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JPH0758226A - Semiconductor device, manufacture thereof, and memory cell device method - Google Patents

Semiconductor device, manufacture thereof, and memory cell device method

Info

Publication number
JPH0758226A
JPH0758226A JP5201675A JP20167593A JPH0758226A JP H0758226 A JPH0758226 A JP H0758226A JP 5201675 A JP5201675 A JP 5201675A JP 20167593 A JP20167593 A JP 20167593A JP H0758226 A JPH0758226 A JP H0758226A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mos transistor
memory cell
gate
gate electrode
transistor
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.)
Withdrawn
Application number
JP5201675A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroto Taneda
洋人 種田
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
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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 Toshiba Corp, Toshiba Microelectronics Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5201675A priority Critical patent/JPH0758226A/en
Publication of JPH0758226A publication Critical patent/JPH0758226A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device which is prevented from deteriorating in yield and reliability without causing disconnection and short circuit of a metal wiring enhanced in degree of integration by disposing the patterns of a selecting transistor and a cell transistor of the memory cell as close to each other as possible, shortened in manufacturing term, and lessened in manufacturing cost. CONSTITUTION:A memory cell MOS transistor possessing a gate structure where a floating gate electrode 205 and a control gate electrode 207a are formed in multilayer and a selection gate MOS transistor are connected in series to form a non-volatile memory cell, and the non-volatile memory cell is built in a semiconductor device, wherein the control gate electrode of the memory cell MOS transistor and the gate electrode 207c of the selection gate MOS transistor are formed of the same wiring layer in one piece.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、不揮発性メモリセルを
内蔵した半導体装置およびその製造方法に係り、特にメ
モリセル用トランジスタと選択ゲート用トランジスタと
からなる不揮発性メモリセルのゲート電極構造とその形
成方法およびメモリセル駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a built-in non-volatile memory cell and a method of manufacturing the same, and more particularly to a gate electrode structure of a non-volatile memory cell including a memory cell transistor and a select gate transistor, and its structure. The present invention relates to a forming method and a memory cell driving method.

【0002】[0002]

【従来の技術】EPROM(紫外線消去・再書き込み可
能なROM)、EEPROM(電気的消去・再書き込み
可能なROM)などの不揮発性半導体メモリのメモリセ
ルとしては、各種の構造が提案されており、その1つと
して、積層ゲート構造を有するメモリセル用のMOSト
ランジスタ(セルトランジスタ)と選択ゲート用のMO
Sトランジスタ(選択トランジスタ)とが直列接続され
てなるFLOTOX(FLOtaing gate Tunnel OXide)型
セルがある。
2. Description of the Related Art Various structures have been proposed as memory cells for nonvolatile semiconductor memories such as EPROM (UV erasable / rewritable ROM) and EEPROM (electrically erasable / rewritable ROM). One of them is a MOS transistor (cell transistor) for a memory cell having a stacked gate structure and an MO for a select gate.
There is a FLOTOX (FLOtaing gate Tunnel OXide) type cell in which an S transistor (selection transistor) is connected in series.

【0003】図5は、従来のFLOTOX型セルの平面
パターンの一例を示している。図6は、図5中のA−A
線に沿う断面構造の一例を示している。図5および図6
において、201は半導体基板、202はセルトランジ
スタのソース領域、204はセルトランジスタのトンネ
ル絶縁膜、205はセルトランジスタの浮遊ゲート電
極、206は電極間絶縁膜、207aはセルトランジス
タの制御ゲート電極、209は第1ゲート絶縁膜、21
1は第1ドレイン領域(セルトランジスタのドレインお
よび選択トランジスタのソース)である。212は第2
ドレイン領域(選択トランジスタのドレイン)、213
は選択トランジスタのゲート電極、214は制御ゲート
電極上の層間絶縁膜である。
FIG. 5 shows an example of a plane pattern of a conventional FLOTOX type cell. FIG. 6 shows A-A in FIG.
An example of the cross-sectional structure along the line is shown. 5 and 6
, 201 is a semiconductor substrate, 202 is a source region of the cell transistor, 204 is a tunnel insulating film of the cell transistor, 205 is a floating gate electrode of the cell transistor, 206 is an interelectrode insulating film, 207 a is a control gate electrode of the cell transistor, 209 Is the first gate insulating film, 21
Reference numeral 1 is a first drain region (drain of the cell transistor and source of the select transistor). 212 is the second
Drain region (drain of selection transistor), 213
Is a gate electrode of the select transistor, and 214 is an interlayer insulating film on the control gate electrode.

【0004】215は層間絶縁膜214上に形成された
金属配線からなるビット線であり、層間絶縁膜214に
形成されたコンタクト開口を通して選択トランジスタの
ドレイン212にコンタクトしており、215aはビッ
ト線コンタクト領域を示している。
Reference numeral 215 is a bit line formed of a metal wiring formed on the interlayer insulating film 214, which contacts the drain 212 of the selection transistor through a contact opening formed in the interlayer insulating film 214, and 215a is a bit line contact. The area is shown.

【0005】次に、図6のFLOTOX型セルを二層多
結晶シリコンプロセスにより製造する工程の一例につい
て、図7(a)乃至(d)に示すウェハ断面構造を参照
しながら説明する。
Next, an example of a process for manufacturing the FLOTOX type cell of FIG. 6 by the double-layer polycrystalline silicon process will be described with reference to the wafer cross-sectional structure shown in FIGS. 7A to 7D.

