JP2000138300A - Nonvolatile semiconductor storage device and its writing method - Google Patents
Nonvolatile semiconductor storage device and its writing methodInfo
- Publication number
- JP2000138300A JP2000138300A JP31134798A JP31134798A JP2000138300A JP 2000138300 A JP2000138300 A JP 2000138300A JP 31134798 A JP31134798 A JP 31134798A JP 31134798 A JP31134798 A JP 31134798A JP 2000138300 A JP2000138300 A JP 2000138300A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- voltage
- line
- nonvolatile semiconductor
- memory device
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 56
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 50
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 59
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 22
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 18
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 3
- LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N ac1ldcw0 Chemical compound Cl.C1CN(C)CCN1C1=C(F)C=C2C(=O)C(C(O)=O)=CN3CCSC1=C32 LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 179
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 21
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 101150035614 mbl-1 gene Proteins 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- LZIAMMQBHJIZAG-UHFFFAOYSA-N 2-[di(propan-2-yl)amino]ethyl carbamimidothioate Chemical compound CC(C)N(C(C)C)CCSC(N)=N LZIAMMQBHJIZAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101001056128 Homo sapiens Mannose-binding protein C Proteins 0.000 description 3
- 101100049574 Human herpesvirus 6A (strain Uganda-1102) U5 gene Proteins 0.000 description 3
- 102100026553 Mannose-binding protein C Human genes 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 101150064834 ssl1 gene Proteins 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 102100031885 General transcription and DNA repair factor IIH helicase subunit XPB Human genes 0.000 description 1
- 101000920748 Homo sapiens General transcription and DNA repair factor IIH helicase subunit XPB Proteins 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、メモリトランジス
タのチャネル形成領域とゲート電極との間のゲート絶縁
膜の内部に、平面的に離散化された電荷蓄積手段(例え
ば、MONOS型やMNOS型における窒化膜内の電荷
トラップ、トップ絶縁膜と窒化膜との界面近傍の電荷ト
ラップ、或いは小粒径導電体等)を有し、当該電荷蓄積
手段に対し電荷(電子またはホール)を電気的に注入し
て蓄積し又は引き抜くことを基本動作とする不揮発性半
導体記憶装置及びその書き込み方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge storage means (for example, a MONOS type or MNOS type) which is discretized planarly in a gate insulating film between a channel forming region of a memory transistor and a gate electrode. A charge trap in the nitride film, a charge trap near the interface between the top insulating film and the nitride film, or a small-diameter conductor, and electrically injects charges (electrons or holes) into the charge storage means. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a basic operation of storing and extracting data and a writing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】不揮発性半導体メモリは、電荷を保持す
る電荷蓄積手段(浮遊ゲート)が平面的に連続したFG
(Floating Gate) 型のほかに、電荷蓄積手段が平面的に
離散化された、例えばMONOS(Metal-Oxide-Nitride
-Oxide Semiconductor) 型などがある。2. Description of the Related Art In a nonvolatile semiconductor memory, an FG in which charge storage means (floating gate) for holding charges is continuous in a plane is used.
In addition to the (Floating Gate) type, the charge storage means is discretized planarly, for example, MONOS (Metal-Oxide-Nitride).
-Oxide Semiconductor) type.
【0003】MONOS型不揮発性半導体メモリでは、
電荷保持を主体的に担っている窒化膜〔Six Ny (0
<x<1、0<y<1)〕膜中またはトップ酸化膜と窒
化膜との界面のキャリアトラップが空間的に(即ち、面
方向および膜厚方向に)離散化して拡がっているため
に、電荷保持特性が、トンネル絶縁膜厚のほかに、Si
x Ny 膜中のキャリアトラップに捕獲される電荷のエネ
ルギー的及び空間的な分布に依存する。In a MONOS type nonvolatile semiconductor memory,
The nitride film [Six Ny (0
<X <1, 0 <y <1)] because carrier traps in the film or at the interface between the top oxide film and the nitride film are spatially discrete (that is, in the plane direction and the film thickness direction) and spread. In addition to the tunnel insulating film thickness,
It depends on the energy and spatial distribution of the charge trapped by the carrier trap in the xNy film.
【0004】このトンネル絶縁膜に局所的にリーク電流
パスが発生した場合、FG型では多くの電荷がリークパ
スを通ってリークして電荷保持特性が低下しやすいのに
対し、MONOS型では、電荷蓄積手段が空間的に離散
化されているため、リークパス周辺の局所的な電荷がリ
ークパスを通して局所的にリークするに過ぎず、記憶素
子全体の電荷保持特性が低下しにくい。このため、MO
NOS型においては、トンネル絶縁膜の薄膜化による電
荷保持特性の低下の問題はFG型ほど深刻ではない。し
たがって、ゲート長が極めて短い微細メモリトランジス
タにおけるトンネル酸化膜のスケーリング性は、MON
OS型の方がFG型よりも優れている。When a leak current path is generated locally in the tunnel insulating film, a large amount of charge leaks through the leak path in the FG type, and the charge retention characteristic is apt to be deteriorated. Since the means is spatially discretized, local charges around the leak path only leak locally through the leak path, and the charge retention characteristics of the entire storage element are unlikely to deteriorate. Therefore, MO
In the NOS type, the problem of deterioration of the charge retention characteristics due to the thinning of the tunnel insulating film is not as serious as in the FG type. Therefore, the scaling property of the tunnel oxide film in the micro memory transistor having an extremely short gate length is MON
The OS type is superior to the FG type.
【0005】上記したMONOS型など、メモリトラン
ジスタの電荷蓄積手段が平面的に離散化されている不揮
発性メモリについて、ビットあたりのコスト低減、高集
積化を図り大規模な不揮発性メモリを実現するには、1
トランジスタ型のセル構造を実現することが必須であ
る。しかし、従来のMONOS型等の不揮発性メモリで
は、メモリトランジスタに選択トランジスタを接続させ
た2トランジスタ型が主流であり、現在、1トランジス
タセル技術の確立に向けて種々の検討が行われている。For a nonvolatile memory such as the MONOS type described above, in which charge storage means of a memory transistor is discretely planarized, cost reduction per bit and high integration are realized to realize a large-scale nonvolatile memory. Is 1
It is essential to realize a transistor type cell structure. However, in a conventional nonvolatile memory such as a MONOS type, a two-transistor type in which a selection transistor is connected to a memory transistor is mainstream, and various studies are currently being conducted to establish a one-transistor cell technology.
【0006】この1トランジスタセル技術確立のために
は、電荷蓄積手段を含むゲート絶縁膜を中心としたデバ
イス構造の最適化及び信頼性向上のほかに、ディスター
ブ特性の向上が必要である。そして、MONOS型不揮
発性メモリのディスターブ特性の改善する一方策とし
て、トンネル絶縁膜を通常の膜厚(1.6nm〜2.0
nm)より厚く設定する方向で検討が進められている。In order to establish the one-transistor cell technology, it is necessary to optimize the device structure centered on the gate insulating film including the charge storage means and to improve the reliability, as well as to improve the disturb characteristics. As one measure for improving the disturb characteristics of the MONOS type nonvolatile memory, the tunnel insulating film is formed to have a normal thickness (1.6 nm to 2.0 nm).
(nm) are being studied in the direction of setting the thickness to be thicker.
