JP2001110918A - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory device

Info

Publication number
JP2001110918A
JP2001110918A JP28349599A JP28349599A JP2001110918A JP 2001110918 A JP2001110918 A JP 2001110918A JP 28349599 A JP28349599 A JP 28349599A JP 28349599 A JP28349599 A JP 28349599A JP 2001110918 A JP2001110918 A JP 2001110918A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
diffusion region
write
memory device
stacked
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
JP28349599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Takahashi
浩司 高橋
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP28349599A priority Critical patent/JP2001110918A/en
Publication of JP2001110918A publication Critical patent/JP2001110918A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the types of multi-valued data written in a non-volatile semiconductor memory device where data are written in a storage nitride film in the shape of hot electrons. SOLUTION: Tunnel oxide films and storage nitride films are alternately deposited for the formation of a laminated gate structure, and multi-valued data are stored by the use of storage nitride films.

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】本発明は一般に半導体装置に
係り、特に情報を絶縁膜中に電荷の形で蓄積する不揮発
性半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a semiconductor device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor device for storing information in the form of electric charges in an insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は、従来のいわゆるMONOS型不
揮発性半導体記憶装置で使われるメモリセルトランジス
タの構成を示す。図1を参照するに、メモリセルトラン
ジスタはSi基板11上に形成され、Si基板11中に
形成された拡散領域11Aと11Bとの間のチャネル領
域を覆うSiO2 トンネル絶縁膜12Aと、前記トンネ
ル絶縁膜12A上の蓄積窒化膜12Bと、前記蓄積窒化
膜12B上のSiO2 膜13と、前記SiO2 膜13上
に形成されたポリシリコンコントロールゲート電極13
とよりなり、前記絶縁膜12A〜12Cは、いわゆるO
NO構造12を形成する。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a configuration of a memory cell transistor used in a conventional so-called MONOS type nonvolatile semiconductor memory device. Referring to FIG. 1, a memory cell transistor is formed on a Si substrate 11, and a SiO 2 tunnel insulating film 12A covering a channel region formed between the diffusion regions 11A and 11B formed in the Si substrate 11; A storage nitride film 12B on the insulating film 12A, an SiO 2 film 13 on the storage nitride film 12B, and a polysilicon control gate electrode 13 formed on the SiO 2 film 13
The insulating films 12A to 12C are made of so-called O
The NO structure 12 is formed.

【0003】かかるメモリセルトランジスタでは、情報
の書込みは、前記チャネル領域中においてホットエレク
トロンを発生させ、さらに前記コントロールゲート電極
13に正電圧を印加することにより行われる。すなわ
ち、前記コントロールゲート電極13に正電圧を印加す
ることにより、前記チャネル領域中に発生したホットエ
レクトロンは前記トンネル絶縁膜12Aを介して前記蓄
積窒化膜12B中に注入され、安定にトラップされる。
その際、前記拡散領域11Bに正電圧を印加してホット
エレクトロンを前記チャネル領域のうち前記拡散領域1
1Bの近傍において発生させた場合には、発生したホッ
トエレクトロンは前記蓄積窒化膜12Bのうちの、前記
拡散領域11Bに近い部分に注入される。これに対し、
前記ホットエレクトロンを、前記拡散領域11Aに正電
圧を印加することにより、前記チャネル領域のうち前記
拡散領域11Aの近傍において発生させた場合には、ホ
ットエレクトロンは前記蓄積窒化膜12Bのうちの、前
記拡散領域11Bに近い部分に注入される。
In such a memory cell transistor, information is written by generating hot electrons in the channel region and applying a positive voltage to the control gate electrode 13. That is, by applying a positive voltage to the control gate electrode 13, hot electrons generated in the channel region are injected into the storage nitride film 12B via the tunnel insulating film 12A and are stably trapped.
At this time, a positive voltage is applied to the diffusion region 11B to generate hot electrons in the diffusion region 1B of the channel region.
When the hot electrons are generated near 1B, the generated hot electrons are injected into a portion of the storage nitride film 12B near the diffusion region 11B. In contrast,
When the hot electrons are generated in the vicinity of the diffusion region 11A in the channel region by applying a positive voltage to the diffusion region 11A, the hot electrons are generated in the storage nitride film 12B. It is implanted into a portion near the diffusion region 11B.

【0004】図2(A),(B)は、前記蓄積窒化膜1
2B中に電荷が書き込まれていない状態での図1のメモ
リセルトランジスタの読み出し動作を示す。図2(A)
を参照するに、まずコントロールゲート電極13に+5
Vの読み出しゲート電圧を印加し、さらに前記拡散領域
11Aを接地、拡散領域11Bに+1Vのドレイン電圧
を印加する。この状態では、前記蓄積窒化膜12B中に
は電荷が保持されていないため、メモリセルトランジス
タは本来のしきい値電圧を有し、前記チャネル領域をキ
ャリアが流れる。ただし、キャリアは、拡散領域11A
の近傍で広がり拡散領域11Bの近傍で狭まる断面積プ
ロファイル11aを有する。
FIGS. 2A and 2B show the storage nitride film 1.
2 shows a read operation of the memory cell transistor of FIG. 1 in a state where no electric charge is written in 2B. FIG. 2 (A)
, First, +5 is applied to the control gate electrode 13.
A read gate voltage of V is applied, the diffusion region 11A is grounded, and a +1 V drain voltage is applied to the diffusion region 11B. In this state, since no charge is held in the storage nitride film 12B, the memory cell transistor has an original threshold voltage, and carriers flow through the channel region. However, the carrier is the diffusion region 11A.
Has a cross-sectional area profile 11a that expands in the vicinity of and spreads out in the vicinity of the diffusion region 11B.

【0005】図2(B)は、図2(A)と同様にコント
ロールゲート電極13の+5Vの読み出しゲート電圧を
印加し、前記拡散領域11Bを接地、拡散領域11Aに
+1Vのドレイン電圧を印加した場合を示す。この場合
にも前記メモリセルトランジスタは本来のしきい値電圧
を有するため、前記チャネル領域をキャリアが流れる。
前記キャリアは前記拡散領域11Bの近傍で広がり、拡
散領域11Aの近傍で狭まる断面積プロファイル11b
を有する。以下の説明では、図2(A)に示す、拡散領
域11Bに正電圧を印加し、拡散領域11Aを接地して
行なう読み出しモードを「forward読み出しモー
ド」、図2(B)に示す、拡散領域11Aに正電圧を印
加し、拡散領域11Bを接地して行なう読み出しモード
を「reverse読み出しモード」と称することにす
る。
In FIG. 2B, a +5 V read gate voltage of the control gate electrode 13 is applied as in FIG. 2 A, the diffusion region 11 B is grounded, and a +1 V drain voltage is applied to the diffusion region 11 A. Show the case. Also in this case, carriers flow through the channel region because the memory cell transistor has an original threshold voltage.
The carrier spreads in the vicinity of the diffusion region 11B and narrows in the vicinity of the diffusion region 11A.
Having. In the following description, a read mode in which a positive voltage is applied to the diffusion region 11B and the diffusion region 11A is grounded as shown in FIG. 2A is referred to as a “forward read mode”, and a diffusion region shown in FIG. A read mode in which a positive voltage is applied to 11A and the diffusion region 11B is grounded is referred to as a “reverse read mode”.

【0006】図3(A)は、前記蓄積窒化膜12Bのう
ち、前記拡散領域11B寄りの部分に電荷がトラップさ
れた状態におけるforward読み出しモードを示
す。図3(A)を参照するに、チャネル領域中には前記
電荷トラップ領域に対応して、前記拡散領域11B近傍
において遮断されたキャリアプロファイル11cが形成
されるが、この部分は蓄積窒化膜12B中に電荷がトラ
ップされない場合であっても、前記拡散領域11Bに前
記forward読み出しモードにおいて正電圧を印加
した場合に拡散領域11Bから空乏層が張り出す部分で
あり、メモリセルトランジスタの導通は実質的な影響を
受けない。すなわち、前記コントロールゲート電極13
に印加されるゲート電圧を、図2(A),(B)の場合
から変化させなくても、前記チャネル領域を導通させる
ことができる。
FIG. 3A shows a forward read mode in which charges are trapped in a portion of the storage nitride film 12B near the diffusion region 11B. Referring to FIG. 3A, a carrier profile 11c cut off in the vicinity of the diffusion region 11B is formed in the channel region corresponding to the charge trap region, and this portion is formed in the storage nitride film 12B. Even when no charge is trapped in the diffusion region 11B, a depletion layer extends from the diffusion region 11B when a positive voltage is applied to the diffusion region 11B in the forward read mode. Not affected. That is, the control gate electrode 13
The channel region can be made conductive without changing the gate voltage applied to the channel region from the case of FIGS. 2A and 2B.

【0007】これに対し、図3(B)は、蓄積窒化膜1
2B中に図3(A)の場合と同様な電荷トラップ領域が
形成された状態において、reverse読み出しモー
ドにより情報の読み出しを行なった場合を示す。図3
(B)を参照するに、この場合には拡散領域11B近傍
において広がり、拡散領域11A近傍において狭まる形
状のキャリアプロファイル11dが形成されるが、前記
拡散領域11B近傍にトラップされた電荷の影響によ
り、前記キャリアプロファイル11dは前記拡散領域1
1B近傍において遮断される。かかる拡散領域11B近
傍の領域には、前記reverse読み出しモードでは
前記拡散領域11Bには正電圧は印加されないため、空
乏層が張り出すことはなく、このため前記電荷トラップ
領域が形成されていない場合には前記キャリアプロファ
イル11dは前記拡散領域11Bから連続的に張り出す
はずのものである。しかし、図3(B)の状態において
は前記電荷トラップ領域の存在により、前記キャリアプ
ロファイル11dは遮断されてしまう。換言すると、図
3(B)の状態においては、前記コントロールゲート電
極13に印加されるゲート電圧の値を増大させない限
り、前記チャネル領域を導通させることはできない。
On the other hand, FIG. 3B shows the storage nitride film 1.
2B shows a case where information is read in a reverse read mode in a state where a charge trapping region similar to the case of FIG. 3A is formed. FIG.
Referring to (B), in this case, a carrier profile 11d having a shape that expands near the diffusion region 11B and narrows near the diffusion region 11A is formed. However, due to the influence of charges trapped near the diffusion region 11B, The carrier profile 11d corresponds to the diffusion region 1.
It is cut off near 1B. Since no positive voltage is applied to the diffusion region 11B in the reverse read mode in the region near the diffusion region 11B, the depletion layer does not protrude. Therefore, when the charge trap region is not formed, Indicates that the carrier profile 11d should continuously protrude from the diffusion region 11B. However, in the state of FIG. 3B, the presence of the charge trap region blocks the carrier profile 11d. In other words, in the state of FIG. 3B, the channel region cannot be made conductive unless the value of the gate voltage applied to the control gate electrode 13 is increased.

【0008】図4は、図2(A),(B)および図3
(A),(B)の各読み出しモードにおいて前記メモリ
セルトランジスタが示すしきい値電圧を示す。ただし図
4中、横軸はしきい値電圧を、縦軸は頻度を示す。また
図4中、A−1,A−2,B−1と記してあるのは、そ
れぞれ図2(A),(B)および図3(A)の状態にお
けるしきい値電圧を示し、B−2と記してあるのは図3
(B)の状態におけるしきい値電圧を示す。
FIGS. 4A and 2B and FIGS.
In each of the read modes (A) and (B), the threshold voltage indicated by the memory cell transistor is shown. However, in FIG. 4, the horizontal axis indicates the threshold voltage, and the vertical axis indicates the frequency. In FIG. 4, A-1, A-2, and B-1 indicate the threshold voltages in the states of FIGS. 2A, 2B, and 3A, respectively. FIG. 3 shows -2.
The threshold voltage in the state (B) is shown.

