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JP2003141885A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JP2003141885A
JP2003141885A JP2001335993A JP2001335993A JP2003141885A JP 2003141885 A JP2003141885 A JP 2003141885A JP 2001335993 A JP2001335993 A JP 2001335993A JP 2001335993 A JP2001335993 A JP 2001335993A JP 2003141885 A JP2003141885 A JP 2003141885A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
insulating film
transistor
inter
node
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.)
Pending
Application number
JP2001335993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichiro Noda
潤一郎 野田
Takuya Futayama
拓也 二山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001335993A priority Critical patent/JP2003141885A/en
Publication of JP2003141885A publication Critical patent/JP2003141885A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧印加が可能な高集積化された半導体装
置を提供する。 【解決手段】 メモリセル領域とレベルシフト回路領域
19とを有する半導体基板と、この半導体基板上のメモ
リセル領域に形成された第1ゲート絶縁膜と、この第1
ゲート絶縁膜上に形成された第1下部ゲート電極と、こ
の第1下部ゲート電極上に形成された第1ゲート間絶縁
膜と、この第1ゲート間絶縁膜上に形成された第2上部
ゲート電極と、レベルシフト回路領域に形成された第2
ゲート絶縁膜と、この第2ゲート絶縁膜上に形成され、
第1の電位N5,N6が与えられる第2下部ゲート電極
と、この第2下部ゲート電極上に形成され、キャパシタ
絶縁膜として電荷を蓄積する第2ゲート間絶縁膜と、こ
の第2ゲート間絶縁膜上に形成され、第1の電位と異な
る第2の電位N3、WLが与えられる第2上部ゲート電
極とを具備する半導体装置である。
(57) [Problem] To provide a highly integrated semiconductor device capable of applying a high voltage. A semiconductor substrate having a memory cell region and a level shift circuit region; a first gate insulating film formed in the memory cell region on the semiconductor substrate;
A first lower gate electrode formed on the gate insulating film, a first inter-gate insulating film formed on the first lower gate electrode, and a second upper gate formed on the first inter-gate insulating film Electrodes and a second electrode formed in the level shift circuit area.
A gate insulating film, formed on the second gate insulating film;
A second lower gate electrode to which the first potentials N5 and N6 are applied, a second inter-gate insulating film formed on the second lower gate electrode and accumulating charge as a capacitor insulating film, and a second inter-gate insulating film A second upper gate electrode formed over the film and supplied with second potentials N3 and WL different from the first potential.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、データの書き換え
に高電圧を使用する不揮発性メモリ領域を有する半導体
装置に係り、特に2層構造のレベルシフト回路を有する
半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a non-volatile memory area that uses a high voltage for rewriting data, and more particularly to a semiconductor device having a two-layer structure level shift circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、不揮発性半導体記憶装置としては
例えばデータの書き込み・消去を電気的に行う、EEP
ROM(Electrically Erasable Programmable Read-On
ly Memory)が知られている。このEEPROMでは、
特にNAND型の場合では、互いに交差する行線と列線
との交点にそれぞれメモリセルが配置されて、メモリセ
ルアレイが構成されている。メモリセルには、通常、浮
遊ゲートと制御ゲートとを積層してなる積層ゲート構造
のMOSトランジスタが用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a nonvolatile semiconductor memory device, for example, EEP for electrically writing / erasing data
ROM (Electrically Erasable Programmable Read-On
ly Memory) is known. In this EEPROM,
Particularly in the case of the NAND type, memory cells are arranged at intersections of row lines and column lines intersecting with each other to form a memory cell array. A MOS transistor having a stacked gate structure in which a floating gate and a control gate are stacked is usually used for the memory cell.

【0003】EEPROMの中には、電気的に一括消去
可能なフラッシュメモリがある。フラッシュメモリとし
ては、高集積化が図られたNAND型フラッシュメモリ
が広く使用されている。
In the EEPROM, there is a flash memory that can be electrically erased collectively. As a flash memory, a NAND flash memory with high integration is widely used.

【0004】フラッシュメモリでは、そのデータの書き
換えに高電圧が利用されていて、そのためにレベルシフ
ト回路が利用される。次に図8を用いて、従来のレベル
シフト回路とメモリセル領域の一部の回路構成を説明す
る。アドレス信号Addressがアンド回路AD1の
複数入力端に入力される。このアンド回路AD1の出力
がノードN7となる。このノードN7はディプレッショ
ン型のNMOSトランジスタND1のソースに接続され
る。このNMOSトランジスタND1のゲートはノード
N1である。なお、このNMOSトランジスタND1の
ゲートは2層構造であり、どちらのゲートもノードN1
に接続されている。
In the flash memory, a high voltage is used to rewrite the data, and therefore a level shift circuit is used. Next, the circuit configuration of a part of the conventional level shift circuit and the memory cell area will be described with reference to FIG. The address signal Address is input to a plurality of input terminals of the AND circuit AD1. The output of the AND circuit AD1 becomes the node N7. The node N7 is connected to the source of the depletion type NMOS transistor ND1. The gate of the NMOS transistor ND1 is the node N1. The gate of the NMOS transistor ND1 has a two-layer structure, and both gates have the node N1.
It is connected to the.

【0005】このNMOSトランジスタND1のドレイ
ンは、エンハンスメント型のNMOSトランジスタNE
2のゲートに接続されている。このNMOSトランジス
タNE2のゲートは2層構造であり、どちらのゲートも
ノードN5に接続されている。このNMOSトランジス
タNE2のソースはノードN3となっている。また、こ
のNMOSトランジスタNE2のゲートと、ソースとの
間にキャパシタC1が接続されている。
The drain of the NMOS transistor ND1 is an enhancement type NMOS transistor NE.
It is connected to the gate of 2. The gate of the NMOS transistor NE2 has a two-layer structure, and both gates are connected to the node N5. The source of the NMOS transistor NE2 is the node N3. A capacitor C1 is connected between the gate and the source of the NMOS transistor NE2.

【0006】また、ノードN7には、エンハンスメント
型のNMOSトランジスタNE1のソースが接続されて
いる。このNMOSトランジスタNE1のゲートはノー
ドN2である。なお、このNMOSトランジスタNE1
のゲートは2層構造であり、どちらのゲートもノードN
2に接続されている。
The source of an enhancement type NMOS transistor NE1 is connected to the node N7. The gate of the NMOS transistor NE1 is the node N2. In addition, this NMOS transistor NE1
Has a two-layer structure, and both gates are node N
Connected to 2.

【0007】このNMOSトランジスタNE1のドレイ
ンはノードN6であり、NMOSトランジスタNE2の
ドレインに接続されている。さらにこのノードN6は、
エンハンスメント型のNMOSトランジスタNE3のゲ
ートに接続されている。このNMOSトランジスタNE
3のゲートは2層構造であり、どちらのゲートもノード
N6に接続されている。このNMOSトランジスタNE
3のソースはノードN4となっている。また、このNM
OSトランジスタNE3のゲートと、ソースとの間にキ
ャパシタC2が接続されている。このNMOSトランジ
スタNE3のドレインはワード線WLに接続されてい
る。
The drain of the NMOS transistor NE1 is a node N6 and is connected to the drain of the NMOS transistor NE2. Furthermore, this node N6
It is connected to the gate of an enhancement type NMOS transistor NE3. This NMOS transistor NE
The gate of 3 has a two-layer structure, and both gates are connected to the node N6. This NMOS transistor NE
The source of 3 is the node N4. Also, this NM
The capacitor C2 is connected between the gate and the source of the OS transistor NE3. The drain of the NMOS transistor NE3 is connected to the word line WL.

【0008】このように、レベルシフト回路50は、N
MOSトランジスタND1、NE1、NE2、NE3、
キャパシタC1、C2で構成されている。ワード線WL
には、メモリセルトランジスタMの上層ゲートが接続さ
れている。このメモリセルトランジスタMのソースに
は、第1選択トランジスタSG1のドレインが接続さ
れ、この第1選択トランジスタSG1のゲートは第1選
択信号SGSで制御される。この第1選択トランジスタ
SG1のソースはソース線CSに接続されている。
As described above, the level shift circuit 50 has N
MOS transistors ND1, NE1, NE2, NE3,
It is composed of capacitors C1 and C2. Word line WL
Is connected to the upper gate of the memory cell transistor M. The drain of the first selection transistor SG1 is connected to the source of the memory cell transistor M, and the gate of the first selection transistor SG1 is controlled by the first selection signal SGS. The source of the first selection transistor SG1 is connected to the source line CS.

【0009】メモリセルトランジスタMのドレインに
は、第2選択トランジスタSG2のソースが接続され、
この第2選択トランジスタSG2のゲートは、第2選択
信号SGDで制御される。この第2選択トランジスタS
G2のソースはビット線BLに接続される。ここで、デ
ィプレッション型トランジスタND1はノーマリオン状
態である。
The source of the second selection transistor SG2 is connected to the drain of the memory cell transistor M,
The gate of the second selection transistor SG2 is controlled by the second selection signal SGD. This second selection transistor S
The source of G2 is connected to the bit line BL. Here, the depletion type transistor ND1 is in a normally-on state.

【0010】ここでキャパシタC1、C2はブートスト
ラップ動作の効率を高めるために使用される容量であ
る。つまり、C1、C2が無い場合、NMOSトランジ
スタNE2、NE3のチャネルとゲート間の容量カップ
リングにより、ノードN5、N6を昇圧する。しかし、
実際のレイアウトでは、ノードN5、N6には寄生の対
地容量があり、チャネル電位の上昇分が全てゲート電位
の上昇分とはならない。そこで、寄生対地容量の影響を
少なくするためにキャパシタC1、C2を設け、チャネ
ルとゲート間の容量カップリングを上昇させる。この回
路は、クロックで昇圧を行うタイプのレベルシフト回路
に比べ、低電圧、低消費電力動作の点で有利である。
Here, the capacitors C1 and C2 are capacitors used to enhance the efficiency of the bootstrap operation. That is, when C1 and C2 are absent, the nodes N5 and N6 are boosted by capacitive coupling between the channels and gates of the NMOS transistors NE2 and NE3. But,
In the actual layout, the nodes N5 and N6 have parasitic ground capacitances, and the increase in the channel potential is not all the increase in the gate potential. Therefore, capacitors C1 and C2 are provided in order to reduce the influence of the parasitic ground capacitance, and the capacitance coupling between the channel and the gate is increased. This circuit is advantageous in low voltage and low power consumption operation as compared with a level shift circuit of the type that boosts with a clock.

【0011】次に、図8のレベルシフト回路中のNMO
SトランジスタNE2又はNE3とそれにそれぞれ接続
されたキャパシタC1又はC2の回路図、断面図、上面
図をそれぞれ、図9(A)、(B)、(C)に示す。図
9(A)に示される回路図において、エンハンスメント
型トランジスタタのソースはノードAとなり。ドレイン
はノードCとなり、ゲートはノードBに接続されてい
る。このノードBとノードCの間にキャパシタが接続さ
れている。
Next, the NMO in the level shift circuit of FIG.
9A, 9B, and 9C are a circuit diagram, a cross-sectional view, and a top view of the S transistor NE2 or NE3 and the capacitor C1 or C2 connected thereto, respectively. In the circuit diagram shown in FIG. 9A, the source of the enhancement type transistor is the node A. The drain is the node C, and the gate is connected to the node B. A capacitor is connected between the node B and the node C.

