JP2010027921A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、周辺トランジスタの駆動特性の劣化を抑制できる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device capable of suppressing deterioration of drive characteristics of peripheral transistors.
近年、フラッシュメモリが記憶装置として様々な電子機器に用いられている。このフラッシュメモリは、記憶容量の大容量化のために、メモリセルおよびメモリセルを電気的に分離するための素子分離領域の微細化が推し進められている。 In recent years, flash memories are used in various electronic devices as storage devices. In the flash memory, miniaturization of an element isolation region for electrically isolating a memory cell and a memory cell has been promoted in order to increase a storage capacity.
素子分離領域は、STI(Shallow Trench Isolation)構造となっており、これまでは例えばTEOS(Tetraethoxysilane、テトラエトキシシラン)やBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)などの酸化シリコンがCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、STI溝内に埋め込まれていた。しかし、微細化のためにSTI溝が非常に狭くなると、埋め込み材がSTI溝に十分埋め込まれず、埋め込み不良が発生してしまう。 The element isolation region has an STI (Shallow Trench Isolation) structure. For example, silicon oxide such as TEOS (Tetraoxysilane, Tetraethoxysilane) and BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) has been formed by CVD (Chemical Vapor Deposition). Used to be embedded in the STI trench. However, if the STI trench becomes very narrow due to miniaturization, the filling material is not sufficiently buried in the STI trench, and a filling failure occurs.
このような埋め込み不良を防止するため、例えばポリシラザン系の塗布型シリコン酸化膜をSTI溝に埋め込むようになってきた(例えば、特許文献1参照)。 In order to prevent such embedding defects, for example, a polysilazane-based coated silicon oxide film has been embedded in the STI trench (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、塗布型シリコン酸化膜においては、溶媒中に含まれていた炭素(C)などの有機物がシリコン酸化膜中に残存し、製造プロセスにおける熱処理によって残存した炭素(C)が素子分離絶縁膜と、周辺回路領域に形成される高耐圧系の周辺トランジスタのチャネル領域と、の境界領域で拡散し、その領域で固定電荷トラップを形成する可能性がある。 However, in the coated silicon oxide film, organic substances such as carbon (C) contained in the solvent remain in the silicon oxide film, and the carbon (C) remaining by the heat treatment in the manufacturing process is separated from the element isolation insulating film. There is a possibility that diffusion will occur at the boundary region between the channel region of the high breakdown voltage peripheral transistor formed in the peripheral circuit region and a fixed charge trap will be formed in that region.
トランジスタのチャネル幅が大きい場合には、固定電荷トラップがトランジスタの特性に与える影響は小さい。しかし、この影響はチャネル幅が小さくなるにしたがって大きくなり、固定電荷トラップに起因したリーク電流が増加し、トランジスタの閾値が低下する、という問題がある。このようなトランジスタの閾値の低下はトランジスタの誤動作の原因となり、トランジスタの駆動特性の劣化につながる。 When the channel width of the transistor is large, the influence of the fixed charge trap on the transistor characteristics is small. However, this effect increases as the channel width decreases, and there is a problem that the leakage current due to the fixed charge trap increases and the threshold value of the transistor decreases. Such a decrease in the threshold value of the transistor causes a malfunction of the transistor, leading to deterioration of the driving characteristics of the transistor.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周辺トランジスタの駆動特性の劣化を抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing deterioration of drive characteristics of peripheral transistors.
本願発明の一態様によれば、半導体基板と、前記半導体基板の素子形成領域を取り囲むよう形成された素子分離絶縁膜と、前記素子形成領域内に配置されたトランジスタと、を備え、前記トランジスタは、前記素子形成領域内に設けられた第1および第2の拡散層と、前記第1および第2の拡散層の間に設けられたチャネル領域と、前記チャネル領域の表面に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、を有し、前記素子形成領域と前記素子分離絶縁膜との境界部における前記ゲート電極のゲート長が前記素子形成領域の中央部における前記ゲート電極のゲート長よりも長いこと、を特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an element isolation insulating film formed so as to surround an element formation region of the semiconductor substrate, and a transistor disposed in the element formation region, the transistor includes: The first and second diffusion layers provided in the element formation region, the channel region provided between the first and second diffusion layers, and the gate insulation provided on the surface of the channel region And a gate electrode disposed on the gate insulating film, wherein a gate length of the gate electrode at a boundary portion between the element forming region and the element isolation insulating film is at a central portion of the element forming region. A semiconductor device is provided that is longer than the gate length of the gate electrode.