【0007】また、不揮発性メモリのビットあたりのコ
スト低減、高集積化のためには、メモリセル自体の微細
化に加え、周辺回路の面積縮小が必要である。この周辺
回路の面積縮小では、メモリセルの微細化に伴う信頼性
の確保、周辺回路の回路的な負担を低減する観点から、
書き込み電圧および消去電圧の低電圧化が重要である。In order to reduce the cost per bit of the nonvolatile memory and to increase the degree of integration, it is necessary to reduce the area of the peripheral circuit in addition to the miniaturization of the memory cell itself. In the area reduction of the peripheral circuit, from the viewpoint of securing reliability due to the miniaturization of the memory cell and reducing the circuit load of the peripheral circuit,
It is important to reduce the write voltage and the erase voltage.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところが、MONOS
型等、電荷蓄積手段が平面的に離散化された不揮発性半
導体メモリにおいて、トンネル絶縁膜厚を比較的厚く設
定した場合、トンネル絶縁膜におけるトンネル確率が電
子とホールとで異なるために、書き込み電圧と消去電圧
の大きさ(絶対値)が非対称になる。たとえば、ONO
膜厚が2.9/5.0/3. 5nmの場合、通常、書き
込み電圧は10V〜12V、消去電圧は−7V〜−8V
程度となる。この場合、書き込み/消去電圧の非対称性
は、トンネル絶縁膜が2nm程度では顕著でないことか
ら、ディスターブ特性改善のためにトンネル絶縁膜を2
nm程度から2. 9nm程度にまで厚膜化したことに伴
って発生している。SUMMARY OF THE INVENTION However, MONOS
In a nonvolatile semiconductor memory in which charge storage means is discretely planarized such as a type, when the tunnel insulating film thickness is set relatively thick, the tunnel probability in the tunnel insulating film differs between electrons and holes. And the magnitude (absolute value) of the erase voltage becomes asymmetric. For example, ONO
When the film thickness is 2.9 / 5.0 / 3.5 nm, the write voltage is usually 10 V to 12 V and the erase voltage is -7 V to -8 V
About. In this case, the asymmetry of the write / erase voltage is not remarkable when the tunnel insulating film is about 2 nm.
This is caused by the increase in the film thickness from about nm to about 2.9 nm.
【0009】したがって、従来のMONOS型等の不揮
発性半導体メモリでは、FG型より動作電圧が低電圧化
されているものの、トンネル絶縁膜の厚膜化によるディ
スターブ特性の改善効果を維持したまま、如何にして更
なる低電圧化を進めるかという課題が存在する。とく
に、動作電圧が非対称な場合に、高い方の電圧(通常、
書き込み電圧)を低い方の電圧(通常、消去電圧)に近
づけるように低電圧化する必要がある。Therefore, in the conventional nonvolatile semiconductor memory of the MONOS type or the like, although the operating voltage is lower than that of the FG type, it is difficult to maintain the effect of improving the disturb characteristics by increasing the thickness of the tunnel insulating film. There is an issue of how to further reduce the voltage. Especially when the operating voltage is asymmetric, the higher voltage (usually,
It is necessary to lower the voltage so that the write voltage approaches the lower voltage (usually the erase voltage).
【0010】本発明の目的は、FG型よりトンネル絶縁
膜のスケーリング性に優れるMONOS型など、平面的
に離散化されたキャリアトラップ等に電荷を蓄積させて
基本動作するメモリセルアレイにおいて、良好なディス
ターブ特性を維持したまま、高速書き込み時の動作電圧
を低減可能なセル構造の不揮発性半導体記憶装置を提供
することである。また、本発明の他の目的は、上記セル
構造に対する好適なバイアス設定手法を含む不揮発性半
導体記憶装置の書き込み方法を提供することである。An object of the present invention is to provide a memory cell array such as a MONOS type, which has a better tunneling film scaling property than an FG type, in which a charge is accumulated in a carrier trap or the like which is discretized in a plane, and which performs a basic operation. An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a cell structure capable of reducing an operating voltage during high-speed writing while maintaining characteristics. Another object of the present invention is to provide a writing method for a nonvolatile semiconductor memory device including a suitable bias setting method for the cell structure.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る不揮発性半
導体記憶装置は、基板と、当該基板表面に設けられた半
導体のチャネル形成領域と、当該チャネル形成領域上に
設けられたトンネル絶縁膜を含むゲート絶縁膜と、当該
ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート
絶縁膜内に設けられ、少なくとも前記チャネル形成領域
と対向する面内で平面的に離散化されている電荷蓄積手
段とを有するメモリトランジスタを複数、ワード方向と
ビット方向に配置した不揮発性半導体記憶装置であっ
て、前記ゲート電極またはゲート電極に接続された配線
層(の少なくとも上面)に誘電膜を介して近接するプル
アップ電極を有する。A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a substrate, a semiconductor channel formation region provided on the substrate surface, and a tunnel insulating film provided on the channel formation region. A gate insulating film, a gate electrode provided on the gate insulating film, and charge storage means provided in the gate insulating film and discretely planarized at least in a plane facing the channel formation region A memory transistor having a plurality of memory transistors having a plurality of memory transistors arranged in a word direction and a bit direction, the memory transistors being close to (at least the upper surface of) the gate electrode or a wiring layer connected to the gate electrode via a dielectric film. It has a pull-up electrode.
【0012】また、前記プルアップ電極に所定電圧を印
加するプルアップゲートバイアス手段を有する。好適に
は、複数のワード線それぞれに、前記メモリトランジス
タのゲート電極が複数接続され、前記プルアップゲート
バイアス手段と前記プルアップ電極との間に、選択トラ
ンジスタが接続され、当該プルアップゲートバイアス手
段は、予めプリチャージされた前記ワード線を容量結合
により更に昇圧する方向の電圧を、前記選択トランジス
タを介して前記プルアップ電極に供給する。In addition, there is provided a pull-up gate bias means for applying a predetermined voltage to the pull-up electrode. Preferably, a plurality of gate electrodes of the memory transistor are connected to each of a plurality of word lines, and a selection transistor is connected between the pull-up gate bias means and the pull-up electrode, and the pull-up gate bias means Supplies a voltage in a direction in which the precharged word line is further boosted by capacitive coupling to the pull-up electrode via the selection transistor.
【0013】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法は、基板と、当該基板表面に設けられた半導体の
チャネル形成領域と、当該チャネル形成領域上に設けら
れたトンネル絶縁膜を含むゲート絶縁膜と、当該ゲート
絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜
内に設けられ、少なくとも前記チャネル形成領域と対向
する面内で平面的に離散化されている電荷蓄積手段とを
有するメモリトランジスタを複数、ワード方向とビット
方向に配置した不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法
であって、前記ゲート電極またはゲート電極に接続され
た配線層(の少なくとも上面)に誘電膜を介して近接す
るプルアップ電極に対し所定電圧を印加し、ゲート電極
の電位を上げるステップを含む。好適には、選択された
前記メモリトランジスタのゲート電極に、10V以下の
プログラム電圧を印加するステップを含む。このプログ
ラム電圧を印加をプルアップ電極への電圧印加前に行う
ことで、ゲート電極が予めプリチャージされた後、プル
アップ電極への電圧印加によりゲート電極が更に昇圧さ
れる。A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is directed to a gate insulating film including a substrate, a semiconductor channel forming region provided on the substrate surface, and a tunnel insulating film provided on the channel forming region. A memory, comprising: a gate electrode provided on the gate insulating film; and charge storage means provided in the gate insulating film and discretely planarized at least in a plane facing the channel formation region. What is claimed is: 1. A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device comprising a plurality of transistors arranged in a word direction and a bit direction, the method comprising: pulling a gate electrode or a wiring layer connected to the gate electrode (at least the upper surface) through a dielectric film. A step of applying a predetermined voltage to the up electrode to increase the potential of the gate electrode. Preferably, the method includes a step of applying a program voltage of 10 V or less to a gate electrode of the selected memory transistor. By applying the program voltage before applying the voltage to the pull-up electrode, the gate electrode is precharged in advance, and then the gate electrode is further boosted by applying the voltage to the pull-up electrode.