【0006】まず、図7(a)に示すように、P型シリ
コン基板201上に犠牲熱酸化膜203を形成し、さら
に、不純物を選択的にイオン注入して拡散させることに
より、セルトランジスタのソース領域202・ドレイン
領域211を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a sacrificial thermal oxide film 203 is formed on a P-type silicon substrate 201, and impurities are selectively ion-implanted and diffused to form a cell transistor. The source region 202 and the drain region 211 are formed.

【0007】次に、図7(b)に示すように、基板上の
全面に第1ゲート絶縁膜209を形成し、その一部を写
真蝕刻技術により除去し、露出した基板表面上にトンネ
ル絶縁膜204を薄く形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a first gate insulating film 209 is formed on the entire surface of the substrate, and a part of the first gate insulating film 209 is removed by a photo-etching technique to form a tunnel insulating film on the exposed substrate surface. The film 204 is formed thin.

【0008】次に、図7(c)に示すように、全面に第
1層目の多結晶シリコン膜205、電極間絶縁膜20
6、第2層目の多結晶シリコン膜207を順次堆積す
る。次に、図7(d)に示すように、写真蝕刻技術によ
り前記第2層目の多結晶シリコン膜207、電極間絶縁
膜206、第1層目の多結晶シリコン膜205を選択的
にエッチングし、セルトランジスタの制御ゲート電極2
07aと浮遊ゲート電極205、選択トランジスタのゲ
ート電極213を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, the first-layer polycrystalline silicon film 205 and the interelectrode insulating film 20 are formed on the entire surface.
6. The second-layer polycrystalline silicon film 207 is sequentially deposited. Next, as shown in FIG. 7D, the second-layer polycrystalline silicon film 207, the inter-electrode insulating film 206, and the first-layer polycrystalline silicon film 205 are selectively etched by a photo-etching technique. And the control gate electrode 2 of the cell transistor
07a, the floating gate electrode 205, and the gate electrode 213 of the select transistor are formed.

【0009】このような製造プロセスにより、選択トラ
ンジスタのゲート電極213上には電極間絶縁膜206
を介して第2層目の多結晶シリコンパターン207bが
残るが、この多結晶シリコンパターン207bは電極と
しては使用されない。
By such a manufacturing process, the interelectrode insulating film 206 is formed on the gate electrode 213 of the select transistor.
Although the second-layer polycrystalline silicon pattern 207b is left through, the polycrystalline silicon pattern 207b is not used as an electrode.

【0010】そして、上記選択トランジスタの第2層目
の多結晶シリコンパターン207bをマスクとして不純
物を選択的にイオン注入して拡散させることにより、選
択トランジスタのドレイン領域212を形成する。
Then, the drain region 212 of the select transistor is formed by selectively ion-implanting and diffusing impurities by using the second-layer polycrystalline silicon pattern 207b of the select transistor as a mask.

【0011】この後、全面に層間絶縁膜(図6中21
4)を堆積し、その上面をリフロー工程により平坦化し
た後に、コンタクト開口、金属配線層(図6中215)
の堆積および配線パターニングを行う。
After that, an interlayer insulating film (21 in FIG. 6) is formed on the entire surface.
4) is deposited and the upper surface thereof is flattened by a reflow process, and then a contact opening and a metal wiring layer (215 in FIG. 6).
And wiring patterning.

【0012】次に、図6のFLOTOX型セルの駆動方
法について、図8(a)乃至(c)を参照しながら説明
する。データの消去に際しては、図8(a)に示すよう
に、選択トランジスタQSのドレインおよびセルトラン
ジスタQMのソースにVssを与えた状態で、選択トラン
ジスタQSのゲートおよびセルトランジスタQMの制御
ゲートにVppを印加することにより、トンネル電流によ
りセルトランジスタQMの浮遊ゲートに電荷を注入し、
セルトランジスタQMの閾値電圧を高く設定する。
Next, a method of driving the FLOTOX type cell of FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 8 (a) to 8 (c). When erasing data, as shown in FIG. 8A, Vpp is applied to the gate of the selection transistor QS and the control gate of the cell transistor QM while Vss is applied to the drain of the selection transistor QS and the source of the cell transistor QM. When applied, charges are injected into the floating gate of the cell transistor QM by the tunnel current,
The threshold voltage of the cell transistor QM is set high.

【0013】データの書込みに際しては、図8(b)に
示すように、セルトランジスタQMのソース・制御ゲー
トに接地電位Vssを与えた状態で、選択トランジスタQ
Sのドレイン・ゲートに高電圧Vpp(例えば14〜15
V)を印加することにより、セルトランジスタQMの浮
遊ゲートから電荷を引き抜き、セルトランジスタQMの
閾値電圧を低く設定する。
In writing data, as shown in FIG. 8B, the selection transistor Q is supplied with the ground potential Vss applied to the source / control gate of the cell transistor QM.
A high voltage Vpp (for example, 14 to 15) is applied to the drain and gate of S.
V) is applied to extract electric charges from the floating gate of the cell transistor QM and set the threshold voltage of the cell transistor QM low.

