JP2002110825A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2002110825A JP2000301308A JP2000301308A JP2002110825A JP 2002110825 A JP2002110825 A JP 2002110825A JP 2000301308 A JP2000301308 A JP 2000301308A JP 2000301308 A JP2000301308 A JP 2000301308A JP 2002110825 A JP2002110825 A JP 2002110825A
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正之 市毛
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敦祥 佐藤
Kikuko Sugimae
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周辺回路部の抵抗素子と基板間の容量が大き
くなっていた。 【解決手段】 半導体基板1上にゲート酸化膜4及び第
1のゲート電極材5を順次堆積した後に素子分離領域2
を形成する。この後、第1の絶縁膜6及び第2のゲート
電極材7を順次堆積する。周辺回路部において、この第
2のゲート電極材7より抵抗素子7aを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体装
置、特に不揮発性半導体メモリの周辺回路部の構造に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に、フラッシュメモリはチップ内に
メモリセルに加えて、動作に必要な各種遅延回路、書き
込み/消去用高電圧安定化回路、基準電圧生成回路を有
している。このため、これらの回路を構成する抵抗素子
が必要となる。これらの抵抗素子として、一般的にオー
ミックな特性を持つ抵抗素子が用いられる。この抵抗素
子は、製造プロセスの効率を上げるため、チップを形成
する際に、メモリセルの形成とほぼ同じ工程で形成され
る。
【0003】上記した抵抗素子を用いる回路の一例とし
て、書き込み/消去用高電圧安定回路の動作について図
7を参照して説明する。図7(a)は、書き込み/消去
用高電圧安定回路を概略的に示し、図7(b)は、上述
した動作時の各電圧を示している。この回路は図7
(a)に示すように、昇圧回路の出力電圧を制御するフ
ィードバックである。すなわち、例えばチャージポンプ
回路からなる昇圧回路の出力端には抵抗素子R1、R2
が接続されている。これら抵抗R1、R2により昇圧回
路の出力電圧が分圧され、電圧Vaが生成される。この
電圧Vaは、演算増幅器OP1において基準電圧Vre
fと比較され、制御信号Φ1が生成される。この制御信
号Φ1に応じて昇圧回路が動作し、出力電圧が制御され
る。
【0004】図7(b)に示すように、電圧Vaが、基
準電圧Vrefより小さくなると、図7(a)に示す昇
圧回路が動作し、電圧Vaが基準電圧Vrefより大き
くなると昇圧を止めて電位が上がるようにフィードバッ
クが働く。この結果、出力電圧が所要電圧Vppに保た
れる。
【0005】しかし、上記抵抗素子R1、R2と半導体
基板内の他のノードとの間の容量が大きいと、CR時定
数による遅延が大きくなる。すると、フィードバックが
遅れることとなり、出力電圧が所要電圧Vppから大き
くずれる。これは、フラッシュメモリの安定動作、高速
動作の妨げとなる。したがって、抵抗素子と他の素子の
ノードとの容量が小さいほど、精度の良い電圧安定化回
路を実現できる。
【0006】図8は従来のフラッシュメモリの断面図を
概略的に示している。このフラッシュメモリは、図8に
示すように、シリコン基板21内に素子分離領域22を
形成し、その後、セル部の素子領域23にゲート酸化膜
24、第1のゲート電極25を順次堆積している。この
第1のゲート電極25を、セル部においては浮遊ゲート
として用い、周辺回路部においては抵抗素子25aとし
て用いる構造となっている。図8において、26は第1
の絶縁膜であり、27は第2のゲート電極、28は層間
