JP4363776B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエルと不純物拡散層への接続コンタクトを有する半導体装置に係り、特にウエルと不純物拡散層とを同電位に設定する高集積化された半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
年々、高集積化の進む半導体装置においては、特に半導体記憶装置において、メモリセル素子数が増大し、メモリセルアレイの領域面積が増大している。
【0003】
ここで、従来の電気的一括消去可能なノア型フラッシュメモリの平面図を図14に示す。メモリセルアレイには多数個のセルトランジスタが碁盤目状に形成されている。すなわち、図14の左右方向に互いに平行にメモリセルゲート50が複数本形成されている。このメモリセルゲート50に直交して、複数本の素子分離領域3が形成されている。
【0004】
これらメモリセルゲート50と素子分離領域3が形成されていない部分は半導体基板1が露出している。メモリセルゲート50の図14中における長手面の一方側に接してソース又はドレインの一方が形成され、他方側にソース・ドレインの他方が形成されている。各ソース・ドレインは素子分離領域で分断されている。
【0005】
各ドレイン11には、ドレイン接続電極12が形成され、各ドレイン11への電位の供給が行われる。
【0006】
各ソース13には、ソース接続電極14が形成され、各ソース13への電位の供給が行われる。
【0007】
なお、この図14における“I−J”線上での断面が図3に相当する。この図3はドレイン11周辺の構造を示しているが、図14に置ける“K−L”線上のソース13周辺の構造も図3に示される構造とドレインをソースに置き換えた同様の構造となっている。
【0008】
図3に示されるようにドレイン11は一対の素子分離領域3に挟まれて形成されている。このドレイン11の一部分に接触して、上方にドレイン接続電極12が形成されている。1対の素子分離領域に挟まれたドレイン11上の一部分のみにドレイン接続電極12は存在する。
【0009】
ノア型フラッシュメモリでは、高密度にメモリセルを並べるため、それぞれ隣り合うメモリセルごとに、ソースおよびドレインのコンタクトを共用し、セル占有面積を縮小している。また、ウェルに電位を与える為のウェルコンタクトは、セルアレイ内にはなく、セルアレイ外周部にある。このようにソース接続電極とドレイン接続電極は同一形状となっている。
【0010】
次に、ノア型フラッシュメモリの動作原理を説明する。まず、消去方法では、ドレイン、ソースおよびウェルに10V程度の正の電位Veを、ゲートに−8V程度の負の電位Vgeを与え、フローティングゲート中の電子を、チャネル側に引き抜く。この操作により、フローティングゲート中の電子が減少して、正の電荷が見かけ上増加し、セルトランジスタの閾値電圧が低下する。
【0011】
次に、書き込み方法では、ソース及び、ウェルにアース電位Vgnd、ドレインに5V程度の電位Vdp、ゲートには8V程度の電位Vgpを与える。チャネルに電流が流れ、電流が流れることにより発生したホットエレクトロンをフローティングゲ−トに注入する。この操作によりフローティングゲート中の電子が増加し、セルトランジスタの閾値電圧が上昇する。
【0012】
次に、読み出し方法は、ソース及び、ウェルにアース電位Vgnd、ドレインに1V程度電位のVdr、ゲートには5V程度の電位Vgrを与える。この状態で、消去状態のセルではセルトランジスタの閾値電圧がゲート電圧Vgrより低いためドレインからソースに電流が流れる。また、書き込み状態のセルではセルトランジスタの閾値電圧がゲート電圧Vgrより高い為、ドレインからソースに電流が流れない。
【0013】
このように、ドレイン電流の有無により、セルの値を判別することができる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の半導体装置の製造方法では、以下の課題が生じる。
【0015】
従来の半導体記憶装置においては、ウェルに電位を与える為のウェルコンタクトは、メモリセルアレイ内にはなく、メモリセルアレイ外周部にある。
【0016】
ウェルの電位を固定するコンタクトがセルアレイ内にない為、消去時にウェルに電位を与えるときセルアレイ中央部の電位が安定するまで時間がかかる。
【0017】
また、書き込み時に、ドレインに比較的大きな電流を流すためウェル電流が増加し、セルアレイ中央部のウェル電位が不安定になりやすいなど、セルの動作が不安定になる要因となる。
【0018】
特に、大規模化が進んだ半導体記憶装置ではメモリセルアレイからウエルへ電位を供給するコンタクトまでの距離が増大してしまい、上記の課題が顕著なものとなる。
【0019】
一方で、セルアレイ内にウェルのコンタクトを作成すると、各メモリセル間の距離を大きくして、その拡大された隙間にコンタクト領域を設けることになり、セルアレイの面積が大きくなってしまう。
【0020】
本発明の目的は以上のような従来技術の課題を解決することにある。
【0021】
特に、本発明の目的は、不純物拡散層へ電位を与える単位で、ウエルへ同一電位を与えることができ、ウエル電位を安定化し、高集積化された半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板と、前記半導体基板中に設けられた第1導電型のウエルと、前記ウエル中に設けられた一対の素子分離領域と、前記ウエルの上部に、前記一対の素子分離領域に挟まれて設けられた第2導電型の不純物拡散層と、前記不純物拡散層の側面、前記ウエルの側面及び前記素子分離領域の側面に接触され、底部が前記不純物拡散層の下面よりも深い位置にある第1接続電極と、前記不純物拡散層上面に接触され、前記第1接続電極と分離された第2接続電極とを有する半導体装置である。
