゲート（１２）およびコントロールゲート（１６）は相互にオーバーラップするようにトレンチ（８）内に設けられており、トランジスタチャネル（１７）はトレンチ（８）の表面領域にラテラルに構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 自己調整される不揮発性メモリセル 本発明は、請求項１の上位概念に記載の自己調整される不揮発性メモリセル並 びにこの形式のメモリセルを製造するための方法に関する。 通例の不揮発性メモリセルは、電荷を蓄積するために、所謂フローティングゲ ート（ＦＧ）構想に基づいている。このフローティングゲートでは、通例は多結 晶シリコンから成っている電気的に完全に絶縁されているゲート、即ちフローテ ィングゲートが本来のメモリゲートを形成している。このフローティングゲート は別のゲート、即ちコントロールゲート（ＣＧ）に容量的に結合されておりかつ これによってコントロールされる。フローティングゲートおよびコントロールゲ ートは２つのレベルに存在しており、これらのレベルは、絶縁層、例えばシリコ ン酸化層によって相互に分離されている。コントロールゲートもフローティング ゲートのように、通例は、多結晶シリコンから成っている。 この形式のメモリセルを有するメモリにおいて必要な高いプログラミング電圧 のために、この電圧の、フローティングゲートに対する容量結合はできるだけ大 きくなるようにすべきである。このことは、フローテ ィングゲートとコントロールゲートとのオーバラップ面積を相応な大きさにする ことによって実現することができる。換言すれば、フローティングゲートおよび コントロールゲートがオーバラップする領域は、できるだけ大きく形成されるよ うにすべきである。この要求は集積密度を高めるという共通した目標に明らかに 反するものである。つまり、フローティングゲートとコントロールゲートとの間 のオーバラップ領域をラテラル方向に実現することで殊に、貴重なチップ面積が 失われるからである。 冒頭に述べた形式の自己調整される不揮発性のメモリセルは米国特許第４８１ ４８４０号明細書から公知である。この明細書から同様に、半導体サブストレー ト中に形成されていて、フローティングゲートおよびコントロールゲートが相互 にオーバラップして収容されているトレンチが公知である。トレンチの両側に、 半導体基体の表面領域において、ソースおよびドレイン領域が配置されている。 ソースおよびドレイン領域を有するＭＯＳトランジスタが半導体基体の表面領 域に収容されている類似の自己調整される不揮発性メモリセルは米国特許第５０ ４５４９０号明細書から公知である。ＭＯＳトランジスタは横断面において矩形 のトレンチを有している。このトレンチの短い側は表面領域に配置されている。 トレンチの真ん中に、コントロールゲートが配置され ており、該コントロールゲートは、長手側および下側に位置する側でフローティ ングゲートによってアングル状に取り囲まれている。 フローティングゲートとコントロールゲートとの間のラテラル方向に形成され ているオーバラップ領域は例えば、Y．S．Hsamune et al．Int．Electron Dev． Meeting 1993（IEDM）,Washington，第１９ないし２２頁に記載されている。 フローティングゲートとコントロールゲートとの間の所望する大きなオーバラ ップ領域を実現しかつにも拘わらずチップ面積を節約するために、不揮発性メモ リをトレンチ構造に垂直方向に集積することも既に構想されている。例えばドレ インがトレンチの上面に配置されておりかつソースがトレンチの底部に配置され ていて、トランジスタチャネルがトレンチ壁に沿ってチップ表面に対して垂直に 延在するようなこの形式の構想は例えば、H．P．Pein et al.，IEDM 93，第１１ ないし１４頁に説明されている。しかしそこに示されている構造は、構造に規定 されて非常に大きな容量結合を有してはいない。 フローティングゲートの多結晶シリコンの側壁が利用されるようにすれば、よ り良好な容量結合が実現される。しかしメモリセルのトポグラフィーが高められ てることになるこの構想は例えば、Ｓ．Aritome et al.．IEDM 95，Washington ，第２７５ないし２７８頁に 記載されている。 この形式の従来技術から出発して、本発明の課題は、フローティングゲートと コントロールゲートとの間の良好な結合およびトポロジーに対する低減されたコ ストによって特徴付けられている自己調整される不揮発性メモリセルを提供する ことである。更に、この形式のメモリセルを製造するための方法も提供したい。 本発明の有利な形態は殊に、従属請求項に記載されている通りである。 即ち、本発明の自己調整される不揮発性メモリセルでは、部分的には従来技術 においてもそうであるように、トレンチの深さ中の第３の次元を利用して、大き なオーバラップ面積、ひいてはフローティングゲートとコントロールゲートの間 に高い結合容量を形成するのである。