JP2012028790A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、不揮発性半導体記憶装置をはじめとする半導体装置の構造、特に、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いたフラッシュメモリの構造に関するものである。また、この発明は、上記不揮発性半導体記憶装置が形成された、LSI等の半導体集積回路の構造に関するものである。 The present invention relates to the structure of a semiconductor device including a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to the structure of a flash memory using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. The present invention also relates to the structure of a semiconductor integrated circuit such as an LSI in which the nonvolatile semiconductor memory device is formed.
図46は、バルク基板(SOI基板ではない通常の半導体基板を意味する)を用いたフラッシュメモリの、メモリセルトランジスタの構造を模式的に示す断面図である。シリコン基板101の上面内に、対を成すソース領域102s及びドレイン領域102dが、互いに離間して形成されている。ソース領域102sとドレイン領域102dとによって挟まれる部分のシリコン基板101の上面上には、ゲート酸化膜103、フローティングゲート104、絶縁膜105、及びコントロールゲート106がこの順に積層された積層構造が形成されており、該積層構造の側面には、絶縁膜から成るサイドウォール107が形成されている。
FIG. 46 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a memory cell transistor in a flash memory using a bulk substrate (meaning a normal semiconductor substrate that is not an SOI substrate). A pair of
データの書き込み動作においては、例えばソース領域102sに接地電位を印加した状態で、ドレイン領域102d及びコントロールゲート106に高電圧を印加する。これにより、チャネル領域及びドレイン領域102dの近傍の高電界領域で発生したホットエレクトロンが、フローティングゲート104内に注入される。
In the data write operation, for example, a high voltage is applied to the
図47は、SOI基板を用いたフラッシュメモリの、メモリセルトランジスタの構造を模式的に示す断面図である。SOI基板108は、シリコン基板109、BOX(Buried OXide)層110、及びシリコン層111がこの順に積層された積層構造を成している。シリコン層111内には、シリコン層111の上面からBOX層110の上面に達する、完全分離型の素子分離絶縁膜112が、選択的に形成されている。素子分離絶縁膜112によって規定される素子形成領域内には、対を成すソース領域102s及びドレイン領域102dが、互いに離間して形成されている。ソース領域102s及びドレイン領域102dの底面は、BOX層110の上面に達している。
FIG. 47 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a memory cell transistor in a flash memory using an SOI substrate. The
また、ボディ領域、即ち、ソース領域102sとドレイン領域102dとによって挟まれる部分のシリコン層111の上面上には、ゲート酸化膜103、フローティングゲート104、絶縁膜105、及びコントロールゲート106がこの順に積層された積層構造が形成されており、該積層構造の側面には、絶縁膜から成るサイドウォール107が形成されている。
A
図48は、フラッシュメモリのメモリセルアレイの構成の一部を抜き出して示す回路図である。図48では、5行×3列分の、合計15個のメモリセルの構成のみを示している。各メモリセルは、図47に示したメモリセルトランジスタをそれぞれ備えている。同一行に属するメモリセルに関しては、各メモリセルトランジスタのコントロールゲートCGが、共通のワード線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC13が備える各メモリセルトランジスタのコントロールゲートCGは、ワード線WL101に共通に接続されている。 FIG. 48 is a circuit diagram showing a part of the configuration of the memory cell array of the flash memory. FIG. 48 shows only the configuration of a total of 15 memory cells of 5 rows × 3 columns. Each memory cell includes a memory cell transistor shown in FIG. For memory cells belonging to the same row, the control gate CG of each memory cell transistor is connected to a common word line. For example, the control gate CG of each memory cell transistor included in the memory cells MC11 to MC13 is commonly connected to the word line WL101.
また、同一行に属するメモリセルに関して、各メモリセルトランジスタのソースSは、共通のソース線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC13が備える各メモリセルトランジスタのソースSは、ソース線SL101に共通に接続されている。また、各行のソース線SL101〜SL105は、共通のソース線SL100に接続されている。 For the memory cells belonging to the same row, the source S of each memory cell transistor is connected to a common source line. For example, the source S of each memory cell transistor included in the memory cells MC11 to MC13 is commonly connected to the source line SL101. The source lines SL101 to SL105 in each row are connected to a common source line SL100.
また、同一列に属するメモリセルに関しては、各メモリセルトランジスタのドレインDが、共通のビット線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC51が備える各メモリセルトランジスタのドレインDは、ビット線BL101に共通に接続されている。 For memory cells belonging to the same column, the drain D of each memory cell transistor is connected to a common bit line. For example, the drain D of each memory cell transistor included in the memory cells MC11 to MC51 is commonly connected to the bit line BL101.
図49は、図48に示したメモリセルアレイの構成を有する、従来の不揮発性半導体記憶装置の構造を示す上面図である。但し図49では、フローティングゲート、ワード線(コントロールゲートを兼ねている)、ソース線、及び素子分離絶縁膜の配置関係を模式的に示している。例えば、図49に示したフローティングゲート411,412,421は、図48に示したメモリセルMC11,MC12,MC21がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各フローティングゲートFGに対応する。
FIG. 49 is a top view showing a structure of a conventional nonvolatile semiconductor memory device having the configuration of the memory cell array shown in FIG. However, FIG. 49 schematically shows the arrangement relationship of a floating gate, a word line (also serving as a control gate), a source line, and an element isolation insulating film. For example, the
また、例えば、図49に示したソース領域Saは、図48に示したメモリセルMC11,MC21がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ソースSに対応し、図49に示したソース領域Sdは、図48に示したメモリセルMC31,MC41がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ソースSに対応する。 For example, the source region Sa shown in FIG. 49 corresponds to each source S of the memory cell transistor included in each of the memory cells MC11 and MC21 shown in FIG. 48, and the source region Sd shown in FIG. Correspond to each source S of the memory cell transistor included in each of the memory cells MC31 and MC41 shown in FIG.
また、例えば、図49に示したドレイン領域Daは、図48に示したメモリセルMC21,MC31がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ドレインDに対応し、図49に示したドレイン領域Ddは、図48に示したメモリセルMC41,MC51がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ドレインDに対応する。 For example, the drain region Da shown in FIG. 49 corresponds to each drain D of the memory cell transistor included in each of the memory cells MC21 and MC31 shown in FIG. 48, and the drain region Dd shown in FIG. Corresponds to each drain D of the memory cell transistor provided in each of the memory cells MC41 and MC51 shown in FIG.