また、本願発明の一態様によれば、第1および第2の素子形成領域を有する半導体基板と、前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域との間に設けられた素子分離絶縁膜と、前記第1の素子形成領域内に配置された第1のトランジスタであって、前記第1の素子形成領域内に設けられた第1および第2の拡散層と、前記第1および前記第2の拡散層の間に設けられた第1のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた第1のゲート電極とを有する第1のトランジスタと、前記第2の素子形成領域内に配置された第2のトランジスタであって、前記第2の素子形成領域内に設けられた第3および第4の拡散層と、前記第3および前記第4の拡散層の間に設けられた第2のチャネル領域と、前記第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた第2のゲート電極とを有する第2のトランジスタと、を備え、前記第1および前記第2の素子形成領域は前記第1および前記第2のゲート電極のゲート幅方向に隣接して配置され、前記第1および前記第2のゲート電極は前記ゲート幅方向において前記素子分離絶縁膜上で連結されており、前記第1の素子形成領域と前記素子分離絶縁膜との第1の境界部における前記第1のゲート電極の第1のゲート長が、前記第1の素子形成領域中央部における前記第1のゲート電極の第2のゲート長よりも長く、前記第2の素子形成領域と前記素子分離絶縁膜との第2の境界部における前記第2のゲート電極の第3のゲート長が、前記第2の素子形成領域中央部における前記第2のゲート電極の第4のゲート長よりも長いこと、を特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate having first and second element formation regions, and an element isolation provided between the first element formation region and the second element formation region An insulating film; a first transistor disposed in the first element formation region; first and second diffusion layers provided in the first element formation region; A first channel region provided between the second diffusion layers; a first gate insulating film formed on the first channel region; and provided on the first gate insulating film. A first transistor having a first gate electrode; and a second transistor disposed in the second element formation region, wherein the third and second transistors are disposed in the second element formation region. 4 diffusion layers and between the third and fourth diffusion layers A second channel region, a second gate insulating film formed on the second channel region, and a second gate electrode provided on the second gate insulating film. The first and second element formation regions are arranged adjacent to each other in the gate width direction of the first and second gate electrodes, and the first and second gate electrodes Are coupled on the element isolation insulating film in the gate width direction, and a first gate of the first gate electrode at a first boundary between the first element formation region and the element isolation insulating film The length is longer than the second gate length of the first gate electrode at the center of the first element formation region, and at the second boundary between the second element formation region and the element isolation insulating film. A third of the second gate electrode; Over preparative length, the second is longer than the fourth gate length of the gate electrode in the second element forming region central, is wherein a is provided.
また、本願発明の一態様によれば、半導体基板と、前記半導体基板の素子形成領域を取り囲むよう形成された素子分離絶縁膜と、前記素子形成領域内に配置されたトランジスタと、を備え、前記トランジスタは、前記素子形成領域内に設けられた一対の拡散層と、前記一対の拡散層の間に形成されたチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、を有し、前記ゲート電極は前記素子分離絶縁膜上に延出し、前記ゲート電極下の素子形成領域の幅は、前記拡散層が設けられた素子形成領域の幅より広いこと、を特徴とする半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an element isolation insulating film formed so as to surround an element formation region of the semiconductor substrate, and a transistor disposed in the element formation region, The transistor includes a pair of diffusion layers provided in the element formation region, a channel region formed between the pair of diffusion layers, a gate insulating film formed on the channel region, and the gate insulating film A gate electrode disposed above the gate electrode, the gate electrode extending on the element isolation insulating film, and a width of the element formation region under the gate electrode is equal to that of the element formation region provided with the diffusion layer. A semiconductor device characterized by being wider than the width is provided.
また、本願発明の一態様によれば、第1および第2の素子形成領域を有する半導体基板と、前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域との間に設けられた素子分離絶縁膜と、前記第1の素子形成領域内に配置された第1のトランジスタであって、前記第1の素子形成領域内に設けられた第1および第2の拡散層と、前記第1および前記第2の拡散層の間に設けられた第1のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた第1のゲート電極とを有する第1のトランジスタと、前記第2の素子形成領域内に配置された第2のトランジスタであって、前記第2の素子形成領域内に設けられた第3および第4の拡散層と、前記第3および前記第4の拡散層の間に設けられた第2のチャネル領域と、前記第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた第2のゲート電極とを有する第2のトランジスタと、を備え、前記第1および前記第2の素子形成領域は前記第1および前記第2のゲート電極のゲート幅方向に隣接して配置され、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極は、前記第1および第2のゲート電極それぞれのゲート長方向にずれて配置され、前記素子分離絶縁膜上で連結されたこと、を特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate having first and second element formation regions, and an element isolation provided between the first element formation region and the second element formation region An insulating film; a first transistor disposed in the first element formation region; first and second diffusion layers provided in the first element formation region; A first channel region provided between the second diffusion layers; a first gate insulating film formed on the first channel region; and provided on the first gate insulating film. A first transistor having a first gate electrode; and a second transistor disposed in the second element formation region, wherein the third and second transistors are disposed in the second element formation region. 4 diffusion layers and between the third and fourth diffusion layers A second channel region, a second gate insulating film formed on the second channel region, and a second gate electrode provided on the second gate insulating film. The first and second element formation regions are arranged adjacent to each other in the gate width direction of the first and second gate electrodes, and the first gate electrode and the second gate electrode The semiconductor device is characterized in that the first and second gate electrodes are shifted in the gate length direction of each of the first and second gate electrodes and connected on the element isolation insulating film.
本発明によれば、半導体装置における周辺トランジスタの駆動特性の劣化を抑制できる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the driving characteristics of peripheral transistors in a semiconductor device.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
(第1の実施の形態)
(基本構造)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置であるフラッシュ(不揮発性)メモリの全体構成の一例を示す図である。
(First embodiment)
(Basic structure)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the entire configuration of a flash (nonvolatile) memory that is a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
フラッシュメモリは、メモリセル領域を構成するメモリセルアレイ100と、その周辺に配置され周辺回路領域を構成するワード線・セレクトゲート線ドライバ101、センスアンプ回路102および制御回路103などの周辺回路と、からなる。メモリセルアレイ100には複数のメモリセルが設けられる。また、周辺回路内には複数の高耐圧系または低耐圧系MIS(Metal−Insulator−Semiconductor)トランジスタが設けられる。
The flash memory includes a
図2〜図4を用いて、本実施の形態において周辺回路内に設けられたnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタHVTrの基本構造について説明する。図2は、高耐圧系MISトランジスタの平面構造を示す平面図である。また、図3は図2のA−A線に沿う断面構造を示す断面図、図4は図2のB−B線に沿う断面構造を示す断面図である。 The basic structure of the n-channel high breakdown voltage MIS transistor HVTr provided in the peripheral circuit in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view showing a planar structure of the high breakdown voltage MIS transistor. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line BB in FIG.