【0024】
さらに、本発明の別の特徴は、第1導電型のウエルを備えた半導体基板上に第1導電性膜を形成する工程と、一対の素子分離領域形成予定領域上方の前記第1導電性膜以外の前記第1導電性膜上にレジストを形成する工程と、前記レジストをマスクとして、前記レジストが上方に形成されていない部分の前記第1導電性膜及びその直下の前記ウエルの一部を除去して開口部を形成する工程と、除去された前記第1導電性膜及び前記ウエル中の開口部に絶縁物を埋め込み、素子分離領域を形成する工程と、不純物拡散層形成領域に対応する前記素子分離領域の側面をエッチングして、前記ウエルの側面を露出させる工程と、前記露出したウエルの側面と前記素子分離領域の側面間に導電体を埋め込み第1接続電極を形成する工程と、不純物拡散層形成予定領域に対応する前記第1導電性膜を除去する工程と、前記第1導電性膜が除去された領域に対応する前記ウエル中に前記第1接続電極の底部より浅い底部を有する第2導電型の不純物拡散層を形成して、前記第1接続電極と接続する工程と、前記不純物拡散層上面と接触し、前記第1接続電極と分離された第2接続電極を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に,図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり,厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なる。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【0027】
(第1の実施の形態)
図1乃至図5を用いて本実施の形態を説明する。図1には本実施の形態におけるソースへの接続電極とウエルへの接続電極の構成が示される。図1に示されるように、半導体基板1上には、低濃度不純物が拡散されたウエル領域2が形成されている。
【0028】
このウエル領域2中に一対の素子分離領域3に挟まれて、ソース4が形成されている。ソース4はウエル2とは反対導電型の高濃度不純物拡散層である。
【0029】
このソース4の下方面以外の周囲を取り囲むようにソース接続電極5が形成されている。ウエル2上方や素子分離領域3上には、層間絶縁膜6が形成されている。
【0030】
ソース接続電極5はソース配線7により、他の素子分離領域に挟まれて形成されている他のソースと接続されている。
【0031】
このように、ソース接続電極5が素子分離領域3にかかるようにソース4の拡散層幅より大きく、ソース4の拡散層深さより深く開口することで、ソース4の拡散層及び、ウェル2がむき出しにされて、導体である金属等が接続電極として埋め込まれて、ソース4及びウェル2に同時に電位を与えることが可能となっている。
【0032】
図2に本実施の形態をノア型フラッシュメモリに適用した場合のメモリセルアレイ領域の一部の上面図を示す。
【0033】
メモリセルアレイには多数個のセルトランジスタが碁盤目状に形成されている。すなわち、図2の左右方向に互いに平行にメモリセルゲート8が複数本形成されている。このメモリセルゲート8に直交して、複数本の素子分離領域9が形成されている。
【0034】
これらメモリセルゲート8と素子分離領域9が形成されていない部分は半導体基板10が露出している。メモリセルゲート8の長手面の一方側に接してソース又はドレインの一方が形成され、他方側にソース・ドレインの他方が形成されている。各ソース・ドレインは素子分離領域で分断されている。
【0035】
各ドレイン11には、ドレイン接続電極12が形成され、各ドレイン11への電位の供給が行われる。
【0036】
各ソース13には、ソース接続電極14が形成され、各ソース13への電位の供給が行われる。
【0037】
なお、この図2における“A−B”線上での断面が図1に相当する。すなわち、“A−B”線上では、ソース13を挟む一対の素子分離領域9がソース接続電極14が形成されていない部分と比べて素子分離領域の幅が狭められていて、その狭められた領域にソース接続電極14が形成されている。
【0038】
図2における“C−D”線上での断面が図3に相当する。ドレイン11は一対の素子分離領域3に挟まれて形成されている。このドレイン11の一部分に接触して、上方にドレイン接続電極12が形成されている。ソース13とは異なり、ドレイン11は素子分離領域13の形状はドレイン接続電極12周辺で変化はない。すなわち、図3のように1対の素子分離領域に挟まれたドレイン11上の一部分のみにドレイン接続電極12は存在する。
【0039】
図2で、“E−F”線上の断面が図4に示される。高密度にメモリセルを並べるため、それぞれ隣り合うメモリセルごとに、ソース4及びドレイン11並びにそれぞれの接続電極7,12を共用し、メモリセル占有面積を縮小して、高集積化された半導体記憶装置となっている。
【0040】
すなわち、ソース4とドレイン11の間のウエル2上にトンネル酸化膜17を介してフローティングゲート18が形成されている。このフローティングゲート18上には、電極間絶縁膜19を介してコントロールゲート20が形成されている。また、ソース接続電極7上には、図4中の紙面に表から裏面方向へ直線的に形成されたソース配線21が接続されている。
