[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2022006824A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2022006824A
JP2022006824A JP2020109329A JP2020109329A JP2022006824A JP 2022006824 A JP2022006824 A JP 2022006824A JP 2020109329 A JP2020109329 A JP 2020109329A JP 2020109329 A JP2020109329 A JP 2020109329A JP 2022006824 A JP2022006824 A JP 2022006824A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
type
semiconductor device
impurity diffusion
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2020109329A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
勇士 関口
Yuji Sekiguchi
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.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2020109329A priority Critical patent/JP2022006824A/en
Publication of JP2022006824A publication Critical patent/JP2022006824A/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

To provide a semiconductor device including a memory cell in which sizes of a control gate and a floating gate can be independently designed with each other.SOLUTION: A semiconductor device 1 includes: an epitaxial layer 9; a first p-type well 17 formed in the epitaxial layer 9; an n-type source region 18 and an n-type drain region formed in the first p-type well and separated from each other; a floating gate 38 facing a channel region via a gate insulation film 35; an n-type well 32 facing the floating gate 38 via the gate insulation film 35 as a control gate; and a p-type impurity diffusion region 21 formed adjacent to the n-type source region 18 in the first p-type well 17, having higher impurity concentration than the first p-type well 17, and forming a pn junction part (diode 22) between itself and the n-type source region 18.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、メモリセルを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a memory cell.

特許文献1は、不揮発性メモリを備える半導体装置を開示する文献の一例である。特許文献1の半導体装置は、p型半導体基板上にゲート酸化膜を介して設けられたゲート電極と、当該半導体基板の表層領域であって、かつゲート電極を挟む位置に、一対のn型不純物の拡散領域であるソース領域およびドレイン領域を有するトランジスタとを備えている。ソース領域およびドレイン領域とチャネル形成領域とによって挟まれる領域には、ソース領域およびドレイン領域よりもn型不純物濃度が低い領域である、第1抵抗変化部および第2抵抗変化部がそれぞれ設けられている。 Patent Document 1 is an example of a document that discloses a semiconductor device including a non-volatile memory. The semiconductor device of Patent Document 1 includes a gate electrode provided on a p-type semiconductor substrate via a gate oxide film, and a pair of n-type impurities at positions in the surface layer region of the semiconductor substrate and sandwiching the gate electrode. It includes a transistor having a source region and a drain region, which are diffusion regions of the above. In the region sandwiched between the source region, the drain region and the channel forming region, a first resistance changing portion and a second resistance changing portion, which are regions having a lower n-type impurity concentration than the source region and the drain region, are provided, respectively. There is.

特開2005-064295号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-06425

本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体層と、前記半導体層に形成された第1導電型の第1領域と、前記第1領域に形成され、互いに離れている第2導電型の第1不純物拡散領域および第2不純物拡散領域と、前記第1領域における前記第1不純物拡散領域と前記第2不純物拡散領域との間のチャネル領域に対して、第1絶縁膜を介して対向するフローティングゲートと、前記フローティングゲートに対して第2絶縁膜を介して対向するコントロールゲートと、前記第1領域において前記第1不純物拡散領域に隣接して形成され、前記第1領域よりも高い第1導電型の不純物濃度を有し、かつ前記第1不純物拡散領域との間にpn接合部を形成する第3不純物拡散領域とを含む。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention is of a semiconductor layer, a first conductive type region formed in the semiconductor layer, and a second conductive type region formed in the first region and separated from each other. The first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region, and the channel region between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region in the first region are opposed to each other via the first insulating film. A floating gate, a control gate facing the floating gate via a second insulating film, and a first region formed adjacent to the first impurity diffusion region in the first region and higher than the first region. It has a conductive type impurity concentration and includes a third impurity diffusion region that forms a pn junction with the first impurity diffusion region.

図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の全体構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図3は、図2のメモリセルのセル単位の模式的な平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of the memory cell of FIG. 2 in cell units. 図4は、図3のIV-IV断面における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the IV-IV cross section of FIG. 図5は、図3のV-V断面における断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 図6は、図3のVI-VI断面における断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 図7Aおよび図7Bは、n型ソース領域とp型不純物拡散領域との接合状態の変形例を示す図である。7A and 7B are diagrams showing a modified example of the bonding state between the n-type source region and the p-type impurity diffusion region. 図8は、メモリの書き込み時の動作メカニズムを説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an operation mechanism at the time of writing the memory. 図9は、メモリの書き込み時の動作メカニズムを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an operation mechanism at the time of writing the memory. 図10は、メモリセルの平面レイアウトの変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the plane layout of the memory cell.

<本発明の実施形態>
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体層と、前記半導体層に形成された第1導電型の第1領域と、前記第1領域に形成され、互いに離れている第2導電型の第1不純物拡散領域および第2不純物拡散領域と、前記第1領域における前記第1不純物拡散領域と前記第2不純物拡散領域との間のチャネル領域に対して、第1絶縁膜を介して対向するフローティングゲートと、前記フローティングゲートに対して第2絶縁膜を介して対向するコントロールゲートと、前記第1領域において前記第1不純物拡散領域に隣接して形成され、前記第1領域よりも高い第1導電型の不純物濃度を有し、かつ前記第1不純物拡散領域との間にpn接合部を形成する第3不純物拡散領域とを含む。
<Embodiment of the present invention>
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention is of a semiconductor layer, a first conductive type region formed in the semiconductor layer, and a second conductive type region formed in the first region and separated from each other. The first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region, and the channel region between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region in the first region are opposed to each other via the first insulating film. A floating gate, a control gate facing the floating gate via a second insulating film, and a first region formed adjacent to the first impurity diffusion region in the first region and higher than the first region. It has a conductive type impurity concentration and includes a third impurity diffusion region that forms a pn junction with the first impurity diffusion region.

この構成によれば、第1領域に第3不純物拡散領域が形成されており、この第3不純物拡散領域(第1導電型)と第1不純物拡散領域(第2導電型)との間にpn接合部からなるダイオードが形成されている。これにより、第1不純物拡散領域と第2不純物拡散領域との間にチャネルを形成して電流を流す際に発生するホットキャリアに加えて、ダイオードをアバランシェ降伏させることによって発生するホットキャリアをフローティングゲートに注入することができる。その結果、ホットキャリア数を増加できるので、ホットキャリアの注入効率を上げることができる。よって、メモリの書き込み効率を向上することができる。 According to this configuration, a third impurity diffusion region is formed in the first region, and a pn is formed between the third impurity diffusion region (first conductive type) and the first impurity diffusion region (second conductive type). A diode consisting of a junction is formed. As a result, in addition to the hot carriers generated when a channel is formed between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region and a current is passed, the hot carriers generated by avalanche breakdown of the diode are floated. Can be injected into. As a result, the number of hot carriers can be increased, so that the hot carrier injection efficiency can be improved. Therefore, the write efficiency of the memory can be improved.

また、第1領域と第3不純物拡散領域とが互いに独立しているため、それぞれの不純物濃度を別々に設計することができる。たとえば、ダイオードの目標降伏電圧に合わせ込むために第3不純物拡散領域の不純物濃度を相対的に高く設計する一方、第1領域の不純物濃度は、第3不純物拡散領域よりも相対的に低く設計してもよい。つまり、第1領域の不純物濃度を、ダイオードの降伏電圧の目標値(設計値)に関係なく、独立して設計することができる。 Further, since the first region and the third impurity diffusion region are independent of each other, the respective impurity concentrations can be designed separately. For example, the impurity concentration in the third impurity diffusion region is designed to be relatively high in order to match the target breakdown voltage of the diode, while the impurity concentration in the first region is designed to be relatively lower than the third impurity diffusion region. May be. That is, the impurity concentration in the first region can be independently designed regardless of the target value (design value) of the breakdown voltage of the diode.