【0014】データの読み出しに際しては、図8(c)
に示すように、セルトランジスタQMのソースにVss、
選択トランジスタQSのドレインに読み出しクランプ電
圧(例えば1V)を与えた状態で、選択トランジスタQ
SのゲートおよびセルトランジスタQMの制御ゲートに
読み出し電圧(例えば3V)を印加することにより、セ
ルトランジスタQMの閾値電圧に応じて決まるセル電流
によりそのオン/オフ状態を検出する。
At the time of reading the data, FIG.
As shown in, the source of the cell transistor QM has Vss,
With the read clamp voltage (for example, 1 V) applied to the drain of the selection transistor QS, the selection transistor Q
By applying a read voltage (for example, 3 V) to the gate of S and the control gate of the cell transistor QM, the on / off state is detected by the cell current determined according to the threshold voltage of the cell transistor QM.

【0015】ところで、上記FLOTOX型セルは、2
個のトランジスタQS、QMからなるのでセルサイズが
大きく、高集積化が困難であり、メモリの大容量化には
向かないものと考えられていた。
By the way, the FLOTOX type cell has two
Since it is composed of the individual transistors QS and QM, the cell size is large and high integration is difficult, and it was considered that it is not suitable for increasing the memory capacity.

【0016】上記FLOTOX型セルの高集積化を図る
ために、選択トランジスタとセルトランジスタのゲート
間隔を接近させると、ゲート形成後の状態における両ト
ランジスタのゲート間の隙間におけるアスペクト比が高
くなる。
When the gate distance between the select transistor and the cell transistor is reduced in order to achieve high integration of the FLOTOX type cell, the aspect ratio in the gap between the gates of both transistors becomes high after the gate is formed.

【0017】これにより、この後、層間絶縁膜214と
してBPSG(ボロン・リン・シリケートガラス)膜あ
るいはBSG(ボロン・シリケートガラス)膜を堆積す
る際、両トランジスタのゲート間の隙間に対向するゲー
ト端部Eにおいて、層間絶縁膜214の堆積厚さが局所
的に薄くなる。すると、この後のリン雰囲気中でのリフ
ロー工程において、雰囲気中の高濃度のリンが上記層間
絶縁膜214の局所的に薄くなっている部分のボロンと
反応して析出物が生じ、突起物214aとして成長して
しまう不具合が生じる。
Thus, after that, when a BPSG (boron phosphorus silicate glass) film or a BSG (boron silicate glass) film is deposited as the interlayer insulating film 214, the gate end facing the gap between the gates of both transistors is formed. In the portion E, the deposited thickness of the interlayer insulating film 214 is locally thinned. Then, in the subsequent reflow step in a phosphorus atmosphere, high concentration phosphorus in the atmosphere reacts with boron in the locally thinned portion of the interlayer insulating film 214 to generate a precipitate, and the protrusion 214a. As a result, the problem that it grows occurs.

【0018】この突起物は、この後の金属配線の形成に
際して金属配線の断線あるいは短絡を引き起こし、半導
体装置の製造上の歩留まりや信頼性の低下をまねいてし
まう原因となる。
This protrusion causes a disconnection or a short circuit of the metal wiring in the subsequent formation of the metal wiring, which causes a reduction in yield and reliability in manufacturing the semiconductor device.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
FLOTOX型セルを内蔵した半導体装置は、セルの高
集積化を図るために選択トランジスタとセルトランジス
タのゲート間隔を接近させると、セル上に形成される金
属配線の断線あるいは短絡を引き起こし、歩留まりや信
頼性の低下をまねいてしまうという問題があった。
As described above, in the conventional semiconductor device having the FLOTOX type cell built therein, when the gate distance between the select transistor and the cell transistor is made close to each other in order to achieve high integration of the cell, the semiconductor device is formed on the cell. There has been a problem that the formed metal wiring is broken or short-circuited, leading to a decrease in yield and reliability.

【0020】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、メモリセル上に形成される金属配線の断線あ
るいは短絡を引き起こすことなく、歩留まりの低下、信
頼性の低下をまねくことなく、メモリセルの選択トラン
ジスタとセルトランジスタの間隔を可及的に接近させて
高集積化を図ることができ、しかも、製造期間の短縮
化、製造コストの低減化を図り得る半導体装置およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and does not cause a disconnection or a short circuit of a metal wiring formed on a memory cell, without lowering the yield or the reliability. A semiconductor device and a method of manufacturing the same, in which the distance between the selection transistor of the memory cell and the cell transistor can be made as close as possible to achieve high integration, and further, the manufacturing period can be shortened and the manufacturing cost can be reduced. The purpose is to provide.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は、浮遊ゲート電
極および制御ゲート電極が積層されたゲート構造を有す
るメモリセル用MOSトランジスタと選択ゲート用MO
Sトランジスタとが直列接続されてなる不揮発性メモリ
セルを内蔵した半導体装置において、メモリセル用MO
Sトランジスタの制御ゲート電極と選択ゲート用MOS
トランジスタのゲート電極とが同じ配線層により一体的
に形成されていることを特徴とする。
According to the present invention, a MOS transistor for a memory cell having a gate structure in which a floating gate electrode and a control gate electrode are laminated and an MO for a select gate are provided.
In a semiconductor device including a nonvolatile memory cell in which an S transistor is connected in series, a memory cell MO
Control gate electrode of S transistor and MOS for select gate
It is characterized in that the gate electrode of the transistor is integrally formed by the same wiring layer.