図49を参照して、ソース線SL101,SL102はソース領域Sa〜Scを含み、ソース線SL103,SL104はソース領域Sd〜Sfを含み、ソース線SL105はソース領域Sg〜Siを含む。ソース線SL101〜SL105は、素子分離絶縁膜112が形成されていない領域を各行間に設けることによって形成される。
Referring to FIG. 49, source lines SL101 and SL102 include source regions Sa to Sc, source lines SL103 and SL104 include source regions Sd to Sf, and source line SL105 includes source regions Sg to Si. The source lines SL101 to SL105 are formed by providing regions between the rows where the element
図50は、図49に示した線分X100に沿った位置における断面構造を示す断面図である。ソース領域Saとソース領域Sbとは、完全分離型の素子分離絶縁膜112によって、互いに分離されている。
50 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure at a position along line segment X100 shown in FIG. The source region Sa and the source region Sb are separated from each other by a complete isolation type element
しかし、このような従来の不揮発性半導体記憶装置には、以下のような問題があった。図47を参照して、この問題を説明する。上記の通り、データの書き込み動作においては、ソース領域102sに接地電位を印加した状態で、ドレイン領域102d及びコントロールゲート106に高電圧を印加する。このとき、衝突イオン化現象によって、チャネル領域及びドレイン領域102dの近傍に多数の電子−正孔対が発生する。
However, such conventional nonvolatile semiconductor memory devices have the following problems. This problem will be described with reference to FIG. As described above, in the data write operation, a high voltage is applied to the
SOI基板を用いた従来の不揮発性半導体記憶装置においては、ボディ領域は電気的にフローティングな状態であるため、正孔はボディ領域内に蓄積される。そのため、ボディ電位が上昇することによって、ソース領域102s、ドレイン領域102d、及びボディ領域から成る寄生バイポーラトランジスタが駆動し、その結果、ソース領域102sからドレイン領域102dに向かって寄生バイポーラ電流が流れて、誤動作が生じる。このように従来の不揮発性半導体記憶装置によると、ボディ領域が電気的にフローティングな状態であることに起因して、ボディ領域内に正孔が蓄積されることによって寄生バイポーラトランジスタが駆動して、誤動作が生じるという問題があった。
In a conventional nonvolatile semiconductor memory device using an SOI substrate, holes are accumulated in the body region because the body region is in an electrically floating state. Therefore, when the body potential rises, the parasitic bipolar transistor including the
本発明は、かかる問題を解決するために成されたものであり、ボディ領域内に正孔が蓄積されることを回避することにより、寄生バイポーラトランジスタの駆動に起因する誤動作が生じることのない不揮発性半導体記憶装置を得ること、並びに、定電圧ロジック回路部のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域が構成するpn接合容量の増大に伴う、半導体装置の動作速度の低下および消費電力の増大を回避することを主な目的とするものである。 The present invention has been made to solve such a problem. By avoiding the accumulation of holes in the body region, a nonvolatile operation that does not cause malfunction due to the driving of a parasitic bipolar transistor does not occur. And a reduction in operating speed and an increase in power consumption of the semiconductor device due to an increase in the pn junction capacitance formed by the source / drain regions of the MOS transistors in the constant voltage logic circuit portion are obtained. Is the main purpose.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板、絶縁層、及び半導体層がこの順に積層された構造を有するSOI基板と、半導体層の主面内に形成された、絶縁層との間に半導体層を有する第1の分離絶縁膜と、半導体層内において、形成された第1のMOSトランジスタと、半導体層内において第1のMOSトランジスタに隣接して形成された第2のMOSトランジスタとを備える。第1のMOSトランジスタの半導体層は第2のMOSトランジスタの半導体層より厚い。 In a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor layer is provided between an SOI substrate having a structure in which a semiconductor substrate, an insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order, and the insulating layer formed in the main surface of the semiconductor layer. A first MOS transistor formed in the semiconductor layer, and a second MOS transistor formed adjacent to the first MOS transistor in the semiconductor layer. The semiconductor layer of the first MOS transistor is thicker than the semiconductor layer of the second MOS transistor.
本発明によれば、第2のMOSトランジスタの半導体層が薄いため、第1のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を絶縁層の上面に達しないように形成することと、第2のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域を絶縁層の上面に達するように形成することを、同一のイオン注入工程によって行うことができる。第2のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域が絶縁層の上面に達するとそれが構成するpn接合容量の増大が抑えられ、半導体装置の動作速度の低下および消費電力の増大を回避することができる。 According to the present invention, since the semiconductor layer of the second MOS transistor is thin, the source / drain region of the first MOS transistor is formed so as not to reach the upper surface of the insulating layer, and the source of the second MOS transistor Forming the drain region so as to reach the upper surface of the insulating layer can be performed by the same ion implantation process. When the source / drain region of the second MOS transistor reaches the upper surface of the insulating layer, an increase in the pn junction capacitance formed by the second MOS transistor is suppressed, and a decrease in operating speed and an increase in power consumption of the semiconductor device can be avoided.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るフラッシュメモリの、メモリセルトランジスタの構造を示す断面図である。SOI基板1は、シリコン基板2、BOX層3、及びシリコン層4がこの順に積層された積層構造を成している。シリコン層4の上面内には、底面がBOX層3の上面に達しない、部分トレンチ分離型(以下、単に「部分分離型」と称する)の素子分離絶縁膜5が、選択的に形成されている。また、素子分離絶縁膜5によって規定される素子形成領域において、シリコン層4の上面内には、ボディ領域70を挟んで対を成すソース領域及びドレイン領域(図1には現れない)が形成されている。また、ボディ領域70が形成されている部分のシリコン層4の上面上には、ゲート酸化膜6、フローティングゲート7、絶縁膜8、及びコントロールゲート9がこの順に積層された積層構造が形成されている。該積層構造の側面に、絶縁膜から成るサイドウォール11(図1には現れない)が形成されることにより、ゲート電極構造が構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a memory cell transistor in a flash memory according to
このように、互いに隣接するメモリセル同士を分離するための素子分離絶縁膜として、完全分離型の素子分離絶縁膜ではなく、部分分離型の素子分離絶縁膜5を採用することにより、素子分離絶縁膜5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4を介して、ボディ領域70の電位を外部から固定することができる。従って、ボディ領域70内に正孔が蓄積されることに起因する上記誤動作を回避することができ、ソース−ドレイン間の耐圧を高めることができる。その結果、高電圧を用いてデータの書き込み動作及び読み出し動作を実行し得るメモリセルトランジスタを得ることができる。
As described above, by using the partial isolation type element
また、メモリセルが形成されているメモリセルアレイ部のみならず、センスアンプ等の周辺回路が形成されている周辺回路部においても、部分分離型の素子分離絶縁膜5を採用することにより、同様にソース−ドレイン間の耐圧を高めることができる。
Further, not only in the memory cell array part in which the memory cells are formed but also in the peripheral circuit part in which the peripheral circuit such as the sense amplifier is formed, by adopting the partial isolation type element
図2は、フラッシュメモリのメモリセルアレイの構成の一部を抜き出して示す回路図である。図2では、5行×3列分の、合計15個のメモリセルの構成のみを示している。ここで、メモリセルアレイの「行」とは、後述の図3を参照してメモリセルトランジスタのソース領域とドレイン領域とが並ぶ方向に垂直な方向を「行方向」と規定した場合の「行」を意味する。また、メモセルアレイの「列」とは、後述の図3を参照してメモリセルトランジスタのソース領域とドレイン領域とが並ぶ方向を「列方向」と規定した場合の「列」を意味する。各メモリセルは、図1に示したメモリセルトランジスタをそれぞれ備えている。同一行に属するメモリセルに関しては、各メモリセルトランジスタのコントロールゲートCGが、共通のワード線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC13が備える各メモリセルトランジスタのコントロールゲートCGは、ワード線WL1に共通に接続されている。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a part of the configuration of the memory cell array of the flash memory. FIG. 2 shows only the configuration of a total of 15 memory cells of 5 rows × 3 columns. Here, the “row” of the memory cell array refers to the “row” when the direction perpendicular to the direction in which the source and drain regions of the memory cell transistors are aligned is defined as the “row direction” with reference to FIG. Means. A “column” of the memo cell array means a “column” when the direction in which the source region and the drain region of the memory cell transistor are aligned is defined as “column direction” with reference to FIG. 3 described later. Each memory cell includes the memory cell transistor shown in FIG. For memory cells belonging to the same row, the control gate CG of each memory cell transistor is connected to a common word line. For example, the control gate CG of each memory cell transistor included in the memory cells MC11 to MC13 is commonly connected to the word line WL1.
また、同一行に属するメモリセルに関して、各メモリセルトランジスタのソースSは、共通のソース線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC13が備える各メモリセルトランジスタのソースSは、ソース線SL1に共通に接続されている。また、各行のソース線SL1〜SL5は、共通のソース線SL0に接続されている。 For the memory cells belonging to the same row, the source S of each memory cell transistor is connected to a common source line. For example, the source S of each memory cell transistor included in the memory cells MC11 to MC13 is commonly connected to the source line SL1. The source lines SL1 to SL5 in each row are connected to a common source line SL0.
また、同一列に属するメモリセルに関しては、各メモリセルトランジスタのドレインDが、共通のビット線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC51が備える各メモリセルトランジスタのドレインDは、ビット線BL1に共通に接続されている。 For memory cells belonging to the same column, the drain D of each memory cell transistor is connected to a common bit line. For example, the drain D of each memory cell transistor included in the memory cells MC11 to MC51 is commonly connected to the bit line BL1.
図3は、図2に示したメモリセルアレイの構成を有する、本実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す上面図である。但し図3では、フローティングゲート、ワード線(コントロールゲートを兼ねている)、ソース線、及び素子分離絶縁膜の配置関係を模式的に示している。例えば、図3に示したフローティングゲート711,712,721は、図2に示したメモリセルMC11,MC12,MC21がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各フローティングゲートFGに対応する。
FIG. 3 is a top view showing the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment having the configuration of the memory cell array shown in FIG. However, FIG. 3 schematically shows the arrangement relationship of the floating gate, the word line (also serving as the control gate), the source line, and the element isolation insulating film. For example, the floating
また、例えば、図3に示したソース領域Saは、図2に示したメモリセルMC11,MC21がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ソースSに対応し、図3に示したソース領域Sdは、図2に示したメモリセルMC31,MC41がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ソースSに対応する。 Further, for example, the source region Sa shown in FIG. 3 corresponds to each source S of the memory cell transistor included in each of the memory cells MC11 and MC21 shown in FIG. 2, and the source region Sd shown in FIG. Correspond to each source S of the memory cell transistor included in each of the memory cells MC31 and MC41 shown in FIG.