20V〜30V程度の電圧を発生するnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタHVTrは、第1導電型(p型)の半導体(シリコン)基板の周辺回路領域に形成された素子形成領域(アクティブ領域、活性領域)AA内に設けられる。この素子形成領域AAは素子分離領域STIに取り囲まれることにより区画形成されている。 An n-channel high breakdown voltage MIS transistor HVTr that generates a voltage of about 20V to 30V is an element formation region (active region, formed in a peripheral circuit region of a first conductivity type (p-type) semiconductor (silicon) substrate. Active region) provided in AA. The element formation region AA is partitioned by being surrounded by the element isolation region STI.
素子形成領域AA内の半導体基板1内には、高耐圧系MISトランジスタHVTrのソースおよびドレインとなり、第1導電型とは逆の導電型を示す第2導電型(n型)の2つの不純物拡散層2が設けられる。
In the
この2つの拡散層2間の半導体基板1上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3を介して高耐圧系MISトランジスタHVTrのゲート電極4が設けられる。また、素子形成領域AA内には、拡散層2に導通する拡散層コンタクト6が複数設けられる。
On the
素子分離領域STI内には、半導体基板1の表面に素子分離絶縁膜5が埋め込まれている。この素子分離絶縁膜5は、例えば、ポリシラザン系の塗布型シリコン酸化膜などから構成されている。この塗布型シリコン酸化膜からなる素子分離絶縁膜5は、炭素(C)などの有機物を含有している。
An element
本実施の形態では、図2〜図4に示すように、素子形成領域AAと素子分離領域STIとの境界部Cにおけるゲート電極4のゲート長(チャネル長)LG2が、素子形成領域AAの中央部におけるゲート電極Aのゲート長LG1より長く形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, the gate length (channel length) LG2 of the
素子分離絶縁膜5が有機物を含む塗布型絶縁膜から構成される場合、その有機物により、ゲート電極4下のチャネル領域の素子分離絶縁膜5との境界領域において素子分離絶縁膜5に沿って固定電荷トラップが形成される。図5は、従来の高耐圧系MISトランジスタの平面構造を示す平面図である。図6は、従来の高耐圧系MISトランジスタにおいてゲート幅を変化させた場合の高耐圧系MISトランジスタの閾値の変化の一例を示す特性図である。図7は、従来の高耐圧系MISトランジスタにおけるゲート幅と閾値との相関関係を説明するための特性図である。図8は、従来の高耐圧系MISトランジスタにおいてゲート幅を変化させた場合のリーク電流の変化の一例を示す特性図である。図9は、従来の高耐圧系MISトランジスタにおけるゲート幅とリーク電流との相関関係を説明するための特性図である。
When the element
上述した固定電荷トラップの影響により、図5に示すような従来の高耐圧系MISトランジスタ構造では、ゲート(チャネル)幅が小さくなるにつれて、図6および図7に示すように閾値電圧が低下し、また、図8および図9に示すようにオフリーク電流が増加する。このような閾値の低下およびオフリーク電流の増加は高耐圧系MISトランジスタの誤動作の原因となり、高耐圧系MISトランジスタの駆動特性の劣化につながる。 Due to the influence of the fixed charge trap described above, in the conventional high voltage MIS transistor structure as shown in FIG. 5, as the gate (channel) width becomes smaller, the threshold voltage decreases as shown in FIGS. Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the off-leakage current increases. Such a decrease in threshold and an increase in off-leakage current cause a malfunction of the high voltage MIS transistor, leading to deterioration of the drive characteristics of the high voltage MIS transistor.
本実施の形態にかかる高耐圧系MISトランジスタHVTrによれば、図2に示すように、ゲート電極4のゲート長を、素子分離絶縁膜5との境界部分において長く設けることで、素子分離絶縁膜5に含まれる有機物に起因した固定電荷トラップの影響を緩和でき、高耐圧系MISトランジスタにおける閾値の低下およびオフリーク電流の増加を抑制できる。したがって、本実施の形態にかかる高耐圧系MISトランジスタHVTrによれば、固定電荷トラップの影響による駆動特性の劣化が抑制された高耐圧系MISトランジスタHVTrを提供することができる。
According to the high voltage MIS transistor HVTr according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the gate length of the
以下、上記の基本構造に基づく幾つかの実施例について説明する。 Several embodiments based on the above basic structure will be described below.