【0022】[0022]

【作用】メモリセルトランジスタの制御ゲート電極と選
択ゲートトランジスタのゲート電極とが同じ配線層の多
結晶シリコンにより一体的に形成されているので、上記
両ゲート上に堆積される層間絶縁膜の段差を低く抑える
ことができる。
Since the control gate electrode of the memory cell transistor and the gate electrode of the select gate transistor are integrally formed of polycrystalline silicon in the same wiring layer, the step difference of the interlayer insulating film deposited on the both gates can be prevented. It can be kept low.

【0023】これにより、メモリセル上の層間絶縁膜上
に形成される金属配線の断線あるいは短絡を引き起こす
ことなく、歩留まりの低下、信頼性の低下をまねくこと
なく、両トランジスタの間隔を可及的に接近させて高集
積化を図ることができる。
As a result, the distance between the two transistors can be minimized without causing disconnection or short circuit of the metal wiring formed on the interlayer insulating film on the memory cell, without lowering the yield and lowering the reliability. It is possible to achieve high integration by approaching.

【0024】また、メモリセル上に堆積される層間絶縁
膜の段差を低く抑えることができるので、層間絶縁膜堆
積後のリフロー工程の省略もしくはリフロー期間の短縮
化が可能になり、製造コストの低減化を図ることが可能
になる。
Further, since the step of the interlayer insulating film deposited on the memory cell can be suppressed to a low level, the reflow step after the interlayer insulating film deposition can be omitted or the reflow period can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced. Can be realized.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、本発明の半導体装置の一実施例に
係るEEPROMにおけるFLOTOX型メモリセルの
アレイの一部(メモリセル4個分)を取り出して平面パ
ターンの一例を示している。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a plane pattern obtained by extracting a part (four memory cells) of an array of FLOTOX type memory cells in an EEPROM according to an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【0026】図2は、図1中のA−A線に沿う断面構造
の一例を示している。図1および図2において、201
は半導体基板、202はセルトランジスタのソース領
域、204はセルトランジスタのトンネル絶縁膜、20
5はセルトランジスタの浮遊ゲート電極、206は電極
間絶縁膜、207aはセルトランジスタの制御ゲート電
極、209は第1ゲート絶縁膜、211は第1ドレイン
領域(セルトランジスタのドレインおよび選択トランジ
スタのソース)である。212は第2ドレイン領域(選
択トランジスタのドレイン)、207cは選択トランジ
スタのゲート電極、214は制御ゲート電極上に形成さ
れた層間絶縁膜である。
FIG. 2 shows an example of a sectional structure taken along the line AA in FIG. In FIG. 1 and FIG.
Is a semiconductor substrate, 202 is a source region of the cell transistor, 204 is a tunnel insulating film of the cell transistor, 20
5 is a floating gate electrode of the cell transistor, 206 is an interelectrode insulating film, 207a is a control gate electrode of the cell transistor, 209 is a first gate insulating film, 211 is a first drain region (drain of the cell transistor and source of the selection transistor). Is. Reference numeral 212 is a second drain region (drain of the selection transistor), 207c is a gate electrode of the selection transistor, and 214 is an interlayer insulating film formed on the control gate electrode.

【0027】215は層間絶縁膜214上に形成された
金属配線からなるビット線であり、層間絶縁膜214に
形成されたコンタクト開口を通して選択トランジスタの
ドレイン212にコンタクトしており、215aはビッ
ト線コンタクト領域を示している。
Reference numeral 215 denotes a bit line formed of a metal wiring formed on the interlayer insulating film 214, which contacts the drain 212 of the selection transistor through a contact opening formed in the interlayer insulating film 214, and 215a is a bit line contact. The area is shown.

【0028】216はセルアレイ内の隣接する4個のセ
ルトランジスタの各ソース領域に共通に連なるようにセ
ルアレイの行間部に形成された拡散層領域(共通ソー
ス)であり、216aは上記共通ソースとVss線とのコ
ンタクト領域を示している。
Reference numeral 216 is a diffusion layer region (common source) formed in the inter-row portion of the cell array so as to be commonly connected to the source regions of four adjacent cell transistors in the cell array, and 216a is the common source and Vss. The contact area with the line is shown.

【0029】ここで、セルトランジスタの制御ゲート電
極207aと選択トランジスタのゲート電極207cと
は同じ配線層(本例では多結晶シリコン)により一体的
に形成されている。
Here, the control gate electrode 207a of the cell transistor and the gate electrode 207c of the selection transistor are integrally formed of the same wiring layer (polycrystalline silicon in this example).

【0030】なお、図1に示したセルアレイの平面パタ
ーンにおいて、セルアレイの同一行のセルのセルトラン
ジスタの制御ゲート電極207aおよび選択トランジス
タのゲート電極207cに一体的に連なるように制御線
(ワード線)が形成されている。また、セルアレイの列
間の素子分離を行う必要がある部分にはフィールド絶縁
膜が形成されている。
In the plane pattern of the cell array shown in FIG. 1, control lines (word lines) are integrally connected to the control gate electrodes 207a of the cell transistors and the gate electrodes 207c of the selection transistors of the cells in the same row of the cell array. Are formed. Further, a field insulating film is formed in a portion where element isolation between columns of the cell array is required.

【0031】上記実施例のEEPROMによれば、セル
トランジスタの制御ゲート電極207aと選択トランジ
スタのゲート電極207cとは同じ配線層(本例では多
結晶シリコン)により一体的に形成されているので、上
記両ゲート上に堆積される層間絶縁膜214の段差を低
く抑えることができる。
According to the EEPROM of the above embodiment, the control gate electrode 207a of the cell transistor and the gate electrode 207c of the selection transistor are integrally formed by the same wiring layer (polycrystalline silicon in this example). The step difference of the interlayer insulating film 214 deposited on both gates can be suppressed low.