【0009】図4を参照するに、図2(A),(B)お
よび図3(A)の読み出し状態においてはメモリセルト
ランジスタはしきい値電圧V1を示すが、図3(B)の
読み出し状態においてはメモリセルトランジスタは前記
しきい値電圧V1よりも大きいしきい値電圧V2を示
す。図5(A)〜(D)は、このような図1のメモリセ
ルトランジスタ中への可能なデータの書込み状態を示
す。
Referring to FIG. 4, in the read state of FIGS. 2A, 2B and 3A, the memory cell transistor shows a threshold voltage V1, but the read state of FIG. In the state, the memory cell transistor exhibits a threshold voltage V2 higher than the threshold voltage V1. FIGS. 5A to 5D show possible data write states in the memory cell transistor of FIG.

【0010】図5(A)を参照するに、この状態は先の
図3(A),(B)に対応し、前記蓄積窒化膜12Bの
うち、前記拡散領域11B寄りの部分に電荷がトラップ
されている。これに対し、図5(B)は、前記蓄積窒化
膜12Bのうち、前記拡散領域11A寄りの部分に電荷
がトラップされた状態を、さらに図5(C)は、前記蓄
積窒化膜12Bのうち、前記拡散領域11A寄りの部分
および前記拡散領域11B寄りの部分の両方に電荷がト
ラップされた状態を示している。さらに、図5(D)
は、図2(A),(B)に対応した、前記蓄積窒化膜1
2B中に電荷がトラップされていない状態を示す。
Referring to FIG. 5A, this state corresponds to FIGS. 3A and 3B, and electric charges are trapped in a portion of the storage nitride film 12B near the diffusion region 11B. Have been. On the other hand, FIG. 5B shows a state in which charges are trapped in a portion near the diffusion region 11A in the storage nitride film 12B, and FIG. 5C shows a state in which charges are trapped in the storage nitride film 12B. This shows a state where charges are trapped in both the portion near the diffusion region 11A and the portion near the diffusion region 11B. Further, FIG.
Is the storage nitride film 1 corresponding to FIGS. 2A and 2B.
2B shows a state in which no charge is trapped in 2B.

【0011】このように、図1の従来のMONOS型不
揮発性半導体装置は、図5(A)〜(D)に示す2値の
4通りの状態により、4つのデータを保持することが可
能である。表1は、図1のメモリセルトランジスタにお
ける書込み条件、読み出し条件、および消去条件の例を
示す。
As described above, the conventional MONOS type nonvolatile semiconductor device shown in FIG. 1 can hold four data in the four states of the binary values shown in FIGS. 5 (A) to 5 (D). is there. Table 1 shows examples of write conditions, read conditions, and erase conditions in the memory cell transistor of FIG.

【0012】[0012]

【表1】 [Table 1]

【0013】表1を参照するに、書込みモードにおいて
も「forward書込みモード」および「rever
se書込みモード」が存在し、forward書込みモ
ードでは前記拡散領域11Bに+5Vの書込み電圧が、
また前記コントロールゲート電極13に+10Vの書込
みゲート電圧が印加される。一方前記拡散領域11Aは
接地される。これに対し、reverse書込みモード
では、前記拡散領域11Aに+5Vの書込み電圧が、ま
た前記コントロールゲート電極13に+10Vの書込み
ゲート電圧が印加され、前記拡散領域11Bが接地され
る。
Referring to Table 1, in the write mode, "forward write mode" and "reverse
In the forward write mode, a + 5V write voltage is applied to the diffusion region 11B.
A write gate voltage of +10 V is applied to the control gate electrode 13. On the other hand, the diffusion region 11A is grounded. On the other hand, in the reverse write mode, a write voltage of +5 V is applied to the diffusion region 11A, a write gate voltage of +10 V is applied to the control gate electrode 13, and the diffusion region 11B is grounded.

【0014】また、表1の読み出しモードは、先に説明
したforward読み出しモードおよびrevers
e読み出しモードと同じである。さらに表1に示すよう
に、消去モードにも「forward消去モード」およ
び「reverse消去モード」が存在し、forwa
rd消去モードでは前記拡散領域11Bに+5Vの消去
電圧を、前記コントロールゲート電極13に−5Vの消
去ゲート電圧を印加する。その結果、前記蓄積窒化膜1
2Bのうち、図5(A)に示す電荷トラップ領域にチャ
ネル領域からホールが注入され、トラップされていた電
荷が中和される。同様に、reverse消去モードで
は、前記拡散j領域11Aに+5Vの消去電圧が、また
前記コントロールゲート電極13に−5Vの消去ゲート
電圧が印加される。その結果、前記蓄積窒化膜12Bの
うち、図5(B)に示す電荷トラップ領域にチャネル領
域からホールが注入され、トラップされていた電荷が中
和される。
The read modes in Table 1 are the forward read mode and the reverses mode described above.
This is the same as the e read mode. Further, as shown in Table 1, the erase mode includes a “forward erase mode” and a “reverse erase mode”.
In the rd erase mode, an erase voltage of +5 V is applied to the diffusion region 11 </ b> B, and an erase gate voltage of −5 V is applied to the control gate electrode 13. As a result, the storage nitride film 1
In 2B, holes are injected into the charge trapping region shown in FIG. 5A from the channel region, and the trapped charges are neutralized. Similarly, in the reverse erase mode, an erase voltage of +5 V is applied to the diffusion j region 11A, and an erase gate voltage of -5 V is applied to the control gate electrode 13. As a result, holes are injected from the channel region into the charge trapping region shown in FIG. 5B in the storage nitride film 12B, and the trapped charges are neutralized.

【0015】さらに、表1に示すように、図2の不揮発
性半導体記憶装置では一括消去モードが存在し、この場
合には前記拡散領域11A,11Bの両方に+5Vの消
去電圧が印加される。これに対し図6は、従来の別のM
ONOS型不揮発性半導体記憶装置に使われるメモリセ
ルトランジスタの構成を示す。
Further, as shown in Table 1, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 2 has a batch erase mode. In this case, an erase voltage of +5 V is applied to both the diffusion regions 11A and 11B. On the other hand, FIG. 6 shows another conventional M
1 shows a configuration of a memory cell transistor used in an ONOS nonvolatile semiconductor memory device.

【0016】図6を参照するに、メモリセルトランジス
タは拡散領域21Aと拡散領域21Bとを形成されたS
i基板21上に形成され、前記拡散領域21Aと21B
との間のチャネル領域を覆うように形成された酸化膜2
2Aと、前記酸化膜22A上に形成された蓄積窒化膜2
2Bと、前記蓄積窒化膜22B上に形成された別の酸化
膜22Cと、前記別の酸化膜22C上に形成された別の
蓄積窒化膜22Dと、前記別の窒化膜22D上に形成さ
れたさらに別の酸化膜22Eとよりなり、前記別の酸化
膜22E上にはポリシリコンよりなるコントロールゲー
ト電極23が形成されている。
Referring to FIG. 6, the memory cell transistor has an S region having a diffusion region 21A and a diffusion region 21B.
The diffusion regions 21A and 21B formed on the i-substrate 21
Oxide film 2 formed so as to cover the channel region between
2A and the storage nitride film 2 formed on the oxide film 22A.
2B, another oxide film 22C formed on the storage nitride film 22B, another storage nitride film 22D formed on the other oxide film 22C, and formed on the other nitride film 22D. A control gate electrode 23 made of polysilicon is formed on another oxide film 22E.

【0017】図6のメモリセルトランジスタでは情報
を、Si基板21中のチャネル領域から蓄積窒化膜22
Bあるいは蓄積窒化膜22Dに、SiO2 膜22Aある
いは22Cを横切るファウラー・ノルトハイム型のトン
ネル電流の形で書き込む。拡散領域近傍において加速さ
れたホットエレクトロンを使うわけではないので、図1
のMONOS型不揮発性半導体記憶装置におけるような
「forward」「reverse」の区別は生じな
い。
In the memory cell transistor of FIG. 6, information is transferred from the channel region in the Si substrate 21 to the storage nitride film 22.
B or the storage nitride film 22D is written in the form of a Fowler-Nordheim type tunnel current crossing the SiO 2 film 22A or 22C. Since hot electrons accelerated in the vicinity of the diffusion region are not used, FIG.
No distinction is made between "forward" and "reverse" as in the MONOS type nonvolatile semiconductor memory device described above.

【0018】図7(A),(B)および図8(C)は、
図6の従来のメモリセルトランジスタにおける情報の書
込みおよび読み出しを示す。図7(A)を参照するに、
この状態では蓄積窒化膜22B,22Dには電荷は注入
されておらず、従ってメモリセルトランジスタは本来の
しきい値電圧を有し、例えば前記拡散領域21Bに+1
Vの電圧を印加し、前記拡散領域21Aを接地し、さら
に前記コントロールゲート電極23に+5Vの読み出し
ゲート電圧を印加することにより、前記チャネル領域を
キャリアが流れる。ただし、キャリアは前記拡散領域2
1Aの近傍で広がり拡散領域21Bの近傍で狭まる断面
積プロファイル21aを有する。
FIGS. 7 (A), 7 (B) and 8 (C)
7 illustrates writing and reading of information in the conventional memory cell transistor of FIG. 6. Referring to FIG. 7A,
In this state, no charge is injected into the storage nitride films 22B and 22D, and therefore, the memory cell transistor has an original threshold voltage.
By applying a voltage of V, grounding the diffusion region 21A, and applying a readout gate voltage of +5 V to the control gate electrode 23, carriers flow through the channel region. However, the carrier is the diffusion region 2
It has a cross-sectional area profile 21a that expands near 1A and narrows near the diffusion region 21B.

【0019】次に図7(B)は、前記蓄積窒化膜22B
に電荷が蓄積され、その上の蓄積窒化膜22Dには電荷
が蓄積されない状態における、情報の読み出しを示す。
先にも説明したように、図6に示す従来の不揮発性半導
体記憶装置では、電荷は前記蓄積窒化膜22Bに、前記
拡散領域21Aあるいは21B近傍において発生したホ
ットエレクトロンではなく、ファウラー・ノルトハイム
型トンネル電流として注入されるため、前記窒化膜22
Bの全体にわたって保持されている。
Next, FIG. 7B shows the storage nitride film 22B.
Shows the reading of information in a state where charges are stored in the storage nitride film 22D and no charge is stored in the storage nitride film 22D.
As described above, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 6, the electric charge is not stored in the storage nitride film 22B but in the Fowler-Nordheim tunnel instead of the hot electrons generated in the vicinity of the diffusion region 21A or 21B. Since the current is injected as a current,
B is retained throughout.

【0020】このような状態で前記拡散領域21A,2
1Bの一方を接地し他方に+1Vの電圧を印加した場
合、前記メモリセルトランジスタのしきい値電圧は前記
蓄積窒化膜22B中の電荷の影響により変化している
が、図示の例では前記コントロールゲート電極23に印
加される読み出しゲート電圧が+7Vになった時点で前
記メモリセルトランジスタは導通する。
In this state, the diffusion regions 21A, 2A
1B is grounded and a voltage of +1 V is applied to the other, the threshold voltage of the memory cell transistor changes due to the influence of the charge in the storage nitride film 22B. When the read gate voltage applied to the electrode 23 becomes +7 V, the memory cell transistor becomes conductive.