【0041】
また、ドレイン接続電極12上には、ドレイン接続プラグ22を介して、ドレイン引出し配線23が接続されている。このドレイン引出し配線23上には、ソース配線21より上層の配線層を用いて、図4中の紙面に表から裏面方向へ直線的に形成されたドレイン配線24が形成されている。
【0042】
本実施の製造方法を図5及び図6を用いて説明する。
【0043】
図5及び図6に示される断面は図1に相当する断面での製造工程を示すものである。図5に示されるように、シリコンからなる半導体基板1上に、ウエル2を設け、各ソース、ドレインを分離する素子分離領域3を形成する。この素子分離領域3に挟まれて、ソース4及びドレイン11をウエル2中に形成する。ウエル2及び素子分離領域3上に層間絶縁膜6を形成する。
【0044】
次に、層間絶縁膜6上にフォトレジスト25を全面に塗布した後、ドレイン11及びソース4の上方以外をフォトマスクによりパターニングする。すなわち、ドレイン11上方には後の工程で製造されるドレイン11との接続電極の大きさに応じたドレイン接続電極開口26が形成される。また、ソース4上方には後の工程で製造されるソース4との接続電極の大きさに応じたソース接続電極開口27が形成される。
【0045】
図6に示されるように、このフォトレジスト25をマスク材として、層間絶縁膜6をRIE(Reactive Ion Etching)法等を用いることにより、除去する。半導体基板1の材料であるシリコンと層間絶縁膜6の材料であるシリコン酸化膜との、RIE実施時の選択比を大きくとることで、半導体基板1をエッチングせずに層間絶縁膜6を選択的に除去できる。
【0046】
ここで、ソース4では、素子分離領域3をソース4の拡散層深さよりも深く、かつ、半導体基板1中のウエル2中のソース4の拡散層がなくならないようにRIE法でエッチングすると、半導体基板1の側面とソース4の拡散層表面及び側面がむき出しになる。
【0047】
ドレイン11では、ドレイン接続電極開口径に応じた開口がドレイン11表面を露出させる。すなわち、ドレイン11近傍では、層間絶縁膜6から素子分離領域3は露出することはない。
【0048】
このように形成された層間絶縁膜6内の開口部にソース及びドレイン接続電極配線材料の金属等を埋め込むと、ドレイン11、ソース4とウェル2それぞれに接続される接続電極を形成することができる。すなわち、従来、形成されていなかったソース4下方のウエル2への接続電極をウエル2側面から接触させて形成することができる。
【0049】
ここで、接続電極としては、チタンナイトライド薄膜やタングステンなどが利用できる。
【0050】
以後、金属配線層、および表面保護層などを順次形成して、半導体記憶装置が形成できる。
【0051】
なお、図4に示される断面での素子分離領域形成、ゲート電極形成は図5に表れる工程の前に、従来通りに形成される。
【0052】
本実施の形態によれば、フラッシュメモリのメモリセルアレイのウェルの電位を固定する構造をメモリセルアレイ中に多量に作成できる為、消去動作時にウェルに電位を与えた場合であっても、セルアレイ中央部でも短い時間で安定させることが可能となる。また、書き込み動作時にドレインに比較的大きな電流を流してもウェル電位が安定するなど、セルの動作が安定する。
【0053】
また、ウエル接続電極をセルアレイ中のソース部分に多量に作成しても、ソース接続電極を兼用していて、素子分離領域の一部分のみを利用しているため、セルアレイの面積が大きくならない。
【0054】
本実施の形態によれば、素子分離領域にはさまれたソース領域の面積を増加させることなく、ウエル領域との接続電極をソース領域ごとに設けることができる。
【0055】
ノア型フラッシュメモリにおいては、ソース領域は半導体記憶装置のメモリセルアレイ内のトランジスタ数の半分の個数分、備えられていて、各ソースごとに接続電極が設けられれば、たとえウエルと接続電極との接触面積が微細な場合でも、ソースの個数分、ウエルとの接触が行える。
【0056】
このため、メモリセルアレイ内のウエルへの電位を十分に行え、ウエル電位を安定化することができる。すなわち、フラッシュメモリでは、隣接するセルトランジスタ同士で、ソース・ドレインを共通化しているため、ソースの個数はセルトランジスタの個数の半分となる。
【0057】
このように本実施の形態では、メモリセルアレイに設けられたセルトランジスタの個数の半分の個数分、ウエルへの接続電極を設けて、セルアレイ中のウエル電位の安定化を図ることができる。
【0058】
特に、フラッシュメモリに本実施の形態を適用することで、書き込み時にウエル電位の安定化が図られ、書き込みがなされたトランジスタの閾値を正確に設定、正確な書き込み動作を行うことが可能となる。さらに消去時には、早期にメモリウエルの電位を安定化でき、消去動作の高速化が可能である。
【0059】
(第1の実施の形態の変形例)
図7に本実施の形態の変形例のソース接続電極部分が示されるように、ウエル2との接続電極を兼用するソース接続電極30はソース4に対して素子分離領域3の片側だけに接して、設けることも可能である。このような構成を用いても第1の実施の形態同様の効果を得ることができる。
【0060】
(第2の実施の形態)
図8に本実施の形態のソースの接続電極の断面図を示す。ドレイン接続電極の形状は第1の実施の形態同様であり、平面図は従来技術における平面図である図14と同様の形状となる。
【0061】