【0012】図9(B)に示される断面図では、NMO
Sトランジスタが上層ゲート51及び下層ゲート52と
で、共に多結晶シリコンで形成されている。この上層ゲ
ート51と下層ゲート52の間には、ゲート間絶縁膜5
3が形成されている。下層ゲート52下にはゲート絶縁
膜54が形成されている。ここで、上層ゲート51と下
層ゲート52は短絡されて、下層ゲート52が、実際の
ゲートとして働く。さらに、半導体基板55中の下層ゲ
ート52下のゲート絶縁膜54端部付近にはソース不純
物領域56、ドレイン不純物領域57が形成されてい
る。
In the sectional view shown in FIG. 9B, the NMO
The S-transistor has an upper gate 51 and a lower gate 52, both of which are made of polycrystalline silicon. Between the upper gate 51 and the lower gate 52, an inter-gate insulating film 5 is formed.
3 is formed. A gate insulating film 54 is formed below the lower gate 52. Here, the upper layer gate 51 and the lower layer gate 52 are short-circuited, and the lower layer gate 52 functions as an actual gate. Further, a source impurity region 56 and a drain impurity region 57 are formed in the semiconductor substrate 55 near the end of the gate insulating film 54 below the lower gate 52.

【0013】このNMOSトランジスタに隣接して、共
に多結晶シリコンで形成されている上層ゲート59及び
下層ゲート60とを有するキャパシタの電極が形成され
ている。この上層ゲート59と下層ゲート60との間に
はゲート間絶縁膜61が形成されている。下層ゲート6
0下には高耐圧ゲート酸化膜であるゲート絶縁膜62が
形成されている。さらに、半導体基板55中の下層ゲー
ト60下のゲート絶縁膜61端部付近の半導体基板55
中には隣接するNMOSトランジスタのドレイン不純物
領域57と一体で形成されたN型不純物領域63が形成
されている。さらに、下層ゲート60下の半導体基板5
5中には、埋め込み型N型不純物領域又はディプレッシ
ョン型チャネルインプラ領域64が形成されている。
Adjacent to the NMOS transistor is formed an electrode of a capacitor having an upper layer gate 59 and a lower layer gate 60 which are both made of polycrystalline silicon. An inter-gate insulating film 61 is formed between the upper gate 59 and the lower gate 60. Lower gate 6
A gate insulating film 62, which is a high breakdown voltage gate oxide film, is formed under 0. Further, the semiconductor substrate 55 near the end of the gate insulating film 61 below the lower gate 60 in the semiconductor substrate 55.
An N-type impurity region 63 formed integrally with the drain impurity region 57 of the adjacent NMOS transistor is formed therein. Further, the semiconductor substrate 5 below the lower gate 60
A buried N-type impurity region or a depletion-type channel implantation region 64 is formed in FIG.

【0014】半導体基板55上には、その表面付近にP
ウエルが形成され、その中にN型のソース不純物領域
6、N型不純物領域63を取り囲むように素子分離領域
58が設けられている。また、ソース不純物領域56に
は、第1配線65が接続され、ノードAに接続されてい
る。ドレイン不純物領域57には、第2配線66が接続
され、ノードCに接続されている。また、上層ゲート5
1及び下層ゲート52には、第3配線67が接続され、
ノードBに接続されている。さらに、キャパシタの上層
ゲート51及び下層ゲート52には、第4配線68が接
続され、ノードBに接続されている。さらに、N型不純
物領域63には、第5配線69が接続されている。
On the semiconductor substrate 55, P is formed near the surface thereof.
A well is formed, and an element isolation region 58 is provided in the well so as to surround the N-type source impurity region 6 and the N-type impurity region 63. In addition, the source impurity region 56 is connected to the first wiring 65, which is connected to the node A. The second wiring 66 is connected to the drain impurity region 57 and is connected to the node C. Also, the upper gate 5
The third wiring 67 is connected to the first and lower layer gates 52,
It is connected to node B. Further, a fourth wiring 68 is connected to the upper layer gate 51 and the lower layer gate 52 of the capacitor, and is connected to the node B. Further, a fifth wiring 69 is connected to the N-type impurity region 63.

【0015】図9(C)に示される上面図では、2つの
ゲート電極の左右の半導体基板55上にそれぞれ、ソー
ス不純物領域56、ドレイン不純物領域57、N型不純
物領域63が形成されている。ここで、下層ゲート5
2、60の幅WLは上層ゲート51、59の幅WUより
も大きく形成されている。この大きく形成された領域上
及び上層ゲート51,59の端部上に第3配線67、第
4配線68が接続されている。なお、上層ゲート51、
59と下層ゲート52、60のゲート長Lは互いに等し
くなっている。従来の半導体装置では、下層ゲート60
とN型不純物領域63との間のゲート絶縁膜62を容量
として使用する。
In the top view shown in FIG. 9C, a source impurity region 56, a drain impurity region 57, and an N-type impurity region 63 are formed on the left and right semiconductor substrates 55 of the two gate electrodes, respectively. Here, the lower gate 5
The width WL of 2, 60 is formed larger than the width WU of the upper gates 51, 59. The third wiring 67 and the fourth wiring 68 are connected to the large-sized region and the ends of the upper gates 51 and 59. The upper gate 51,
The gate lengths L of 59 and the lower gates 52 and 60 are equal to each other. In the conventional semiconductor device, the lower layer gate 60
The gate insulating film 62 between the N-type impurity region 63 and the N-type impurity region 63 is used as a capacitor.

【0016】NMOSトランジスタの下層ゲート電極5
2はその1方向において、素子分離領域58まで延長さ
れて形成され、延長部分に電位が与えられるゲートコン
タクト70が形成される。
Lower layer gate electrode 5 of NMOS transistor
2 is formed to extend to the element isolation region 58 in one direction thereof, and a gate contact 70 to which a potential is applied is formed in the extended portion.

【0017】NMOSトランジスタの上層ゲート電極5
1はその1方向において、素子分離領域58まで延長さ
れて形成され、延長部分に電位が与えられるゲートコン
タクト71が形成される。この上層ゲート電極51のゲ
ートコンタクト71は下層ゲート電極のゲートコンタク
ト70とは、異なる領域に形成される。
Upper layer gate electrode 5 of NMOS transistor
1 is formed extending in one direction to the element isolation region 58, and a gate contact 71 to which a potential is applied is formed in the extended portion. The gate contact 71 of the upper gate electrode 51 is formed in a region different from the gate contact 70 of the lower gate electrode.

【0018】また、ソース不純物領域56には、ソース
コンタクト72が設けられ、第1配線65に接続されて
いる。さらに、ドレイン不純物領域57には、ドレイン
コンタクト73が設けられ、第2配線11が接続されて
いる。
A source contact 72 is provided in the source impurity region 56 and is connected to the first wiring 65. Further, a drain contact 73 is provided in the drain impurity region 57 and is connected to the second wiring 11.

【0019】キャパシタの下層ゲート電極60はその1
方向において、素子分離領域58まで延長されて形成さ
れ、延長部分に電位が与えられるゲートコンタクト74
が形成される。
The lower gate electrode 60 of the capacitor is the first
In the direction, the gate contact 74 is formed so as to extend to the element isolation region 58 and a potential is applied to the extended portion.
Is formed.

【0020】キャパシタの上層ゲート電極59はその1
方向において、素子分離領域58まで延長されて形成さ
れ、延長部分に電位が与えられるゲートコンタクト75
が形成される。この上層ゲート電極59のゲートコンタ
クト75は下層ゲート電極60のゲートコンタクト74
とは、異なる領域に形成される。また、N型不純物領域
63には、コンタクト76が設けられ、第5配線69に
接続されている。
The upper gate electrode 59 of the capacitor is the first
In the direction, the gate contact 75 is formed so as to extend to the element isolation region 58 and a potential is applied to the extended portion.
Is formed. The gate contact 75 of the upper layer gate electrode 59 is the gate contact 74 of the lower layer gate electrode 60.
And are formed in different regions. A contact 76 is provided in the N-type impurity region 63 and is connected to the fifth wiring 69.

【0021】ここで、上記のような従来技術が、特開2
000−285690号公報の図10乃至図12に、不
揮発性メモリにおけるレベルシフト回路にキャパシタを
設けて、大容量化、低電圧化に適したロウデコーダの技
術として記載されている。
Here, the prior art as described above is disclosed in
FIGS. 10 to 12 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 000-285690 describe a row decoder technique suitable for increasing the capacity and lowering the voltage by providing a capacitor in a level shift circuit in a nonvolatile memory.

【0022】なお、特開昭61−251064号公報の
第2図などには、DRAMのクロックジェネレータとし
て使用されるブートストラップ回路の昇圧用キャパシタ
を負荷用のトランジスタのゲート電極上に形成して、集
積回路の高集積化を図る技術が記載されている。
In FIG. 2 of JP-A-61-251064, a boosting capacitor of a bootstrap circuit used as a clock generator of a DRAM is formed on the gate electrode of a load transistor, A technique for achieving high integration of an integrated circuit is described.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の半
導体装置では、以下の課題が生じる。
The conventional semiconductor device as described above has the following problems.

【0024】上記従来の技術では、ロウデコーダに設け
るキャパシタはそのパターンを容量を確保するためにで
きる限り大きくすることが必要であり、半導体装置の面
積を増加させてしまい、高集積化の妨げとなる。すなわ
ち、図9(c)に示すように、このゲート電極とソース
・ドレイン領域間のゲート容量部は高耐圧トランジスタ
と同程度の面積を有し、この容量部のレイアウト面積が
周辺回路面積の増大を招く。
In the above conventional technique, it is necessary to make the pattern of the capacitor provided in the row decoder as large as possible in order to secure the capacitance, which increases the area of the semiconductor device and hinders high integration. Become. That is, as shown in FIG. 9C, the gate capacitance portion between the gate electrode and the source / drain region has an area similar to that of the high breakdown voltage transistor, and the layout area of this capacitance portion increases the peripheral circuit area. Invite.

【0025】本発明の目的は以上のような従来技術の課
題を解決することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems of the prior art.

【0026】特に、本発明の目的は、2層ゲート構造で
のレベルシフト回路領域での高集積化を図った半導体装
置を提供することである。
In particular, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a high level of integration in a level shift circuit area having a two-layer gate structure.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、メモリセル領域とレベルシフト回
路領域とを有する半導体基板と、この半導体基板上の前
記メモリセル領域に形成された第1ゲート絶縁膜と、こ
の第1ゲート絶縁膜上に形成された第1下部ゲート電極
と、この第1下部ゲート電極上に形成された第1ゲート
間絶縁膜と、この第1ゲート間絶縁膜上に形成された第
2上部ゲート電極と、前記半導体基板上のレベルシフト
回路領域に形成された第2ゲート絶縁膜と、この第2ゲ
ート絶縁膜上に形成され、第1の電位が与えられる第2
下部ゲート電極と、この第2下部ゲート電極上に形成さ
れ、キャパシタ絶縁膜として電荷を蓄積する第2ゲート
間絶縁膜と、この第2ゲート間絶縁膜上に形成され、前
記第1の電位と異なる第2の電位が与えられる第2上部
ゲート電極とを具備する半導体装置である。
To achieve the above object, a feature of the present invention is that a semiconductor substrate having a memory cell region and a level shift circuit region is formed, and the memory cell region is formed on the semiconductor substrate. A first gate insulating film, a first lower gate electrode formed on the first gate insulating film, a first inter-gate insulating film formed on the first lower gate electrode, and a first inter-gate insulating film. A second upper gate electrode formed on the insulating film, a second gate insulating film formed on the level shift circuit region on the semiconductor substrate, and a first potential formed on the second gate insulating film. Second given
A lower gate electrode, a second inter-gate insulating film formed on the second lower gate electrode and accumulating charges as a capacitor insulating film, and a first potential formed on the second inter-gate insulating film. And a second upper gate electrode to which a different second potential is applied.