【0032】これにより、メモリセル上の層間絶縁膜2
14上に形成される金属配線215の断線あるいは短絡
を引き起こすことなく、歩留まりの低下、信頼性の低下
をまねくことなく、両トランジスタの間隔を可及的に接
近させて高集積化を図ることができる。
As a result, the interlayer insulating film 2 on the memory cell is formed.
It is possible to achieve high integration by making the distance between both transistors as close as possible without causing a disconnection or a short circuit of the metal wiring 215 formed on the semiconductor substrate 14 and without lowering the yield or the reliability. it can.

【0033】因みに、上記実施例のセルは、従来例のセ
ルと比べて、セルトランジスタおよび選択トランジスタ
の配列方向(図1中のY方向)におけるサイズを約15
%縮小できる。
Incidentally, the size of the cell of the above embodiment is about 15 in the arrangement direction of the cell transistors and the selection transistors (Y direction in FIG. 1) as compared with the cell of the conventional example.
% Can be reduced.

【0034】次に、図2のFLOTOX型セルを二層多
結晶シリコンプロセスにより製造する工程の一例につい
て、図3(a)乃至(d)に示すウェハ断面構造を参照
しながら説明する。
Next, an example of a process for manufacturing the FLOTOX type cell of FIG. 2 by the double-layer polycrystalline silicon process will be described with reference to the wafer sectional structure shown in FIGS. 3 (a) to 3 (d).

【0035】まず、図3(a)に示すように、P型シリ
コン基板201上に犠牲熱酸化膜203を形成し、さら
に、後述するセルトランジスタをデプレッション型とす
るために、そのチャネル形成予定領域に選択的にイオン
注入することによりチャネル不純物領域301を形成す
る。
First, as shown in FIG. 3A, a sacrificial thermal oxide film 203 is formed on a P-type silicon substrate 201, and further, a channel formation region thereof is formed in order to make a cell transistor described later a depletion type. A channel impurity region 301 is formed by selectively ion-implanting.

【0036】次に、図3(b)に示すように、基板上の
全面に第1ゲート絶縁膜209を形成し、その一部を写
真蝕刻技術により除去し、露出した基板表面上にトンネ
ル絶縁膜204を薄く形成し、さらに、全面に第1層目
の多結晶シリコン膜205を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3B, a first gate insulating film 209 is formed on the entire surface of the substrate, and a part of the first gate insulating film 209 is removed by a photo-etching technique to form a tunnel insulating film on the exposed substrate surface. The film 204 is formed thin, and the first-layer polycrystalline silicon film 205 is further deposited on the entire surface.

【0037】次に、図3(c)に示すように、写真蝕刻
技術により第1層目の多結晶シリコン膜205を選択的
にエッチングし、セルトランジスタの浮遊ゲート電極2
05を形成する。この後、浮遊ゲート電極205をマス
クとして不純物を選択的にイオン注入して拡散させるこ
とにより、セルトランジスタのソース領域302・ドレ
イン領域303を形成する。この後、全面に、電極間絶
縁膜206、第2層目の多結晶シリコン膜207を順次
堆積する。
Next, as shown in FIG. 3C, the first-layer polycrystalline silicon film 205 is selectively etched by a photo-etching technique to make the floating gate electrode 2 of the cell transistor.
Form 05. After that, the source region 302 and the drain region 303 of the cell transistor are formed by selectively ion-implanting and diffusing the impurities by using the floating gate electrode 205 as a mask. After that, an interelectrode insulating film 206 and a second-layer polycrystalline silicon film 207 are sequentially deposited on the entire surface.

【0038】次に、図3(d)に示すように、写真蝕刻
技術により第2層目の多結晶シリコン膜207を選択的
にエッチングし、セルトランジスタの制御ゲート電極2
07aと選択トランジスタのゲート電極207cを一体
的に形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, the second-layer polycrystalline silicon film 207 is selectively etched by a photo-etching technique to control cell electrode control gate electrode 2
07a and the gate electrode 207c of the selection transistor are integrally formed.

【0039】そして、上記選択トランジスタのゲート電
極207cをマスクとして不純物を選択的にイオン注入
して拡散させることにより、選択トランジスタのドレイ
ン領域304を形成する。
Then, the drain region 304 of the select transistor is formed by selectively ion-implanting and diffusing the impurities using the gate electrode 207c of the select transistor as a mask.

【0040】この後、全面に層間絶縁膜(図2中の21
4)を堆積し、その上面をリフロー工程により平坦化し
た後に、コンタクト開口、金属配線層(図2中の21
5)の堆積および配線パターニングを行う。
After that, an interlayer insulating film (21 in FIG. 2) is formed on the entire surface.
4) is deposited and the upper surface thereof is flattened by a reflow process, and then contact openings and metal wiring layers (21 in FIG. 2) are formed.
5) Deposition and wiring patterning are performed.

【0041】上記したような製造方法によれば、メモリ
セル上に堆積される層間絶縁膜214の段差を低く抑え
ることができるので、層間絶縁膜堆積後のリフロー工程
の省略もしくはリフロー期間の短縮化が可能になり、製
造コストの低減化を図ることが可能になる。
According to the manufacturing method as described above, since the step difference of the interlayer insulating film 214 deposited on the memory cell can be suppressed to a low level, the reflow process after the interlayer insulating film deposition is omitted or the reflow period is shortened. It becomes possible to reduce the manufacturing cost.