また、例えば、図3に示したドレイン領域Daは、図2に示したメモリセルMC21,MC31がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ドレインDに対応し、図3に示したドレイン領域Ddは、図2に示したメモリセルMC41,MC51がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタの各ドレインDに対応する。 Further, for example, the drain region Da shown in FIG. 3 corresponds to each drain D of the memory cell transistor included in each of the memory cells MC21 and MC31 shown in FIG. 2, and the drain region Dd shown in FIG. Corresponds to each drain D of the memory cell transistor provided in each of the memory cells MC41 and MC51 shown in FIG.
図3を参照して、ソース線SL1,SL2はソース領域Sa〜Scを含み、ソース線SL3,SL4はソース領域Sd〜Sfを含み、ソース線SL5はソース領域Sg〜Siを含む。素子分離絶縁膜5は、異なる列に属するメモリセル同士を分離するように、各列間に帯状に延在して形成されている。図3においては、素子分離絶縁膜5が形成されている領域に、斜線のハッチングを施している。
Referring to FIG. 3, source lines SL1 and SL2 include source regions Sa to Sc, source lines SL3 and SL4 include source regions Sd to Sf, and source line SL5 includes source regions Sg to Si. The element
同一行に属する全てのソース領域は、素子分離絶縁膜5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4を介して、互いに電気的に接続されている。例えば、ソース領域Sa〜Scは、上記部分のシリコン層4を介して電気的に接続されており、これにより、行方向に延在する帯状のソース線SL1,SL2が構成されている。
All the source regions belonging to the same row are electrically connected to each other via a portion of the
このように本実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、行方向に互いに隣接するソース領域同士は、部分分離型の素子分離絶縁膜5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4を介して、互いに電気的に接続され、これによりソース線SL1〜SL5が構成される。そのため、ソース線SL1〜SL5を形成するにあたって、素子分離絶縁膜5が形成されていない領域を各行間に設ける必要がないため、図49に示した従来の不揮発性半導体記憶装置と比較すると、メモリセルアレイ部の面積を削減することができる。
As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, the source regions adjacent to each other in the row direction are between the bottom surface of the partial isolation type element
図4は、図3に対応させて、本発明の実施の形態1の変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す上面図である。図4に示した不揮発性半導体記憶装置は、図3に示した不揮発性半導体記憶装置を基礎として、行方向に互いに隣接するソース領域同士(例えばソース領域Saとソース領域Sb)の間の素子分離絶縁膜5を除去し、その部分を不純物導入のための窓として使用することにより、素子分離絶縁膜5の除去により露出した部分のシリコン層4内に、後述する不純物導入領域10を形成したものである。
FIG. 4 is a top view showing the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the modification of the first embodiment of the present invention, corresponding to FIG. The non-volatile semiconductor memory device shown in FIG. 4 is based on the non-volatile semiconductor memory device shown in FIG. 3, and element isolation between source regions (for example, source region Sa and source region Sb) adjacent to each other in the row direction is performed. The insulating
図5〜8は、それぞれ図4に示した線分X1〜X4に沿った位置における断面構造を示す断面図である。図5を参照して、ボディ領域B11とボディ領域B12とは、素子分離絶縁膜5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4を介して、互いに電気的に接続されている。その結果、外部からシリコン層4に電圧を印加することにより、ボディ領域B11,B12の電位を同一の電位に固定することができる。
FIGS. 5-8 is sectional drawing which shows the cross-sectional structure in the position along the line segments X1-X4 shown in FIG. 4, respectively. Referring to FIG. 5, body region B11 and body region B12 are electrically connected to each other through a portion of
図6を参照して、ソース領域Sdとソース領域Seとの間に位置するシリコン層4の上面内には、素子分離絶縁膜5を除去したことによって生じる凹部が形成されている。そして、素子分離絶縁膜5の除去により露出した部分の、ソース領域Sdとソース領域Seとの間に位置するシリコン層4内には、ソース領域Sd,Seと同一導電型の不純物導入領域10が形成されている。
Referring to FIG. 6, a recess formed by removing element
また、図8を参照して、ワード線WL3とワード線WL4との間の素子分離絶縁膜5が除去されている。そして、素子分離絶縁膜5の除去により露出した部分のシリコン層4内には、不純物導入領域10が形成されている。
Referring to FIG. 8, element
不純物導入領域10は、メモリセルトランジスタを形成した後、素子分離絶縁膜5を除去して上記凹部を形成し、その後、ソース領域と同一導電型の不純物を、イオン注入法によって上記凹部の底面からシリコン層4内に導入することによって形成される。なお、素子分離絶縁膜5を除去するにあたっては、図6,8に示したように、その下のシリコン層4が露出するまで完全に除去してもよく、あるいは一部のみを除去してもよい。
After the memory cell transistor is formed, the
図6,8に示すように、不純物導入領域10は、その底面がBOX層3の上面に達するように形成することが望ましい。これにより、不純物導入領域10の底面とシリコン層4との間にpn接合容量が生じることを回避することができ、ソース線の寄生容量を低減できるため、動作の高速化及び消費電力の低減を図ることができる。
As shown in FIGS. 6 and 8, the
図7を参照して、ソース領域Sa,Sd,Sg及びドレイン領域Da,Ddは、BOX層3の上面に達している。ここで、「ソース領域及びドレイン領域がBOX層の上面に達する」とは、ソース領域及びドレイン領域の不純物拡散領域自体がBOX層の上面にそれぞれ到達する態様(図7)と、ソース領域及びドレイン領域とシリコン層とのpn接合部に生じる空乏層がBOX層の上面にそれぞれ到達する態様との両者を含む。この点に関しては、本明細書において以下同様である。BOX層3の上面に達するようにソース領域及びドレイン領域を形成することにより、ソース領域及びドレイン領域とシリコン層4との間に生じるpn接合容量を低減することができ、ソース線の寄生容量を低減できるため、動作の高速化及び消費電力の低減を図ることができる。
Referring to FIG. 7, source regions Sa, Sd, Sg and drain regions Da, Dd reach the upper surface of
このように本実施の形態1の変形例に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、行方向に互いに隣接するソース領域同士の間に位置するシリコン層4内に、ソース領域と同一導電型の不純物導入領域10を形成した。そのため、ソース線SL1〜SL5の抵抗を低減することができる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device according to the modification of the first embodiment, the impurity having the same conductivity type as the source region is formed in the
実施の形態2.
上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置では、図7に示したように、メモリセルトランジスタのソース領域及びドレイン領域は、BOX層3の上面に達するように深く形成されていた。しかしながら、図7に示すように、例えばボディ領域B21はソース領域Saとドレイン領域Daとによって左右から挟まれるため、チャネル長方向のボディ領域Daの幅は狭くなり、その結果、図7において紙面に垂直な方向に関してボディ抵抗が上昇する(“Bulk-Layout-Compatible 0.18μm SOI-CMOS Technology Using Body-Fixed Partial Trench Isolation (PTI)”,Y.Hirano et al.,1999 IEEE International SOI Conference,Oct.1999,pp131参照)。本実施の形態2では、かかる不都合を回避し得る不揮発性半導体記憶装置を提案する。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, the source region and the drain region of the memory cell transistor are formed deep so as to reach the upper surface of the
図9は、本発明の実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す断面図である。図9は、図7に対応させて、一つのメモリセルトランジスタのみを拡大して示したものに相当する。メモリセルトランジスタのソース領域S及びドレイン領域Dは、BOX層3の上面に達しないように浅く形成されている。このようにBOX層3の上面に達しないソース領域S及びドレイン領域Dは、例えばシリコン層4の膜厚が150nmである場合、注入エネルギーが8keV、ドーズ量が4×1015/cm2の条件でAs(NMOSの場合)をイオン注入することによって形成することができる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 corresponds to an enlarged view of only one memory cell transistor corresponding to FIG. The source region S and the drain region D of the memory cell transistor are formed shallow so as not to reach the upper surface of the
また、図10は、図6に対応させて、本発明の実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す断面図である。ソース領域SはBOX層3の上面に達しないように形成されているのに対して、不純物導入領域10は、上記実施の形態1と同様に、BOX層3の上面に達するように形成されている。
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention corresponding to FIG. The source region S is formed so as not to reach the upper surface of the
このように本実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、メモリセルトランジスタのソース領域S及びドレイン領域Dを、BOX層3の上面に達しないように形成したため、図9において紙面に垂直な方向に関してボディ抵抗が上昇することを回避することができる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, the source region S and the drain region D of the memory cell transistor are formed so as not to reach the upper surface of the
また、図3,4を参照して、上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置では、行方向に互いに隣接するメモリセル同士の間の領域を通してしかボディ電位を固定することができなかった。これに対して、本実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、ソース領域S及びドレイン領域Dの各底面とBOX層3の上面との間にシリコン層4が存在するため、列方向に互いに隣接するメモリセル同士の間の領域を通しても、ボディ電位を固定することができる。その結果、ボディ電位の固定能力が高まり、ソース−ドレイン間の耐圧をさらに高めることができる。
3 and 4, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, the body potential can be fixed only through a region between memory cells adjacent to each other in the row direction. . On the other hand, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, since the
しかも、図10に示したように、不純物導入領域10はBOX層3の上面に達するように形成されているため、不純物導入領域10とシリコン層4との間にpn接合容量が生じることを回避することができる。従って、ソース領域及びドレイン領域をBOX層3の上面に達しないように形成することに伴うソース線の寄生容量の増大を、最小限に抑えることができる。
In addition, as shown in FIG. 10, since the
実施の形態3.