の絶縁膜、30は配線である。
【0007】また、セル部において浮遊ゲートとしての
第1のゲート電極を二層構造とし、周辺回路部におい
て、上層のゲート材で抵抗素子25a形成する方法もあ
る。
【0008】上記例の場合、周辺回路部において、抵抗
素子25aを厚い素子分離領域22上に形成している。
このため、抵抗素子25aと半導体基板内の他のノード
との容量を小さくすることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成のフ
ラッシュメモリは、素子分離領域22を形成後、第1の
ゲート電極25を形成している。このため、図8に示す
ように、素子分離領域22上に第1のゲート電極25が
突出した形となる。したがって、素子分離領域22を小
型化できず、素子のさらなる微細化が困難であった。
【0010】図9は他の従来例を示すものであり、フラ
ッシュメモリの断面図を示している。図9において、同
一部分については図8と同一符号を付す。このフラッシ
ュメモリは、図9に示すように、基板21上の全面に、
数10Åから500Å程度のゲート酸化膜24を形成
後、ゲート酸化膜24上に第1のゲート電極材25を堆
積する。この第1のゲート電極材25、ゲート酸化膜2
4及び基板21をエッチングしてトレンチ21aを形成
する。このトレンチを絶縁膜で充填して、素子分離領域
22が形成される。したがって、素子分離領域22と第
1のゲート電極Gとは自己整合的に素子分離する。ま
た、周辺回路部において、ゲート酸化膜24上の第1の
ゲート電極材25が抵抗素子25aとして用いられてい
る。このような構成の場合、素子分離領域22を小型化
できるため、メモリセルをさらに微細化することができ
る。
【0011】しかし、周辺回路部において抵抗素子25
aは数10Åから500Å程度のゲート酸化膜24上に
形成されている。このため、抵抗素子25aと基板21
間の容量が増加してしまう。
【0012】上述したように、抵抗素子と基板との容量
が大きくなると、上記高電圧安定化回路のフィードバッ
ク動作が遅れ、安定した電圧を発生することが困難とな
る。
【0013】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、第1ゲート
電極を自己整合的に素子分離を行った場合においても、
周辺回路部において抵抗素子と基板との容量を小さくす
ることが可能な半導体記憶装置を提供しようとするもの
である。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、上記課題を解決するため、半導体基板内に形成さ
れ、素子領域を区画する素子分離絶縁膜と、前記半導体
基板内に、前記素子分離絶縁膜と自己整合的に設けられ
た第1のゲート電極と、絶縁膜を介して少なくとも前記
第1のゲート電極上に形成された第2のゲート電極と、
前記素子分離絶縁膜上に前記第2のゲート電極と同時に
形成された抵抗素子とを有することを特徴とする。
【0015】本発明の半導体記憶装置は、半導体基板内
に形成され、素子領域を区画する素子分離絶縁膜と、こ
の素子分離絶縁膜上に形成された導電膜からなる抵抗素
子とを具備し、前記抵抗素子下の前記半導体基板の不純
物濃度は、バルクと同等かあるいはバルクの不純物濃度
以下であることを特徴とする。
【0016】また、前記半導体基板は、前記抵抗素子下
部周辺を囲む領域の表面に前記半導体基板と同導電型で
前記半導体基板よりも高濃度の不純物領域を有すること
を特徴とする。
【0017】本発明の半導体記憶装置は、第1の導電型
の半導体基板内に形成され、素子領域を区画する素子分
離絶縁膜と、この素子分離絶縁膜上に形成された導電膜
からなる抵抗素子と、この抵抗素子が形成されている前
記素子分離絶縁膜に隣接する前記素子領域に形成された
前記半導体基板と逆導電型の第2の導電型の不純物領域
とを具備し、読み出し、書き込みあるいは消去時に、前
記抵抗素子と前記第2の導電型の不純物領域とに同極性
の電圧を印加することを特徴とする。
【0018】また、前記半導体基板がp型のとき、前記
抵抗素子と前記第2の導電型の不純物領域とに正の電圧
を印加し、n型のとき、前記抵抗素子と前記第2の導電