これにより、たとえば、第1領域の不純物濃度を比較的低くすることによって、メモリの初期状態の読み出し動作のときの閾値電圧を下げることができる。また、たとえば、半導体層に、メモリ以外の素子(たとえば、ロジック回路を構成する素子等)が混載される場合には、当該他の素子の不純物領域の設計に合わせて第1領域の不純物濃度を調整することもできる。 Thereby, for example, by relatively lowering the impurity concentration in the first region, the threshold voltage at the time of the read operation in the initial state of the memory can be lowered. Further, for example, when an element other than the memory (for example, an element constituting a logic circuit) is mixedly mounted on the semiconductor layer, the impurity concentration in the first region is adjusted according to the design of the impurity region of the other element. It can also be adjusted.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記コントロールゲートは、前記半導体層に形成された第2導電型の第2領域を含み、前記フローティングゲートは、前記第1領域および前記第2領域に跨って形成され、かつ前記第2絶縁膜を介して前記第2領域に対向していてもよい。
この構成によれば、コントロールゲートおよびフローティングゲートのサイズを、互いに独立して設計することができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the control gate includes a second conductive type second region formed on the semiconductor layer, and the floating gate is formed in the first region and the second region. It may be formed so as to straddle and face the second region via the second insulating film.
According to this configuration, the sizes of the control gate and the floating gate can be designed independently of each other.

本発明の一実施形態に係る半導体装置が、前記半導体層を第1アクティブ領域および第2アクティブ領域に分離する素子分離構造を含む場合、前記第1領域は、前記第1アクティブ領域に形成された第1ウェルを含み、前記第2領域は、前記第2アクティブ領域に形成された第2ウェルを含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記フローティングゲートは、前記第1アクティブ領域上に形成された第1部分と、前記第2アクティブ領域上に形成され、前記第1部分よりも大きな幅を有する第2部分とを含んでいてもよい。
When the semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes an element separation structure for separating the semiconductor layer into a first active region and a second active region, the first region is formed in the first active region. The first well may be included, and the second region may include a second well formed in the second active region.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the floating gate is formed on the first portion formed on the first active region and the second active region, and has a width larger than that of the first portion. May include a second portion having.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第2部分は、前記第2アクティブ領域を覆うベタパターンで形成され、前記第1部分は、前記ベタパターンの第2部分から延びるラインパターンで形成されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜に連なって形成されていてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the second portion is formed by a solid pattern covering the second active region, and the first portion is formed by a line pattern extending from the second portion of the solid pattern. It may have been done.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the second insulating film may be formed continuously with the first insulating film.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第2領域に対して、複数の独立した前記フローティングゲートが対向していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記pn接合部は、ツェナーダイオードを形成していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1不純物拡散領域は、1×1018cm-3~1×1019cm-3の不純物濃度を有する第1高濃度部を含み、前記第3不純物拡散領域は、前記第1領域よりも高い不純物濃度である1×1018cm-3~1×1019cm-3の不純物濃度を有する第2高濃度部を含んでいてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a plurality of independent floating gates may face the second region.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the pn junction may form a Zener diode.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first impurity diffusion region includes a first high concentration portion having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 , and the first high concentration portion is included. The 3 impurity diffusion region may include a second high concentration portion having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 , which is a higher impurity concentration than the first region.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記ツェナーダイオードは、前記第1高濃度部と前記第2高濃度部との接合によって形成されたpn接合部を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1不純物拡散領域は、前記第1高濃度部よりも低い不純物濃度を有する第1低濃度部をさらに含み、前記第3不純物拡散領域は、前記第2高濃度部および前記第1領域よりも低い不純物濃度を有する第2低濃度部をさらに含み、前記ツェナーダイオードは、前記第1低濃度部と前記第2低濃度部との接合によって形成されたpn接合部を含んでいてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the Zener diode may include a pn junction formed by a junction between the first high concentration portion and the second high concentration portion.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first impurity diffusion region further includes a first low concentration portion having an impurity concentration lower than that of the first high concentration portion, and the third impurity diffusion region is The second high-concentration portion and the second low-concentration portion having an impurity concentration lower than that of the first region are further included, and the Zener diode is formed by joining the first low-concentration portion and the second low-concentration portion. It may include a pn junction that has been formed.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1低濃度部は、1×1015cm-3~1×1018cm-3の不純物濃度を有し、前記第2低濃度部は、1×1015cm-3~1×1018cm-3の不純物濃度を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記第1領域は、1×1015cm-3~1×1017cm-3の不純物濃度を有していてもよい。
<本発明の実施形態の詳細な説明>
次に、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
[メモリセルの平面構造]
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の模式的な斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の全体構成を示すブロック図である。図2では、図面のスペースの制約から、行列状のメモリセル4の一部の行および列を省略し、省略した部分を「・・・」で示している。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first low-concentration section has an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 , and the second low-concentration section has an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3. It may have an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first region may have an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3 .
<Detailed Description of Embodiments of the Present Invention>
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[Planar structure of memory cell]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, some rows and columns of the matrix-shaped memory cell 4 are omitted due to the space limitation of the drawing, and the omitted parts are indicated by “...”.

図1を参照して、半導体装置1は、たとえば、チップ状のLSI(Large Scale Integration)であってもよい。この実施形態では、半導体装置1は、アナログLSIであり、LSIの回路の構成要素の一つとして、メモリ領域2と、メモリ領域2のメモリを制御する回路が形成されたロジック領域3とを含んでいてもよい。
図2を参照して、メモリ領域2は、メモリセル4を含んでいる。メモリセル4は、たとえば、ロジック領域3に形成されたロジック回路5に対して配線6を介して電気的に接続されている。配線6は、図2では1本のみ示されているが、たとえば、ゲート線、ビット線等を含んでいてもよい。
With reference to FIG. 1, the semiconductor device 1 may be, for example, a chip-shaped LSI (Large Scale Integration). In this embodiment, the semiconductor device 1 is an analog LSI, and includes a memory area 2 and a logic area 3 in which a circuit for controlling the memory of the memory area 2 is formed as one of the components of the circuit of the LSI. You may be.
With reference to FIG. 2, the memory area 2 includes the memory cell 4. The memory cell 4 is electrically connected to, for example, the logic circuit 5 formed in the logic region 3 via the wiring 6. Although only one wiring 6 is shown in FIG. 2, for example, a gate wire, a bit wire, or the like may be included.

メモリセル4は、図2でハッチングが付されたセル単位7が行列状(=m×n)に配列されることによって形成されている。この実施形態では、メモリセル4は、たとえば、第1方向Xに沿うm行が32~1024行であり、第2方向Yに沿うn列が32~512列であってもよい。メモリセル4は、キロビットオーダの容量を有していてもよい。ここで、キロビットオーダとは、1K(キロ)ビット以上1M(メガ)ビット未満であってもよい。つまり、メモリセル4は、合計で、1000個~n個(n<1000,000)のセル単位7を含んでいてもよい。
[セル単位7の構造]
図3は、図2のメモリセル4のセル単位7の模式的な平面図である。図4は、図3のIV-IV断面における断面図である。図5は、図3のV-V断面における断面図である。図6は、図3のVI-VI断面における断面図である。図7Aおよび図7Bは、n型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との接合状態の変形例を示す図である。
The memory cell 4 is formed by arranging the cell units 7 hatched in FIG. 2 in a matrix (= m × n). In this embodiment, in the memory cell 4, for example, m rows along the first direction X may be 32 to 1024 rows, and n columns along the second direction Y may be 32 to 512 columns. The memory cell 4 may have a capacity on the order of kilobits. Here, the kilobit order may be 1 K (kilo) bits or more and less than 1 M (mega) bits. That is, the memory cell 4 may include 1000 to n (n <1,000,000) cell units 7 in total.
[Structure of cell unit 7]
FIG. 3 is a schematic plan view of the cell unit 7 of the memory cell 4 of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the IV-IV cross section of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 7A and 7B are diagrams showing a modified example of the bonding state between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21.

