(57)【要約】【課題】  ＦＮトンネル電流を利用して動作する不揮発性記憶装置において、トンネル絶縁膜の膜厚を制御することで、動作特性が向上した不揮発性記憶装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の不揮発性記憶装置は、半導体層１０と、  前記半導体層１０に設けられた第１トレンチ２２ａと、該第１トレンチ２２ａと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第２トレンチ２０ａと、  前記第１トレンチ２２ａに絶縁層が埋め込まれて形成された第１分離絶縁層２２により画定された第１の領域１０Ｃと、  前記第２トレンチ２０ａに絶縁層が埋め込まれて形成された第２分離絶縁層２０により画定された第２の領域１０Ａ，Ｃと、  前記第１の領域１０Ｃおよび前記第２の領域１０Ａ，Ｂの半導体層１０の上方に設けられた絶縁層３０と、  少なくとも前記絶縁層３０の上方に設けられたフローティングゲート電極３２と、  前記フローティングゲート電極３２に印加する電圧を制御するためのコントロールゲート４２と、を含む。【選択図】      図１
2006013334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層に設けられた第１トレンチと、該第１トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第２トレンチと、
前記第１トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第１分離絶縁層により画定された第１の領域と、
前記第２トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第２分離絶縁層により画定された第２の領域と、
前記第１の領域および前記第２領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層と、
少なくとも前記第１領域の前記絶縁層の上方に設けられたフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するためのコントロールゲートと、を含む、不揮発性記憶装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚は、前記第２分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚と比して小さい、不揮発性記憶装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１トレンチは、最小デザインルールによる寸法を有する、不揮発性記憶装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記コントロールゲートは、前記第２の領域に設けられたＮ型の不純物領域であり、
前記フローティングゲート電極は、前記第１の領域と前記第２の領域の上方に亘って設けられている、不揮発性記憶装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記コントロールゲートは、前記フローティングゲート電極の上に、絶縁層を介して設けられている、不揮発性記憶装置。
【請求項６】
（ａ）半導体層に第１トレンチと、該第１トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第２トレンチとを形成し、
（ｂ）前記第１および第２トレンチに絶縁層を埋め込み、第１および第２分離絶縁層を形成することで、該第１分離絶縁層により画定された第１領域と、該第２分離絶縁層により画定された第２領域と、を形成し、
（ｃ）前記第１領域および前記第２領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層を形成し、
（ｄ）少なくとも前記第１領域の前記絶縁層の上方にフローティングゲート電極を形成し、
（ｅ）前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するコントロールゲートを形成すること、を含む、不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記（ａ）は、
第１のエッチングにより前記第１トレンチを形成し、
前記第１のエッチング条件とは異なる条件の第２のエッチングにより前記第２トレンチを形成すること、を含む、不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記（ａ）において、
前記第１トレンチを形成は、前記第２トレンチを形成する際のマスクの開口パターンと比して小さいパターンのマスクを用いて行われる、不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１トレンチを形成するためのマスクのパターンは、最小デザインルールによる寸法を有する、不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかにおいて、