【0028】本発明の別の特徴は、第1のゲート及び第
1の電流経路を有する第1のMOSトランジスタと、下
層の第2のゲート、この第2のゲート上の第1ゲート間
絶縁膜、及びこの第1ゲート間絶縁膜上の第3のゲート
並びに第2の電流経路を有し、前記第1のMOSトラン
ジスタの第1の電流経路の一端の電位が前記第2のゲー
トに供給される第2のMOSトランジスタと、下層の第
4のゲート、この第4のゲート上の第2ゲート間絶縁
膜、この第2ゲート間絶縁膜上の第5のゲート並びに第
3の電流経路を有し、前記第2のMOSトランジスタの
第2の電流経路の一端の電位が前記第4のゲートに供給
される第3のMOSトランジスタと、前記第1のMOS
トランジスタの第1の電流経路の一端と前記第2のMO
Sトランジスタの第2の電流経路の他端又は一端との間
に接続され、前記第2のMOSトランジスタの第2のゲ
ート及び第3のゲートがキャパシタ電極であり、前記第
1ゲート間絶縁膜がキャパシタ絶縁膜である第1のキャ
パシタと、前記第2のMOSトランジスタの第2の電流
経路の一端と前記第3のMOSとランジスタの第3の電
流経路の一端又は他端との間に接続され、前記第3のM
OSとランジスタの第4のゲート及び第5のゲートがキ
ャパシタ電極であり、前記第2ゲート間絶縁膜がキャパ
シタ絶縁膜である第2のキャパシタと、前記第3のMO
Sトランジスタの第3の電流経路の一端にその上層ゲー
トが接続され、下層ゲートが浮遊ゲートであり、上層ゲ
ートと下層ゲートとの間に第3ゲート間絶縁膜を有する
不揮発性メモリセルトランジスタとを具備する半導体装
置である。
Another feature of the present invention is that a first MOS transistor having a first gate and a first current path, a lower second gate, and a first inter-gate insulating film on the second gate. , And a third gate on the first inter-gate insulating film and a second current path, and the potential at one end of the first current path of the first MOS transistor is supplied to the second gate. A second MOS transistor, a lower fourth gate, a second inter-gate insulating film on the fourth gate, a fifth gate on the second inter-gate insulating film, and a third current path. And a third MOS transistor in which the potential at one end of the second current path of the second MOS transistor is supplied to the fourth gate, and the first MOS transistor.
One end of the first current path of the transistor and the second MO
The second gate and the third gate of the second MOS transistor connected to the other end or one end of the second current path of the S transistor are capacitor electrodes, and the first inter-gate insulating film is A first capacitor, which is a capacitor insulating film, is connected between one end of the second current path of the second MOS transistor and one end or the other end of the third current path of the third MOS and the transistor. , The third M
A second capacitor in which the fourth gate and the fifth gate of the OS and the transistor are capacitor electrodes, and the second inter-gate insulating film is a capacitor insulating film; and the third MO.
A non-volatile memory cell transistor having an upper gate connected to one end of a third current path of the S transistor, the lower gate being a floating gate, and having a third inter-gate insulating film between the upper gate and the lower gate. It is a semiconductor device provided.

【0029】本発明の別の特徴は、半導体基板と、この
半導体基板中に形成された第1ソース及び第1ドレイン
と、この半導体基板上に形成され、第1端子に接続され
た第1ゲートと、この第1ゲート上にゲート間絶縁膜を
介して形成され、第1端子と異なる第2端子に接続され
た第2ゲートとを有し、この第2ゲートは前記第1ソー
ス又は第1ドレインに接続され、第1ゲートを第1の電
位に充電し、導通状態にした後、第1ゲートをフローテ
ィング状態とする第1のトランジスタと、前記半導体基
板中に形成された第2ソース及び第2ドレインと、この
半導体基板上に形成され、第3端子及び前記第1トラン
ジスタのドレインに接続された第3ゲートと、この第3
ゲート上にゲート間絶縁膜を介して形成され、第3端子
と異なる第4端子に接続された第4ゲートとを有し、こ
の第4ゲートは前記第2ソース又は第2ドレインに接続
され、第1のトランジスタの前記第1ソースから前記第
1の電位よりも高い電位が与えられた場合に、前記第1
のトランジスタを介して、第3ゲートを充電し、第2ソ
ースに昇圧電位が与えられて、第2ドレインを昇圧電位
とする第2のトランジスタと、前記半導体基板中に形成
された第3ソース及び第3ドレインと、この半導体基板
上に形成され、電位が浮遊状態の第5ゲートと、この第
5ゲート上にゲート間絶縁膜を介して形成され、前記第
2のトランジスタの第2ドレインに接続された第6ゲー
トとを有し、電荷を蓄積するメモリセルトランジスタと
を具備する半導体装置である。
Another feature of the present invention is a semiconductor substrate, a first source and a first drain formed in the semiconductor substrate, and a first gate formed on the semiconductor substrate and connected to a first terminal. And a second gate formed on the first gate via an inter-gate insulating film and connected to a second terminal different from the first terminal, the second gate being the first source or the first source. A first transistor connected to the drain to charge the first gate to a first potential to make the first conductive state, and then brings the first gate into a floating state; and a second source and a second transistor formed in the semiconductor substrate. A second drain, a third gate formed on the semiconductor substrate and connected to a third terminal and the drain of the first transistor, and the third gate.
A fourth gate formed on the gate via an inter-gate insulating film and connected to a fourth terminal different from the third terminal, the fourth gate being connected to the second source or the second drain, When a potential higher than the first potential is applied from the first source of the first transistor, the first
Via the transistor, the third gate is charged, the second source is supplied with a boosted potential, and the second drain is set to the boosted potential; and the third source formed in the semiconductor substrate. A third drain, a fifth gate formed on the semiconductor substrate and having a floating potential, and a fifth gate formed on the fifth gate via an inter-gate insulating film and connected to the second drain of the second transistor. And a memory cell transistor that stores electric charges.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本実施の形
態は、10Vから25V程度の高電圧が印加されて動作
を行う不揮発性メモリを備えた半導体装置のレベルシフ
ト回路に適用したものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) This embodiment is applied to a level shift circuit of a semiconductor device having a non-volatile memory which operates by applying a high voltage of about 10V to 25V. It is a thing.

【0031】図2(A)、(B)、(C)に、本実施の
形態における高耐圧エンハンスメント型Nチャネルトラ
ンジスタ及び容量部の、回路図、断面図、上面図をそれ
ぞれ示す。ここで、不揮発性メモリの周辺回路に使用さ
れる高耐圧トランジスタのゲート構造は、製造プロセス
の簡略化のために、不揮発性メモリのゲート構造と同様
な、2層多結晶シリコン構造が使用される。
FIGS. 2A, 2B, and 2C are a circuit diagram, a cross-sectional view, and a top view, respectively, of the high breakdown voltage enhancement type N-channel transistor and the capacitor portion according to the present embodiment. Here, as the gate structure of the high breakdown voltage transistor used in the peripheral circuit of the nonvolatile memory, a two-layer polycrystalline silicon structure similar to the gate structure of the nonvolatile memory is used for simplification of the manufacturing process. .

【0032】図2(A)に示される回路図では、エンハ
ンスメント型トランジスタタのソースはノードAとな
り。ドレインはノードCとなり、上層ゲートもノードC
に接続されている。さらに、下層ゲートはノードBに接
続されている。
In the circuit diagram shown in FIG. 2A, the source of the enhancement type transistor is the node A. The drain becomes the node C, and the upper gate also becomes the node C.
It is connected to the. Further, the lower gate is connected to the node B.

【0033】図2(B)に示される断面図では、上層ゲ
ート1及び下層ゲート2は共に多結晶シリコンで形成さ
れている。この上層ゲート1と下層ゲート2の間には、
ゲート間絶縁膜3が形成されていて、キャパシタ絶縁膜
として機能する。下層ゲート2下にはゲート絶縁膜4が
形成されている。さらに、半導体基板5中の下層ゲート
2下のゲート絶縁膜4端部付近にはソース不純物領域
6、ドレイン不純物領域7が形成されている。半導体基
板5上には、その表面付近にPウエルが形成され、その
中にN型のソース不純物領域6、ドレイン不純物領域7
を取り囲むように素子分離領域8が設けられている。ま
た、ソース不純物領域6には、第1配線10が接続さ
れ、ノードAに接続されている。ドレイン不純物領域7
には、第2配線11が接続され、ノードCに接続されて
いる。また、上層ゲート1には、第3配線12が接続さ
れ、ノードCに接続されている。さらに、下層ゲート2
には、第4配線13が接続され、ノードBに接続されて
いる。
In the sectional view shown in FIG. 2B, both the upper layer gate 1 and the lower layer gate 2 are made of polycrystalline silicon. Between the upper layer gate 1 and the lower layer gate 2,
The inter-gate insulating film 3 is formed and functions as a capacitor insulating film. A gate insulating film 4 is formed below the lower gate 2. Further, a source impurity region 6 and a drain impurity region 7 are formed near the end of the gate insulating film 4 below the lower gate 2 in the semiconductor substrate 5. A P well is formed near the surface of the semiconductor substrate 5, and an N type source impurity region 6 and a drain impurity region 7 are formed therein.
An element isolation region 8 is provided so as to surround the. Further, the first impurity wiring 6 is connected to the source impurity region 6 and is connected to the node A. Drain impurity region 7
Is connected to the second wiring 11 and is connected to the node C. The third wiring 12 is connected to the upper gate 1 and is connected to the node C. Furthermore, the lower gate 2
Is connected to the fourth wiring 13 and is connected to the node B.

【0034】図2(C)に示される上面図では、ゲート
電極の左右の半導体基板5上にそれぞれ、ソース不純物
領域6、ドレイン不純物領域7が形成されている。ここ
で、下層ゲート2の幅WLは上層ゲート1の幅WUより
も大きく形成されている。この大きく形成された領域上
に第4配線13が接続されている。また、上層ゲート1
の端部上には第3配線12が接続されている。なお、上
層ゲート1と下層ゲート2のゲート長Lは互いに等しく
なっている。
In the top view shown in FIG. 2C, a source impurity region 6 and a drain impurity region 7 are formed on the semiconductor substrate 5 on the left and right of the gate electrode, respectively. Here, the width WL of the lower layer gate 2 is formed larger than the width WU of the upper layer gate 1. The fourth wiring 13 is connected to the large-sized region. Also, the upper gate 1
The third wiring 12 is connected to the end of the. The gate lengths L of the upper layer gate 1 and the lower layer gate 2 are equal to each other.

【0035】本実施の形態の半導体装置では、この2層
構造のゲートを短絡せずに、それぞれ独立したノードと
して使用する。つまり、図2に示すように、1層目のゲ
ートはトランジスタのゲート電極として用い、1層目の
ゲートと2層目のゲート間の絶縁膜を容量として使用す
る。
In the semiconductor device of the present embodiment, the gate of this two-layer structure is used as an independent node without being short-circuited. That is, as shown in FIG. 2, the gate of the first layer is used as the gate electrode of the transistor, and the insulating film between the gate of the first layer and the gate of the second layer is used as the capacitor.

【0036】1層目ゲート電極2はその1方向におい
て、素子分離領域8まで延長されて形成され、延長部分
に電位が与えられるゲートコンタクト14が形成され
る。2層目ゲート電極1はその1方向において、素子分
離領域8まで延長されて形成され、延長部分に電位が与
えられるゲートコンタクト15が形成される。この2層
目ゲート電極1のゲートコンタクト15は1層目ゲート
のゲートコンタクト14とは、異なる領域に形成され
る。
The first-layer gate electrode 2 is formed so as to extend to the element isolation region 8 in one direction thereof, and a gate contact 14 to which a potential is applied is formed at the extended portion. The second-layer gate electrode 1 is formed so as to extend to the element isolation region 8 in one direction thereof, and a gate contact 15 to which a potential is applied is formed in the extended portion. The gate contact 15 of the second layer gate electrode 1 is formed in a region different from the gate contact 14 of the first layer gate.