しかし本発明のメモリセルでは、従来技術 とは異なって、トランジスタチャネルはトレンチの側壁に沿ってではなくて、ト レンチの表面近傍の領域にガイドされている。トランジスタチャネルが垂直方向 に実現されている通例のバーチカルトランジスタとは異なって、本発明の不揮発 性メモリセルでは、トレンチの側壁にラテラルなトランジスタチャネルが存在し ている。 トレンチは円形の構造を有しておりかつトレンチの両側において、半導体基体 の表面領域においてソースおよびドレイン領域が配置されている。 本発明の方法では殊に、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）が利用される。これに より、端部に最終的にプレーナ形状のメモリセルフィールドが得られ、これは引 き続くリソグラフィーに特別適しているものである。 更に、メモリセルのバーチャル・グラウンド配置によって４Ｆ²のセル面積が 実現される。ここでＦは最小の構造の細かさ（特徴サイズ）を表している。 次に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。その際： 第１ａ図、第１ｂ図、第２ａ図、第２ｂ図、第３ａ図、第３ｂ図、第４ａ図、第 ４ｂ図、第５図ないし第１０図、第１１図および第１２図は、本発明の方法を説 明するための平面図ないし断面図であり、かつ第１３図は、本発明のメモリセル を備えた回路装置の略図である。 シリコン基板１にはまずその表面に薄い二酸化ケイ素層２が設けられており、 この層は後続のプロセスステップでエッチングストップ層として機能し、例えば １０ｎｍの厚さである。この二酸化ケイ素層２の上に窒化ケイ素層３と二酸化ケ イ素層４とから成る２重の層が堆積される。窒化ケイ素層３は後続のＣＭＰステ ップではストップ層として利用され、同時に後に形成されるワード線ＷＬ（図１ ０、図１３を参照）とシリコン基板１との間のキャパシタンスを低く保持する。 この２重の層は続いてパターン化される。次にイオン インプランテーションが行われて、ソースおよびドレインに相応する拡散領域５ が形成される。 このようにして図１のａ、ｂに示されている装置が形成される。上から見た図 である図１のａには、簡単化のために拡散領域５が概略的に示されている。 さらに別の二酸化ケイ素層６が堆積される。この二酸化ケイ素層は二酸化ケイ 素層４と同じ形であり、例えばＣＶＤ法（化学的蒸着法）により形成されている 。この二酸化ケイ素層６は窒化ケイ素層３に達するまでバックポリシングまたは エッチバックされる。このために通常の化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）または プラズマエッチングを適用することができる。 これにより図２のａ、ｂに示されている構造体では、半導体基体１に窒化ケイ 素層３と二酸化ケイ素層６のストリップが交互に配置されている。上から見た図 である図２のａでは図１のａと同様に、個々の窒化ケイ素層３が概略的に示され ている。 後続の溝またはトレンチのエッチングに対する適切な構造体を準備するために 、次に別の層例えば多結晶ケイ素層７が堆積され、窒化ケイ素層３の拡がりに対 して垂直にパターン化される。この別の層はいずれの場合にも選択的に窒化ケイ 素層３および二酸化ケイ素層４までエッチング可能であり、このために多結晶ケ イ素が使用される。 このようにして、図３のａおよびａの図を切断線Ｂ −Ｂで切断した断面図ｂに示されているような構造体が得られる。 図２のｂおよび図３のｂでは図示を簡単化するために二酸化ケイ素層２が省略 されていることに注意されたい。 続いて二酸化ケイ素層６および多結晶ケイ素層７から成る格子状構造体の間の 領域、すなわち図３のａに示されている窒化ケイ素層３の露出された領域がエッ チングされ、二酸化ケイ素層２の表面がシリコン基板１上で開口される。このエ ッチングは選択的に二酸化ケイ素層６および多結晶ケイ素層７まで行われる。次 に化学的にウェットなステップを用いて多結晶ケイ素層７が剥離により除去され る。例えばコリンにより多結晶ケイ素がエッチングされ、二酸化ケイ素はエッチ ングされない。 このようにして図４のａ、およびａの切断線Ａ−Ａで切断した断面図ｂに示さ れている構造体が得られる。すなわちこの構造体は、それぞれ個別のメモリセル で二酸化ケイ素層２がシリコン基板１上で露出されており、二酸化ケイ素層２で カバーされたシリコン基板１に通じるホールは両側で二酸化ケイ素層６または窒 化ケイ素層３の底部によって包囲されている。 すなわちネット状の表面が形成されており、ここでの“ネット”(Netz)は二酸 化ケイ素層６および窒化ケイ素層３の底部により形成されている。この“ネッ ト”は後続の溝またはトレンチのエッチングプロセスのためのマスクである。 図５にはこのトレンチエッチング後の個々のセル、例えば図４のａのセルＤが 拡大されて示されている。トレンチ８はここではシリコン基板１の露出された表 面の領域に形成されている。 