【0042】次に、図2のFLOTOX型セルの駆動方
法について、図4(a)乃至(c)を参照しながら説明
する。図2のFLOTOX型セルのデータの消去、読み
出しは、従来例のFLOTOX型セルと同様に行われる
が、データの書込みは、従来例のFLOTOX型セルと
は若干異なる。
Next, a driving method of the FLOTOX type cell of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c). Although erasing and reading of data from the FLOTOX type cell of FIG. 2 are performed in the same manner as in the conventional FLOTOX type cell, data writing is slightly different from that of the conventional example FLOTOX type cell.

【0043】即ち、データの消去に際しては、図4
(a)に示すように、選択トランジスタQSのドレイン
およびセルトランジスタQMのソースにVssを与えた状
態で、選択トランジスタQSのゲートおよびセルトラン
ジスタQMの制御ゲートに消去用高電圧Vpp(例えば1
4〜15V)を印加することにより、セルトランジスタ
QMの浮遊ゲートにトンネル電流により電荷を注入し、
セルトランジスタQMの閾値電圧を高く設定する(例え
ば5〜6V程度に設定する)。
That is, when erasing data, FIG.
As shown in (a), in the state where Vss is applied to the drain of the selection transistor QS and the source of the cell transistor QM, the erase high voltage Vpp (for example, 1 pp) is applied to the gate of the selection transistor QS and the control gate of the cell transistor QM.
4 to 15 V) to inject charges into the floating gate of the cell transistor QM by a tunnel current,
The threshold voltage of the cell transistor QM is set high (for example, set to about 5 to 6V).

【0044】データの書込みに際しては、図4(b)に
示すように、セルトランジスタQMのソースに接地電位
Vss、選択トランジスタQSのドレインに書込み用高電
圧Vpp(例えば14〜15V)を与えた状態で、選択ト
ランジスタQSのゲートおよびセルトランジスタQMの
制御ゲートに前記書込み用高電圧Vppより低い書込みゲ
ート電圧(例えば5V)を印加することにより、セルト
ランジスタQMの浮遊ゲートから電荷を引き抜き、セル
トランジスタQMの閾値電圧を低く設定する(例えば−
5〜−6V程度に設定する)。
When writing data, as shown in FIG. 4B, the ground potential Vss is applied to the source of the cell transistor QM and the write high voltage Vpp (eg 14 to 15 V) is applied to the drain of the selection transistor QS. Then, by applying a write gate voltage (for example, 5 V) lower than the write high voltage Vpp to the gate of the selection transistor QS and the control gate of the cell transistor QM, charges are extracted from the floating gate of the cell transistor QM, Lower threshold voltage of (eg −
Set to about 5-6V).

【0045】この場合、セルトランジスタQMはデプレ
ッション型であるので、そのドレイン電圧が低くても、
その浮遊ゲートから電荷を引き抜くことが可能である。
データの読み出しに際しては、図4(c)に示すよう
に、セルトランジスタQMのソースにVss、選択トラン
ジスタQSのドレインに読み出しクランプ電圧(例えば
1V)を与えた状態で、選択トランジスタQSのゲート
およびセルトランジスタQMの制御ゲートに読み出しゲ
ート電圧(例えば3V)を印加することにより、セルト
ランジスタQMの閾値電圧に応じて決まるセル電流オン
/オフ状態を検出する。なお、選択トランジスタQSの
閾値はほぼ0.8Vである。
In this case, since the cell transistor QM is a depletion type, even if its drain voltage is low,
It is possible to extract charges from the floating gate.
In reading data, as shown in FIG. 4C, the source of the cell transistor QM is supplied with Vss, and the drain of the selection transistor QS is supplied with a read clamp voltage (for example, 1 V). By applying a read gate voltage (for example, 3 V) to the control gate of the transistor QM, the cell current on / off state determined according to the threshold voltage of the cell transistor QM is detected. The threshold value of the selection transistor QS is about 0.8V.

【0046】なお、上記したようにFLOTOX型セル
を駆動するために必要なVcc、Vpp、読み出しクランプ
電圧、読み出しゲート電圧を供給するための駆動回路
は、EEPROMチップ上に設けられている。また、V
ppは、チップ外部から供給してもよいが、Vccを昇圧し
てVppを発生するための昇圧回路をチップ上に設けてお
けば、この昇圧回路からVppを供給することができる。
The drive circuit for supplying Vcc, Vpp, the read clamp voltage, and the read gate voltage necessary for driving the FLOTOX type cell as described above is provided on the EEPROM chip. Also, V
Although pp may be supplied from the outside of the chip, if a boosting circuit for boosting Vcc to generate Vpp is provided on the chip, Vpp can be supplied from this boosting circuit.

【0047】なお、上記実施例は、EEPROM集積回
路を示したが、本発明はこれに限らず、FLOTOX型
セルを搭載した論理型集積回路など、FLOTOX型セ
ルを内蔵した半導体装置に一般的に適用できる。
Although the above embodiment shows the EEPROM integrated circuit, the present invention is not limited to this, and is generally applied to a semiconductor device including a FLOTOX type cell such as a logic type integrated circuit having a FLOTOX type cell. Applicable.

