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JP2006054369A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2006054369A
JP2006054369A JP2004235978A JP2004235978A JP2006054369A JP 2006054369 A JP2006054369 A JP 2006054369A JP 2004235978 A JP2004235978 A JP 2004235978A JP 2004235978 A JP2004235978 A JP 2004235978A JP 2006054369 A JP2006054369 A JP 2006054369A
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insulating film
capacitor
gate
contact plug
film
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Application number
JP2004235978A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisafumi Ikeda
尚史 池田
Hideo Kato
秀雄 加藤
Michiaki Noda
三千明 野田
Hiromasa Fujimoto
寛正 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device where a laminated structure originally possessed by a non-volatile memory is utilized as the capacitor of a peripheral circuit and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: The semiconductor device is equipped with a laminated gate structure Gs which is composed of a first insulating film 13 formed on a semiconductor substrate 11, a first conductive film 14 which is formed on the first insulating film 13 to serve as a floating gate, a second insulating film 15 provided on the first conductive film 14, and a second conductive film 16 which is formed on the second insulating film 15 to serve as a control gate, a first contact plug 21 connected to the first conductive film 14, a second contact plug 20 connected to the second conductive film 16, and third contact plugs 27 and 28 connected to the semiconductor substrate 11. The first and second insulating film, 13 and 15, are used as the dielectric films of a capacitor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、不揮発性メモリセルにおける積層ゲート構造をキャパシタとして用いる半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a stacked gate structure in a nonvolatile memory cell as a capacitor.

半導体装置では電源安定化、信号遅延等の目的で容量が必要な場合、トランジスタにおけるゲート酸化膜を使用したキャパシタ(以下、ゲートキャパシタという)が用いられている。   In a semiconductor device, a capacitor using a gate oxide film in a transistor (hereinafter referred to as a gate capacitor) is used when a capacitor is required for the purpose of stabilizing a power supply, signal delay, and the like.

そのうち、一部の回路には大容量が必要なものがあり、特に、高電圧をデバイス内で作り出すチャージポンプ昇圧回路では使用されるキャパシタの面積が非常に大きく、チップサイズの中で占める割合が無視できない状況である。   Among them, some circuits require large capacity. Especially, charge pump booster circuit that generates high voltage in the device has a very large capacitor area, and the proportion of the chip size The situation cannot be ignored.

トランジスタとキャパシタを用いてチャージポンプ昇圧回路を構成することはよく知られているが、出力として大電流を得るためには、キャパシタを大容量にすることが必要である。しかし、高電圧に耐え得る厚いゲート絶縁膜を使用する必要があるため、単位面積当たりの容量が小さくなり、結果としてキャパシタ面積は大きくなってしまう。   Although it is well known to form a charge pump booster circuit using a transistor and a capacitor, in order to obtain a large current as an output, it is necessary to increase the capacity of the capacitor. However, since it is necessary to use a thick gate insulating film that can withstand a high voltage, the capacitance per unit area decreases, and as a result, the capacitor area increases.

さらに、高電圧を作り出すには容量部の段数を多くすることも必要であり、デバイスで用いる高電圧の種類分だけ同様の回路が必要となることも加わり、結局、チャージポンプ昇圧回路はチップ内で大きな面積を占めることとなる。その結果、シュリンクの進むセルエリアに対して、周辺回路のシュリンクが進まない状況となってしまう。   Furthermore, in order to create a high voltage, it is necessary to increase the number of stages of the capacitor section, and the same circuit is required for the type of high voltage used in the device. Will occupy a large area. As a result, the shrink of the peripheral circuit does not progress with respect to the cell area where the shrink progresses.

また、チャージポンプ昇圧回路において、高電圧が印加されるキャパシタの絶縁破壊を防止するため、キャパシタCとして、2つのキャパシタC1、C2を直列に接続した2段積みキャパシタで構成し、1つのキャパシタC1、C2に印加される電圧を緩和することは特許文献1に記載されている。
特開2002−261239
In the charge pump booster circuit, in order to prevent dielectric breakdown of a capacitor to which a high voltage is applied, the capacitor C is constituted by a two-stage stacked capacitor in which two capacitors C1 and C2 are connected in series, and one capacitor C1 Patent Document 1 describes that the voltage applied to C2 is relaxed.
JP 2002-261239 A

それ故、本発明の目的は、前記した従来の欠点を解消して、不揮発性メモリが元来有している積層構造を周辺回路のキャパシタとして用いる半導体装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks and uses a stacked structure originally possessed by a nonvolatile memory as a capacitor of a peripheral circuit.