さらに誘電体９が例えばトレンチ８内の二酸化ケイ素からコンフォーマルに析 出され、この誘電体９は比較的大きな厚さを有し、後に形成されるフローティン グゲートの下方でシリコン基板１に対して小さなキャパシタンスしか存在しない 。さらにトレンチ８は例えば平坦化コーティング材料から成る補助層１０で充填 される。この補助層１０は選択的に誘電体９ないし二酸化ケイ素層６に達するま でバックポリシングまたはエッチバックされる。次にさらに誘電体９および補助 層１０に例えば１００ｎｍから５００ｎｍの深さまで異方性エッチバックを行う 。 このようにして図６に示されている構造体が形成される。トレンチにはここで は実質的にシリコン基板１の領域で誘電体９および補助層１０が充填される。 次に補助層１０は剥離により除去される。これは化学的にウェットに溶剤例え ばフッ化水素酸を用いて行われるか、または酸素プラズマを用いてプラズマエッ チングにより行われる。誘電体９が二酸化ケイ素から成る場合、フッ化水素酸に よりエッチングが行われる 。ただし誘電体９はフッ化水素酸に対して耐性を有さなければならない。言い換 えれば、フッ化水素酸は誘電体９がこのフッ化水素酸に耐性を有する場合に使用 することができる。続いて例えば二酸化ケイ素から成るサイドウォール酸化物層 １１がトレンチ８上方の開口領域に形成される。 このようにして図７に示される構造体が形成される。この構造体ではサイドウ ォール層１１が後のＭＯＳトランジスタのトンネル用酸化物を形成する。 次にトレンチ８内で本来の個所にドープされた多結晶ケイ素から成るフローテ ィングゲート層がコンフォーマルに析出される。サイドウォール酸化物層１１へ の接合領域で誘電体９の上方の縁部に段を設けることにより、フローティングゲ ート層１２は段を有しており、後続の層も相応する。図示を簡単化するためにこ の段はフローティングゲート層１２内に示し、他の層では示さない。続いてイン ターポリ誘電体１３が例えば酸化物シートおよび窒化物シートＯＮからコンフォ ーマルに析出され、トレンチを充填する補助層１４が堆積される。補助層１４に 対して補助層１０と同じ材料を使用することができる。次にさらにフローティン グゲート層１２、インターポリ誘電体１３、補助層１４を選択的にバックポリシ ングまたはエッチバックし、これらの層を二酸化ケイ素層６の上方の縁部で同じ 高さにする。 このようにして図８に示される構造体が得られる。 トレンチ８内の補助層１４を剥離により除去した後熱による酸化が行われ、こ れにより頂部の酸化物が形成される。ここでインターポリ誘電体(Interpoly-Die lektrikum)１３の領域でいわゆるＯＮＯ構造体（酸化物-窒化物-酸化物構造体） が形成される。同時に露出されているフローティングゲート層１２が酸化され、 これにより完全にカプセル化される。図９にはこの頂部の酸化物の領域が参照番 号１５で示されている。 このようにしてフローティングゲート層１２がアイソレーションにより完全に カプセル化されている。この層はインターポリ誘電体１３、頂部酸化物１５、サ イドウォール酸化物層１１により包囲されている。“カプセル化用酸化物”を形 成するための熱による酸化の際にドープされた多結晶ケイ素すなわちフローティ ングゲート層１２の材料が利用される。これは既知の促進係数により、ドープさ れない多結晶ケイ素よりもはるかに強く酸化されるからである。図９にはさらに 周知の“嘴状突出部”(Vorgelschnabel)が示されており、これはフローティング ゲート層１２とインターポリ誘電体１３との間に形成される。この“嘴状突出部 ”は典型的なものであり、障害を生じさせない。ただしこれは必須のものではな い。 続いてトレンチ８はドープされた多結晶ケイ素で堆 積により充填される。多結晶ケイ素は次にバックポリシングまたはエッチバック される。これによりトレンチ８内にコントロールゲート層１６が形成される。 このようにして図９に示される構造体が形成される。この構造体は完全に平坦 な表面を有する。 この平坦な表面上に次にワード線ＷＬが堆積され、このワード線はコントロー ルゲート層１６にオーム接続されるようにパターン化される。このパターン化は 中央の完全に充填された溝またはトレンチ８へ適合するように調整して行われ、 これにより図１０に示される構造体が得られる。図１０に相応する複数のメモリ セルを上から見た図が図１１に示されている。図１２には図１０に相応するメモ リセルを切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図が示されている。図１１、図１２には図 示を簡単化するためにワード線ＷＬ、フローティングゲート層１２、コントロー ルゲート層１６のみが概略的に示されている。 ワード線ＷＬをコントロールゲート層１６に対してわずかにずれることも許容 される。ワード線ＷＬおよびコントロールゲート層１６は導電接続されているの で、全てのセルでワード線ＷＬとコントロールゲート層１６との間の充分な導電 接続が得られる。通常は“ノンネスティッド”(non-nested)と称される金属化に よるこの種のオーバーラップが知られている。 