【0037】また、ソース不純物領域6には、ソースコ
ンタクト16が設けられ、第1配線10に接続されてい
る。さらに、ドレイン不純物領域7には、ドレインコン
タクト17が設けられ、第2配線11が接続されてい
る。
A source contact 16 is provided in the source impurity region 6 and is connected to the first wiring 10. Further, a drain contact 17 is provided in the drain impurity region 7 and is connected to the second wiring 11.

【0038】図1は本発明のレベルシフト回路とメモリ
セル領域の一部の回路図である。アドレス信号Addr
essがアンド回路AD1の複数入力端に入力される。
このアンド回路AD1の出力がノードN7となる。この
ノードN7はデプレッション型のNMOSトランジスタ
ND1のソースに接続される。このNMOSトランジス
タND1のゲートはノードN1である。なお、このNM
OSトランジスタND1のゲートは2層構造であり、ど
ちらのゲートもノードN1に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a part of the level shift circuit and the memory cell area of the present invention. Address signal Addr
ess is input to the plurality of input terminals of the AND circuit AD1.
The output of the AND circuit AD1 becomes the node N7. The node N7 is connected to the source of the depletion type NMOS transistor ND1. The gate of the NMOS transistor ND1 is the node N1. In addition, this NM
The gate of the OS transistor ND1 has a two-layer structure, and both gates are connected to the node N1.

【0039】このNMOSトランジスタND1のドレイ
ンは、エンハンスメント型のNMOSトランジスタNE
2の下層ゲートに接続されている。このNMOSトラン
ジスタNE2のソースはノードN3となっている。ま
た、このNMOSトランジスタの上層ゲートは、下層ゲ
ートから絶縁されて、ノードN3に接続されている。
The drain of the NMOS transistor ND1 is an enhancement type NMOS transistor NE.
2 is connected to the lower gate. The source of the NMOS transistor NE2 is the node N3. The upper gate of the NMOS transistor is insulated from the lower gate and connected to the node N3.

【0040】また、ノードN7には、エンハンスメント
型のNMOSトランジスタNE1のソースが接続されて
いる。このNMOSトランジスタNE1のゲートはノー
ドN2である。なお、このNMOSトランジスタNE1
のゲートは2層構造であり、どちらのゲートもノードN
2に接続されている。
The source of the enhancement type NMOS transistor NE1 is connected to the node N7. The gate of the NMOS transistor NE1 is the node N2. In addition, this NMOS transistor NE1
Has a two-layer structure, and both gates are node N
Connected to 2.

【0041】このNMOSトランジスタNE1のドレイ
ンはノードN6であり、NMOSトランジスタNE2の
ドレインに接続されている。さらにこのノードN6は、
エンハンスメント型のNMOSトランジスタNE3の下
層ゲートに接続されている。このNMOSトランジスタ
NE3のソースはノードN4であり、ドレインはワード
線WLに接続されている。また、このNMOSトランジ
スタNE3の上層ゲートは下層ゲートから絶縁されて、
ワード線WLに接続されている。このように、レベルシ
フト回路19は、NMOSトランジスタND1、NE
1、NE2、NE3で構成されている。
The drain of the NMOS transistor NE1 is a node N6 and is connected to the drain of the NMOS transistor NE2. Furthermore, this node N6
It is connected to the lower gate of the enhancement type NMOS transistor NE3. The source of the NMOS transistor NE3 is the node N4, and the drain thereof is connected to the word line WL. Further, the upper gate of the NMOS transistor NE3 is insulated from the lower gate,
It is connected to the word line WL. As described above, the level shift circuit 19 includes the NMOS transistors ND1 and NE.
1, NE2, NE3.

【0042】ワード線WLには、メモリセルトランジス
タMの上層ゲートが接続されている。このメモリセルト
ランジスタMのソースには、第1選択トランジスタSG
1のドレインが接続され、この第1選択トランジスタS
G1のゲートは第1選択信号SGSで制御される。この
第1選択トランジスタSG1のソースはソース線CSに
接続されている。
The upper gate of the memory cell transistor M is connected to the word line WL. The source of the memory cell transistor M includes a first selection transistor SG
1 is connected to the drain of the first selection transistor S
The gate of G1 is controlled by the first selection signal SGS. The source of the first selection transistor SG1 is connected to the source line CS.

【0043】メモリセルトランジスタMのドレインに
は、第2選択トランジスタSG2のソースが接続され、
この第2選択トランジスタSG2のゲートは、第2選択
信号SGDで制御される。この第2選択トランジスタS
G2のソースはビット線BLに接続される。
The source of the second selection transistor SG2 is connected to the drain of the memory cell transistor M,
The gate of the second selection transistor SG2 is controlled by the second selection signal SGD. This second selection transistor S
The source of G2 is connected to the bit line BL.

【0044】ここで、NMOSトランジスタNE3の断
面図が図2(B)に示される。NMOSトランジスタN
E3は、図2(B)に示されるように周囲が素子分離領
域9で囲まれている。
Here, a sectional view of the NMOS transistor NE3 is shown in FIG. NMOS transistor N
The periphery of E3 is surrounded by the element isolation region 9 as shown in FIG.

【0045】次に、NMOSトランジスタNE1及びN
MOSトランジスタNE2の断面図を図3に示す。図3
に示される断面図では、半導体基板5上に素子分離領域
9で囲まれて、NMOSトランジスタNE1が左側に形
成され、NMOSトランジスタNE2が右側に形成され
ている。NMOSトランジスタNE1において、上層ゲ
ート20及び下層ゲート21は共に多結晶シリコンで形
成されている。この上層ゲート20と下層ゲート21の
間には、ゲート間絶縁膜22が形成されていて、キャパ
シタ絶縁膜として機能する。下層ゲート21下にはゲー
ト絶縁膜23が形成されている。半導体基板5中の下層
ゲート21下のゲート絶縁膜23端部付近にはソース不
純物領域24、ドレイン不純物領域25が形成されてい
る。
Next, NMOS transistors NE1 and N
A cross-sectional view of the MOS transistor NE2 is shown in FIG. Figure 3
In the cross-sectional view shown in, the NMOS transistor NE1 is formed on the left side and the NMOS transistor NE2 is formed on the right side, surrounded by the element isolation region 9 on the semiconductor substrate 5. In the NMOS transistor NE1, both the upper layer gate 20 and the lower layer gate 21 are made of polycrystalline silicon. An inter-gate insulating film 22 is formed between the upper layer gate 20 and the lower layer gate 21 and functions as a capacitor insulating film. A gate insulating film 23 is formed below the lower gate 21. A source impurity region 24 and a drain impurity region 25 are formed near the end of the gate insulating film 23 below the lower gate 21 in the semiconductor substrate 5.

【0046】NMOSトランジスタNE2において、上
層ゲート26及び下層ゲート27は共に多結晶シリコン
で形成されている。この上層ゲート26と下層ゲート2
7の間には、ゲート間絶縁膜28が形成されていて、キ
ャパシタ絶縁膜として機能する。下層ゲート27下には
ゲート絶縁膜29が形成されている。半導体基板5中の
下層ゲート27下のゲート絶縁膜29端部付近にはソー
ス不純物領域30、ドレイン不純物領域25が形成され
ている。ここで、ドレイン不純物領域25は、NMOS
トランジスタNE1のドレイン不純物領域と共有してい
る。
In the NMOS transistor NE2, both the upper layer gate 26 and the lower layer gate 27 are made of polycrystalline silicon. The upper gate 26 and the lower gate 2
An inter-gate insulating film 28 is formed between 7 and functions as a capacitor insulating film. A gate insulating film 29 is formed below the lower gate 27. A source impurity region 30 and a drain impurity region 25 are formed near the edge of the gate insulating film 29 below the lower gate 27 in the semiconductor substrate 5. Here, the drain impurity region 25 is an NMOS
It is shared with the drain impurity region of the transistor NE1.

【0047】半導体基板5上には、その表面付近にPウ
エルが形成されていて、その中にN型のソース不純物領
域24、30、ドレイン不純物領域25が形成されてい
る。また、ソース不純物領域24には、第5配線31が
接続され、ノードN7に接続されている。ドレイン不純
物領域25には、第6配線32が接続され、ノードN6
に接続されている。また、上層ゲート20には、第7配
線33が接続され、ノードN2に接続されている。この
第7配線33は、下層ゲート21にも接続されている。
ソース不純物領域30には、第8配線34が接続されて
ノードN3に接続されている。上層配線26には、第9
配線35が接続され、ノードN3に接続されている。下
層配線27には、第10配線36が接続され、ノードN
5に接続されている。
A P well is formed near the surface of the semiconductor substrate 5, and N type source impurity regions 24 and 30 and a drain impurity region 25 are formed therein. A fifth wiring 31 is connected to the source impurity region 24 and is connected to the node N7. The sixth wiring 32 is connected to the drain impurity region 25, and the node N6
It is connected to the. Further, the seventh wiring 33 is connected to the upper layer gate 20, and is connected to the node N2. The seventh wiring 33 is also connected to the lower gate 21.
The eighth wiring 34 is connected to the source impurity region 30 and is connected to the node N3. The upper wiring 26 has a ninth
The wiring 35 is connected to the node N3. The tenth wiring 36 is connected to the lower layer wiring 27, and the node N
Connected to 5.

【0048】ここで、図2や図3に示されたゲート間絶
縁膜3、22、28は、例えばシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、及びシリコン酸化膜の積層膜であるONO
(Oxide-Nitride-Oxide)膜から構成されている。
Here, the inter-gate insulating films 3, 22, 28 shown in FIGS. 2 and 3 are, for example, ONO which is a laminated film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film.
(Oxide-Nitride-Oxide) film.

【0049】なお、NMOSトランジスタトランジスタ
NE3の2層目のゲートはドレイン側であるWLに接続
されているが、ソース側であるノードN4に接続させ
て、効率を上げてもよい。すなわち、ノードN4の駆動
を大きくしなければならない場合に、2層目ゲートはド
レイン側のWLに接続し、NMOSトランジスタNE3
の駆動能力が大きい場合には、2層目ゲートをノードN
4側に接続させることができる。また、トランジスタN
E2の2層目ゲートは、ソース側に接続されているが、
ドレイン側のノードN6に接続して負荷を優先させても
よい。
Although the gate of the second layer of the NMOS transistor transistor NE3 is connected to the drain side WL, it may be connected to the source side node N4 to improve the efficiency. That is, when the drive of the node N4 must be increased, the second layer gate is connected to the drain side WL and the NMOS transistor NE3 is connected.
If the drive capability of the
It can be connected to the 4 side. Also, the transistor N
The second layer gate of E2 is connected to the source side,
The load may be prioritized by connecting to the drain-side node N6.

【0050】選択トランジスタSG1,SG2は、図2
(B)に示された構造のトランジスタとなっている。ま
たは、選択トランジスタは、下層の導電層にのみ電位が
与えられていてもよい。この場合、素子分離領域上に下
層の導電層が引き出されて上層導電層とは独立に電位が
与えられている。この場合、選択トランジスタにおいて
は、このゲート間絶縁膜の存在により、下層の導電層に
のみ電位が与えられ、上層の導電層は絶縁されたままと
なっている。
The selection transistors SG1 and SG2 are shown in FIG.
The transistor has the structure shown in FIG. Alternatively, in the selection transistor, the potential may be applied only to the lower conductive layer. In this case, the lower conductive layer is drawn out on the element isolation region and a potential is applied independently of the upper conductive layer. In this case, in the select transistor, due to the presence of the inter-gate insulating film, the potential is applied only to the lower conductive layer, and the upper conductive layer remains insulated.