【0048】[0048]

【発明の効果】上述したように本発明によれば、メモリ
セル上に形成される金属配線の断線あるいは短絡を引き
起こすことなく、歩留まりの低下、信頼性の低下をまね
くことなく、メモリセルの選択トランジスタとセルトラ
ンジスタのパターンを可及的に接近させて高集積化を図
ることができ、しかも、製造期間の短縮化、製造コスト
の低減化を図り得る半導体装置およびその製造方法を提
供することができる。
As described above, according to the present invention, a memory cell can be selected without causing a disconnection or a short circuit of a metal wiring formed on the memory cell, and without lowering the yield or the reliability. (EN) Provided are a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, in which the patterns of the transistor and the cell transistor can be made as close as possible to each other to achieve high integration, and further, the manufacturing period can be shortened and the manufacturing cost can be reduced. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体装置の一実施例に係るEEPR
OMにおけるFLOTOX型メモリセルのアレイの一部
(メモリセル4個分)を取り出して示す平面パターン
図。
FIG. 1 is an EEPR according to an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 3 is a plan pattern diagram showing a part (four memory cells) of an array of FLOTOX type memory cells in the OM.

【図2】図1中のA−A線に沿う断面構造の一例を示す
断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a sectional structure taken along line AA in FIG.

【図3】図2のFLOTOX型セルを二層多結晶シリコ
ンプロセスにより製造する工程の一例におけるウェハ断
面構造を示す断面図。
3 is a cross-sectional view showing a wafer cross-sectional structure in an example of a process of manufacturing the FLOTOX type cell of FIG. 2 by a two-layer polycrystalline silicon process.

【図4】図2のFLOTOX型セルの駆動方法を説明す
るために示す回路図。
4 is a circuit diagram shown for explaining a driving method of the FLOTOX type cell of FIG.

【図5】従来のFLOTOX型セルの一例を示す平面パ
ターン図。
FIG. 5 is a plan pattern diagram showing an example of a conventional FLOTOX type cell.

【図6】図5中のA−A線に沿う断面構造の一例を示す
断面図。
6 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure taken along the line AA in FIG.

【図7】図6のFLOTOX型セルを二層多結晶シリコ
ンプロセスにより製造する工程の一例におけるウェハ断
面構造を示す断面図。
7 is a cross-sectional view showing a wafer cross-sectional structure in an example of a process of manufacturing the FLOTOX type cell of FIG. 6 by a two-layer polycrystalline silicon process.

【図8】図6のFLOTOX型セルの駆動方法を説明す
るために示す回路図。
8 is a circuit diagram shown for explaining a driving method of the FLOTOX type cell of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

201…半導体基板、202…セルトランジスタのソー
ス領域、204…セルトランジスタのトンネル絶縁膜、
205…セルトランジスタの浮遊ゲート電極、206…
電極間絶縁膜、207a…セルトランジスタの制御ゲー
ト電極、207c…選択トランジスタのゲート電極、2
09…第1ゲート絶縁膜、211…第1ドレイン領域
(セルトランジスタのドレインおよび選択トランジスタ
のソース)、212…第2ドレイン領域(選択トランジ
スタのドレイン)、214…層間絶縁膜、215…ビッ
ト線、215a…ビット線コンタクト領域。
201 ... Semiconductor substrate, 202 ... Source region of cell transistor, 204 ... Tunnel insulating film of cell transistor,
205 ... Floating gate electrode of cell transistor, 206 ...
Inter-electrode insulating film, 207a ... Control gate electrode of cell transistor, 207c ... Gate electrode of selection transistor, 2
09 ... First gate insulating film, 211 ... First drain region (drain of cell transistor and source of select transistor), 212 ... Second drain region (drain of select transistor), 214 ... Interlayer insulating film, 215 ... Bit line, 215a ... Bit line contact region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/115 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 27/115