本発明の態様によると、半導体装置は、半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に設けられ、浮遊ゲートとなる第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に設けられた第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に設けられ、制御ゲートとなる第2の導電膜とからなる積層ゲート構造と、前記第1の導電膜に接続された第1のコンタクトプラグと、前記第2の導電膜に接続された第2のコンタクトプラグと、前記半導体基板に接続された第3のコンタクトプラグとを有し、前記第1及び第2の絶縁膜をキャパシタの誘電体膜として用いている。   According to an aspect of the present invention, a semiconductor device includes a first insulating film provided on a semiconductor substrate, a first conductive film provided on the first insulating film and serving as a floating gate, and the first A stacked gate structure including a second insulating film provided on the conductive film; a second conductive film provided on the second insulating film and serving as a control gate; and the first conductive film. A first contact plug connected to the second conductive film; a second contact plug connected to the second conductive film; and a third contact plug connected to the semiconductor substrate. This insulating film is used as a dielectric film of a capacitor.

不揮発性メモリが元来有している積層ゲート構造を周辺回路のゲートキャパシタとして用いることによりプロセスフローの工程を増加させずに周辺領域の面積を減少することができる。つまり、2つの絶縁膜に挟まれたゲートをキャパシタとして利用しているので、単位面積当たりで通常の約2倍の容量を有するキャパシタが得られ、さらに、コンタクトプラグの接続を変更するだけで耐圧の低い絶縁膜への電圧の印加及びその絶縁破壊を防止することができる。   By using the stacked gate structure originally possessed by the nonvolatile memory as the gate capacitor of the peripheral circuit, the area of the peripheral region can be reduced without increasing the process flow steps. In other words, since the gate sandwiched between the two insulating films is used as a capacitor, a capacitor having a capacity approximately twice the normal per unit area can be obtained, and the withstand voltage can be obtained simply by changing the contact plug connection. Application of a voltage to an insulating film having a low thickness and dielectric breakdown thereof can be prevented.

[実施例]
図1は不揮発性メモリセルにおける積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタの平面図を、図2及び図3は図1のII-II断面図を、図4は図1のIII-III断面図をそれぞれ示す。
[Example]
FIG. 1 is a plan view of a gate capacitor using a stacked gate structure in a nonvolatile memory cell as a capacitor, FIGS. 2 and 3 are II-II sectional views of FIG. 1, and FIG. 4 is a III-III sectional view of FIG. Shown respectively.

即ち、図1に示すように、シリコン基板のN−ウエル11上に形成された後述する積層ゲート構造Gsの両側にN+もしくはP+拡散層22、23が形成され、これら拡散層には図示しない層間絶縁膜に形成された開口部を介してコンタクトプラグ25、26がそれぞれ設けられている。   That is, as shown in FIG. 1, N + or P + diffusion layers 22 and 23 are formed on both sides of a later-described laminated gate structure Gs formed on the N-well 11 of the silicon substrate, and these diffusion layers are not shown in FIG. Contact plugs 25 and 26 are respectively provided through openings formed in the insulating film.

前記積層ゲート構造GsのIII-III断面方向には、前記N−ウエル11に形成されたN+拡散層24が設けられ、同様に、コンタクトプラグ27、28がそれぞれ設けられている。さらに、前記積層ゲート構造GsのII-II断面方向には、制御ゲートとなる第2のポリシリコン膜16に接続されたコンタクトプラグ20及び浮遊ゲートとなる第1のポリシリコン膜14に接続されたコンタクトプラグ21が形成されている。   In the III-III cross-sectional direction of the stacked gate structure Gs, an N + diffusion layer 24 formed in the N-well 11 is provided, and similarly, contact plugs 27 and 28 are provided, respectively. Further, in the II-II cross-sectional direction of the stacked gate structure Gs, the contact plug 20 connected to the second polysilicon film 16 serving as the control gate and the first polysilicon film 14 serving as the floating gate are connected. A contact plug 21 is formed.

図2に示すように、前記N−ウエル11には素子分離絶縁膜12が選択的に設けられ、これら素子分離絶縁膜12間には、例えば、10nmの厚さを有する第1の絶縁膜13が形成されている。   As shown in FIG. 2, an element isolation insulating film 12 is selectively provided in the N-well 11, and a first insulating film 13 having a thickness of, for example, 10 nm is provided between the element isolation insulating films 12. Is formed.