【0051】メモリセルトランジスタMは、半導体基板
上にゲート絶縁膜を介して、電荷蓄積層である浮遊ゲー
トとなる下層の導電層が形成されている。この下層の導
電層上には、ゲート間絶縁膜を介して、制御ゲートとな
る上層の導電層が形成されている。このようにメモリセ
ルトランジスタの下層の導電層は電位がフローティング
状態となっている。メモリセルトランジスタは、電荷蓄
積層である浮遊ゲートを持つ構造の1つ以上のトランジ
スタからなる不揮発性メモリセルアレイを構成してい
る。
In the memory cell transistor M, a lower conductive layer to be a floating gate which is a charge storage layer is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film. An upper conductive layer to be a control gate is formed on the lower conductive layer via an inter-gate insulating film. Thus, the potential of the conductive layer below the memory cell transistor is in a floating state. The memory cell transistor constitutes a nonvolatile memory cell array including one or more transistors having a structure having a floating gate which is a charge storage layer.

【0052】図3に示されるように、図1におけるトラ
ンジスタNE1とNE2との断面図において、トランジ
スタNE1の下部ゲート電極とトランジスタNE2の下
部ゲート電極とは、その材料及び膜厚が同一であり、ト
ランジスタNE1のゲート間絶縁膜とトランジスタNE
2のゲート間絶縁膜とは、その材料及び膜厚が同一であ
り、トランジスタNE1の第1上部ゲート電極とトラン
ジスタNE2の第2上部ゲート電極とは、その材料及び
膜厚が同一である。
As shown in FIG. 3, in the sectional view of the transistors NE1 and NE2 in FIG. 1, the lower gate electrode of the transistor NE1 and the lower gate electrode of the transistor NE2 have the same material and the same film thickness. Inter-gate insulating film of transistor NE1 and transistor NE
The material and thickness of the second inter-gate insulating film are the same, and the material and thickness of the first upper gate electrode of the transistor NE1 and the second upper gate electrode of the transistor NE2 are the same.

【0053】ここで、ONO膜で形成されるゲート間絶
縁膜はその厚さが例えば約0.02μm〜0.03μm
程度の薄膜であり、通常用いられる1層目ゲート下のゲ
ート絶縁膜厚が例えば約0.05μm程度であることと
比べて、薄い絶縁膜をキャパシタ絶縁膜として使用でき
る。このため、大きいキャパシタ容量を確保することが
できる。
The inter-gate insulating film formed of the ONO film has a thickness of, for example, about 0.02 μm to 0.03 μm.
The thin film can be used as a capacitor insulating film, as compared with the normally used gate insulating film below the first layer gate having a thickness of, for example, about 0.05 μm. Therefore, a large capacitor capacity can be secured.

【0054】ここで、図2(C)において、キャパシタ
容量は、キャパシタが形成されるトランジスタの2層の
ゲート長又はゲート幅をそれぞれ調整することで変更す
ることができる。こうすることにより、従来例では高耐
圧トランジスタの横に並べて配置していた容量部分を高
耐圧トランジスタの上に形成することができ、レイアウ
ト面積を著しく縮小することが可能である。
Here, in FIG. 2C, the capacitance of the capacitor can be changed by adjusting the gate length or the gate width of the two layers of the transistor in which the capacitor is formed. By doing so, in the conventional example, it is possible to form the capacitor portion, which is arranged side by side with the high breakdown voltage transistor, on the high breakdown voltage transistor, and it is possible to significantly reduce the layout area.

【0055】また、半導体装置の面積を従来と同じまま
で本実施の形態を適用した場合、メモリセル容量を増加
させることができる。すなわち、本実施の形態によれ
ば、不揮発性半導体記憶装置の高電圧が印加されるゲー
ト間絶縁膜を利用してレベルシフト回路のキャパシタを
形成できるため、キャパシタ絶縁膜として適切な厚さの
絶縁膜として、必要なキャパシタ容量で、小面積でキャ
パシタを実現している。
Further, when the present embodiment is applied while the area of the semiconductor device remains the same as the conventional one, the memory cell capacity can be increased. That is, according to the present embodiment, the capacitor of the level shift circuit can be formed by using the inter-gate insulating film to which the high voltage of the nonvolatile semiconductor memory device is applied, and thus the insulating film having an appropriate thickness as the capacitor insulating film can be formed. As a film, it has a required capacitor capacity and realizes a capacitor in a small area.

【0056】本実施の形態の半導体装置のレイアウトを
図4に示す。この図4に示されるように、半導体チップ
49上に、メモリセルトランジスタが多数個マトリック
ス状に配置されたセル領域41が設けられ、その一方向
の両側辺にレベルシフト回路19が複数配置されたレベ
ルシフタ領域42が設けられ、その一方の側辺には、ロ
ウデコーダ領域43が設けられている。セル領域41中
には、複数本のワード線WLやワード線に接続されたメ
モリセルが設けられている。
The layout of the semiconductor device of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 4, a cell region 41 in which a large number of memory cell transistors are arranged in a matrix is provided on a semiconductor chip 49, and a plurality of level shift circuits 19 are arranged on both sides in one direction. A level shifter region 42 is provided, and a row decoder region 43 is provided on one side of the level shifter region 42. In the cell region 41, a plurality of word lines WL and memory cells connected to the word lines are provided.

【0057】次に、図5に本実施の形態の図1に示され
たレベルシフト回路19のレベルシフト動作のタイミン
グチャートを示す。このレベルシフト回路19は、アド
レス信号をアンド回路AD1でデコードしたVdd振幅
の信号を、高耐圧エンハンスメント型Nチャネルトラン
ジスタ、NE2及びNE3で2段階のブートストラップ
動作を行い、選択的に高電圧を出力する。
Next, FIG. 5 shows a timing chart of the level shift operation of the level shift circuit 19 shown in FIG. 1 of the present embodiment. The level shift circuit 19 performs a two-stage bootstrap operation on the Vdd amplitude signal obtained by decoding the address signal by the AND circuit AD1 using the high breakdown voltage enhancement type N-channel transistors NE2 and NE3, and selectively outputs the high voltage. To do.

【0058】ここで、図5は、図4に示されたロウデコ
ーダによって、ブロックが選択され、ワード線WLを書
き込み電圧Vpgrmにすることによって、メモリセル
に書き込みを行う場合に対応する。
Here, FIG. 5 corresponds to the case where a block is selected by the row decoder shown in FIG. 4 and the word line WL is set to the write voltage Vpgrm to write to the memory cell.

【0059】選択されたブロックのノードN7には、ア
ドレスデコード信号として電源電圧Vddが供給され
る。さらに、初期状態(時刻T1前)には、ノードN
1、N3に電源電位Vddが供給され、NMOSトラン
ジスタND1のゲートにも電源電圧Vddが供給され
る。これにより、NMOSトランジスタND1はデプレ
ッション型トランジスタであるためオンし、ノードN5
には電源電圧Vdd(ノードN7の電位)が供給され
る。
Power supply voltage Vdd is supplied as an address decode signal to node N7 of the selected block. Further, in the initial state (before time T1), the node N
The power supply potential Vdd is supplied to 1 and N3, and the power supply voltage Vdd is also supplied to the gate of the NMOS transistor ND1. As a result, the NMOS transistor ND1 is turned on because it is a depletion type transistor, and the node N5
Is supplied with the power supply voltage Vdd (potential of the node N7).

【0060】また、ノードN2には、昇圧電位VsgHHH
が供給される。これにより、NMOSトランジスタNE
1はオンし、ノードN6には電源電圧Vdd(ノードN
7の電位)が供給される。また、ノードN4には、接地
電位が供給される。ノードN6が電源電圧Vddになる
ため、NMOSトランジスタNE3はオンし、ワード線
WLの個々には、ノードN4から接地電位GNDが供給
される。ここまでが時刻T1前の初期状態における動作
に相当する。
The boosted potential VsgHHH is applied to the node N2.
Is supplied. As a result, the NMOS transistor NE
1 is turned on, and the power supply voltage Vdd (node N6
7) is supplied. Further, the ground potential is supplied to the node N4. Since the node N6 becomes the power supply voltage Vdd, the NMOS transistor NE3 is turned on, and the ground potential GND is supplied from the node N4 to each of the word lines WL. Up to this point corresponds to the operation in the initial state before time T1.

【0061】次に、ノードN2を昇圧電位VsgHHHから
接地電位GNDにする(時刻T1)。これによって、N
MOSトランジスタNE1がカットオフし、ノードN6
がフローティング状態となる。また、高電圧Vppは書
き込み電圧Vpgrmになり、ノードN6には、NMO
SトランジスタNE2を介して電圧Vpgrmの閾値分
だけ低い電圧“Vpgm−Vt”が供給される。
Next, the node N2 is changed from the boosted potential VsgHHH to the ground potential GND (time T1). By this, N
The MOS transistor NE1 is cut off, and the node N6
Becomes a floating state. Further, the high voltage Vpp becomes the write voltage Vpgrm, and the node N6 has the NMO.
A voltage "Vpgm-Vt" which is lower by the threshold value of the voltage Vpgrm is supplied through the S transistor NE2.

【0062】続いて、ノードN3を電源電圧Vddから
接地電位GNDにする(時刻T2)。これにより、NM
OSトランジスタNE2はオンし、ノードN6が接地電
位GNDになる。なお、NMOSトランジスタNE1は
カットオフしているので、ノードN7からノードN3に
電流が流れることはない。
Subsequently, the node N3 is changed from the power supply voltage Vdd to the ground potential GND (time T2). As a result, NM
The OS transistor NE2 is turned on, and the node N6 becomes the ground potential GND. Since the NMOS transistor NE1 is cut off, no current flows from the node N7 to the node N3.

【0063】次に、ノードN1を電源電圧Vddから接
地電位GNDにする(時刻T3)。これにより、デプレ
ッション型のNMOSトランジスタND1はカットオフ
し、ノードN5がフローティング状態になる。
Next, the node N1 is changed from the power supply voltage Vdd to the ground potential GND (time T3). As a result, the depletion type NMOS transistor ND1 is cut off, and the node N5 becomes in a floating state.

【0064】続いて、ノードN14を接地電位GNDか
ら書き込み電圧Vpgrmにする(時刻T4)。このと
き、時刻T3と同じようにノードN5はフローティング
状態になっているので、キャパシタ及びNMOSトラン
ジスタNE2のゲート容量と、その他のノードN5の寄
生容量との容量結合により、ノードN5の電位が昇圧さ
れる。ノードN6には、時刻T1と同様に、電圧“Vp
gm−Vt”が供給されている。
Subsequently, the node N14 is changed from the ground potential GND to the write voltage Vpgrm (time T4). At this time, since the node N5 is in the floating state as at time T3, the potential of the node N5 is boosted by the capacitive coupling between the gate capacitance of the capacitor and the NMOS transistor NE2 and the parasitic capacitance of the other node N5. It At the node N6, the voltage "Vp
gm-Vt "is supplied.