前記（ｅ）のコントロールゲートの形成は、前記第２領域となる半導体層に不純物を注入することにより行われる、不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれかにおいて、
前記（ｅ）のコントロールゲートの形成は、前記フローティングゲート電極の上方に絶縁層を介して所定のパターンを有する導電層を形成することにより行われる、不揮発性記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローティングゲート電極を有する不揮発性記憶装置およびその製造方法に関し、特に、ＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ―Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネル電流で書き込みおよび消去を行う不揮発性記憶装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性記憶装置の一つとして、半導体層上に絶縁層を介して設けられたフローティングゲート電極と、さらに、フローティングゲート電極の上に絶縁層を介して設けられたコントロールゲート電極と、半導体層に設けられたソース領域およびドレイン領域と、からなるスタックゲート型の不揮発性記憶装置があげられる。このようなスタックゲート型の不揮発性記憶装置では、コントロールゲート電極と、ドレイン領域とに、所定の電圧を印加して、フローティングゲート電極に電子の注入／放出を行うことで書き込みおよび消去が行われる。
【０００３】
このようなスタックゲート型の不揮発性記憶装置では、２回のゲート電極の形成工程を有するために工程数が増加し、かつ、フローティングゲート電極の上に、薄膜の絶縁層を形成する必要があり製造工程が煩雑になる。そのため、スタックゲート型の不揮発性記憶装置と比して、簡易な製造工程で、かつ安価なコストと製造できる不揮発性記憶装置として、特許文献１に参照の不揮発性記憶装置が提案されている。特許文献１に記載の不揮発性記憶装置は、コントロールゲートを半導体層内のＮ型の不純物領域であり、フローティングゲート電極が、一層のポリシリコン層などの導電層からなる（以下、「一層ゲート型の不揮発性記憶装置」という）。このような一層ゲート型の不揮発性記憶装置は、ゲート電極を積層する必要がないため、通常のＣＭＯＳトランジスタのプロセスと同様にして形成することができるという利点を有する。
【特許文献１】特開昭６３−１６６２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した種々の不揮発性記憶装置では、ＣＨＥ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｈｏｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）やＦＮトンネル電流を用いて、フローティングゲート電極への電子の注入や抜き取りにより書き込みや消去が行われる。ＦＮトンネル電流による書き込みや消去を行うときには、動作特性を向上させるために、フローティングゲート電極下の絶縁層（トンネル絶縁膜）の薄膜化などが試みられている。一方で、絶縁層が薄膜化されると動作特性は向上するものの、絶縁層の耐性が損なわれ、書き込み可能回数などが減少することもある。そこで、書き込みや消去の動作特性を向上しつつも信頼性の確保された不揮発性記憶装置が求められている。
【０００５】
本発明の目的は、ＦＮトンネル電流を利用して動作する不揮発性記憶装置において、トンネル絶縁膜の膜厚を制御することで、動作特性が向上した不揮発性記憶装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の不揮発性記憶装置は、半導体層と、
前記半導体層に設けられた第１トレンチと、該第１トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第２トレンチと、
前記第１トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第１分離絶縁層により画定された第１の領域と、
前記第２トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第２分離絶縁層により画定された第２の領域と、
前記第１の領域および前記第２領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層と、
少なくとも前記第１領域の前記絶縁層の上方に設けられたフローティングゲート電極と、
前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するためのコントロールゲートと、を含む。
【０００７】