図8に示されるように、半導体基板1上にウエル2が形成されていて、このウエル2上方にソース4が形成されている。ソース4をはさみ込むように一対の素子分離領域31が形成されている。
【0062】
ここで、素子分離領域31はその底部よりもその上部の幅が小さく形成され、その側辺は半導体基板表面に対して、斜めに形成されている。この素子分離領域31の側面に接して、ウエル接続電極32が形成されている。
【0063】
このウエル接続電極32はその深さがソース4の拡散層深さよりも深く形成されていて、ウエル2及びソース4と接触している。ソース4上にはソース接続電極33が形成され、ソース4に電位を与える。このソース接続電極33はソース4の露出した表面の一部分のみに接触して形成されている。
【0064】
次に、本実施の形態の製造方法を図9乃至図13を用いて説明する。
【0065】
図9に示されるように、半導体基板1上にウエル2を形成し、このウエル2上にゲート酸化膜34を形成する。このゲート酸化膜34上にフローティングゲート材35を形成する。このフローティングゲート材35はポリシリコン等が利用できる。
【0066】
次いで、フローティングゲート材35上にハードマスク材36を形成する。ハードマスク材36は例えば、窒化シリコン等が利用できる。このハードマスク材36上にフォトレジスト37を形成する。なお、フォトレジストのみでエッチング処理が行える場合は、特にハードマスク材を使用しなくてもよい。
【0067】
この形成したフォトレジスト37を素子分離領域形成予定領域に開口を設けるようにパターニングを行う。この際、開口部下に後の工程で形成する凹部内に埋め込む膜のエッチングレートが速くなりやすいパターンが形成される。
【0068】
このパターン化されたフォトレジスト37をマスクとして、RIE法などでエッチングが行われる。フォトレジストをマスクとして、ハードマスク材をRIE法等により加工し、レジストを剥離して、フォトレジストのパターンに対応したハードマスクのパターンを形成する。
【0069】
こうして、ハードマスク材のパターンをマスクとして、RIE法などによるエッチングを行い、フォトレジスト開口部下のハードマスク材36、フローティング材35、ゲート酸化膜34が除去される。さらに半導体基板1上のウエル2も除去されて、凹部38が形成される。
【0070】
この時、HDP−CVD法の特性により、ウェットエッチングのエッチングレートが速い膜がソース形成予定領域側面に堆積する。CMP(Chmeical Vapor Deposition)法を用いて表面を平坦にし、ハードマスク材36をウェットエッチングを用いて除去する。
【0071】
半導体基板1全面に素子分離領域の埋め込み材として例えば、シリコン酸化物をHDP−CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition)を用いて堆積する。
【0072】
次に、図11に示されるように、素子分離領域39を形成した後、ソース拡散層(図示せず)より深くなるところまで、素子分離領域39側面の半導体基板1をむき出しにする。自然酸化膜とウェットエッチングのエッチングレートが速い膜を除去するためにウェットエッチングが行われる。
【0073】
次に、図12に示されるように、全面にゲート材料であるリンをドープしたポリシリコン膜などからなる追加フローティングゲート材40を形成し、むき出しにされた素子分離領域39側面にポリシリコン膜40を埋め込み、ソース及びウェルに同時に電位を与える接続電極を形成する。
【0074】
メモリセルゲート形成予定領域以外の追加フローティングゲート材40は除去するが、素子分離領域39と半導体基板1との間に埋め込まれたポリシリコン膜40は残存する。
【0075】
この後で、スリット、メモリセルゲートを加工し、ソース、ドレイン、層間絶縁膜、金属配線層、及び表面保護層などを形成する。
【0076】
ここで、本実施の形態の平面図が図13に示される。素子分離領域39が複数本、互いに平行に直線的に配置されている。この素子分離領域39の間に半導体基板1上のウエル2が露出している。この露出したウエル2中にはソース41、ドレイン11が形成されている。
【0077】
ソース41においては、素子分離領域39の幅が一部分、他の領域に比べて狭く形成されている。素子分離領域39に直交するようにメモリセルゲート43が直線的に複数本形成されている。このメモリセルゲート43の長手面に沿って、一方側にソース41が形成され、他方側にドレイン11が形成されている。
【0078】
この図13中の“G−H”線上での断面が図8に相当する。
【0079】
本実施の形態においても第1の実施の形態同様の効果を有することができる。
【0080】
なお、上記実施の形態では、ソースとウエルを同一電位に設定する構成を説明したが、ソース以外の領域とウエルとを同一電位に設定する半導体装置に適用することも可能である。
【0081】
上記実施の形態では、ノア型フラッシュメモリについて説明したが、本発明はノア型フラッシュメモリに限られるものではなく、ウエルに不純物拡散層と同一電位を与える他の半導体装置にも適用できる。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、不純物拡散層へ電位を与える単位で、ウエルへ同一電位を与えることができ、ウエル電位を安定化し、高集積化された半導体装置及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態である半導体装置の構造を示す図2における“A−B”線上の断面図。