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 浮遊ゲート電極および制御ゲート電極が
積層されたゲート構造を有するメモリセル用MOSトラ
ンジスタと、 このメモリセル用MOSトランジスタのドレインにソー
スが接続され、上記メモリセル用MOSトランジスタの
制御ゲート電極と同じ配線層により一体的に形成された
ゲート電極を有する選択ゲート用MOSトランジスタと
からなる不揮発性メモリセルを内蔵したことを特徴とす
る半導体装置。
1. A memory cell MOS transistor having a gate structure in which a floating gate electrode and a control gate electrode are stacked, and a source connected to a drain of the memory cell MOS transistor, and a control gate of the memory cell MOS transistor. A semiconductor device having a built-in non-volatile memory cell including a selection gate MOS transistor having a gate electrode integrally formed with the same wiring layer as the electrode.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記メモリセル用MOSトランジスタはデプレッション
型であることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the memory cell MOS transistor is a depletion type.
【請求項3】 半導体基板上の全面に第1ゲート絶縁膜
を形成し、その一部を写真蝕刻技術により除去し、露出
した基板表面上にトンネル絶縁膜を形成する工程と、 上記第1ゲート絶縁膜上およびトンネル絶縁膜上の全面
に第1層目の多結晶シリコン膜を堆積する工程と、 上記第1層目の多結晶シリコン膜を写真蝕刻技術により
選択的にエッチングし、メモリセル用MOSトランジス
タの浮遊ゲート電極を形成する工程と、 上記浮遊ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不
純物を選択的にイオン注入して拡散させることにより、
上記メモリセル用MOSトランジスタのソース領域・ド
レイン領域を形成する工程と、 次に、前記半導体基板上の全面に電極間絶縁膜および第
2層目の多結晶シリコン膜を順次堆積する工程と、 上記第2層目の多結晶シリコン膜を写真蝕刻技術により
選択的にエッチングし、前記メモリセル用MOSトラン
ジスタの制御ゲート電極と選択ゲート用MOSトランジ
スタのゲート電極を一体的に形成する工程と、 上記選択ゲート用MOSトランジスタのゲート電極をマ
スクとして前記半導体基板に不純物を選択的にイオン注
入して拡散させることにより、選択ゲート用MOSトラ
ンジスタのドレイン領域を形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a first gate insulating film on the entire surface of a semiconductor substrate, removing a part of the first gate insulating film by a photo-etching technique, and forming a tunnel insulating film on the exposed substrate surface, and the first gate. A step of depositing a first-layer polycrystalline silicon film on the entire surface of the insulating film and the tunnel insulating film; and a step of selectively etching the first-layer polycrystalline silicon film by a photo-etching technique for a memory cell A step of forming a floating gate electrode of a MOS transistor; and a step of selectively implanting and diffusing impurities into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask,
A step of forming a source region / drain region of the memory cell MOS transistor; a step of sequentially depositing an interelectrode insulating film and a second-layer polycrystalline silicon film on the entire surface of the semiconductor substrate; A step of selectively etching the second-layer polycrystalline silicon film by a photo-etching technique to integrally form a control gate electrode of the memory cell MOS transistor and a gate electrode of the select gate MOS transistor; A step of forming a drain region of the selection gate MOS transistor by selectively ion-implanting and diffusing impurities into the semiconductor substrate using the gate electrode of the gate MOS transistor as a mask. Device manufacturing method.
【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記半導体基板上の全面に第1ゲート絶縁膜を形成する
前に、上記半導体基板上に形成しようとするメモリセル
用MOSトランジスタのチャネル形成予定領域に上記メ
モリセル用MOSトランジスタをデプレッション化する
ためのイオン注入を行う工程をさらに具備することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein before the first gate insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, a MOS transistor for a memory cell to be formed on the semiconductor substrate is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of implanting ions for depleting the memory cell MOS transistor in a channel formation region.
【請求項5】 浮遊ゲート電極および制御ゲート電極が
積層されたゲート構造を有するメモリセル用MOSトラ
ンジスタと、このメモリセル用MOSトランジスタのド
レインにソースが接続され、上記メモリセル用MOSト
ランジスタの制御ゲート電極と同じ配線層により一体的
に形成されたゲート電極を有する選択ゲート用MOSト
ランジスタとからなる不揮発性メモリセルを駆動する
際、 データの消去に際しては、選択ゲート用MOSトランジ
スタのドレインおよびメモリセル用MOSトランジスタ
のソースに接地電位を与えた状態で、選択ゲート用MO
Sトランジスタのゲートおよびメモリセル用MOSトラ
ンジスタの制御ゲートに消去用高電圧を印加し、 データの書込みに際しては、メモリセル用MOSトラン
ジスタのソースに接地電位、選択ゲート用MOSトラン
ジスタのドレインに書込み用高電圧を与えた状態で、選
択ゲート用MOSトランジスタのゲートおよびメモリセ
ル用MOSトランジスタの制御ゲートに前記書込み用高
電圧より低い書込みゲート電圧を印加し、 データの読み出しに際しては、メモリセル用MOSトラ
ンジスタのソースに接地電位、選択ゲート用MOSトラ
ンジスタのドレインに読み出しクランプ電圧を与えた状
態で、選択ゲート用MOSトランジスタのゲートおよび
メモリセル用MOSトランジスタの制御ゲートに読み出
しゲート電圧を印加することを特徴とするメモリセル駆
動方法。
5. A memory cell MOS transistor having a gate structure in which a floating gate electrode and a control gate electrode are stacked, and a source connected to a drain of the memory cell MOS transistor, and a control gate of the memory cell MOS transistor. When erasing data when driving a non-volatile memory cell comprising a select gate MOS transistor having a gate electrode integrally formed with the same wiring layer as the electrode, the drain of the select gate MOS transistor and the memory cell With the ground potential applied to the source of the MOS transistor, the MO for the selection gate
When a high voltage for erasing is applied to the gate of the S transistor and the control gate of the memory cell MOS transistor, when writing data, the source of the memory cell MOS transistor is at ground potential and the drain of the select gate MOS transistor is at high voltage. In the state where a voltage is applied, a write gate voltage lower than the write high voltage is applied to the gate of the selection gate MOS transistor and the control gate of the memory cell MOS transistor, and when reading data, the memory cell MOS transistor The read gate voltage is applied to the gate of the selection gate MOS transistor and the control gate of the memory cell MOS transistor in a state where the ground potential is applied to the source and the read clamp voltage is applied to the drain of the selection gate MOS transistor. The memory cell driving method to be.
JP5201675A 1993-08-13 1993-08-13 Semiconductor device, manufacture thereof, and memory cell device method Withdrawn JPH0758226A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003289115A (en) * 2002-01-04 2003-10-10 Samsung Electronics Co Ltd Non-volatile memory element and method for manufacturing the same

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JP2003289115A (en) * 2002-01-04 2003-10-10 Samsung Electronics Co Ltd Non-volatile memory element and method for manufacturing the same

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