【0014】このような本発明に係る不揮発性半導体記
憶装置及びその書き込み方法は、AND型,DINOR
型,HiCR型等のビット線やソース線が階層化された
ものを含むNOR型、或いはNAND型に好適である。
また、本発明は、ビット線またはソース線が蛇行して配
線された微細NOR型セル構成に好適である。さらに、
本発明は、ゲート絶縁膜内でトンネル絶縁膜上に窒化膜
または酸化窒化膜を含むMONOS型またはMNOS型
等、あるいはゲート絶縁膜内でトンネル絶縁膜上に互い
に絶縁された小粒径導電体を含む小粒径導電体型に好適
である。The nonvolatile semiconductor memory device and the writing method according to the present invention are of an AND type, DINOR.
It is suitable for a NOR type or a NAND type including those in which bit lines and source lines such as a HiCR type are hierarchized.
Further, the present invention is suitable for a fine NOR type cell configuration in which bit lines or source lines are wired in a meandering manner. further,
The present invention relates to a MONOS type or MNOS type or the like including a nitride film or an oxynitride film on a tunnel insulating film in a gate insulating film, or a small-diameter conductor insulated from each other on a tunnel insulating film in a gate insulating film. It is suitable for a small particle size conductor type containing.
【0015】以上の本発明に係る不揮発性半導体記憶装
置及びその書き込み方法では、例えばゲート電極または
ワード線に容量結合するプルアップ電極の印加電圧に応
じて、ゲート電極またはワード線を昇圧することができ
る。したがって、書き込み時のワード線印加電圧(プロ
グラム電圧)を従来より低減できる。また、プログラム
電圧と消去時のワード線印加電圧(消去電圧)とが非対
称な場合に、その高い方の電圧を低い方の電圧に近づく
ように低電圧化することが可能となる。たとえば、動作
電圧が非対称、即ちプログラム電圧が10V〜12V、
消去電圧が−7V〜−8Vの場合、電圧が高いプログラ
ム電圧をプログラム速度(書き込み速度)を低下させる
ことなく低電圧化することができる。これにより、書き
込み速度を例えば1msec以下にした状態で、動作電
圧が10V以下の不揮発性半導体メモリを実現できる。
また、プログラム電圧を消去電圧と対称となるまで低減
することにより、動作電圧を生成するための高電圧発生
回路の構成を大幅に簡素化することができる。In the nonvolatile semiconductor memory device and the writing method according to the present invention, the gate electrode or the word line can be boosted in accordance with, for example, the voltage applied to the gate electrode or the pull-up electrode capacitively coupled to the word line. it can. Therefore, the word line applied voltage (program voltage) at the time of writing can be reduced as compared with the conventional case. Further, when the program voltage and the word line applied voltage (erase voltage) at the time of erasing are asymmetric, it is possible to lower the higher voltage so as to approach the lower voltage. For example, the operating voltage is asymmetric, that is, the program voltage is 10 V to 12 V,
When the erase voltage is -7 V to -8 V, the program voltage having a high voltage can be reduced without lowering the program speed (write speed). Thus, a nonvolatile semiconductor memory having an operating voltage of 10 V or less can be realized with the writing speed set to, for example, 1 msec or less.
Further, by reducing the program voltage until it becomes symmetric with the erase voltage, the configuration of the high voltage generating circuit for generating the operating voltage can be greatly simplified.
【0016】なお、FG型の不揮発性半導体メモリのう
ち、スケーリングが有利であるチャンネル全面トンネル
注入/トンネル放出型では、プログラム電圧と消去電圧
の絶対値がほぼ同一(例えば、17V〜20V)であ
り、非対称になることはない。したがって、仮に、本発
明の低電圧化手法をFG型の不揮発性半導体メモリの書
き込みに適用したとしても、逆に動作電圧の非対称性が
強まってしまう。また、消去電圧は低電圧化されないた
め、FG型では消去電圧として−17V〜−20Vと負
の大きな電圧が必要であることは変わらない。したがっ
て、FG型では、いくらプログラム電圧を低減しても、
動作電圧発生回路の構成は余り簡素化できない。In the FG type non-volatile semiconductor memory, the absolute value of the program voltage and the erase voltage are almost the same (for example, 17V to 20V) in the whole channel tunnel injection / tunnel discharge type in which scaling is advantageous. , Never asymmetric. Therefore, even if the low-voltage technique of the present invention is applied to writing in the FG type nonvolatile semiconductor memory, the asymmetry of the operating voltage is increased. In addition, since the erase voltage is not reduced, the FG type still requires a large negative voltage of −17 V to −20 V as the erase voltage. Therefore, in the FG type, no matter how much the program voltage is reduced,
The configuration of the operating voltage generation circuit cannot be simplified very much.
【0017】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及び
その書き込み方法では、上記構成に加え、1トランジス
タセルを実現するために、ディスターブ特性を改善可能
な構成を付加することが望ましい。すなわち、本発明に
係る不揮発性半導体記憶装置では、前記メモリトランジ
スタは、前記チャネル形成領域と接するソース領域と、
当該ソース領域と離間してチャネル形成領域と接するド
レイン領域とを有し、複数のワード線それぞれに、前記
メモリトランジスタのゲート電極が複数接続され、前記
ソース領域またはドレイン領域が、前記ワード線と電気
的に絶縁された状態で交差するビット方向の共通線と結
合され、書き込み時において選択されたワード線にゲー
ト電極が接続された前記メモリトランジスタのソース領
域及び/又はドレイン領域に、当該領域が前記チャネル
形成領域に対して逆バイアスとなる逆バイアス電圧を前
記共通線を介して供給する書き込みインヒビット電圧供
給手段と、書き込み時において非選択ワード線に前記チ
ャネル形成領域に関して逆バイアスとなる方向の電圧を
供給する非選択ワード線バイアス手段とを有する。In the nonvolatile semiconductor memory device and the writing method thereof according to the present invention, in addition to the above-described configuration, it is desirable to add a configuration capable of improving the disturb characteristic in order to realize a one-transistor cell. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the memory transistor includes a source region in contact with the channel formation region;
A drain region that is separated from the source region and is in contact with the channel formation region; a plurality of gate electrodes of the memory transistor are connected to each of the plurality of word lines; and the source region or the drain region is electrically connected to the word line. The source region and / or the drain region of the memory transistor in which the gate electrode is connected to the word line selected at the time of writing and is connected to the common line in the bit direction that intersects in a substantially insulated state, Write inhibit voltage supply means for supplying a reverse bias voltage which becomes a reverse bias to the channel forming region via the common line, and applying a reverse bias voltage to the unselected word line with respect to the channel forming region at the time of writing. And non-selected word line bias means for supplying.
