JP2009123762A - Semiconductor memory and manufacturing method thereof - Google Patents

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竹史 塩見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable nonvolatile semiconductor memory wherein the variation between devices and the malfunction scarcely occur and the power consumption is suppressed. <P>SOLUTION: This nonvolatile semiconductor memory comprises a semiconductor layer 100 of a first conductivity type formed on an insulator, a charge storage film 103 having a charge storage function formed on the semiconductor layer 100 and a gate electrode 105a formed on the charge storage film 103, a channel region 108 formed in the semiconductor layer 100 under the gate electrode 105a, diffusion regions 106 and 107 of a second conductivity type formed within the semiconductor layer 100 and on both sides of the channel region 108, a body contact region 109 of the first conductivity type formed by extending the semiconductor layer 100, and a gate electrode leader 105b which extends the gate electrode 105a onto the extended semiconductor layer 100 and separates the body contact region 109 and the diffusion regions 106, 107 on both sides of the channel region 108. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガラス基板等の絶縁体上に形成される半導体記憶装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor memory device formed on an insulator such as a glass substrate and a manufacturing method thereof.

絶縁体上に形成される従来の半導体記憶装置について説明する。図11はその一形態の断面図である。絶縁基板900の上に半導体層901が設けられており、その上にメモリ膜及びゲート電極905が形成されている。メモリ膜は例えば、シリコン酸化膜等の第一の絶縁膜902、シリコン窒化膜等の電荷蓄積膜903の2層構造、あるいは図11に示したように、さらにシリコン酸化膜等の第二の絶縁膜904からなる3層構造をとる。 ゲート電極905の両側の半導体層901には、n型にドープされたソース領域906、ドレイン領域907が形成されている。また必要に応じ、メモリセルに隣接して、TFTからなる選択トランジスタが適宜設けられる(図示略)。
この半導体記憶装置への書き込みは、ゲート電極905とドレイン電極907に正の高電圧を印加し、ソース領域906〜ドレイン領域907間に電流を流してホットエレクトロンを発生させて、これを電荷蓄積膜903へ注入することにより行われる。
電荷蓄積膜903に電子が蓄積された状態で、ゲート電極905とドレイン領域907へ読出し電圧を印加すると、ソース領域906〜ドレイン領域907間に流れる読出し電流は、電荷蓄積膜903中の蓄積電子のポテンシャルの影響により、蓄積電子が無い場合に比較して、小さくなる。このため、電荷蓄積膜903の蓄積電荷状態が読み出し電流の大小として反映されるので、情報の書込みと読出しが可能となる。
また消去動作は、ゲート電極905に高い負の消去電圧を印加して、FNトンネリングによって電荷蓄積膜903へホールの注入を行い、蓄積電子を消去する(特許文献1)。
A conventional semiconductor memory device formed on an insulator will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view of one form thereof. A semiconductor layer 901 is provided over the insulating substrate 900, and a memory film and a gate electrode 905 are formed thereover. The memory film is, for example, a two-layer structure of a first insulating film 902 such as a silicon oxide film, a charge storage film 903 such as a silicon nitride film, or a second insulating film such as a silicon oxide film as shown in FIG. A three-layer structure including a film 904 is taken. In the semiconductor layer 901 on both sides of the gate electrode 905, an n-type doped source region 906 and drain region 907 are formed. If necessary, a selection transistor made of a TFT is appropriately provided adjacent to the memory cell (not shown).
In the writing to the semiconductor memory device, a positive high voltage is applied to the gate electrode 905 and the drain electrode 907, current is passed between the source region 906 and the drain region 907, hot electrons are generated, and this is stored in the charge storage film. This is done by injecting into 903.
When a read voltage is applied to the gate electrode 905 and the drain region 907 in a state where electrons are stored in the charge storage film 903, a read current flowing between the source region 906 and the drain region 907 causes the stored electrons in the charge storage film 903 to be stored. Due to the influence of the potential, it becomes smaller than when there is no stored electron. Therefore, the accumulated charge state of the charge accumulation film 903 is reflected as the magnitude of the read current, so that information can be written and read.
In the erase operation, a high negative erase voltage is applied to the gate electrode 905, holes are injected into the charge storage film 903 by FN tunneling, and stored electrons are erased (Patent Document 1).

しかし上記の半導体記憶装置においては、半導体層901(ボディ)がフローティング状態であり電位の制御性が悪いために、動作バラツキや誤動作を招く恐れがあった。そこで、これを改善するために、特許文献2では、ボディコンタクトを有した半導体記憶装置が提案されている。これを図12に示す。
この半導体記憶装置では、ソース領域906とドレイン領域907の一方、あるいは両方において半導体層901が厚くなっており、また半導体層901の別の領域に、半導体層と同じ導電型の不純物を高濃度ドープされたボディコンタクト領域909を有している。ソース領域906またはドレイン領域907と、ボディコンタクト領域909とは、素子分離用のフィールド酸化膜917によって分離されており、フィールド酸化膜917下の半導体層901を介して、ボディコンタクト909より半導体層901の電位を制御する構造となっている。
特開平4−313274公報 特開平8−172199公報
However, in the semiconductor memory device described above, the semiconductor layer 901 (body) is in a floating state and the controllability of the potential is poor, which may cause variation in operation and malfunction. Therefore, in order to improve this, Patent Document 2 proposes a semiconductor memory device having a body contact. This is shown in FIG.
In this semiconductor memory device, the semiconductor layer 901 is thick in one or both of the source region 906 and the drain region 907, and another region of the semiconductor layer 901 is highly doped with an impurity having the same conductivity type as that of the semiconductor layer. The body contact region 909 is provided. The source region 906 or the drain region 907 and the body contact region 909 are separated by a field oxide film 917 for element isolation. The semiconductor layer 901 is formed from the body contact 909 via the semiconductor layer 901 under the field oxide film 917. The potential is controlled.
JP-A-4-313274 JP-A-8-172199

上述のように、特許文献1の半導体記憶装置はボディ電位が不安定であり、特性バラツキや誤動作の恐れがあるため、特許文献2の半導体記憶装置では図12のようなボディコンタクトを設置した。
しかし、上記特許文献2の半導体記憶装置は、チャネル部908内で半導体層901の膜厚を変化させた複雑な構造であり、製造の際にデバイス間で構造そのものがばらつきやすいため、構造ばらつきに起因する特性ばらつきが問題となる。すなわち、半導体層901表面に対し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって傾斜部を設けてから、材料膜の堆積、フォトリソグラフィ及びエッチングによってゲート電極905を形成するため、傾斜部とゲート電極905との位置関係が、フォトリソグラフィの目合せズレによって変化することになる。例えば図12のような構造の場合、ゲート電極905が相対的に紙面左寄りに形成された場合には、チャネル908において半導体層901が厚い部分が多くなり、逆にゲート電極905が相対的に紙面右寄りに形成された場合には、チャネル908において半導体層901が薄い部分が多くなる。このように、リソグラフィの目合せズレによって、チャネル908部分の半導体層の膜厚の分布が影響を受けることになり、デバイスの特性にも影響を与えることになる。つまり、リソグラフィの目合せズレがデバイスの特性をばらつかせるという問題がある。
また、チャネル部908内で半導体層901の膜厚を変化させた構造を得るためにエッチング技術を用いる特許文献2の技術では、加工時にチャネル部908の表面がエッチングに曝されることになり、ダメージを受けるため、デバイス特性が劣化し、これも特性ばらつきの原因となる。またさらには、傾斜部の形状のバラツキも特性バラツキの原因になる。
As described above, since the body potential of the semiconductor memory device of Patent Document 1 is unstable and there is a risk of characteristic variation or malfunction, the semiconductor memory device of Patent Document 2 is provided with a body contact as shown in FIG.
However, the semiconductor memory device of Patent Document 2 has a complicated structure in which the film thickness of the semiconductor layer 901 is changed in the channel portion 908, and the structure itself is likely to vary between devices during manufacturing. The resulting characteristic variation becomes a problem. That is, since the inclined portion is provided on the surface of the semiconductor layer 901 by photolithography and etching, and then the gate electrode 905 is formed by deposition of the material film, photolithography and etching, the positional relationship between the inclined portion and the gate electrode 905 is , And changes due to misalignment of photolithography. For example, in the case of the structure as shown in FIG. 12, when the gate electrode 905 is formed relatively leftward in the drawing, the thick portion of the semiconductor layer 901 in the channel 908 increases. In the case where it is formed on the right side, a thin portion of the semiconductor layer 901 in the channel 908 increases. As described above, the lithography misalignment affects the distribution of the film thickness of the semiconductor layer in the channel 908 portion, which also affects the characteristics of the device. In other words, there is a problem that the misalignment of lithography causes the device characteristics to vary.
Further, in the technique of Patent Document 2 using an etching technique to obtain a structure in which the thickness of the semiconductor layer 901 is changed in the channel part 908, the surface of the channel part 908 is exposed to etching during processing. Since the device is damaged, the device characteristics are deteriorated, which also causes variation in the characteristics. Furthermore, variation in the shape of the inclined portion also causes variation in characteristics.

本発明は、以上のような問題を解決し、デバイス間バラツキや誤動作が起こりにくく信頼性の高い、かつ消費電力が抑えられた半導体記憶装置を提供するものである。また本発明は、コストを抑え、特殊なプロセスを用いることなく簡単に製造することができる半導体記憶装置を提供するものである。更に、本発明は信頼性が高く、消費電力の少ない半導体記憶装置を提供するものである。   The present invention solves the above-described problems, and provides a semiconductor memory device that is highly reliable and that suppresses power consumption, in which device-to-device variations and malfunctions do not easily occur. The present invention also provides a semiconductor memory device that can be manufactured easily without using a special process while reducing costs. Furthermore, the present invention provides a semiconductor memory device with high reliability and low power consumption.

上記課題を解決するための、第一の発明の半導体記憶装置は、絶縁体上に形成された第1導電型の半導体層と、前記半導体層上に形成された電荷蓄積機能を有する電荷蓄積膜及び前記電荷蓄積膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の下方の前記半導体層に形成されたチャネル領域と、前記チャネル領域の両側に、前記半導体層内に形成された第2導電型の拡散領域と、前記半導体層を延長して形成した第1導電型のボディコンタクト領域と、前記延長した半導体層上に前記ゲート電極を延長し、前記ボディコンタクト領域と、前記チャネル領域の両側の拡散領域を分離するゲート電極引き出し部とを備える。   In order to solve the above problems, a semiconductor memory device according to a first invention includes a first conductivity type semiconductor layer formed on an insulator and a charge storage film having a charge storage function formed on the semiconductor layer. And a gate electrode formed on the charge storage film, a channel region formed in the semiconductor layer below the gate electrode, and a second conductivity type formed in the semiconductor layer on both sides of the channel region. A diffusion region, a body contact region of a first conductivity type formed by extending the semiconductor layer, the gate electrode extending on the extended semiconductor layer, the body contact region, and both sides of the channel region A gate electrode lead portion for separating the diffusion region.

上記発明によれば、ボディコンタクト領域よりボディ電位を制御し、動作時に発生する余剰キャリアを速やかに排出することにより、ボディ電位を安定化し、動作バラツキや誤動作を防ぐ。また、ボディ電位が制御できるため、消去時には、ボディ(蓄積層)と拡散領域に逆方向バイアスを印加することでホットキャリアを生成する、高速な消去が可能となる。
また、ボディコンタクト領域と拡散領域とがゲート電極引き出し部で仕切られた構造となっていることから、書込みまたは消去時などに、ボディコンタクト〜拡散領域間に逆方向バイアスに相当する電圧が印加されても、接合逆方向リーク電流を抑え、消費電力の増大を防ぐ。またこのリーク電流によってボディ電位が不安定化し誤動作することも防ぐ。
According to the above invention, the body potential is controlled from the body contact region, and excess carriers generated during operation are quickly discharged, thereby stabilizing the body potential and preventing variation in operation and malfunction. In addition, since the body potential can be controlled, at the time of erasing, high-speed erasing can be performed in which hot carriers are generated by applying a reverse bias to the body (storage layer) and the diffusion region.
In addition, since the body contact region and the diffusion region are separated by the gate electrode lead portion, a voltage corresponding to a reverse bias is applied between the body contact and the diffusion region during writing or erasing. However, the reverse leakage current of the junction is suppressed and the increase in power consumption is prevented. This leakage current also prevents the body potential from becoming unstable and malfunctioning.