【0065】従って、ノードN5が“(Vpgm−V
t)+Vt=Vpgm”以上になると、NMOSトラン
ジスタNE2が導通し、ノードN5が電圧Vpgm以下
の電位に制限される。その結果、ノードN5が電圧Vp
gm以下の電位になり、ノードN3が電圧Vpgrmと
なってNMOSトランジスタNE2はカットオフし、ノ
ードN6に“(ノードN5の電位)−(トランジスタN
E2の閾値電圧)”が充電される。このとき、NMOS
トランジスタNE2はカットオフ状態を維持しているの
で、ノードN6はフローティングのままである。
Therefore, the node N5 becomes "(Vpgm-V
t) + Vt = Vpgm ″ or more, the NMOS transistor NE2 is turned on, and the node N5 is limited to the potential of the voltage Vpgm or less. As a result, the node N5 has the voltage Vp.
The potential becomes less than or equal to gm, the node N3 becomes the voltage Vpgrm, and the NMOS transistor NE2 is cut off.
The threshold voltage of E2) "is charged. At this time, the NMOS
Since the transistor NE2 maintains the cutoff state, the node N6 remains floating.

【0066】次に、ノードN2を接地電位GNDから電
源電位Vddにする(時刻T5)。これにより、NMO
SトランジスタNE1のゲート(ノードN2)とソース
(ノードN6)の電位差を小さくし、NMOSトランジ
スタNE1の耐圧負担を軽減している。これにより、サ
ーフェスブレイクダウンを回避する。さらに、NMOS
トランジスタNE1のドレイン(ノードN7)には、電
源電圧Vddが供給されているので、基板バイアス効果
によりNMOSトランジスタNE1の閾値電圧が高くな
り、リーク電流を小さくできる。
Next, the node N2 is changed from the ground potential GND to the power supply potential Vdd (time T5). This allows NMO
The potential difference between the gate (node N2) and the source (node N6) of the S transistor NE1 is reduced to reduce the breakdown voltage burden of the NMOS transistor NE1. This avoids surface breakdown. Furthermore, NMOS
Since the power supply voltage Vdd is supplied to the drain (node N7) of the transistor NE1, the threshold voltage of the NMOS transistor NE1 is increased by the substrate bias effect, and the leak current can be reduced.

【0067】さらに、ノードN1を接地電位GNDから
電源電位Vddにする(時刻T5)。これにより、NM
OSトランジスタND1がオンし、ノードN5が電源電
位Vddに放電される。このようにして、NMOSトラ
ンジスタNE2を確実にカットオフ状態にする。このと
き、ノードN6はフローティング状態のままである。
Further, the node N1 is changed from the ground potential GND to the power supply potential Vdd (time T5). As a result, NM
The OS transistor ND1 is turned on, and the node N5 is discharged to the power supply potential Vdd. In this way, the NMOS transistor NE2 is surely cut off. At this time, the node N6 remains in the floating state.

【0068】次に、実質的なデータ書き込み期間(時刻
T6〜T7までの期間)の動作を説明する。ノードN4
を接地電位GNDから書き込み電圧Vpgrmにする
(時刻T6)。このとき、時刻T5で説明したように、
NMOSトランジスタNE3及びそれに付随するキャパ
シタの容量とその他のノードN6の寄生容量との容量結
合により、ノードN6の電位が昇圧される。このとき、
ノードN6の電位が“電圧Vpgrm+トランジスタN
E3の閾値電圧”よりも高い電圧に昇圧されれば、NM
OSトランジスタNE3が導通状態になり、ノードN4
からワード線WLに書き込み電圧Vpgmが転送され
る。
Next, the operation of the substantial data writing period (the period from time T6 to T7) will be described. Node N4
Is changed from the ground potential GND to the write voltage Vpgrm (time T6). At this time, as described at time T5,
The potential of the node N6 is boosted by capacitive coupling between the capacitance of the NMOS transistor NE3 and the capacitor accompanying it and the parasitic capacitance of the other node N6. At this time,
The potential of the node N6 is “voltage Vpgrm + transistor N”
If boosted to a voltage higher than the threshold voltage of E3, NM
The OS transistor NE3 becomes conductive, and the node N4
The write voltage Vpgm is transferred from the word line WL to the word line WL.

【0069】次に、データ書き込み後のリカバリーシー
ケンスの動作を説明する。ノードN4を書き込み電圧V
pgmから接地電位GNDにする(時刻T7)。これに
より、ワード線WLは書き込み電圧Vpgmから接地電
位GNDになる。ノードN6は、時刻T6の場合と同様
に、容量結合により電位が低下する。また、ノードN2
を電源電位Vddから接地電位GNDにする。
Next, the operation of the recovery sequence after data writing will be described. Write voltage V to node N4
pgm is changed to the ground potential GND (time T7). As a result, the word line WL changes from the write voltage Vpgm to the ground potential GND. The potential of the node N6 drops due to capacitive coupling, as in the case of time T6. Also, the node N2
From the power supply potential Vdd to the ground potential GND.

【0070】さらに、ノードN3を書き込み電圧Vpg
mから接地電位GNDにする(時刻T8)。このとき、
NMOSトランジスタNE2のゲート(ノードN5)
は、時刻T5にて電源電位Vddになっているので、ノ
ードN3の電位が“Vdd−(NMOSトランジスタN
E2の閾値電圧)”以下になると、NMOSトランジス
タNE2がオン状態となる。これにより、ノードN6は
放電され、接地電位となる。
Further, the node N3 is applied with the write voltage Vpg.
The ground potential GND is changed from m (time T8). At this time,
Gate of the NMOS transistor NE2 (node N5)
Is at the power supply potential Vdd at time T5, the potential of the node N3 is "Vdd- (NMOS transistor N
When the voltage becomes equal to or lower than the threshold voltage of E2) ", the NMOS transistor NE2 is turned on. As a result, the node N6 is discharged to the ground potential.

【0071】次に、初期状態へのリカバリーシーケンス
の動作を説明する。ノードN2を接地電位GNDから昇
圧電位VsgHHHにし、さらにノードN14を接地電位G
NDから電源電位Vddにする(時刻T9)。これによ
り、NMOSトランジスタNE1はオンし、ノードN6
は電源電位Vddになる。また、高電圧Vppを書き込
み電圧Vpgmから電源電位Vddにする。このように
して、初期状態に戻る。
Next, the operation of the recovery sequence to the initial state will be described. The node N2 is set to the boosted potential VsgHHH from the ground potential GND, and the node N14 is set to the ground potential G.
The power supply potential Vdd is changed from ND (time T9). As a result, the NMOS transistor NE1 turns on and the node N6
Becomes the power supply potential Vdd. Further, the high voltage Vpp is changed from the write voltage Vpgm to the power supply potential Vdd. In this way, the initial state is restored.

【0072】このように、本実施の形態におけるレベル
シフト回路によって、NE2に付属する昇圧用のブース
トキャパシタを用いることでワード線の転送トランジス
タであるNMOSトランジスタNE3のゲート(ノード
N6)に十分な電圧を供給できるため、ワード線に高電
圧を転送するにあたっての困難がない。また、NE3に
付属する昇圧用のブーストキャパシタを用いることで、
高電圧転送を容易にしている。
As described above, with the level shift circuit according to the present embodiment, by using the boosting capacitor attached to NE2 for boosting, a sufficient voltage can be applied to the gate (node N6) of the NMOS transistor NE3 which is a word line transfer transistor. Can be supplied, there is no difficulty in transferring a high voltage to the word line. Also, by using the boost capacitor for boosting that is attached to the NE3,
It facilitates high voltage transfer.

【0073】レベルシフト回路のキャパシタが負荷用の
MOSトランジスタの1層目ゲート電極と2層目ゲート
電極を用いて形成されるため、レベルシフト回路の占有
面積が従来よりも小さくなり、レベルシフト回路を含む
半導体装置の高集積化が図られる。また、負荷用MOS
トランジスタのゲート電極がキャパシタの一方の電極を
兼ねるため、キャパシタを積層するための製造工程は簡
単である。本実施の形態では、メモリセルトランジスタ
のゲート構造とレベルシフト回路のトランジスタのゲー
ト構造を共通化しているため、製造工程の追加は不要で
あり、その製造方法は従来のレベルシフト回路の製造方
法よりも簡略化されていて、製造が比較的容易である。
Since the capacitor of the level shift circuit is formed by using the first-layer gate electrode and the second-layer gate electrode of the load MOS transistor, the area occupied by the level shift circuit becomes smaller than the conventional one, and the level shift circuit has a smaller area. High integration of a semiconductor device including is achieved. Also, load MOS
Since the gate electrode of the transistor also serves as one electrode of the capacitor, the manufacturing process for stacking the capacitors is simple. In the present embodiment, since the gate structure of the memory cell transistor and the gate structure of the transistor of the level shift circuit are made common, no additional manufacturing process is required, and the manufacturing method is the same as that of the conventional level shift circuit manufacturing method. Is also simplified and relatively easy to manufacture.

【0074】なお、選択トランジスタ2つと1つのメモ
リセルトランジスタで構成された例以外に、2つの選択
トランジスタの間に8個、16個、又は32個などの多
数のメモリセルトランジスタが直列に接続されたNAN
Dストリング構造の回路構成に対しても本実施の形態を
適用することができる。本実施の形態はNAND型フラ
ッシュメモリに限られるのではなく、AND型などのフ
ラッシュメモリにも適用することができる。
In addition to the example including two selection transistors and one memory cell transistor, a large number of memory cell transistors such as 8, 16 or 32 are connected in series between the two selection transistors. NAN
This embodiment can be applied to the circuit configuration of the D string structure. The present embodiment is not limited to the NAND type flash memory, but can be applied to an AND type flash memory.

【0075】本実施の形態により、半導体チップ全体の
面積縮小が図られる。また、従来の半導体チップと同一
面積で本実施の形態を実現すれば、半導体チップの大容
量化が可能である。
According to this embodiment, the area of the entire semiconductor chip can be reduced. Further, if the present embodiment is realized in the same area as a conventional semiconductor chip, the capacity of the semiconductor chip can be increased.

【0076】本実施の形態は、15Vから25V程度の
高電圧を用いてトンネル電流の作用により、データの書
き込み/消去/読み出し動作を行う不揮発性メモリを備え
たメモリ混載半導体装置に適用できる。さらに、ICカ
ード搭載用の不揮発性メモリなどに適用できる。
This embodiment can be applied to a memory-embedded semiconductor device equipped with a non-volatile memory for performing data write / erase / read operations by the action of tunnel current using a high voltage of about 15V to 25V. Furthermore, it can be applied to a non-volatile memory for mounting an IC card.

【0077】(第1の実施の形態の変形例)次に、図6
に示されるように、各ワード線に対して並列に接続され
た複数の2段目のブートストラップ回路(NE3.NE
3−2、・・・)を設ける。このそれぞれの2段目のブ
ートストラップ回路に対して、それぞれ、メモリセルト
ランジスタ(M,M2、・・・)、選択トランジスタ
(SG1,SG2,SG22,SG22、・・・)がワ
ード線ごとに設けられている。
(Modification of First Embodiment) Next, referring to FIG.
, A plurality of second-stage bootstrap circuits (NE3.NE) connected in parallel to the respective word lines.
3-2, ...) are provided. Memory cell transistors (M, M2, ...) And select transistors (SG1, SG2, SG22, SG22, ...) Are provided for each word line for each of the second-stage bootstrap circuits. Has been.

【0078】このように多数個の2段目のブースト動作
を使用するレベルシフト回路において、2層多結晶シリ
コン層の構造のトランジスタの多結晶シリコン層間容量
を利用することにより、レイアウトパターンを縮小する
ことができる。
As described above, in the level shift circuit using a large number of second-stage boost operations, the layout pattern is reduced by utilizing the polycrystalline silicon interlayer capacitance of the transistor having the structure of the two-layer polycrystalline silicon layer. be able to.