本発明の不揮発性記憶装置によれば、第１トレンチに絶縁層を埋め込み形成された第１分離絶縁層により画定された第１の領域の半導体層の上に、フローティングゲート電極が設けられる。つまり、本発明の製造方法により得られる不揮発性記憶装置において、書き込みや消去を行なう箇所は、第１分離絶縁層により画定された領域に設けられることになる。
【０００８】
第１の領域と第２の領域とでは、それぞれの領域を画定するトレンチの側面の傾斜角度が異なることで、各領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角の大きさも異なってくる。つまり、第１トレンチの傾斜角が第２トレンチの傾斜角と比して大きいため、第１分離絶縁層により画定された第１の領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角は、第２分離絶縁層により画定された第２の領域の場合と比して大きいものとなる。半導体層の側面と半導体層の表面とのなす角が大きい場合には、半導体層と分離絶縁層の境界部分に設けられた絶縁層の膜厚が、境界部分以外に設けられた絶縁層の膜厚と比して小さくなるように絶縁層を形成することができる。そのため、フローティングゲート電極下の絶縁層において、部分的に膜厚の小さい領域を設けることができる。絶縁層の膜厚が小さい部分では、フローティングゲート電極と半導体層との間の電界を大きくすることができる。これにより、全体的にＦＮトンネル電流が流れやすくなり、その結果、書き込みおよび消去特性が向上した不揮発性記憶装置を提供することができる。
【０００９】
なお、本発明において、トレンチの側面の傾斜角とは、トレンチの側面と半導体層の表面とがなす角度のことをいう。また、本発明において、特定のＡ層の上方に設けられたＢ層とは、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられている場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられている場合とを含む意味である。
【００１０】
本発明の不揮発性記憶装置は、さらに、下記の態様をとることができる。
【００１１】
本発明の不揮発性記憶装置において、前記第１分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚は、前記第２分離絶縁層と前記半導体層との境界部分に設けられた前記絶縁層の膜厚と比して小さいものであることができる。
【００１２】
本発明の不揮発性記憶装置において、前記第１トレンチは、最小デザインルールによる寸法を有することができる。この態様では、第１トレンチの開口パターンが小さいため、トレンチの傾斜角をより大きくすることができる。その結果、第１分離絶縁層と半導体層との境界部分に設けられる絶縁層の膜厚のさらなる薄膜化を図ることができ、動作特性が向上した不揮発性記憶装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の不揮発性記憶装置において、前記コントロールゲートは、前記第２の領域に設けられたＮ型の不純物領域であり、
前記フローティングゲート電極は、前記第１の領域と前記第２の領域の上方に亘って設けられていることができる。この態様によれば、動作特性が向上した一層ゲート型の不揮発性記憶装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の不揮発性記憶装置において、前記コントロールゲートは、前記フローティングゲート電極の上に、絶縁層を介して設けられていることができる。この態様によれば、動作特性が向上したスタックゲート型の不揮発性記憶装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法は、
（ａ）半導体層に第１トレンチと、該第１トレンチと比してトレンチの側面の傾斜角が小さい第２トレンチとを形成し、
（ｂ）前記第１トレンチおよび第２トレンチに絶縁層を埋め込み、第１分離絶縁層および第２分離絶縁層を形成することで、該第１分離絶縁層により画定された第１領域と、該第２分離絶縁層により画定された第２領域と、を形成し、
（ｃ）前記第１領域および前記第２領域の半導体層の上方に設けられた絶縁層を形成し、
（ｄ）少なくとも前記第１領域の前記絶縁層の上方にフローティングゲート電極を形成し、
（ｅ）前記フローティングゲート電極に印加する電圧を制御するコントロールゲートを形成すること、を含む。
【００１６】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法によれば、第１トレンチに絶縁層が埋め込まれて形成された第１分離絶縁層により画定された第１領域の半導体層の上に、フローティングゲート電極を形成することができる。つまり、本発明の製造方法により得られる不揮発性記憶装置において、書き込みや消去を行なう箇所は、第１分離絶縁層により画定された領域に設けられることになる。
【００１７】