前記第1導電型の半導体層がp型半導体であること、及び、前記ゲート電極が、前記p型半導体のフェルミレベルよりも高く前記p型半導体層の伝導帯下端よりも低いようなフェルミレベルを有する材質から成ることを特徴とする。
また別の実施形態の半導体記憶装置は、前記第1導電型の半導体層がn型半導体であること、及び、前記ゲート電極が、前記n型半導体のフェルミレベルよりも低く前記n型半導体層の荷電子帯上端よりも高いようなフェルミレベルを有する材質から成ることを特徴とする。
このようなゲート電極材料を用いることにより、非選択セルのメモリセルにおいてゲートがオフ電位のとき、そのゲート電極のポテンシャルによって、ゲート電極下の半導体層がほぼキャリア空乏状態となる。これにより、ボディコンタクト領域と拡散領域とが、この空乏状態の半導体層で分離されることになるので、両者の間に逆方向バイアスに相当する電圧が印加されても、リーク電流が抑えられる。待機状態のゲート電極へ特別な電圧を印加することなく、ゲートを通常のオフ状態にするだけで上述のような効果が得られるので、特殊な回路を用いることなく上記効果が得られる。
The semiconductor layer of the first conductivity type is a p-type semiconductor, and the Fermi level is such that the gate electrode is higher than the Fermi level of the p-type semiconductor and lower than the lower end of the conduction band of the p-type semiconductor layer. It consists of the material which has.
In another embodiment, the semiconductor layer of the first conductivity type is an n-type semiconductor, and the gate electrode is lower than the Fermi level of the n-type semiconductor. It is made of a material having a Fermi level that is higher than the upper end of the charged electron band.
By using such a gate electrode material, when the gate of the memory cell of the non-selected cell is at an off potential, the semiconductor layer under the gate electrode is almost in a carrier depletion state due to the potential of the gate electrode. As a result, the body contact region and the diffusion region are separated by the depleted semiconductor layer, so that a leakage current can be suppressed even when a voltage corresponding to a reverse bias is applied between them. The above effect can be obtained without applying a special voltage to the gate electrode in the standby state, and the above effect can be obtained only by turning the gate to a normal OFF state. Therefore, the above effect can be obtained without using a special circuit.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、前記絶縁体がガラス基板であることを特徴とする。
これにより、単結晶基板やSOI基板を用いるのに比べ、廉価に製造することができる。特にこの場合、装置製造には比較的低温のプロセスしか用いられないため、半導体層に結晶欠陥が多数含まれることになるが、本実施形態の半導体記憶装置では、書込み・消去時においてもこの結晶欠陥に起因するリーク電流が小さく、消費電力の増大を極力防ぐ。
The semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention is characterized in that the insulator is a glass substrate.
Thereby, it can be manufactured at a lower cost than using a single crystal substrate or an SOI substrate. Particularly in this case, since only a relatively low-temperature process is used for manufacturing the device, the semiconductor layer contains many crystal defects. However, in the semiconductor memory device of this embodiment, this crystal is also written and erased. Leakage current due to defects is small, preventing an increase in power consumption as much as possible.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、前記半導体層は島状に形成され、前記ゲート電極引き出し部の端部が前記島状半導体層の端部に一致するように形成したことを特徴とする。
このようにゲート電極引き出し部が半導体層端を跨ぐことなく配置されているため、半導体層端での、電界集中によるメモリ膜破壊や、構造不良によるメモリ膜破壊を防止する。このため、メモリ膜を薄膜化することができ、より低電圧で動作させることができるので、消費電力の削減や、周辺回路の簡略化が可能となる。従って、表示装置の半導体記憶装置として利用することができる。
The semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention is characterized in that the semiconductor layer is formed in an island shape, and an end portion of the gate electrode lead-out portion is formed to coincide with an end portion of the island-shaped semiconductor layer. To do.
Thus, since the gate electrode lead portion is disposed without straddling the semiconductor layer end, the memory film destruction due to the electric field concentration at the semiconductor layer end and the memory film destruction due to the structural defect are prevented. For this reason, the memory film can be thinned and can be operated at a lower voltage, so that power consumption can be reduced and peripheral circuits can be simplified. Therefore, it can be used as a semiconductor memory device of a display device.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、前記ゲート電極引き出し部が前記ボディコンタクト領域を囲むように配置される部分を有することを特徴とする。
この構造も、ゲート電極引き出し部が半導体層端を跨ぐことなく配置されているため、半導体層端での、電界集中によるメモリ膜破壊や、構造不良によるメモリ膜破壊を防止する。このため、メモリ膜を薄膜化することができ、より低電圧で動作させることができるので、消費電力の削減や、周辺回路の簡略化が可能となる。これに加え、ボディコンタクト部分がゲート電極引き出し部で囲まれ、拡散領域と仕切られた構造となっている。このことから、書込みまたは消去時などに、ボディコンタクト〜拡散領域間に逆方向バイアスに相当する電圧が印加されても、接合逆方向リーク電流を抑え、消費電力の増大を防ぐ。 またこのリーク電流によってボディ電位が不安定化し誤動作することも防ぐ。本実施形態の半導体記憶装置は、簡単な構造をとり、特殊なプロセス等を用いることなく簡便に製造することができるので、製造時の構造バラツキに起因する特性のバラツキや歩留まりの低下を極力防ぐことができる。また簡便に製造できることから、製造コストの増大も防ぐ。
The semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention is characterized in that the gate electrode lead portion has a portion disposed so as to surround the body contact region.
Also in this structure, since the gate electrode lead portion is arranged without straddling the semiconductor layer end, the memory film destruction due to the electric field concentration at the semiconductor layer end and the memory film destruction due to the structural defect are prevented. For this reason, the memory film can be thinned and can be operated at a lower voltage, so that power consumption can be reduced and peripheral circuits can be simplified. In addition to this, the body contact portion is surrounded by the gate electrode lead-out portion and is partitioned from the diffusion region. Therefore, even when a voltage corresponding to a reverse bias is applied between the body contact and the diffusion region at the time of writing or erasing, a junction reverse leakage current is suppressed and an increase in power consumption is prevented. This leakage current also prevents the body potential from becoming unstable and malfunctioning. Since the semiconductor memory device of this embodiment has a simple structure and can be easily manufactured without using a special process or the like, the variation in characteristics due to the variation in structure at the time of manufacture and the decrease in yield are prevented as much as possible. be able to. Moreover, since it can manufacture simply, the increase in manufacturing cost is also prevented.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、前記電荷蓄積膜が前記半導体層側より順に、第1の絶縁膜、電荷蓄積機能を有する絶縁体、及び第2の絶縁膜からなることを特徴とする。
この構造により、蓄積電荷は、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜によって外部へ流出することが防がれるので、長期保持に適している。また、絶縁体中に電荷が保持されているので、第1の絶縁膜や第2の絶縁膜の一部に損傷が発生しても、蓄積電荷が損傷箇所から一度に流出することがないので、信頼性が高い。
The semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention is characterized in that the charge storage film includes, in order from the semiconductor layer side, a first insulating film, an insulator having a charge storage function, and a second insulating film. To do.
With this structure, the accumulated charge is prevented from flowing out to the outside by the first insulating film and the second insulating film, which is suitable for long-term holding. In addition, since charges are held in the insulator, even if a part of the first insulating film or the second insulating film is damaged, the accumulated charge does not flow out from the damaged portion at once. High reliability.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、前記ボディコンタクト領域が前記ゲート電極引き出し部の下方の半導体層領域と近接するか、または前記ゲート電極引き出し部とオーバーラップしている部分を有することを特徴とする。
これにより、消去動作を行う際に、ボディコンタクト領域からゲート電極下半導体層へキャリアが流れ込んで蓄積層が形成され、消去時にキャリアが発生する位置からボディコンタクト領域に到るまでの低抵抗な電流経路が出来るので、安定した高速な消去が可能となる。
In one embodiment of the present invention, the body contact region has a portion that is close to the semiconductor layer region below the gate electrode lead portion or overlaps the gate electrode lead portion. Features.
As a result, when performing an erase operation, carriers flow from the body contact region to the semiconductor layer under the gate electrode to form a storage layer, and a low-resistance current from the position where carriers are generated during erase to the body contact region Since a route is formed, stable and high-speed erasure is possible.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、前記絶縁体上に、更にゲート絶縁膜、ゲート電極、第2導電型の拡散領域、チャネル領域及びボディコンタクト領域を有する薄膜トランジスタを形成したことを特徴とする。
上記構成により、回路用の薄膜トランジスタとメモリセルの両方にボディコンタクト領域を設置することで、双方ともボディ電位を制御して特性バラツキを抑えることができる。メモリセルが書込み状態であるか消去状態であるかを判別するのは、周辺回路の薄膜トランジスタを用いたセンシング動作によるため、この周辺回路用薄膜トランジスタのバラツキが大きいと、誤読み出しの原因となりうる。本実施形態では、周辺回路用薄膜トランジスタにもボディコンタクト領域を設置しボディ電位を制御することで、デバイス間バラツキを抑え、読出しウィンドウ(書込み状態と消去状態の読出し電流差)が比較的小さくても正しく判定することができる。従って、長期間保持しても信頼性の高い半導体記憶装置が得られる。また、本実施形態の半導体記憶装置では、特殊なプロセス等を用いることなく容易に、薄膜トランジスタ部もメモリ部の両方において、ゲート電極引き出し部が半導体層からはみ出さずに、かつボディコンタクト領域と拡散領域とがゲート電極引き出し部によって仕切られた構造とすることができる。
The semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention is characterized in that a thin film transistor further including a gate insulating film, a gate electrode, a second conductivity type diffusion region, a channel region, and a body contact region is formed on the insulator. To do.
With the above configuration, by providing body contact regions in both the circuit thin film transistor and the memory cell, it is possible to control the body potential in both of them and suppress variation in characteristics. Whether the memory cell is in a written state or an erased state is determined by a sensing operation using a thin film transistor in the peripheral circuit. If the variation in the thin film transistor for the peripheral circuit is large, erroneous reading may be caused. In this embodiment, the body contact region is also provided in the peripheral circuit thin film transistor to control the body potential, thereby suppressing variation between devices and reducing the reading window (read current difference between the write state and the erase state) relatively small. It can be judged correctly. Therefore, a highly reliable semiconductor memory device can be obtained even when held for a long time. In the semiconductor memory device of this embodiment, the gate electrode lead-out portion does not protrude from the semiconductor layer in both the thin film transistor portion and the memory portion easily without using a special process or the like, and is diffused with the body contact region. The region can be separated from the region by the gate electrode lead portion.

一実施形態の半導体記憶装置は、前記ゲート電極から延長されたゲート電極引き出し部は、前記ボディコンタクト領域を囲むリング状部分を有することを特徴とする。
この構造によって、薄膜トランジスタのゲート電極引き出し部が半導体層端を跨ぐことなく配置されているため、半導体層端での、電界集中によるメモリ膜破壊や、構造不良によるメモリ膜破壊を防止する。
In one embodiment, the gate electrode lead portion extended from the gate electrode has a ring-shaped portion surrounding the body contact region.
With this structure, the gate electrode lead-out portion of the thin film transistor is disposed without straddling the semiconductor layer end, so that the memory film destruction due to the electric field concentration at the semiconductor layer end and the memory film destruction due to the structural defect are prevented.

本発明の半導体記憶装置の製造方法の一実施形態は、上記半導体記憶装置を製造する製造方法であって、絶縁体上に、半導体層、電荷蓄積機能を有する膜、及びゲート電極材料を堆積する工程と、前記電荷蓄積機能を有する膜及び前記ゲート電極材料を同一マスクパターンによってパターニングして、ソース・ドレイン領域を分離するゲート電極と、ソース・ドレイン領域とボディコンタクト領域を分離するゲート電極引き出し部を加工する工程を有することを特徴とする。
上記製造方法によって、フォト工程における目合せズレの影響を受けることなく、メモリセルのゲート電極端と半導体層端を合致させることができ、本発明の半導体記憶装置を容易に製造することができる。このため、製造コストを低く抑えることができる。
One embodiment of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention is a method for manufacturing the semiconductor memory device, wherein a semiconductor layer, a film having a charge storage function, and a gate electrode material are deposited on an insulator. A gate electrode for separating a source / drain region and a gate electrode leading portion for separating a source / drain region and a body contact region by patterning the film having the charge storage function and the gate electrode material with the same mask pattern It has the process of processing.
By the above manufacturing method, the gate electrode end of the memory cell and the semiconductor layer end can be matched without being affected by misalignment in the photo process, and the semiconductor memory device of the present invention can be easily manufactured. For this reason, manufacturing cost can be suppressed low.

以上に述べたように、本発明によれば、ガラス基板等の絶縁体上に、ボディコンタクト領域を備えたメモリセルを形成し、そのメモリセルにおいては接合逆方向リーク電流を抑えつつ、メモリ膜を薄膜化することが可能であるため、デバイス間バラツキや誤動作が起こりにくく信頼性の高い、かつ消費電力が抑えられた半導体記憶装置が得られる。さらに、本発明の半導体記憶装置は、ガラス基板等の絶縁体上に形成されるため、単結晶基板等を用いる半導体装置に比べてコストを抑えられる。また本発明の構造は特殊なプロセスを用いることなく簡単に製造することができるので、製造コストを大幅に増加させることなく得られる。
また、周辺回路に用いる薄膜トランジスタにも、類似の構造を適用しボディコンタクト領域を設けることで、さらに信頼性が高く、さらに消費電力の低い半導体記憶装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a memory cell having a body contact region is formed on an insulator such as a glass substrate, and in the memory cell, while suppressing a reverse junction leakage current, the memory film Therefore, it is possible to obtain a semiconductor memory device with high reliability and low power consumption, in which device-to-device variations and malfunctions are unlikely to occur. Further, since the semiconductor memory device of the present invention is formed over an insulator such as a glass substrate, the cost can be reduced as compared with a semiconductor device using a single crystal substrate or the like. Further, the structure of the present invention can be easily manufactured without using a special process, so that it can be obtained without significantly increasing the manufacturing cost.
Further, a thin film transistor used for the peripheral circuit is also provided with a body contact region by applying a similar structure, whereby a semiconductor memory device with higher reliability and lower power consumption can be obtained.

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。以下において、主にp型デバイスについて説明するが、n型デバイスとして実施してもよい。n型デバイスの場合は、以下の記述において、不純物の導電型を逆導電型とし、印加電圧を逆バイアスとすればよい。ただし、以下に述べるように、ガラス基板等の耐熱性の低い基板を用いる場合には、製造の際に低温のプロセスを用いることになるが、このような場合には、n型デバイスよりもp型デバイスとしてメモリセルを形成した方が、書込み及び消去を繰り返し安定に行うことができ、より信頼性が高いため、好ましい。
また、以下において主に説明するp型デバイスの場合、電荷蓄積膜にホールが蓄積された状態、n型デバイスでは電子が蓄積された状態を書き込み状態と定義する。消去状態とは、電子ないしホールがほとんど蓄積されていない状態か、電子とホールが同程度蓄積され電気的に中和されている状態か、あるいは書き込み状態とは逆タイプのキャリア(p型デバイスの場合は電子、n型デバイスの場合はホール)が主に蓄積されている状態を指すこととする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, a p-type device will be mainly described, but an n-type device may be used. In the case of an n-type device, in the following description, the conductivity type of the impurity may be a reverse conductivity type, and the applied voltage may be a reverse bias. However, as described below, when a substrate having low heat resistance such as a glass substrate is used, a low-temperature process is used in the manufacture. It is preferable to form a memory cell as a type device because writing and erasing can be repeatedly and stably performed and reliability is higher.
In the case of a p-type device mainly described below, a state in which holes are accumulated in a charge storage film, and a state in which electrons are accumulated in an n-type device is defined as a writing state. An erased state is a state in which almost no electrons or holes are accumulated, a state in which electrons and holes are accumulated to the same extent and are electrically neutralized, or a carrier of the opposite type to the written state (of a p-type device). In the case of an n-type device, a hole is mainly accumulated.