【0021】さらに図8(C)は、前記蓄積窒化膜22
Bおよび22Dに電荷が蓄積された状態における、情報
の読み出しを示す。図8(C)を参照するに、この場合
には前記拡散領域21A,21Bの一方が接地され、他
方に+1Vの電圧を印加した状態で、前記コントロール
ゲート電極23に印加される読み出しゲート電圧を増加
させていった場合、+9Vに達した時点で前記メモリセ
ルトランジスタが導通する。
FIG. 8C shows the state of the storage nitride film 22.
The reading of information in a state where charges are accumulated in B and 22D is shown. Referring to FIG. 8C, in this case, with one of the diffusion regions 21A and 21B grounded and a voltage of +1 V applied to the other, the read gate voltage applied to the control gate electrode 23 is reduced. When the voltage is increased, the memory cell transistor becomes conductive when the voltage reaches + 9V.

【0022】図9は、このようなメモリセルトランジス
タのしきい値と、前記蓄積窒化膜22Bおよび22D中
における電荷との関係を示す。ただし図9中、(A)は
図7(A)の状態に対応し、メモリセルトランジスタは
しきい値V1を有する。これに対し、同図中(B)は図
7(B)の状態に対応し、メモリセルトランジスタはし
きい値V2を有する。さらに(C)は図8(C)の状態
に対応し、メモリセルトランジスタはしきい値V3を有
する。
FIG. 9 shows the relationship between the threshold voltage of such a memory cell transistor and the charge in the storage nitride films 22B and 22D. Note that in FIG. 9, (A) corresponds to the state of FIG. 7A, and the memory cell transistor has the threshold value V1. 7B corresponds to the state of FIG. 7B, and the memory cell transistor has the threshold value V2. 8C corresponds to the state of FIG. 8C, and the memory cell transistor has a threshold value V3.

【0023】このように図6の不揮発性半導体記憶装置
では、図7(A),(B)および図8(C)の状態に対
応した3値の情報を保持することが可能である。
As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 6, it is possible to hold ternary information corresponding to the states shown in FIGS. 7A, 7B and 8C.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】先にも説明したよう
に、図2の従来のMONOS型不揮発性半導体記憶装置
では、2値で4つの情報の書込みおよび読み出しが可能
であるが、それ以上の多値書込みはできない。また、図
6の不揮発性半導体記憶装置では、3値以上の多値書込
みおよび読み出しはできない。
As described above, in the conventional MONOS type nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 2, it is possible to write and read four pieces of information in two values. Multi-level writing is not possible. Further, in the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 6, multi-level writing and reading of three or more values cannot be performed.

【0025】このように、図2あるいは図6の従来の不
揮発性半導体記憶装置では、記憶できる情報量を増大さ
せようとすると、より高解像度の露光工程を使って微細
化を進める以外に方法がないが、このような書込みある
いは消去に際して高い電圧を印加する必要のある不揮発
性半導体記憶装置では、微細化にも自ずから限界があ
る。
As described above, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 2 or FIG. 6, in order to increase the amount of information that can be stored, there is a method other than advancing miniaturization using a higher resolution exposure process. However, in a nonvolatile semiconductor memory device that needs to apply a high voltage for such writing or erasing, there is naturally a limit to miniaturization.

【0026】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用な不揮発性半導体記憶装置を提供することを
概括的課題とする。本発明のより具体的な課題は、3値
を超える多値情報および4つ以上の多情報を保持できる
不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
Therefore, the present invention has solved the above problems,
It is a general object to provide a new and useful nonvolatile semiconductor memory device. A more specific object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can hold multi-valued information exceeding three values and four or more pieces of multi-information.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題の解
決のため、例えば以下を手段とする。第1および第2の
拡散領域を形成された基板と、前記基板上に、前記第1
の拡散領域と第2の拡散領域との間のチャネル領域を覆
うように形成された積層ゲート構造と、前記積層ゲート
構造上に形成されたコントロール電極とよりなり、前記
積層ゲート構造は、第1および第2の誘電体膜を順次積
層した積層構造を繰り返し積層してなる不揮発性半導体
記憶装置において、前記第1および第2の拡散領域の少
なくとも一方に、前記チャネル領域においてホットエレ
クトロンが発生するような書込み電圧を印加する書込み
電圧発生回路を備えたことを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。
The present invention has, for example, the following means for solving the above-mentioned problems. A substrate on which first and second diffusion regions are formed, and the first substrate on the substrate;
A stacked gate structure formed so as to cover a channel region between the diffusion region and the second diffusion region; and a control electrode formed on the stacked gate structure. And a stacked structure in which a second dielectric film is sequentially stacked, wherein hot electrons are generated in the channel region in at least one of the first and second diffusion regions. A non-volatile semiconductor memory device comprising a write voltage generation circuit for applying an appropriate write voltage.

【0028】また、以下を手段とすることも良い。第1
および第2の拡散領域を形成された基板と、前記基板上
に、前記第1の拡散領域と第2の拡散領域との間のチャ
ネル領域を覆うように形成された積層ゲート構造と、前
記積層ゲート構造上に形成されたコントロール電極とよ
りなり、前記積層ゲート構造は、第1および第2の誘電
体膜を順次積層した積層構造を繰り返し積層してなる不
揮発性半導体記憶装置において、前記不揮発性半導体装
置は前記第1の拡散領域に第1の読み出し電圧を、また
前記第2の拡散領域に第2の読み出し電圧を印加した第
1の読み出しモードと、前記第1の拡散領域に前記第2
の読み出し電圧を、また前記第1の拡散領域に前記第1
の読み出し電圧を印加した第2の読み出しモードとで、
異なったしきい値電圧を示し、前記第1の読み出しモー
ドと前記第2の読み出しモードのいずれにおいても、前
記しきい値電圧は、複数の異なったしきい値のうちから
選択された一つの値を有することを特徴とする不揮発性
半導体記憶装置。
Further, the following means may be used. First
A stacked gate structure formed on the substrate to cover a channel region between the first diffusion region and the second diffusion region; and a stacked gate structure formed on the substrate so as to cover a channel region between the first diffusion region and the second diffusion region. A non-volatile semiconductor memory device comprising a control electrode formed on a gate structure, wherein the stacked gate structure is formed by repeatedly stacking a stacked structure in which first and second dielectric films are sequentially stacked. A first read mode in which a first read voltage is applied to the first diffusion region and a second read voltage is applied to the second diffusion region; and a second read mode in which the second read voltage is applied to the first diffusion region.
And the first diffusion region is supplied to the first diffusion region.
And a second read mode in which a read voltage of
Different threshold voltages, wherein in each of the first read mode and the second read mode, the threshold voltage is a value selected from a plurality of different threshold values. A nonvolatile semiconductor memory device comprising:

【0029】[作用]本発明によれば、前記第1および
第2の誘電体膜の積層構造を繰り返し積層して形成した
積層ゲート構造中に、電荷をホットエレクトロンの形
で、前記第1あるいは第2の拡散領域に様々な書込み電
圧を印加しながら注入することにより、電荷が前記積層
ゲート構造中において複数層にわたって保持される。こ
れらの異なった状態により、本発明の不揮発性半導体記
憶装置は、従来の不揮発性半導体記憶装置を超える多値
書込みを実現することができる。その際、前記電荷は各
層において前記第1の拡散領域寄りの部分あるいは第2
の拡散領域寄りの部分に保持され、従って読み出しを第
1の拡散領域の側、および第2の拡散領域の側から行な
うことにより、前記多値書込みデータを、互いに区別し
ながら読み出すことが可能になる。
[Operation] According to the present invention, charges are transferred in the form of hot electrons to the first or second dielectric film in a stacked gate structure formed by repeatedly stacking the stacked structure of the first and second dielectric films. By injecting the second diffusion region while applying various write voltages, electric charges are held in a plurality of layers in the stacked gate structure. Due to these different states, the non-volatile semiconductor memory device of the present invention can realize multi-level writing that exceeds the conventional non-volatile semiconductor memory device. At this time, the electric charge is transferred to the portion near the first diffusion region or the second diffusion region in each layer.
The multi-level write data can be read while being distinguished from each other by performing reading from the first diffusion region side and the second diffusion region side. Become.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】図10は、本発明の第1実施例に
よる不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルトラン
ジスタの構成を示す。図10を参照するに、前記メモリ
セルトランジスタはn型拡散領域41A,41Bを形成
されたp型Si基板41上に形成され、前記Si基板4
1上には前記拡散領域41Aと41Bとの間のチャネル
領域を覆うように、厚さが1〜5nmの熱酸化膜膜(ト
ンネル酸化膜)42Aと厚さが5〜15nmのCVD−
SiN膜(蓄積窒化膜)42Bとが繰り返し積層され積
層ゲート構造42が形成される。さらに前記積層ゲート
構造42上には、ポリシリコンコントロールゲート電極
43が形成される。
FIG. 10 shows a configuration of a memory cell transistor in a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the memory cell transistor is formed on a p-type Si substrate 41 on which n-type diffusion regions 41A and 41B are formed.
A thermal oxide film (tunnel oxide film) 42A having a thickness of 1 to 5 nm and a CVD-film having a thickness of 5 to 15 nm are formed on the substrate 1 so as to cover a channel region between the diffusion regions 41A and 41B.
The stacked gate structure 42 is formed by repeatedly stacking the SiN film (storage nitride film) 42B. Further, a polysilicon control gate electrode 43 is formed on the stacked gate structure 42.

【0031】図11(A),(B)は、前記積層ゲート
構造42中に電荷が捕獲されていない状態における、前
記メモリセルトランジスタの読み出しを説明する図であ
る。図11(A)を参照するに、前記コントロールゲー
ト電極43には+5Vの読み出しゲート電圧が印加さ
れ、前記拡散領域41Aが接地、前記拡散領域41Bに
+1Vの読み出し電圧が印加されている。かかる、チャ
ネル領域中を拡散領域41Aから41Bに流れるキャリ
アによる読み出しを、以下では「forward読み出
し」と称することにする。
FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining reading of the memory cell transistor in a state where no electric charge is captured in the stacked gate structure 42. FIG. Referring to FIG. 11A, a read gate voltage of +5 V is applied to the control gate electrode 43, the diffusion region 41A is grounded, and a read voltage of +1 V is applied to the diffusion region 41B. Such reading by carriers flowing from the diffusion regions 41A to 41B in the channel region will be referred to as "forward reading" hereinafter.

【0032】この状態では、前記積層ゲート構造42中
に電荷が保持されていないため、前記メモリセルトラン
ジスタは本来のしきい値電圧を示し、前記チャネル領域
中をキャリア(電子)が前記拡散領域41Aから拡散領
域41Bまで流れる。その結果、前記チャネル領域中に
は、前記拡散領域41Aの側で広がり、拡散領域41B
の側で狭まる断面形状のプロファイルを有するチャネル
41aが形成される。
In this state, since no charge is held in the stacked gate structure 42, the memory cell transistor exhibits an original threshold voltage, and carriers (electrons) flow through the channel region in the diffusion region 41A. To the diffusion region 41B. As a result, the diffusion region 41B spreads in the channel region on the side of the diffusion region 41A.
A channel 41a having a profile of a cross-sectional shape narrowing on the side of is formed.