(第1実施例)
図10は、フラッシュ(不揮発性)メモリに用いられる周辺トランジスタである図5に示したnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタをアレイ状に配列し、ゲート電極4をゲート幅方向に直線的に直列につないだ場合の平面構造を示す平面図である。なお、図10において、図2と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。図2に示したnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタをこのようにアレイ状に配列した場合においても、図2の例と同様に、各高耐圧系MISトランジスタHVTrにおいて有機物に起因する固定電荷トラップの影響を緩和でき、高耐圧系MISトランジスタにおける閾値の低下を抑制できる。したがって、本実施例によれば、固定電荷トラップの影響による駆動特性の劣化が抑制された高品質の半導体装置を提供することができる。
(First embodiment)
FIG. 10 shows an array of the n-channel type high breakdown voltage MIS transistors shown in FIG. 5 which are peripheral transistors used in a flash (nonvolatile) memory, and the
図10に示す構造の場合、ゲート電極4が共通する素子形成領域AA間においてフィールド間の反転が生じる。すなわち、構造上、ゲート電極4が共通する素子形成領域AA間においては仮想的なトランジタが構成され、素子形成領域AA間でリーク電流が発生する。そして、素子形成領域AA間のゲート電極4のゲート長が長いほど、このリーク電流は増加する。
In the case of the structure shown in FIG. 10, inversion between fields occurs between the element formation regions AA where the
そこで、このリーク電流の発生を抑制するために、ローデコーダのようなトランジスタ密集領域においては、図10に示すようにゲート電極4が繋がった素子形成領域AA間の領域Dのゲート電極4のゲート長LG3をゲート長LG2よりも短くする。したがって、図9に示すように領域Dのゲート電極4はくびれた形状とされる。これにより、ゲート電極4が繋がった素子形成領域AA間でのフィールド間の反転を弱め、ゲート電極4が共通する素子形成領域AA間におけるリーク電流を低減することができる。
Therefore, in order to suppress the occurrence of this leakage current, in a transistor dense region such as a row decoder, the gate of the
(第2実施例)
図11は、第2実施例にかかるnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタの平面構造を示す平面図である。なお、図11において、図2と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。第2実施例にかかる高耐圧系MISトランジスタでは、素子分離領域STIとの境界部におけるゲート電極4のゲート長LG2が、素子形成領域AA中央部のゲート長LG1より長く形成された構造で、素子形成領域AA内におけるソース側またはドレイン側のいずれか一方側のゲート電極4の端部が直線状に形成されている。
(Second embodiment)
FIG. 11 is a plan view showing a planar structure of an n-channel high voltage MIS transistor according to the second embodiment. In FIG. 11, the same members as those in FIG. In the high breakdown voltage MIS transistor according to the second embodiment, the gate length LG2 of the
ゲート電極4のゲート長が長くなる場合には、トランジスタの駆動電流が多少減少することになる。しかしながら、上記のような構成とすることにより、ゲート長の増大によるトランジスタの駆動電流の減少を抑制しつつ、図2の例と同様に素子分離絶縁膜5に含まれる有機物に起因した固定電荷トラップの影響を緩和でき、高耐圧系MISトランジスタにおける閾値の低下を抑制できる。
When the gate length of the
また、拡散層2の面内方向におけるゲート電極4と拡散層コンタクト6との配置マージンMは、ソース側とドレイン側略同一とされるため、上記のような構成とすることにより、ゲート長方向における素子形成領域AAの長さを短くすることができ、素子形成領域AAの狭面積化を図ることができる。
In addition, the arrangement margin M between the
(第3実施例)
図12は、同一電位で制御されて不揮発性半導体メモリに用いられる周辺トランジスタである図11に示した第2実施例にかかるnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタをアレイ状に配列し、ゲート電極4を直列に繋いだ場合の平面構造を示す平面図である。なお、図12において、図11と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。図11に示したnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタをこのようにアレイ状に配列した場合においても、第2実施例の場合と同様に、各高耐圧系MISトランジスタHVTrにおいて、素子分離絶縁膜5に含まれる有機物に起因する固定電荷トラップの影響を緩和でき、高耐圧系MISトランジスタにおける閾値の低下を抑制できる。したがって、本実施例によれば、固定電荷トラップの影響による駆動特性の劣化が抑制された高品質の半導体装置を提供することができる。
(Third embodiment)
FIG. 12 shows an array of n-channel type high breakdown voltage MIS transistors according to the second embodiment shown in FIG. 11, which are peripheral transistors controlled in the same potential and used in a nonvolatile semiconductor memory, and have gate electrodes. It is a top view which shows the planar structure at the time of connecting 4 in series. In FIG. 12, the same members as those in FIG. Even when the n-channel type high breakdown voltage MIS transistors shown in FIG. 11 are arranged in an array like this, as in the case of the second embodiment, in each high breakdown voltage MIS transistor HVTr, the element
図11に示した第2実施例にかかる高耐圧系MISトランジスタをアレイ状に配列する際には、図12の上段に示すように、隣接する高耐圧系MISトランジスタにおいて、ゲート電極4を介して同じ側(ソース側またはドレイン側)の片側のみ、ゲート電極4のゲート長およびチャネル長を長く設けてもよい。また、図12の下段に示すように、隣接する高耐圧系MISトランジスタにおいて、ゲート電極4を介してお互いに異なる側(ソース側とドレイン側)の片側のみ、ゲート電極4のゲート長およびチャネル長を長く設けてもよい。
When the high breakdown voltage MIS transistors according to the second embodiment shown in FIG. 11 are arranged in an array, as shown in the upper stage of FIG. Only one side of the same side (source side or drain side) may be provided with a long gate length and channel length of the
また、素子形成領域AAの狭面積化が可能なnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタをアレイ状に配列することで、周辺回路領域の狭面積化を図ることができる。 Further, by arranging n-channel type high breakdown voltage MIS transistors capable of reducing the area of the element formation region AA in an array, the area of the peripheral circuit region can be reduced.
(第2の実施の形態)
(基本構造)
図13は、本発明の第2の実施の形態にかかるnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタHVTrの基本構造を説明するための図であり、高耐圧系MISトランジスタの平面構造を示す平面図である。また、図14は図13のG−G線に沿う断面構造を示す断面図、図15は図13のH−H線に沿う断面構造を示す断面図である。図13〜図15を用いて、本実施の形態の高耐圧系MISトランジスタHVTrの基本構造について説明する。なお、図13において、図2と同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。
(Second Embodiment)
(Basic structure)
FIG. 13 is a diagram for explaining a basic structure of an n-channel type high breakdown voltage MIS transistor HVTr according to the second embodiment of the present invention, and is a plan view showing a planar structure of the high breakdown voltage MIS transistor. is there. 14 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line GG in FIG. 13, and FIG. 15 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line H-H in FIG. The basic structure of the high voltage MIS transistor HVTr of this embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 13, the same members as those in FIG.
図13〜図15に示す高耐圧系MISトランジスタHVTrは、第1の実施の形態と同様に、第1導電型(p型)の半導体(シリコン)基板の周辺回路領域に形成された素子分離領域STIに取り囲まれた素子形成領域(アクティブ領域、第2の領域)AA内に設けられる。 The high breakdown voltage MIS transistor HVTr shown in FIG. 13 to FIG. 15 is an element isolation region formed in the peripheral circuit region of the first conductivity type (p-type) semiconductor (silicon) substrate, as in the first embodiment. An element formation region (active region, second region) AA surrounded by the STI is provided.