まず、図3を参照して、二点鎖線で囲まれた部分が、図2のメモリセル4のセル単位7の1つ分であり、メモリ1ビットのセルを形成している。
図4~図6を参照して、半導体装置1は、基板8と、エピタキシャル層9とを含む。基板8は、この実施形態ではp型のシリコン基板で構成されているが、他の素材(たとえば、炭化シリコン(SiC)等)で構成された基板8であってもよい。基板8の不純物濃度は、たとえば、1×1014cm-3~5×1018cm-3であってもよい。また、基板8の厚さは、たとえば、研削前で500μm~800μmである。
First, referring to FIG. 3, the portion surrounded by the alternate long and short dash line is one of the cell units 7 of the memory cell 4 of FIG. 2, and forms a cell of 1 bit of memory.
With reference to FIGS. 4-6, the semiconductor device 1 includes a substrate 8 and an epitaxial layer 9. Although the substrate 8 is made of a p - type silicon substrate in this embodiment, it may be a substrate 8 made of another material (for example, silicon carbide (SiC) or the like). The impurity concentration of the substrate 8 may be, for example, 1 × 10 14 cm -3 to 5 × 10 18 cm -3 . The thickness of the substrate 8 is, for example, 500 μm to 800 μm before grinding.

エピタキシャル層9は、基板8上に形成されている。エピタキシャル層9は、この実施形態ではp型のシリコン層で構成されているが、他の素材(たとえば、炭化シリコン(SiC)等)で構成されていてもよい。エピタキシャル層9の不純物濃度は、たとえば、5×1014cm-3~1×1017cm-3であってもよい。また、エピタキシャル層9の厚さは、たとえば、3μm~20μmである。 The epitaxial layer 9 is formed on the substrate 8. Although the epitaxial layer 9 is composed of a p - type silicon layer in this embodiment, it may be composed of another material (for example, silicon carbide (SiC) or the like). The impurity concentration of the epitaxial layer 9 may be, for example, 5 × 10 14 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3 . The thickness of the epitaxial layer 9 is, for example, 3 μm to 20 μm.

エピタキシャル層9には、素子分離構造10が形成されている。この実施形態では、素子分離構造10は、トランジスタ用の第1アクティブ領域11、キャパシタ用の第2アクティブ領域12、およびコンタクト用の第3アクティブ領域13を区画している。図3では、明瞭化のため、素子分離構造10の領域にハッチングを付している。
各素子分離構造10は、STI(Shallow Trench Isolation)構造を含んでいてもよい。この場合、各素子分離構造10は、トレンチ14と、トレンチ14に埋め込まれた絶縁体15とを含む。むろん、素子分離構造10は、LOCOS酸化膜、DTI(Deep Trench Isolation)構造等、他の素子分離構造であってもよい。また、素子分離構造10は、図示はしないが、メモリ領域2とロジック領域3とを分離する構造を含んでいてもよい。
The element separation structure 10 is formed on the epitaxial layer 9. In this embodiment, the element separation structure 10 partitions a first active region 11 for transistors, a second active region 12 for capacitors, and a third active region 13 for contacts. In FIG. 3, for clarification, the region of the element separation structure 10 is hatched.
Each element separation structure 10 may include an STI (Shallow Trench Isolation) structure. In this case, each element separation structure 10 includes a trench 14 and an insulator 15 embedded in the trench 14. Of course, the element separation structure 10 may be another element separation structure such as a LOCOS oxide film or a DTI (Deep Trench Isolation) structure. Further, although not shown, the element separation structure 10 may include a structure that separates the memory area 2 and the logic area 3.

トランジスタ用の第1アクティブ領域11には、MOSFET16の構造が形成されている。より具体的には、第1アクティブ領域11には、本発明の第1領域の一例としての第1p型ウェル17が形成されている。第1p型ウェル17は、エピタキシャル層9よりも高い不純物濃度を有しており、たとえば、1.0×1017cm-3~1.0×1019cm-3の不純物濃度を有していてもよい。 The structure of the MOSFET 16 is formed in the first active region 11 for the transistor. More specifically, in the first active region 11, a first p-type well 17 as an example of the first region of the present invention is formed. The first p-type well 17 has a higher impurity concentration than the epitaxial layer 9, for example, 1.0 × 10 17 cm -3 to 1.0 × 10 19 cm -3 . May be good.

第1p型ウェル17の表面部には、本発明の第1不純物拡散領域の一例としてのn型ソース領域18および本発明の第2不純物拡散領域の一例としてのn型ドレイン領域19が、第1方向Xにおいて、互いに間隔を空けて形成されている。第1p型ウェル17の表面部において、n型ソース領域18とn型ドレイン領域19との間の領域は、MOSFET16のチャネルが形成されるチャネル領域20である。 On the surface of the first p-type well 17, an n-type source region 18 as an example of the first impurity diffusion region of the present invention and an n-type drain region 19 as an example of the second impurity diffusion region of the present invention are first. They are formed at a distance from each other in the direction X. On the surface of the first p-type well 17, the region between the n-type source region 18 and the n-type drain region 19 is the channel region 20 in which the channel of the MOSFET 16 is formed.

また、第1p型ウェル17の表面部には、本発明の第3不純物拡散領域の一例としてのp型不純物拡散領域21が形成されている。p型不純物拡散領域21は、図3に示すように、第1方向Xにおいてn型ドレイン領域19から離れており、かつ第2方向Yにおいてn型ソース領域18に隣接している。これにより、p型不純物拡散領域21とn型ソース領域18との間にpn接合部が形成されており、当該pn接合部によるダイオード22が形成されている。 Further, a p-type impurity diffusion region 21 as an example of the third impurity diffusion region of the present invention is formed on the surface of the first p-type well 17. As shown in FIG. 3, the p-type impurity diffusion region 21 is separated from the n-type drain region 19 in the first direction X and adjacent to the n-type source region 18 in the second direction Y. As a result, a pn junction is formed between the p-type impurity diffusion region 21 and the n-type source region 18, and a diode 22 is formed by the pn junction.

ダイオード22は、比較的不純物濃度が高い部分(この実施形態では、後述するp型高濃度部30およびn型高濃度部26)を含むp型不純物拡散領域21とn型ソース領域18とのpn接合部によって形成されており、ツェナーダイオードと称してもよい。たとえば、ダイオード22の降伏電圧は、3V~7Vであってもよい。
また、p型不純物拡散領域21は、第1方向Xにおいて、n型ドレイン領域19と対向していてもよい。つまり、n型ドレイン領域19は、図3に示すように、第1方向Xにおいてn型ソース領域18と対向する第1部分23と、n型ソース領域18と対向しない第2部分24とを含んでおり、第2部分24にp型不純物拡散領域21が対向していてもよい。n型ドレイン領域19の第2部分24は、第2方向Yにおいて、n型ソース領域18の端部(n型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との境界部25)よりも突出した部分であってもよい。
The diode 22 includes a p-type impurity diffusion region 21 and an n-type source region 18 including a portion having a relatively high impurity concentration (in this embodiment, a p + type high concentration portion 30 and an n + type high concentration portion 26 described later). It is formed by the pn junction of the above, and may be referred to as a Zener diode. For example, the breakdown voltage of the diode 22 may be 3V to 7V.
Further, the p-type impurity diffusion region 21 may face the n-type drain region 19 in the first direction X. That is, as shown in FIG. 3, the n-type drain region 19 includes a first portion 23 facing the n-type source region 18 in the first direction X and a second portion 24 not facing the n-type source region 18. The p-type impurity diffusion region 21 may face the second portion 24. The second portion 24 of the n-type drain region 19 is a portion protruding from the end portion of the n-type source region 18 (the boundary portion 25 between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21) in the second direction Y. May be.