【0033】図11(B)は、前記拡散領域41A,4
1Bに印加される読み出し電圧を入れ替え、前記拡散領
域41Bを接地、前記拡散領域41Aに+1Vの電圧を
印加した状態を示す。このようなチャネル領域中を拡散
領域41Bから41Aに流れるキャリアによる読み出し
を、以下では「reverse読み出し」と称すること
にする。
FIG. 11B shows the diffusion regions 41A, 4A.
1B shows a state where the read voltage applied to 1B is replaced, the diffusion region 41B is grounded, and a voltage of +1 V is applied to the diffusion region 41A. Such reading by carriers flowing from the diffusion regions 41B to 41A in the channel region will be hereinafter referred to as "reverse reading".

【0034】図11(B)を参照するに、この状態にお
いても前記積層ゲート構造42中には電荷が保持されな
いため、メモリセルトランジスタは図11(A)と同一
のしきい値電圧を示し、前記チャネル領域中には電子が
前記拡散領域41Bから拡散領域41Aに流れるチャネ
ル41bが形成される。前記チャネル41bは、前記拡
散領域41Bの側で広がり、拡散領域41Aの側で狭ま
る断面形状のプロファイルを有する。
Referring to FIG. 11B, even in this state, no charge is held in the stacked gate structure 42, so that the memory cell transistor has the same threshold voltage as that of FIG. A channel 41b in which electrons flow from the diffusion region 41B to the diffusion region 41A is formed in the channel region. The channel 41b has a cross-sectional profile that expands on the diffusion region 41B side and narrows on the diffusion region 41A side.

【0035】これに対し、図12(C),(D)は、前
記積層ゲート構造42中、最下層の蓄積窒化膜42Bの
うち、前記拡散領域41B寄りの部分に電荷がトラップ
された状態を示す。かかる拡散領域41B寄りの部分へ
の電荷の注入は、前記チャネル領域中、前記拡散領域4
1B寄りの部分においてホットエレクトロンを発生さ
せ、同時に前記コントロールゲート電極43に所定の書
込みゲート電圧を印加し、発生したホットエレクトロン
を前記トンネル酸化膜42Aを介して注入することによ
りなされる。
On the other hand, FIGS. 12C and 12D show a state where charges are trapped in a portion near the diffusion region 41 B in the lowermost storage nitride film 42 B in the laminated gate structure 42. Show. The injection of the charge into the portion near the diffusion region 41B is performed in the channel region in the diffusion region 4B.
This is performed by generating hot electrons in a portion near 1B, simultaneously applying a predetermined write gate voltage to the control gate electrode 43, and injecting the generated hot electrons through the tunnel oxide film 42A.

【0036】図12(C)を参照するに、この状態にお
いて前記コントロールゲート電極43に+5Vのゲート
電圧を印加し、前記拡散領域41Bに+1Vの読み出し
電圧を印加、さらに前記拡散領域41Aを接地した場合
には、前記蓄積窒化膜42B中にトラップされた電荷は
前記拡散領域41Bから張り出した空乏層に対応する位
置にあるため、前記メモリセルトランジスタのしきい値
特性はほとんど影響を受けない。また、これに伴い、前
記チャネル領域中には先のプロファイル41aと殆ど変
わらないキャリア分布プロファイルを有するチャネル4
1cが形成される。
Referring to FIG. 12C, in this state, a gate voltage of +5 V is applied to the control gate electrode 43, a read voltage of +1 V is applied to the diffusion region 41B, and the diffusion region 41A is grounded. In this case, the charge trapped in the storage nitride film 42B is located at a position corresponding to the depletion layer protruding from the diffusion region 41B, so that the threshold characteristic of the memory cell transistor is hardly affected. Accordingly, in the channel region, the channel 4 having a carrier distribution profile almost the same as the profile 41a is provided.
1c is formed.

【0037】これに対し、図12(D)に示すように前
記コントロールゲート電極43に+5Vのゲート電圧を
印加し、前記拡散領域41Aに+1Vの読み出し電圧を
印加し、さらに前記拡散領域41Bを接地した場合に
は、空乏層が前記拡散領域41Aから張り出すため、前
記蓄積窒化膜42B中にトラップされた電荷は、前記チ
ャネル領域中を前記拡散領域41Bから拡散領域41A
に流れるキャリアを実際に遮断してしまい、これに対応
して前記チャネル領域中に形成されるチャネル41d
も、前記拡散領域41Bの近傍において遮断されている
のがわかる。このような状態では、前記メモリセルトラ
ンジスタのしきい値電圧は増大し、前記チャネル領域を
導通させるには、より高いゲート電圧が必要になる。
On the other hand, as shown in FIG. 12D, a gate voltage of +5 V is applied to the control gate electrode 43, a read voltage of +1 V is applied to the diffusion region 41A, and the diffusion region 41B is grounded. In this case, the depletion layer overhangs from the diffusion region 41A, so that the charges trapped in the storage nitride film 42B are transferred from the diffusion region 41B to the diffusion region 41A in the channel region.
Actually cuts off the carriers flowing through the channel 41d and correspondingly forms a channel 41d formed in the channel region.
Is also blocked in the vicinity of the diffusion region 41B. In such a state, the threshold voltage of the memory cell transistor increases, and a higher gate voltage is required to make the channel region conductive.

【0038】図13(E),(F)は、前記積層ゲート
構造42中、最下層の蓄積窒化膜42Bおよびその上の
蓄積窒化膜42Dにおいて、前記拡散領域41B寄りの
部分に電荷がトラップされた状態を示す。かかる拡散領
域41B寄りの部分への電荷の注入は、前記チャネル領
域中、前記拡散領域41B寄りの部分において図12
(C),(D)の場合よりも高いエネルギのホットエレ
クトロンを発生させ、さらに前記コントロールゲート電
極43に図12(C),(D)の場合よりも高い書込み
ゲート電圧を印加することで、前記ホットエレクトロン
を前記下側および上側の蓄積窒化膜42B,42Cに注
入することによりなされる。
FIGS. 13E and 13F show that electric charges are trapped in a portion near the diffusion region 41B in the lowermost storage nitride film 42B and the upper storage nitride film 42D in the stacked gate structure 42. It shows the state that it was. The charge injection into the portion near the diffusion region 41B is performed in the portion near the diffusion region 41B in the channel region as shown in FIG.
By generating hot electrons with higher energy than in the cases of (C) and (D) and applying a higher write gate voltage to the control gate electrode 43 than in the case of FIGS. 12 (C) and (D), This is performed by injecting the hot electrons into the lower and upper storage nitride films 42B and 42C.

【0039】図13(E)を参照するに、この状態にお
いて前記コントロールゲート電極43に+5Vのゲート
電圧を印加し、前記拡散領域41Bに+1Vの読み出し
電圧を印加、さらに前記拡散領域41Aを接地した場合
には、前記蓄積窒化膜42B中にトラップされた電荷は
前記拡散領域41Bから張り出した空乏層に対応する位
置にあるため、前記メモリセルトランジスタのしきい値
特性はほとんど影響を受けない。また、これに伴い、前
記チャネル領域中には先のプロファイル41aと殆ど変
わらないキャリア分布プロファイルを有するチャネル4
1eが形成される。
Referring to FIG. 13E, in this state, a gate voltage of +5 V is applied to the control gate electrode 43, a read voltage of +1 V is applied to the diffusion region 41B, and the diffusion region 41A is grounded. In this case, the charge trapped in the storage nitride film 42B is located at a position corresponding to the depletion layer protruding from the diffusion region 41B, so that the threshold characteristic of the memory cell transistor is hardly affected. Accordingly, in the channel region, the channel 4 having a carrier distribution profile almost the same as the profile 41a is provided.
1e is formed.

【0040】これに対し、図13(F)に示すように前
記コントロールゲート電極43に+5Vのゲート電圧を
印加し、前記拡散領域41Aに+1Vの読み出し電圧を
印加し、さらに前記拡散領域41Bを接地した場合に
は、空乏層が前記拡散領域41Aから張り出すため、前
記蓄積窒化膜42Bと42D中にトラップされた電荷
は、前記チャネル領域中を前記拡散領域41Bから拡散
領域41Aに流れるキャリアを実際に遮断してしまい、
これに対応して前記チャネル領域中に形成されるチャネ
ル41fも、前記拡散領域41Bの近傍において遮断さ
れているのがわかる。このような状態では、前記メモリ
セルトランジスタのしきい値電圧は図12(D)の場合
よりもさらに増大し、前記チャネル領域を導通させるに
は、より高いゲート電圧が必要になる。
On the other hand, as shown in FIG. 13F, a gate voltage of +5 V is applied to the control gate electrode 43, a read voltage of +1 V is applied to the diffusion region 41A, and the diffusion region 41B is grounded. In this case, since the depletion layer overhangs from the diffusion region 41A, the charges trapped in the storage nitride films 42B and 42D actually cause carriers flowing from the diffusion region 41B to the diffusion region 41A in the channel region. And shut off
It can be seen that the channel 41f formed in the channel region is also cut off in the vicinity of the diffusion region 41B. In such a state, the threshold voltage of the memory cell transistor is further increased than in the case of FIG. 12D, and a higher gate voltage is required to make the channel region conductive.

【0041】図14は、図11(A)〜図13(F)の
各状態において前記メモリセルトランジスタが示すしき
い値を示す。図14を参照するに、前記図11(A),
(B)および図12(C),図13(E)の状態では、
メモリセルトランジスタのしきい値電圧はおおよそV1
であるのに対し、図12(D)の状態では前記しきい値
電圧はV2まで増大している。さらに図13(F)の状
態では、しきい値電圧はさらに大きいV3まで増大して
いる。
FIG. 14 shows the threshold value of the memory cell transistor in each of the states shown in FIGS. 11 (A) to 13 (F). Referring to FIG. 14, FIG.
(B) and the states of FIGS. 12 (C) and 13 (E),
The threshold voltage of the memory cell transistor is approximately V1
On the other hand, in the state of FIG. 12D, the threshold voltage has increased to V2. Further, in the state shown in FIG. 13F, the threshold voltage has increased to V3, which is even higher.

【0042】このように前記積層ゲート構造42中に複
数の蓄積窒化膜を形成することにより、本発明による不
揮発性半導体記憶装置は従来のものよりもより多値のデ
ータを保持することが可能になる。図15(A)〜
(H)および図16(I)は、図10のメモリセルトラ
ンジスタがとり得る状態を示す。このうち、図16
(I)は図11(A),(B)の状態に対応し、一方図
15(A)は図12(C),(D)の状態に、さらに図
15(B)は図13(E),(F)の状態に対応する。
また、残りの状態(C)〜(H)は、これらの状態の組
み合わせになっている。
By forming a plurality of storage nitride films in the stacked gate structure 42 in this manner, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can hold multi-value data more than the conventional one. Become. FIG.
FIGS. 16H and 16I show possible states of the memory cell transistor of FIG. Among them, FIG.
(I) corresponds to the states of FIGS. 11 (A) and (B), while FIG. 15 (A) corresponds to the states of FIGS. 12 (C) and (D), and FIG. 15 (B) corresponds to FIG. ) And (F).
The remaining states (C) to (H) are combinations of these states.

【0043】以下の表2は、図15(A)〜(H)の状
態への書込み条件の例を示す。
Table 2 below shows examples of write conditions for the states shown in FIGS. 15A to 15H.