前記第1の絶縁膜13上には浮遊ゲートとなる第1のポリシリコン膜14が前記素子分離絶縁膜12を跨るように形成されると共に、前記第1のポリシリコン膜14上には、例えば、ONO構造のような15nmの厚さを有する第2の絶縁膜15が形成されている。前記第2の絶縁膜15上には制御ゲートとなる第2のポリシリコン膜16が設けられている。さらに、前記第1のポリシリコン膜14に端子となるコンタクトプラグを形成するために、前記第2のポリシリコン膜16の一部が除去されて積層ゲート構造Gsを形成している。   A first polysilicon film 14 serving as a floating gate is formed on the first insulating film 13 so as to straddle the element isolation insulating film 12, and on the first polysilicon film 14, for example, A second insulating film 15 having a thickness of 15 nm as in the ONO structure is formed. A second polysilicon film 16 serving as a control gate is provided on the second insulating film 15. Further, in order to form a contact plug serving as a terminal in the first polysilicon film 14, a part of the second polysilicon film 16 is removed to form a stacked gate structure Gs.

前記第1のポリシリコン膜14及び前記第2のポリシリコン膜16の露出した端面にはそれぞれ側壁絶縁膜17が設けられ、これら側壁絶縁膜17及び前記第2のポリシリコン膜16上には保護絶縁膜18が形成されている。さらに、このような積層ゲート構造Gsは1層目の層間絶縁膜19で覆われている。   Sidewall insulating films 17 are provided on the exposed end surfaces of the first polysilicon film 14 and the second polysilicon film 16, and a protection is provided on the side wall insulating film 17 and the second polysilicon film 16. An insulating film 18 is formed. Further, such a stacked gate structure Gs is covered with the first interlayer insulating film 19.

前記した積層ゲート構造Gsをキャパシタとして用いるため、前記第1及び第2のポリシリコン膜14、16にはそれぞれコンタクトプラグ20、21が設けられる。   In order to use the laminated gate structure Gs as a capacitor, contact plugs 20 and 21 are provided in the first and second polysilicon films 14 and 16, respectively.

なお、プロセスフローによっては、前記第1のポリシリコン膜14が前記素子分離絶縁膜12と重ならないように形成される場合もある。そのような構造では、前記第2のポリシリコン膜16の一部除去部及び前記コンタクトプラグ21は図2のように前記素子分離絶縁膜12上ではなく、前記第1の絶縁膜13上に設けられることになる。その構造の断面を図3に示す。   Depending on the process flow, the first polysilicon film 14 may be formed so as not to overlap the element isolation insulating film 12. In such a structure, the partially removed portion of the second polysilicon film 16 and the contact plug 21 are provided not on the element isolation insulating film 12 but on the first insulating film 13 as shown in FIG. Will be. A cross section of the structure is shown in FIG.

図4に示すように、前記積層ゲート構造Gsの両側にN+もしくはP+拡散層22、23が前記素子分離絶縁膜12に隣接して前記N−ウエル11に形成されると共に、前記素子分離絶縁膜12間にN+拡散層24が形成されている。   As shown in FIG. 4, N + or P + diffusion layers 22 and 23 are formed in the N-well 11 adjacent to the element isolation insulating film 12 on both sides of the stacked gate structure Gs, and the element isolation insulating film. An N + diffusion layer 24 is formed between 12.

前記拡散層22、23及び前記N+拡散層24に対してコンタクトプラグ25−28がそれぞれ設けられ、これらコンタクトプラグ25−28は導体層29により互いに電気的に接続されている。この導体層29は2層目の層間絶縁膜30により覆われている。   Contact plugs 25-28 are respectively provided for the diffusion layers 22 and 23 and the N + diffusion layer 24, and these contact plugs 25-28 are electrically connected to each other by a conductor layer 29. The conductor layer 29 is covered with a second interlayer insulating film 30.

次に、前記積層ゲート構造Gsをチャージポンプ昇圧回路において使用する場合を説明する。図2において、浮遊ゲートとなる前記第1のポリシリコン膜14は絶縁膜13及び15に挟まれている。   Next, a case where the stacked gate structure Gs is used in a charge pump booster circuit will be described. In FIG. 2, the first polysilicon film 14 to be a floating gate is sandwiched between insulating films 13 and 15.

それ故、コンタクトプラグ20と前記N−ウエル11(基板)を同電位として固定することにより、前記第1のポリシリコン膜14は単位面積当たりで通常のゲートキャパシタの約2倍の容量を有することになる。   Therefore, by fixing the contact plug 20 and the N-well 11 (substrate) at the same potential, the first polysilicon film 14 has a capacity approximately twice that of a normal gate capacitor per unit area. become.