n型ソース領域18は、相対的に高い不純物濃度を有するn型高濃度部26と、n型高濃度部26よりも低い不純物濃度を有するn型低濃度部27とを含んでいてもよい。同様に、n型ドレイン領域19は、相対的に高い不純物濃度を有するn型高濃度部28と、n型高濃度部28よりも低い不純物濃度を有するn型低濃度部29とを含んでいてもよい。また、p型不純物拡散領域21は、相対的に高い不純物濃度を有するp型高濃度部30と、p型高濃度部30よりも低い不純物濃度を有するp型低濃度部31とを含んでいてもよい。なお、この明細書において、「n型」、「n型」、「n型」、「p型」、「p型」および「p型」の表記は、互いの不純物濃度の高低関係を区別するために付しているに過ぎず、各表記が特定範囲の不純物濃度を示しているものではない。 The n-type source region 18 includes an n + type high concentration portion 26 having a relatively high impurity concentration and an n type low concentration portion 27 having a lower impurity concentration than the n + type high concentration section 26. May be good. Similarly, the n-type drain region 19 includes an n + type high concentration portion 28 having a relatively high impurity concentration and an n type low concentration portion 29 having a lower impurity concentration than the n + type high concentration section 28. It may be included. Further, the p-type impurity diffusion region 21 includes a p + type high concentration section 30 having a relatively high impurity concentration and a p - type low concentration section 31 having a lower impurity concentration than the p + type high concentration section 30. It may be included. In this specification, the notations of "n + type", "n type", "n - type", "p + type", "p-type" and "p - type" indicate the high and low impurities concentrations of each other. It is attached only to distinguish the relationship, and each notation does not indicate the impurity concentration in a specific range.

たとえば、n型高濃度部26,28の不純物濃度は、1×1018cm-3~1×1019cm-3であってもよく、n型低濃度部27,29の不純物濃度は、1×1015cm-3~1×1018cm-3であってもよい。また、たとえば、p型高濃度部30の不純物濃度は、1×1018cm-3~1×1019cm-3であってもよく、p型低濃度部31の不純物濃度は、1×1015cm-3~1×1018cm-3であってもよい。n型低濃度部27,29およびp型低濃度部31は、それぞれ、n型LDD(Lightly Doped Drain)領域およびp型LDD領域と称してもよい。 For example, the impurity concentration of the n + type high concentration portions 26 and 28 may be 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 , and the impurity concentration of the n type low concentration portions 27 and 29 may be. It may be 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 . Further, for example, the impurity concentration of the p + type high concentration portion 30 may be 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 , and the impurity concentration of the p type low concentration portion 31 may be 1. It may be × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 . The n - type low concentration portions 27 and 29 and the p - type low concentration portion 31 may be referred to as an n - type LDD (Lightly Doped Drain) region and a p - type LDD region, respectively.

n型ソース領域18のn型低濃度部27は、第1方向Xにおいて、n型高濃度部26よりもn型ドレイン領域19に近い側に形成されている。n型ドレイン領域19のn型低濃度部29は、第1方向Xにおいて、n型高濃度部28よりもn型ソース領域18に近い側に形成されている。
p型不純物拡散領域21のp型低濃度部31は、第1方向Xにおいて、p型高濃度部30よりもn型ドレイン領域19に近い側に形成されている。また、p型低濃度部31は、図3に示すように、第2方向Yにおいて、n型低濃度部27に連なって形成されていてもよい。たとえば、p型低濃度部31およびn型低濃度部27は、全体として、第2方向Yに沿って延びるライン状であってもよい。
The n - type low concentration portion 27 of the n-type source region 18 is formed on the side closer to the n-type drain region 19 than the n + type high concentration portion 26 in the first direction X. The n - type low concentration portion 29 of the n-type drain region 19 is formed on the side closer to the n-type source region 18 than the n + type high concentration portion 28 in the first direction X.
The p - type low concentration portion 31 of the p-type impurity diffusion region 21 is formed on the side closer to the n-type drain region 19 than the p + type high concentration portion 30 in the first direction X. Further, as shown in FIG. 3, the p - type low concentration portion 31 may be formed continuously with the n - type low concentration portion 27 in the second direction Y. For example, the p - type low concentration portion 31 and the n - type low concentration portion 27 may have a line shape extending along the second direction Y as a whole.

ここで、n型ソース領域18とp型不純物拡散領域21の接合について、バリエーションを説明する。前述のように、n型ソース領域18およびp型不純物拡散領域21は、互いに隣接しており、ダイオード22を形成している。ダイオード22は、たとえば、図6に示すように、p型高濃度部30とn型高濃度部26との接合によって形成されていてもよい。この場合、p型低濃度部31およびn型低濃度部27は、少なくともn型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との境界部25には、形成されていなくてもよい。 Here, variations of the junction between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21 will be described. As described above, the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21 are adjacent to each other and form a diode 22. The diode 22 may be formed, for example, by joining the p + type high concentration portion 30 and the n + type high concentration portion 26 as shown in FIG. In this case, the p - type low concentration portion 31 and the n - type low concentration portion 27 may not be formed at least at the boundary portion 25 between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21.

一方、ダイオード22は、たとえば、図7Aおよび図7Bに示すように、p型低濃度部31とn型低濃度部27との接合によって形成されていてもよい。つまり、図6の場合とは異なり、p型低濃度部31およびn型低濃度部27が、少なくともn型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との境界部25に形成されていてもよい。p型低濃度部31とn型低濃度部27との接合は、たとえば、図7Aに示すように、p型低濃度部31およびn型低濃度部27の各先端同士の接触によって形成されていてもよいし、図7Bに示すように、p型低濃度部31およびn型低濃度部27の重なりによって形成されていてもよい。 On the other hand, the diode 22 may be formed by joining the p - type low concentration portion 31 and the n - type low concentration portion 27, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B. That is, unlike the case of FIG. 6, the p - type low concentration portion 31 and the n - type low concentration portion 27 are formed at least at the boundary portion 25 between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21. May be good. The bonding between the p - type low-concentration portion 31 and the n - type low-concentration portion 27 is, for example, as shown in FIG. 7A, the contact between the tips of the p - type low-concentration portion 31 and the n - type low-concentration portion 27. It may be formed by overlapping the p - type low concentration portion 31 and the n - type low concentration portion 27 as shown in FIG. 7B.

キャパシタ用の第2アクティブ領域12には、図6に示すように、コントロールゲートとしてのn型ウェル32が、後述するゲート絶縁膜35を介してフローティングゲート38に対向するキャパシタの構造が形成されている。
本発明の第2領域の一例としてのn型ウェル32は、図6に示すように、素子分離構造10の下方において第1アクティブ領域11の第1p型ウェル17と接していてもよい。n型ウェル32は、エピタキシャル層9よりも高い不純物濃度を有しており、たとえば、1.0×1017cm-3~1.0×1019cm-3の不純物濃度を有していてもよい。n型ウェル32は、この実施形態では、コントロールゲートとして機能する。
As shown in FIG. 6, in the second active region 12 for a capacitor, an n-type well 32 as a control gate is formed with a capacitor structure facing the floating gate 38 via a gate insulating film 35 described later. There is.
As shown in FIG. 6, the n-type well 32 as an example of the second region of the present invention may be in contact with the first p-type well 17 of the first active region 11 below the element separation structure 10. The n-type well 32 has a higher impurity concentration than the epitaxial layer 9, for example, even if it has an impurity concentration of 1.0 × 10 17 cm -3 to 1.0 × 10 19 cm -3 . good. The n-type well 32 functions as a control gate in this embodiment.

コンタクト用の第3アクティブ領域13には、第2p型ウェル33が形成されている。第2p型ウェル33は、図6に示すように、素子分離構造10の下方において第1アクティブ領域11の第1p型ウェル17と一体的に繋がっていてもよい。第2p型ウェル33は、エピタキシャル層9よりも高い不純物濃度を有しており、たとえば、1.0×1017cm-3~1.0×1019cm-3の不純物濃度を有していてもよい。 A second p-type well 33 is formed in the third active region 13 for contacts. As shown in FIG. 6, the second p-type well 33 may be integrally connected to the first p-type well 17 of the first active region 11 below the element separation structure 10. The second p-type well 33 has a higher impurity concentration than the epitaxial layer 9, for example, 1.0 × 10 17 cm -3 to 1.0 × 10 19 cm -3 . May be good.