素子形成領域AA内の半導体基板1内には、高耐圧系MISトランジスタHVTrのソースおよびドレインとなる第1導電型とは逆の導電型を示す第2導電型(n型)の2つの拡散層2が設けられる。
In the
この2つの拡散層2間の半導体基板1上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3を介して高耐圧系MISトランジスタHVTrのゲート電極4が設けられる。また、素子形成領域AA内には、拡散層2に導通する拡散層コンタクト6が複数設けられる。
On the
素子分離領域STI内には、素子分離絶縁膜5が埋め込まれている。この素子分離絶縁膜5は、例えば、ポリシラザン系の塗布型シリコン酸化膜などから構成された絶縁膜で、炭素(C)などの有機物を含有している。
An element
本実施の形態にかかる高耐圧系MISトランジスタHVTrでは、図13〜図15に示すように、ゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAが、ゲート電極4の下部に対応しない領域の素子形成領域AAの外縁部よりもゲート幅方向において外方に張り出した領域Fを有する形状とされている。ここでは、外方に張り出した領域Fは、四角形状を呈する。すなわち、ゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAの幅WAA2が、ゲート電極4の下部に対応しない領域の素子形成領域AAの幅WAA1よりも長く設けられている。なお、チャネル伝導は、ゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAにおける幅WAA2の領域のうち、幅WAA1の領域で行われる。
In the high voltage MIS transistor HVTr according to the present embodiment, as shown in FIGS. 13 to 15, the element formation region AA corresponding to the lower portion of the
このような高耐圧系MISトランジスタHVTrによれば、ゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAの幅WAA2を、ゲート電極4の下部に対応しない領域の素子形成領域AAの幅WAA1よりも長くすることで、ゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAにおける幅WAA2の領域のうちの幅WAA1の領域で、素子分離絶縁膜5に含まれる有機物に起因する固定電荷トラップの影響を受けずにチャネル伝導が行われる。これにより、高耐圧系MISトランジスタHVTrにおける固定電荷トラップの影響による閾値の低下を抑制できる。すなわち、このような形状とすることで固定電荷トラップの影響を低減させ、固定電荷トラップの影響によるリーク電流の発生を抑制して閾値の低下を抑制することができる。したがって、本実施の形態にかかる高耐圧系MISトランジスタHVTrによれば、固定電荷トラップの影響による駆動特性の劣化が抑制された高耐圧系MISトランジスタHVTrを提供することができる。
According to such a high breakdown voltage MIS transistor HVTr, the width WAA2 of the element formation region AA corresponding to the lower portion of the
以下、上記の基本構造に基づく幾つかの実施例について説明する。 Several embodiments based on the above basic structure will be described below.
(第4実施例)
図16は、同一電位で制御されて不揮発性半導体メモリに用いられる周辺トランジスタである図13に示したnチャネル型の高耐圧系MISトランジスタHVTrをアレイ状に配列し、ゲート電極4を直列につないだ場合の平面構造を示す平面図である。図13に示した高耐圧系MISトランジスタHVTrを図16に示すようにアレイ状に配列した場合においても、図13の例と同様に、各高耐圧系MISトランジスタHVTrにおいて、素子分離絶縁膜5に含まれる有機物に起因する固定電荷トラップの影響を緩和でき、固定電荷トラップの影響によるリーク電流の発生を抑制して閾値の低下を抑制することができる。したがって、本実施例によれば、固定電荷トラップの影響による駆動特性の劣化が抑制された高品質の半導体装置を提供することができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 16 shows an array of n-channel high voltage MIS transistors HVTr shown in FIG. 13, which are peripheral transistors controlled in the same potential and used for a nonvolatile semiconductor memory, and
(第5実施例)
第4実施例において図16に示したように高耐圧系MISトランジスタHVTrをアレイ状に配列した場合、隣接する高耐圧系MISトランジスタ間のSTI底部のフィールド耐圧(素子分離耐圧)を維持し、素子分離特性を維持するためには、隣接する素子形成領域AAの外方に張り出した領域F間の最短距離αは、ある程度離れていることが好ましい。第5実施例では、この場合の高耐圧系MISトランジスタHVTrのレイアウトにおいて、面積効率を向上させるための実施例について説明する。
(5th Example)
In the fourth embodiment, when the high breakdown voltage MIS transistors HVTr are arranged in an array as shown in FIG. 16, the field breakdown voltage (element isolation breakdown voltage) at the bottom of the STI between adjacent high breakdown voltage MIS transistors is maintained. In order to maintain the isolation characteristics, it is preferable that the shortest distance α between the regions F projecting outward from the adjacent element formation regions AA is separated to some extent. In the fifth embodiment, an embodiment for improving the area efficiency in the layout of the high breakdown voltage MIS transistor HVTr in this case will be described.