【図2】 本発明の第1の実施の形態である半導体装置の構造を示す平面図。
【図3】 本発明の第1の実施の形態である半導体装置の構造を示す図2に置ける“C−D”線上での断面図。
【図4】 本発明の第1の実施の形態である半導体装置の構造を示す図2における“E−F”線上での断面図。
【図5】 本発明の第1の実施の形態である半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図6】 本発明の第1の実施の形態である半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図7】 本発明の第1の実施の形態の変形例である半導体装置の構造を示す断面図。
【図8】 本発明の第2の実施の形態を示す図13における“G―H”線上の断面図。
【図9】 本発明の第2の実施の形態である半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図10】 本発明の第2の実施の形態である半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図11】 本発明の第2の実施の形態である半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図12】 本発明の第2の実施の形態である半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図13】 本発明の第2の実施の形態である半導体装置の構成を示す平面図。
【図14】 従来の半導体装置の構造を示す平面図。
【符号の説明】
1、10、42 半導体基板
2 ウエル
3、9、31、39 素子分離領域
4、13、41 ソース
5、14、33 ソース接続電極
6 層間絶縁膜
7、21、30 ソース配線
8、43 メモリセルゲート
11 ドレイン
12 ドレイン接続電極
17、34 ゲート酸化膜
18 フローティングゲート
19 電極間絶縁膜
20 コントロールゲート
22 ドレイン接続電極プラグ
23 ドレイン接続電極連結配線
24 ドレイン配線
25、37 フォトレジスト
26 ドレイン開口部
27 ソース開口部
32 ウエル接続電極
35 フローティングゲート材
36 ハードマスク材
38 凹部
40 追加フローティングゲート材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having connection contacts to a well and an impurity diffusion layer, and more particularly to a highly integrated semiconductor device in which the well and the impurity diffusion layer are set to the same potential and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor devices that are becoming highly integrated year by year, particularly in semiconductor memory devices, the number of memory cell elements has increased, and the area of the memory cell array has increased.
[0003]
Here, FIG. 14 shows a plan view of a conventional NOR type flash memory capable of electrical batch erasure. In the memory cell array, a large number of cell transistors are formed in a grid pattern. That is, a plurality of
[0004]
The
[0005]
A
[0006]
A
[0007]
Note that a cross section taken along the line “I-J” in FIG. 14 corresponds to FIG. Although FIG. 3 shows the structure around the
[0008]
As shown in FIG. 3, the
[0009]
In the NOR type flash memory, in order to arrange the memory cells at high density, the source and drain contacts are shared for each adjacent memory cell, and the cell occupation area is reduced. Further, the well contact for applying a potential to the well is not in the cell array but in the outer periphery of the cell array. Thus, the source connection electrode and the drain connection electrode have the same shape.