第2p型ウェル33の表面部には、p型コンタクト領域34が形成されている。p型コンタクト領域34の不純物濃度は、たとえば、p型高濃度部26の不純物濃度と同じであってもよい。具体的には、p型コンタクト領域34の不純物濃度は、1×1018cm-3~1×1019cm-3であってもよい。
エピタキシャル層9上には、ゲート絶縁膜35が形成されている。ゲート絶縁膜35は、第1アクティブ領域11のチャネル領域20を覆い、かつ第2アクティブ領域12のn型ウェル32を覆っている。ゲート絶縁膜35は、この実施形態では、図6に示すように、素子分離構造10を横切って第1アクティブ領域11および第2アクティブ領域12に跨っている。つまり、ゲート絶縁膜35は、第1アクティブ領域11を覆う本発明の第1絶縁膜の一例としての第1部分36と、第2アクティブ領域12を覆う本発明の第2絶縁膜の一例としての第2部分37とを含み、これらが連なって形成されている。一方、他の形態として、ゲート絶縁膜35の第1部分36と第2部分37とは、素子分離構造10を境界にして分離されていてもよい。
A p + type contact region 34 is formed on the surface of the second p-type well 33. The impurity concentration of the p + type contact region 34 may be the same as the impurity concentration of the p + type high concentration portion 26, for example. Specifically, the impurity concentration of the p + type contact region 34 may be 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 .
A gate insulating film 35 is formed on the epitaxial layer 9. The gate insulating film 35 covers the channel region 20 of the first active region 11 and covers the n-type well 32 of the second active region 12. In this embodiment, the gate insulating film 35 straddles the first active region 11 and the second active region 12 across the element separation structure 10 as shown in FIG. That is, the gate insulating film 35 is an example of the first portion 36 of the present invention covering the first active region 11 and the second insulating film of the present invention covering the second active region 12. A second portion 37 is included, and these are formed in succession. On the other hand, as another form, the first portion 36 and the second portion 37 of the gate insulating film 35 may be separated with the element separation structure 10 as a boundary.

ゲート絶縁膜35は、この実施形態では、酸化シリコン(SiO)で構成されているが、他の絶縁材料(たとえば、窒化シリコン酸化膜(SiON)等)で構成されていてもよい。また、ゲート絶縁膜35の厚さは、たとえば、7nm~15nmであってもよい。
ゲート絶縁膜35上には、フローティングゲート38が形成されている。フローティングゲート38は、たとえば、不純物が添加されたポリシリコンであってもよい。フローティングゲート38は、この実施形態では、第1アクティブ領域11上に形成された第1部分39と、第2アクティブ領域12上に形成された第2部分40とを一体的に含んでいてもよい。フローティングゲート38の第1部分39は、ゲート絶縁膜35の第1部分36を介してチャネル領域20に対向している。フローティングゲート38の第2部分40は、ゲート絶縁膜35の第2部分37を介してn型ウェル32(コントロールゲート)に対向している。
In this embodiment, the gate insulating film 35 is made of silicon oxide (SiO 2 ), but may be made of another insulating material (for example, silicon nitride oxide film (SiON) or the like). Further, the thickness of the gate insulating film 35 may be, for example, 7 nm to 15 nm.
A floating gate 38 is formed on the gate insulating film 35. The floating gate 38 may be, for example, polysilicon to which impurities have been added. In this embodiment, the floating gate 38 may integrally include a first portion 39 formed on the first active region 11 and a second portion 40 formed on the second active region 12. .. The first portion 39 of the floating gate 38 faces the channel region 20 via the first portion 36 of the gate insulating film 35. The second portion 40 of the floating gate 38 faces the n-type well 32 (control gate) via the second portion 37 of the gate insulating film 35.

図3を参照して、フローティングゲート38の第2部分40は、n型ウェル32を覆うベタパターンで形成されており、この実施形態では、平面視四角形状を有している。ここで、「ベタパターンで形成される」とは、n型ウェル32において、n型ウェル32の機能を発揮させるために避けるべき領域以外の領域全体を覆っていることを意味していてもよい。たとえば、この実施形態では、n型ウェル32は、電圧が印加されることによってコントロールゲートとして機能するので、その電圧の印加のための第3コンタクト51が接続されるコンタクト領域53(後述)が、上記避けるべき領域であってもよい。また、フローティングゲート38の第2部分40は、第2方向Yにおいて、第2アクティブ領域12の両端部から外側に引き出された部分41を有していてもよい。 With reference to FIG. 3, the second portion 40 of the floating gate 38 is formed in a solid pattern covering the n-shaped well 32, and in this embodiment, it has a rectangular shape in a plan view. Here, "formed by a solid pattern" may mean that the n-type well 32 covers the entire region other than the region that should be avoided in order to exert the function of the n-type well 32. .. For example, in this embodiment, the n-type well 32 functions as a control gate when a voltage is applied, so that the contact region 53 (described later) to which the third contact 51 for applying the voltage is connected is. It may be the area to be avoided. Further, the second portion 40 of the floating gate 38 may have a portion 41 drawn outward from both ends of the second active region 12 in the second direction Y.

一方、フローティングゲート38の第1部分39は、フローティングゲート38の第2部分40から延びるラインパターンで形成されている。したがって、フローティングゲート38の第2部分40は、第1方向Xにおいて、第1部分39の幅Wよりも大きな幅Wを有している。この実施形態では、フローティングゲート38の第1部分39が、第1p型ウェル17とn型ウェル32との境界42を横切っている。また、フローティングゲート38の第1部分39は、図6に示すように、n型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との境界部25であるpn接合部(ダイオード22)にオーバーラップしている。また、フローティングゲート38の第1部分39の端部は、図6に示すように、素子分離構造10にオーバーラップしている。 On the other hand, the first portion 39 of the floating gate 38 is formed by a line pattern extending from the second portion 40 of the floating gate 38. Therefore, the second portion 40 of the floating gate 38 has a width W 2 larger than the width W 1 of the first portion 39 in the first direction X. In this embodiment, the first portion 39 of the floating gate 38 crosses the boundary 42 between the first p-type well 17 and the n-type well 32. Further, as shown in FIG. 6, the first portion 39 of the floating gate 38 overlaps with the pn junction (diode 22) which is the boundary portion 25 between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21. There is. Further, as shown in FIG. 6, the end portion of the first portion 39 of the floating gate 38 overlaps with the element separation structure 10.

フローティングゲート38の側面には、第1絶縁膜43および第2絶縁膜44を介してサイドウォール45が形成されている。第1絶縁膜43がフローティングゲート38の側面を覆っており、この第1絶縁膜43を覆うように、断面視L字状の第2絶縁膜44がゲート絶縁膜35および第1絶縁膜43上に形成されている。サイドウォール45は、第2絶縁膜44上に形成されている。 A sidewall 45 is formed on the side surface of the floating gate 38 via the first insulating film 43 and the second insulating film 44. The first insulating film 43 covers the side surface of the floating gate 38, and the second insulating film 44 having an L-shaped cross section covers the gate insulating film 35 and the first insulating film 43 so as to cover the first insulating film 43. Is formed in. The sidewall 45 is formed on the second insulating film 44.

第1絶縁膜43およびサイドウォール45は、この実施形態では、酸化シリコン(SiO)で構成されているが、他の絶縁材料(たとえば、窒化シリコン酸化膜(SiON)等)で構成されていてもよい。一方、第2絶縁膜44は、この実施形態では、窒化シリコン(SiN)で構成されているが、他の絶縁材料(たとえば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン酸化膜(SiON)等)で構成されていてもよい。 In this embodiment, the first insulating film 43 and the sidewall 45 are made of silicon oxide (SiO 2 ), but are made of another insulating material (for example, silicon nitride oxide film (SiON)). May be good. On the other hand, the second insulating film 44 is made of silicon nitride (SiN) in this embodiment, but is made of another insulating material (for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride oxide film (SiON), etc.). It may be configured.