第１領域と第２領域とでは、それぞれの領域を画定するトレンチの側面の傾斜角度が異なることで、各領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角も異なってくる。つまり、第１トレンチの傾斜角が第２トレンチの傾斜角と比して大きいため、第１分離絶縁層による画定された第１領域の半導体層の側面と半導体層の表面とがなす角も大きいものとなる。半導体層の側面と半導体層の表面とのなす角が大きい場合には、半導体層と分離絶縁層の境界部分の半導体層の上に形成される絶縁層の膜厚が、境界部分以外の半導体層上に形成される絶縁層の膜厚と比して小さくなるような絶縁層を形成することができる。その結果、ＦＮトンネル電流を大きくすることができ、書き込みや消去などの動作特性の向上が図られた不揮発性記憶装置を製造することができる。
【００１８】
なお、本発明において、トレンチの側面の傾斜角とは、トレンチの側面と半導体層の表面とがなす角度のことをいう。また、本発明において、特定のＡ層の上方にＢ層を設けるとは、Ａ層の上に直接Ｂ層を設ける場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層を設ける場合を含む意味である。
【００１９】
本発明は、さらに、下記の態様をとることができる。
【００２０】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記（ａ）は、
第１のエッチングにより前記第１トレンチを形成し、
前記第１のエッチング条件とは異なる条件の第２のエッチングにより前記第２トレンチを形成すること、を含むことができる。この態様によれば、エッチング条件を異ならせて第１および第２トレンチを形成することで、それぞれトレンチの側面の傾斜角が異なる第１および第２トレンチを形成することができる。
【００２１】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記（ａ）において、
前記第１トレンチを形成は、前記第２トレンチを形成する際のマスクの開口パターンと比して小さいパターンのマスクを用いて行われることができる。
【００２２】
この態様によれば、第１トレンチおよび第２トレンチを形成する際のマスク層のパターンを制御することで、トレンチの側面の傾斜角が異なる第１トレンチおよび第２トレンチを形成することができる。この場合は、一のマスクで、第１トレンチと第２トレンチとを作り分けることができるため、工程数を増加させることなく製造することができる。
【００２３】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記第１トレンチを形成するためのマスクのパターンは、最小デザインルールによる寸法を有することができる。この態様によれば、他のトレンチを形成するマスクパターンと比して第１トレンチを形成するマスクパターンを、より小さくすることができる。そのため、トレンチの傾斜角が大きい第１トレンチを形成することができる。
【００２４】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記（ｅ）のコントロールゲートの形成は、前記第２領域となる半導体層に不純物を注入することにより行われることができる。
【００２５】
本発明の不揮発性記憶装置の製造方法において、前記（ｅ）のコントロールゲートの形成は、前記フローティングゲート電極の上方に絶縁層を介して導電層を形成することにより行われることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態にかかるについて説明する。
【００２７】
１．不揮発性記憶装置
図１は、本実施の形態により得られる不揮発性記憶装置を模式的に示す斜視図であり、図２は、メモリセルＣ１００のフローティングゲート電極３２と、不純物領域の配置を示す平面図であり、図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面である。図３（Ｃ）は、図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図１のＸ−Ｘ線は、図２のＸ−Ｘ線と対応している。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態の不揮発性記憶装置Ｃ１００は、Ｐ型の半導体層１０に設けられている。半導体層１０は、分離絶縁層２０により、第１領域１０Ａと、第２領域１０Ｂと、第３領域１０Ｃとに分離画定されている。第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂは、Ｐ型のウエル１２に設けられている。第３領域１０Ｃは、Ｎ型のウエル１４に設けられている。第１の実施の形態と同様で、第１領域１０Ａはコントロールゲート部であり、第２領域１０Ｂは書き込み部であり、第３領域１０Ｃは消去部である。
【００２９】