(第1実施形態)
図1、2を用いて第1実施形態における半導体記憶装置の構成を説明する。図1(a)は本実施形態におけるメモリセル部の鳥瞰概略図であり、(b)はその平面概略図である。また図2はその断面概略図であり、図1の点線A−A’における断面を図2(a)、B−B’における断面を図2(b)に示す。
(First embodiment)
The configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a schematic bird's-eye view of a memory cell portion in the present embodiment, and FIG. 1B is a schematic plan view thereof. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 2A shows a cross section taken along a dotted line AA ′ in FIG. 1 and FIG. 2B shows a cross section taken along BB ′.

第1実施形態の半導体記憶装置は、大面積平板状のガラスからなる絶縁性基板100上に膜厚50nm程度のシリコン等のn型半導体層101が島状に設けられる。半導体層101を島状に配置する場所は、例えば絶縁性基板100が液晶表示装置用基板である場合、各液晶表示画素電極の下方、または近傍である。また、絶縁性基板100は、樹脂基板を用いることもできる他、半導体基板の表面に絶縁膜が設けられた基板を用いることもでき、つまり基板表面が絶縁体であればよい。例えばSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板を用いて、表面のシリコン層を島状に加工することによって、絶縁性基板100及び半導体層101を得ることもできる。この半導体層101の上に、第一絶縁膜102、電荷蓄積絶縁膜103、第二絶縁膜104の3層から成るメモリ膜、さらにその上に、ゲート電極105が順次堆積される。メモリ膜は第一絶縁膜102、電荷蓄積絶縁膜103の2層構造として第二絶縁膜104を省略することも可能であるが、電荷保持性能の面からは上記の通り3層構造が望ましい。
これら第一絶縁膜102、電荷蓄積絶縁膜103、第二絶縁膜104の3層は、例えばT字形のようにほぼ同じ平面形状にパターニングされ、その端部は島状の半導体層101からはみ出ることなく、島状の半導体層101の端部に一致するように形成されており、かつこれらは半導体層101を3つの領域に分断する。すなわち、拡散領域106を含む領域、拡散領域107を含む領域、及びボディコンタクト領域109を含む領域の、3つの領域である。拡散領域106、107はp型に高濃度にドープされており、これらはメモリセルのソース領域及びドレイン領域となる。これらの間の半導体層101内にはチャネル領域108が形成され、その上のゲート電極105とともに、MOSトランジスタ様の構造をなしている(図2(a)参照)。
In the semiconductor memory device of the first embodiment, an n-type semiconductor layer 101 such as silicon having a thickness of about 50 nm is provided in an island shape on an insulating substrate 100 made of large area flat glass. For example, when the insulating substrate 100 is a substrate for a liquid crystal display device, the place where the semiconductor layer 101 is arranged in an island shape is below or near each liquid crystal display pixel electrode. The insulating substrate 100 can be a resin substrate or a substrate in which an insulating film is provided on the surface of a semiconductor substrate, that is, the substrate surface only needs to be an insulator. For example, the insulating substrate 100 and the semiconductor layer 101 can be obtained by processing the silicon layer on the surface into an island shape using an SOI (silicon-on-insulator) substrate. On the semiconductor layer 101, a memory film composed of three layers, a first insulating film 102, a charge storage insulating film 103, and a second insulating film 104, and a gate electrode 105 are sequentially deposited. As the memory film, the second insulating film 104 can be omitted as a two-layer structure of the first insulating film 102 and the charge storage insulating film 103, but from the viewpoint of charge retention performance, a three-layer structure is desirable as described above.
These three layers of the first insulating film 102, the charge storage insulating film 103, and the second insulating film 104 are patterned in substantially the same planar shape, for example, like a T shape, and the end portion protrudes from the island-shaped semiconductor layer 101. And formed so as to coincide with the end portions of the island-shaped semiconductor layer 101, and these divide the semiconductor layer 101 into three regions. That is, there are three regions: a region including the diffusion region 106, a region including the diffusion region 107, and a region including the body contact region 109. The diffusion regions 106 and 107 are highly doped to be p-type, and these become the source region and the drain region of the memory cell. A channel region 108 is formed in the semiconductor layer 101 between them, and has a MOS transistor-like structure together with the gate electrode 105 thereon (see FIG. 2A).

また、ゲート電極引き出し部105bによって分けられた半導体層101のもうひとつの領域にはn型の高濃度ドープがなされ、ボディコンタクト領域109が形成される。 ゲート電極105aとゲート電極引き出し部105bは連続的に一体としてゲート電極105が形成され、明瞭な境界はないが、ソース・ドレイン領域の間にチャネル領域を形成する部分がゲート電極105aであり、チャネル領域から外れた部分がゲート電極引き出し部105bである。ゲート電極105aの幅は数10nm〜数10μmであり、ゲート長を決定する。ゲート電極引き出し部105bの幅は、100nm〜100μm程度であり、より好ましくは、1μm〜20μmであり、ボディコンタクト領域と半導体記憶装置領域を分離する。ソース・ドレイン領域となる拡散領域106、107、ゲート電極引き出し部105b,ボディコンタクト領域109には、それぞれコンタクトプラグ110、111、112、113が設置されている(図1では各コンタクトプラグがそれぞれ2個形成され、その底部位置のみを示している)。   Further, another region of the semiconductor layer 101 separated by the gate electrode lead-out portion 105b is n-type heavily doped to form a body contact region 109. The gate electrode 105a and the gate electrode lead-out portion 105b are continuously integrated to form the gate electrode 105, and there is no clear boundary. However, the portion where the channel region is formed between the source and drain regions is the gate electrode 105a, and the channel A portion outside the region is the gate electrode lead portion 105b. The width of the gate electrode 105a is several tens of nanometers to several tens of micrometers, and determines the gate length. The width of the gate electrode lead-out portion 105b is about 100 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 20 μm, and separates the body contact region and the semiconductor memory device region. Contact plugs 110, 111, 112, and 113 are provided in the diffusion regions 106 and 107, which serve as source / drain regions, the gate electrode lead-out portion 105 b, and the body contact region 109, respectively. And only the bottom position is shown).

上記において、メモリ膜を構成する第一絶縁膜102、電荷蓄積絶縁膜103、第二絶縁膜104としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜等の膜を用いることができる。第一絶縁膜102及び第二絶縁膜104に対し、電荷蓄積絶縁膜103の方が、電荷トラップ密度が高く、バンドギャップが小さいかまたは同程度となる組み合わせを選べばよい。例えば第一絶縁膜102及び第二絶縁膜104としてシリコン酸化膜、電荷蓄積絶縁膜103としてはシリコン窒化膜を用いるのがよい。この構成は、一般的な半導体装置製造ラインにおいて用いられる膜材料でもあり、生産コストを抑えるのに有利である。   In the above, as the first insulating film 102, the charge storage insulating film 103, and the second insulating film 104 constituting the memory film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a hafnium oxide film, a zirconium oxide film, an aluminum oxide film, or the like is used. Can be used. For the first insulating film 102 and the second insulating film 104, a combination in which the charge storage insulating film 103 has a higher charge trap density and a smaller or similar band gap may be selected. For example, a silicon oxide film may be used as the first insulating film 102 and the second insulating film 104, and a silicon nitride film may be used as the charge storage insulating film 103. This configuration is also a film material used in a general semiconductor device production line, and is advantageous in reducing production costs.

これらの膜は周知のCVD法によって形成することができるが、本実施形態では基板として、高価な単結晶半導体基板を使用せず、廉価なガラス基板等を用いる。ガラス基板を用いることで、低コストの生産を可能としている反面、基板の耐熱性が低いため、比較的低温プロセスであるプラズマCVD法を用いるのが好ましい。
第一絶縁膜102に関しては、半導体層101を酸化して形成することも可能であり、過酸化水素水等の酸化性水溶液によるウェット酸化法によって成膜することが可能である。電荷蓄積絶縁膜103としては、上記の他に、シリコン酸化膜等の絶縁膜内部にシリコンや金属の微細ドットを含有させたものを用いることもできる。
またゲート電極105としては、拡散領域106、107と同タイプの不純物を高濃度にドープされたポリシリコン、あるいはタングステンやモリブデン等の金属を用いることができる。ゲート電極105としては、これらのように、そのフェルミレベルが、n型半導体層101のフェルミレベルよりも低く、n型半導体層101の価電子帯上端よりも高いような性質を有する材質が好ましい。半導体層101がn型の場合は、半導体層101のフェルミレベルよりも高く伝導帯下端よりも低いフェルミレベルを有する材質が好ましい。これにより、ゲート電極105下の半導体層101が、ゲート電極105電位がオフ状態のとき、キャリア空乏状態となり、後述する本実施形態のメリットを効果的に発揮する。
Although these films can be formed by a well-known CVD method, in this embodiment, an inexpensive glass substrate or the like is used as a substrate without using an expensive single crystal semiconductor substrate. Although the use of a glass substrate enables low-cost production, it is preferable to use a plasma CVD method, which is a relatively low-temperature process, because the substrate has low heat resistance.
The first insulating film 102 can be formed by oxidizing the semiconductor layer 101 and can be formed by a wet oxidation method using an oxidizing aqueous solution such as hydrogen peroxide. As the charge storage insulating film 103, in addition to the above, a film in which fine dots of silicon or metal are contained inside an insulating film such as a silicon oxide film can also be used.
As the gate electrode 105, polysilicon doped with impurities of the same type as the diffusion regions 106 and 107, or a metal such as tungsten or molybdenum can be used. The gate electrode 105 is preferably made of a material having such a property that its Fermi level is lower than the Fermi level of the n-type semiconductor layer 101 and higher than the upper end of the valence band of the n-type semiconductor layer 101. In the case where the semiconductor layer 101 is n-type, a material having a Fermi level that is higher than the Fermi level of the semiconductor layer 101 and lower than the lower end of the conduction band is preferable. As a result, the semiconductor layer 101 under the gate electrode 105 is in a carrier depletion state when the potential of the gate electrode 105 is in an off state, and the merit of this embodiment described later is effectively exhibited.

メモリ膜の膜厚は、半導体記憶装置の仕様によって適切に決定すればよく、一般的に言えば第一絶縁膜102の膜厚は3nm〜20nm程度、電荷蓄積膜絶縁膜103の膜厚は5nm〜50nm、第二絶縁膜104の膜厚は3nm〜50nm程度の範囲で設定する。 これらの膜は薄く設定した方が、書込みまたは消去を低電圧で行うことができ、低消費電力化することができる。特に、第一絶縁膜102を第二絶縁膜104よりも薄く設定するのが好ましい。第一絶縁膜102は薄いほどキャリア注入効率が上がり書込みまたは消去の速度が向上する。一方、第二絶縁膜104は第一絶縁膜102より厚くすることで、電荷蓄積絶縁膜103とゲート電極105の間のキャリアのやり取りを防ぎ、長期保持の面や、誤書込み・誤消去防止の面で有利となる。しかし一方、これらの膜が薄すぎると蓄積電荷が外部に流出したり、読出し動作で誤書き込みや誤消去が起こるディスターブの問題が発生する恐れもある。
そこで本実施例では、第一絶縁膜厚を6nm、第二絶縁膜厚を10nmとし、電荷蓄積絶縁膜103としてシリコン窒化膜を用いて、膜厚を10nmとする。この積層構造により、電荷蓄積絶縁膜103に蓄積された電荷が外部に漏れることを極力防ぎ、長時間保持が可能となる。すなわち、メモリ機能の安定性を損なわない範囲でできるだけメモリ膜を薄膜化するのが、低消費電力の面から好ましい。本実施形態の半導体記憶装置は、その有する特徴により、メモリ膜を薄膜化しても破壊が起こりにくい等の高信頼性を保ち、かつ接合リーク電流を防止して低消費電力化を阻害しない。このメリットについては後に詳述する。
The film thickness of the memory film may be appropriately determined according to the specifications of the semiconductor memory device. Generally speaking, the film thickness of the first insulating film 102 is about 3 nm to 20 nm, and the film thickness of the charge storage film insulating film 103 is 5 nm. The film thickness of the second insulating film 104 is set in a range of about 3 nm to 50 nm. If these films are set thin, writing or erasing can be performed at a low voltage, and power consumption can be reduced. In particular, the first insulating film 102 is preferably set thinner than the second insulating film 104. The thinner the first insulating film 102, the higher the carrier injection efficiency and the higher the writing or erasing speed. On the other hand, the second insulating film 104 is thicker than the first insulating film 102 to prevent carriers from being exchanged between the charge storage insulating film 103 and the gate electrode 105. This is advantageous. On the other hand, if these films are too thin, accumulated charges may flow out, or there may be a disturb problem that causes erroneous writing or erasing in a read operation.
Therefore, in this embodiment, the first insulating film thickness is 6 nm, the second insulating film thickness is 10 nm, the silicon nitride film is used as the charge storage insulating film 103, and the film thickness is 10 nm. With this stacked structure, the charges accumulated in the charge storage insulating film 103 are prevented from leaking to the outside as much as possible, and can be held for a long time. That is, it is preferable from the viewpoint of low power consumption to make the memory film as thin as possible within a range that does not impair the stability of the memory function. The semiconductor memory device according to the present embodiment maintains high reliability such that the memory film is not easily broken even if the memory film is thinned, and prevents junction leakage current and does not hinder low power consumption. This advantage will be described in detail later.