エピタキシャル層9上には、第3絶縁膜46が形成されている。第3絶縁膜46は、この実施形態では、酸化シリコン(SiO)で構成されているが、他の絶縁材料(たとえば、窒化シリコン酸化膜(SiON)等)で構成されていてもよい。第3絶縁膜46は、フローティングゲート38を覆い、かつ第1アクティブ領域11、第2アクティブ領域12および第3アクティブ領域13を選択的に覆っている。第3絶縁膜46の端部は、図6に示すように、素子分離構造10の絶縁体15に接している。 A third insulating film 46 is formed on the epitaxial layer 9. In this embodiment, the third insulating film 46 is made of silicon oxide (SiO 2 ), but may be made of another insulating material (for example, silicon nitride oxide film (SiON) or the like). The third insulating film 46 covers the floating gate 38 and selectively covers the first active region 11, the second active region 12, and the third active region 13. As shown in FIG. 6, the end portion of the third insulating film 46 is in contact with the insulator 15 of the element separation structure 10.

図4および図5を参照して、n型ソース領域18およびn型ドレイン領域19は、それぞれ、部分的に第3絶縁膜46から露出している。また、図6を参照して、p型コンタクト領域34は、部分的に第3絶縁膜46から露出している。第3絶縁膜46から露出するn型ソース領域18、n型ドレイン領域19およびp型コンタクト領域34の各部分は、シリサイド47となっている。 With reference to FIGS. 4 and 5, the n-type source region 18 and the n-type drain region 19 are each partially exposed from the third insulating film 46, respectively. Also, referring to FIG. 6, the p + type contact region 34 is partially exposed from the third insulating film 46. Each portion of the n-type source region 18, the n-type drain region 19 and the p + type contact region 34 exposed from the third insulating film 46 is a silicide 47.

これに対し、少なくとも、n型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との境界部25、およびp型不純物拡散領域21の全体は、第3絶縁膜46に覆われている。第3絶縁膜46は、シリサイドブロック膜と称してもよい。つまり、第3絶縁膜46は、n型ソース領域18とp型不純物拡散領域21との間が、エピタキシャル層9の表面部のシリサイド化によって形成されるシリサイド47を介して導通することを防止する。 On the other hand, at least the boundary portion 25 between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21 and the entire p-type impurity diffusion region 21 are covered with the third insulating film 46. The third insulating film 46 may be referred to as a silicide block film. That is, the third insulating film 46 prevents conduction between the n-type source region 18 and the p-type impurity diffusion region 21 via the silicide 47 formed by silicidization of the surface portion of the epitaxial layer 9. ..

エピタキシャル層9上には、第3絶縁膜46を覆うように層間絶縁膜48が形成されている。層間絶縁膜48は、この実施形態では、酸化シリコン(SiO)で構成されているが、他の絶縁材料(たとえば、窒化シリコン酸化膜(SiON)等)で構成されていてもよい。
層間絶縁膜48には、第1コンタクト49、第2コンタクト50、第3コンタクト51および第4コンタクト52が形成されている。第1~第4コンタクト49~52は、それぞれ、層間絶縁膜48に形成されたコンタクトホールに埋め込まれていてもよい。第1~第4コンタクト49~52は、それぞれ、1つだけ形成されていてもよいし、複数形成されていてもよい。第1~第4コンタクト49~52は、この実施形態では、タングステン(W)で構成されているが、他の導電材料(たとえば、アルミニウム(Al)等)で構成されていてもよい。
An interlayer insulating film 48 is formed on the epitaxial layer 9 so as to cover the third insulating film 46. In this embodiment, the interlayer insulating film 48 is made of silicon oxide (SiO 2 ), but may be made of another insulating material (for example, silicon nitride oxide film (SiON) or the like).
The interlayer insulating film 48 is formed with a first contact 49, a second contact 50, a third contact 51, and a fourth contact 52. The first to fourth contacts 49 to 52 may be embedded in the contact holes formed in the interlayer insulating film 48, respectively. Only one of the first to fourth contacts 49 to 52 may be formed, or a plurality of the first to fourth contacts may be formed. The first to fourth contacts 49 to 52 are made of tungsten (W) in this embodiment, but may be made of another conductive material (for example, aluminum (Al) or the like).

第1コンタクト49は、n型ソース領域18(シリサイド47)に接続されており、第2コンタクト50は、n型ドレイン領域19(シリサイド47)に接続されている。第3コンタクト51は、n型ウェル32に接続されている。図3を参照して、第3コンタクト51は、平面視において、フローティングゲート38から引き出されたn型ウェル32のコンタクト領域53に接続されていてもよい。この実施形態では、コンタクト領域53は、フローティングゲート38の第1方向Xの両側に形成されており、それぞれのコンタクト領域53に第3コンタクト51が接続されている。フローティングゲート38の両側でコンタクトをとることによって、コントロールゲートとして機能するn型ウェル32に対して均一に電圧を印加することができる。 The first contact 49 is connected to the n-type source region 18 (silicide 47), and the second contact 50 is connected to the n-type drain region 19 (silicide 47). The third contact 51 is connected to the n-type well 32. With reference to FIG. 3, the third contact 51 may be connected to the contact region 53 of the n-type well 32 drawn from the floating gate 38 in plan view. In this embodiment, the contact regions 53 are formed on both sides of the floating gate 38 in the first direction X, and the third contact 51 is connected to each contact region 53. By making contact on both sides of the floating gate 38, a voltage can be uniformly applied to the n-type well 32 that functions as a control gate.

第4コンタクト52は、p型コンタクト領域34に接続されている。p型不純物拡散領域21にはコンタクトが接続されていないが、p型不純物拡散領域21の電位は、第4コンタクト52、第2p型ウェル33および第1p型ウェル17を介して供給される。
また、第1~第4コンタクト49~52は、図示しない位置で、配線6に電気的に接続されていてもよい。
[メモリセル4の動作および半導体装置1の作用効果]
次に、図8および図9を参照して、メモリセル4の動作について詳細に説明する。
The fourth contact 52 is connected to the p + type contact region 34. Although no contact is connected to the p-type impurity diffusion region 21, the potential of the p-type impurity diffusion region 21 is supplied via the fourth contact 52, the second p-type well 33, and the first p-type well 17.
Further, the first to fourth contacts 49 to 52 may be electrically connected to the wiring 6 at positions (not shown).
[Operation of memory cell 4 and operation and effect of semiconductor device 1]
Next, the operation of the memory cell 4 will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9.

各セル単位7におけるメモリの書き込みでは、たとえば、図8に示すようにn型ドレイン領域19の電位をオープンにした状態(Vd=Open)、あるいは図9に示すようにグランド電位にした状態(Vd=0V)で、コントロールゲートであるn型ウェル32に電圧Vgが印加され、n型ソース領域18に電圧Vsが印加される。この実施形態では、たとえば、Vg=5Vであり、Vs=5Vであってもよい。これにより、フローティングゲート38の近傍(チャネル領域20)に電子が誘起されてチャネルが形成され、第1アクティブ領域11のMOSFET16がオンする。そして、この際に発生するホットキャリア(電子)がフローティングゲート38に注入される。 In writing the memory in each cell unit 7, for example, the potential of the n-type drain region 19 is open (Vd = Open) as shown in FIG. 8, or the ground potential is set as shown in FIG. 9 (Vd). = 0V), a voltage Vg is applied to the n-type well 32 which is a control gate, and a voltage Vs is applied to the n-type source region 18. In this embodiment, for example, Vg = 5V and Vs = 5V may be used. As a result, electrons are induced in the vicinity of the floating gate 38 (channel region 20) to form a channel, and the MOSFET 16 in the first active region 11 is turned on. Then, the hot carriers (electrons) generated at this time are injected into the floating gate 38.