上記実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置においては、ドレイン側のpn接合容量は、ランダムにアクセスされる、データの読み出し動作及び書き込み動作に対して影響を及ぼす。また、ソース側のpn接合容量は、一括に行われる、データの消去動作に対して影響を及ぼす。但し、これらの関係は、セル構造、書き込みや消去の方式、及びメモリセルアレイの構成によって異なる(日経マイクロデバイス、2000年3月号、pp74,75参照)。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, the pn junction capacitance on the drain side affects the data read operation and write operation that are randomly accessed. Further, the pn junction capacitance on the source side affects the data erasing operation performed in a lump. However, these relationships differ depending on the cell structure, the programming / erasing method, and the configuration of the memory cell array (see Nikkei Microdevice, March 2000, pp 74, 75).
図11は、本発明の実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す断面図である。図11は、図7に対応させて、メモリセルMC31,MC41がそれぞれ備えるメモリセルトランジスタを拡大して示したものに相当する。ドレイン領域Da,Ddは、上記実施の形態1と同様に、BOX層3の上面に達するように深く形成されている。このようにBOX層3の上面に達するドレイン領域Da,Ddは、例えばシリコン層4の膜厚が150nmである場合、注入エネルギーが50keV、ドーズ量が4×1015/cm2の条件でAs(NMOSの場合)をイオン注入することによって形成することができる。一方、ソース領域Sdは、上記実施の形態2と同様に、BOX層3の上面に達しないように浅く形成されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to
なお、本実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置においても、メモリセルアレイの構成としては、図4に示したレイアウト構成をとることができる。この場合、ソース線の構造は図10に示した構造となる。 In the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment, the layout configuration shown in FIG. 4 can be adopted as the configuration of the memory cell array. In this case, the source line has the structure shown in FIG.
このように本実施の形態3に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、ドレイン領域をBOX層3の上面に達するように形成することによって、データの読み出し動作及び書き込み動作に関しては高速かつ低消費電力の動作を維持しつつ、ソース領域をBOX層3の上面に達しないように形成することによって、ボディ電位の固定能力を高めることができる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment, the drain region is formed so as to reach the upper surface of the
図12は、本実施の形態3の変形例に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す上面図である。但し図12では、フローティングゲート、ワード線(コントロールゲートを兼ねている)、ソース線、及び素子分離絶縁膜の配置関係を模式的に示している。図49に示したメモリセルアレイのレイアウトと同様に、素子分離絶縁膜5が形成されていない領域が各行間に設けられており、ソース線SL1〜SL5は、この領域内に形成されている。このとき、ソース線SL1〜SL5は、BOX層3の上面に達しないように浅く形成されている。即ち、ソース線SL1〜SL5の底面とBOX層3の上面との間には、シリコン層4が存在している。
FIG. 12 is a top view showing a structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the third embodiment. However, FIG. 12 schematically shows the arrangement relationship of the floating gate, the word line (also serving as the control gate), the source line, and the element isolation insulating film. Similarly to the layout of the memory cell array shown in FIG. 49, a region where the element
本実施の形態3の変形例に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、ソース線SL1〜SL5を挟んで列方向に互いに隣接するボディ領域の電位を、ソース線SL1〜SL5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4を介して、互いに固定することができる。従って、図3,4に示したレイアウトと比較すると、メモリセルアレイ部の面積を削減するという観点からは劣っているが、ボディ電位の固定能力に関しては非常に優れている。そのため、書き換え回数が多い等、ソース−ドレイン間に高耐圧が要求されるフラッシュメモリにおいては、図12に示したレイアウトを採用することが望ましい。なお、図12に示したレイアウトを採る不揮発性半導体記憶装置であっても、ドレイン領域はBOX層3の上面に達するように形成されているため、データの読み出し動作及び書き込み動作に関しては、高速かつ低消費電力の動作を維持することが可能である。
According to the nonvolatile semiconductor memory device in the modification of the third embodiment, the potentials of the body regions adjacent to each other in the column direction across the source lines SL1 to SL5 are set to the bottom surface of the source lines SL1 to SL5 and the
実施の形態4.
図13は、本発明の実施の形態4に係る半導体集積回路の構造を示す断面図である。SOI基板1は、フラッシュメモリのメモリセルアレイが形成されたメモリセルアレイ部と、フラッシュメモリの動作電圧よりも低い電圧で動作する低電圧ロジック回路が形成された、低電圧ロジック回路部とを有している。具体的に低電圧ロジック回路部には、フラッシュメモリ自体の周辺回路と、フラッシュメモリと組み合わせて使用される他のロジック回路とが形成されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The
メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部とは、シリコン層4の上面内に形成された、部分分離型の素子分離絶縁膜5によって互いに分離されている。また、メモリセルアレイ部におけるシリコン層4の膜厚と、低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4の膜厚とは互いに等しい。
The memory cell array portion and the low voltage logic circuit portion are separated from each other by a partial isolation type element
メモリセルアレイ部に関して、シリコン層4の上面内には、互いに離間して対を成すソース・ドレイン領域12が形成されている。また、ソース・ドレイン領域12同士に挟まれる部分のシリコン層4の上面上には、ゲート酸化膜6、フローティングゲート7、絶縁膜8、及びコントロールゲート9がこの順に積層された積層構造が形成されている。また、該積層構造の側面にサイドウォール11が形成されて、ゲート電極構造が構成されている。ソース・ドレイン領域12は、上記実施の形態2と同様に、いずれもBOX層3の上面に達していない。但し、上記実施の形態3と同様に、ドレイン領域はBOX層3の上面に達し、ソース領域のみBOX層3の上面に達しないように構成してもよい。
With respect to the memory cell array portion, source /
一方、低電圧ロジック回路部に関して、シリコン層4の上面内には、互いに離間して対を成すソース・ドレイン領域14が形成されている。また、ソース・ドレイン領域14同士に挟まれる部分のシリコン層4の上面上には、ゲート酸化膜6及びゲート電極13がこの順に積層された積層構造が形成されている。また、該積層構造の側面にサイドウォール11が形成されて、ゲート電極構造が構成されている。ソース・ドレイン領域14は、いずれもBOX層3の上面に達して形成されている。
On the other hand, with respect to the low voltage logic circuit portion, a source /
このように本実施の形態4に係る半導体集積回路によれば、メモリセルアレイ部においては、上記実施の形態2と同様にソース・ドレイン領域12が、あるいは上記実施の形態3と同様にソース領域のみが、BOX層3の上面に達しないように形成されているのに対して、低電圧ロジック回路部においては、ソース・ドレイン領域14はいずれもBOX層3の上面に達するように形成されている。従って、メモリセルアレイ部に関して上記実施の形態2,3に係る不揮発性半導体記憶装置よる効果を得ながら、低電圧ロジック回路部においては、ソース・ドレイン領域14とシリコン層4とによって構成されるpn接合容量の増大に伴う、動作速度の低下及び消費電力の増大を回避することができる。
Thus, according to the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment, in the memory cell array portion, the source /
実施の形態5.