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】例えば図15(A)の状態を書き込むに
は、表2の条件1を使う。一方、図15(B)の状態を
書き込みには、表2の条件3を使う。さらに図15
(C)の状態を書き込むには、表2の条件2が使われ、
図15(D)の状態を書き込むには表2の条件4が使わ
れる。また、図15(E)の状態を書き込むには、表2
の条件2と条件3とが使われ、図15(F)の状態を書
き込むには、表2の条件1と条件4とが使われる。さら
に図15(G)の状態を書き込むには表2の条件1と条
件2とが使われ、図15(H)の状態を書き込むには、
表2の条件3と条件4とが使われる。
For example, to write the state shown in FIG. 15A, condition 1 in Table 2 is used. On the other hand, the condition 3 in Table 2 is used to write the state of FIG. Further, FIG.
To write the state of (C), condition 2 in Table 2 is used,
To write the state of FIG. 15D, condition 4 in Table 2 is used. To write the state shown in FIG.
Conditions 2 and 3 are used, and conditions 1 and 4 in Table 2 are used to write the state of FIG. To write the state shown in FIG. 15G, the conditions 1 and 2 in Table 2 are used. To write the state shown in FIG.
Conditions 3 and 4 in Table 2 are used.

【0046】表2を参照するに、条件1では前記コント
ロールゲート電極43に+10Vの書込みゲート電圧が
印加され、前記拡散領域41Aを接地し前記拡散領域4
1Bに+5Vの書込み電圧が印加される。これにより、
前記拡散領域41Bの近傍においてホットエレクトロン
が発生し、第1層目の蓄積窒化膜42Bのうち、前記拡
散領域41B寄りの部分に「forward書込み」が
なされる。一方、前記条件2では、前記コントロールゲ
ート電極43に印加される書込みゲート電圧は+10V
のままだが、前記拡散領域41A,41Bに印加される
書込み電圧が入れ替わり、その結果前記第1層目の蓄積
窒化膜42Bのうち、前記拡散領域41A寄りの部分に
「reverse書込み」がなされる。
Referring to Table 2, under condition 1, a write gate voltage of +10 V is applied to the control gate electrode 43, the diffusion region 41A is grounded and the diffusion region
A write voltage of +5 V is applied to 1B. This allows
Hot electrons are generated in the vicinity of the diffusion region 41B, and “forward writing” is performed on a portion near the diffusion region 41B in the first-layer storage nitride film 42B. On the other hand, under the condition 2, the write gate voltage applied to the control gate electrode 43 is +10 V
However, the write voltage applied to the diffusion regions 41A and 41B is switched, and as a result, "reverse writing" is performed on the portion near the diffusion region 41A in the first-layer storage nitride film 42B.

【0047】さらに、条件3では前記コントロールゲー
ト電極43により高い+12Vの書込みゲート電圧が印
加され、前記拡散領域41Aを接地し前記拡散領域41
Bにより高い+7Vの書込み電圧が印加される。これに
より、前記拡散領域41Bの近傍においてより高エネル
ギのホットエレクトロンが発生し、第1層目の蓄積窒化
膜42Bのみならず、第2層目の蓄積窒化膜42Dのう
ち、前記拡散領域41B寄りの部分にも「forwar
d書込み」がなされる。一方、前記条件4では、前記コ
ントロールゲート電極43に印加される書込みゲート電
圧は+12Vのままだが、前記拡散領域41A,41B
に印加される書込み電圧が入れ替わり、その結果前記第
1層目の蓄積窒化膜42Bおよび第2層目の蓄積窒化膜
42Dのうち、前記拡散領域41A寄りの部分に「re
verse書込み」が行われる。
Further, under condition 3, a higher write gate voltage of +12 V is applied to the control gate electrode 43, the diffusion region 41A is grounded and the diffusion region 41A is grounded.
B applies a higher write voltage of + 7V. As a result, hot electrons having higher energy are generated in the vicinity of the diffusion region 41B, so that not only the first storage nitride film 42B but also the second storage nitride film 42D near the diffusion region 41B. "Forward
d writing "is performed. On the other hand, under the condition 4, the write gate voltage applied to the control gate electrode 43 remains +12 V, but the diffusion regions 41A, 41B
The write voltage applied to the first and second storage nitride films 42B and 42D is closer to the diffusion region 41A.
Verse writing "is performed.

【0048】さらに、表2は条件5および6に、前記f
orward読み出しおよび前記reverse読み出
しの条件が示されている。条件5および6は先に図11
(A)〜13(F)で説明したのと同様である。以上の
条件1〜6において、前記基板41自体は接地されてい
る。さらに、表2は、前記積層ゲート構造42中に蓄積
された情報、すなわち電荷を消去する条件をも示す。
Further, Table 2 shows that the above conditions f and
The conditions of the backward read and the reverse read are shown. Conditions 5 and 6 are as shown in FIG.
This is the same as described in (A) to 13 (F). Under the above conditions 1 to 6, the substrate 41 itself is grounded. Table 2 also shows conditions for erasing information stored in the stacked gate structure 42, that is, charges.

【0049】表2を参照するに、前記条件1あるいは3
のforward書込みモードで書き込まれた情報を消
去するには、条件7に示すように前記拡散領域41Bに
+7Vの消去電圧を印加し、さらに前記コントロールゲ
ート電極43に−7Vの消去ゲート電圧を印加すること
により、前記蓄積窒化膜42Bあるいは42Dのうち
の、前記拡散領域41B寄りの部分にホールを注入す
る。この時、前記拡散領域11Aはフローティング状態
にし、また前記Si基板41自体は接地しておく。ま
た、前記条件2あるいは4のreverse書込みモー
ドで書き込まれた情報を消去するには、条件8に示すよ
うに、前記拡散領域41Aに+7Vの消去電圧を印加
し、さらに前記コントロールゲート電極43に−7Vの
消去ゲート電圧を印加することにより、前記蓄積窒化膜
42Bあるいは42Dのうちの、前記拡散領域41B寄
りの部分にホールを注入する。この時、前記拡散領域4
1Bはフローティング状態、またSi基板41を接地し
ておく。
Referring to Table 2, the conditions 1 or 3
In order to erase information written in the forward write mode, an erasing voltage of +7 V is applied to the diffusion region 41B as shown in a condition 7, and an erasing gate voltage of -7 V is applied to the control gate electrode 43. As a result, holes are injected into a portion of the storage nitride film 42B or 42D near the diffusion region 41B. At this time, the diffusion region 11A is in a floating state, and the Si substrate 41 itself is grounded. In order to erase the information written in the reverse write mode of the condition 2 or 4, as shown in the condition 8, an erasing voltage of +7 V is applied to the diffusion region 41A, and the negative voltage is applied to the control gate electrode 43. By applying an erase gate voltage of 7 V, holes are injected into a portion of the storage nitride film 42B or 42D near the diffusion region 41B. At this time, the diffusion region 4
1B is in a floating state, and the Si substrate 41 is grounded.

【0050】さらに、条件9に示すように、前記拡散領
域41Aおよび41Bに+7Vの消去電圧を印加するこ
とにより、一括消去を行なうことも可能である。条件7
〜9の消去モードにおいても、前記Si基板41は接地
されているのがわかる。図17(A)〜図18(G)
は、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造工程を示
す。
Further, as shown in condition 9, the collective erasing can be performed by applying an erasing voltage of +7 V to the diffusion regions 41A and 41B. Condition 7
It can be seen that the Si substrate 41 is grounded also in the erasing modes of Nos. To 9. FIG. 17 (A) to FIG. 18 (G)
9 shows a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【0051】図17(A)を参照するに、前記Si基板
41上には熱酸化工程により前記熱酸化膜42Aが1〜
5nmの厚さに形成され、前記熱酸化膜42A上には、
CVD法によりSiN膜が、前記蓄積窒化膜42Bとし
て、5〜15nmの厚さに形成される。さらに図17
(B)の工程において、前記蓄積窒化膜42Bの表面を
熱酸化することにより、前記熱酸化膜42Cが1〜5n
mの厚さに形成され、ざらに前記熱酸化膜42C上に
は、CVD法により、SiN膜が、前記蓄積窒化膜42
Dとして、5〜15nmの厚さに形成される。
Referring to FIG. 17A, the thermal oxide film 42A is formed on the Si substrate 41 by a thermal oxidation process.
The thermal oxide film 42A is formed to a thickness of 5 nm.
An SiN film is formed to a thickness of 5 to 15 nm as the storage nitride film 42B by the CVD method. FIG.
In the step (B), the surface of the storage nitride film 42B is thermally oxidized so that the thermal oxide film 42C has a thickness of 1 to 5n.
m, and an SiN film is roughly formed on the thermal oxide film 42C by the CVD method.
D is formed to a thickness of 5 to 15 nm.

【0052】さらに、図17(C)の工程において、前
記蓄積窒化膜42Dの表面に、熱酸化により、前記熱酸
化膜42Eが1〜5nmの厚さに形成される。さらに図
17(D)の工程において、前記熱酸化膜42E上にレ
ジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマス
クに前記誘電体膜42E〜42AをRIE法により順次
ドライエッチングし、前記積層ゲート構造42を形成す
る。
Further, in the step of FIG. 17C, the thermal oxide film 42E is formed to a thickness of 1 to 5 nm on the surface of the storage nitride film 42D by thermal oxidation. 17D, a resist pattern is formed on the thermal oxide film 42E, and the dielectric films 42E to 42A are sequentially dry-etched by the RIE method using the resist pattern as a mask. To form

【0053】次に、図18(E)の工程において前記S
i基板41中に前記レジストパターンをマスクにAs+
のイオン注入を行ない、前記積層ゲート構造42に隣接
して前記拡散領域41A,41Bを形成する。さらに図
18(F)の工程において図18(E)の構造を熱酸化
工程により熱酸化膜42Iで覆い、さらに図18(G)
の工程において図18(F)の構造を覆うようにポリシ
リコン膜を堆積し、さらにこれをパターニングすること
により、前記コントロールゲート電極43を形成する。
前記コントロールゲート電極43は図18(F)中を左
右に延在し、不揮発性半導体記憶装置のワード線WLを
形成する。一方、前記拡散領域41Aと41Bは、図1
8(F)中を紙面に垂直な方向に延在し、ビット線BL
を形成する。[第2実施例]図19,20は、本発明の
第2実施例による、いわゆる埋め込みビット線を有する
不揮発性半導体記憶装置の構成を示す平面図および断面
図である。ただし、図19,20中において先に説明し
た部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Next, in the step of FIG.
In the i-substrate 41, As +
Is performed to form the diffusion regions 41A and 41B adjacent to the stacked gate structure. In the step of FIG. 18F, the structure of FIG. 18E is covered with a thermal oxide film 42I by a thermal oxidation step.
In this step, a polysilicon film is deposited so as to cover the structure shown in FIG. 18F, and the polysilicon film is patterned to form the control gate electrode 43.
The control gate electrode 43 extends left and right in FIG. 18F, and forms a word line WL of the nonvolatile semiconductor memory device. On the other hand, the diffusion regions 41A and 41B
8 (F) in the direction perpendicular to the plane of the drawing, and the bit line BL
To form [Second Embodiment] FIGS. 19 and 20 are a plan view and a sectional view showing a structure of a nonvolatile semiconductor memory device having a so-called embedded bit line according to a second embodiment of the present invention. 19 and 20 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

【0054】図19,20を参照するに、Si基板41
表面には、各々帯状をした複数の素子分離絶縁膜41f
が相互に平行に延在し、前記Si基板41中には、前記
素子分離絶縁膜41fの表面に沿って拡散領域41A,
41Bが、前記素子分離絶縁膜41fと同様に帯状に延
在する。前記拡散領域41A,41Bは、前記Si基板
41中に埋め込まれたビット線BLを形成する。
Referring to FIGS. 19 and 20, an Si substrate 41 is formed.
A plurality of strip-shaped element isolation insulating films 41f are formed on the surface.
Extend in parallel with each other, and in the Si substrate 41, along the surface of the element isolation insulating film 41f, a diffusion region 41A,
41B extends like a strip like the element isolation insulating film 41f. The diffusion regions 41A and 41B form bit lines BL embedded in the Si substrate 41.