図17は、同一電位で制御されて不揮発性半導体メモリに用いられる周辺トランジスタであって図13に示した高耐圧系MISトランジスタHVTrをアレイ状に配列し、ゲート電極4を直列につないだ場合の平面構造を示す平面図である。本実施例では、ゲート幅方向において隣接する高耐圧系MISトランジスタHVTrをゲート電極4のゲート長方向(図17におけるX方向)にずらして配置する。これにより、ゲート幅方向において隣接する高耐圧系MISトランジスタHVTrの素子形成領域AA間の距離を長く設定することなく、上述した領域F間の最短距離αを適正な距離だけ確保することができ、素子分離特性を維持することができる。
FIG. 17 is a peripheral transistor that is controlled at the same potential and used in a nonvolatile semiconductor memory. The high breakdown voltage MIS transistor HVTr shown in FIG. 13 is arranged in an array and the
また、図17の下段に示すように、ゲート電極4を分断した配置とすることも可能である。このようにゲート電極4を分断することで、トランジスタ間のSTI底部のフィールド耐圧(素子分離耐圧)が向上する。なお、ゲート電極4が分断されているため、ゲート電極4上に設けられる金属配線12とゲート電極コンタクト13とでゲート電極4との接続を行う。
Further, as shown in the lower part of FIG. 17, the
また、本実施例では、上述したように隣接する高耐圧系MISトランジスタHVTrをゲート電極4のゲート長方向(図17におけるX方向)にずらして配置することで発生する領域に基板コンタクトの素子形成領域AA−Cを設け、基板コンタクト11を配置する。これにより、従来は高耐圧系MISトランジスタHVTrの外周を囲うように配置していた基板コンタクトを高耐圧系MISトランジスタHVTrの配置領域内に配置することができ、周辺回路領域を効率良く使用することが可能である。
Further, in this embodiment, as described above, the element formation of the substrate contact is performed in the region generated by disposing the adjacent high voltage MIS transistor HVTr in the gate length direction of the gate electrode 4 (X direction in FIG. 17). Regions AA-C are provided and
ここで、本実施例の配置による周辺回路領域の効率的利用の効果について説明する。図18は、従来例の周辺回路領域における高耐圧系MISトランジスタHVTrの配置例を示す平面図である。図19は、本実施例の周辺回路領域における高耐圧系MISトランジスタHVTrの配置例を示す平面図である。図18においては、従来の高耐圧系MISトランジスタHVTrをX方向にm個、Y方向にn個だけ配置している。図19においては、図13に示す高耐圧系MISトランジスタHVTrをX方向にm個、Y方向にn個だけ配置している。 Here, the effect of the efficient use of the peripheral circuit area by the arrangement of the present embodiment will be described. FIG. 18 is a plan view showing an arrangement example of the high voltage MIS transistor HVTr in the peripheral circuit region of the conventional example. FIG. 19 is a plan view showing an arrangement example of the high breakdown voltage MIS transistor HVTr in the peripheral circuit region of the present embodiment. In FIG. 18, only m conventional high voltage MIS transistors HVTr are arranged in the X direction and n in the Y direction. In FIG. 19, only m high breakdown voltage MIS transistors HVTr shown in FIG. 13 are arranged in the X direction and n in the Y direction.
なお、ここでのX方向はゲート長方向(図18および図19のX方向)であり、Y方向は、ゲート幅方向(図18および図19のY方向)である。また、図18および図19において、a:素子形成領域AAが外方に張り出した領域FのY方向長さ、b:基板コンタクトの素子形成領域AA−Cと該素子形成領域AA−Cとの距離、c:基板コンタクトの素子形成領域AA−CのX方向長さ、である。そして、図18に示す従来の配置および図19に示す本実施例の配置における、高耐圧系MISトランジスタHVTrの配置領域の各寸法および面積は以下のようになる。 The X direction here is the gate length direction (X direction in FIGS. 18 and 19), and the Y direction is the gate width direction (Y direction in FIGS. 18 and 19). In FIGS. 18 and 19, a: the length in the Y direction of the region F where the element formation region AA protrudes outward, b: the element formation region AA-C of the substrate contact and the element formation region AA-C Distance, c: length in the X direction of the element formation region AA-C of the substrate contact. Then, in the conventional arrangement shown in FIG. 18 and the arrangement of this embodiment shown in FIG. 19, the dimensions and areas of the arrangement region of the high breakdown voltage MIS transistor HVTr are as follows.
(X方向寸法)
従来例:トータル長さL=2c+ml+(m+1)b
実施例:トータル長さL’=L−(c+b)=c+m(b+l)
したがって、配置領域のX方向寸法においては、(c+b)だけ削減可能である。
(Y方向寸法)
従来例:トータル長さW=(n−1)b+nw
実施例:トータル長さW’=(n−1)(a+b)+nw+2a
=(n+1)a+{(n−1)b+nw}
=W+(n+1)a
(面積)
従来例:S=LW
実施例:S’=L’W’={L−(b+c)}{W+(n+1)a}
(b+c)の項が(n+1)aの項より支配的となれば従来例の面積S=LWに対してトータル面積的に有利となる。
(Dimensions in X direction)
Conventional example: total length L = 2c + ml + (m + 1) b
Example: Total length L ′ = L− (c + b) = c + m (b + l)
Therefore, the dimension of the arrangement region in the X direction can be reduced by (c + b).
(Dimensions in the Y direction)
Conventional example: total length W = (n−1) b + nw
Example: Total length W ′ = (n−1) (a + b) + nw + 2a
= (N + 1) a + {(n-1) b + nw}
= W + (n + 1) a
(area)
Conventional example: S = LW
Example: S ′ = L′ W ′ = {L− (b + c)} {W + (n + 1) a}
If the term (b + c) becomes more dominant than the term (n + 1) a, the total area is advantageous over the area S = LW of the conventional example.
ここで、a=αb、c=γbとすると、 Here, if a = αb and c = γb,
デザインルールとしては、例えばγ=>1、α=0.02〜0.05が想定され、n数は32〜64とすると、上記の数式(1)において、分子は少なくとも2以上、分母は2未満となり、(b+c)>>(n+1)aと想定されるので、実施例においてはトータル面積的には削減も可能である。 As a design rule, for example, γ => 1, α = 0.02 to 0.05, and n number is 32 to 64, in the above formula (1), the numerator is at least 2 and the denominator is 2. Since (b + c) >> (n + 1) a is assumed, the total area can be reduced in the embodiment.