図14は、本発明の実施の形態5に係る半導体集積回路の構造を示す断面図である。上記実施の形態4と同様に、SOI基板1は、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部とを有している。低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4の膜厚は、メモリセルアレイ部におけるシリコン層4の膜厚よりも薄い。また、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部とは、シリコン層4の上面内に形成された、部分分離型の素子分離絶縁膜15によって互いに分離されている。
FIG. 14 is a sectional view showing a structure of a semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment of the present invention. As in the fourth embodiment, the
メモリセルアレイ部には、上記実施の形態4と同様のメモリセルトランジスタが形成されている。また、低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4の上面上には、上記実施の形態4と同様のゲート電極構造が構成されている。また、低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4内には、BOX層3の上面に達するソース・ドレイン領域36が形成されている。シリコン層4の上面からソース・ドレイン領域12の底面までの深さは、シリコン層4の上面からソース・ドレイン領域36の底面までの深さに等しい。
In the memory cell array portion, memory cell transistors similar to those in the fourth embodiment are formed. Further, on the upper surface of the
図14に示した構造は、(a)シリコン層4の膜厚が例えば200nmのSOI基板1を準備する工程と、(b)低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4を、100nmの膜厚だけ上面からエッチングする工程と、(c)素子分離絶縁膜15を形成する工程と、(d)メモリセルアレイ部及び低電圧ロジック回路部において、ゲート電極構造をそれぞれ形成する工程と、(e)注入エネルギーが50keV、ドーズ量が4×1015/cm2の条件でAs(NMOSの場合)をイオン注入する工程とを、この順に実行することによって得られる。
The structure shown in FIG. 14 includes (a) a step of preparing an
このように本実施の形態5に係る半導体集積回路によれば、上記実施の形態4と同様に、メモリセルアレイ部に関して上記実施の形態2,3に係る不揮発性半導体記憶装置よる効果を得ながら、低電圧ロジック回路部においては、ソース・ドレイン領域36とシリコン層4とによって構成されるpn接合容量の増大に伴う、動作速度の低下及び消費電力の増大を回避することができる。
As described above, according to the semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, the memory cell array unit is obtained with the effects of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second and third embodiments. In the low voltage logic circuit portion, it is possible to avoid a decrease in operating speed and an increase in power consumption accompanying an increase in pn junction capacitance formed by the source /
しかも、低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4が予め薄膜化されているため、BOX層3の上面に達しないソース・ドレイン領域12と、BOX層3の上面に達するソース・ドレイン領域36とを、同一のイオン注入工程(e)によって形成することができる。
Moreover, since the
実施の形態6.
図15は、本発明の実施の形態6に係る半導体集積回路の構造を示す断面図である。本実施の形態6に係る半導体集積回路は、図13に示した上記実施の形態4に係る半導体集積回路を基礎として、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部との境界部分において、素子分離絶縁膜5の代わりに素子分離絶縁膜16を形成したものである。素子分離絶縁膜16は、BOX層3の上面に達する完全分離部40を、底面の一部に有している。
FIG. 15 is a sectional view showing a structure of a semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment is based on the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment shown in FIG. 13 and has an element isolation insulating film at the boundary between the memory cell array portion and the low voltage logic circuit portion. Instead of 5, an element
図16〜19は、素子分離絶縁膜16の第1の製造方法を工程順に示す断面図である(特願平10−367265号)。まず、シリコン層4の上面上に、酸化膜17及び窒化膜18をこの順に全面に形成する。次に、素子分離絶縁膜16の形成予定領域の上方に開口パターンを有するフォトレジスト19を、窒化膜18の上面上に形成する。次に、フォトレジスト19をマスクに用いて、窒化膜18、酸化膜17、及びシリコン層4をこの順にエッチングすることにより、凹部20を形成する。このとき、凹部20の底面とBOX層3の上面との間には、シリコン層4の一部が残っている(図16)。
16 to 19 are sectional views showing the first manufacturing method of the element
次に、凹部20の側面に、絶縁膜から成るサイドウォール21を形成する(図17)。図17に示すように、凹部20の底面の中心部分は、サイドウォール21から露出している。次に、サイドウォール21及びフォトレジスト19をマスクに用いて、BOX層3の上面が露出するまでシリコン層4をエッチングすることにより、凹部22を形成する(図18)。次に、凹部20,22内を絶縁膜によって充填した後、窒化膜18の底部が残る程度に、CMP法によって全体を研磨し、その後、残りの窒化膜18及び酸化膜17を除去することにより、完全分離部40を有する素子分離絶縁膜16を形成する(図19)。
Next, a
図20,21は、素子分離絶縁膜16の第2の製造方法を工程順に示す断面図である(特願平10−367265号)。まず、図16に示す構造を得た後、フォトレジスト19を除去する。次に、完全分離部40の形成予定領域の上方に開口パターンを有するフォトレジスト23を形成する(図20)。次に、フォトレジスト23をマスクに用いて、BOX層3の上面が露出するまでシリコン層4をエッチングすることにより、凹部24を形成する(図21)。
20 and 21 are cross-sectional views showing the second manufacturing method of the element
次に、フォトレジスト23を除去した後、凹部20,24内を絶縁膜によって充填する。次に、窒化膜18の底部が残る程度に、CMP法によって全体を研磨し、その後、残りの窒化膜18及び酸化膜17を除去することにより、図19と同様に、完全分離部40を有する素子分離絶縁膜16を形成する。
Next, after removing the
図22〜24は、素子分離絶縁膜16の第3の製造方法を工程順に示す断面図である(特願平11−177091号)。まず、シリコン層4の上面上に、酸化膜17及び窒化膜18をこの順に全面に形成する。次に、完全分離部40の形成予定領域の上方に開口パターンを有するフォトレジスト25を、窒化膜18の上面上に形成する。次に、フォトレジスト25をマスクに用いて、BOX層3の上面が露出するまで、窒化膜18、酸化膜17、及びシリコン層4をこの順にエッチングすることにより、凹部26を形成する(図22)。
22 to 24 are cross-sectional views showing the third manufacturing method of the element
次に、フォトレジスト25を除去した後、素子分離絶縁膜16の形成予定領域の上方に開口パターンを有するフォトレジスト27を、窒化膜18の上面上に形成する(図23)。次に、フォトレジスト27をマスクに用いて、窒化膜18、酸化膜17、及びシリコン層4をこの順にエッチングすることにより、凹部28を形成する。このとき、凹部28の底面とBOX層3の上面との間には、シリコン層4の一部が残っている。その後、フォトレジスト27を除去する(図24)。
Next, after removing the
次に、凹部26,28内を絶縁膜によって充填した後、窒化膜18の底部が残る程度に、CMP法によって全体を研磨し、その後、残りの窒化膜18及び酸化膜17を除去することにより、図19と同様に、完全分離部40を有する素子分離絶縁膜16を形成する。
Next, after filling the
図25〜29は、素子分離絶縁膜16の第4の製造方法を工程順に示す断面図である(特願2000−39484号)。まず、シリコン層4の上面上に、酸化膜17、ポリシリコン膜29、及び窒化膜18をこの順に全面に形成する。次に、素子分離絶縁膜16の形成予定領域の上方に開口パターンを有するフォトレジスト30を、窒化膜18の上面上に形成する(図25)。
25 to 29 are sectional views showing a fourth manufacturing method of the element
次に、フォトレジスト30をマスクに用いて、窒化膜18、ポリシリコン膜29、酸化膜17、及びシリコン層4をこの順にエッチングすることにより、凹部31を形成する。このとき、凹部31の底面とBOX層3の上面との間には、シリコン層4の一部が残っている。その後、フォトレジスト30を除去する(図26)。
Next, using the
次に、上記第2の製造方法と同様に、完全分離部40の形成予定領域の上方に開口パターンを有するフォトレジスト23をマスクに用いて、BOX層3の上面が露出するまでシリコン層4をエッチングすることにより、凹部32を形成する。その後、フォトレジスト23を除去する(図27)。
Next, similarly to the second manufacturing method, the
次に、700〜900℃程度の温度条件でウェット酸化することにより、凹部31,32の側面に酸化膜33を形成する(図28)。酸化膜33は、ポリシリコン膜29と酸化膜17との間、及び酸化膜17とシリコン層4との間に深く侵入する。そのため、酸化膜33のバーズビーク形状は顕著となる。
Next, wet oxidation is performed under a temperature condition of about 700 to 900 ° C. to form an
次に、凹部31,32内を酸化膜34によって充填した後、酸化膜34の上面が窒化膜18の上面よりも低くなり過ぎない程度に、CMP法によってシリコン酸化膜34を研磨する(図29)。次に、窒化膜18、ポリシリコン膜29、及び酸化膜17を除去することにより、図19と同様に、完全分離部40を有する素子分離絶縁膜16を形成する。
Next, after the