つまり、図5に示すように、キャパシタ41とトランジスタ42からなるパーツAの繰り返しにより作られる通常のチャージポンプ昇圧回路43における前記キャパシタ41として使用し、前記コンタクトプラグ20と前記N−ウエル11にCLK信号を印加すると共に、前記コンタクトプラグ21を転送トランジスタ42に接続することにより従来より小さいエリアにチャージポンプ昇圧回路を設けることが可能となる。   That is, as shown in FIG. 5, it is used as the capacitor 41 in a normal charge pump booster circuit 43 made by repeating a part A composed of a capacitor 41 and a transistor 42, and CLK is applied to the contact plug 20 and the N-well 11. By applying a signal and connecting the contact plug 21 to the transfer transistor 42, a charge pump booster circuit can be provided in an area smaller than the conventional one.

図4に示すように、前記N−ウエル11には前記N+拡散層24を介して前記コンタクトプラグ27−28から電圧が印加される。また、拡散層22、23がN+拡散層として形成されている場合は、コンタクトプラグ25、26を介して電圧が印加される。実際に配線する際には、前記導体層29と前記コンタクトプラグ20とを結線して使用する。   As shown in FIG. 4, a voltage is applied to the N− well 11 from the contact plug 27-28 through the N + diffusion layer 24. When the diffusion layers 22 and 23 are formed as N + diffusion layers, a voltage is applied through the contact plugs 25 and 26. In actual wiring, the conductor layer 29 and the contact plug 20 are connected and used.

前記したように、前記チャージポンプ昇圧回路43にゲートキャパシタを使用する場合、絶縁膜耐圧を考慮する必要がある。図5において、高電圧を出力するOUTに近い側のキャパシタ41ほど高い電圧が加わるため、それに耐え得る絶縁膜を有するキャパシタを使用しなければならない。つまり、前記絶縁膜13及び15のどちらか耐圧の低い方により出力電圧が制限されてしまう。   As described above, when a gate capacitor is used for the charge pump booster circuit 43, it is necessary to consider the dielectric breakdown voltage. In FIG. 5, since a higher voltage is applied to the capacitor 41 closer to OUT that outputs a high voltage, a capacitor having an insulating film that can withstand it must be used. That is, the output voltage is limited by one of the insulating films 13 and 15 having the lower withstand voltage.

このような不都合については、図2の構造はそのままで、コンタクトプラグの接続を替えるのみで回避可能である。即ち、一般に不揮発性メモリセルに使用される積層ゲートの場合、前記絶縁膜13は前記絶縁膜15よりも薄くデザインされるため、耐圧が低くなってしまう。そこで、前記導体層29の接続を前記コンタクトプラグ21に変更する必要があり、替わりに前記コンタクトプラグ20を転送トランジスタ42側に接続し、前記絶縁膜13への電圧印加とその破壊を防ぐことができる。但し、この場合は前記絶縁膜15しかキャパシタとして使用しておらず、従来通りの容量しか得られない。   Such inconvenience can be avoided by changing the contact plug connection without changing the structure of FIG. That is, in the case of a stacked gate generally used in a nonvolatile memory cell, the insulating film 13 is designed to be thinner than the insulating film 15, and thus the breakdown voltage is lowered. Therefore, it is necessary to change the connection of the conductor layer 29 to the contact plug 21. Instead, the contact plug 20 is connected to the transfer transistor 42 side to prevent voltage application to the insulating film 13 and its destruction. it can. However, in this case, only the insulating film 15 is used as a capacitor, and only a conventional capacitance can be obtained.

しかしながら、前記したようなデメリットを補うには、次のような方法が可能である。即ち、前記チャージポンプ昇圧回路43のOUTに近い側には高電圧が印加されるが、初段に近い側ではVDD又はVDD+数V程度しか印加されない。したがって、低電圧側においては、前記したように、前記コンタクトプラグ20と前記N-ウエル11(前記導体層29)とを接続してCLK信号を印加すると共に、前記コンタクトプラグ21を転送トランジスタ42に接続するゲートキャパシタを使用し、高電圧側においては、前記導体層29の接続を前記コンタクトプラグ21に変更してゲートキャパシタとして使用する。これにより、面積の縮小を図りつつ、高電圧出力時にも本構造が使用可能となる。   However, in order to compensate for the disadvantages as described above, the following method is possible. That is, a high voltage is applied to the side close to OUT of the charge pump booster circuit 43, but only about VDD or VDD + several V is applied to the side close to the first stage. Therefore, on the low voltage side, as described above, the contact plug 20 and the N − well 11 (the conductor layer 29) are connected to apply the CLK signal, and the contact plug 21 is connected to the transfer transistor 42. A gate capacitor to be connected is used, and on the high voltage side, the connection of the conductor layer 29 is changed to the contact plug 21 and used as a gate capacitor. As a result, the structure can be used even during high voltage output while reducing the area.