図１２にはトランジスタチャネル１７が前述のトレ ンチ８の外側面に沿って設けられている。フローティングゲート層とコントロー ルゲート層１６とのオーバーラップ領域はトレンチ８内に形成され、比較的大き い。これによりここではフローティングゲート層とコントロールゲート層１６と の間の容量結合が良好に保持される。 図１１、図１２のメモリセルでは、１つのユニットセルのサイドエッジがそれ ぞれ２種類のパターン可能最小長さＦを有しており、これによりメモリセル面積 は４Ｆ²となる。トレンチ８は図１２に示されているようにほぼ円形に構成され ており、これは上述の二酸化ケイ素層６および多結晶のポリシリコン層７から成 る“ネット”が実際にほぼ円形のホールにより表されることを反映している。円 形の形状に代えて角が面取りされた他の形状を用いることもできる。 図１３にはメモリセル装置の回路が示されており、この回路は選択的なワード 線ＷＬselectと、非選択的なワード線ＷＬnselと、仮想またはヴァーチャルのソ ースと、仮想またはヴァーチャルのドレインを有している。この回路の破線で囲 まれた中央のセルが選択された場合、例えば次のプログラミング手段が“ホット ”な電荷キャリアにより示される。 デコーダにより、ドレイン側で選択されるセルに対して存在する全てのセルが 同じドレイン電圧を印加されることが保証される。これにより、これらのセルが 電圧低下を生じさせず、ひいてはビット線間の個別のソース／ドレイン電流を有 さないことが保証される。同様のことはソース側の全てのセルにも当てはまる。 消去モードでは一般的にブロック全体が消去され、ワード線ＷＬselectとワー ド線ＷＬnselとの区別が状況により失われてしまう。通常は例えば−１２Ｖのワ ード線電圧、＋５Ｖのソース／ドレイン電圧、または正の基板電圧により消去が 行われる。 本発明により、トランジスタチャネルが半導体基体の表面領域に延在し、フロ ーティングゲートおよびコントロールゲートが相互にオーバーラップして溝また はトレンチ内に収容されている、自己調整可能な不揮発性メモリセルが構成され る。半導体基体のトレンチを有する表面は完全に平坦となり、この表面はワード 線の堆積または別のリソグラフィに著しく適する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成９年１２月２日（１９９７．１２．２） 【補正内容】 【図１３】 【手続補正書】 【提出日】平成１１年６月９日（１９９９．６．９） 【補正内容】 明細書 不揮発性メモリセル 本発明は、チャネル領域により相互に隔てられ、半導体基板の表面領域に構成 されたソース領域およびドレイン領域を有しており、完全に絶縁されたメモリゲ ート電極を有しており、電極は半導体基板の鉢形のトレンチ内に構成されており 、コントロールゲート電極を有しており、該電極は前記メモリゲート電極に容量 結合するために基板のトレンチ内へ突出しており、複数のゲート電極を収容する 基板のトレンチはソース領域とドレイン領域との間に位置している不揮発性メモ リセルに関する。 通例の不揮発性メモリセルは、電荷を蓄積するために、所謂フローティングゲ ート(ＦＧ)構想に基づいている。以下、メモリのゲート電極の意味でフローティ ングゲートと称する。このフローティングゲートでは、通例は多結晶シリコンか ら成っている電気的に完全に絶縁されているゲート、即ちフローティングゲート が本来のメモリゲートを形成している。このフローティングゲートは別のゲート 、即ちコントロールゲート(ＣＧ)に容量的に結合されており、かつこれによって コントロールされる。フローティングゲートおよびコントロールゲートは２つの レベルに存在しており、これらのレベルは、絶縁層、例えばシリコン酸化層によ って相互に分離されている。コントロールゲートもフローティングゲートのよう に、通例は、多結晶シリコンから成っている。 この形式のメモリセルを有するメモリにおいて必要な高いプログラミング電圧 のために、この電圧の、フローティングゲートに対する容量結合はできるだけ大 きくなるようにすべきである。このことは、フローティングゲートとコントロー ルゲートとのオーバラップ面積を相応な大きさにすることによって実現すること ができる。換言すれば、フローティングゲートおよびコントロールゲートがオー バラップする領域は、できるだけ大きく形成されるようにすべきである。この要 求は集積密度を高めるという共通した目標に明らかに反するものである。つまり 、フローティングゲートとコントロールゲートとの間のオーバラップ領域をラテ ラル方向に実現することで殊に、貴重なチップ面積が失われるからである。 請求項１の上位概念に記載の構成を有する不揮発性メモリセルは、米国特許第 ５３９２２３７号明細書から公知である。これによれば、半導体の基体中の鉢形 の凹部およびそこに設けられたメモリゲート電極およびコントロールゲート電極 を用いて、ラテラル方向にわずかな寸法で、かつメモリゲート電極とコントロー ルゲート電極との結合度の高いメモリセルが構成される。