以上の説明では、図13に示した上記実施の形態4に係る半導体集積回路を基礎として、本実施の形態6に係る発明を適用する場合について説明したが、図14に示した上記実施の形態5に係る半導体集積回路を基礎として、本実施の形態6に係る発明を適用することもできる。図30は、上記実施の形態5に係る半導体集積回路を基礎とした場合の、本発明の実施の形態6に係る半導体集積回路の構造を示す断面図である。図30に示した半導体集積回路は、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部との境界部分において、図14に示した素子分離絶縁膜15の代わりに素子分離絶縁膜35を形成したものである。素子分離絶縁膜35は、BOX層3の上面に達する完全分離部41を、底面の一部に有している。
In the above description, the case where the invention according to the sixth embodiment is applied based on the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment shown in FIG. 13 has been described. However, the embodiment shown in FIG. The invention according to the sixth embodiment can be applied on the basis of the semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment. FIG. 30 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention based on the semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment. In the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 30, an element
図31〜34は、図30に示した半導体集積回路の製造方法を工程順に示す断面図である。まず、シリコン基板2、BOX層3、及びシリコン層4がこの順に積層された積層構造を有するSOI基板1を準備する(図31)。次に、低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4の上面を熱酸化して、シリコン酸化膜(図示しない)を形成する。熱酸化はシリコン層4の内部にも進行するため、シリコン酸化膜の底面は、メモリセルアレイ部におけるシリコン層4の上面よりも低い位置に存在することになる。次に、熱酸化によって形成した上記シリコン酸化膜を、エッチングによって除去する。これにより、低電圧ロジック回路部におけるシリコン層4の上面が、メモリセルアレイ部におけるシリコン層4の上面よりも低くなる(図32)。
31 to 34 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor integrated circuit shown in FIG. First, an
次に、素子分離絶縁膜16を形成する場合と同様の方法によって、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部との境界部分に素子分離絶縁膜35を形成する。また、メモリセルアレイ部及び低電圧ロジック回路部内において、部分分離型の素子分離絶縁膜5を形成する(図33)。
Next, the element
次に、メモリセルアレイ部及び低電圧ロジック回路部において、シリコン層4の上面上に、ゲート電極構造をそれぞれ形成する(図34)。具体的には、メモリセルアレイ部にフローティングゲート材を予め形成しておき、例えばポリシリコンとタングステンシリサイドとのポリサイド構造を全面に形成した後、パターニングしてゲート電極構造とする。 Next, in the memory cell array portion and the low voltage logic circuit portion, gate electrode structures are formed on the upper surface of the silicon layer 4 (FIG. 34). Specifically, a floating gate material is formed in advance in the memory cell array portion, for example, a polycide structure of polysilicon and tungsten silicide is formed on the entire surface, and then patterned to form a gate electrode structure.
その後、ゲート電極構造及び素子分離絶縁膜5,35をマスクに用いて、シリコン層4内に不純物をイオン注入することによって、ソース・ドレイン領域12,36を形成し、図30に示した構造を得る。
Thereafter, by using the gate electrode structure and the element
図13,14を参照すると、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部との境界部分には、部分分離型の素子分離絶縁膜5,15が形成されており、素子分離絶縁膜5,15の底面とBOX層3の上面との間には、シリコン層4が存在する。従って、メモリセルアレイ部及び低電圧ロジック回路部において発生したノイズが、この部分のシリコン層4を介して相互に伝搬しやすく、メモリセルトランジスタ及び低電圧ロジック回路は、相互にノイズの影響を受けやすかった。
Referring to FIGS. 13 and 14, partial isolation type element
これに対して、本実施の形態6に係る半導体集積回路によれば、メモリセルアレイ部と低電圧ロジック回路部との境界部分には、完全分離部40,41を有する素子分離絶縁膜16,35が形成されている。従って、メモリセルアレイ部及び低電圧ロジック回路部におけるノイズが相互に伝搬し合うことを抑制することができ、ノイズの影響を受けにくい半導体集積回路を得ることができる。
On the other hand, according to the semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment, the element
なお、以上の説明では、底面の一部に完全分離部40,41を有する素子分離絶縁膜16,35を形成する場合について説明したが、素子分離絶縁膜16,35を形成する代わりに、BOX層3の上面に到達する底面を有する完全分離型の素子分離絶縁膜を形成することによっても、上記と同様の効果が得られる。
In the above description, the case where the element
実施の形態7.
図35は、本発明の実施の形態7に係る半導体集積回路の構成を模式的に示す上面図である。また、図36は、本発明の実施の形態7に係る半導体集積回路の断面構造を模式的に示す断面図である。図35,36に示すように、本実施の形態7に係る半導体集積回路は、上記低電圧ロジック回路部等を含む低電圧部と、低電圧部よりも高電圧を扱う高電圧部とを備えている。高電圧部は高電圧回路部とメモリセルアレイ部とを有しており、高電圧回路部と低電圧部とは、メモリセルアレイ部を挟んで基板の反対側に配置されている。高電圧回路部は、素子分離絶縁膜45によってメモリセルアレイ部と分離されている。また、低電圧部は、素子分離絶縁膜45によってメモリセルアレイ部と分離されている。図36に示すように、素子分離絶縁膜45は、底面の一部に完全分離部47を有している。但し、素子分離絶縁膜45の代わりに、完全分離型の素子分離絶縁膜を形成してもよい。
FIG. 35 is a top view schematically showing a configuration of the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 36 is a cross sectional view schematically showing a cross sectional structure of the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 35 and 36, the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment includes a low voltage part including the low voltage logic circuit part and the like, and a high voltage part that handles a higher voltage than the low voltage part. ing. The high voltage part has a high voltage circuit part and a memory cell array part, and the high voltage circuit part and the low voltage part are arranged on the opposite side of the substrate across the memory cell array part. The high voltage circuit portion is separated from the memory cell array portion by an element
メモリセルアレイ部には、部分分離型の素子分離絶縁膜5によって互いに分離された複数のメモリセルトランジスタが、行列状に形成されている。ここで、メモリセルアレイ部には、上記実施の形態1〜3に係る発明を適用してもよい。
In the memory cell array portion, a plurality of memory cell transistors separated from each other by the partial isolation type element
また、低電圧部には、メモリセルトランジスタの駆動電圧よりも低い電圧で駆動される複数の低電圧トランジスタが形成されている。互いに隣接する低電圧トランジスタ同士は、素子分離絶縁膜5によって分離されている。ここで、メモリセルアレイ部及び低電圧部には、上記実施の形態4,5に係る発明を適用してもよい。また、高電圧回路部には、低電圧トランジスタの駆動電圧よりも高い電圧で駆動される複数の高電圧トランジスタが形成されている。互いに隣接する高電圧トランジスタ同士は、素子分離絶縁膜5によって分離されている。
In the low voltage portion, a plurality of low voltage transistors that are driven at a voltage lower than the drive voltage of the memory cell transistor are formed. Low voltage transistors adjacent to each other are separated by an element
このように本実施の形態7に係る半導体集積回路によれば、高電圧回路部と低電圧部とを、メモリセルアレイ部を挟んで基板の反対側に配置したため、低電圧部が、ノイズの発生源となりやすい高電圧回路部の影響を受けることを抑制することができる。 As described above, according to the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment, the high voltage circuit portion and the low voltage portion are arranged on the opposite side of the substrate with the memory cell array portion interposed therebetween. It is possible to suppress the influence of the high voltage circuit portion that is likely to be a source.