型の不純物領域とに負の電圧を印加することを特徴とす
る。
【0019】また、前記抵抗素子は、メモリセルアレイ
領域の周辺に形成された周辺制御回路の一部であること
を特徴とする。
【0020】また、前記第1のゲート電極は不揮発性半
導体メモリの浮遊ゲート電極であり、前記第2のゲート
電極は制御ゲート電極であることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0022】図1を参照して、本発明に係るフラッシュ
メモリの第1の実施例について説明する。図1は、フラ
ッシュメモリを概略的に示す断面図である。図1に示す
ように、セル部においては、半導体基板1内の素子分離
領域2により分離された素子領域3にゲート酸化膜4、
第1のゲート電極5が形成されている。したがって、第
1のゲート電極5は、素子分離領域2上には存在してい
ない。上記第1のゲート電極5がフローティングゲート
(FG)として機能する。
【0023】さらに、第1の絶縁膜6上に、第2のゲー
ト電極材7が形成されている。この第2のゲート電極材
7はセルトランジスタの制御ゲート(CG:ワード線)
として機能する。
【0024】周辺回路部において、素子分離領域2上に
は第1の絶縁膜6を介して第2のゲート電極材7からな
る抵抗素子7aが設けられている。
【0025】なお、8は第2の絶縁膜、9はコンタクト
であり、10は配線である。
【0026】上記構成によれば、周辺回路部において、
抵抗素子7aは第1の絶縁膜6を介して素子分離領域2
上に形成されている。したがって、抵抗素子7aと基板
1との容量を低減することができる。このため、CR遅
延を小さくし、抵抗素子7aを用いた高電圧安定化回路
を安定且つ、高精度で動作させることができる。
【0027】以下、上記構成のフラッシュメモリの製造
方法について、図2を用いて説明する。
【0028】図2(a)において、1は半導体基板であ
る。4はゲート酸化膜であり、例えば酸化シリコンまた
は窒化シリコンが用いられる。5は第1のゲート電極材
であり、例えばポリシリコンまたはアモルファスシリコ
ンが使用される。半導体基板1の全面上にゲート酸化膜
4、第1のゲート電極材5が順次形成される。この第1
のゲート電極材5の上に絶縁体によるマスク材11が形
成される。このマスク材11をマスクとして、第1のゲ
ート電極5、ゲート酸化膜4及び基板1を自己整合的に
エッチングし、図2(b)に示すように、トレンチ12
を形成する。
【0029】次に、図2(b)に示すように、全面に絶
縁膜2aを堆積し、前記マスク材11をストッパーとし
てCMP(Chemical Mechanical
Porishing)法により研磨する。こうすること
によって、マスク材11の表面まで絶縁膜2aが除去さ
れ、トレンチ12が絶縁膜2aにより埋め込まれる。こ
の後、マスク材11が除去され、図2(c)に示すよう
に、素子分離領域2が形成される。このようにして、素
子分離領域2に対して自己整合的に第1のゲート電極材
5からなるフローティングゲート(FG)が形成され
る。
【0030】続いて、全面に第2の絶縁膜6、第2のゲ
ート電極材7が順次堆積される。次に、図2(d)に示
すように、第2のゲート電極材7及びゲート酸化膜6の
一部をエッチングする。このようにして、セル部におい
て、第2のゲート電極材7により制御ゲート(CG)と
してのワード線を形成するとともに、周辺回路部におい
て、第2のゲート電極材7により抵抗素子7aを形成す
る。この後、図1に示すように、全面に第2の絶縁膜8
を堆積し、この第2の絶縁膜8にコンタクト孔9を形成
する。この時、周辺回路部においては、所要の抵抗値が
得られるように抵抗素子7aの所定の部分にコンタクト
孔9を形成する。続いて、第2の絶縁膜8の全面に金属
膜が形成され、コンタクト孔9が埋め込まれる。この
後、金属膜がエッチングされ、配線10が形成される。
【0031】上記第1の実施例によれば、セル部におい
て、フローティングゲートFGが素子分離領域2と自己
整合的に形成されているため、セルを小型化することが
できる。しかも、周辺回路部において、抵抗素子7aは
素子分離領域2の上に、絶縁膜6を介して第2のゲート
電極材7により形成されている。このため、抵抗素子7