一方で、この半導体装置1では、第1アクティブ領域11にp型不純物拡散領域21が形成されており、p型不純物拡散領域21とn型ソース領域18との間にダイオード22(ツェナーダイオード)が形成されている。そのため、たとえば、p型不純物拡散領域21の電位(第1p型ウェル17の電位)をグランド電位としておけば、ソース-ドレイン間に電位差が与えられたときに、当該ダイオード22に逆方向電圧が印加されることとなる。この逆方向電圧によって、ダイオード22をアバランシェ降伏(バンド間トンネリング:Band to Band)させ、ホットキャリアを発生させることができる。 On the other hand, in this semiconductor device 1, a p-type impurity diffusion region 21 is formed in the first active region 11, and a diode 22 (Zener diode) is formed between the p-type impurity diffusion region 21 and the n-type source region 18. It is formed. Therefore, for example, if the potential of the p-type impurity diffusion region 21 (potential of the first p-type well 17) is set as the ground potential, a reverse voltage is applied to the diode 22 when a potential difference is applied between the source and the drain. Will be done. This reverse voltage allows the diode 22 to yield avalanche (band to band) and generate hot carriers.

そのため、チャネル領域20にチャネルを形成して電流を流す際に発生するホットキャリアに加えて、ダイオード22をアバランシェ降伏させることによって発生するホットキャリアをフローティングゲート38に注入することができる。その結果、ホットキャリア数を増加できるので、ホットキャリアの注入効率を上げることができる。よって、メモリの書き込み効率を向上することができる。 Therefore, in addition to the hot carriers generated when a channel is formed in the channel region 20 and a current is passed, the hot carriers generated by avalanche breakdown of the diode 22 can be injected into the floating gate 38. As a result, the number of hot carriers can be increased, so that the hot carrier injection efficiency can be improved. Therefore, the write efficiency of the memory can be improved.

なお、図8のように、n型ドレイン領域19の電位をオープンにした状態(Vd=Open)でダイオード22をアバランシェ降伏させる方が好ましい。n型ドレイン領域19の電位がオープンであれば、バンド間トンネリングによって発生したホットキャリアが、図9の場合とは異なり、ドレイン側に抜けてしまうことを抑制することができる。
また、この実施形態では、第1p型ウェル17とp型不純物拡散領域21とが互いに独立しているため、それぞれの不純物濃度を別々に設計することができる。たとえば、ダイオード22の目標降伏電圧に合わせ込むためにp型不純物拡散領域21の不純物濃度を相対的に高く設計する一方、第1p型ウェル17の不純物濃度は、p型不純物拡散領域21よりも相対的に低く設計してもよい。つまり、第1p型ウェル17の不純物濃度を、ダイオード22の降伏電圧の目標値(設計値)に関係なく、独立して設計することができる。
As shown in FIG. 8, it is preferable to yield the diode 22 avalanche in a state where the potential of the n-type drain region 19 is open (Vd = Open). When the potential of the n-type drain region 19 is open, it is possible to prevent hot carriers generated by interband tunneling from escaping to the drain side, unlike the case of FIG. 9.
Further, in this embodiment, since the first p-type well 17 and the p-type impurity diffusion region 21 are independent of each other, the respective impurity concentrations can be designed separately. For example, the impurity concentration of the p-type impurity diffusion region 21 is designed to be relatively high in order to match the target breakdown voltage of the diode 22, while the impurity concentration of the first p-type well 17 is relative to the p-type impurity diffusion region 21. It may be designed to be low. That is, the impurity concentration of the first p-type well 17 can be independently designed regardless of the target value (design value) of the breakdown voltage of the diode 22.

これにより、たとえば、第1p型ウェル17の不純物濃度を比較的低くすることによって、第1p型ウェル17内の少数キャリア(この実施形態では、電子)を多くすることができる。その結果、フローティングゲート38に印加される電圧が低くても、チャネル領域20に電子を容易に誘起し、チャネルを形成することができる。そのため、メモリの初期状態の読み出し動作のときの閾値電圧を下げることができる。 Thereby, for example, by making the impurity concentration of the first p-type well 17 relatively low, it is possible to increase the number of minority carriers (electrons in this embodiment) in the first p-type well 17. As a result, even if the voltage applied to the floating gate 38 is low, electrons can be easily induced in the channel region 20 to form a channel. Therefore, the threshold voltage at the time of the read operation in the initial state of the memory can be lowered.

また、たとえば、エピタキシャル層9に、メモリ以外の素子(たとえば、ロジック回路5を構成する素子等)が混載される場合には、当該他の素子の不純物領域の設計に合わせて第1p型ウェル17の不純物濃度を調整することもできる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
Further, for example, when an element other than the memory (for example, an element constituting the logic circuit 5) is mixedly mounted on the epitaxial layer 9, the first p-type well 17 is matched with the design of the impurity region of the other element. It is also possible to adjust the impurity concentration of.
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.

たとえば、半導体装置1の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、半導体装置1において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。
また、前述の実施形態では、1つのn型ウェル32(コントロールゲート)に対して1つのフローティングゲート38が1対1で対向していたが、図10に示すように、1つのn型ウェル32(ハッチングを付した領域)に対して、複数の独立したフローティングゲート38が対向していてもよい。つまり、n型ウェル32(コントロールゲート)が、複数のセル単位7に跨って形成されており、複数のセル単位7で共有されていてもよい。なお、図10では、明瞭化のため、図3に示した符号のうち、図10の説明に特に必要でない符号は省略している。
For example, a configuration in which the conductive type of each semiconductor portion of the semiconductor device 1 is inverted may be adopted. For example, in the semiconductor device 1, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.
Further, in the above-described embodiment, one floating gate 38 faces one n-type well 32 (control gate) on a one-to-one basis, but as shown in FIG. 10, one n-type well 32 A plurality of independent floating gates 38 may face each other (hatched area). That is, the n-type well 32 (control gate) is formed across the plurality of cell units 7, and may be shared by the plurality of cell units 7. In FIG. 10, for the sake of clarity, among the reference numerals shown in FIG. 3, reference numerals that are not particularly necessary for the explanation of FIG. 10 are omitted.

また、p型不純物拡散領域21は、n型ソース領域18およびn型ドレイン領域19の一方に選択的に形成されていればよく、たとえば、前述の実施形態とは異なり、n型ドレイン領域19に隣接して形成されていてもよい。つまり、n型ドレイン領域19が本発明の第1不純物拡散領域の一例であり、n型ソース領域18が本発明の第2不純物拡散領域の一例であってもよい。 Further, the p-type impurity diffusion region 21 may be selectively formed in one of the n-type source region 18 and the n-type drain region 19, and for example, unlike the above-described embodiment, the n-type drain region 19 may be formed. It may be formed adjacent to each other. That is, the n-type drain region 19 may be an example of the first impurity diffusion region of the present invention, and the n-type source region 18 may be an example of the second impurity diffusion region of the present invention.

また、前述の実施形態では、エピタキシャル層9(半導体層)の一部であるn型ウェル32がコントロールゲートとして使用されていたが、たとえば、コントロールゲートは、フローティングゲート38上に、絶縁膜を介して積層された導電層であってもよい。たとえば、フローティングゲート38上に積層されたポリシリコン等の導電層であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the n-type well 32, which is a part of the epitaxial layer 9 (semiconductor layer), is used as a control gate. For example, the control gate is placed on the floating gate 38 via an insulating film. It may be a conductive layer laminated with each other. For example, it may be a conductive layer such as polysilicon laminated on the floating gate 38.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.