【0079】(第2の実施の形態)本実施の形態では、
図7に示されるように第1の実施の形態のレベルシフト
回路を複数個設けてそれぞれをブロックとして、各ブロ
ックにメモリセルトランジスタを設ける。この場合、選
択されるブロックと、非選択のブロックとが同時に存在
する。この場合、各ブロックには図1に示されたレベル
シフト回路19がそれぞれ設けられ、第2のブロック第
1のブロックと異なる第2ワード線WL2がワード線W
L1に代えて接続されている。
(Second Embodiment) In the present embodiment,
As shown in FIG. 7, a plurality of level shift circuits according to the first embodiment are provided, each of which serves as a block, and a memory cell transistor is provided in each block. In this case, the selected block and the non-selected block exist at the same time. In this case, each block is provided with the level shift circuit 19 shown in FIG. 1, and the second word line WL2 different from the second block first block is provided with the word line W.
It is connected instead of L1.

【0080】この構成のタイミングチャートは第1の実
施の形態の図5と同様である。選択ブロックについて
は、図5の実線で表される電位状態を示し、非選択ブロ
ックは破線で表される電位状態を示す。
The timing chart of this configuration is the same as that of FIG. 5 of the first embodiment. Regarding the selected block, the potential state shown by the solid line in FIG. 5 is shown, and the non-selected block shows the potential state shown by the broken line.

【0081】次に、非選択状態のブロックにおける動作
を説明する。非選択ブロックのノードN5には、アドレ
スデコード信号として接地電位GNDが供給される。さ
らに、選択ブロックの場合と同様に、初期状態(時刻T
1前)では、ノードN1、N3に電源電圧Vddが供給
される。これにより、NMOSトランジスタND1はデ
プレッション型のトランジスタであるためオンし、ノー
ドN5には接地電位(ノードN7の電位)が供給され
る。ノードN5が接地電位であるため、NMOSトラン
ジスタNE2はカットオフ状態となる。
Next, the operation in the non-selected block will be described. The ground potential GND is supplied as an address decode signal to the node N5 of the non-selected block. Further, as in the case of the selected block, the initial state (time T
Before 1), the power supply voltage Vdd is supplied to the nodes N1 and N3. Accordingly, the NMOS transistor ND1 is a depletion type transistor and is turned on, and the ground potential (potential of the node N7) is supplied to the node N5. Since the node N5 is at the ground potential, the NMOS transistor NE2 is cut off.

【0082】また、選択ブロックの場合と同様に、ノー
ドN2には、昇圧電位VsgHHHが供給され、また、ノー
ドN4、N4−2、・・・には、接地電位が供給され
る。これにより、NMOSトランジスタNE1はオン
し、ノードN6には接地電位(ノードN7の電位)が供
給される。ノードN6が接地電位であるため、NMOS
トランジスタNE3、NE3−2、・・・はカットオフ
状態となる。従って、ワード線WL2−1、・・・はフ
ローティング状態となる。
Further, as in the case of the selected block, the boosted potential VsgHHH is supplied to the node N2, and the ground potential is supplied to the nodes N4, N4-2, .... As a result, the NMOS transistor NE1 is turned on, and the ground potential (potential of the node N7) is supplied to the node N6. Since the node N6 is at the ground potential, the NMOS
The transistors NE3, NE3-2, ... Are cut off. Therefore, the word lines WL2-1, ... Are in a floating state.

【0083】次に、ノードN2を昇圧電位VsgHHHから
接地電位GNDにする(時刻T1)。これにより、NM
OSトランジスタNE1がカットオフし、ノードN6が
フローティング状態となる。
Next, the node N2 is changed from the boosted potential VsgHHH to the ground potential GND (time T1). As a result, NM
The OS transistor NE1 is cut off, and the node N6 is in a floating state.

【0084】続いて、ノードN3を電源電圧Vddから
接地電位GNDにする(時刻T2)。このとき、NMO
SトランジスタNE2はカットオフ状態にあるので、そ
の他の信号に変化はない。
Then, the node N3 is changed from the power supply voltage Vdd to the ground potential GND (time T2). At this time, NMO
Since the S transistor NE2 is in the cut-off state, there is no change in other signals.

【0085】次に、ノードN1を電源電圧Vddから接
地電位GNDにする(時刻T3)。このとき、デプレッ
ション型のNMOSトランジスタND1はオン状態を保
つので、その他の信号に変化はない。
Next, the node N1 is changed from the power supply voltage Vdd to the ground potential GND (time T3). At this time, since the depletion type NMOS transistor ND1 is kept in the ON state, there is no change in other signals.

【0086】続いて、ノードN3を接地電位GNDから
書き込み電圧Vpgmにする(時刻T4)。このとき、
ノードN5は接地電位になっており。NMOSトランジ
スタNE2はオンしていないので、ノードN6の電位は
昇圧されない。NMOSトランジスタNE3はカットオ
フ状態を維持する。
Then, the node N3 is changed from the ground potential GND to the write voltage Vpgm (time T4). At this time,
The node N5 is at ground potential. Since the NMOS transistor NE2 is not turned on, the potential of the node N6 is not boosted. The NMOS transistor NE3 maintains the cutoff state.

【0087】次に、ノードN2を接地電位GNDから電
源電位Vddにする(時刻T5)。これにより、NMO
SトランジスタNE1がオンし、ノードN6はフローテ
ィングでなくなり、接地電位に固定される。NMOSト
ランジスタNE3はカットオフ状態を維持するため、ワ
ード線WL2、・・・はフローティング状態のままであ
る。また、ノードN1を接地電位GNDから電源電位V
ddにする(時刻T5)。このとき、デプレッション型
のNMOSトランジスタND1はオン状態のまま維持さ
れるので、ノードN5は接地電位GNDのままである。
Next, the node N2 is changed from the ground potential GND to the power supply potential Vdd (time T5). This allows NMO
The S transistor NE1 is turned on, the node N6 is no longer floating, and is fixed to the ground potential. Since the NMOS transistor NE3 maintains the cut-off state, the word lines WL2, ... In addition, the node N1 is changed from the ground potential GND to the power supply potential V
Set to dd (time T5). At this time, since the depletion type NMOS transistor ND1 is maintained in the ON state, the node N5 remains at the ground potential GND.

【0088】次に、実質的なデータ書き込み期間(時刻
T6〜T7までの期間)の動作を説明する。ノードN4
−2は、接地電位GNDから書き込み電圧Vpgmにな
る(時刻T6)。このとき、NMOSトランジスタNE
3はカットオフ状態であるため、ノードN4−2からワ
ード線WL2に書き込み電圧Vpgmが転送されず。デ
ータ書き込みは行われない。
Next, the operation of the substantial data writing period (the period from time T6 to T7) will be described. Node N4
-2 changes from the ground potential GND to the write voltage Vpgm (time T6). At this time, the NMOS transistor NE
Since 3 is in the cutoff state, the write voltage Vpgm is not transferred from the node N4-2 to the word line WL2. No data is written.

【0089】次に、データ書き込み後のリカバリーシー
ケンスの動作を説明する。ノードN4−2を書き込み電
圧Vpgmから接地電位GNDにする(時刻T7)。こ
のとき、NMOSトランジスタNE3はカットオフ状態
を維持する。また、ノードN2を電源電位Vddから接
地電位GNDにする。これにより、NMOSトランジス
タNE1がカットオフし、ノードN6がフローティング
状態になる。
Next, the operation of the recovery sequence after data writing will be described. The node N4-2 is set to the ground potential GND from the write voltage Vpgm (time T7). At this time, the NMOS transistor NE3 maintains the cutoff state. Further, the node N2 is changed from the power supply potential Vdd to the ground potential GND. As a result, the NMOS transistor NE1 is cut off and the node N6 is brought into a floating state.

【0090】さらに、ノードN3を書き込み電圧Vpg
mから接地電位GNDにする(時刻T8)。このとき、
NMOSトランジスタNE2はカットオフしているの
で、その他の信号には変化はない。
Further, the node N3 is applied with the write voltage Vpg.
The ground potential GND is changed from m (time T8). At this time,
Since the NMOS transistor NE2 is cut off, the other signals do not change.

【0091】次に、初期状態へのリカバリーシーケンス
の動作を説明する。ノードN2を接地電位GNDから昇
圧電位VsgHHHにし、さらにノードN3を接地電位GN
Dから電源電位Vddにする(時刻T9)。これによ
り、NMOSトランジスタNE1はオンし、ノードN6
は接地電位になる。また、高電圧Vppを書き込み電圧
Vpgmから電源電位Vddにする。
Next, the operation of the recovery sequence to the initial state will be described. The node N2 is changed from the ground potential GND to the boosted potential VsgHHH, and the node N3 is changed to the ground potential GN.
The power supply potential Vdd is changed from D (time T9). As a result, the NMOS transistor NE1 turns on and the node N6
Is at ground potential. Further, the high voltage Vpp is changed from the write voltage Vpgm to the power supply potential Vdd.

【0092】本実施の形態においても、第1の実施の形
態同様の効果を得ることができる。
Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0093】なお、各実施の形態は、不揮発性半導体記
憶装置を備えたメモリ混載半導体装置に限らず、不揮発
性半導体記憶装置にも適用できる。
Each embodiment is not limited to the memory-embedded semiconductor device having the nonvolatile semiconductor memory device, but can be applied to the nonvolatile semiconductor memory device.

【0094】[0094]

【発明の効果】本発明によれば、2層ゲート構造でのレ
ベルシフト回路領域での高集積化を図った半導体装置を
提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having high integration in a level shift circuit region having a two-layer gate structure.

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

【図1】 本発明の第1の実施の形態の回路図。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】 (A)は、本発明の第1の実施の形態のNM
OSトランジスタとキャパシタを表す回路図であり、
(B)は、本発明の第1の実施の形態のNMOSトラン
ジスタとキャパシタを表す断面図であり、(C)は、本
発明の第1の実施の形態のNMOSトランジスタとキャ
パシタを表す上面図である。
FIG. 2A is an NM according to the first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram showing an OS transistor and a capacitor,
(B) is a cross-sectional view showing the NMOS transistor and the capacitor of the first embodiment of the present invention, and (C) is a top view showing the NMOS transistor and the capacitor of the first embodiment of the present invention. is there.

【図3】 本発明の第1の実施の形態の2つのNMOS
トランジスタとキャパシタを表す断面図。
FIG. 3 shows two NMOSs according to the first embodiment of the present invention.
Sectional drawing showing a transistor and a capacitor.

【図4】 本発明の第1の実施の形態の半導体装置を表
すレイアウト図。
FIG. 4 is a layout diagram showing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1の実施の形態のレベルシフト回
路の動作タイミング図。
FIG. 5 is an operation timing chart of the level shift circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第1の実施の形態の変形例の回路
図。
FIG. 6 is a circuit diagram of a modified example of the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第2の実施の形態の回路図。FIG. 7 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.

【図8】 従来の半導体装置の回路図。FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional semiconductor device.