aと基板1の相互間に素子分離領域2と、絶縁膜6とが
介在するため、抵抗素子7aと基板1の容量を低減でき
る。したがって、この抵抗素子7aを例えば高電圧安定
化回路に適用することにより、安定で高精度の昇圧電圧
を発生することができる。
【0032】尚、第1の実施例において、周辺回路部の
抵抗素子7aは、第2のゲート電極材7により形成し
た。しかし、これに限定されるものではない。例えば第
2のゲート電極材7上方に形成されるワード線以外の配
線により抵抗素子を形成することも可能である。この配
線はシート抵抗が例えば100Ω以上のポリシリコンに
より形成される。このような構成とすれば、抵抗素子7
aと基板1との容量をさらに低減できる。
【0033】図3は、本発明の第2の実施例を示してい
る。図3(a)はフラッシュメモリの周辺回路部の断面
図を概略的に示している。この構成は第1の実施例とほ
ぼ同様である。
【0034】第2の実施例は、上記構成に加えて、抵抗
素子7aの下部に位置する半導体基板1の表面には、P
型またはN型不純物を注入せず、バルクと同じ不純物濃
度としている。または、半導体基板1の導電型が例えば
P型である場合、これと逆導電型、例えばN型の不純物
を基板表面に注入する。
【0035】通常、半導体基板内にはP型又はN型のウ
ェルが形成され、セル部や周辺回路はこのウェル内に形
成される。このため、半導体基板1内の不純物濃度は、
図3(b)に破線で示すように、表面に近づくに連れ、
すなわち深さXが浅くなるに従い増加する。これに対し
て、上記第2の実施例は、半導体基板1をバルクと同じ
不純物濃度とすることによって、図3(b)に実線で示
すように不純物濃度を一定に保つことができる。また、
半導体基板1と逆導電型の不純物を注入することによっ
て、図3(b)の1点鎖線に示すように、基板1表面の
不純物濃度を低下することができる。基板1内の不純物
濃度が高い場合、抵抗素子7aとの容量が大きくなる
が、第2の実施例のように、基板1内の不純物濃度を低
く設定することにより、抵抗素子7aと基板間の容量を
低減することができる。よって、抵抗素子を用いた高電
圧安定化回路により、高精度で安定した昇圧電圧を生成
することができる。
【0036】図4は本発明の第3の実施例を示すもので
あり、第1、第2の実施例と同一部分は同一符号を付
す。
【0037】第2の実施例において、半導体基板1が例
えばP型で、その上の絶縁膜8が正に帯電した場合、半
導体基板1の不純物濃度が低いと、半導体基板1表面に
電子が集まり、反転化することもある。この状態で、抵
抗素子7aに高電圧が印加されると、基板1表面内の反
転化した電子が抵抗素子7a直下の基板1内に集めら
れ、抵抗素子7aの電圧の時間変動に反転層内の電圧の
動きが追随する。したがって、抵抗素子7aと半導体基
板1間の容量が大きくなってしまう。
【0038】そこで、第3の実施例では、図4に示すよ
うに、例えばP型の半導体基板1内で、抵抗素子7aの
周囲に対応して、例えば高濃度のP型不純物を注入す
る。このようにして、基板1内に高濃度領域13を形成
する。
【0039】上記第3の実施例によれば、半導体基板1
の表面で抵抗素子7aの周囲に高濃度領域13を形成し
ている。こうすることによって、抵抗素子7aに高電圧
が印加され、半導体基板1表面に電子が発生しても、抵
抗素子7a下の基板1表面に電子が集まることを防止で
きる。したがって、抵抗素子7a下の半導体基板1表面
が反転化することを防止できる。よって、抵抗素子7a
と半導体基板1との容量の増加を抑えることができ、抵
抗素子7aを用いた高電圧安定化回路により、高精度で
安定して昇圧電圧を生成できる。
【0040】図5(a)、(b)は、本発明の第4の実
施例を概略的に示している。図5(a)において、図1
と同一部分については同一符号を付し、説明は省略す
る。
【0041】第4の実施例は、図5(a)に示すよう
に、抵抗素子7aと基板1との容量を低減するため、抵
抗素子7aに隣接する素子領域を基板1と逆導電型の逆
導電型領域14とする。さらに、この逆導電型領域14
にコンタクトを形成し、抵抗素子7a乃至基板1と独立
して電位を与えられるようにしている。
【0042】以下、半導体基板1がP型であり、逆導電