本実施形態の半導体記憶装置における記憶情報の読み出しは、電荷蓄積絶縁膜103中の電荷の多寡が、拡散領域106、107間のドライブ電流の多寡に影響することを利用する。すなわち、例えば拡散領域106をソース、拡散領域107をドレインとして使用する場合は、ソースとなる拡散領域106へグラウンド電位、ドレインとなる拡散領域107へ読出しドレイン電圧(例えば−4V)を印加し、ゲート電極105へ読出しゲート電圧(例えば−4V)を印加する。これにより、ソースとなる拡散領域106〜ドレインとなる拡散領域107間のチャネル領域108に電流が流れる。この時、書込み状態すなわち電荷蓄積絶縁膜103へホールが蓄積された状態であれば、この蓄積電子が、ゲート電極105がチャネル領域108へ及ぼす電界の影響を打ち消す。このため、消去状態(上記蓄積電子が実質的に無い状態)に比べ、ソースとなる拡散領域106〜ドレインとなる拡散領域107間に流れる電流が小さくなる。つまり、情報記憶を電荷蓄積絶縁膜103のトラップ電荷量と結びつけ、これをドライブ電流の多寡に反映させることにより、情報の記憶と読出しが可能となる。
以上の読出し動作の際、ボディコンタクト領域109からのボディ電位制御は、電位を与えないフローティング状態としてもよいが、グラウンド電位等の適当な電位を設定することで、書込み時に発生するホットホールを排出してデバイス内部のポテンシャル分布を安定させ、バラツキの少ない安定した読出し動作が可能となる。
Reading of stored information in the semiconductor memory device of the present embodiment utilizes the fact that the amount of charge in the charge storage insulating film 103 affects the amount of drive current between the diffusion regions 106 and 107. That is, for example, when the diffusion region 106 is used as a source and the diffusion region 107 is used as a drain, a ground potential is applied to the diffusion region 106 serving as a source, and a read drain voltage (for example, −4 V) is applied to the diffusion region 107 serving as a drain. A read gate voltage (for example, −4 V) is applied to the electrode 105. As a result, a current flows through the channel region 108 between the diffusion region 106 serving as the source and the diffusion region 107 serving as the drain. At this time, if holes are accumulated in the charge accumulation insulating film 103 in this writing state, the accumulated electrons cancel the influence of the electric field exerted on the channel region 108 by the gate electrode 105. Therefore, the current flowing between the diffusion region 106 serving as the source and the diffusion region 107 serving as the drain is smaller than that in the erased state (the state in which the accumulated electrons are substantially absent). That is, information storage can be stored and read by combining information storage with the amount of trapped charges in the charge storage insulating film 103 and reflecting this in the amount of drive current.
During the above read operation, the body potential control from the body contact region 109 may be in a floating state where no potential is applied, but by setting an appropriate potential such as a ground potential, hot holes generated during writing are discharged. Thus, the potential distribution inside the device is stabilized, and a stable read operation with little variation is possible.

本半導体記憶装置への書込み動作は、上記読出し動作よりも高い電圧でトランジスタ動作させることによって発生する高エネルギーなキャリアを注入することによって行う。例えば、今度は上記とは逆に拡散領域107をソースとしてグラウンド電位とし、拡散領域106をドレインとして書込みドレイン電圧(例えば−6〜−15V)を印加する。ゲート電極105には書込みゲート電圧(例えば−6〜−18V)を印加する。この時、ソースとなる拡散領域107〜ドレインとなる拡散領域106間のチャネル領域108に大きな電流が流れ、ジュール熱により発熱し温度上昇する。この温度上昇により高エネルギーなキャリアが多量に発生する。発生した高エネルギーのキャリアの一部はゲート電極105の電界の影響により紙面上方向へ走り、電荷蓄積絶縁膜103中へ飛び込んでトラップされる。これにより、電荷蓄積絶縁膜103へ電子がトラップされた書込み状態を実現することができる。
なお、上記書込み動作の際には、ボディコンタクト領域109へ、グラウンド電位などの適当な電位を印加すればよい。このボディ電圧印加によって、書込み時に発生するキャリアをボディコンタクト領域から排出してボディ電位の変動を抑え、安定したバラツキの少ない書込みを行うことができる。以上の書込み動作により、FNトンネルを用いた電荷注入等よりも高速な書込みが可能となる。
A write operation to the semiconductor memory device is performed by injecting high energy carriers generated by operating a transistor at a higher voltage than the read operation. For example, this time, contrary to the above, the ground potential is applied using the diffusion region 107 as a source, and a write drain voltage (for example, −6 to −15 V) is applied using the diffusion region 106 as a drain. A write gate voltage (for example, −6 to −18 V) is applied to the gate electrode 105. At this time, a large current flows through the channel region 108 between the diffusion region 107 serving as the source and the diffusion region 106 serving as the drain, and heat is generated due to Joule heat and the temperature rises. Due to this temperature rise, a large amount of high energy carriers are generated. Some of the generated high-energy carriers run upward in the drawing due to the influence of the electric field of the gate electrode 105, jump into the charge storage insulating film 103, and are trapped. Thereby, a write state in which electrons are trapped in the charge storage insulating film 103 can be realized.
Note that an appropriate potential such as a ground potential may be applied to the body contact region 109 in the write operation. By applying the body voltage, carriers generated at the time of writing can be discharged from the body contact region to suppress fluctuations in the body potential, and stable writing with little variation can be performed. By the above writing operation, writing can be performed at higher speed than charge injection using an FN tunnel.

本半導体記憶装置の消去動作は、ボディコンタクト電位に対してゲート電極に高電位(例えば+25〜30V)を印加することによって、第1の絶縁膜を介したFNトンネルにより、電荷蓄積絶縁膜103へ電子を注入することによっても行うことができるが、より好ましい消去動作の形態として、次の方法を用いることができる。すなわち、ボディコンタクト領域109へグラウンド電位などを印加し、この電位に対して拡散領域106及び107へ負の消去電圧(例えば−8〜−15V)、ゲート電極105へ正の消去電圧(例えば5〜20V)を印加する。このとき、ゲート電極105下の半導体層101下に電子蓄積層が生じ、この電子蓄積層と拡散領域106、107との間に、強い逆方向バイアスが印加された接合が形成される。この時、接合部に逆方向リーク電流が発生し、この電流に起因して高エネルギーのキャリアが生成され、一部の電子はゲート電極105の電界によって、電荷蓄積絶縁膜103中に飛び込み、トラップされている電子の電荷を消去する。以上により、消去動作が行われるが、やはり本方法により、FNトンネルを用いた電荷注入等よりも高速な消去が可能となる。   In the erasing operation of the semiconductor memory device, a high potential (for example, +25 to 30 V) is applied to the gate electrode with respect to the body contact potential, so that the FN tunnel through the first insulating film causes the charge storage insulating film 103 to be erased. Although it can also be performed by injecting electrons, the following method can be used as a more preferable mode of erasing operation. That is, a ground potential or the like is applied to the body contact region 109, a negative erase voltage (for example, −8 to −15 V) is applied to the diffusion regions 106 and 107, and a positive erase voltage (for example, 5 to 5) is applied to the gate electrode 105. 20V) is applied. At this time, an electron storage layer is formed under the semiconductor layer 101 under the gate electrode 105, and a junction to which a strong reverse bias is applied is formed between the electron storage layer and the diffusion regions 106 and 107. At this time, a reverse leakage current is generated at the junction, and high-energy carriers are generated due to this current. Some electrons jump into the charge storage insulating film 103 due to the electric field of the gate electrode 105 and trap. Erases the charge of the electrons. Although the erasing operation is performed as described above, the erasing operation can be performed at a higher speed than the charge injection using the FN tunnel.

なお、ソースおよびドレインとなる拡散領域106、107は、図2(a)に示すようにチャネル領域108に接する側(ソース・ドレインが対向する側)において、ゲート電極105aと一部オーバーラップしているのが好ましい。これにより、寄生抵抗による電流減少や動作不良を防止する。また拡散領域106及び拡散領域107は、ゲート電極引き出し部105bとは、図1(b)に示すように0.3μm以上の距離Tをおいて設けられることが好ましい。例えば好ましい形態として、0.5μm〜5μm程度の距離をおいて設けることができる。拡散領域106及び拡散領域107がゲート電極引き出し部105bとオーバーラップしていると、読み出し動作時に、ゲート電極引き出し部105b下部の半導体層101を介しての電流も生じることになるが、一方、書込み動作において電荷蓄積絶縁膜103に電荷が注入され、読出し電流が電荷の影響を受けるのは、主に拡散領域106と拡散領域107に挿まれたチャネル領域108においてであり、上記半導体層101を介しての電流は、電荷の影響を受けにくい、一種の漏れ電流となる。拡散領域106及び拡散領域107とゲート電極引き出し部105bとを0.3μm以上離して設置すると、このようなゲート電極引き出し部105b下の漏れ電流を抑えることができ、蓄積電荷の多寡が読み出し電流に強く反映されることになるので、安定した読み出しが可能となる。
また、ボディコンタクト領域109の少なくとも一部も、図2(b)に示すようにゲート電極引き出し部105bとオーバーラップしているか、近接しているのが好ましい。これにより、消去動作を行う際に、ボディコンタクト領域からゲート電極下の半導体層へキャリアが流れ込んで蓄積層が形成され、消去時にキャリアが発生する位置からボディコンタクト領域に到るまでの低抵抗な電流経路が出来るので、安定した高速な消去が可能となる。
Note that the diffusion regions 106 and 107 serving as the source and drain partially overlap the gate electrode 105a on the side in contact with the channel region 108 (the side on which the source and drain are opposed) as shown in FIG. It is preferable. This prevents current reduction and malfunction due to parasitic resistance. The diffusion region 106 and the diffusion region 107 are preferably provided at a distance T of 0.3 μm or more from the gate electrode lead portion 105b as shown in FIG. For example, as a preferable form, the distance of about 0.5 μm to 5 μm can be provided. If the diffusion region 106 and the diffusion region 107 overlap with the gate electrode lead portion 105b, a current will also be generated through the semiconductor layer 101 below the gate electrode lead portion 105b during the read operation. In the operation, charge is injected into the charge storage insulating film 103 and the read current is affected by the charge mainly in the diffusion region 106 and the channel region 108 inserted in the diffusion region 107, via the semiconductor layer 101. All currents are a kind of leakage current that is not easily affected by electric charge. When the diffusion region 106 and the diffusion region 107 are separated from the gate electrode lead portion 105b by 0.3 μm or more, the leakage current under the gate electrode lead portion 105b can be suppressed, and the amount of accumulated charge is reduced to the read current. Since it is strongly reflected, stable reading is possible.
Further, it is preferable that at least a part of the body contact region 109 overlaps or is close to the gate electrode lead-out portion 105b as shown in FIG. As a result, when performing an erase operation, carriers flow from the body contact region to the semiconductor layer under the gate electrode to form a storage layer, and a low resistance from the position where carriers are generated during erase to the body contact region. Since a current path is formed, stable and high-speed erasure is possible.

以上においては、メモリセルをp型デバイスとして形成した場合を説明しているが、本実施形態のように、絶縁性基板100としてガラスを用いた場合には、このようにp型デバイスとしてメモリセルを形成するのが好ましい。ガラス基板を用いた場合、廉価に製造できるメリットがある反面、基板の耐熱性が低く、製造の際に高温のプロセスを用いることができない。このような場合には、n型デバイスとしてメモリセルを形成する場合よりもp型デバイスとしてメモリセルを形成した方が、書込みと消去を高速かつ安定に行うことができる。比較的低温のプロセスでメモリセルを製造した場合、書込みや消去の際に発生する高エネルギーなキャリアによって、メモリセルの絶縁膜や、絶縁膜と半導体層の界面等にダメージを受ける恐れがあるが、p型デバイスの方が、このダメージが起こりにくく、信頼性が高いメモリセルとなるのである。一方、SOI基板を用いた場合等、高温プロセスによる製造が可能な場合には、n型デバイスを用いても信頼性の高いメモリセルを得ることができる。   In the above description, the case where the memory cell is formed as a p-type device has been described. However, when glass is used as the insulating substrate 100 as in the present embodiment, the memory cell is thus used as the p-type device. Is preferably formed. When a glass substrate is used, there is a merit that it can be manufactured at a low cost, but the heat resistance of the substrate is low, and a high-temperature process cannot be used in manufacturing. In such a case, writing and erasing can be performed at high speed and stably when the memory cell is formed as a p-type device rather than when the memory cell is formed as an n-type device. When a memory cell is manufactured by a process at a relatively low temperature, there is a risk of damage to the insulating film of the memory cell or the interface between the insulating film and the semiconductor layer due to high energy carriers generated during writing or erasing. In the p-type device, this damage is less likely to occur and the memory cell is highly reliable. On the other hand, when manufacturing using a high-temperature process is possible, such as when using an SOI substrate, a highly reliable memory cell can be obtained even if an n-type device is used.

ここで、本実施形態においては、ゲート電極引き出し部105bが島状の半導体層101からはみ出ることなく設置され、かつ拡散領域106、107とボディコンタクト領域109が、ゲート電極引き出し部105bによって分離されていることを特徴としている。この特徴によるメリットを以下に説明する。   Here, in this embodiment, the gate electrode lead portion 105b is installed without protruding from the island-shaped semiconductor layer 101, and the diffusion regions 106 and 107 and the body contact region 109 are separated by the gate electrode lead portion 105b. It is characterized by being. The advantages of this feature are described below.