さらに、図5において、本発明のゲートキャパシタを必要段数分設けておけば、後で配線層等を用いて接続切り替えを行うことにより、所望の複数個のゲートキャパシタを得ることができる。   Further, in FIG. 5, if the required number of gate capacitors of the present invention are provided, a desired plurality of gate capacitors can be obtained by performing connection switching later using a wiring layer or the like.

例えば、VDD=1.5Vのデバイスで10Vの内部電圧を得ようとする場合、8段程度のチャージポンプ昇圧回路が必要である。この回路をレイアウトする場合、本発明のゲートキャパシタを用いたユニットを12ユニット用意し、初段側4段は前記コンタクトプラグ20と前記導体層29とを接続した接続方法を用い、出力側4段は前記導体層29の接続を前記コンタクトプラグ21に変更して、前記コンタクトプラグ20を転送トランジスタ42側に接続する接続方法を使用する。この場合、出力側4段のキャパシタは1ユニット当たり半分の容量しか得られないので、倍の8ユニットを使用する必要がある。   For example, when an internal voltage of 10 V is to be obtained with a device of VDD = 1.5 V, a charge pump booster circuit of about 8 stages is required. When laying out this circuit, 12 units using the gate capacitor of the present invention are prepared, the first stage side four stages use the connection method of connecting the contact plug 20 and the conductor layer 29, and the output side four stages are A connection method is used in which the connection of the conductor layer 29 is changed to the contact plug 21 and the contact plug 20 is connected to the transfer transistor 42 side. In this case, since the output-side four-stage capacitor can obtain only half the capacity per unit, it is necessary to use double 8 units.

さらに、このようなレイアウトをVDD=3Vのデバイスのチャージポンプ回路に使用することも可能であり、配線の接続替えで、初段側2段を前記したようにコンタクトプラグ20と前記導体層29とを接続した接続方法を用い、出力側2段は前記導体層29の接続を前記コンタクトプラグ21に変更して、前記コンタクトプラグ20を転送トランジスタ42側に接続する接続方法を使用すればよい。   Furthermore, such a layout can also be used for a charge pump circuit of a device with VDD = 3 V. By changing the connection of the wiring, the contact plug 20 and the conductor layer 29 are connected as described above for the first two stages. Using the connected connection method, the two stages on the output side may use a connection method in which the connection of the conductor layer 29 is changed to the contact plug 21 and the contact plug 20 is connected to the transfer transistor 42 side.

また、デバイスは必要な電圧(レベル)と電流により、通常数種のチャージポンプ回路を有しているが、最も高レベルを出力するチャージポンプ回路においては、12段のキャパシタを有し、1段当たり約100pFであり、最も大きな電流を出力するチャージポンプ回路においては、5段のキャパシタを有し、1段当たり約200pFでそれぞれレイアウトされている。これらはチャージポンプ回路の一例であって、デバイス構成やチップサイズ等によってこれらの数値は大きく変わるものである。   The device usually has several types of charge pump circuits depending on the required voltage (level) and current. However, the charge pump circuit that outputs the highest level has 12 stages of capacitors and 1 stage. The charge pump circuit that outputs about 100 pF per unit and outputs the largest current has five stages of capacitors and is laid out at about 200 pF per stage. These are examples of the charge pump circuit, and these numerical values vary greatly depending on the device configuration, chip size, and the like.

図6−図11は、前記した積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造方法を示す。   6 to 11 show a method of manufacturing a semiconductor device including a gate capacitor (a) using the above-described stacked gate structure as a capacitor and a transistor (b) in the peripheral region.