【0018】前記書き込みインヒビット電圧供給手段
は、好適に、前記逆バイアス電圧を前記ソース領域及び
/又はドレイン領域に供給することにより、前記選択ワ
ード線に接続された前記メモリトランジスタを誤書き込
み及び/又は誤消去されない電圧にバイアスする。前記
非選択ワード線バイアス手段は、好適に、前記逆バイア
スとなる方向の電圧を前記非選択ワード線に供給するこ
とにより、当該非選択ワード線に接続された前記メモリ
トランジスタを誤書き込み及び/又は誤消去されない電
圧にバイアスする。また、前記非選択ワード線バイアス
手段は、好適に、前記ソース領域に関して前記ゲート電
極をインヒビットゲート電圧以下にバイアスする。The write inhibit voltage supply means preferably supplies the reverse bias voltage to the source region and / or the drain region, thereby erroneously writing and / or erroneously writing the memory transistor connected to the selected word line. Bias to a voltage that will not be erased by mistake. The non-selected word line bias means preferably supplies the voltage in the reverse bias direction to the non-selected word line, thereby causing the memory transistor connected to the non-selected word line to be erroneously written and / or Bias to a voltage that will not be erased by mistake. The unselected word line bias means preferably biases the gate electrode with respect to the source region to an inhibit gate voltage or less.
【0019】好適には、前記メモリトランジスタのゲー
ト電極を前記チャネル形成領域と同電位とした状態で前
記逆バイアス電圧が印加されるときに、前記ソース領域
とドレイン領域からチャネル形成領域へ空乏層が延びて
合体する。また、前記メモリトランジスタのゲート長
は、そのゲート電極を前記チャネル形成領域と同電位と
した状態で前記逆バイアス電圧が印加され、前記ソース
領域とドレイン領域からチャネル形成領域へ空乏層が延
びて合体するときのゲート長より短い。Preferably, when the reverse bias voltage is applied in a state where the gate electrode of the memory transistor has the same potential as the channel formation region, a depletion layer is formed from the source region and the drain region to the channel formation region. Extend and unite. Further, the reverse bias voltage is applied with the gate electrode of the memory transistor having its gate electrode at the same potential as the channel formation region, and a depletion layer extends from the source region and the drain region to the channel formation region to unite. When the gate length is shorter than.
【0020】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の書
き込み方法では、前記ゲート電極をワード方向で共通に
接続する複数のワード線のうち書き込み時において選択
されたワード線にゲート電極が接続されたメモリトラン
ジスタのソース領域及び/又はドレイン領域に、ワード
線と電気的に絶縁された状態で交差しソース領域または
ドレイン領域に結合するビット方向の共通線を介して、
前記チャネル形成領域に対して逆バイアスとなる逆バイ
アス電圧を印加し、書き込み時において非選択ワード線
に前記チャネル形成領域に関して逆バイアスとなる方向
の電圧を印加する。In a writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a memory in which a gate electrode is connected to a word line selected at the time of writing among a plurality of word lines commonly connecting the gate electrodes in a word direction. Through a bit-direction common line crossing the source region and / or the drain region of the transistor while being electrically insulated from the word line and coupling to the source region or the drain region,
A reverse bias voltage, which is a reverse bias, is applied to the channel formation region, and a voltage in a direction in which the channel formation region is reverse biased is applied to a non-selected word line during writing.
【0021】前記逆バイアス電圧の印加では、好適に
は、前記ソース領域、前記ドレイン領域の双方に同一な
電圧を印加する。好適には、選択ワード線へのプログラ
ム電圧印加(プリチャージ)、前記非選択ワード線への
電圧印加、前記ソース領域及び/又はドレイン領域への
前記逆バイアス電圧印加、プルアップ電極への所定電圧
印加の順で行う。In the application of the reverse bias voltage, preferably, the same voltage is applied to both the source region and the drain region. Preferably, a program voltage is applied to a selected word line (precharge), a voltage is applied to the unselected word line, the reverse bias voltage is applied to the source region and / or the drain region, and a predetermined voltage is applied to a pull-up electrode. The application is performed in the order of application.
【0022】以上の本発明に係る不揮発性半導体記憶装
置及びその書き込み方法では、前記したように動作電圧
の低減または非対称性の是正、即ち書き込み電圧が消去
電圧より低い場合の書き込み電圧の低電圧化に加え、例
えば非選択ワード線バイアス手段によって、非選択ワー
ド線に接続された非選択のメモリトランジスタのゲート
に対し、チャネル形成領域(例えば、基板,ウェルまた
はSOI層等の半導体薄膜)に関して前記逆バイアスと
なる方向の電圧が印加されることから、例えば電子を引
き抜く方向の基板に垂直な電界成分が減少する。このた
め、選択ワード線に接続された非選択のメモリトランジ
スタのソース領域およびドレイン領域への書き込みイン
ヒビット電圧(インヒビットS/D電圧)範囲の上限が
例えば従来の2倍またはそれ以上の電圧値になり、当該
書き込みインヒビット電圧範囲が大幅に拡大される。In the above-described nonvolatile semiconductor memory device and write method according to the present invention, as described above, the operating voltage is reduced or the asymmetry is corrected, that is, the write voltage is reduced when the write voltage is lower than the erase voltage. In addition to the above, for example, by a non-selected word line bias means, a gate of a non-selected memory transistor connected to a non-selected word line is inverted with respect to a channel formation region (for example, a substrate, a well, or a semiconductor thin film such as an SOI layer). Since the voltage in the direction of the bias is applied, for example, the electric field component perpendicular to the substrate in the direction of extracting electrons is reduced. For this reason, the upper limit of the write inhibit voltage (inhibit S / D voltage) range for the source and drain regions of the unselected memory transistors connected to the selected word line is, for example, twice or more the voltage value of the related art. Thus, the write inhibit voltage range is greatly expanded.
【0023】このインヒビットS/D電圧範囲の拡大は
FG型とは反対に、ゲート長が短いほど顕著であり、M
ONOS型等の電荷蓄積手段が平面的に離散化された不
揮発性メモリデバイスに特有な現象である。この現象は
インヒビットS/D電圧の印加によるチャネル形成領域
の空乏化の程度と関係し、インヒビットS/D電圧範囲
の拡大にゲート電圧の印加が有効である。すなわち、電
荷蓄積手段が平面的に離散化された不揮発性メモリデバ
イスにおいてゲート長が短い微細ゲート領域では、非選
択ワード線をチャネル形成領域の電位と同じにするとい
った電圧設定下で大部分のチャネル形成領域が空乏化し
ていて、電荷を基板側に抜く電界成分が大部分のチャネ
ルで生じていることが、ディスターブマージン確保がで
きない要因である。本劣化現象はソースまたはドレイン
から空乏層がチャネル形成領域に広がって合体したとき
に特に著しい。そして、本発明における非選択ワード線
への電圧印加が、この電界成分の減少をもたらす。The expansion of the inhibit S / D voltage range is more conspicuous as the gate length is shorter, as opposed to the FG type.