ただしこの場合、トラ ンジスタチャネルは基体表面での厚い酸化物層のために凹部の周囲で基体内へ構 成される。しかもこの公知のメモリセルで、凹部を延長してさらに結合係数を大 きくすることはできない。なぜならメモリゲート電極と基体との結合は、コント ロールゲート電極と基体の結合と同じ割合で大きくなるからである。 従来のメモリセルに比べて改善された結合係数を有する不揮発性メモリセルは 日本特許出願公開第６１０８５４６８号明細書（同要約書）から公知である。た だしここでは、メモリゲート電極全体が凹部に配置されているのではなく、この 領域の一部分のみに配置されており、トランジスタチャネルの領域を越えて突出 している。これ以外の点については、このメモリセルは従来と同様に構成されて いる。 この種のメモリセルは米国特許第４８１４８４０号明細書および米国特許第５ ０４５４９０号明細書からも公知である。ただしこの場合、メモリゲート電極の トランジスタ領域を越えて突出する部分全体は、基体のチャネルの両側に設けら れたトレンチに配置されており、隣接する２つのメモリセルに対してそれぞれ１ つのトレンチが使用されている。 フローティングゲートとコントロールゲートとの間のラテラル方向に形成され ているオーバラップ領域は例えば、Y．S．Hisamune et al．Int．Electron Dev ．Meeting 1993(IEDM),Washington，第１９ないし２２頁に記載されている。 フローティングゲートとコントロールゲートとの間の所望する大きなオーバラ ップ領域を実現しかつにも拘わらずチップ面積を節約するために、不揮発性メモ リセルをトレンチ構造に垂直方向に集積することも既に構想されている。例えば ドレインがトレンチの上面に配置されておりかつソースがトレンチの底部に配置 されていて、トランジスタチャネルがトレンチ壁に沿ってチップ表面に対して垂 直に延在するようなこの形式の構想は例えば、H．P．Peinetal.，IEDM 93，第１ １ないし１４頁に説明されている。しかしそこに示されている構造は、構造に規 定されて非常に大きな容量結合を有してはいない。 フローティングゲートの多結晶シリコンの側壁が利用されるようにすれば、よ り良好な容量結合が実現される。しかしメモリセルのトポグラフィーが高められ ていることになるこの構想は例えば、S．Aritome et al.．IEDM 95，Washington ，第２７５ないし２７８頁に記載されている。 この形式の従来技術から出発して、本発明の課題は、フローティングゲートと コントロールゲートとの間の良好な結合およびトポロジーに対する低減されたコ ストによって特徴付けられている不揮発性メモリセルを提供することである。 この課題は本発明により、半導体基板を絶縁するゲート酸化物から成るメモリ ゲート電極は基板表面の領域では、基板内部へ延在するトレンチ内に有する厚さ よりも小さな厚さを有しており、チャネル領域は基板表面の小さな厚さを有する 領域で、トレンチの周囲に垂直方向に設けられている構成で解決される。 本発明のメモリセルの格別の利点は、メモリセルが完全に自己整合的に製造で きることである。 本発明の有利な形態は殊に、従属請求項に記載されている通りである。 即ち、本発明の不揮発性メモリセルでは、部分的には従来技術においてもそう であるように、鉢形の凹部（以下これをトレンチと称する）の深さ中の第３の次 元を利用して、大きなオーバラップ面積、ひいてはフローティングゲートとコン トロールゲートの間に高い結合容量を形成するのである。しかし本発明のメモリ セルでは、従来技術とは異なって、トランジスタチャネルはトレンチの側壁に沿 ってではなくて、トレンチの表面近傍の領域にガイドされている。トランジスタ チャネルが垂直方向に実現されている通例のバーチカルトランジスタとは異なっ て、本発明の不揮発性メモリセルでは、トレンチの側壁にラテラルトランジスタ チャネルが存在している。 トレンチは円形の構造を有しておりかつトレンチの両側において、半導体基体 の表面領域においてソースおよびドレイン領域が配置されている。 本発明の方法では殊に、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）が利用される。これに より、端部に最終的にプレーナ形状のメモリセルフィールドが得られ、これは引 き続くリソグラフィーに特別適しているものである。 更に、メモリセルのバーチャル・グラウンド配置によって４Ｆ²のセル面積が 実現される。ここでＦは最小の構造の細かさ（特徴サイズ）を表している。 次に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。その際： 第１ａ図、第１ｂ図、第２ａ図、第２ｂ図、第３ａ図、第３ｂ図、第４ａ図、第 ４ｂ図、第５図ないし第１０図、第１１図および第１２図は、本発明の方法を説 明するための平面図ないし断面図であり、かつ 第１３図は、本発明のメモリセルを備えた回路装置の略図である。 