図6に示すように、半導体基板に形成されたN−ウエル11中に素子分離絶縁膜12を形成した後、ゲート酸化膜となる第1の絶縁膜13、浮遊ゲートとなる第1のポリシリコン膜14、第2の絶縁膜15、制御ゲートとなる第2のポリシリコン膜16順次堆積させる。また、N−ウエル11上に一様にゲート酸化膜となる第1の絶縁膜13を堆積させた後に、素子分離絶縁膜12を部分選択的に形成する形成フローもよく用いられる。   As shown in FIG. 6, after forming an element isolation insulating film 12 in an N-well 11 formed on a semiconductor substrate, a first insulating film 13 serving as a gate oxide film, and a first polysilicon serving as a floating gate. A film 14, a second insulating film 15, and a second polysilicon film 16 serving as a control gate are sequentially deposited. Also, a formation flow in which the element isolation insulating film 12 is partially selectively formed after the first insulating film 13 to be uniformly formed as a gate oxide film is deposited on the N-well 11 is often used.

図7に示すように、ゲートキャパシタ領域(a)をレジスト膜51で覆い、トランジスタ領域(b)をRIE法(Reactive Ion Etching)により、前記第2のポリシリコン膜16及び前記第2の絶縁膜15を順次エッチングして除去する。   As shown in FIG. 7, the gate capacitor region (a) is covered with a resist film 51, and the transistor region (b) is formed by RIE (Reactive Ion Etching) with the second polysilicon film 16 and the second insulating film. 15 are sequentially etched and removed.

図8に示すように、前記ゲートキャパシタ領域(a)の前記第2のポリシリコン膜16及び前記トランジスタ領域(b)の前記第1のポリシリコン膜14上にそれぞれマスク材52となるTEOS等を形成してゲート形状のパターンエッチングを行い、前記第2のポリシリコン膜16及び前記第1のポリシリコン膜14とを同一工程にてエッチングして前記トランジスタ領域のゲート構造を形成する。   As shown in FIG. 8, TEOS or the like serving as a mask material 52 is formed on the second polysilicon film 16 in the gate capacitor region (a) and the first polysilicon film 14 in the transistor region (b). Then, the gate-shaped pattern etching is performed, and the second polysilicon film 16 and the first polysilicon film 14 are etched in the same process to form a gate structure of the transistor region.

図9に示すように、前記ゲートキャパシタのゲート構造及びコンタクトプラグ21を形成するために、前記トランジスタ領域の全面をレジスト膜53で覆うと共に、前記ゲートキャパシタのゲート構造の一部をレジスト膜53で覆い、露出している前記第2の絶縁膜15及び前記第1のポリシリコン膜14を順次除去する。   As shown in FIG. 9, in order to form the gate structure of the gate capacitor and the contact plug 21, the entire transistor region is covered with a resist film 53, and a part of the gate structure of the gate capacitor is covered with the resist film 53. The second insulating film 15 and the first polysilicon film 14 that are covered and exposed are sequentially removed.

図10に示すように、前記レジスト膜53及びマスク材52を除去する。しかる後、図4に示す拡散領域22、23形成用の不純物を導入して(図示しないが、トランジスタ領域にはP型ソース・ドレイン領域54、55が形成される)、各ゲート構造の露出端面に側壁絶縁膜17を形成し、その全面を保護絶縁膜18で覆う。   As shown in FIG. 10, the resist film 53 and the mask material 52 are removed. Thereafter, impurities for forming the diffusion regions 22 and 23 shown in FIG. 4 are introduced (although not shown, P-type source / drain regions 54 and 55 are formed in the transistor region), and exposed end faces of the respective gate structures. A sidewall insulating film 17 is formed on the substrate, and the entire surface thereof is covered with a protective insulating film 18.

図11に示すように、基板表面を層間絶縁膜19で覆う。次いで、通常のように、前記層間絶縁膜19に対して、前記第1及び第2のポリシリコン膜14、16にそれぞれ達する開口部を形成してコンタクトプラグ20、21を形成する。これにより図2に示したゲートキャパシタが得られる。   As shown in FIG. 11, the substrate surface is covered with an interlayer insulating film 19. Then, as usual, openings for reaching the first and second polysilicon films 14 and 16 are formed in the interlayer insulating film 19 to form contact plugs 20 and 21. Thereby, the gate capacitor shown in FIG. 2 is obtained.

なお、図10においてゲート加工時に使用したマスク材52は除去されているが、そのまま残してもよい。また、前記第2のポリシリコン膜16上にWSiなどを形成したり、シリサイド化することもできる。   In FIG. 10, the mask material 52 used at the time of gate processing is removed, but it may be left as it is. Further, WSi or the like can be formed on the second polysilicon film 16 or silicided.

以上のように、ゲートキャパシタの構造は従来の積層ゲート構造の形成フロー中で形成されている。即ち、何ら新たな工程を追加することなく、本発明によるゲートキャパシタが実現可能である。   As described above, the structure of the gate capacitor is formed in the flow of forming the conventional stacked gate structure. That is, the gate capacitor according to the present invention can be realized without adding any new process.