This is a phenomenon peculiar to a nonvolatile memory device in which charge storage means such as an ONOS type is discretized in a plane. This phenomenon is related to the degree of depletion of the channel formation region due to the application of the inhibit S / D voltage, and the application of the gate voltage is effective in expanding the range of the inhibit S / D voltage. That is, in a non-volatile memory device in which the charge storage means is discretized in a plane, in the fine gate region having a short gate length, most of the channel is set under a voltage setting such that the potential of the non-selected word line is equal to the potential of the channel formation region. The fact that the formation region is depleted and an electric field component for extracting electric charges to the substrate side occurs in most of the channels is a factor that makes it impossible to secure a disturbance margin. This deterioration phenomenon is particularly remarkable when a depletion layer spreads from a source or a drain to a channel formation region and is united. Then, the application of a voltage to the unselected word line in the present invention causes a reduction in the electric field component.
【0024】一方、FG型ではドレインまたはソースに
逆バイアス電圧を印加すると、ゲート長が長い場合は浮
遊ゲートとドレインまたはソースとの間の電圧が大きく
なり、ディスターブマージンが小さい。ゲート長が短い
場合はドレインまたはソースと浮遊ゲートのカップリン
グ比が大きくなり浮遊ゲートの電圧もドレインまたはソ
ース電圧変化に比例する成分が大きくなり、ディスター
ブマージンは却って改善される。この改善は空乏層がド
レイン、ソースからチャネル形成領域に広がって合体し
た状態で特に著しい。このため、短ゲート長のFG型素
子の非選択ワード線に逆バイアス電圧を加える必要は生
じず、その結果として、当該逆バイアス電圧の印加は、
長ゲート長のFG型素子の場合に有効である。したがっ
て、非選択ワード線に例えば正の電圧を印加すること
は、電荷蓄積手段が平面的に離散化された不揮発性メモ
リデバイスにおいて特別な意味があり、FG型と異なる
作用によって書き込みディスターブ特性の向上、ひいて
は書き込みの高速化に極めて有効である。On the other hand, in the FG type, when a reverse bias voltage is applied to the drain or the source, if the gate length is long, the voltage between the floating gate and the drain or the source becomes large, and the disturb margin is small. If the gate length is short, the coupling ratio between the drain or source and the floating gate increases, and the component of the floating gate voltage proportional to the change in the drain or source voltage also increases, and the disturb margin is rather improved. This improvement is particularly remarkable when the depletion layer spreads from the drain and source to the channel formation region and is united. Therefore, it is not necessary to apply a reverse bias voltage to the non-selected word line of the FG type element having a short gate length. As a result, the application of the reverse bias voltage is
This is effective for an FG type element having a long gate length. Therefore, application of, for example, a positive voltage to the non-selected word lines has a special meaning in a nonvolatile memory device in which the charge storage means is discretized in a plane, and the write disturb characteristic is improved by an operation different from that of the FG type. This is extremely effective for speeding up writing.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】第1実施形態 図1は、本実施形態に係るソース分離NOR型の不揮発
性半導体メモリの概略構成を示す図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a source-separated NOR type nonvolatile semiconductor memory according to this embodiment.
【0026】本例の不揮発性メモリ装置100では、N
OR型メモリセルアレイの各メモリセルがメモリトラン
ジスタ1個で構成されている。図1に示すように、メモ
リトランジスタM11〜M22が行列状に配置され、こ
れらトランジスタ間がワード線、ビット線および分離型
ソース線によって配線されている。すなわち、ビット方
向に隣接するメモリトランジスタM11およびM12の
各ドレインがビット線BL1に接続され、各ソースがソ
ース線SL1に接続されている。同様に、ビット方向に
隣接するメモリトランジスタM21およびM22の各ド
レインがビット線BL2に接続され、各ソースがソース
線SL2に接続されている。また、ワード方向に隣接す
るメモリトランジスタM11とM21の各ゲートがワー
ド線WL1に接続され、同様に、ワード方向に隣接する
メモリトランジスタM12とM22の各ゲートがワード
線WL2に接続されている。メモリセルアレイ全体で
は、このようなセル配置およびセル間接続が繰り返され
ている。In the nonvolatile memory device 100 of this embodiment, N
Each memory cell of the OR-type memory cell array is composed of one memory transistor. As shown in FIG. 1, memory transistors M11 to M22 are arranged in a matrix, and these transistors are wired by word lines, bit lines, and separated source lines. That is, each drain of the memory transistors M11 and M12 adjacent in the bit direction is connected to the bit line BL1, and each source is connected to the source line SL1. Similarly, each drain of the memory transistors M21 and M22 adjacent in the bit direction is connected to the bit line BL2, and each source is connected to the source line SL2. The gates of the memory transistors M11 and M21 adjacent in the word direction are connected to the word line WL1, and similarly, the gates of the memory transistors M12 and M22 adjacent in the word direction are connected to the word line WL2. In the entire memory cell array, such cell arrangement and connection between cells are repeated.
【0027】本実施形態では、詳細は後述するが、各メ
モリトランジスタのゲート電極の上方に誘電膜を介して
プルアップ電極が設けられている。各メモリトランジス
タのプルアップ電極は、例えばワード方向に配線された
プルアップ線に共通に接続されている。すなわち、ワー
ド方向に隣接するメモリトランジスタM11とM21の
各プルアップ電極がプルアップ線PL1に接続され、同
様に、ワード方向に隣接するメモリトランジスタM12
とM22の各プルアップ電極がプルアップ線PL2に接
続されている。In this embodiment, a pull-up electrode is provided above the gate electrode of each memory transistor via a dielectric film, as will be described in detail later. The pull-up electrode of each memory transistor is commonly connected to, for example, a pull-up line wired in the word direction. That is, the pull-up electrodes of the memory transistors M11 and M21 adjacent in the word direction are connected to the pull-up line PL1, and similarly, the memory transistors M12 adjacent in the word direction are connected.
And M22 are connected to a pull-up line PL2.
【0028】プルアップ線PL1,PL2,…に、共通
な選択トランジスタST0を介してプルアップゲートバ
イアス回路102が接続されている。プルアップゲート
バイアス回路102は、書き込み時にワード線を所定の
電位まで昇圧するための回路であり、これにより書き込
み時に選択されたワード線に予め印加する書き込み電圧
(以下、プログラム電圧またはプリチャージ電圧ともい
う)を低減することができる。この制御では、プログラ
ム電圧の印加後にワード線を電位的に浮遊状態とする必
要がある。このため、各ワード線WL1,WL2,…
は、選択トランジスタST1,ST2,…を介して、図
示しないワード線選択回路(ロウデコーダ)に接続され
ている。A pull-up gate bias circuit 102 is connected to the pull-up lines PL1, PL2,... Via a common selection transistor ST0. The pull-up gate bias circuit 102 is a circuit for boosting a word line to a predetermined potential at the time of writing, and thereby a write voltage (hereinafter, referred to as a program voltage or a precharge voltage) applied to a word line selected at the time of writing. ) Can be reduced. In this control, it is necessary to make the word line electrically floating after the application of the program voltage. Therefore, each word line WL1, WL2,.
Are connected to a word line selection circuit (row decoder) (not shown) via the selection transistors ST1, ST2,.