(第6実施例)
図20は、第6実施例にかかる高耐圧系MISトランジスタの平面構造を示す平面図である。第6実施例にかかる高耐圧系MISトランジスタでは、図20に示すように、ゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAが、ゲート幅方向におけるゲート電極4の下部に対応しない領域の素子形成領域AAの外縁部よりも外方に張り出した領域Fを有する形状とされている。そして、本実施例では、外方に張り出した領域Fは、三角形状とされている。
(Sixth embodiment)
FIG. 20 is a plan view showing a planar structure of a high voltage MIS transistor according to the sixth embodiment. In the high breakdown voltage MIS transistor according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 20, the element formation region AA corresponding to the lower portion of the
このような構成とした場合においても図13に示した高耐圧系MISトランジスタと同様に、高耐圧系MISトランジスタHVTrにおける、素子分離絶縁膜5に含まれる有機物に起因した固定電荷トラップの影響による閾値の低下を抑制できる。すなわち、ゲート幅方向におけるゲート電極4の下部に対応する素子形成領域AAがゲート電極4の下部に対応しない領域の素子形成領域AAの外縁部よりも外方に張り出した形状とすることで、固定電荷トラップの影響によるリーク電流の発生を抑制して閾値の低下を抑制することができる。
Even in such a configuration, similarly to the high breakdown voltage MIS transistor shown in FIG. 13, the threshold value due to the influence of the fixed charge trap caused by the organic matter contained in the element
(第7実施例)
図21は、同一電位で制御されて不揮発性半導体メモリに用いられる周辺トランジスタである図20に示した高耐圧系MISトランジスタHVTrをアレイ状に配列し、ゲート電極4を直列につないだ場合の平面構造を示す平面図である。高耐圧系MISトランジスタHVTrをアレイ状に配列した場合、隣接する高耐圧系MISトランジスタ間のSTI底部のフィールド耐圧(素子分離耐圧)を維持し、素子分離特性を維持するためには、隣接する素子形成領域AAの外方に張り出した領域F間の最短距離αは、ある程度離れていることが好ましい。
(Seventh embodiment)
FIG. 21 is a plan view when the high voltage MIS transistors HVTr shown in FIG. 20, which are peripheral transistors controlled in the same potential and used in the nonvolatile semiconductor memory, are arranged in an array and the
本実施例では、ゲート幅方向において隣接する高耐圧系MISトランジスタHVTrをゲート電極4のゲート長方向(図21におけるX方向)にずらして配置する。これにより、ゲート幅方向において隣接する高耐圧系MISトランジスタHVTrの素子形成領域AA間の距離を長く設定することなく、上述した領域F間の最短距離αを適正な距離だけ確保することができ、素子分離特性を維持することができる。
In the present embodiment, the high-breakdown-voltage MIS transistor HVTr adjacent in the gate width direction is shifted in the gate length direction (X direction in FIG. 21) of the
また、図21の下段に示すように、ゲート電極4を分断した配置とすることも可能である。このようにゲート電極4を分断することで、トランジスタ間のSTI底部のフィールド耐圧(素子分離耐圧)が向上する。なお、ゲート電極4が分断されているため、ゲート電極4上に設けられる金属配線12とゲート電極コンタクト13とでゲート電極4との接続を行う。
Further, as shown in the lower part of FIG. 21, the
また、本実施例では、上述したように隣接する高耐圧系MISトランジスタHVTrをゲート電極4のゲート長方向(図21におけるX方向)にずらして配置することで発生する領域に基板コンタクトの素子形成領域AA−Cを設け、基板コンタクト11を配置する。これにより、従来は高耐圧系MISトランジスタHVTrの外周を囲うように配置していた基板コンタクトを高耐圧系MISトランジスタHVTrの配置領域内に配置することができ、周辺回路領域を効率良く使用することが可能である。
Further, in this embodiment, as described above, the element formation of the substrate contact is performed in the region generated by disposing the adjacent high voltage MIS transistor HVTr in the gate length direction of the gate electrode 4 (X direction in FIG. 21). Regions AA-C are provided and
1 半導体基板、2 拡散層、3 ゲート絶縁膜、4 ゲート電極、5 素子分離絶縁膜、6 拡散層コンタクト、11 基板コンタクト、12 金属配線、13 ゲート電極コンタクト、100 メモリセルアレイ、101 ワード線・セレクトゲート線ドライバ、102 センスアンプ回路、103 制御回路、AA 素子形成領域、STI 素子分離領域。 1 semiconductor substrate, 2 diffusion layer, 3 gate insulating film, 4 gate electrode, 5 element isolation insulating film, 6 diffusion layer contact, 11 substrate contact, 12 metal wiring, 13 gate electrode contact, 100 memory cell array, 101 word line / select Gate line driver, 102 sense amplifier circuit, 103 control circuit, AA element formation region, STI element isolation region.
Claims (5)
前記半導体基板の素子形成領域を取り囲むよう形成された素子分離絶縁膜と、
前記素子形成領域内に配置されたトランジスタと、
を備え、
前記トランジスタは、
前記素子形成領域内に設けられた第1および第2の拡散層と、
前記第1および第2の拡散層の間に設けられたチャネル領域と、
前記チャネル領域の表面に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
を有し、
前記素子形成領域と前記素子分離絶縁膜との境界部における前記ゲート電極のゲート長が前記素子形成領域の中央部における前記ゲート電極のゲート長よりも長いこと、
を特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film formed so as to surround an element formation region of the semiconductor substrate;
A transistor disposed in the element formation region;
With
The transistor is
First and second diffusion layers provided in the element formation region;
A channel region provided between the first and second diffusion layers;
A gate insulating film provided on the surface of the channel region;
A gate electrode disposed on the gate insulating film;
Have
The gate length of the gate electrode at the boundary between the element formation region and the element isolation insulating film is longer than the gate length of the gate electrode at the center of the element formation region;
A semiconductor device characterized by the above.