また、前記したようなプロセスフロー以外でも同様の積層ゲート構造は形成可能であり、その場合も同様の効果が得られる。例えば、一例として示した図3においては、はじめに、N−ウエル11上に一様にゲート酸化膜となる第1の絶縁膜13、続いて第1のポリシリコン膜14を堆積させた後に、素子分離絶縁膜12を部分選択的に形成する。このようなフローにより素子分離絶縁膜12と第1のポリシリコン膜14が重ならない構造を形成することができる。   In addition to the process flow as described above, a similar stacked gate structure can be formed, and in this case, the same effect can be obtained. For example, in FIG. 3 shown as an example, first, after depositing a first insulating film 13 which becomes a gate oxide film uniformly on the N-well 11, and subsequently a first polysilicon film 14, an element is formed. The isolation insulating film 12 is partially selectively formed. By such a flow, a structure in which the element isolation insulating film 12 and the first polysilicon film 14 do not overlap can be formed.

次に、実施の態様を示すと、下記のようになる。 (1)前記ゲートキャパシタはチャージポンプ昇圧回路におけるキャパシタとして用いられる。   Next, an embodiment will be described as follows. (1) The gate capacitor is used as a capacitor in a charge pump booster circuit.

(2)積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置は次のようなプロセスによりに形成される。   (2) A semiconductor device including a gate capacitor (a) using a stacked gate structure as a capacitor and a transistor (b) in a peripheral region is formed by the following process.

(A)半導体基板に形成されたN−ウエル11中に素子分離絶縁膜を形成した後、ゲート酸化膜となる第1の絶縁膜、浮遊ゲートとなる第1のポリシリコン膜、第2の絶縁膜、制御ゲートとなる第2のポリシリコン膜16順次堆積させる、
(B)ゲートキャパシタ領域をレジスト膜で覆い、トランジスタ領域をRIE法により、前記第2のポリシリコン膜及び前記第2の絶縁膜を順次エッチングして除去する、
(C)前記ゲートキャパシタ領域の前記第2のポリシリコン膜及び前記トランジスタ領域の前記第1のポリシリコン膜上にそれぞれマスクを形成してゲート形状のパターンエッチングを行い、
(D)前記トランジスタ領域の全面をレジスト膜で覆うと共に、前記ゲートキャパシタのゲート構造の一部をレジスト膜で覆い、露出している前記第2の絶縁膜及び前記第1のポリシリコン膜を順次除去する、
(E)前記レジスト膜を除去した後、各ゲート構造の露出端面に側壁絶縁膜を形成し、その全面を保護絶縁膜で覆い、
(F)基板表面を層間絶縁膜で覆い、
(G)前記第1及び第2のポリシリコン膜にそれぞれ達する開口部を形成してコンタクトプラグを形成する。
(A) After forming an element isolation insulating film in the N-well 11 formed on the semiconductor substrate, a first insulating film to be a gate oxide film, a first polysilicon film to be a floating gate, and a second insulating film A second polysilicon film 16 to be a film and a control gate are sequentially deposited;
(B) The gate capacitor region is covered with a resist film, and the transistor region is removed by sequentially etching the second polysilicon film and the second insulating film by RIE.
(C) forming masks on the second polysilicon film in the gate capacitor region and the first polysilicon film in the transistor region, respectively, and performing gate-shaped pattern etching;
(D) The entire surface of the transistor region is covered with a resist film, and a part of the gate structure of the gate capacitor is covered with a resist film, and the exposed second insulating film and the first polysilicon film are sequentially formed. Remove,
(E) After removing the resist film, a sidewall insulating film is formed on the exposed end face of each gate structure, and the entire surface is covered with a protective insulating film;
(F) Covering the substrate surface with an interlayer insulating film,
(G) An opening reaching each of the first and second polysilicon films is formed to form a contact plug.