【0029】図2は、具体的なセル配置パターンの一例
として、自己整合技術と蛇行ソース線を用いた微細NO
R型セルアレイの概略平面図である。FIG. 2 shows, as an example of a specific cell arrangement pattern, a fine NO using a self-alignment technique and a meandering source line.
It is a schematic plan view of an R-type cell array.
【0030】この微細NOR型セルアレイ70では、図
示せぬpウエルの表面にトレンチまたはLOCOSなど
素子分離領域71がビット方向(図2の縦方向)に長い
平行ストライプ状に配置されている。素子分離領域71
にほぼ直交して、各ワード線WLm-2 ,WLm-1 ,WL
m ,WLm+1 が等間隔に配線されている。このワード線
構造は、後述するように、トンネル絶縁膜,窒化膜,ト
ップ絶縁膜及びゲート電極の積層膜から構成されてい
る。特に図示しないが、例えばワード線上に、誘電膜を
介して同一パターンのプルアップ線が配線されている。In this fine NOR type cell array 70, element isolation regions 71 such as trenches or LOCOS are arranged in the form of parallel stripes long in the bit direction (vertical direction in FIG. 2) on the surface of a p-well (not shown). Element isolation region 71
, Each word line WLm-2, WLm-1, WL
m and WLm + 1 are wired at equal intervals. This word line structure is composed of a laminated film of a tunnel insulating film, a nitride film, a top insulating film, and a gate electrode, as described later. Although not particularly shown, for example, pull-up lines of the same pattern are arranged on a word line via a dielectric film.
【0031】各素子分離領域の間隔内の能動領域におい
て、各ワード線の離間スペースに、例えばn型不純物が
高濃度に導入されてソース領域とドレイン領域とが交互
に形成されている。このソース領域とドレイン領域は、
その大きさがワード方向(図2の横方向)にはトレンチ
またはLOCOS等の素子分離領域71の間隔のみで規
定され、ビット方向にはワード線間隔のみで規定され
る。したがって、ソース領域とドレイン領域は、その大
きさと配置のばらつきに関しマスク合わせの誤差が殆ど
導入されないことから、極めて均一に形成されている。In the active region within the space between the element isolation regions, a source region and a drain region are alternately formed in a space separated from each word line, for example, by introducing an n-type impurity at a high concentration. The source and drain regions are
Its size is defined only in the word direction (horizontal direction in FIG. 2) by the interval between the element isolation regions 71 such as trenches or LOCOS, and in the bit direction only by the word line interval. Therefore, the source region and the drain region are formed very uniformly since almost no mask alignment error is introduced with respect to variations in size and arrangement.
【0032】各ワード線の周囲は、サイドウォールを形
成するだけで、ソース領域とドレイン領域とに対し、ビ
ット線接続用のコンタクト孔とソース線接続用のコンタ
クト孔とが2度のセルフアラインコンタクト技術を同時
に転用しながら形成される。しかも、上記プロセスはフ
ォトマスクが不要となる。したがって、先に述べたよう
にソース領域とドレイン領域の大きさや配置が均一な上
に、これに対して2次元的に自己整合して形成されるビ
ット線またはソース線接続用のコンタクト孔の大きさも
極めて均一となる。また、上記コンタクト孔はソース領
域とドレイン領域の面積に対し、ほぼ最大限の大きさを
有している。Around each word line, only a sidewall is formed, and a contact hole for connecting a bit line and a contact hole for connecting a source line are formed twice with respect to a source region and a drain region. It is formed while diverting technology at the same time. Moreover, the above process does not require a photomask. Therefore, as described above, the size and arrangement of the source region and the drain region are uniform, and the size of the contact hole for connecting the bit line or the source line formed two-dimensionally in self-alignment with the source region and the drain region. It is also very uniform. Further, the contact hole has a size that is almost maximum with respect to the area of the source region and the drain region.
【0033】その上をビット方向に配線されているソー
ス線SLn-1 ,SLn ,SLn+1 は、ドレイン領域を避
けながら素子分離領域71上とソース領域上に蛇行して
配置され、上記ソース線接続用のコンタクト孔を介し
て、下層の各ソース領域に接続されている。ソース線上
には、第2の層間絶縁膜を介してビット線BLn-1 ,B
Ln ,BLn+1 が等間隔で配線されている。このビット
線は、能動領域上方に位置し、ビット線接続用のコンタ
クト孔を介して、下層の各ドレイン領域に接続されてい
る。The source lines SLn-1, SLn, and SLn + 1, which are wired in the bit direction thereover, meander over the element isolation region 71 and the source region while avoiding the drain region. It is connected to each lower source region via a contact hole for connection. On the source line, bit lines BLn-1 and BLn-1 are interposed via a second interlayer insulating film.
Ln and BLn + 1 are wired at equal intervals. This bit line is located above the active region, and is connected to each of the underlying drain regions via a contact hole for connecting the bit line.
【0034】このような構成のセルパターンでは、上記
したように、ソース領域とドレイン領域の形成がマスク
合わせの影響を受けにくく、また、ビット線接続用のコ
ンタクト孔とソース線接続用のコンタクト孔が、2度の
セルフアライン技術を一括転用して形成されることか
ら、コンタクト孔がセル面積縮小の制限要素とはなら
ず、ウエハプロセス限界の最小線幅Fでソース配線等が
でき、しかも、無駄な空間が殆どないことから、6F2
に近い非常に小さいセル面積が実現できる。In the cell pattern having such a structure, as described above, the formation of the source region and the drain region is hardly affected by the mask alignment, and the contact hole for connecting the bit line and the contact hole for connecting the source line are formed. However, since the contact hole is formed by diverting the self-alignment technique twice, the contact hole does not become a limiting factor for reducing the cell area, and the source wiring and the like can be formed with the minimum line width F of the wafer process limit. Since there is almost no wasted space, 6F 2
And a very small cell area close to
【0035】図3は、本実施形態に係るMONOS型メ
モリトランジスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing the element structure of the MONOS type memory transistor according to this embodiment.
【0036】図3中、符号1はn型またはp型の導電型
を有するシリコンウエハ等の半導体基板、1aはチャネ
ル形成領域、2および4は当該メモリトランジスタのソ
ース領域およびドレイン領域を示す。本発明で“チャネ
ル形成領域”とは、表面側内部に電子または正孔が導電
するチャネルが形成される領域をいう。本例の“チャネ
ル形成領域”は、半導体基板1内でソース領域2および
ドレイン領域4に挟まれた部分が該当する。ソース領域
2及びドレイン領域4は、チャネル形成領域1aと逆導
電型の不純物を高濃度に半導体基板1に導入することに
より形成された導電率が高い領域であり、種々の形態が
ある。通常、ソース領域2及びドレイン領域4のチャネ
ル形成領域1aに臨む基板表面位置に、LDD(Lightly
Doped Drain) と称する低濃度不純物領域を具備させる
ことが多い。In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate such as a silicon wafer having n-type or p-type conductivity, 1a denotes a channel formation region, and 2 and 4 denote a source region and a drain region of the memory transistor. In the present invention, the “channel forming region” refers to a region where a channel through which electrons or holes conduct is formed inside the surface side. The “channel forming region” in this example corresponds to a portion sandwiched between the source region 2 and the drain region 4 in the semiconductor substrate 1. The source region 2 and the drain region 4 are regions having high conductivity formed by introducing an impurity of a conductivity type opposite to that of the channel formation region 1a into the semiconductor substrate 1 at a high concentration, and have various forms. Normally, an LDD (Lightly
In many cases, a low-concentration impurity region called “doped drain” is provided.