また、低電圧部とメモリセルアレイ部、及びメモリセルアレイ部と高電圧回路部とが、完全分離部47を有する素子分離絶縁膜45、あるいは完全分離型の素子分離絶縁膜によって互いに分離されているため、各領域で発生したノイズがシリコン層4を介して相互に伝搬し合うことを抑制でき、ノイズの影響を受けにくい半導体集積回路を得ることができる。
Further, the low voltage portion and the memory cell array portion, and the memory cell array portion and the high voltage circuit portion are separated from each other by the element
図37は、本発明の実施の形態7の第1の変形例に係る半導体集積回路の構成を模式的に示す上面図である。高電圧回路部は、複数の回路ブロック42a〜42dに分割されており、低電圧部は、複数の回路ブロック44a〜44fに分割されている。そして、互いに隣接する回路ブロック同士は、素子分離絶縁膜45によって分離されている。本実施の形態7の第1の変形例に係る半導体集積回路によれば、高電圧回路部及び低電圧部において、回路ブロック間でのノイズの相互影響をそれぞれ抑制することができる。
FIG. 37 is a top view schematically showing a configuration of a semiconductor integrated circuit according to the first modification of the seventh embodiment of the present invention. The high voltage circuit section is divided into a plurality of
図38は、本発明の実施の形態7の第2の変形例に係る半導体集積回路の構成を模式的に示す上面図である。上記第1の変形例に係る半導体集積回路と同様に、高電圧回路部、メモリセルアレイ部、及び低電圧部の各領域間には素子分離絶縁膜45が形成されており、また、高電圧回路部及び低電圧部内の回路ブロック間にも素子分離絶縁膜45が形成されている。
FIG. 38 is a top view schematically showing a configuration of a semiconductor integrated circuit according to the second modification of the seventh embodiment of the present invention. As in the semiconductor integrated circuit according to the first modification, an element
本実施の形態7の第2の変形例に係る半導体集積回路においては、レイアウトの都合上、高電圧回路部の一部と低電圧部の一部とが互いに隣接して配置されており、互いに隣接する部分の高電圧回路部と低電圧部との間には、素子分離絶縁膜45よりも幅広の素子分離絶縁膜46aが形成されている。素子分離絶縁膜46aは、素子分離絶縁膜45と同様に完全分離部47を有する素子分離絶縁膜、あるいは完全分離型の素子分離絶縁膜である。本実施の形態7の第2の変形例に係る半導体集積回路によれば、互いに隣接する部分の高電圧回路部と低電圧部との間に、素子分離絶縁膜45よりも分離性能の高い幅広の素子分離絶縁膜46aを形成したため、隣接部分の高電圧回路部と低電圧部との間でのノイズの相互影響を抑制することができる。
In the semiconductor integrated circuit according to the second modification of the seventh embodiment, for the sake of layout, a part of the high voltage circuit part and a part of the low voltage part are arranged adjacent to each other, and An element
また、本実施の形態7の第1,2の変形例に係る半導体集積回路において、低電圧部に、高周波のアナログ微小信号を扱う高周波(RF:Radio Frequency)回路を形成する場合は、高電圧回路部から最も離れて配置されている回路ブロック44f,44jに、高周波回路を形成することが望ましい。これにより、高電圧回路部で発生したノイズによって高周波回路が受ける影響を緩和することができる。 Further, in the semiconductor integrated circuit according to the first and second modifications of the seventh embodiment, a high voltage (RF) circuit that handles a high frequency analog minute signal is formed in the low voltage portion. It is desirable to form a high-frequency circuit in the circuit blocks 44f and 44j arranged farthest from the circuit unit. Thereby, the influence which a high frequency circuit receives with the noise which generate | occur | produced in the high voltage circuit part can be relieved.
さらに、図38を参照して、回路ブロック44jに高周波回路が形成されている場合に、回路ブロック44jと、これに隣接する回路ブロック44g,44iとの間に、分離性能の高い幅広の素子分離絶縁膜46bを形成してもよい。素子分離絶縁膜46bは、素子分離絶縁膜45と同様に完全分離部47を有する素子分離絶縁膜、あるいは完全分離型の素子分離絶縁膜である。これにより、回路ブロック44j以外の領域で発生したノイズによって高周波回路が受ける影響を、さらに緩和することができる。
Further, referring to FIG. 38, when a high frequency circuit is formed in circuit block 44j, wide element isolation with high isolation performance is provided between circuit block 44j and circuit blocks 44g and 44i adjacent thereto. The insulating
実施の形態8.
図39は、本発明の実施の形態8に係る半導体集積回路の構成を模式的に示す断面図である。図39に示すように本実施の形態8に係る半導体集積回路は、図36に示した上記実施の形態7に係る半導体集積回路を基礎として、高電圧回路部及びメモリセルアレイ部における素子分離絶縁膜48,49を、低電圧部における素子分離絶縁膜5,45よりも深く形成したものである。
FIG. 39 is a sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor integrated circuit according to the eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 39, the semiconductor integrated circuit according to the eighth embodiment is based on the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment shown in FIG. 36, and the element isolation insulating film in the high voltage circuit portion and the memory cell array portion. 48 and 49 are formed deeper than the element
素子分離絶縁膜48は部分分離型の素子分離絶縁膜であり、高電圧回路部内において、互いに隣接する高電圧トランジスタ同士、及びメモリセルアレイ部内において、互いに隣接するメモリセルトランジスタ同士の間に形成されている。また、素子分離絶縁膜49は、底面の一部に完全分離部50を有する素子分離絶縁膜であり、高電圧回路部とメモリセルアレイ部との間に形成されている。
The element
このように本実施の形態8に係る半導体集積回路によれば、高電圧回路部及びメモリセルアレイ部における素子分離絶縁膜48,49を、低電圧部における素子分離絶縁膜5,45よりも深く形成したため、低電圧部よりも高い電圧を扱う高電圧部において、素子分離絶縁膜48,49の分離耐圧を高めることができる。
As described above, according to the semiconductor integrated circuit according to the eighth embodiment, the element
実施の形態9.
図40は、本発明の実施の形態9に係る半導体集積回路の構成を模式的に示す断面図である。図40においては、上記実施の形態8における高電圧回路部及びメモリセルアレイ部をまとめて、「高電圧部」として記載している。後述の図41〜43においても同様である。低電圧部において、素子分離絶縁膜5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4内には、チャネルカット層52が形成されている。また、高電圧部において、素子分離絶縁膜5の底面とBOX層3の上面との間に位置する部分のシリコン層4内には、チャネルカット層52よりも不純物濃度が高いチャネルカット層51が形成されている。
FIG. 40 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor integrated circuit according to the ninth embodiment of the present invention. In FIG. 40, the high voltage circuit portion and the memory cell array portion in the eighth embodiment are collectively described as “high voltage portion”. The same applies to FIGS. 41 to 43 described later. In the low voltage portion, a
このように本実施の形態9に係る半導体集積回路によれば、高電圧部に形成されるチャネルカット層51の不純物濃度を、低電圧部に形成されるチャネルカット層52の不純物濃度よりも高くしたため、高電圧部において素子間の分離耐圧を高めることができる。
As described above, according to the semiconductor integrated circuit according to the ninth embodiment, the impurity concentration of the
実施の形態10.
図41〜43は、本発明の実施の形態10に係る半導体集積回路の構造を示す断面図である。図41を参照して、SOI基板1の高電圧部及び低電圧部には、トランジスタがそれぞれ形成されている。また、低電圧部におけるシリコン層4内には、チャネルドープ領域54が形成されており、高電圧部におけるシリコン層4内には、チャネルドープ領域54よりも不純物濃度が高いチャネルドープ領域53が形成されている。
41 to 43 are cross-sectional views showing the structure of the semiconductor integrated circuit according to the tenth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 41, transistors are formed in the high voltage portion and the low voltage portion of
図42を参照して、SOI基板1の高電圧部及び低電圧部には、トランジスタがそれぞれ形成されている。高電圧部に形成されているトランジスタのゲート酸化膜55の膜厚は、低電圧部に形成されているトランジスタのゲート酸化膜6の膜厚よりも厚い。
Referring to FIG. 42, transistors are formed in the high voltage portion and the low voltage portion of
図43を参照して、SOI基板1の高電圧部及び低電圧部には、トランジスタがそれぞれ形成されている。高電圧部に形成されているトランジスタのゲート長は、低電圧部に形成されているトランジスタのゲート長よりも長い。図41〜43に示した構造は、任意に組み合わせて使用してもよい。
Referring to FIG. 43, transistors are formed in the high voltage portion and the low voltage portion of
このように本実施の形態10に係る半導体集積回路によれば、高電圧部に形成されているトランジスタのしきい値電圧を、低電圧部に形成されているトランジスタのしきい値電圧よりも高く設定できるため、高電圧部において、トランジスタのパンチスルー耐性を高めることができる。 As described above, according to the semiconductor integrated circuit according to the tenth embodiment, the threshold voltage of the transistor formed in the high voltage portion is set higher than the threshold voltage of the transistor formed in the low voltage portion. Since it can be set, the punch-through resistance of the transistor can be increased in the high voltage portion.