[0010]
Next, the operation principle of the NOR type flash memory will be described. First, in the erase method, a positive potential Ve of about 10 V is applied to the drain, source, and well, a negative potential Vge of about −8 V is applied to the gate, and electrons in the floating gate are extracted to the channel side. By this operation, electrons in the floating gate are reduced, positive charges are apparently increased, and the threshold voltage of the cell transistor is lowered.
[0011]
Next, in the writing method, a ground potential Vgnd is applied to the source and well, a potential Vdp of about 5 V is applied to the drain, and a potential Vgp of about 8 V is applied to the gate. A current flows through the channel, and hot electrons generated by the current flow are injected into the floating gate. By this operation, electrons in the floating gate increase, and the threshold voltage of the cell transistor increases.
[0012]
Next, in the reading method, a ground potential Vgnd is applied to the source and the well, a potential Vdr of about 1 V is applied to the drain, and a potential Vgr of about 5 V is applied to the gate. In this state, since the threshold voltage of the cell transistor is lower than the gate voltage Vgr in the erased cell, a current flows from the drain to the source. In the written cell, since the threshold voltage of the cell transistor is higher than the gate voltage Vgr, no current flows from the drain to the source.
[0013]
Thus, the value of the cell can be determined based on the presence or absence of the drain current.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional method for manufacturing a semiconductor device as described above has the following problems.
[0015]
In a conventional semiconductor memory device, a well contact for applying a potential to a well is not in the memory cell array but on the outer periphery of the memory cell array.
[0016]
Since there is no contact for fixing the potential of the well in the cell array, it takes time until the potential at the center of the cell array is stabilized when the potential is applied to the well during erasing.
[0017]
In addition, since a relatively large current is allowed to flow through the drain at the time of writing, the well current increases, and the well potential at the center of the cell array tends to become unstable.
[0018]
In particular, in a semiconductor memory device that has been increased in scale, the distance from a memory cell array to a contact that supplies a potential to a well increases, and the above-described problem becomes remarkable.
[0019]
On the other hand, when well contacts are created in the cell array, the distance between the memory cells is increased, and a contact region is provided in the enlarged gap, thereby increasing the area of the cell array.
[0020]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art.
[0021]
In particular, an object of the present invention is to provide a highly integrated semiconductor device and a method for manufacturing the same, in which the same potential can be applied to the well in units of applying a potential to the impurity diffusion layer, the well potential is stabilized. is there.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, a first conductivity type well provided in the semiconductor substrate, a pair of element isolation regions provided in the well, and an upper portion of the well. A second conductivity type impurity diffusion layer provided between the pair of element isolation regions, a side surface of the impurity diffusion layer, a side surface of the well, and a side surface of the element isolation region; The semiconductor device includes a first connection electrode located deeper than a lower surface of the impurity diffusion layer, and a second connection electrode that is in contact with the upper surface of the impurity diffusion layer and separated from the first connection electrode.
[0024]
Furthermore, another feature of the present invention is that a step of forming a first conductive film on a semiconductor substrate having a first conductivity type well, and the first conductive film above a pair of element isolation region formation scheduled regions. Forming a resist on the first conductive film other than the first conductive film, and using the resist as a mask, a portion of the first conductive film where the resist is not formed above and a part of the well immediately below the first conductive film. A step of removing and forming an opening; a step of embedding an insulator in the removed first conductive film and the opening in the well to form an element isolation region; and an impurity diffusion layer forming region. Etching a side surface of the element isolation region to expose the side surface of the well; burying a conductor between the exposed side surface of the well and the side surface of the element isolation region; and forming a first connection electrode; Impurity diffusion A step of removing the first conductive film corresponding to the region to be formed, and a second portion having a bottom shallower than the bottom of the first connection electrode in the well corresponding to the region from which the first conductive film has been removed. Forming a conductive type impurity diffusion layer and connecting to the first connection electrode; and forming a second connection electrode in contact with the upper surface of the impurity diffusion layer and separated from the first connection electrode. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Accordingly, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained.
[0027]
(First embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the structure of the connection electrode to the source and the connection electrode to the well in the present embodiment. As shown in FIG. 1, a
[0028]
A
[0029]
A source connection electrode 5 is formed so as to surround the periphery other than the lower surface of the
[0030]
The source connection electrode 5 is connected by a
[0031]
In this way, the source connection electrode 5 is opened larger than the diffusion layer width of the
[0032]
FIG. 2 shows a top view of a part of the memory cell array region when the present embodiment is applied to a NOR type flash memory.