前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域との間に設けられた素子分離絶縁膜と、
前記第1の素子形成領域内に配置された第1のトランジスタであって、前記第1の素子形成領域内に設けられた第1および第2の拡散層と、前記第1および前記第2の拡散層の間に設けられた第1のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた第1のゲート電極とを有する第1のトランジスタと、
前記第2の素子形成領域内に配置された第2のトランジスタであって、前記第2の素子形成領域内に設けられた第3および第4の拡散層と、前記第3および前記第4の拡散層の間に設けられた第2のチャネル領域と、前記第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた第2のゲート電極とを有する第2のトランジスタと、
を備え、
前記第1および前記第2の素子形成領域は前記第1および前記第2のゲート電極のゲート幅方向に隣接して配置され、前記第1および前記第2のゲート電極は前記ゲート幅方向において前記素子分離絶縁膜上で連結されており、
前記第1の素子形成領域と前記素子分離絶縁膜との第1の境界部における前記第1のゲート電極の第1のゲート長が、前記第1の素子形成領域中央部における前記第1のゲート電極の第2のゲート長よりも長く、
前記第2の素子形成領域と前記素子分離絶縁膜との第2の境界部における前記第2のゲート電極の第3のゲート長が、前記第2の素子形成領域中央部における前記第2のゲート電極の第4のゲート長よりも長いこと、
を特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having first and second element formation regions;
An element isolation insulating film provided between the first element formation region and the second element formation region;
A first transistor disposed in the first element formation region, the first and second diffusion layers provided in the first element formation region; the first and second A first channel region provided between the diffusion layers, a first gate insulating film formed on the first channel region, and a first gate provided on the first gate insulating film A first transistor having an electrode;
A second transistor disposed in the second element formation region, the third and fourth diffusion layers provided in the second element formation region; and the third and fourth A second channel region provided between the diffusion layers; a second gate insulating film formed on the second channel region; and a second gate provided on the second gate insulating film A second transistor having an electrode;
With
The first and second element formation regions are disposed adjacent to each other in the gate width direction of the first and second gate electrodes, and the first and second gate electrodes are arranged in the gate width direction. It is connected on the element isolation insulating film,
The first gate length of the first gate electrode at the first boundary between the first element formation region and the element isolation insulating film is equal to the first gate at the center of the first element formation region. Longer than the second gate length of the electrode,
The third gate length of the second gate electrode at the second boundary between the second element formation region and the element isolation insulating film is equal to the second gate at the center of the second element formation region. Longer than the fourth gate length of the electrode;
A semiconductor device characterized by the above.
を特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 The first gate length and the third gate length are equal, and the second gate length and the fourth gate length are equal;
The semiconductor device according to claim 2.
前記半導体基板の素子形成領域を取り囲むよう形成された素子分離絶縁膜と、
前記素子形成領域内に配置されたトランジスタと、
を備え、
前記トランジスタは、
前記素子形成領域内に設けられた一対の拡散層と、
前記一対の拡散層の間に形成されたチャネル領域と、
前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
を有し、
前記ゲート電極は前記素子分離絶縁膜上に延出し、前記ゲート電極下の素子形成領域の幅は、前記拡散層が設けられた素子形成領域の幅より広いこと、
を特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film formed so as to surround an element formation region of the semiconductor substrate;
A transistor disposed in the element formation region;
With
The transistor is
A pair of diffusion layers provided in the element formation region;
A channel region formed between the pair of diffusion layers;
A gate insulating film formed on the channel region;
A gate electrode disposed on the gate insulating film;
Have
The gate electrode extends on the element isolation insulating film, and the width of the element formation region under the gate electrode is wider than the width of the element formation region provided with the diffusion layer;
A semiconductor device characterized by the above.
前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域との間に設けられた素子分離絶縁膜と、
前記第1の素子形成領域内に配置された第1のトランジスタであって、前記第1の素子形成領域内に設けられた第1および第2の拡散層と、前記第1および前記第2の拡散層の間に設けられた第1のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた第1のゲート電極とを有する第1のトランジスタと、
前記第2の素子形成領域内に配置された第2のトランジスタであって、前記第2の素子形成領域内に設けられた第3および第4の拡散層と、前記第3および前記第4の拡散層の間に設けられた第2のチャネル領域と、前記第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた第2のゲート電極とを有する第2のトランジスタと、
を備え、
前記第1および前記第2の素子形成領域は前記第1および前記第2のゲート電極のゲート幅方向に隣接して配置され、
前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極は、前記第1および第2のゲート電極それぞれのゲート長方向にずれて配置され、前記素子分離絶縁膜上で連結されたこと、
を特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having first and second element formation regions;
An element isolation insulating film provided between the first element formation region and the second element formation region;
A first transistor disposed in the first element formation region, the first and second diffusion layers provided in the first element formation region; the first and second A first channel region provided between the diffusion layers, a first gate insulating film formed on the first channel region, and a first gate provided on the first gate insulating film A first transistor having an electrode;
A second transistor disposed in the second element formation region, the third and fourth diffusion layers provided in the second element formation region; and the third and fourth A second channel region provided between the diffusion layers; a second gate insulating film formed on the second channel region; and a second gate provided on the second gate insulating film A second transistor having an electrode;
With
The first and second element formation regions are disposed adjacent to each other in the gate width direction of the first and second gate electrodes;
The first gate electrode and the second gate electrode are arranged shifted in the gate length direction of each of the first and second gate electrodes and connected on the element isolation insulating film;
A semiconductor device characterized by the above.
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