実施の形態11.
本発明の実施の形態11は、図7に示したように、ソース領域及びドレイン領域がともにBOX層3の上面に達する構造の不揮発性半導体記憶装置を対象とする。図44は、本発明の実施の形態11に係る、フラッシュメモリのメモリセルアレイの構成の一部を抜き出して示す回路図である。図44では、3行×3列分の、合計9個のメモリセルの構成のみを示している。同一行に属するメモリセルトランジスタは、共通のボディ線に接続されている。例えば、メモリセルMC11〜MC13が備える各メモリセルトランジスタは、ボディ線BDL1に共通に接続されている。
ワード線WL1〜WL3は、ワード線の駆動回路601〜603にそれぞれ接続されている。また、ボディ線BDL1〜BDL3は、ボディ線の駆動回路611〜613にそれぞれ接続されている。このとき、図44に示すように、駆動回路601〜603と駆動回路611〜613とは、メモリセルアレイを挟んで基板の反対側に配置するのが望ましい。
The word lines WL1 to WL3 are connected to word
一般的なフラッシュメモリにおいては、例えば、ソースSに0V、ドレインDに5V、コントロールゲートCGに12Vの電圧をそれぞれ印加して、フローティングゲートFG内にホットエレクトロンを注入することによって、データの書き込みを行う。 In a general flash memory, for example, data is written by applying a voltage of 0 V to the source S, 5 V to the drain D, and 12 V to the control gate CG, and injecting hot electrons into the floating gate FG. Do.
本実施の形態11では、データの書き込み動作を行う際、ボディ線BDL1〜BDL3にも電圧を印加する。図45は、データの書き込み時に、ワード線及びボディ線にそれぞれ印加されるワード線(WL)駆動信号及びボディ線(BDL)駆動信号の波形を示すタイミングチャートである。WL駆動信号は、時刻t1に、LレベルからHレベルに遷移している。このとき、BDL駆動信号がt1よりも早い時刻t2にLレベルからHレベルに遷移するように、ボディ線BDLを駆動するのが望ましい。即ち、ボディ線BDLをワード線WLに先立って駆動するのが望ましい。 In the eleventh embodiment, when data write operation is performed, a voltage is also applied to body lines BDL1 to BDL3. FIG. 45 is a timing chart showing waveforms of a word line (WL) drive signal and a body line (BDL) drive signal applied to the word line and the body line, respectively, when writing data. The WL drive signal changes from the L level to the H level at time t1. At this time, it is desirable to drive the body line BDL so that the BDL drive signal transitions from the L level to the H level at time t2 earlier than t1. That is, it is desirable to drive the body line BDL prior to the word line WL.
シリコンによって構成されるボディ線BDLは、シリサイド等によって構成されるワード線WLよりも抵抗が高く、信号の伝達速度が遅い。しかしながら、ワード線WLに先立ってボディ線BDLを駆動することにより、WL駆動信号に対してBDL駆動信号が遅延することを回避することができる。 The body line BDL made of silicon has a higher resistance and a lower signal transmission speed than the word line WL made of silicide or the like. However, by driving the body line BDL prior to the word line WL, it is possible to avoid delaying the BDL drive signal with respect to the WL drive signal.
このように本実施の形態11に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、データの書き込み動作を行う際に、ワード線WLとともにボディ線BDLも駆動する。これにより、メモリセルトランジスタのソースSからドレインDにバイポーラ電流も流すことができるため、書き込み効率の向上を図ることができる。例えば、ボディ線BDLに0.3Vの電圧を印加することにより、ワード線WLに印加する電圧を10Vに下げることが可能となる。これにより、消費電力の低減を図ることができる。 Thus, according to the nonvolatile semiconductor memory device in accordance with the eleventh embodiment, the body line BDL is driven together with the word line WL when performing a data write operation. Thereby, since a bipolar current can also flow from the source S to the drain D of the memory cell transistor, it is possible to improve the writing efficiency. For example, by applying a voltage of 0.3V to the body line BDL, the voltage applied to the word line WL can be lowered to 10V. Thereby, power consumption can be reduced.
また、駆動回路601〜603と駆動回路611〜613とは、メモリセルアレイを挟んで基板の反対側に配置されているため、ワード線WL及びボディ線BDLの各抵抗に起因する電圧降下の影響を相殺することができる。これにより、同一行に属する複数のメモリセルに関して、書き込み特性の均一化を図ることができる。
In addition, since the
なお、非選択のボディ線BDLには、駆動回路611〜613から0Vの電圧を印加するか、あるいは、選択されたボディ線BDLとは逆極性の電圧(例えば−0.3V)を印加するのが望ましい。これにより、ディスターブ不良の発生を回避することができる。
Note that a voltage of 0 V is applied to the non-selected body line BDL from the
1 SOI基板、2 シリコン基板、3 BOX層、4 シリコン層、5,15,16,35,46a,46b,48,49 素子分離絶縁膜、70 ボディ領域、10 不純物導入領域、12,14,36 ソース・ドレイン領域、40,41,47,50 完全分離部、51,52 チャネルカット層。 1 SOI substrate, 2 silicon substrate, 3 BOX layer, 4 silicon layer, 5, 15, 16, 35, 46a, 46b, 48, 49 element isolation insulating film, 70 body region, 10 impurity introduction region, 12, 14, 36 Source / drain region, 40, 41, 47, 50 Completely isolated portion, 51, 52 Channel cut layer.
Claims (10)
前記半導体層の主面内に形成された、前記絶縁層との間に前記半導体層を有する第1の分離絶縁膜と、
前記半導体層内において、形成された第1のMOSトランジスタと、
前記半導体層内において前記第1のMOSトランジスタに隣接して形成された第2のMOSトランジスタとを備え、
前記第1のMOSトランジスタの前記半導体層は前記第2のMOSトランジスタの前記半導体層より厚い
半導体装置。 An SOI substrate having a structure in which a semiconductor substrate, an insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order;
A first isolation insulating film formed in a main surface of the semiconductor layer and having the semiconductor layer between the insulating layer;
A first MOS transistor formed in the semiconductor layer;
A second MOS transistor formed adjacent to the first MOS transistor in the semiconductor layer;
The semiconductor device in which the semiconductor layer of the first MOS transistor is thicker than the semiconductor layer of the second MOS transistor.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first isolation insulating film is formed between the first MOS transistor and the second MOS transistor.
前記第2の分離絶縁膜は、前記第1のMOSトランジスタと前記第2のMOSトランジスタとの間に形成されている
請求項1に記載の半導体装置。 A second isolation insulating film formed from the main surface of the semiconductor layer to the upper surface of the insulating layer;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second isolation insulating film is formed between the first MOS transistor and the second MOS transistor.
請求項1に記載の半導体装置。 The third isolation insulating film formed between the first MOS transistor and the second MOS transistor includes a first region on the formation region of the first MOS transistor and the second MOS transistor. The semiconductor device according to claim 1, wherein a third region in contact with the insulating layer is continuously formed between a second region on the transistor formation region, the first region, and the second region.
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein a source / drain region of the second MOS transistor reaches an upper surface of the insulating layer.
前記第2のMOSトランジスタは低電圧部を構成する
請求項5または請求項6に記載の半導体装置。 The first MOS transistor constitutes a high voltage part,
The semiconductor device according to claim 5, wherein the second MOS transistor forms a low voltage portion.
前記第2のMOSトランジスタはロジック回路を構成する
請求項5または請求項6に記載の半導体装置。 The first MOS transistor constitutes a memory cell transistor;
The semiconductor device according to claim 5, wherein the second MOS transistor forms a logic circuit.
前記ボディ領域の電位が外部より固定される
請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first MOS transistor includes a gate electrode formed on the body region of the portion sandwiched between the source region and the drain region via an insulating film,
The semiconductor device according to claim 5, wherein the potential of the body region is fixed from the outside.
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first MOS transistor constitutes a flash memory.
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