シリコン基板１にはまずその表面に薄い二酸化ケイ素層２が設けられており、 この層は後続のプロセスステップでエッチングストップ層として機能し、例えば １０ｎｍの厚さである。この二酸化ケイ素層２の上に窒化ケイ素層３と二酸化ケ イ素層４とから成る２重の層が堆積される。窒化ケイ素層３は後続のＣＭＰステ ップではストップ層として利用され、同時に後に形成されるワード線ＷＬ（図１ ０、図１３を参照）とシリコン基板１との間のキャパシタンスを低く保持する。 この２重の層は続いてパターン化される。次にイオンインプランテーションが行 われて、ソースおよびドレインに相応する拡散領域５が形成される。 このようにして図１のａ、ｂに示されている装置が形成される。上から見た図 である図１のａには、簡単化のために拡散領域５が概略的に示されている。 さらに別の二酸化ケイ素層６が堆積される。この二酸化ケイ素層は二酸化ケイ 素層４と同じ形であり、例えばＣＶＤ法（化学的蒸着法）により形成されている 。この二酸化ケイ素層６は窒化ケイ素層３に達するまでバックポリシングまたは エッチバックされる。このために通常の化学的機械的研磨法(ＣＭＰ法)またはプ ラズマエッチングを適用することができる。 これにより図２のａ、ｂに示されている構造体では、半導体基体１に窒化ケイ 素層３と二酸化ケイ素層６のストリップが交互に配置されている。上から見た図 である図２のａでは図１のａと同様に、個々の窒化ケイ素層３が概略的に示され ている。 後続の溝またはトレンチのエッチングに対する適切な構造体を準備するために 、次に別の層例えば多結晶ケイ素層７が堆積され、窒化ケイ素層３の拡がりに対 して垂直にパターン化される。この別の層はいずれの場合にも選択的に窒化ケイ 素層３および二酸化ケイ素層４までエッチング可能であり、このために多結晶ケ イ素が使用される。 このようにして、図３のａおよびａの図を切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図ｂに 示されているような構造体が得られる。 図２のｂおよび図３のｂでは図示を簡単化するために二酸化ケイ素層２が省略 されていることに注意されたい。 続いて二酸化ケイ素層６および多結晶ケイ素層７から成る格子状構造体の間の 領域、すなわち図３のａに示されている窒化ケイ素層３の露出された領域がエッ チングされ、二酸化ケイ素層２の表面がシリコン基板１上で開口される。このエ ッチングは選択的に二酸化ケイ素層６および多結晶ケイ素層７まで行われる。次 に化学的にウェットなステップを用いて多結晶ケイ素層７が剥離により除去され る。例えばコリンにより多結晶ケイ素がエッチングされ、二酸化ケイ素はエッチ ングされない。 このようにして図４のａ、およびａの切断線Ａ−Ａで切断した断面図ｂに示さ れている構造体が得られる。すなわちこの構造体は、それぞれ個別のメモリセル で二酸化ケイ素層２がシリコン基板１上で露出されており、二酸化ケイ素層２で カバーされたシリコン基板１に通じるホールは両側で二酸化ケイ素層６または窒 化ケイ素層３の底部によって包囲されている。 すなわちネット状の表面が形成されており、ここでの“ネット”(Netz)は二酸 化ケイ素層６および窒化ケイ素層３の底部により形成されている。この“ネット ”は後続の溝またはトレンチのエッチングプロセスのためのマスクである。 図５にはこのトレンチエッチング後の個々のセル、例えば図４のａのセルＤが 拡大されて示されている。トレンチ８はここではシリコン基板１の露出された表 面の領域に形成されている。 さらに誘電体９が例えばトレンチ８内の二酸化ケイ素からコンフォーマルに析 出され、この誘電体９は比較的大きな厚さを有し、後に形成されるフローティン グゲートの下方でシリコン基板１に対して小さなキャパシタンスしか存在しない 。さらにトレンチ８は例えば平坦化コーティング材料から成る補助層１０で充填 される。この補助層１０は選択的に誘電体９ないし二酸化ケイ素層６に達するま でバックポリシングまたはエッチバックされる。次にさらに誘電体９および補助 層１０に例えば１００ｎｍから５００ｎｍの深さまで異方性エッチバックを行う 。 このようにして図６に示されている構造体が形成される。トレンチにはここで は実質的にシリコン基板１の領域で誘電体９および補助層１０が充填される。 次に補助層１０は剥離により除去される。これは化学的にウェットに溶剤例え ばフッ化水素酸を用いて行われるか、または酸素プラズマを用いてプラズマエッ チングにより行われる。誘電体９が二酸化ケイ素から成る場合、フッ化水素酸に よりエッチングが行われる。ただし誘電体９はフッ化水素酸に対して耐性を有さ なければならない。言い換えれば、フッ化水素酸は誘電体９がこのフッ化水素酸 に耐性を有する場合に使用することができる。続いて例えば二酸化ケイ素から成 るサイドウォール酸化物層１１がトレンチ８上方の開口領域に形成される。 このようにして図７に示される構造体が形成される。