[0033]
In the memory cell array, a large number of cell transistors are formed in a grid pattern. That is, a plurality of memory cell gates 8 are formed in parallel to each other in the left-right direction of FIG. A plurality of
[0034]
The
[0035]
A
[0036]
A
[0037]
Note that a cross section taken along the line “AB” in FIG. 2 corresponds to FIG. That is, on the “A-B” line, the width of the element isolation region is narrower in the pair of
[0038]
A cross section taken along the line “CD” in FIG. 2 corresponds to FIG. The
[0039]
In FIG. 2, a cross section along the line “EF” is shown in FIG. In order to arrange the memory cells at high density, the
[0040]
That is, the floating
[0041]
A
[0042]
The manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0043]
The cross section shown in FIGS. 5 and 6 shows the manufacturing process in the cross section corresponding to FIG. As shown in FIG. 5, a
[0044]
Next, a photoresist 25 is applied over the entire surface of the
[0045]
As shown in FIG. 6, using this photoresist 25 as a mask material, the
[0046]
Here, in the
[0047]
In the
[0048]
By burying metal or the like of the source and drain connection electrode wiring material in the opening in the
[0049]
Here, as the connection electrode, a titanium nitride thin film or tungsten can be used.
[0050]
Thereafter, a metal wiring layer, a surface protective layer, and the like are sequentially formed to form a semiconductor memory device.
[0051]
The element isolation region formation and the gate electrode formation in the cross section shown in FIG. 4 are formed in the conventional manner before the process shown in FIG.
[0052]
According to the present embodiment, a structure for fixing the potential of the well of the memory cell array of the flash memory can be produced in a large amount in the memory cell array. Therefore, even when the potential is applied to the well during the erase operation, But it can be stabilized in a short time. Further, the cell operation is stabilized, for example, the well potential is stabilized even when a relatively large current is supplied to the drain during the write operation.
[0053]
Even if a large number of well connection electrodes are formed in the source portion of the cell array, the area of the cell array does not increase because the source connection electrode is also used and only a part of the element isolation region is used.
[0054]
According to the present embodiment, a connection electrode to the well region can be provided for each source region without increasing the area of the source region sandwiched between the element isolation regions.
[0055]
In the NOR type flash memory, the source region is provided by half the number of transistors in the memory cell array of the semiconductor memory device, and if a connection electrode is provided for each source, the contact between the well and the connection electrode is provided. Even when the area is fine, contact with the well can be made by the number of sources.
[0056]
Therefore, a sufficient potential can be applied to the wells in the memory cell array, and the well potential can be stabilized. That is, in the flash memory, since the source and drain are shared by adjacent cell transistors, the number of sources is half the number of cell transistors.
[0057]
As described above, in this embodiment, connection electrodes to the wells are provided by the number of half of the number of cell transistors provided in the memory cell array, so that the well potential in the cell array can be stabilized.
[0058]
In particular, by applying this embodiment to a flash memory, the well potential can be stabilized at the time of writing, and the threshold value of the transistor to which data has been written can be accurately set and an accurate writing operation can be performed. Further, at the time of erasing, the potential of the memory well can be stabilized at an early stage, and the erasing operation can be speeded up.
[0059]
(Modification of the first embodiment)
As shown in the source connection electrode portion of the modification of the present embodiment in FIG. 7, the source connection electrode 30 serving also as the connection electrode with the
[0060]
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the source connection electrode of this embodiment. The shape of the drain connection electrode is the same as that of the first embodiment, and the plan view is the same as that of FIG. 14 which is a plan view of the prior art.
[0061]
As shown in FIG. 8, the
[0062]
Here, the width of the upper portion of the
[0063]
The
[0064]
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0065]
As shown in FIG. 9, the
[0066]
Next, a
[0067]
The formed photoresist 37 is patterned so as to provide an opening in an element isolation region formation scheduled region. At this time, a pattern is formed under the opening that tends to increase the etching rate of the film embedded in the recess formed in a later step.
[0068]
Etching is performed by the RIE method or the like using the patterned photoresist 37 as a mask. Using the photoresist as a mask, the hard mask material is processed by the RIE method or the like, and the resist is peeled off to form a hard mask pattern corresponding to the photoresist pattern.