【0037】チャネル形成領域1a上には、ゲート絶縁
膜6を介してメモリトランジスタのゲート電極8が積層
されている。ゲート電極8は、一般に、p型またはn型
の不純物が高濃度に導入されて導電化されたポリシリコ
ン(doped poly-Si) 、又はdoped poly-Si と高融点金属
シリサイドとの積層膜からなる。ゲート電極8上に、誘
電膜16を介してプルアップ電極18が積層されてい
る。プルアップ電極18は、一般に、doped poly-Si 、
又はdoped poly-Si と高融点金属シリサイドとの積層膜
からなる。On the channel forming region 1a, a gate electrode 8 of the memory transistor is stacked via a gate insulating film 6. The gate electrode 8 is generally made of polysilicon (doped poly-Si) doped with p-type or n-type impurities at a high concentration and made conductive, or a laminated film of doped poly-Si and refractory metal silicide. . A pull-up electrode 18 is stacked on the gate electrode 8 with a dielectric film 16 interposed therebetween. The pull-up electrode 18 is generally made of doped poly-Si,
Alternatively, it is composed of a laminated film of doped poly-Si and refractory metal silicide.
【0038】本実施形態におけるゲート絶縁膜6は、下
層から順に、トンネル絶縁膜10,窒化膜12,トップ
絶縁膜14から構成されている。トンネル絶縁膜10
は、熱酸化により形成された酸化シリコン(SiO2 )
の膜でもよいが、本例ではSiO2 を窒化して得られた
窒化酸化膜からなる。トンネル絶縁膜10は、それを通
しての電子伝導が直接トンネリングを利用して行われ
る。トンネル絶縁膜10の膜厚は、使用用途に応じて
2.0nmから3.6nmの範囲内で決めることがで
き、ここでは2.8nmに設定されている。窒化膜12
は、例えば5.0nmの窒化シリコン(Six Ny (0
<x<1,0<y<1))膜から構成されている。トッ
プ絶縁膜14は、窒化膜12との界面近傍に深いキャリ
アトラップを高密度に形成する必要があり、このため、
例えば成膜後の窒化膜を熱酸化して形成される。トップ
絶縁膜14がCVDで形成された場合は熱処理によりこ
のトラップが形成される。トップ絶縁膜14の膜厚は、
ゲート電極8からのホールの注入を有効に阻止してデー
タ書換可能な回数の低下防止を図るために、最低でも
3.0nm、好ましくは3.5nm以上が必要である。The gate insulating film 6 in this embodiment is composed of a tunnel insulating film 10, a nitride film 12, and a top insulating film 14 in order from the lower layer. Tunnel insulating film 10
Is silicon oxide (SiO 2 ) formed by thermal oxidation
However, in this example, the film is made of a nitrided oxide film obtained by nitriding SiO 2 . Electron conduction through the tunnel insulating film 10 is performed using direct tunneling. The thickness of the tunnel insulating film 10 can be determined within a range of 2.0 nm to 3.6 nm according to the intended use, and is set to 2.8 nm here. Nitride film 12
Is, for example, 5.0 nm of silicon nitride (Six Ny (0
<X <1, 0 <y <1)). The top insulating film 14 needs to form deep carrier traps in the vicinity of the interface with the nitride film 12 at a high density.
For example, it is formed by thermally oxidizing a nitride film after film formation. When the top insulating film 14 is formed by CVD, this trap is formed by heat treatment. The thickness of the top insulating film 14 is
In order to effectively prevent holes from being injected from the gate electrode 8 and to prevent the number of times data can be rewritten, a minimum thickness of 3.0 nm, preferably 3.5 nm or more is required.
【0039】つぎに、このような構成のメモリトランジ
スタの製造方法例を、ゲート絶縁膜の成膜工程およびゲ
ートパターンニング工程を中心に簡単に述べる。Next, an example of a method for manufacturing a memory transistor having such a configuration will be briefly described focusing on a step of forming a gate insulating film and a step of patterning a gate.
【0040】まず、基本的な製造方法の大まかな流れを
説明すると、用意した半導体基板1に対し素子分離領域
の形成、ウエルの形成、しきい電圧調整用のイオン注入
等を必要に応じて行った後、半導体基板1の能動領域上
にゲート絶縁膜6,ゲート電極8,誘電膜16およびプ
ルアップ電極18の積層パターンを形成し、これと自己
整合的にソース・ドレイン領域2,4を形成し、層間絶
縁膜の成膜とコンタクト孔の形成を行い、ソース・ドレ
イン電極形成、及び必要に応じて行う層間絶縁層を介し
た上層配線の形成およびオーバーコート成膜とパッド開
口工程等を経て、当該不揮発性メモリトランジスタを完
成させる。First, a rough flow of a basic manufacturing method will be described. An element isolation region is formed, a well is formed, and ion implantation for adjusting a threshold voltage is performed on the prepared semiconductor substrate 1 as necessary. After that, a stacked pattern of a gate insulating film 6, a gate electrode 8, a dielectric film 16 and a pull-up electrode 18 is formed on the active region of the semiconductor substrate 1, and the source / drain regions 2 and 4 are formed in a self-aligned manner. Then, an interlayer insulating film is formed and a contact hole is formed, a source / drain electrode is formed, and if necessary, an upper layer wiring is formed via an interlayer insulating layer, an overcoat film is formed, and a pad opening step is performed. Then, the nonvolatile memory transistor is completed.
【0041】上記ゲート絶縁膜6の形成工程では、ま
ず、窒素中に希釈酸素を混入した雰囲気中での高温短時
間熱酸化(RTO)によりシリコン基板1を熱酸化し、
つぎに、熱酸化膜に対しアンモニア雰囲気中で高温短時
間熱窒化(RTN)を例えば炉温度1000℃、処理時
間1分の条件で行うことにより、トンネル絶縁膜10
(最終厚み2.8nm)を形成する。つぎに、減圧CV
D法で窒化膜12を最終膜厚が5.0nmとなるよう
に、これより厚めに堆積する。このCVDは、例えば、
ジクロロシラン(DCS)とアンモニアを混合した導入
ガスを用い、基板温度650℃で行う。この窒化酸化膜
上の窒化シリコン膜形成では、必要に応じて、予め、出
来上がり膜表面の荒さの増大を抑止するため下地面の前
処理(ウエハ前処理)及び成膜条件を最適化するとよ
い。この場合、ウエハ前処理を最適化していないと窒化
シリコン膜の表面モフォロジーが悪く正確な膜厚測定が
できないことから、このウエハ前処理を充分に最適化し
た上で、次の熱酸化工程で膜減りする窒化シリコン膜の
減少分を考慮した膜厚設定を行う。たとえば形成した窒
化シリコン膜表面を熱酸化法により酸化して、トップ絶
縁膜14を3.5nmほど形成する。この熱酸化は、例
えばH2 O雰囲気中で炉温度950℃で行う。これによ
り、トラップレベル(窒化シリコンの伝導帯からのエネ
ルギー差)が2.0eV以下の程度の深いキャリアトラ
ップが約1〜2×1013cm-2の密度で形成される。ま
た、窒化膜12が1nmに対し熱酸化シリコン膜(トッ
プ絶縁膜14)が1.6nm形成され、この割合で下地
の窒化膜厚が減少し、窒化膜12の最終膜厚は5nmと
なる。In the step of forming the gate insulating film 6, first, the silicon substrate 1 is thermally oxidized by high-temperature short-time thermal oxidation (RTO) in an atmosphere in which diluted oxygen is mixed in nitrogen.