【0055】さらに、前記Si基板41の表面には一の
素子分離絶縁膜41fと隣接する素子分離絶縁膜41f
との間に、前記複数の蓄積窒化膜42B,42Dを含む
積層ゲート構造42が形成される。さらに、前記Si基
板41上には前記素子分離絶縁膜41fの延在方向に直
交する方向に、ポリシリコンコントロールゲート電極4
3が、ワード線WLとして延在する。すなわち、図1
9,20に示す不揮発性半導体記憶装置におけるメモリ
セルアレイは、図21に示す等価回路図を有する。
Further, an element isolation insulating film 41f adjacent to one element isolation insulating film 41f is formed on the surface of the Si substrate 41.
In between, a stacked gate structure 42 including the plurality of storage nitride films 42B and 42D is formed. Further, the polysilicon control gate electrode 4 is formed on the Si substrate 41 in a direction perpendicular to the direction in which the element isolation insulating film 41f extends.
3 extend as a word line WL. That is, FIG.
The memory cell array in the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 9 and 20 has an equivalent circuit diagram shown in FIG.

【0056】図22は 図19,20のメモリセルトラ
ンジスタを使った不揮発性半導体記憶装置の構成を示す
ブロック図である。図22を参照するに、不揮発性半導
体記憶装置は図21の等価回路図に示すメモリセルアレ
イ101を含み、前記メモリセルアレイには、アドレス
ラッチ回路102中に保持されたアドレスデータに基づ
いて所望のワード線WLを選択するXデコーダ103
と、所望のビット線BLをYゲート101Aを介して選
択するYデコーダ104とが協働する。
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device using the memory cell transistors of FIGS. Referring to FIG. 22, the nonvolatile semiconductor memory device includes a memory cell array 101 shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 21, and a desired word is stored in the memory cell array based on address data held in an address latch circuit 102. X decoder 103 for selecting line WL
And a Y decoder 104 that selects a desired bit line BL via a Y gate 101A cooperates.

【0057】さらに、前記不揮発性半導体記憶装置は入
出力バッファ回路105と、これに協働するデータラッ
チ回路106とを備え、前記データラッチ回路106は
前記入出力バッファ回路105を介して供給された2値
書き込みデータにより、書き込み電圧制御回路107を
制御する。より具体的に説明すると、前記データラッチ
回路106に保持された2値書き込みデータは、前記蓄
積窒化膜42B,42D中に書き込まれる多値データ、
例えば図16の9つのデータに、2値−多値変換回路1
06Aにより変換され、一方前記書き込み電圧制御回路
107は、パワースイッチ108を介して昇圧電圧Vp
pを供給され、かかる前記変換回路106Aにより形成
された多値データに応じて、前記拡散領域41Aあるい
は41Bに印加される書き込み電圧を発生させる。前記
書き込み電圧制御回路107により発生された書き込み
電圧は、前記Yデコーダ104を介して前記Yゲート1
01Aに供給され、前記Yゲート101Aから選択され
たビット線対BLに供給される。かかる2値−多値変換
回路106Aとしては、周知のシフトレジスタを使うこ
とができる。前記書き込み電圧制御回路107は、前記
ビット線対BLに印加される書き込み電圧の極性を、前
記多値データの値により前記forward書込みモー
ドとreverse書込みモードで反転させる極性反転
回路107Aを備えている。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device includes an input / output buffer circuit 105 and a data latch circuit 106 cooperating therewith, and the data latch circuit 106 is supplied via the input / output buffer circuit 105. The write voltage control circuit 107 is controlled by the binary write data. More specifically, the binary write data held in the data latch circuit 106 is multi-value data written in the storage nitride films 42B and 42D,
For example, a binary-multi-level conversion circuit 1 is added to the nine data in FIG.
06A, while the write voltage control circuit 107 supplies the boosted voltage Vp via the power switch 108.
p is supplied, and a write voltage to be applied to the diffusion region 41A or 41B is generated according to the multi-value data formed by the conversion circuit 106A. The write voltage generated by the write voltage control circuit 107 is supplied to the Y gate 1 via the Y decoder 104.
01A and supplied to the selected bit line pair BL from the Y gate 101A. A well-known shift register can be used as the binary-multivalue conversion circuit 106A. The write voltage control circuit 107 includes a polarity inversion circuit 107A that inverts the polarity of the write voltage applied to the bit line pair BL in the forward write mode and the reverse write mode according to the value of the multi-value data.

【0058】さらに、前記不揮発性半導体記憶装置は、
ライトイネーブル信号WEとチップイネーブル信号CE
とを供給される制御回路109と、前記制御回路109
により活性化されるワード線電圧制御回路110とを含
み、前記ワード線電圧制御回路110は、前記不揮発性
半導体記憶装置の書き込みモードにおいては前記制御回
路109の制御の下で所定の書き込みゲート電圧を発生
し、これを前記アドレスラッチ回路102およびXデコ
ーダ103を介してメモリセルアレイ101中の選択さ
れたワード線WLに供給する。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device is
Write enable signal WE and chip enable signal CE
And a control circuit 109 to which the control circuit 109 is supplied.
And a word line voltage control circuit 110 that is activated by the word line voltage control circuit 110. In the write mode of the nonvolatile semiconductor memory device, the word line voltage control circuit 110 controls a predetermined write gate voltage under the control of the control circuit 109. This is supplied to the selected word line WL in the memory cell array 101 via the address latch circuit 102 and the X decoder 103.

【0059】さらに、前記不揮発性半導体記憶装置は、
前記Yゲート101Aにより選択されたビット線対BL
を使って、選択されたメモリセルトランジスタの導通を
判定するセンスアンプ111と、前記センスアンプ11
1における判定結果をもとに判定動作を行なう状態判定
回路112を備え、前記状態判定回路112から出力さ
れる、選択されたメモリセルトランジスタの状態を表す
多値出力信号は、周知のシフトレジスタよりなる多値−
2値変換回路106Bにより2値信号に変換された後、
前記データラッチ回路106に供給される。前記状態判
定回路112は、読み出しモード時において前記制御回
路109により活性化される。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device is
The bit line pair BL selected by the Y gate 101A
, A sense amplifier 111 for determining conduction of a selected memory cell transistor, and the sense amplifier 11
1, a multi-level output signal indicating the state of the selected memory cell transistor output from the state determination circuit 112 is output from a well-known shift register. Multi-value-
After being converted into a binary signal by the binary conversion circuit 106B,
The data is supplied to the data latch circuit 106. The state determination circuit 112 is activated by the control circuit 109 in the read mode.

【0060】前記状態判定回路112は、さらにワード
線電圧選択信号を出力し、前記ワード線電圧選択信号に
より前記ワード線電圧制御回路110を制御する。すな
わち、読み出しモードにおいては前記ワード線電圧制御
回路110は、前記ワード線電圧選択信号に応じて、複
数のワード線電圧のうちの一つを選択的に出力する。さ
らに、図22の不揮発性半導体記憶装置は、チップイネ
ーブル信号CEおよび入出力制御信号OEを供給される
入出力コントローラ113を含み、前記データラッチ回
路106および前記入出力バッファ105は、前記入出
力コントローラ113の制御の下、前記データラッチ回
路106に保持されているデータを出力する。
The state determination circuit 112 further outputs a word line voltage selection signal, and controls the word line voltage control circuit 110 according to the word line voltage selection signal. That is, in the read mode, the word line voltage control circuit 110 selectively outputs one of a plurality of word line voltages according to the word line voltage selection signal. 22 further includes an input / output controller 113 to which a chip enable signal CE and an input / output control signal OE are supplied. The data latch circuit 106 and the input / output buffer 105 are connected to the input / output controller 105. Under the control of 113, the data held in the data latch circuit 106 is output.

【0061】図22の不揮発性半導体記憶装置を使うこ
とにより、前記メモリセルアレイ101中の選択された
メモリセルトランジスタに、従来の4値を超える多値デ
ータを書き込み、また書き込まれた多値データを読み出
すことが可能になる。要約すると、本発明は以下のもの
を提供する。 (1) 第1および第2の拡散領域を形成された基板
と、前記基板上に、前記第1の拡散領域と第2の拡散領
域との間のチャネル領域を覆うように形成された積層ゲ
ート構造と、前記積層ゲート構造上に形成されたコント
ロール電極とよりなり、前記積層ゲート構造は、電荷を
よりチャージしにくい第1の誘電体膜と、電荷をよりチ
ャージし易い第2の誘電体膜とを順次積層した積層構造
を繰り返し積層してなる不揮発性半導体記憶装置におい
て、前記第1および第2の拡散領域の少なくとも一方
に、前記チャネル領域においてホットエレクトロンが発
生するような書込み電圧を印加する書込み電圧発生回路
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
By using the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 22, multi-valued data exceeding conventional four-valued data is written into the selected memory cell transistor in the memory cell array 101, and the written multi-valued data is stored in the selected memory cell transistor. It becomes possible to read. In summary, the present invention provides: (1) A substrate on which first and second diffusion regions are formed, and a stacked gate formed on the substrate so as to cover a channel region between the first diffusion region and the second diffusion region And a control electrode formed on the stacked gate structure, wherein the stacked gate structure has a first dielectric film that is less likely to charge and a second dielectric film that is easier to charge. In a non-volatile semiconductor memory device in which a layered structure is sequentially laminated, a write voltage that generates hot electrons in the channel region is applied to at least one of the first and second diffusion regions. A nonvolatile semiconductor memory device comprising a write voltage generation circuit.

【0062】(2) 前記書込み電圧発生回路は、前記
積層ゲート構造中に前記ホットエレクトロンの注入が生
じないような第1の書込み電圧と、第1層目の前記積層
構造中に含まれる前記第2の誘電体膜中には前記ホット
エレクトロンが注入されるが第2層目の前記積層構造中
に含まれる前記第2の誘電体膜中には前記ホットエレク
トロンの注入が生じない第2の書込み電圧と、前記第2
層目の積層構造中に含まれる前記第2の誘電体膜中にも
前記ホットエレクトロンの注入が生じる第3の書込み電
圧とを含む、複数の書込み電圧の一つを、選択的に発生
させることを特徴とする(1)記載の不揮発性半導体記
憶装置。
(2) The write voltage generating circuit includes a first write voltage that does not cause the injection of the hot electrons into the stacked gate structure, and a first write voltage included in the first layer of the stacked structure. The second writing in which the hot electrons are injected into the second dielectric film, but the hot electrons are not injected into the second dielectric film included in the second layered structure. Voltage and said second
Selectively generating one of a plurality of write voltages including a third write voltage at which the hot electrons are injected into the second dielectric film included in the layered structure of the layer (1) The nonvolatile semiconductor memory device according to (1).