1 :半導体装置
9 :エピタキシャル層
10 :素子分離構造
11 :第1アクティブ領域
12 :第2アクティブ領域
17 :第1p型ウェル
18 :n型ソース領域
19 :n型ドレイン領域
20 :チャネル領域
21 :p型不純物拡散領域
22 :ダイオード
26 :n型型高濃度部
27 :n型低濃度部
30 :p型高濃度部
31 :p型低濃度部
32 :n型ウェル
35 :ゲート絶縁膜
36 :(ゲート絶縁膜)第1部分
37 :(ゲート絶縁膜)第2部分
38 :フローティングゲート
39 :(フローティングゲート)第1部分
40 :(フローティングゲート)第2部分
:(フローティングゲートの第1部分)幅
:(フローティングゲートの第2部分)幅
1: Semiconductor device 9: epitaxial layer 10: element separation structure 11: first active region 12: second active region 17: first p-type well 18: n-type source region 19: n-type drain region 20: channel region 21: p Type impurity diffusion region 22: Diode 26: n + type high concentration part 27: n - type low concentration part 30: p + type high concentration part 31: p - type low concentration part 32: n type well 35: Gate insulating film 36: (Gate insulating film) 1st part 37: (Gate insulating film) 2nd part 38: Floating gate 39: (Floating gate) 1st part 40: (Floating gate) 2nd part W 1 : (Floating gate first 1 part) Width W 2 : (2nd part of floating gate) Width

Claims (13)

半導体層と、
前記半導体層に形成された第1導電型の第1領域と、
前記第1領域に形成され、互いに離れている第2導電型の第1不純物拡散領域および第2不純物拡散領域と、
前記第1領域における前記第1不純物拡散領域と前記第2不純物拡散領域との間のチャネル領域に対して、第1絶縁膜を介して対向するフローティングゲートと、
前記フローティングゲートに対して第2絶縁膜を介して対向するコントロールゲートと、
前記第1領域において前記第1不純物拡散領域に隣接して形成され、前記第1領域よりも高い第1導電型の不純物濃度を有し、かつ前記第1不純物拡散領域との間にpn接合部を形成する第3不純物拡散領域とを含む、半導体装置。
With the semiconductor layer,
The first region of the first conductive type formed on the semiconductor layer and
A second conductive type first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region formed in the first region and separated from each other,
A floating gate facing the channel region between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region in the first region via the first insulating film.
A control gate facing the floating gate via a second insulating film,
A pn junction portion formed adjacent to the first impurity diffusion region in the first region, has a higher first conductive type impurity concentration than the first region, and is connected to the first impurity diffusion region. A semiconductor device including a third impurity diffusion region forming the above.
前記コントロールゲートは、前記半導体層に形成された第2導電型の第2領域を含み、
前記フローティングゲートは、前記第1領域および前記第2領域に跨って形成され、かつ前記第2絶縁膜を介して前記第2領域に対向している、請求項1に記載の半導体装置。
The control gate includes a second region of the second conductive type formed on the semiconductor layer.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the floating gate is formed so as to straddle the first region and the second region, and faces the second region via the second insulating film.
前記半導体層を第1アクティブ領域および第2アクティブ領域に分離する素子分離構造を含み、
前記第1領域は、前記第1アクティブ領域に形成された第1ウェルを含み、
前記第2領域は、前記第2アクティブ領域に形成された第2ウェルを含む、請求項2に記載の半導体装置。
A device separation structure for separating the semiconductor layer into a first active region and a second active region is included.
The first region includes a first well formed in the first active region.
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second region includes a second well formed in the second active region.
前記フローティングゲートは、前記第1アクティブ領域上に形成された第1部分と、前記第2アクティブ領域上に形成され、前記第1部分よりも大きな幅を有する第2部分とを含む、請求項3に記載の半導体装置。 3. The floating gate includes a first portion formed on the first active region and a second portion formed on the second active region and having a width larger than that of the first portion. The semiconductor device described in. 前記第2部分は、前記第2アクティブ領域を覆うベタパターンで形成され、
前記第1部分は、前記ベタパターンの第2部分から延びるラインパターンで形成されている、請求項4に記載の半導体装置。
The second portion is formed of a solid pattern covering the second active region.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the first portion is formed of a line pattern extending from the second portion of the solid pattern.
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜に連なって形成されている、請求項2~5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 2 to 5, wherein the second insulating film is formed in succession with the first insulating film. 前記第2領域に対して、複数の独立した前記フローティングゲートが対向している、請求項2~6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 2 to 6, wherein the plurality of independent floating gates face the second region. 前記pn接合部は、ツェナーダイオードを形成している、請求項1~7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the pn junction forms a Zener diode. 前記第1不純物拡散領域は、1×1018cm-3~1×1019cm-3の不純物濃度を有する第1高濃度部を含み、
前記第3不純物拡散領域は、前記第1領域よりも高い不純物濃度である1×1018cm-3~1×1019cm-3の不純物濃度を有する第2高濃度部を含む、請求項8に記載の半導体装置。
The first impurity diffusion region includes a first high concentration portion having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 .
The third impurity diffusion region includes a second high-concentration portion having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 19 cm -3 , which is a higher impurity concentration than the first region. The semiconductor device described in 1.
前記ツェナーダイオードは、前記第1高濃度部と前記第2高濃度部との接合によって形成されたpn接合部を含む、請求項9に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9, wherein the Zener diode includes a pn junction formed by a junction between the first high-concentration portion and the second high-concentration portion. 前記第1不純物拡散領域は、前記第1高濃度部よりも低い不純物濃度を有する第1低濃度部をさらに含み、
前記第3不純物拡散領域は、前記第2高濃度部および前記第1領域よりも低い不純物濃度を有する第2低濃度部をさらに含み、
前記ツェナーダイオードは、前記第1低濃度部と前記第2低濃度部との接合によって形成されたpn接合部を含む、請求項9に記載の半導体装置。
The first impurity diffusion region further includes a first low concentration portion having a lower impurity concentration than the first high concentration portion.
The third impurity diffusion region further includes the second high concentration portion and the second low concentration portion having an impurity concentration lower than that of the first region.
The semiconductor device according to claim 9, wherein the Zener diode includes a pn junction formed by a junction between the first low concentration portion and the second low concentration portion.
前記第1低濃度部は、1×1015cm-3~1×1018cm-3の不純物濃度を有し、
前記第2低濃度部は、1×1015cm-3~1×1018cm-3の不純物濃度を有している、請求項11に記載の半導体装置。
The first low concentration portion has an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
The semiconductor device according to claim 11, wherein the second low-concentration portion has an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
前記第1領域は、1×1015cm-3~1×1017cm-3の不純物濃度を有している、請求項1~12のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12, wherein the first region has an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3 .
JP2020109329A 2020-06-25 2020-06-25 Semiconductor device Ceased JP2022006824A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020109329A JP2022006824A (en) 2020-06-25 2020-06-25 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020109329A JP2022006824A (en) 2020-06-25 2020-06-25 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022006824A true JP2022006824A (en) 2022-01-13

Family

ID=80110706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020109329A Ceased JP2022006824A (en) 2020-06-25 2020-06-25 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022006824A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100393201B1 (en) High voltage lateral DMOS transistor having low on-resistance and high breakdown voltage
US5430316A (en) VDMOS transistor with improved breakdown characteristics
US7791135B2 (en) Insulated gate silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same
CN101339947A (en) Semiconductor device
JP6316725B2 (en) Semiconductor device
US20080023767A1 (en) High voltage electrostatic discharge protection devices and electrostatic discharge protection circuits
CN111712926B (en) Silicon carbide semiconductor device
JP2001102586A (en) High breakdown voltage semiconductor device
CN108962886B (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
KR101591517B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP5968548B2 (en) Semiconductor device
JP2009164460A (en) Semiconductor device
JP2009059949A (en) Semiconductor device and manufacturing method for the semiconductor device
US11264451B2 (en) Semiconductor device exhibiting soft recovery characteristics
CN1127142C (en) Semiconductor device
US10720525B2 (en) Semiconductor device
US7282763B2 (en) Field effect transistor formed on an insulating substrate and integrated circuit thereof
US20070241387A1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
KR20110078621A (en) Semiconductor device, and fabricating method thereof
US20220102556A1 (en) Triple-gate mos transistor and method for manufacturing such a transistor
EP0037103B1 (en) Semiconductor device
JP2022006824A (en) Semiconductor device
US10861930B2 (en) Semiconductor device
US6198137B1 (en) Semiconductor device
JP3402244B2 (en) Semiconductor device including lateral MOS element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230510

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240326

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240523

A045 Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment]

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045

Effective date: 20240912