図２に示すように、第１領域１０Ａ〜第３領域１０Ｃの半導体層１０の上には、絶縁層３０が設けられている。絶縁層３０の上には、第１〜第３領域１０Ａ〜Ｃにわたって設けられたフローティングゲート電極３２が設けられている。第１領域１０Ａでは、フローティングゲート電極３２を挟むように、Ｎ型の不純物領域３５が設けられている。第２領域１０Ｂでは、フローティングゲート電極３２を挟むように、Ｎ型の不純物領域３６が設けられている。第３領域１０Ｃでは、フローティングゲート電極３２を挟むように、Ｐ型の不純物領域３８が設けられている。
【００３０】
次に、各領域の断面構造について図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照しつつ説明する。
【００３１】
図３（Ａ）に示すように、第１領域１０Ａでは、Ｐ型の半導体層１０の上に設けられた絶縁層３０と、絶縁層３０の上に設けられたフローティングゲート電極３２と、フローティングゲート電極３２下の半導体１０に設けられたＮ型の不純物領域４２と、フローティングゲート電極３２の側方の半導体層１０で、不純物領域４２に隣接して設けられたＮ型の不純物領域３５と、を有する。Ｎ型の不純物領域４２は、コントロールゲートの役割を果たし、不純物領域３５は、コントロールゲート線と電気的に接続され、コントロールゲートに電圧を印加するためのコンタクト部となる。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、第２領域１０Ｂには、書き込みを行うためのＮチャネル型トランジスタ１００Ｂが設けられている。Ｎチャネル型トランジスタ１００Ｂは、Ｐ型の半導体層１０の上に設けられた絶縁層３０と、絶縁層３０の上に設けられたフローティングゲート電極３２と、半導体層１０に設けられた不純物領域３６とを有する。不純物領域３６は、ソース領域またはドレイン領域となる。本実施の形態の不揮発性記憶装置では、第２領域１０ＢのＮチャネル型トランジスタ１００Ｂにおいて、ＣＨＥにより、フローティングゲート電極３２に電子を注入することで書き込みが行われる。
【００３３】
図３（Ｃ）に示すように、第３領域１０Ｃには、Ｐチャネル型トランジスタ１００Ｃが設けられている。Ｐチャネル型トランジスタ１００Ｃは、Ｎ型のウエル１４の上に設けられた絶縁層３０と、絶縁層３０の上に設けられたフローティングゲート電極３２と、Ｎ型のウエル１４中に設けられた不純物領域３８とを有する。不純物領域３８は、ソース領域またはドレイン領域となる。本実施の形態の不揮発性記憶装置では、消去領域である第３領域１０ＣのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ＣにＦＮトンネル電流を流すことにより、フローティングゲート電極３２に注入された電子を抜き取る。
【００３４】
次に、図４を参照しつつ、フローティングゲート電極３２の長さ方向に沿った断面の構造について説明する。図４は、図２のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。図４に示すように、第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂは、トレンチ２０ａに絶縁層が埋め込まれてなる分離絶縁層２０によって画定されている。第３領域１０Ｃは、トレンチ２２ａに絶縁層が埋め込まれてなる分離絶縁層２２により画定されている。トレンチ２０ａとトレンチ２２ａとでは、それぞれトレンチの側面の傾斜角が異なっている。
【００３５】
このトレンチの傾斜角について、図５を参照しつつ説明する。図５（Ａ）は、図４のＡ部を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は、図４のＢ部を拡大して示す図である。図５（Ａ），（Ｂ）を比較してわかるように、トレンチ２２ａの傾斜角αは、トレンチ２０ａの傾斜角βと比して大きい。そのため、第３領域１０Ｃの半導体層１０の側面は、その他の領域（第１領域１０Ａや第２領域１０Ｂ）と比して急峻な面となる。分離絶縁層２２と半導体層１０との境界部分に設けられる絶縁層３０は、半導体層１０の側面の傾斜によりその膜厚が異なることとなる。つまり、境界部分において設けられる絶縁層は、図５（Ａ）に示した場合の方がその膜厚が小さい。
【００３６】
本実施の形態の不揮発性記憶装置によれば、第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂと、第３領域１０Ｃとで、それぞれの領域を画定するトレンチ２０ａ，２２ａの側面の傾斜角度が異なる。そのため、各領域の半導体層１０の側面と半導体層１０の表面とがなす角の大きさも異なってくる。つまり、トレンチ２２ａの傾斜角がトレンチ２０ａの傾斜角と比して大きいため、分離絶縁層２２により画定された第３領域１０Ｃの半導体層１０の側面の傾斜角（半導体層１０の側面と半導体層１０の表面とがなす角）は、分離絶縁層２０により画定された第１領域１０Ａや第２領域１０Ｂの場合と比して大きいものとなる。半導体層１０の側面の傾斜角が大きい場合には、境界部分に設けられる絶縁層の膜厚の薄膜化を促すこととなる。よって、半導体層１０と分離絶縁層２２の境界部分に設けられる絶縁層３０の膜厚はより小さいものとなる。そのため、ＦＮトンネル電流を用いて消去を行う第３領域１０Ｃでは、第１領域１０Ａや第２領域１０Ｂの場合と比して、境界部分に設けられる絶縁層３０のさらなる薄膜化を図ることができる。その結果、第３領域１０ＣではＦＮトンネル電流が流れやすくなり、書き込みおよび消去特性が向上した不揮発性記憶装置を提供することができる。