この構造体ではサイドウ ォール層１１が後のＭＯＳトランジスタのトンネル用酸化物を形成する。 次にトレンチ８内でその場的にドープされた多結晶ケイ素から成るフローティ ングゲート層がコンフォーマルに析出される。サイドウォール酸化物層１１への 接合領域で誘電体９の上方の縁部に段を設けることにより、フローティングゲー ト層１２は段を有しており、後続の層も相応する。図示を簡単化するためにこの 段はフローティングゲート層１２内に示し、他の層では示さない。続いてインタ ーポリ誘電体１３が例えば酸化物シートおよび窒化物シートＯＮからコンフォー マルに析出され、トレンチを充填する補助層１４が堆積される。補助層１４に対 して補助層１０と同じ材料を使用することができる。次にさらにフローティング ゲート層１２、インターポリ誘電体１３(Interpoly-Dielektrikum)、補助層１４ を選択的にバックポリシングまたはエッチバックし、これらの層を二酸化ケイ素 層６の上方の縁部で同じ高さにする。 このようにして図８に示される構造体が得られる。 トレンチ８内の補助層１４を剥離により除去した後、熱による酸化が行われ、 これにより頂部の酸化物が形成される。ここでインターポリ誘電体１３の領域で いわゆるＯＮＯ構造体（酸化物-窒化物-酸化物構造体）が形成される。同時に露 出されているフローティングゲート層１２が酸化され、これにより完全に包摂さ れる。図９にはこの頂部の酸化物の領域が参照番号１５で示されている。 このようにしてフローティングゲート層１２がアイソレーションにより完全に 包摂されている。この層はインターポリ誘電体１３、頂部酸化物１５、サイドウ ォール酸化物層１１により包囲されている。“包摂用酸化物”を形成するための 熱による酸化の際にドープされた多結晶ケイ素すなわちフローティングゲート層 １２の材料が利用される。これは既知の促進係数により、ドープされない多結晶 ケイ素よりもはるかに強く酸化されるからである。図９にはさらに周知の“バー ズビーク”（嘴状突出部）が示されており、これはフローティングゲート層１２ とインターポリ誘電体１３との間に形成される。この“バーズビーク”は典型的 なものであり、障害を生じない。ただしこれは必須のものではない。 続いてトレンチ８はドープされた多結晶ケイ素で堆積により充填される。多結 晶ケイ素は次にバックポリシングまたはエッチバックされる。これによりトレン チ８内にコントロールゲート層１６が形成される。 このようにして図９に示される構造体が形成される。この構造体は完全に平坦 な表面を有する。 この平坦な表面上に次にワード線ＷＬが堆積され、このワード線はコントロー ルゲート層１６にオーム接続されるようにパターン化される。このパターン化は 中央の完全に充填された溝またはトレンチ８へ適合するように調整して行われ、 これにより図１０に示される構造体が得られる。図１０に相応する複数のメモリ セルを上から見た図が図１１に示されている。図１２には図１０に相応するメモ リセルを切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図が示されている。図１１、図１２には図 示を簡単化するためにワード線ＷＬ、フローティングゲート層１２、コントロー ルゲート層１６のみが概略的に示されている。 ワード線ＷＬをコントロールゲート層１６に対してわずかにずらすことも許容 される。ワード線ＷＬおよびコントロールゲート層１６は導電接続されているの で、全てのセルでワード線ＷＬとコントロールゲート層１６との間の充分な導電 接続が得られる。通常は“ネスティングされていない”(non-nested)と称される 金属化によるこの種のオーバーラップが知られている。 図１２にはトランジスタチャネル１７が前述のトレンチ８の外側面に沿って設 けられている。フローティングゲート層とコントロールゲート層１６とのオーバ ーラップ領域はトレンチ８内に形成され、比較的大きい。これによりここではフ ローティングゲート層とコントロールゲート層１６との間の容量結合が良好に保 持される。 図１１、図１２のメモリセルでは、１つのユニットセルのサイドエッジがそれ ぞれ２種類のパターン可能な最小長さＦを有しており、これによりメモリセル面 積は４Ｆ²となる。トレンチ８は図１２に示されているようにほぼ円形に構成さ れており、これは上述の二酸化ケイ素層６および多結晶のポリシリコン層７から 成る“ネット”が実際にほぼ円形のホールにより表されることを反映している。 円形の形状に代えて角が面取りされた他の形状を用いることもできる。 図１３にはメモリセル装置の回路が示されており、この回路は選択的なワード 線ＷＬselectと、非選択的なワード線ＷＬnselと、仮想またはヴァーチャルのソ ースと、仮想またはヴァーチャルのドレインを有している。この回路の破線で囲 まれた中央のセルが選択された場合、例えば次のプログラミング手段が“ホット ”な電荷キャリアにより示される。 デコーダにより、ドレイン側で選択されるセルに対して存在する全てのセルが 同じドレイン電圧を印加されることが保証される。