[0069]
Thus, the
[0070]
At this time, due to the characteristics of the HDP-CVD method, a film having a high wet etching rate is deposited on the side surface of the source formation scheduled region. The surface is flattened using a CMP (Chemical Vapor Deposition) method, and the
[0071]
For example, silicon oxide is deposited on the entire surface of the
[0072]
Next, as shown in FIG. 11, after forming the
[0073]
Next, as shown in FIG. 12, an additional floating
[0074]
The additional floating
[0075]
Thereafter, the slit and the memory cell gate are processed to form a source, a drain, an interlayer insulating film, a metal wiring layer, a surface protective layer, and the like.
[0076]
Here, a plan view of the present embodiment is shown in FIG. A plurality of
[0077]
In the source 41, the width of the
[0078]
The cross section on the “GH” line in FIG. 13 corresponds to FIG.
[0079]
This embodiment can have the same effects as those of the first embodiment.
[0080]
In the above embodiment, the structure in which the source and the well are set to the same potential has been described. However, the present invention can be applied to a semiconductor device in which the region other than the source and the well are set to the same potential.
[0081]
Although the NOR type flash memory has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to the NOR type flash memory, but can be applied to other semiconductor devices in which the same potential as the impurity diffusion layer is applied to the well.
[0082]
【The invention's effect】
According to the present invention, the same potential can be applied to the well in a unit for applying a potential to the impurity diffusion layer, the well potential can be stabilized, and a highly integrated semiconductor device and a manufacturing method thereof can be provided.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view taken along the line “AB” in FIG. 2 showing the structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line “CD” in FIG. 2 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
4 is a cross-sectional view taken along the line “EF” in FIG. 2 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device which is a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line “GH” in FIG. 13 showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view showing a structure of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1, 10, 42
Claims (4)
前記半導体基板中に設けられた第1導電型のウエルと、
前記ウエル中に設けられた一対の素子分離領域と、
前記ウエルの上部に、前記一対の素子分離領域に挟まれて設けられた第2導電型の不純物拡散層と、
前記不純物拡散層の側面、前記ウエルの側面及び前記素子分離領域の側面に接触され、底部が前記不純物拡散層の下面よりも深い位置にある第1接続電極と、
前記不純物拡散層上面に接触され、前記第1接続電極と分離された第2接続電極とを有することを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
A first conductivity type well provided in the semiconductor substrate;
A pair of element isolation regions provided in the well;
An impurity diffusion layer of a second conductivity type provided between the pair of element isolation regions above the well; and
Side surface of the impurity diffusion layer, in contact with the side surface of the side and the isolation region of the well, a first connection electrode base portion is at a position deeper than the lower surface of the impurity diffusion layer,
Wherein the contact with the impurity diffusion layer top surface, and wherein a and a second connection electrode which is separated from the first connection electrode.
一対の素子分離領域形成予定領域上方の前記第1導電性膜以外の前記第1導電性膜上にレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとして、前記レジストが上方に形成されていない部分の前記第1導電性膜及びその直下の前記ウエルの一部を除去して開口部を形成する工程と、
除去された前記第1導電性膜及び前記ウエル中の開口部に絶縁物を埋め込み、素子分離領域を形成する工程と、
不純物拡散層形成領域に対応する前記素子分離領域の側面をエッチングして、前記ウエルの側面を露出させる工程と、
前記露出したウエルの側面と前記素子分離領域の側面間に導電体を埋め込み第1接続電極を形成する工程と、
不純物拡散層形成予定領域に対応する前記第1導電性膜を除去する工程と、
前記第1導電性膜が除去された領域に対応する前記ウエル中に前記第1接続電極の底部より浅い底部を有する第2導電型の不純物拡散層を形成して、前記第1接続電極と接続する工程と、
前記不純物拡散層上面と接触し、前記第1接続電極と分離された第2接続電極を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first conductive film on a semiconductor substrate having a first conductivity type well;
Forming a resist on the first conductive film other than the first conductive film above the pair of element isolation region formation planned regions;
Using the resist as a mask, removing a portion of the first conductive film where the resist is not formed above and a part of the well immediately below the first conductive film, and forming an opening;
Embedding an insulator in the removed first conductive film and the opening in the well to form an element isolation region;
The side surface of the isolation region corresponding to the impurity diffusion layer forming region by etching, thereby exposing the sides of the pre Kiu el,
Burying a conductor between the exposed side surface of the well and the side surface of the element isolation region to form a first connection electrode ;
Removing the first conductive film corresponding to the impurity diffusion layer formation planned region;
A second conductivity type impurity diffusion layer having a bottom shallower than the bottom of the first connection electrode is formed in the well corresponding to the region from which the first conductive film has been removed , and is connected to the first connection electrode. a step of,
A method of manufacturing a semiconductor device , comprising the step of forming a second connection electrode in contact with the upper surface of the impurity diffusion layer and separated from the first connection electrode .
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