【００３７】
２．不揮発性記憶装置の製造方法
次に、本実施の形態にかかる不揮発性記憶装置の製造方法について図６〜１２を参照しつ説明する。図６，１２は、本実施の形態にかかる不揮発性記憶装置の製造方法の一工程を示す斜視図であり、図７〜１１は、図６におけるIII−III線に沿った断面を模式的に示す断面図である。
【００３８】
まず、図６に示すように、半導体層１０の所定の領域に分離絶縁層２０，２２を形成する。本実施の形態の半導体装置では、Ｐ型の半導体層１０を用いる。分離絶縁層２０，２２の形成は、公知ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法により行われる。分離絶縁層２０，２２により、第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂ、第３領域１０Ｃに分離される。
【００３９】
この分離絶縁層２０，２２の形成方法について、図７〜１０を参照しながらさらに説明する。まず、図７に示すように、半導体層１０の上にパッド酸化膜４０を形成する。その後、パッド酸化膜４０の上にＣＭＰストッパ層の役割を果たす窒化シリコン膜４２を形成する。ついで、分離絶縁層２０を形成する領域の上方に開口を有するマスク層Ｍ１を形成する。マスク層Ｍ１としては、たとえば、レジスト層などが用いられる。
【００４０】
次に、図８に示すように、マスク層Ｍ１（図７参照）をマスクとして、パッド酸化膜４０および窒化シリコン膜４２を除去し、その後、公知の技術により半導体層１０を除去し、トレンチ２０ａ形成する。その後、マスク層Ｍ１を除去する。ついで、図８に示すように、分離絶縁層２２が形成される領域の上方にのみ開口を有するマスク層Ｍ２を形成する。マスク層Ｍ２としては、たとえば、レジスト層を用いることができる。
【００４１】
次に、図９に示すように、マスク層Ｍ２（図８参照）をマスクとして、半導体層１０をエッチングすることによりトレンチ２２ａを形成する。この半導体層１０のエッチングでは、トレンチ２０ａと比して、トレンチの側面の傾斜角が急峻となるようエッチング条件を制御する。トレンチ２０ａやトレンチ２２ａを形成するための半導体層１０のエッチングは、酸素（Ｏ２）や塩素（Ｃｌ２）を含むエッチングガスによりエッチングが行なわれる。このとき、エッチングガス中に含まれる塩素は、半導体層１０であるシリコン層と反応をして、堆積物（Ｓｉ−Ｃｌ結合を有するポリマー）を形成する。この堆積物は、エッチングされた半導体層１０の側面に付着するため、エッチングが進むにつれて、開口部は次第に狭くなることとなる。この堆積物が開口部に付着する量を制御することにより、トレンチの側面の傾斜角を調整することができる。たとえば、エッチングガス中の酸素に対する塩素の割合を増加させる場合には、開口部の堆積物が増加するため、エッチングの進行に従い開口部が狭くなり、側面の傾斜角が小さいトレンチを形成することができる。逆に、酸素に対する塩素の割合を低下することにより、開口部に付着する堆積物を減少させることができ、エッチングの進行に伴って開口部が狭くなることが抑制される。そのため、側面の傾斜角が大きいトレンチを形成することができるのである。
【００４２】
次に、図１０に示すように、トレンチ２０ａ，２２ａに絶縁層を埋め込み、分離絶縁層２０，２２を形成する。この分離絶縁層２０，２２の形成では、まず、半導体層１０の上方に絶縁層（図示せず）を形成し、窒化シリコン膜４２が露出するまでこの絶縁層を除去する。絶縁層の除去は、たとえば、ＣＭＰ法により行うことができる。その後、窒化シリコン膜４２を選択的に除去する。窒化シリコン膜４２の除去は、熱リン酸を用いたウェットエッチングにより行うことができる。ついで、トレンチ２０ａ，２２ａに埋め込まれた絶縁層のうち、半導体層１０の表面から露出している部分を除去する。以上の工程により、分離絶縁層２０が形成される。
【００４３】
ついで、図１０に示すように、第１領域１０Ａおよび第２領域１０ＢにＰ型のウエル１２を、第３領域１０Ｃに、Ｎ型のウエル１４を形成する。Ｐ型のウエル１２の形成では、第３領域１０Ｃを覆うマスク層（図示せず）を形成した後、Ｐ型の不純物を導入することで行われる。Ｎ型のウエル１４の形成は、第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂを覆うマスク層（図示せず）を形成した後、Ｎ型の不純物を導入することにより行われる。Ｐ型のウエル１２とＮ型のウエル１４の形成の順番は特に限定されず、いずれを先に形成してもよい。
【００４４】
次に、図１０に示すように、第１領域１０Ａに、コントロールゲートの役割を果たすＮ型の不純物領域４２を形成する。Ｎ型の不純物領域４２の形成では、第１領域１０Ａの半導体層の上方に開口を有するマスク層を形成した後、公知の技術によりＮ型の不純物を導入することで行われる。