本発明の実施例による不揮発性メモリセルにおける積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタの平面図である。1 is a plan view of a gate capacitor using a stacked gate structure in a nonvolatile memory cell according to an embodiment of the present invention as a capacitor; 図1のII-II断面図である。It is II-II sectional drawing of FIG. 図1のII-II断面図である。It is II-II sectional drawing of FIG. 図1のIII-III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 通常のチャージポンプ昇圧回路である。This is a normal charge pump booster circuit. 本発明の実施例による積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the semiconductor device containing the gate capacitor (a) which uses the laminated gate structure by the Example of this invention as a capacitor, and the transistor (b) of a peripheral region. 本発明の実施例による積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the semiconductor device containing the gate capacitor (a) which uses the laminated gate structure by the Example of this invention as a capacitor, and the transistor (b) of a peripheral region. 本発明の実施例による積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the semiconductor device containing the gate capacitor (a) which uses the laminated gate structure by the Example of this invention as a capacitor, and the transistor (b) of a peripheral region. 本発明の実施例による積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the semiconductor device containing the gate capacitor (a) which uses the laminated gate structure by the Example of this invention as a capacitor, and the transistor (b) of a peripheral region. 本発明の実施例による積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the semiconductor device containing the gate capacitor (a) which uses the laminated gate structure by the Example of this invention as a capacitor, and the transistor (b) of a peripheral region. 本発明の実施例による積層ゲート構造をキャパシタとして用いるゲートキャパシタ(a)と周辺領域のトランジスタ(b)とを含む半導体装置の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a part of manufacturing process of the semiconductor device containing the gate capacitor (a) which uses the laminated gate structure by the Example of this invention as a capacitor, and the transistor (b) of a peripheral region.

符号の説明Explanation of symbols

11…N−ウエル、12…素子分離絶縁膜、13…第1の絶縁膜、14…第1のポリシリコン膜、15…第2の絶縁膜、16…第2のポリシリコン膜、17…側壁絶縁膜、18…保護絶縁膜、Gs…積層ゲート構造、19…層間絶縁膜、20、21…コンタクトプラグ、22、23…N+もしくはP+拡散領域、24…N+拡散層、25−28…コンタクトプラグ、29…導体層、30…層間絶縁膜、41…キャパシタ、42…トランジスタ、43…チャージポンプ昇圧回路、51、53…レジスト膜、52…マスク材、54、55…ソース・ドレイン領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... N-well, 12 ... Element isolation insulating film, 13 ... 1st insulating film, 14 ... 1st polysilicon film, 15 ... 2nd insulating film, 16 ... 2nd polysilicon film, 17 ... Side wall Insulating film, 18 ... protective insulating film, Gs ... laminated gate structure, 19 ... interlayer insulating film, 20, 21 ... contact plug, 22, 23 ... N + or P + diffusion region, 24 ... N + diffusion layer, 25-28 ... contact plug , 29 ... conductor layer, 30 ... interlayer insulating film, 41 ... capacitor, 42 ... transistor, 43 ... charge pump booster circuit, 51, 53 ... resist film, 52 ... mask material, 54, 55 ... source / drain regions

Claims (5)

半導体基板上に設けられた第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に設けられ、浮遊ゲートとなる第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に設けられた第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に設けられ、制御ゲートとなる第2の導電膜とからなる積層ゲート構造と、
前記第1の導電膜に接続された第1のコンタクトプラグと、
前記第2の導電膜に接続された第2のコンタクトプラグと、
前記半導体基板に接続された第3のコンタクトプラグとを有し、
前記第1及び第2の絶縁膜をキャパシタの誘電体膜として用いることを特徴とする半導体装置。
A first insulating film provided on a semiconductor substrate; a first conductive film provided on the first insulating film and serving as a floating gate; and a second conductive film provided on the first conductive film. A laminated gate structure including an insulating film and a second conductive film provided on the second insulating film and serving as a control gate;
A first contact plug connected to the first conductive film;
A second contact plug connected to the second conductive film;
A third contact plug connected to the semiconductor substrate;
A semiconductor device, wherein the first and second insulating films are used as a dielectric film of a capacitor.
前記積層ゲート構造は不揮発性メモリセルを構成するゲート構造であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the stacked gate structure is a gate structure constituting a nonvolatile memory cell. 前記第2のコンタクトプラグと前記第3のコンタクトプラグとを接続し、前記第1のコンタクトプラグとの間の容量をキャパシタとすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second contact plug and the third contact plug are connected, and a capacitance between the second contact plug and the first contact plug is a capacitor. 前記第1−第3のコンタクトプラグ相互の接続を変更することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection between the first to third contact plugs is changed. 前記第1−第3のコンタクトプラグ相互の接続を変更し、デバイス内部で接続方法の異なるキャパシタが複数個混在していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device characterized in that a plurality of capacitors having different connection methods are mixed inside the device by changing the connection between the first to third contact plugs.
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JP2012074466A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Fujitsu Semiconductor Ltd Semiconductor device, and method of manufacturing the same

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