図3は、本実施形態とは異なり、ゲート電極引き出し端部117が島状の半導体層101の端部を跨ぎ、半導体層101からはみ出すように設置された場合の図である。図3(a)は平面図、図3(b)は図3(a)の点線C−C’における断面図である。
このような構造において、特に消去動作時などにおいて半導体層101とゲート電極105の間に高い電圧差を印加する場合に、半導体層101のエッヂに電界が集中しやすい。これは、図3(b)の断面図に示すように、半導体層101のエッヂ上端114a、エッヂ下端114bが角になっているためである。エッヂ上端114aにおいては、角の部分がゲート電極引き出し端部117に対向しており、電界集中しやすい構造になっている。一方、エッヂ下端114bは、直接ゲート電極引き出し端部117に対向していないものの、半導体層101のリソグラフィ加工時に側面がテーパになると、エッヂ下端114bの個所が鋭角になり、電界集中しやすくなる。このため、これらのポイントでメモリ膜が絶縁破壊を起こす恐れがある。これを防止するためにはメモリ膜を厚膜化する必要があり、これに伴って動作電圧も上昇させる必要が生じるので消費電力が上がってしまう。
FIG. 3 is a diagram in the case where the gate electrode lead-out end portion 117 is disposed so as to straddle the end portion of the island-shaped semiconductor layer 101 and to protrude from the semiconductor layer 101 unlike the present embodiment. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a dotted line CC ′ in FIG.
In such a structure, when a high voltage difference is applied between the semiconductor layer 101 and the gate electrode 105 particularly during an erase operation, an electric field tends to concentrate on the edge of the semiconductor layer 101. This is because the edge upper end 114a and the edge lower end 114b of the semiconductor layer 101 have corners as shown in the cross-sectional view of FIG. In the edge upper end 114a, the corner portion faces the gate electrode lead-out end portion 117, and the electric field is easily concentrated. On the other hand, the edge lower end 114b does not directly face the gate electrode lead-out end portion 117, but if the side surface is tapered during lithography processing of the semiconductor layer 101, the edge lower end 114b becomes an acute angle, and the electric field concentration is likely to occur. For this reason, the memory film may cause dielectric breakdown at these points. In order to prevent this, it is necessary to increase the thickness of the memory film, and accordingly, it is necessary to increase the operating voltage, resulting in an increase in power consumption.

また、エッヂ部下端114b部においては、製造プロセスにおける各種ドライエッチやフッ酸水溶液によるウェットエッチによって、近傍のガラス基板100がエッチングされてエッヂ部下端114bが抉れた構造となってしまう場合がある。この部位のみCVD膜が堆積されにくく、メモリ膜が特異的に薄くなってしまう恐れがある。これによりゲート破壊を招き、歩留まりを低下させる。特に、メモリセルと通常のTFTを同一基板上に形成するプロセスにおいては、メモリセル部のメモリ膜とTFT部のゲート絶縁膜を作り分ける必要があるため、TFTのみを形成する場合に比べてエッチング工程数も多く、上述のような半導体層101エッヂ部での形状不良によるデバイス破壊が起こりやすい。   In addition, in the edge portion lower end 114b portion, there are cases where the glass substrate 100 in the vicinity is etched and the edge portion lower end 114b is bent due to various dry etching in the manufacturing process or wet etching with a hydrofluoric acid aqueous solution. . The CVD film is difficult to be deposited only on this portion, and the memory film may be specifically thinned. As a result, gate breakdown is caused and yield is lowered. In particular, in the process of forming a memory cell and a normal TFT on the same substrate, it is necessary to create a memory film for the memory cell portion and a gate insulating film for the TFT portion separately, so that etching is performed as compared with the case where only the TFT is formed. The number of processes is also large, and device breakdown is likely to occur due to shape defects in the edge portion of the semiconductor layer 101 as described above.

また、図4は、上述した図3の半導体記憶装置と異なり、ゲート電極引き出し部105bを半導体層101からはみ出させずに、内側になるよう設置した場合の半導体記憶装置である。この半導体記憶装置はまた、本実施形態の半導体記憶装置とも異なり、拡散領域106、107とボディコンタクト領域109がゲート電極引き出し部105bによって完全に仕切られていない構造となっている。すなわち、高濃度にn型ドープされたボディコンタクト領域109は、ゲート電極引き出し部105bに覆われていないn型半導体層101の領域によって連続し、さらにこの領域を介して、p型ドープされた拡散領域106、107とpn接合を成している。
この図4の半導体記憶装置に対し、上述した本実施形態の半導体記憶装置と同じ書込み・消去動作を適用すると、書込み・消去時には、n型半導体層101を介して、拡散領域106、107の一方ないし両方と、ボディコンタクト領域109の間に、高い逆方向バイアスが印加される。
4 is a semiconductor memory device in which the gate electrode lead-out portion 105b is installed so as not to protrude from the semiconductor layer 101, unlike the semiconductor memory device in FIG. 3 described above. Unlike the semiconductor memory device of this embodiment, this semiconductor memory device has a structure in which the diffusion regions 106 and 107 and the body contact region 109 are not completely partitioned by the gate electrode lead portion 105b. That is, the body contact region 109 that is heavily n-type doped is continuous by the region of the n-type semiconductor layer 101 that is not covered by the gate electrode lead-out portion 105b, and further through this region, the p-type doped diffusion is performed. The regions 106 and 107 form a pn junction.
When the same write / erase operation as that of the semiconductor memory device of the present embodiment described above is applied to the semiconductor memory device of FIG. 4, one of the diffusion regions 106 and 107 is interposed via the n-type semiconductor layer 101 at the time of write / erase. A high reverse bias is applied between the body contact region 109 and both.

ここで、半導体層101は、本実施形態のようにガラス絶縁基板100上に形成された場合、単結晶基板を用いた半導体装置の場合に比較して、半導体層の結晶性が高くなく、結晶欠陥や結晶粒界などの、イレギュラーな結晶構造を多く含んでいる。特に絶縁基板100がガラス基板からなる場合、低コストで生産できるメリットがある反面、比較的低温のプロセスしか用いることができないので、半導体層101の結晶欠陥密度もより大きなものとなる。このため、逆バイアス印加時にも、これらの欠陥を介した電流が流れやすく、逆接合リーク電流115が発生する。消去時に電圧を印加した際、このリーク電流115は実際の消去動作そのものには寄与しない無駄な電流であり、消費電力の上昇を招く。また書込み時にボディ電圧を印加する場合、ドレイン〜ボディにこの逆方向リーク電流が流れ、これも書込み動作そのものに寄与しない無駄な電流であるのみならず、ボディ電位の制御性を悪化させ、異常動作の原因となる可能性もある。
このような問題は、ガラス基板上に上記特許文献2のような構造を形成した場合にも発生する恐れがある。特許文献2の構造も、拡散領域〜ボディ間に接合が常時形成されているからである。ボディが薄膜の半導体によって形成されているためにボディの抵抗が高く、拡散領域〜ボディ間に逆方向リーク電流が発生すると、ボディ電位が不安定になり、かって誤動作の原因にもなりうるのである。
Here, when the semiconductor layer 101 is formed on the glass insulating substrate 100 as in the present embodiment, the crystallinity of the semiconductor layer is not high compared to the case of a semiconductor device using a single crystal substrate, and the crystal It contains many irregular crystal structures such as defects and crystal grain boundaries. In particular, when the insulating substrate 100 is made of a glass substrate, there is a merit that it can be produced at low cost, but only a relatively low temperature process can be used, so that the crystal defect density of the semiconductor layer 101 becomes larger. For this reason, even when a reverse bias is applied, a current easily flows through these defects, and a reverse junction leakage current 115 is generated. When a voltage is applied at the time of erasing, this leakage current 115 is a useless current that does not contribute to the actual erasing operation itself, and causes an increase in power consumption. In addition, when a body voltage is applied during writing, this reverse leakage current flows from the drain to the body, which is not only a useless current that does not contribute to the writing operation itself, but also deteriorates the controllability of the body potential and causes abnormal operation. There is also a possibility of causing.
Such a problem may also occur when a structure such as that of Patent Document 2 is formed on a glass substrate. This is because also in the structure of Patent Document 2, a junction is always formed between the diffusion region and the body. Since the body is made of a thin film semiconductor, the resistance of the body is high, and if a reverse leakage current is generated between the diffusion region and the body, the body potential becomes unstable and may cause malfunction. .

一方、本実施形態の半導体記憶装置では、図2(b)に示す平面構造をとっており、この構造によって図3、図4のケースにおける問題をともに解決している。
まず、図3のケースとは異なり、本実施形態ではゲート電極引き出し部105bが半導体層101端を跨いでいない。このため、半導体層101端部のメモリ膜破壊が問題になることがなく、メモリ膜を薄膜化しても高い歩留まりが実現できる。メモリ膜が薄膜化できれば、メモリ膜に効率的に電界が加えられるため、動作電圧を低くすることができ、低消費電力動作の半導体記憶装置となっている。また、低電圧で動作が可能となることから、周辺回路を簡略化することができ、回路面積を小さくすることができる。
On the other hand, the semiconductor memory device of this embodiment has a planar structure shown in FIG. 2B, and this structure solves both of the problems in the cases of FIGS.
First, unlike the case of FIG. 3, in this embodiment, the gate electrode lead-out portion 105 b does not straddle the end of the semiconductor layer 101. For this reason, the memory film destruction at the end of the semiconductor layer 101 does not become a problem, and a high yield can be realized even if the memory film is thinned. If the memory film can be thinned, an electric field is efficiently applied to the memory film, so that the operating voltage can be lowered and the semiconductor memory device operates with low power consumption. In addition, since operation is possible at a low voltage, the peripheral circuit can be simplified and the circuit area can be reduced.

さらに、図2に示す構造を持つ実施形態の半導体層置は、図4のケースとは異なり、拡散領域106、107とボディコンタクト領域109が、ゲート電極引き出し部105bによって完全に仕切られた平面構造となっている。例えば非選択のメモリセルにおいてゲート電極105がソースと同電位などの、いわゆるオフ状態の場合、ゲート電極105下の半導体層101は、ゲート電極105のポテンシャルによって空乏化している。そのため、拡散領域106、107とボディコンタクト領域109との間はこの空乏化した半導体層によって分断されていることになる。
これにより、他のセルに書込みを行う際に、非選択セルのドレインに書込みドレイン電圧が印加されても、非選択セルのドレインとボディコンタクト領域の間に大きな逆接合リークが発生することがない。ゲート電極105の材料として、そのフェルミレベルが、n型半導体層101のフェルミレベルよりも低く荷電子帯上端よりも高い材料を用いているため、このように、ゲート電極に特別な電圧を印加せず(特別な回路を必要とせず)、通常のオフ状態とするだけで、このような効果を得ることができる。
Further, unlike the case of FIG. 4, the semiconductor layer arrangement of the embodiment having the structure shown in FIG. 2 is a planar structure in which the diffusion regions 106 and 107 and the body contact region 109 are completely partitioned by the gate electrode lead portion 105b. It has become. For example, in a non-selected memory cell, when the gate electrode 105 is in a so-called off state such as the same potential as the source, the semiconductor layer 101 under the gate electrode 105 is depleted by the potential of the gate electrode 105. Therefore, the diffusion regions 106 and 107 and the body contact region 109 are separated by the depleted semiconductor layer.
This prevents a large reverse junction leak from occurring between the drain of the non-selected cell and the body contact region even when a write drain voltage is applied to the drain of the non-selected cell when writing to another cell. . As a material of the gate electrode 105, a material whose Fermi level is lower than the Fermi level of the n-type semiconductor layer 101 and higher than the upper end of the valence band is used, and thus a special voltage is applied to the gate electrode. (No special circuit is required), and such an effect can be obtained only by setting the normal OFF state.

また書込みを行う選択セルにおいても、ボディコンタクト領域と拡散領域の間の半導体層は、反転層が形成される上部を除いて空乏化するため、チャネル領域近傍での逆方向リークを抑え、ボディ電位を安定にしてバラツキを防止する。   Also in the selected cell where data is written, the semiconductor layer between the body contact region and the diffusion region is depleted except for the upper part where the inversion layer is formed, so that reverse leakage in the vicinity of the channel region is suppressed, and the body potential is reduced. Stabilize and prevent variation.

また、消去の際には、ゲート電極105に負の消去電圧を印加してゲート電極105下の半導体層101に生じる蓄積層と、拡散領域106、107との間に流れる逆方向電流を利用する。この場合も、本実施形態の構造をとることで、消去動作に寄与しないリークを極力減らすことができるので、消費電力を低下させることができる。
以上により、書込みまたは消去の際に、拡散領域106、107とボディコンタクト領域109の間に逆方向バイアスが印加されても、リーク電流が抑えられ、低消費電力で動作が安定した半導体記憶装置となっている。廉価製造を目的としてガラス基板上に半導体記憶装置を形成する場合にも、この効果を発揮する。つまり、本実施形態の構造は、SOIのような高価な基板を用いる場合以外にも、広く適用が可能である利点がある。また、本実施形態で設けられるボディコンタクトは、メモリの安定動作に対して充分な役割を果たすことができる。
In erasing, a negative erasing voltage is applied to the gate electrode 105 to use a reverse current flowing between the accumulation region generated in the semiconductor layer 101 under the gate electrode 105 and the diffusion regions 106 and 107. . Also in this case, by adopting the structure of the present embodiment, it is possible to reduce leaks that do not contribute to the erase operation as much as possible, so that power consumption can be reduced.
As described above, even when a reverse bias is applied between the diffusion regions 106 and 107 and the body contact region 109 at the time of writing or erasing, the leakage current is suppressed, and the semiconductor memory device that operates stably with low power consumption. It has become. This effect is also exhibited when a semiconductor memory device is formed on a glass substrate for the purpose of inexpensive manufacturing. In other words, the structure of this embodiment has an advantage that it can be widely applied in addition to the case where an expensive substrate such as SOI is used. Further, the body contact provided in the present embodiment can play a sufficient role for the stable operation of the memory.

次に、本実施形態の半導体記憶装置の製造方法、特に、同一絶縁基板上にメモリセルと、周辺回路等に用いるTFTの両方を形成する場合について述べる。ここでは、形成されるTFTとしてはPMOSのみについて言及するが、NMOSを形成することも、周知の方法との組み合わせによって容易に実現できる。NMOS部においては半導体層をp型半導体とし、拡散領域をn型高濃度ドープ層とする。また、図においては説明の便宜上、メモリセルとTFTを隣接して配置しているが、実際の半導体記憶装置では、回路接続の必要に応じ、自由にレイアウトすればよい。   Next, a manufacturing method of the semiconductor memory device of this embodiment, particularly, a case where both memory cells and TFTs used for peripheral circuits and the like are formed on the same insulating substrate will be described. Here, only the PMOS is mentioned as the TFT to be formed, but the formation of the NMOS can also be easily realized by a combination with a known method. In the NMOS portion, the semiconductor layer is a p-type semiconductor, and the diffusion region is an n-type heavily doped layer. Further, in the figure, for convenience of explanation, the memory cell and the TFT are arranged adjacent to each other. However, in an actual semiconductor memory device, the layout may be freely made according to the necessity of circuit connection.