【００４５】
次に、第１領域１０Ａ、第２領域１０Ｂおよび第３領域１０Ｃの半導体層１０の上に絶縁層３０を形成する。絶縁層３０の形成では、まず、清浄な半導体層表面に絶縁層３０を形成するために、ライトエッチングが行われる。ライトエッチングは、希フッ酸などを用いたウェットエッチングにより行うことができる。このライトエッチングにより、図１１に示すように、分離絶縁層２０，２２の最上層が除去されるために、分離絶縁層２０，２２と半導体層１０との境界部分では、半導体層１０の上端が露出する。
【００４６】
ついで、図１１に示すように、半導体層１０の表面に、絶縁層３０を形成する。絶縁層３０の形成は、たとえば、熱酸化法により形成することができる絶縁層３０の形成では、半導体層１０の上と、先の工程で分離絶縁層２０，２２の一部が除去されて露出することとなった半導体層１０の側面上とに絶縁層３０が形成される。半導体層１０の上面と側面とでは、半導体層の面方位が異なるために、側面上での熱酸化の際の絶縁層の成膜速度は遅くなる。そのため、半導体層１０の側面上に形成された絶縁層３０の膜厚は、半導体層１０の上面上に形成された絶縁層３０の膜厚と比して小さくなる。また、第３領域１０Ｃの半導体層１０の側面の傾斜角度は、その他の領域の半導体層１０の側面の傾斜角度と比して大きいことにより、成膜速度が遅くなる面方位が露出する割合が高くなる。そのため、第３領域１０Ｃの境界部分の絶縁層３０の膜厚は、他の領域（第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂ）の境界部分の絶縁層３０の膜厚と比してさらに小さいものとなる。
【００４７】
ついで、図１２に示すように、絶縁層３０の上に、フローティングゲート電極３２を形成する。フローティングゲート電極３２は、半導体層１０の上方に、たとえば、ポリシリコン層からなる導電層（図示せず）を形成し、この導電層をパターニングすることで形成される。
【００４８】
次に、図１に参照されるように、フローティングゲート電極３２をマスクとして第１領域１０Ａ、第２領域１０Ｂおよび第３領域１０Ｃのそれぞれで不純物領域の形成を行う。第１領域１０Ａ第２領域１０Ｂでは、Ｎ型の不純物領域３５，３６が形成され、第３領域１０Ｃでは、Ｐ型の不純物領域３８が形成される。まず、Ｐ型の不純物領域３８の形成では、第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂを覆うようにレジスト層などのマスク層を形成し、フローティングゲート電極３２をマスクとして、公知の技術によりＰ型の不純物を導入することで形成される。ついで、Ｎ型の不純物領域３５，３６の形成では、第３領域１０Ｃを覆うようにレジスト層などのマスク層を形成し、フローティングゲート電極３２をマスクとして、公知に技術によりＮ型の不純物を導入することで形成される。
【００４９】
次に、本実施の形態の製造方法の変形例について述べる。この変形例は、第３領域１０Ｃを画定する分離絶縁層２２を形成する際のパターンを制御することで、トレンチ２２ａの側面の傾斜角度がトレンチ２０ａの側面の傾斜角度と異なるようにする例である。
【００５０】
まず、図１３に示すように、半導体層１０の上にパッド酸化膜４０および窒化シリコン膜４２を形成する。ついで、分離絶縁層２０を形成する領域の上方に開口を有するマスク層Ｍ１を形成する。マスク層Ｍ１としては、たとえば、レジスト層などを用いることができる。マスク層Ｍ１において、第３領域１０Ｃを画定するためのトレンチが形成される領域の上方に有する開口ａは、他の領域を確定するためのトレンチが形成される領域の上方に有する開口ｂと比してその幅が小さくなるように形成されている（ａ＜ｂ）。このように、マスクパターンを小さくする（スペースを小さくする）ことにより、エッチングの際に生じる堆積物が開口部の側面に付着することを抑制することができる。そのため、側面の傾斜角が大きいトレンチ２２ａを形成することができるのである。開口ａのパターンは、最小デザインルールによる寸法を有するパターンであってもよい。
【００５１】
次に、図１４に示すように、マスク層Ｍ１（図１３参照）をマスクとして、パッド酸化膜４０および窒化シリコン膜４２を除去する。その後、半導体層１０を除去し、トレンチ２０ａ，２２ａを形成する。ついで、マスク層Ｍ１を除去する。
【００５２】
次に、上述の実施の形態と同様にして、トレンチ２０ａ，２２ａに絶縁層を埋め込み分離絶縁層２０，２２を形成する。その後、ウエル１２，１４の形成や絶縁層３０、フローティングゲート電極３２の形成は、上述の実施の形態と同様に行うことができる。
【００５３】
本実施の形態の不揮発性記憶装置の製造方法によれば、トレンチ２２ａに絶縁層が埋め込まれて形成された分離絶縁層２２により画定された第３領域１０Ｃの半導体層１０の上に、フローティングゲート電極３２の一部が形成される。つまり、本実施の形態の製造方法により得られる不揮発性記憶装置において、書き込みや消去を行なう箇所は、分離絶縁層２２により画定された領域に設けられることになる。
【００５４】