型領域14がN型である場合を例として説明するが、N
型半導体基板の場合も導電型及び電位を反転させて、同
様に行うことができる。
【0043】電圧安定化回路内に含まれる抵抗素子7a
は、フラッシュメモリの動作に応じてデータの読み出
し、書き込み、又は消去の際に、特定の電位を安定的に
供給するために動作する。このとき、図5(b)に示す
ように、抵抗素子7aにある正の電位を与え、半導体基
板1を接地電位Vssとする。また同時に、逆導電型領
域14に、ある正の電位を与える。上述した以外の時間
は、抵抗素子7a及び逆導電型領域13を接地電位Vs
sに設定するものとする。
【0044】抵抗素子7aに正の電位を与えた場合、抵
抗素子7aを稼動させている時間内に半導体基板1内に
反転層ができる。すると抵抗素子7aと半導体基板1間
の容量が増加する。そこで、逆導電型領域14に印加す
る正の電位を最適に制御し、抵抗素子7a下の空乏層1
5と逆導電型領域14の周辺に形成される空乏層が繋が
るようにする。これにより、抵抗素子7a下の基板1で
発生した少数キャリアの電子を、逆導電型領域14で吸
収させることができる。したがって、抵抗素子7a下の
半導体基板1で反転層が発生することを抑えることがで
きる。すなわち、抵抗素子7aの電位の振動に反応する
空乏層15を、半導体基板1のより奥深くに追いやる
(Deep−Depletion)。すると、半導体基
板1表面における空乏層の変化が少なくなる。よって、
半導体基板1と抵抗素子7a間の容量を低減させること
ができる。
【0045】上記第4の実施例によっても第1乃至第3
の実施例と同様の効果を得ることができる。
【0046】図6は、本発明の第5の実施例を示してい
る。第5の実施例は、第1の実施例の変形例である。図
6中の、図1と同一部分については同一符号を付す。
【0047】セル部において、フローティングゲート5
と制御ゲート7の間の容量を増やすために、セル部の素
子分離領域をエッチングし、素子分離領域の高さをフロ
ーティングゲート5の高さより低くする方法が考えられ
ている。
【0048】しかし、上記方法によると、素子分離領域
をエッチングする際、周辺回路部の素子分離領域の高さ
も落としてしまうと、抵抗素子7aと基板との間の容量
が増加してまう。
【0049】そこで、第5の実施例では、図6に示すよ
うに、セル部の素子分離領域2’をエッチングする際、
素子分離領域2の抵抗素子7aが形成される領域をカバ
ーする。こうすることによって、図6に示すように、周
辺回路の素子分離領域2の高さを保つことができる。
【0050】第5の実施例によれば、第1の実施例と同
様の効果を得ることができる。さらに、セル部の素子分
離領域2’の高さをフローティングゲートのそれより低
くしている。こうすることによって、メモリセルの容量
を増加することができる。
【0051】尚、第1乃至第5の実施例にフローティン
グゲートが一層構造の場合について説明した。しかし、
これに限らず、フローティングゲートを二層構造とし、
上層のゲート材で抵抗素子を形成してもよい。
【0052】その他、本発明の要旨を変えない範囲にお
いて種々変形実施可能なことは勿論である。
【0053】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
第1ゲート電極を自己整合的に素子分離を行った場合に
おいても、周辺回路部において抵抗素子と基板との容量
を小さくすることが可能な半導体記憶装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフラッシュメモリの第1の実施例
を示す図。
【図2】本発明に係るフラッシュメモリの第1の実施例
における、製造過程を示す図。
【図3】本発明に係るフラッシュメモリの第2の実施例
を示す図。
【図4】本発明に係るフラッシュメモリの第3の実施例
を示す図。
【図5】本発明に係るフラッシュメモリの第4の実施例
を示す図。
【図6】本発明に係るフラッシュメモリの第5の実施例
を示す図。
【図7】抵抗素子を用いた昇圧電位安定化回路及び波形
を示す図。
【図8】フラッシュメモリの第1の従来例を示す図。
【図9】フラッシュメモリの他の従来例を示す図。