まず、ガラス基板等の絶縁基板100上に、CVD等の周知の方法によって、厚さ50nm程度のn型シリコン等よりなる半導体層101を形成する。その上にメモリ膜として、やはりCVD等の周知の方法によって、例えばシリコン酸化膜からなる第一絶縁膜102を厚さ6nm、シリコン窒化膜からなる電荷蓄積絶縁膜103を厚さ10nm、シリコン酸化膜からなる第二絶縁膜104を厚さ10nm堆積する。さらにタングステン等の金属からなるゲート電極105材料膜を堆積する。その後、リソグラフィ及びエッチング技術によって、ゲート電極105材料膜から半導体層101に到る各層を所望の形状にパターニングする。
ここでのパターニングは、最終的に形成されるメモリセルとTFTの半導体層の形状に沿って、島状に加工されるものである。これを図5に示す。図5(b)は図5(a)の点線部における断面図である。島状に加工される半導体層101の大きさは、例えば、一辺が1μm〜100μmの大きさの正方形、1μm〜100μmの大きさの長方形などメモリセル、TFTの性能、仕様に応じて設定される。島状の半導体層101が配置される場所は、例えば絶縁基板100が液晶表示装置用基板である場合、各液晶表示画素電極の下方、または近傍である。
First, a semiconductor layer 101 made of n-type silicon or the like having a thickness of about 50 nm is formed on an insulating substrate 100 such as a glass substrate by a known method such as CVD. Further, as a memory film, the first insulating film 102 made of, for example, a silicon oxide film has a thickness of 6 nm and the charge storage insulating film 103 made of a silicon nitride film has a thickness of 10 nm by a well-known method such as CVD. A second insulating film 104 made of is deposited to a thickness of 10 nm. Further, a gate electrode 105 material film made of a metal such as tungsten is deposited. Thereafter, each layer from the gate electrode 105 material film to the semiconductor layer 101 is patterned into a desired shape by lithography and etching techniques.
The patterning here is processed into an island shape along the shape of the finally formed memory cell and the semiconductor layer of the TFT. This is shown in FIG. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the dotted line in FIG. The size of the semiconductor layer 101 processed into an island shape is set according to the performance and specifications of the memory cell and TFT, such as a square with a side of 1 μm to 100 μm and a rectangle with a size of 1 μm to 100 μm. . For example, when the insulating substrate 100 is a substrate for a liquid crystal display device, the island-shaped semiconductor layer 101 is disposed below or in the vicinity of each liquid crystal display pixel electrode.

次に図6に示すように、リソグラフィ技術を用い、例えば、ほぼT字形のフォトレジスト116をマスクとしたエッチングによって、メモリセル部のゲート電極105及び3層メモリ膜(103〜105)を加工する。このとき、フォトレジスト116は、図6(a)のように、露光機の目合せズレ分の余裕をもって島状の半導体層101からはみ出るように形成する。即ち、T字形の上辺横方向の両端および縦方向の下端が半導体層101からはみ出る。フォトレジスト116と半導体層101のオーバーラップ部分にゲート電極105が形成されることになるので、これにより、半導体層101からゲート電極105がはみ出ることなく、逆に半導体層101端からゲート電極105端が後退することもなく、ほぼオンラインで形成することができる。
一方この時、TFT形成部においては、ゲート電極105とメモリ膜102〜104が完全に除去され、半導体層101表面が露出している。
Next, as shown in FIG. 6, the gate electrode 105 and the three-layer memory film (103 to 105) in the memory cell portion are processed by lithography using, for example, etching using a substantially T-shaped photoresist 116 as a mask. . At this time, as shown in FIG. 6A, the photoresist 116 is formed so as to protrude from the island-shaped semiconductor layer 101 with a margin corresponding to misalignment of the exposure machine. That is, both ends in the horizontal direction of the upper side of the T shape and the lower end in the vertical direction protrude from the semiconductor layer 101. Since the gate electrode 105 is formed in the overlap portion between the photoresist 116 and the semiconductor layer 101, the gate electrode 105 does not protrude from the semiconductor layer 101, and conversely, from the semiconductor layer 101 end to the gate electrode 105 end. Can be formed almost online without retreating.
On the other hand, at this time, in the TFT forming portion, the gate electrode 105 and the memory films 102 to 104 are completely removed, and the surface of the semiconductor layer 101 is exposed.

次に、全面にTFT用のゲート絶縁膜材料としてシリコン酸化膜、及びTFT用のゲート電極材料としてタングステン等の金属を堆積した後、リソグラフィ及びエッチング技術を用いてこれらを加工する。例えば、図7(a)に示すように、TFTゲート絶縁膜202及びTFTゲート電極205によって、ソース領域とドレイン領域に分離するチャネル部分205aと、ゲート電極引出し部205bを形成する。チャネル部分205aを形成するゲート電極の幅は、数10nm〜数10μmであり、チャネル長を決定する。 ゲート電極引き出し部205bは、必ずしも半導体層101上に形成する必要はなく、図7(a)に示すように、絶縁基板100上に形成してもよい。このゲート電極引き出し部205bは、コンタクトプラグが設置できる大きさであればよい。   Next, after depositing a silicon oxide film as a gate insulating film material for TFT and a metal such as tungsten as a gate electrode material for TFT on the entire surface, these are processed using lithography and etching techniques. For example, as shown in FIG. 7A, the TFT gate insulating film 202 and the TFT gate electrode 205 form a channel portion 205a that separates into a source region and a drain region, and a gate electrode lead portion 205b. The width of the gate electrode forming the channel portion 205a is several tens of nanometers to several tens of micrometers, and determines the channel length. The gate electrode lead portion 205b is not necessarily formed on the semiconductor layer 101, and may be formed on the insulating substrate 100 as shown in FIG. The gate electrode lead-out portion 205b may have a size that allows a contact plug to be installed.

この加工の際、TFTゲート電極205のエッチングは、方向性の強いドライエッチングと、方向性が弱く等方的なドライエッチングを組み合わせて行うのが好ましく、すでに加工したメモリセル用ゲート電極105の側面にサイドウォール状にTFTゲート電極205が残ることを極力防ぐ。TFTゲート絶縁膜202の加工に関しては、TFTゲート絶縁膜202の加工形状を良好なものとするため、方向性ドライエッチのみとする。この場合はメモリセルのゲート電極側面にサイドウォール状に絶縁膜が残るが(図示略)、このサイドウォールはTFTゲート絶縁膜レベル(数十nm)の充分薄い膜なので、問題にならない。なお、ここでは堆積したTFTゲート電極205材料とTFTゲート絶縁膜202材料をともにエッチングによって加工したが、TFTゲート電極205のみを加工し、ゲート絶縁膜202は全面に残しておいてもよい。この場合、全面に残されたゲート絶縁膜202は、続く注入工程において注入保護膜の役割を果たすことができる。   In this processing, the TFT gate electrode 205 is preferably etched by combining dry etching with strong directionality and isotropic dry etching with low directionality, and the side surface of the gate electrode 105 for the memory cell that has already been processed. In addition, the TFT gate electrode 205 is prevented from remaining in a sidewall shape as much as possible. Regarding the processing of the TFT gate insulating film 202, only directional dry etching is performed in order to improve the processing shape of the TFT gate insulating film 202. In this case, an insulating film remains in the shape of a sidewall on the side surface of the gate electrode of the memory cell (not shown). However, since this sidewall is a sufficiently thin film at the TFT gate insulating film level (several tens of nm), there is no problem. Although the deposited TFT gate electrode 205 material and TFT gate insulating film 202 material are both processed by etching here, only the TFT gate electrode 205 may be processed and the gate insulating film 202 may be left on the entire surface. In this case, the gate insulating film 202 remaining on the entire surface can serve as an implantation protective film in the subsequent implantation process.

引き続き、フォトレジストによるマスキングとイオン注入技術によって、メモリセルのボディコンタクト領域部をマスキングして、TFTとメモリセルの拡散領域部にp型不純物を注入する。次にメモリセルの拡散領域部をマスキングしてメモリセルのボディコンタクト領域部にn型不純物の注入を行う。その後、アニール処理を行うことによって、メモリセルのp型拡散領域106、107、TFTのp型拡散領域206、207、及びメモリセルのn型ボディコンタクト領域109をそれぞれ形成する。アニール時の拡散によって、各領域はゲート電極下にまで若干侵入し、ゲート電極の一部とオーバーラップする。
さらに全面に層間絶縁膜を形成したのち、リソグラフィ及びエッチングによってコンタクト孔を開口し、金属プラグを埋め込むことで、メモリセルのソース・ドレイン領域のコンタクトプラグ110、111、ゲート電極のコンタクトプラグ112、ボディコンタクト領域のコンタクトプラグ113、TFTのソース・ドレイン領域のコンタクトプラグ210、211、ゲート電極のコンタクトプラグ212がそれぞれ形成される。これらのコンタクトプラグは層間絶縁膜上で金属配線によって接続され、メモリ回路が構成される(図8(a)(b)ともに、層間絶縁膜、上部金属配線の図示略)。
Subsequently, the body contact region portion of the memory cell is masked by a masking using an photoresist and an ion implantation technique, and a p-type impurity is implanted into the diffusion region portion of the TFT and the memory cell. Next, n-type impurities are implanted into the body contact region of the memory cell by masking the diffusion region of the memory cell. Thereafter, annealing is performed to form p-type diffusion regions 106 and 107 of the memory cell, p-type diffusion regions 206 and 207 of the TFT, and n-type body contact region 109 of the memory cell, respectively. Due to diffusion during annealing, each region slightly penetrates under the gate electrode and overlaps with a part of the gate electrode.
Further, after forming an interlayer insulating film on the entire surface, contact holes are opened by lithography and etching, and metal plugs are embedded, so that contact plugs 110 and 111 in the source / drain region of the memory cell, contact plugs 112 in the gate electrode, body Contact plug 113 in the contact region, contact plugs 210 and 211 in the source / drain region of the TFT, and contact plug 212 in the gate electrode are formed, respectively. These contact plugs are connected to each other by metal wiring on the interlayer insulating film to form a memory circuit (both FIGS. 8A and 8B, the interlayer insulating film and the upper metal wiring are not shown).

以上により、複雑なプロセスを必要とせずに、露光装置の目合せズレの影響を受けることなくメモリセルのゲート電極端と半導体層端を容易に合致させることができ、ゲート電極が半導体層上からはみ出さずに拡散領域とボディコンタクト領域を分離した、本実施形態の半導体記憶装置の構造を得ることができる。
なお上記においては、メモリセルのメモリ膜102〜104とゲート電極105を形成した後、TFT部のゲート絶縁膜202とゲート電極205を形成したが、逆に、TFT部のゲート絶縁膜202とゲート電極205を形成後、メモリセルのメモリ膜102〜104とゲート電極105を形成してもよい。また、上記実施形態では省略したが、周知の方法により、TFTの拡散領域の、ゲート電極側の端に、拡散領域よりも薄いp型(NMOSでは薄いn型)領域、いわゆるLDD領域を設けてもよく、TFTの耐圧を向上することができる。
As described above, the gate electrode end of the memory cell and the semiconductor layer end can be easily matched without requiring a complicated process and without being affected by misalignment of the exposure apparatus. The structure of the semiconductor memory device of this embodiment in which the diffusion region and the body contact region are separated without protruding can be obtained.
In the above description, after the memory films 102 to 104 and the gate electrode 105 of the memory cell are formed, the gate insulating film 202 and the gate electrode 205 of the TFT portion are formed. Conversely, the gate insulating film 202 and the gate of the TFT portion are formed. After forming the electrode 205, the memory films 102 to 104 and the gate electrode 105 of the memory cell may be formed. Although omitted in the above embodiment, a p-type (thin n-type thin in NMOS) region, a so-called LDD region, which is thinner than the diffusion region, is provided at the gate electrode side end of the TFT diffusion region by a known method. The breakdown voltage of the TFT can be improved.

(第2実施形態)
図9(a)は第2の実施形態の半導体記憶装置の平面図であり、図の点線における断面図を図9(b)に示す。第2実施形態では、ゲート電極135aの両側の半導体層101中に、p型に高濃度ドープされた拡散領域136、137が設けられ、ソース領域とドレイン領域を形成する。そして、ゲート電極135aは半導体層101上を延長され、ゲート電極引き出し部を形成し、その先端部分にリング状部分135bを形成する。リング状部分135bの外側はn型半導体層101の端から余白をもって内側に配置される。リング状部分135bの内側の窓から半導体層101が露出する部分には、n型に高濃度ドープされたボディコンタクト部分139が形成される。また、このリング状部分135b以外の部分のメモリ膜102〜104の構成は上記第1の実施形態に準じている。
(Second Embodiment)
FIG. 9A is a plan view of the semiconductor memory device of the second embodiment, and FIG. 9B shows a cross-sectional view taken along the dotted line in the figure. In the second embodiment, p-type heavily doped diffusion regions 136 and 137 are provided in the semiconductor layer 101 on both sides of the gate electrode 135a to form a source region and a drain region. The gate electrode 135a is extended on the semiconductor layer 101 to form a gate electrode lead portion, and a ring-shaped portion 135b is formed at the tip portion thereof. The outer side of the ring-shaped portion 135b is disposed on the inner side with a margin from the end of the n-type semiconductor layer 101. An n-type heavily doped body contact portion 139 is formed in the portion where the semiconductor layer 101 is exposed from the window inside the ring-shaped portion 135b. In addition, the configuration of the memory films 102 to 104 in portions other than the ring-shaped portion 135b conforms to the first embodiment.