第１領域１０Ａおよび第２領域１０Ｂと、第３領域１０Ｃとでは、それぞれの領域を画定するトレンチ２０ａ，２２ａの側面の傾斜角度が異なることで、各領域の半導体層１０の側面と半導体層１０の表面とがなす角も異なってくる。つまり、トレンチ２２ａの傾斜角がトレンチ２０ａの傾斜角と比して大きいため、分離絶縁層２２による画定された第３領域１０Ｃの半導体層１０の側面と半導体層１０の表面とがなす角は大きいものとなる。そのため、第１領域１０Ａ，Ｂの場合と比して第３領域１０Ｃ（ＦＮトンネル電流を用いる箇所）の絶縁層３０の部分的な薄膜化をより確実に行うことができる。その結果、ＦＮトンネル電流を大きくすることができ、書き込みや消去などの動作特性の向上が図られた不揮発性記憶装置を製造することができる。
【００５５】
上述の工程からもわかるように、この一層ゲート型の不揮発性記憶装置は、ＣＭＯＳトランジスタの製造プロセスと同様の工程で製造することができる。そのため、安価なコストで製造することができ、また、他のＭＯＳトランジスタとの混載を図ることができるという利点がある。特に、他のＭＯＳトランジスタとの混載を図る場合には、次のような利点がある。絶縁層３０の膜厚は、混載されるＭＯＳトランジスタの特性により決定されることとなる。そのため、高耐圧化が図られたＭＯＳトランジスタと混載する場合には、絶縁層３０の膜厚は、不揮発性記憶装置の機能を果たすのに適した膜厚より大きいものとなることがある。そのような場合でも、たとえば、ＦＮトンネル電流を用いる箇所（書き込み箇所や消去箇所）の絶縁層３０を部分的に薄膜化することにより、混載されるデバイスの影響を受けることなく、特性の良好な不揮発性記憶装置を提供することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態の不揮発性記憶装置では、一層ゲート型の不揮発性記憶装置のうち、とくに、フローティングゲート電極３２の直下に設けられた不純物領域がコントロールゲートの役割を果たす場合を例として説明したが、これに限定されることはない。一層ゲート型の不揮発性記憶装置の他の例としては、第１領域１０ＡにＮ型のウエルを設け、そのウエル全体がコントロールゲートの役割を果たす構造を有するものを挙げることができる。
【００５７】
また、一層ゲート型の不揮発性記憶装置を例として説明したが、これに限定されることなる、ＦＮトンネル電流を用いて動作する不揮発性記憶装置であれば、適用することができる。この場合、絶縁層３０を局所的に薄膜化することで、絶縁層を全体的に薄膜化することによる耐性の劣化を抑制しつつ、動作特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施の形態により得られる不揮発性記憶装置を模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示す不揮発性記憶装置の一部を模式的に示す平面図。
【図３】（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、（Ｃ）は、図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図４】図２のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図５】（Ａ）は、図４のＡ部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は、図４のＢ部を拡大して示す図。
【図６】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す斜視図。
【図７】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図
【図１０】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施の形態にかかる製造方法の一工程を模式的に示す斜視図。
【図１３】変形例にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。
【図１４】変形例にかかる製造方法の一工程を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１０  半導体層、１０Ａ  第１領域、  １０Ｂ  第２領域、  １０Ｃ  第３領域  １２  Ｐ型のウエル、  １４  Ｎ型のウエル、  ２０，２２  分離絶縁層、  ２０ａ，２２ａ  トレンチ、  ３０  絶縁層、  ３２  フローティングゲート電極、  ３４，３６，３８，４２  不純物領域、  Ｃ１００  不揮発性記憶装置、  １００Ｂ  Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、  １００Ｃ  Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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