【符号の説明】 1…半導体基板、 2…素子分離領域、 3…素子領域、 4…ゲート酸化膜、 5…第1のゲート電極材、 6…第1の絶縁膜、 7…第2のゲート電極材、 7a…抵抗素子、 8…第2の絶縁膜、 9…コンタクト孔、 10…配線。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 29/792 (72)発明者 佐藤 敦祥 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 杉前 紀久子 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 間 博顕 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5F001 AA04 AA25 AA31 AB02 5F038 AR09 AR13 5F083 EP02 EP27 GA03 GA09 JA33 NA01 PR40 PR43 PR57 5F101 BA07 BA13 BA19 BB02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板内に形成され、素子領域を区
    画する素子分離絶縁膜と、 前記半導体基板内に、前記素子分離絶縁膜と自己整合的
    に設けられた第1のゲート電極と、 絶縁膜を介して少なくとも前記第1のゲート電極上に形
    成された第2のゲート電極と、 前記素子分離絶縁膜上に前記第2のゲート電極と同時に
    形成された抵抗素子とを有することを特徴とする半導体
    記憶装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板内に形成され、素子領域を区
    画する素子分離絶縁膜と、 この素子分離絶縁膜上に形成された導電膜からなる抵抗
    素子とを具備し、 前記抵抗素子下の前記半導体基板の不純物濃度は、バル
    クと同等かあるいはバルクの不純物濃度以下であること
    を特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板は、前記抵抗素子下部周
    辺を囲む領域の表面に前記半導体基板と同導電型で前記
    半導体基板よりも高濃度の不純物領域を有することを特
    徴とする請求項1または2記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 第1の導電型の半導体基板内に形成さ
    れ、素子領域を区画する素子分離絶縁膜と、 この素子分離絶縁膜上に形成された導電膜からなる抵抗
    素子と、 この抵抗素子が形成されている前記素子分離絶縁膜に隣
    接する前記素子領域に形成された前記半導体基板と逆導
    電型の第2の導電型の不純物領域とを具備し、読み出
    し、書き込みあるいは消去時に、前記抵抗素子と前記第
    2の導電型の不純物領域とに同極性の電圧を印加するこ
    とを特徴とする半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体基板がp型のとき、前記抵抗
    素子と前記第2の導電型の不純物領域とに正の電圧を印
    加し、前記半導体基板がn型のとき、前記抵抗素子と前
    記第2の導電型の不純物領域とに負の電圧を印加するこ
    とを特徴とする請求項4記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記抵抗素子は、メモリセルアレイ領域
    の周辺に形成された周辺制御回路の一部であることを特
    徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載の半導体
    記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記第1のゲート電極は不揮発性半導体
    メモリの浮遊ゲート電極であり、前記第2のゲート電極
    は制御ゲート電極であることを特徴とする請求項1記載
    の半導体記憶装置。
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