本実施形態の半導体装置もまた、ゲート電極135aからゲート電極を引き出して形成したリング状部分135bは半導体層101端を跨ぐことなく設置されているので、上記第1実施形態同様、半導体層101端部においてゲート電界によるメモリ膜破壊を起こすことがない。このため、メモリ膜を薄膜化することができ、低消費電力化が可能となる。
特にこの図9のメモリセルの場合、第1の実施形態と異なる点は、ボディコンタクト領域139がリング状部分135bで取り囲まれていることにある。この構造によって、半導体層101の端部とリング状部分135bの端部とを一致させなくても、ボディコンタクト部分139と拡散領域136、137とがリング状部分135bによって仕切られた構造を得ることができる。このため、図4で説明したゲート電極引き出し部端と半導体層端の間の空白部分を通るリーク電流115が流れ込むことがない。
Also in the semiconductor device of the present embodiment, the ring-shaped portion 135b formed by pulling out the gate electrode from the gate electrode 135a is disposed without straddling the end of the semiconductor layer 101, so that the end of the semiconductor layer 101 is the same as in the first embodiment. The memory film is not broken by the gate electric field in the portion. For this reason, the memory film can be thinned, and power consumption can be reduced.
In particular, the memory cell of FIG. 9 is different from the first embodiment in that the body contact region 139 is surrounded by the ring-shaped portion 135b. With this structure, it is possible to obtain a structure in which the body contact portion 139 and the diffusion regions 136 and 137 are partitioned by the ring-shaped portion 135b without matching the end portion of the semiconductor layer 101 and the end portion of the ring-shaped portion 135b. Can do. For this reason, the leak current 115 passing through the blank portion between the gate electrode leading end and the semiconductor layer end described in FIG. 4 does not flow.

本実施形態では特に、上記メモリセルの構造にならって、周辺回路等に用いるTFTもボディコンタクトを設置することができる。即ち、図10(a)(b)にメモリセル部と、TFT部を並べて示すように、TFT部を形成する島状の半導体層201は、TFT用ボディコンタクト領域239を形成するように大きく形成し、ゲート電極235aから引き出して、リング状部分235b部を半導体層101の上に形成する。そして、リング状部分235bがボディコンタクト領域239を囲む構造とする。
このゲート電極235aから引き出して形成したリング状部分235bによって、TFT動作時にボディコンタクト領域239からボディ電位を印加し、ボディ電位を制御することができ、TFT動作を安定化させて動作バラツキを減少させることができる。
メモリセルが書込み状態であるか消去状態であるかを判断するのは、周辺回路TFTを用いたセンシングによって行うため、書込み状態か消去状態かを判別するためのメモリセルのウィンドウには、周辺回路TFTのバラツキ分のマージンが必要となる。本実施形態では、周辺回路TFTにボディコンタクトを設置してボディ電位を制御することで、TFTのバラツキを抑えるため、上記マージンも少なくて済み、より小さいメモリセルウィンドウの書込み/消去判定が可能となる。これにより、長期間保持しても信頼性の高い半導体記憶装置が得られる。
Particularly in this embodiment, a body contact can also be provided for a TFT used for a peripheral circuit or the like in accordance with the structure of the memory cell. That is, as shown in FIGS. 10A and 10B, the memory cell portion and the TFT portion are shown side by side, and the island-shaped semiconductor layer 201 forming the TFT portion is formed large so as to form the TFT body contact region 239. Then, the ring-shaped portion 235b is formed on the semiconductor layer 101 by being drawn out from the gate electrode 235a. The ring-shaped portion 235b surrounds the body contact region 239.
The body potential can be applied from the body contact region 239 at the time of TFT operation by the ring-shaped portion 235b formed by pulling out from the gate electrode 235a, and the body potential can be controlled to stabilize the TFT operation and reduce the operation variation. be able to.
Whether the memory cell is in the written state or the erased state is determined by sensing using the peripheral circuit TFT. Therefore, the memory cell window for determining whether the memory cell is in the written state or the erased state has a peripheral circuit. A margin for TFT variation is required. In this embodiment, the body contact is provided in the peripheral circuit TFT and the body potential is controlled, so that the variation in the TFT is suppressed. Therefore, the margin can be reduced, and the write / erase determination of the smaller memory cell window can be performed. Become. As a result, a highly reliable semiconductor memory device can be obtained even when held for a long time.

このように回路用TFTのゲート電極引き出し部が半導体層からはみ出ないように設置し、かつボディコンタクト領域239をリング状部分235bで取り囲む構造とするので、半導体層端をゲート電極引き出し部が覆う構造とならない。そのため、この部位での電界による破壊が起こらず、高い歩留まりが実現できる。特に低電圧化のためにゲート絶縁膜を薄膜化する場合には、本実施形態の構造による、半導体層端での破壊防止が効果的であり、メモリセルのメモリ膜もTFTのゲート絶縁膜もともに薄膜化することできるので、メモリ装置全体の低電圧化が可能となる。と同時に、メモリセル部のボディコンタクト領域139と拡散領域136・137、及びTFT部のボディコンタクト領域239と拡散領域236・237は、それぞれリング状部分135b、235bによって囲まれているため、第1実施形態で述べたように、ボディコンタクト領域と拡散領域の間に逆方向バイアスがかかってもリーク電流を極力抑えることができ、低消費電力の半導体記憶装置を得ることができる。   As described above, the gate electrode lead-out portion of the circuit TFT is installed so as not to protrude from the semiconductor layer, and the body contact region 239 is surrounded by the ring-shaped portion 235b, so that the gate electrode lead-out portion covers the end of the semiconductor layer. Not. For this reason, breakdown due to an electric field does not occur at this portion, and a high yield can be realized. In particular, when the gate insulating film is thinned to reduce the voltage, it is effective to prevent destruction at the edge of the semiconductor layer by the structure of this embodiment. Both the memory film of the memory cell and the gate insulating film of the TFT Since both can be thinned, the voltage of the entire memory device can be reduced. At the same time, the body contact region 139 and diffusion regions 136 and 137 in the memory cell portion and the body contact region 239 and diffusion regions 236 and 237 in the TFT portion are surrounded by the ring-shaped portions 135b and 235b, respectively. As described in the embodiment, even when a reverse bias is applied between the body contact region and the diffusion region, the leakage current can be suppressed as much as possible, and a semiconductor memory device with low power consumption can be obtained.

図10は、同一基板上にメモリセル部と回路用TFT(PMOSのみ例示)部を混載した場合の模式図を示し、(a)は平面図、(b)は点線部における断面図を示すが、ここでも説明の便宜上、TFT部はPMOSのみを示している。しかし、リソグラフィ及びイオン注入の組み合わせによりNMOSも形成することが可能である。またメモリセル部とTFT部は、半導体層101と201に分離して隣接する構造を図示しているが、実際には回路接続の必要に応じ、自由にレイアウトすればよい。また、半導体層101と201は分離せずに一体化していてもよい。なお、この図では層間絶縁膜や上部配線は図示省略している。
本実施形態の半導体記憶装置の製造にあたっては、まずガラス等の絶縁基板100上にCVD等の方法によって50nm程度の厚さのn型半導体層を堆積し、これをリソグラフィとエッチングによって適宜島状に加工する(図中101、201)。次に、例えばTFT部のゲート絶縁膜に相当するシリコン酸化膜(例えば、厚さ30nm〜100nm程度)と、タングステン等の金属からなるゲート電極材料膜を堆積し、これをリソグラフィとエッチングによって加工して、TFT部のゲート絶縁膜202とTFT部のゲート電極を引き出すリング状部分235bを有するゲート電極235aを形成する。
この時、リング状部分235bは半導体層201からはみ出ることなく設置されるので、少なくとも露光機の目合せズレ分、半導体層201端から後退させて設計しておく。また、ゲート電極を引き出すリング状部分235bはリング状になっており、このリングの内部は後にボディコンタクト領域239となる。
10A and 10B are schematic views in the case where a memory cell portion and a circuit TFT (only PMOS) are mounted on the same substrate, where FIG. 10A is a plan view and FIG. 10B is a cross-sectional view at a dotted line portion. Here, for convenience of explanation, only the PMOS is shown in the TFT portion. However, NMOS can also be formed by a combination of lithography and ion implantation. In addition, although the memory cell portion and the TFT portion are separated from each other and are adjacent to the semiconductor layers 101 and 201, in practice, the memory cell portion and the TFT portion may be freely laid out as required for circuit connection. Further, the semiconductor layers 101 and 201 may be integrated without being separated. In this figure, the interlayer insulating film and the upper wiring are not shown.
In manufacturing the semiconductor memory device of the present embodiment, first, an n-type semiconductor layer having a thickness of about 50 nm is deposited on an insulating substrate 100 such as glass by a method such as CVD, and this is appropriately formed into an island shape by lithography and etching. Processing (101 and 201 in the figure). Next, for example, a silicon oxide film (for example, a thickness of about 30 nm to 100 nm) corresponding to the gate insulating film of the TFT portion and a gate electrode material film made of metal such as tungsten are deposited and processed by lithography and etching. Thus, a gate electrode 235a having a ring-shaped portion 235b from which the gate insulating film 202 of the TFT portion and the gate electrode of the TFT portion are drawn is formed.
At this time, since the ring-shaped portion 235b is installed without protruding from the semiconductor layer 201, the ring-shaped portion 235b is designed to recede from the end of the semiconductor layer 201 by at least the misalignment of the exposure machine. Further, the ring-shaped portion 235b from which the gate electrode is drawn out has a ring shape, and the inside of this ring later becomes the body contact region 239.

次にメモリ膜として、やはりCVD等の周知の方法によって、例えばシリコン酸化膜からなる第一絶縁膜102を厚さ6nm、シリコン窒化膜からなる電荷蓄積絶縁膜103を厚さ10nm、シリコン酸化膜からなる第二絶縁膜104を厚さ10nmを堆積することによりメモリ膜を形成する。さらにタングステン等の金属からなるゲート電極材料膜を堆積した後、リソグラフィ及びエッチング技術によって、メモリセル部のメモリ膜(102〜104)とリング状のゲート電極引き出し部135bを有するゲート電極135aを加工する。
このメモリセル用のゲート電極135aもまた、半導体層101からはみ出ることなく設置されるので、少なくとも露光機の目合せズレ分、半導体層101端から後退させて設計しておく。ゲート電極を引き出すリング状部分135bはリング状になっており、このリングの内部は後にボディコンタクト領域139となる。
このゲート電極135a及びリング状部分135bの加工時に、TFT部のゲート電極側壁にサイドウォール状に、ゲート電極135のエッチング残りが発生しないように、異方性エッチングと等方的なエッチングの組み合わせによって加工するのが望ましい。またTFT部のゲート電極側壁部にはメモリ膜がサイドウォール状に形成される(図示略)が、TFTにおいては充分薄いものであり、機能上問題にはならない。
Next, as a memory film, the first insulating film 102 made of, for example, a silicon oxide film is formed with a thickness of 6 nm and the charge storage insulating film 103 made of a silicon nitride film is formed with a thickness of 10 nm using a known method such as CVD. A second insulating film 104 is deposited to a thickness of 10 nm to form a memory film. Further, after depositing a gate electrode material film made of a metal such as tungsten, the gate electrode 135a having the memory film (102 to 104) of the memory cell portion and the ring-shaped gate electrode lead portion 135b is processed by lithography and etching techniques. .
Since the gate electrode 135a for the memory cell is also installed without protruding from the semiconductor layer 101, the memory cell gate electrode 135a is designed to recede from the end of the semiconductor layer 101 by at least a misalignment of the exposure machine. The ring-shaped portion 135b from which the gate electrode is drawn out has a ring shape, and the inside of this ring later becomes the body contact region 139.
When processing the gate electrode 135a and the ring-shaped portion 135b, a combination of anisotropic etching and isotropic etching is used so that no etching residue of the gate electrode 135 occurs on the side wall of the gate electrode of the TFT portion. It is desirable to process. Further, a memory film is formed in a sidewall shape (not shown) on the gate electrode side wall portion of the TFT portion, but the TFT is sufficiently thin and does not cause a problem in terms of function.

しかる後に、リソグラフィ、不純物イオン注入、及びアニール技術によって、メモリセル部のp型拡散領域136、137、TFT部のp型拡散領域236、237、メモリセル部のn型ボディコンタクト領域139、TFT部のボディコンタクト領域239を形成する。なお、ここでは前の工程において、メモリ膜102〜104をゲート電極135A及びリング状部分135bの形状に加工したが、ゲート電極135及びリング状部分135bのみを所定形状に加工し、メモリ膜102〜104は全面に残しておいてもよい。その場合はこのメモリ膜が不純物イオン注入時の注入保護膜として働く。
次に全面に層間絶縁膜(図示略)を堆積し、リソグラフィとエッチングによってコンタクト孔を形成し、金属の埋め込みによって、メモリセル部及びTFT部の、拡散領域(ソース・ドレイン)上のコンタクトプラグ110、111、210、211、ゲート電極上のコンタクトプラグ113、213、ボディコンタクト領域上のコンタクトプラグ112、212が形成される。これらのプラグは層間絶縁膜上で金属配線により接続され(図示略)、メモリ回路が構成される。
Thereafter, by lithography, impurity ion implantation, and annealing techniques, p-type diffusion regions 136 and 137 in the memory cell portion, p-type diffusion regions 236 and 237 in the TFT portion, n-type body contact region 139 in the memory cell portion, and TFT portion Body contact region 239 is formed. Here, in the previous step, the memory films 102 to 104 are processed into the shape of the gate electrode 135A and the ring-shaped portion 135b. However, only the gate electrode 135 and the ring-shaped portion 135b are processed into a predetermined shape, and the memory films 102 to 104 are processed. 104 may be left on the entire surface. In this case, this memory film functions as an implantation protective film at the time of impurity ion implantation.
Next, an interlayer insulating film (not shown) is deposited on the entire surface, contact holes are formed by lithography and etching, and contact plugs 110 on the diffusion regions (source / drain) of the memory cell portion and TFT portion are buried by metal filling. , 111, 210, 211, contact plugs 113, 213 on the gate electrode, and contact plugs 112, 212 on the body contact region. These plugs are connected by metal wiring on the interlayer insulating film (not shown) to form a memory circuit.