【0063】(3) さらに、前記コントロールゲート
電極に、書込みゲート電圧を印加する書込み制御回路を
備え、前記書込み制御回路は、複数の書込みゲート電圧
の一つを、選択的に発生させることを特徴とする(1)
または(2)記載の不揮発性半導体記憶装置。 (4) さらに、前記第1および第2の拡散領域の少な
くとも一方に、前記チャネル領域においてホットホール
が発生するような消去電圧を印加する消去電圧発生回路
を備え、前記消去電圧発生回路は、前記積層ゲート構造
中に前記ホットホールの注入が生じないような第1の消
去電圧と、第1層目の前記積層構造中に含まれる前記第
2の誘電体膜中には前記ホットホールが注入されるが第
2層目の前記積層構造中に含まれる前記第2の誘電体膜
中には前記ホットホールの注入が生じない第2の消去電
圧と、前記第2層目の積層構造中に含まれる前記第2の
誘電体膜中にも前記ホットホールの注入が生じる第3の
消去電圧とを含む、複数の消去電圧の一つを、選択的に
発生させることを特徴とする(1)〜(3)のうち、い
ずれか一項記載の不揮発性半導体記憶装置。
(3) A write control circuit for applying a write gate voltage to the control gate electrode, wherein the write control circuit selectively generates one of a plurality of write gate voltages. (1)
Or the nonvolatile semiconductor memory device according to (2). (4) Further, an erase voltage generating circuit for applying an erase voltage for generating a hot hole in the channel region is provided to at least one of the first and second diffusion regions. A first erase voltage that does not cause injection of the hot hole into the stacked gate structure, and the hot hole is injected into the second dielectric film included in the first layer of the stacked structure. However, in the second dielectric film included in the second layered structure, a second erase voltage at which the hot holes are not injected is included in the second dielectric film, and the second erasing voltage is included in the second layered structure. And (3) selectively generating one of a plurality of erasing voltages including a third erasing voltage at which the hot holes are injected into the second dielectric film. If (3) is not described in any one of Volatile semiconductor storage device.

【0064】(5) 前記第1の誘電体膜はシリコン酸
化膜よりなり、前記第2の誘電体膜はシリコン窒化膜よ
りなることを特徴とする(1)〜(4)のうち、いずれ
か一項記載の不揮発性半導体装置。 (6) 第1および第2の拡散領域を形成された基板
と、前記基板上に、前記第1の拡散領域と第2の拡散領
域との間のチャネル領域を覆うように形成された積層ゲ
ート構造と、前記積層ゲート構造上に形成されたコント
ロール電極とよりなり、前記積層ゲート構造は、第1お
よび第2の誘電体膜を順次積層した積層構造を繰り返し
積層してなる不揮発性半導体記憶装置において、前記不
揮発性半導体装置は前記第1の拡散領域に第1の読み出
し電圧を、また前記第2の拡散領域に第2の読み出し電
圧を印加した第1の読み出しモードと、前記第1の拡散
領域に前記第2の読み出し電圧を、また前記第1の拡散
領域に前記第1の読み出し電圧を印加した第2の読み出
しモードとで、異なったしきい値電圧を示し、前記第1
の読み出しモードと前記第2の読み出しモードのいずれ
においても、前記しきい値電圧は、複数の異なったしき
い値のうちから選択された一つの値を有することを特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
(5) The first dielectric film is formed of a silicon oxide film, and the second dielectric film is formed of a silicon nitride film. A nonvolatile semiconductor device according to claim 1. (6) A substrate on which first and second diffusion regions are formed, and a laminated gate formed on the substrate so as to cover a channel region between the first diffusion region and the second diffusion region. And a control electrode formed on the stacked gate structure. The stacked gate structure is a non-volatile semiconductor storage device formed by repeatedly stacking a stacked structure in which first and second dielectric films are sequentially stacked. The nonvolatile semiconductor device, wherein a first read mode in which a first read voltage is applied to the first diffusion region and a second read voltage is applied to the second diffusion region; A threshold voltage different from that in the second read mode in which the second read voltage is applied to the region and the second read mode in which the first read voltage is applied to the first diffusion region;
Wherein the threshold voltage has one value selected from a plurality of different threshold values in both the read mode and the second read mode. .

【0065】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載の要旨内において様々な変
形・変更が可能である。
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

【0066】[0066]

【発明の効果】請求項1〜5記載の本発明の特徴によれ
ば、前記第1および第2の誘電体膜の積層構造を繰り返
し積層して形成した積層ゲート構造中に、電荷をホット
エレクトロンの形で、前記第1あるいは第2の拡散領域
に様々な書込み電圧を印加しながら注入することによ
り、電荷が前記積層ゲート構造中において複数層にわた
って保持される。これらの異なった状態により、本発明
の不揮発性半導体記憶装置は、従来の不揮発性半導体記
憶装置を超える多値書込みを実現することができる。そ
の際、前記電荷は各層において前記第1の拡散領域寄り
の部分あるいは第2の拡散領域寄りの部分に保持され、
従って読み出しを第1の拡散領域の側、および第2の拡
散領域の側から行なうことにより、前記多値書込みデー
タを、互いに区別しながら読み出すことが可能になる。
According to the first to fifth aspects of the present invention, electric charges are stored in a stacked gate structure formed by repeatedly stacking the first and second dielectric films. In the form described above, the charge is retained over a plurality of layers in the stacked gate structure by injecting while applying various write voltages to the first or second diffusion region. Due to these different states, the non-volatile semiconductor memory device of the present invention can realize multi-level writing that exceeds the conventional non-volatile semiconductor memory device. At this time, the charge is held in a portion near the first diffusion region or a portion near the second diffusion region in each layer,
Therefore, by performing reading from the first diffusion region side and the second diffusion region side, the multi-valued write data can be read while being distinguished from each other.

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

【図1】従来のMONOS型不揮発性半導体記憶装置の
メモリセルトランジスタの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a memory cell transistor of a conventional MONOS type nonvolatile semiconductor memory device.

【図2】(A),(B)は、図1のMONOS型不揮発
性半導体記憶装置の多値記憶動作を説明する図(その
1)である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a multi-value storage operation of the MONOS type nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1 (part 1);

【図3】(C),(D)は、図1のMONOS型不揮発
性半導体記憶装置の多値記憶動作を説明する図(その
2)である。
FIGS. 3C and 3D are diagrams (part 2) illustrating a multi-value storage operation of the MONOS type nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;

【図4】図1のMONOS型不揮発性半導体記憶装置の
しきい値の分布状態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a distribution state of threshold values of the MONOS type nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;

【図5】(A)〜(D)は、図1のMONOS型不揮発
性半導体記憶装置への情報の多値記憶をまとめて示す図
である。
5A to 5D are diagrams collectively showing multi-value storage of information in the MONOS-type nonvolatile semiconductor memory device in FIG. 1;

【図6】別の従来の不揮発性半導体記憶装置の構成を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図7】(A),(B)は、図6の不揮発性半導体記憶
装置への多値データの保持を説明する図(その1)であ
る。
FIGS. 7A and 7B are diagrams (part 1) for explaining holding of multi-level data in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 6;

【図8】(C)は、図6の不揮発性半導体記憶装置への
多値データの保持を説明する図(その2)である。
FIG. 8C is a diagram (part 2) illustrating holding of multi-value data in the nonvolatile semiconductor memory device in FIG. 6;

【図9】図6の不揮発性半導体記憶装置のしきい値の分
布状態を示す図である。
9 is a diagram showing a distribution state of threshold values of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 6;

【図10】本発明の第1実施例による、不揮発性半導体
記憶装置の構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図11】(A),(B)は、図10の不揮発性半導体
記憶装置における多値データの保持を説明する図(その
1)である。
FIGS. 11A and 11B are diagrams (part 1) illustrating holding of multi-value data in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 10;

【図12】(C),(D)は、図10の不揮発性半導体
記憶装置における多値データの保持を説明する図(その
2)である。
FIGS. 12C and 12D are diagrams (part 2) for explaining holding of multi-value data in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 10;

【図13】(E),(F)は、図10の不揮発性半導体
記憶装置における多値データの保持を説明する図(その
3)である。
FIGS. 13E and 13F are diagrams (part 3) illustrating holding of multi-value data in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 10;

【図14】図10の不揮発性半導体記憶装置のしきい値
の分布状態を示す図である。
14 is a diagram showing a distribution state of threshold values of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 10;

【図15】(A)〜(H)は、図10の不揮発性半導体
記憶装置における情報の多値記憶をまとめて示す図(そ
の1)である。
15A to 15H are diagrams (part 1) collectively showing multi-value storage of information in the nonvolatile semiconductor memory device in FIG. 10;

【図16】(I)は、図10の不揮発性半導体記憶装置
における情報の多値記憶をまとめて示す図(その2)で
ある。
16A is a diagram (part 2) collectively showing multi-value storage of information in the nonvolatile semiconductor memory device in FIG. 10;

【図17】(A)〜(D)は、図10の不揮発性半導体
記憶装置の製造工程を示す図(その1)である。
17A to 17D are diagrams (part 1) illustrating a process of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device in FIG. 10;

【図18】(E)〜(G)は、図10の不揮発性半導体
記憶装置の製造工程を示す図(その2)である。
18 (E) to 18 (G) are views (No. 2) showing the steps of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.

【図19】本発明の第2実施例による不揮発性半導体記
憶装置の構成を示す平面図である。
FIG. 19 is a plan view showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図20】図19の不揮発性半導体記憶装置の構成を示
す断面図である。
20 is a cross-sectional view showing a configuration of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.

【図21】図19の不揮発性半導体記憶装置におけるメ
モリセルアレイの等価回路図である。
21 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.