これにより、これらのセルが 電圧低下を生じさせず、ひいてはビット線間の個別のソース／ドレイン電流を有 さないことが保証される。同様のことはソース側の全てのセルにも当てはまる。 消去モードでは一般的にブロック全体が消去され、ワード線ＷＬselectとワー ド線ＷＬnselとの区別が状況により失われてしまう。通常は例えば−１２Ｖのワ ード線電圧、＋５Ｖのソース／ドレイン電圧、または正の基板電圧により消去が 行われる。 本発明により、トランジスタチャネルが半導体基体の表面領域に延在し、フロ ーティングゲートおよびコントロールゲートが相互にオーバーラップして溝また はトレンチ内に収容されており、不揮発性メモリセルが自己整合的に製造される 。半導体基体のトレンチを有する表面は完全に平坦となり、この表面はワード線 の堆積または別のリソグラフィに著しく適する。 請求の範囲 １． チャネル領域（１７）により相互に隔てられ、半導体基板（１）の表面領 域に構成されたソース領域およびドレイン領域（６）を有しており、 完全に絶縁されたメモリゲート電極（１２）を有しており、該電極は半導体 基板（１）の鉢形のトレンチ（８）内に構成されており、 コントロールゲート電極（１６）を有しており、該電極は前記メモリゲート 電極（１２）に容量結合するために基板のトレンチ（８）内へ突出しており、 複数のゲート電極（１２、１６）を収容する基板のトレンチ（８）はソース 領域とドレイン領域（６）との間に位置している、 不揮発性メモリセルにおいて、 半導体基板（１）を絶縁するゲート酸化物（９、１１）から成るメモリゲー ト電極（１２）は基板表面の領域では、基板内部へ延在するトレンチ（８）内 に有する厚さよりも小さな厚さを有しており、 チャネル領域（１７）は基板表面の小さな厚さを有する前記領域で、トレン チ（８）の周囲に垂直方向に設けられている、 ことを特徴とする不揮発性メモリセル。 ２． メモリゲート電極（１２）はＵ字形にコントロールゲート電極（１６）を 包囲しており、該コントロールゲート電極はトレンチ（８）の中央部に配置さ れている、請求項１記載の不揮発性メモリセル。 ３． メモリゲート電極（１２）は二酸化ケイ素層（９、１１、１３、１５）に より完全に包囲されている、請求項１または２記載の不揮発性メモリセル。４． メモリゲート電極（１２）およびコントロールゲート電極（１６）はそれ ぞれドープされた多結晶ケイ素から成る、請求項１から３までのいずれか１項 記載の不揮発性メモリセル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ソース領域およびドレイン領域（６）を有するＭＯＳトランジスタが半導 体基体（１）の表面領域に設けられており、 ＭＯＳトランジスタのフローティングゲート（１２）およびコントロールゲー ト（１６）は相互にオーバーラップするようにトレンチ（８）内に設けられてお り、 トランジスタチャネル（１７）はトレンチ（８）の表面領域に形成されている 、 自己調整される不揮発性メモリセルにおいて、 トランジスタチャネル（１７）は半円形でトレンチの縁部に形成されている、 ことを特徴とする自己調整される不揮発性メモリセル。 ２．フローティングゲート（１２）はＵ字形にコントロールゲート（１６）を 包囲しており、該コントロールゲートはトレンチ（８）の中央部に配置されてい る、請求項１記載の自己調整される不揮発性メモリセル。 ３．フローティングゲート（１２）は二酸化ケイ素層（９、１１、１３、１５ ）により完全に包囲されている、請求項１または２記載の自己調整される不揮発 性メモリセル。 ４．フローティングゲート（１２）およびコントロールゲート（１６）はそれ ぞれドープされた多結晶ケイ素から成る、請求項１から３までのいずれか１項記 載の自己調整される不揮発性メモリセル。 ５．トレンチ（８）をフローテイングゲート（１２）およびコントロールゲー ト（１６）で充填し、フローティングゲートを絶縁層で包囲した後、 半導体装置の表面を選択的にバックポリシングまたはエッチバックして、平坦 なセル領域を形成する、 ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の自己調整される不揮 発性メモリセルの製造方法。 ６．半導体装置の表面に化学的機械的研磨を行う、 請求項５記載の方法。 ７．トランジスタチャネル（１７）を半円形でトレンチ（８）の縁部に設ける 、請求項１から６までのいずれか１項記載の自己調整される不揮発性メモリセル 。 ８．トレンチ（８）をフローティングゲート（１２）およびコントロールゲー ト（１６）で充填し、フローティングゲートを絶縁層で包囲した後、 半導体装置の表面を選択的にバックポリシングまたはエッチバックして、平坦 なセル領域を形成する、 ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項記載の自己調整される不揮 発性メモリセルの製造方法 。 ９．半導体装置の表面に化学的機械的研磨を行う、 請求項８記載の方法。