なお上記においては、TFT部のゲート絶縁膜202とゲート電極235を形成した後、メモリセルのメモリ膜102〜104とゲート電極135を形成したが、逆に、メモリセルのメモリ膜102〜104とゲート電極135を形成した後にTFT部のゲート絶縁膜202とゲート電極235を形成してもよい。この場合は、TFT用のゲート絶縁膜材料がメモリセル部のゲート電極135の側壁にサイドウォール状に残るが、充分に薄いものであり機能上問題にならない。また、上記実施形態では省略したが、周知の方法により、TFTの拡散領域の、ゲート電極側の端に、拡散領域よりも薄いp型(NMOSでは薄いn型)領域、いわゆるLDD領域を設けてもよく、TFTの耐圧を向上することができる。
以上により、特殊なプロセスを用いることなく、容易に低消費電力半導体記憶装置を製造することができる。なお、本実施形態においても、TFTの拡散領域の、ゲート電極側の端に、拡散領域よりも薄いp型(NMOSでは薄いn型)領域、いわゆるLDD領域を設けてもよく、TFTの耐圧を向上することができる。
なお、上記第1実施形態と本第2実施形態とを組み合わせて、メモリセル部とTFT部の一方を第1実施形態、もう一方を第2実施形態に沿って形成することも可能である。
また、第1実施形態同様、特に、ガラス基板等の耐熱性の低い基板を用いて低温プロセスで半導体装置を形成する場合には、メモリセルはp型デバイスとして形成することが、より好ましい。これにより、n型デバイスとしてメモリセルを形成した場合よりも、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
In the above description, after the gate insulating film 202 and the gate electrode 235 of the TFT portion are formed, the memory films 102 to 104 and the gate electrode 135 of the memory cell are formed. After forming the gate electrode 135, the gate insulating film 202 and the gate electrode 235 in the TFT portion may be formed. In this case, the gate insulating film material for TFT remains in a sidewall shape on the side wall of the gate electrode 135 of the memory cell portion, but it is sufficiently thin and does not cause a problem in terms of function. Although omitted in the above embodiment, a p-type (thin n-type thin in NMOS) region, a so-called LDD region, which is thinner than the diffusion region, is provided at the gate electrode side end of the TFT diffusion region by a known method. The breakdown voltage of the TFT can be improved.
As described above, a low power consumption semiconductor memory device can be easily manufactured without using a special process. Also in this embodiment, a p-type (thin n-type in NMOS) region, a so-called LDD region, which is thinner than the diffusion region, may be provided at the end of the TFT diffusion region on the gate electrode side. Can be improved.
It is also possible to combine the first embodiment and the second embodiment to form one of the memory cell portion and the TFT portion along the first embodiment and the other along the second embodiment.
As in the first embodiment, in particular, when a semiconductor device is formed by a low temperature process using a substrate having low heat resistance such as a glass substrate, it is more preferable to form the memory cell as a p-type device. Thereby, it is possible to obtain a semiconductor device with higher reliability than when a memory cell is formed as an n-type device.

本発明の第1実施形態の半導体記憶装置のメモリセルの概略図であり、(a)は鳥瞰図、(b)は平面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic of the memory cell of the semiconductor memory device of 1st Embodiment of this invention, (a) is a bird's-eye view, (b) is a top view. 本発明の第1実施形態の半導体記憶装置のメモリセルの断面概略図であり、(a)は図1の点線A―A‘における断面図、(b)は点線B−B’における断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of a memory cell of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, where (a) is a cross-sectional view taken along a dotted line AA ′ in FIG. 1 and (b) is a cross-sectional view taken along a dotted line BB ′. is there. ゲート電極が半導体層端を跨ぐように設置された場合の半導体記憶装置の概略図であり、(a)は平面図、(b)は点線C−C’における断面図である。2A and 2B are schematic views of a semiconductor memory device in a case where a gate electrode is installed so as to straddle a semiconductor layer end, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a dotted line C-C ′. ゲート電極が半導体層上からはみ出ることなく設置され、かつゲート電極が拡散領域とボディコンタクト領域を分断していない構造の半導体記憶装置の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a semiconductor memory device having a structure in which a gate electrode is installed without protruding from a semiconductor layer and the gate electrode does not divide a diffusion region and a body contact region. 本発明の第1実施形態の半導体記憶装置の製造方法を表す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の点線部における断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic showing the manufacturing method of the semiconductor memory device of 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the dotted-line part of (a). 本発明の第1実施形態の半導体記憶装置の製造方法を表す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の点線部における断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic showing the manufacturing method of the semiconductor memory device of 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the dotted-line part of (a). 本発明の第1実施形態の半導体記憶装置の製造方法を表す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の点線部における断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic showing the manufacturing method of the semiconductor memory device of 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the dotted-line part of (a). 本発明の第1実施形態の半導体記憶装置の製造方法を表す概略図であり、(a)は平面図、(b)は(a)の点線部における断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic showing the manufacturing method of the semiconductor memory device of 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the dotted-line part of (a). 本発明の第2実施形態の半導体記憶装置のメモリセルの概略図であり、(a)は平面図、(b)は点線における断面図である。It is the schematic of the memory cell of the semiconductor memory device of 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in a dotted line. 本発明の第2実施形態の半導体記憶装置のメモリセルとTFTの概略図であり、(a)は平面図、(b)は点線における断面図である。It is the schematic of the memory cell and TFT of the semiconductor memory device of 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in a dotted line. 従来の絶縁基板上の半導体記憶装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor memory device on the conventional insulating substrate. ボディコンタクトを有する、従来の絶縁基板上の半導体記憶装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor memory device on the conventional insulating substrate which has a body contact.

符号の説明Explanation of symbols

100 絶縁基板
101 シリコン層
102 第一絶縁膜
103 電荷蓄積膜
104 第二絶縁膜
105 135 ゲート電極
106 107 136 137 拡散領域(ソース・ドレイン領域)
108 チャネル領域
109 139 ボディコンタクト領域
110 111 ソース・ドレインコンタクト
112 ゲートコンタクト
113 ボディコンタクト
114 半導体層のエッヂ部とゲート電極のオーバーラップ部
114a ゲート電極とオーバーラップした半導体層エッヂ部の上端
114b ゲート電極とオーバーラップした半導体層エッヂ部の下端
115 拡散領域とボディコンタクト領域の間に流れる逆方向リーク電流
116 フォトレジスト
202 回路用TFTのゲート絶縁膜
205 235 回路用TFTのゲート電極
206 207 236 237 回路用TFTの拡散領域(ソース・ドレイン領域)
209 239 回路用TFTのボディコンタクト領域
210 211 回路用TFTのソース・ドレインコンタクト
212 回路用TFTのゲートコンタクト
100 Insulating substrate 101 Silicon layer 102 First insulating film 103 Charge storage film 104 Second insulating film 105 135 Gate electrode 106 107 136 137 Diffusion region (source / drain region)
108 channel region 109 139 body contact region 110 111 source / drain contact 112 gate contact 113 body contact 114 edge portion of semiconductor layer and overlap portion 114a of gate electrode 114b upper end 114b of semiconductor layer edge portion overlapped with gate electrode gate electrode Bottom edge 115 of overlapping semiconductor layer edge portion 115 Reverse leakage current 116 flowing between diffusion region and body contact region Photoresist 202 Gate insulating film 205 of circuit TFT Gate electrode 206 207 236 237 Circuit TFT Diffusion region (source / drain region)
209 239 Circuit TFT body contact region 210 211 Source / drain contact 212 of circuit TFT Gate contact of circuit TFT

Claims (11)

絶縁体上に形成された第1導電型の半導体層と、
前記半導体層上に形成された電荷蓄積機能を有する電荷蓄積膜及び前記電荷蓄積膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の下方の前記半導体層に形成されたチャネル領域と、
前記チャネル領域の両側に、前記半導体層内に形成された第2導電型の拡散領域と、
前記半導体層を延長して形成した第1導電型のボディコンタクト領域と、
前記延長した半導体層上に前記ゲート電極を延長し、前記ボディコンタクト領域と、前記チャネル領域の両側の拡散領域を分離するゲート電極引き出し部と
を備える半導体記憶装置。
A first conductivity type semiconductor layer formed on an insulator;
A charge storage film having a charge storage function formed on the semiconductor layer and a gate electrode formed on the charge storage film;
A channel region formed in the semiconductor layer below the gate electrode;
A diffusion region of a second conductivity type formed in the semiconductor layer on both sides of the channel region;
A body contact region of a first conductivity type formed by extending the semiconductor layer;
A semiconductor memory device comprising: the gate electrode extended on the extended semiconductor layer; and the body contact region and a gate electrode lead portion for separating diffusion regions on both sides of the channel region.
前記第1導電型の半導体層がn型半導体であり、前記ゲート電極が、前記n型半導体のフェルミレベルよりも低く前記n型半導体層の荷電子帯上端よりも高いようなフェルミレベルを有する材質から成る請求項1に記載の半導体記憶装置。   The first conductivity type semiconductor layer is an n-type semiconductor, and the gate electrode has a Fermi level that is lower than the Fermi level of the n-type semiconductor and higher than the upper end of the valence band of the n-type semiconductor layer. The semiconductor memory device according to claim 1, comprising: 前記第1導電型の半導体層がp型半導体であり、前記ゲート電極が、前記p型半導体のフェルミレベルよりも高く前記p型半導体層の伝導帯下端よりも低いようなフェルミレベルを有する材質から成る請求項1に記載の半導体記憶装置。   The first conductivity type semiconductor layer is a p-type semiconductor, and the gate electrode is made of a material having a Fermi level that is higher than the Fermi level of the p-type semiconductor and lower than the lower end of the conduction band of the p-type semiconductor layer. The semiconductor memory device according to claim 1. 前記絶縁体は、ガラス基板である請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。   The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the insulator is a glass substrate. 前記半導体層は島状に形成され、前記ゲート電極引き出し部の端部が前記島状半導体層の端部に一致するように形成した請求項1から4までのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。   5. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed in an island shape, and an end portion of the gate electrode lead-out portion is formed to coincide with an end portion of the island-shaped semiconductor layer. apparatus. 前記ゲート電極引き出し部は、前記ボディコンタクト領域を囲むように配置されるリング状部分を有する請求項1から4までのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。   5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the gate electrode lead portion has a ring-shaped portion disposed so as to surround the body contact region. 6. 前記電荷蓄積膜は、前記半導体層側より順に、第1の絶縁膜、電荷蓄積機能を有する絶縁体、及び第2の絶縁膜からなる請求項1から6までのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor according to any one of claims 1 to 6, wherein the charge storage film includes, in order from the semiconductor layer side, a first insulating film, an insulator having a charge storage function, and a second insulating film. Storage device. 前記ボディコンタクト領域は、前記ゲート電極引き出し部の下方の半導体層領域と近接するか、または前記ゲート電極引き出し部とオーバーラップしている部分を有する請求項1から7までのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 8. The device according to claim 1, wherein the body contact region has a portion that is close to a semiconductor layer region below the gate electrode lead portion or overlaps with the gate electrode lead portion. 9. Semiconductor memory device. 前記絶縁体上に、更にゲート絶縁膜、ゲート電極、第2導電型の拡散領域、チャネル領域及びボディコンタクト領域を有する薄膜トランジスタを形成した請求項1から8までのいずれか1項に記載の半導体記憶装置。   9. The semiconductor memory according to claim 1, wherein a thin film transistor further having a gate insulating film, a gate electrode, a second conductivity type diffusion region, a channel region, and a body contact region is formed on the insulator. apparatus. 前記ゲート電極から延長されたゲート電極引き出し部は、前記ボディコンタクト領域を囲むリング状部分を有する請求項9に記載の半導体記憶装置。   The semiconductor memory device according to claim 9, wherein the gate electrode lead portion extended from the gate electrode has a ring-shaped portion surrounding the body contact region. 絶縁体上に、半導体層、電荷蓄積機能を有する膜及びゲート電極材料を堆積する工程と、
前記半導体層、電荷蓄積機能を有する膜及びゲート電極材料をパターニングして、ソース領域とドレイン領域の間に配置されるゲート電極と、ソース・ドレイン領域とボディコンタクト領域を分離するゲート電極引き出し部を加工する工程と
を有する半導体記憶装置の製造方法。
Depositing a semiconductor layer, a film having a charge storage function, and a gate electrode material on the insulator;
Patterning the semiconductor layer, the film having a charge storage function, and the gate electrode material to form a gate electrode disposed between the source region and the drain region, and a gate electrode lead portion for separating the source / drain region and the body contact region A method of manufacturing a semiconductor memory device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302310A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Sharp Corp Memory element, semiconductor memory device and its operation method
JP2012069830A (en) * 2010-09-27 2012-04-05 Hitachi Ltd Semiconductor memory device and manufacturing method therefor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08172199A (en) * 1994-12-20 1996-07-02 Citizen Watch Co Ltd Semiconductor device and manufacture thereof
JPH1197693A (en) * 1997-09-19 1999-04-09 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JPH11340472A (en) * 1998-03-27 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and designing method there for, and storage medium
JP2004088101A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Integrated circuit chip and its manufacturing method
JP2007243171A (en) * 2006-02-10 2007-09-20 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP2007281481A (en) * 2006-04-10 2007-10-25 Samsung Electronics Co Ltd Semiconductor device with nonvolatile memory and its manufacturing method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08172199A (en) * 1994-12-20 1996-07-02 Citizen Watch Co Ltd Semiconductor device and manufacture thereof
JPH1197693A (en) * 1997-09-19 1999-04-09 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JPH11340472A (en) * 1998-03-27 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and designing method there for, and storage medium
JP2004088101A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Integrated circuit chip and its manufacturing method
JP2007243171A (en) * 2006-02-10 2007-09-20 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP2007281481A (en) * 2006-04-10 2007-10-25 Samsung Electronics Co Ltd Semiconductor device with nonvolatile memory and its manufacturing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302310A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Sharp Corp Memory element, semiconductor memory device and its operation method
JP2012069830A (en) * 2010-09-27 2012-04-05 Hitachi Ltd Semiconductor memory device and manufacturing method therefor

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