【図22】図19の不揮発性半導体記憶装置の構成を示
すブロック図である。
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,41 基板 11A,11B,21A,21B,41A,41B 拡
散領域 11a〜11d.21a〜21c,41a〜41f チ
ャネル 12,42 積層ゲート構造 12A,12C,22E,42A,42C,42E 熱
酸化膜 12B,22B,22D,42B,42D 蓄積窒化膜 13,23,43 コントロールゲート電極 42f 素子分離絶縁膜 42I CVD絶縁膜 101 メモリセルアレイ 101A Yゲート 102 アドレスラッチ回路 103 Xデコーダ 104 Yデコーダ 105 入出力バッファ 106 データラッチ回路 106A 2値−多値変換回路 106B 多値−2値変換回路 107 書込み電圧制御回路 108 パワースイッチ 109 制御回路 110 ワード線電圧制御回路 111 センスアンプ 112 状態判定回路 113 入出力コントロール回路
11, 21, 41 substrates 11A, 11B, 21A, 21B, 41A, 41B Diffusion regions 11a to 11d. 21a-21c, 41a-41f Channel 12,42 Stacked gate structure 12A, 12C, 22E, 42A, 42C, 42E Thermal oxide film 12B, 22B, 22D, 42B, 42D Storage nitride film 13,23,43 Control gate electrode 42f Element Isolation insulating film 42I CVD insulating film 101 Memory cell array 101A Y gate 102 Address latch circuit 103 X decoder 104 Y decoder 105 Input / output buffer 106 Data latch circuit 106A Binary-to-multilevel conversion circuit 106B Multilevel-to-binary conversion circuit 107 Write voltage Control circuit 108 Power switch 109 Control circuit 110 Word line voltage control circuit 111 Sense amplifier 112 State determination circuit 113 Input / output control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B025 AA04 AB02 AC01 5F001 AA14 AB02 AC06 AD15 AD62 AE02 AE08 AF20 AG21 5F083 EP18 EP65 EP70 EP77 ER02 ER05 ER06 ER09 ER11 ER21 ER30 GA30 JA04 KA01 LA12 LA16 NA02 ZA21 5F101 BA46 BB02 BC11 BD05 BD37 BE05 BE07 BF05 BH02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 5B025 AA04 AB02 AC01 5F001 AA14 AB02 AC06 AD15 AD62 AE02 AE08 AF20 AG21 5F083 EP18 EP65 EP70 EP77 ER02 ER05 ER06 ER09 ER11 ER21 ER30 GA30 JA04 KA01 LA12 LA16 NA11 Z05 BB11 BD37 BE05 BE07 BF05 BH02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1および第2の拡散領域を形成された
基板と、 前記基板上に、前記第1の拡散領域と第2の拡散領域と
の間のチャネル領域を覆うように形成された積層ゲート
構造と、 前記積層ゲート構造上に形成されたコントロール電極と
よりなり、 前記積層ゲート構造は、第1および第2の誘電体膜とを
順次積層した積層構造を繰り返し積層してなる不揮発性
半導体記憶装置において、 前記第1および第2の拡散領域の少なくとも一方に、前
記チャネル領域においてホットエレクトロンが発生する
ような書込み電圧を印加する書込み電圧発生回路を備え
たことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A substrate on which first and second diffusion regions are formed; and a substrate formed on the substrate so as to cover a channel region between the first diffusion region and the second diffusion region. A stacked gate structure, and a control electrode formed on the stacked gate structure, wherein the stacked gate structure is a non-volatile structure obtained by repeatedly stacking a stacked structure in which first and second dielectric films are sequentially stacked. In a semiconductor memory device, a non-volatile semiconductor device comprising a write voltage generation circuit for applying a write voltage for generating hot electrons in the channel region to at least one of the first and second diffusion regions. Storage device.
【請求項2】 前記書込み電圧発生回路は、前記積層ゲ
ート構造中に前記ホットエレクトロンの注入が生じない
ような第1の書込み電圧と、第1層目の前記積層構造中
に含まれる前記第2の誘電体膜中には前記ホットエレク
トロンが注入されるが第2層目の前記積層構造中に含ま
れる前記第2の誘電体膜中には前記ホットエレクトロン
の注入が生じない第2の書込み電圧と、前記第2層目の
積層構造中に含まれる前記第2の誘電体膜中にも前記ホ
ットエレクトロンの注入が生じる第3の書込み電圧とを
含む、複数の書込み電圧の一つを、選択的に発生させる
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装
置。
2. The write voltage generation circuit includes: a first write voltage that does not cause injection of the hot electrons into the stacked gate structure; and a second write voltage included in the first stacked structure. The second write voltage is such that the hot electrons are injected into the dielectric film, but the hot electrons are not injected into the second dielectric film included in the second layered structure. One of a plurality of write voltages, including a third write voltage at which the hot electrons are injected into the second dielectric film included in the second layered structure. 2. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 1, wherein the non-volatile semiconductor storage device is generated in a random manner.
【請求項3】 さらに、前記コントロールゲート電極
に、書込みゲート電圧を印加する書込み制御回路を備
え、前記書込み制御回路は、複数の書込みゲート電圧の
一つを、選択的に発生させることを特徴とする請求項1
または2記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. A write control circuit for applying a write gate voltage to the control gate electrode, wherein the write control circuit selectively generates one of a plurality of write gate voltages. Claim 1
Or the nonvolatile semiconductor memory device according to 2.
【請求項4】 さらに、前記第1および第2の拡散領域
の少なくとも一方に、前記チャネル領域においてホット
ホールが発生するような消去電圧を印加する消去電圧発
生回路を備え、前記消去電圧発生回路は、前記積層ゲー
ト構造中に前記ホットホールの注入が生じないような第
1の消去電圧と、第1層目の前記積層構造中に含まれる
前記第2の誘電体膜中には前記ホットホールが注入され
るが第2層目の前記積層構造中に含まれる前記第2の誘
電体膜中には前記ホットホールの注入が生じない第2の
消去電圧と、前記第2層目の積層構造中に含まれる前記
第2の誘電体膜中にも前記ホットホールの注入が生じる
第3の消去電圧とを含む、複数の消去電圧の一つを、選
択的に発生させることを特徴とする請求項1〜3のう
ち、いずれか一項記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. An erasing voltage generating circuit for applying an erasing voltage for generating a hot hole in the channel region to at least one of the first and second diffusion regions, wherein the erasing voltage generating circuit is A first erasing voltage such that the hot holes are not injected into the stacked gate structure, and the hot holes in the second dielectric film included in the first stacked structure. A second erase voltage that is injected but does not cause the hot holes to be injected into the second dielectric film included in the second layered structure; And selectively generating one of a plurality of erasing voltages including a third erasing voltage in which the hot holes are injected into the second dielectric film included in the second dielectric film. Any one of 1-3 is described Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項5】 第1および第2の拡散領域を形成された
基板と、 前記基板上に、前記第1の拡散領域と第2の拡散領域と
の間のチャネル領域を覆うように形成された積層ゲート
構造と、 前記積層ゲート構造上に形成されたコントロール電極と
よりなり、 前記積層ゲート構造は、第1および第2の誘電体膜を順
次積層した積層構造を繰り返し積層してなる不揮発性半
導体記憶装置において、 前記不揮発性半導体装置は前記第1の拡散領域に第1の
読み出し電圧を、また前記第2の拡散領域に第2の読み
出し電圧を印加した第1の読み出しモードと、前記第1
の拡散領域に前記第2の読み出し電圧を、また前記第1
の拡散領域に前記第1の読み出し電圧を印加した第2の
読み出しモードとで、異なったしきい値電圧を示し、前
記第1の読み出しモードと前記第2の読み出しモードの
いずれにおいても、前記しきい値電圧は、複数の異なっ
たしきい値のうちから選択された一つの値を有すること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
5. A substrate on which first and second diffusion regions are formed, and formed on the substrate to cover a channel region between the first diffusion region and the second diffusion region. A stacked gate structure; and a control electrode formed on the stacked gate structure. The stacked gate structure is a nonvolatile semiconductor formed by repeatedly stacking a stacked structure in which first and second dielectric films are sequentially stacked. In the storage device, the nonvolatile semiconductor device may include a first read mode in which a first read voltage is applied to the first diffusion region, and a second read voltage in which a second read voltage is applied to the second diffusion region;
The second read voltage to the diffusion region of
In the second read mode in which the first read voltage is applied to the diffusion region, a different threshold voltage is shown. In both the first read mode and the second read mode, the threshold voltage is different. A non-volatile semiconductor memory device, wherein the threshold voltage has one value selected from a plurality of different thresholds.
JP28349599A 1999-10-04 1999-10-04 Non-volatile semiconductor memory device Pending JP2001110918A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28349599A JP2001110918A (en) 1999-10-04 1999-10-04 Non-volatile semiconductor memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28349599A JP2001110918A (en) 1999-10-04 1999-10-04 Non-volatile semiconductor memory device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001110918A true JP2001110918A (en) 2001-04-20

Family

ID=17666299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28349599A Pending JP2001110918A (en) 1999-10-04 1999-10-04 Non-volatile semiconductor memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001110918A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004056134A (en) * 2002-07-18 2004-02-19 Hynix Semiconductor Inc Flash memory cell and its fabrication method, and a method of programming/deletion/reading of flash memory cell
US6829173B2 (en) 2002-05-23 2004-12-07 Renesas Technology Corp. Semiconductor memory device capable of accurately writing data
JP2005508094A (en) * 2001-10-31 2005-03-24 サンディスク コーポレイション Multi-state non-volatile IC memory system using dielectric storage elements
US6891760B2 (en) 2002-06-03 2005-05-10 Renesas Technology Corp. Method of erasing information in non-volatile semiconductor memory device
US7136301B2 (en) 2003-10-06 2006-11-14 Renesas Technology Corp. Semiconductor memory device and driving method thereof
US7164167B2 (en) 2001-11-21 2007-01-16 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor storage device, its manufacturing method and operating method, and portable electronic apparatus
JP2007048429A (en) * 2005-08-05 2007-02-22 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device and its driving method
JP2007524953A (en) * 2003-04-24 2007-08-30 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Method of operating a dual cell memory device to improve read margin lifetime
JP2008535219A (en) * 2005-03-23 2008-08-28 スパンジョン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Nonvolatile memory transistor with high K gate stack
US7834392B2 (en) 2001-10-31 2010-11-16 Sandisk Corporation Multi-state non-volatile integrated circuit memory systems that employ dielectric storage elements

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005508094A (en) * 2001-10-31 2005-03-24 サンディスク コーポレイション Multi-state non-volatile IC memory system using dielectric storage elements
JP4846979B2 (en) * 2001-10-31 2011-12-28 サンディスク コーポレイション Multi-state nonvolatile memory using dielectric storage element and method for storing charge level
US7834392B2 (en) 2001-10-31 2010-11-16 Sandisk Corporation Multi-state non-volatile integrated circuit memory systems that employ dielectric storage elements
US7582926B2 (en) 2001-11-21 2009-09-01 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor storage device, its manufacturing method and operating method, and portable electronic apparatus
US7164167B2 (en) 2001-11-21 2007-01-16 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor storage device, its manufacturing method and operating method, and portable electronic apparatus
US6829173B2 (en) 2002-05-23 2004-12-07 Renesas Technology Corp. Semiconductor memory device capable of accurately writing data
US6891760B2 (en) 2002-06-03 2005-05-10 Renesas Technology Corp. Method of erasing information in non-volatile semiconductor memory device
US7705395B2 (en) 2002-07-18 2010-04-27 Hynix Semiconductor Inc. Flash memory cell and method of manufacturing the same and programming/erasing reading method of flash memory cell
JP4593088B2 (en) * 2002-07-18 2010-12-08 株式会社ハイニックスセミコンダクター FLASH MEMORY CELL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND FLASH MEMORY CELL PROGRAM / ERASE / READ METHOD
JP2004056134A (en) * 2002-07-18 2004-02-19 Hynix Semiconductor Inc Flash memory cell and its fabrication method, and a method of programming/deletion/reading of flash memory cell
JP2007524953A (en) * 2003-04-24 2007-08-30 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Method of operating a dual cell memory device to improve read margin lifetime
US7136301B2 (en) 2003-10-06 2006-11-14 Renesas Technology Corp. Semiconductor memory device and driving method thereof
JP2008535219A (en) * 2005-03-23 2008-08-28 スパンジョン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Nonvolatile memory transistor with high K gate stack
JP2007048429A (en) * 2005-08-05 2007-02-22 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device and its driving method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100391404B1 (en) Semiconductor memory
JP4791868B2 (en) Fin-NAND flash memory
JP4012341B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
TWI267859B (en) Integrated circuit memory device and operating method thereof
KR101036363B1 (en) Semiconductor magnetic memory
JP2004152977A (en) Semiconductor storage device
JP2009260364A (en) Semiconductor memory device
JP2005508094A (en) Multi-state non-volatile IC memory system using dielectric storage elements
EP1884956B1 (en) Non-volatile memory device having pass transistors and method of operating the same
JP2007299975A (en) Semiconductor device, and its manufacturing method
JP2001156275A (en) Semiconductor integrated circuit
JPH11261039A (en) Nonvolatile semiconductor storage device and its manufacture
TW202341439A (en) Semiconductor storage device
KR100706071B1 (en) Single bit nonvolatile memory cell and methods for programming and erasing thereof
US6421272B1 (en) Non-volatile semiconductor memory device
TW200527655A (en) Semiconductor memory device and method for making same
JP2001110918A (en) Non-volatile semiconductor memory device
JP4772429B2 (en) Semiconductor memory device
JP4065671B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device, manufacturing method thereof, and operation method thereof
JP3920550B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP2003037192A (en) Non-volatile semiconductor storage device
JP2004265508A (en) Nonvolatile semiconductor memory
US7348625B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007201244A (en) Semiconductor device
JP3513056B2 (en) Reading method of nonvolatile semiconductor memory device

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040302