【図9】 (A)は、従来のNMOSトランジスタとキ
ャパシタを表す回路図であり、(B)は、従来のNMO
Sトランジスタとキャパシタを表す断面図であり、
(C)は、従来のNMOSトランジスタとキャパシタを
表す上面図である。
9A is a circuit diagram showing a conventional NMOS transistor and a capacitor, and FIG. 9B is a conventional NMO.
It is sectional drawing showing an S transistor and a capacitor,
(C) is a top view showing a conventional NMOS transistor and a capacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,20、26 上層ゲート 2、21、27 下層ゲート 3、22、28 ゲート間絶縁膜 4,23、29 ゲート絶縁膜 5 半導体基板 6,24、30 ソース不純物領域 7,25 ドレイン不純物領域 8、9 素子分離領域 10、31 第1配線 11,32 第2配線 12、33 第3配線 13、34 第4配線 14,15 ゲートコンタクト 16 ソースコンタクト 17 ドレインコンタクト 19 レベルシフト回路 35 第5配線 36 第6配線 40 半導体チップ 41 セル領域 42 レベルシフタ 43 ロウデコーダ 1, 20, 26 Upper gate 2, 21, 27 Lower gate 3, 22, 28 Gate insulating film 4,23,29 Gate insulating film 5 Semiconductor substrate 6, 24, 30 Source impurity region 7,25 Drain impurity region 8, 9 element isolation region 10, 31 First wiring 11,32 Second wiring 12, 33 Third wiring 13, 34 Fourth wiring 14,15 Gate contact 16 Source contact 17 Drain contact 19 Level shift circuit 35 fifth wiring 36 6th wiring 40 semiconductor chips 41 cell area 42 level shifter 43 Row decoder

フロントページの続き (72)発明者 二山 拓也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD03 AD04 AD10 AE00 Continued front page    (72) Inventor Takuya Niyama             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside F term (reference) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD03 AD04                       AD10 AE00

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】メモリセル領域とレベルシフト回路領域と
を有する半導体基板と、 この半導体基板上の前記メモリセル領域に形成された第
1ゲート絶縁膜と、 この第1ゲート絶縁膜上に形成された第1下部ゲート電
極と、 この第1下部ゲート電極上に形成された第1ゲート間絶
縁膜と、 この第1ゲート間絶縁膜上に形成された第2上部ゲート
電極と、 前記半導体基板上のレベルシフト回路領域に形成された
第2ゲート絶縁膜と、 この第2ゲート絶縁膜上に形成され、第1の電位が与え
られる第2下部ゲート電極と、 この第2下部ゲート電極上に形成され、キャパシタ絶縁
膜として電荷を蓄積する第2ゲート間絶縁膜と、 この第2ゲート間絶縁膜上に形成され、前記第1の電位
と異なる第2の電位が与えられる第2上部ゲート電極と
を具備することを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate having a memory cell region and a level shift circuit region, a first gate insulating film formed in the memory cell region on the semiconductor substrate, and a first gate insulating film formed on the first gate insulating film. A first lower gate electrode, a first inter-gate insulating film formed on the first lower gate electrode, a second upper gate electrode formed on the first inter-gate insulating film, and the semiconductor substrate on the semiconductor substrate. A second gate insulating film formed in the level shift circuit region, a second lower gate electrode formed on the second gate insulating film and given a first potential, and formed on the second lower gate electrode. A second inter-gate insulating film for accumulating charges as a capacitor insulating film, and a second upper gate electrode formed on the second inter-gate insulating film and given a second potential different from the first potential. Equipped with Wherein a Rukoto.
【請求項2】前記第1下部ゲート電極と前記第2下部ゲ
ート電極とは、その材料及び膜厚が同一であり、前記第
1ゲート間絶縁膜と前記第2ゲート間絶縁膜とは、その
材料及び膜厚が同一であり、前記第1上部ゲート電極と
前記第2上部ゲート電極とは、その材料及び膜厚が同一
であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The first lower gate electrode and the second lower gate electrode have the same material and the same film thickness, and the first inter-gate insulating film and the second inter-gate insulating film are the same. The semiconductor device according to claim 1, wherein the material and the film thickness are the same, and the material and the film thickness of the first upper gate electrode and the second upper gate electrode are the same.
【請求項3】第1のゲート及び第1の電流経路を有する
第1のMOSトランジスタと、 下層の第2のゲート、この第2のゲート上の第1ゲート
間絶縁膜、及びこの第1ゲート間絶縁膜上の第3のゲー
ト並びに第2の電流経路を有し、前記第1のMOSトラ
ンジスタの第1の電流経路の一端の電位が前記第2のゲ
ートに供給される第2のMOSトランジスタと、 下層の第4のゲート、この第4のゲート上の第2ゲート
間絶縁膜、この第2ゲート間絶縁膜上の第5のゲート並
びに第3の電流経路を有し、前記第2のMOSトランジ
スタの第2の電流経路の一端の電位が前記第4のゲート
に供給される第3のMOSトランジスタと、 前記第1のMOSトランジスタの第1の電流経路の一端
と前記第2のMOSトランジスタの第2の電流経路の他
端又は一端との間に接続され、前記第2のMOSトラン
ジスタの第2のゲート及び第3のゲートがキャパシタ電
極であり、前記第1ゲート間絶縁膜がキャパシタ絶縁膜
である第1のキャパシタと、 前記第2のMOSトランジスタの第2の電流経路の一端
と前記第3のMOSとランジスタの第3の電流経路の一
端又は他端との間に接続され、前記第3のMOSとラン
ジスタの第4のゲート及び第5のゲートがキャパシタ電
極であり、前記第2ゲート間絶縁膜がキャパシタ絶縁膜
である第2のキャパシタと、 前記第3のMOSトランジスタの第3の電流経路の一端
にその上層ゲートが接続され、下層ゲートが浮遊ゲート
であり、上層ゲートと下層ゲートとの間に第3ゲート間
絶縁膜を有する不揮発性メモリセルトランジスタとを具
備することを特徴とする半導体装置。
3. A first MOS transistor having a first gate and a first current path, a lower second gate, a first inter-gate insulating film on the second gate, and the first gate. A second MOS transistor having a third gate on the inter-insulating film and a second current path, and the potential at one end of the first current path of the first MOS transistor is supplied to the second gate. And a lower fourth gate, a second inter-gate insulating film on the fourth gate, a fifth gate on the second inter-gate insulating film, and a third current path. A third MOS transistor in which a potential at one end of a second current path of the MOS transistor is supplied to the fourth gate; one end of a first current path of the first MOS transistor and the second MOS transistor; The other end of the second current path of A first capacitor connected between one end and a second gate and a third gate of the second MOS transistor are capacitor electrodes, and the first inter-gate insulating film is a capacitor insulating film; It is connected between one end of the second current path of the second MOS transistor and one end or the other end of the third current path of the third MOS and the transistor, and the third MOS and the fourth of the transistor. And a fifth gate are capacitor electrodes, the second inter-gate insulating film is a capacitor insulating film, and the upper gate at one end of the third current path of the third MOS transistor. And a lower gate is a floating gate, and a non-volatile memory cell transistor having a third inter-gate insulating film between the upper gate and the lower gate is provided. Semiconductor device.
【請求項4】前記第2のMOSトランジスタ及び前記第
3のMOSトランジスタは、エンハンスメント型トラン
ジスタであることを特徴とする請求項3記載の半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the second MOS transistor and the third MOS transistor are enhancement type transistors.
【請求項5】前記第1ゲート間絶縁膜と前記第2ゲート
間絶縁膜と前記第3ゲート間絶縁膜とは、その材料及び
膜厚が同一であり、前記第2ゲートと前記第4ゲートと
前記不揮発性メモリセルトランジスタの下層ゲートと
は、その材料及び膜厚が同一であり、前記第3ゲートと
前記第5ゲートと前記不揮発性メモリセルトランジスタ
の下層ゲートとは、その材料及び膜厚が同一であること
を特徴とする請求項3又は4記載の半導体装置。
5. The first inter-gate insulating film, the second inter-gate insulating film, and the third inter-gate insulating film have the same material and the same film thickness, and the second gate and the fourth gate are the same. And the lower gate of the non-volatile memory cell transistor have the same material and the same film thickness, and the third gate, the fifth gate and the lower gate of the non-volatile memory cell transistor have the same material and film thickness. 5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the two are the same.
【請求項6】半導体基板と、 この半導体基板中に形成された第1ソース及び第1ドレ
インと、この半導体基板上に形成され、第1端子に接続
された第1ゲートと、この第1ゲート上にゲート間絶縁
膜を介して形成され、第1端子と異なる第2端子に接続
された第2ゲートとを有し、この第2ゲートは前記第1
ソース又は第1ドレインに接続され、第1ゲートを第1
の電位に充電し、導通状態にした後、第1ゲートをフロ
ーティング状態とする第1のトランジスタと、 前記半導体基板中に形成された第2ソース及び第2ドレ
インと、この半導体基板上に形成され、第3端子及び前
記第1トランジスタのドレインに接続された第3ゲート
と、この第3ゲート上にゲート間絶縁膜を介して形成さ
れ、第3端子と異なる第4端子に接続された第4ゲート
とを有し、この第4ゲートは前記第2ソース又は第2ド
レインに接続され、第1のトランジスタの前記第1ソー
スから前記第1の電位よりも高い電位が与えられた場合
に、前記第1のトランジスタを介して、第3ゲートを充
電し、第2ソースに昇圧電位が与えられて、第2ドレイ
ンを昇圧電位とする第2のトランジスタと、 前記半導体基板中に形成された第3ソース及び第3ドレ
インと、この半導体基板上に形成され、電位が浮遊状態
の第5ゲートと、この第5ゲート上にゲート間絶縁膜を
介して形成され、前記第2のトランジスタの第2ドレイ
ンに接続された第6ゲートとを有し、電荷を蓄積するメ
モリセルトランジスタとを具備することを特徴とする半
導体装置。
6. A semiconductor substrate, a first source and a first drain formed in the semiconductor substrate, a first gate formed on the semiconductor substrate and connected to a first terminal, and a first gate. A first gate and a second gate connected to a second terminal different from the first terminal, the second gate being formed through the inter-gate insulating film.
A first gate connected to the source or the first drain
A first transistor having a first gate which is in a floating state after being charged to a potential of 1 and brought into a conductive state; a second source and a second drain formed in the semiconductor substrate; and a second transistor formed on the semiconductor substrate. A third gate connected to the third terminal and the drain of the first transistor, and a fourth gate formed on the third gate via an inter-gate insulating film and connected to a fourth terminal different from the third terminal. A gate, the fourth gate being connected to the second source or the second drain, and when a potential higher than the first potential is applied from the first source of the first transistor, A second transistor that charges the third gate through the first transistor and is given a boosted potential to the second source so that the second drain has a boosted potential; and a third transistor formed in the semiconductor substrate. And a third drain, a fifth gate which is formed on the semiconductor substrate and has a floating potential, and a fifth gate which is formed on the fifth gate via an inter-gate insulating film. A semiconductor device, comprising: a memory cell transistor having a sixth gate connected to the drain and accumulating charges.
【請求項7】前記第1ゲートと前記第3ゲートと前記第
5ゲートとは、その材料及び膜厚が同一であり、前記第
1のトランジスタのゲート間絶縁膜と前記第2のトラン
ジスタのゲート間絶縁膜と前記メモリセルトランジスタ
のゲート間絶縁膜とは、その材料及び膜厚が同一であ
り、前記第2ゲートと前記第4ゲートと前記第6ゲート
とは、その材料及び膜厚が同一であることを特徴とする
請求項6記載の半導体装置。
7. The first gate, the third gate, and the fifth gate are made of the same material and have the same film thickness, and the inter-gate insulating film of the first transistor and the gate of the second transistor are formed. The inter-layer insulating film and the inter-gate insulating film of the memory cell transistor have the same material and the same film thickness, and the second gate, the fourth gate and the sixth gate have the same material and the same film thickness. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013257938A (en) * 2006-09-13 2013-12-26 Mosaid Technologies Inc Flash multi-level threshold distribution scheme
JP2017228325A (en) * 2016-06-20 2017-12-28 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション Non-volatile semiconductor device
JP2018181400A (en) * 2018-07-20 2018-11-15 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション Nonvolatile semiconductor memory device

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