Next, high-temperature short-time thermal nitridation (RTN) is performed on the thermal oxide film in an ammonia atmosphere at, for example, a furnace temperature of 1000 ° C. and a processing time of 1 minute, thereby forming the tunnel insulating film 10.
(Final thickness 2.8 nm). Next, decompression CV
The nitride film 12 is deposited thicker by the method D so that the final film thickness becomes 5.0 nm. This CVD, for example,
The process is performed at a substrate temperature of 650 ° C. using an introduced gas in which dichlorosilane (DCS) and ammonia are mixed. In the formation of the silicon nitride film on the nitrided oxide film, if necessary, the pretreatment (wafer pretreatment) of the base surface and the film formation conditions may be optimized in order to suppress an increase in the roughness of the finished film surface. In this case, if the wafer pretreatment is not optimized, the surface morphology of the silicon nitride film is poor and accurate film thickness measurement cannot be performed. Therefore, after sufficiently optimizing the wafer pretreatment, the film is subjected to the next thermal oxidation step. The film thickness is set in consideration of the reduced silicon nitride film. For example, the surface of the formed silicon nitride film is oxidized by a thermal oxidation method to form a top insulating film 14 of about 3.5 nm. This thermal oxidation is performed, for example, in a H 2 O atmosphere at a furnace temperature of 950 ° C. As a result, a deep carrier trap having a trap level (an energy difference from the conduction band of silicon nitride) of about 2.0 eV or less is formed at a density of about 1 to 2 × 10 13 cm −2 . The thermally oxidized silicon film (top insulating film 14) is formed to a thickness of 1.6 nm with respect to the nitride film 12 having a thickness of 1 nm. At this ratio, the thickness of the underlying nitride film decreases, and the final thickness of the nitride film 12 becomes 5 nm.
【0042】このようにしてゲート絶縁膜6を成膜した
後は、ゲート電極8となる膜および誘電膜16を成膜す
る。このとき、誘電膜16として、HTO(High tempe
rature chemical vapor deposited Oxide)またはCVD
−SiO2 膜を、例えば10nm程度成膜する。誘電膜
16上に、プルアップ電極18となる導電膜を成膜す
る。その後、このプルアップ電極18となる導電膜、誘
電膜16、ゲート電極8となる導電膜、ゲート絶縁膜6
を、例えばRIEにより連続してエッチングする。これ
によりゲート電極およびプルアップ電極のパターンニン
グが終了し、以後は、前記した諸工程を経て当該不揮発
性メモリトランジスタを完成させる。After forming the gate insulating film 6 in this manner, a film serving as the gate electrode 8 and a dielectric film 16 are formed. At this time, HTO (High tempe) is used as the dielectric film 16.
(rature chemical vapor deposited Oxide) or CVD
-A SiO 2 film is formed to a thickness of, for example, about 10 nm. On the dielectric film 16, a conductive film to be a pull-up electrode 18 is formed. Thereafter, the conductive film serving as the pull-up electrode 18, the dielectric film 16, the conductive film serving as the gate electrode 8, and the gate insulating film 6
Is continuously etched by, for example, RIE. This completes the patterning of the gate electrode and the pull-up electrode. Thereafter, the nonvolatile memory transistor is completed through the above-described steps.
【0043】つぎに、このような構成の不揮発性メモリ
の書き込み動作について説明する。ここで、図1に示す
ように、選択セルSとの接続関係によって非選択セルA
〜Cを定義する。すなわち、選択セルSと同じ選択ワー
ド線WL1に接続された非選択のセルをA、非選択ワー
ド線WL2に接続されたセルで、選択セルSと同じ選択
ソース線SL1及び選択ビット線BL1に接続された非
選択のセルをC、選択ワード線WL2に接続され、非選
択ソース線SL2および非選択ビット線BL2に接続さ
れた非選択のセルをBと定義する。Next, the write operation of the nonvolatile memory having such a configuration will be described. Here, as shown in FIG. 1, the non-selected cell A depends on the connection relationship with the selected cell S.
To C. That is, the non-selected cell connected to the same selected word line WL1 as the selected cell S is A, and the cell connected to the non-selected word line WL2 is connected to the same selected source line SL1 and selected bit line BL1 as the selected cell S. The selected unselected cell is defined as C, and the unselected cell connected to the selected word line WL2 and connected to the unselected source line SL2 and the unselected bit line BL2 is defined as B.
【0044】図4に、この4種類のセルに対する書き込
みバイアス電圧の設定条件を示す。まず、選択セルSが
接続されたビット線BL1とソース線SL1をローレベ
ルの電圧、例えば接地電位0Vで保持し、その他の非選
択のビット線BL2およびソース線SL2にハイレベル
の電圧、例えば5Vを設定する。また、非選択のワード
線WL2に基板電位が0Vのときは所定の電圧、例えば
3.7Vを印加する。この状態で、選択セルSが接続さ
れたワード線WL1に選択トランジスタST1を介して
10V以下のプログラム電圧、例えば8Vを印加して選
択ワード線WL1をプリチャージする。このため、選択
セルSを構成するメモリトランジスタのゲート電極の電
位が約8V程度に上昇するが、この電位では未だ書き込
みは行われない。FIG. 4 shows conditions for setting the write bias voltage for these four types of cells. First, the bit line BL1 and the source line SL1 to which the selected cell S is connected are held at a low-level voltage, for example, a ground potential of 0 V, and the other non-selected bit lines BL2 and source line SL2 are supplied with a high-level voltage, for example, 5 V Set. When the substrate potential is 0 V, a predetermined voltage, for example, 3.7 V is applied to the unselected word line WL2. In this state, a program voltage of 10 V or less, for example, 8 V is applied to the word line WL1 to which the selected cell S is connected via the selection transistor ST1 to precharge the selected word line WL1. Therefore, the potential of the gate electrode of the memory transistor constituting the selected cell S rises to about 8 V, but writing is not yet performed at this potential.
【0045】つぎに、選択ワード線WL1に接続された
選択トランジスタST1がオフされ、選択ワード線WL
1が電気的に浮遊状態となる。そして、今度はプルアッ
プ線が接続された選択トランジスタST0をオンさせ、
プルアップゲートバイアス回路102により、選択セル
Sが接続されたプルアップ線PL1に10V以下の所定
電圧、例えば8Vを印加する。これにより、選択ワード
線WL1が書き込みが可能な電圧まで昇圧される。この
昇圧後の最終的なワード線電位Vwは、次式で表わされ
る。Next, the selection transistor ST1 connected to the selected word line WL1 is turned off, and the selected word line WL1 is turned off.
1 is electrically floating. Then, the selection transistor ST0 to which the pull-up line is connected is turned on,
The pull-up gate bias circuit 102 applies a predetermined voltage of 10 V or less, for example, 8 V to the pull-up line PL1 to which the selected cell S is connected. As a result, the voltage of the selected word line WL1 is raised to a voltage at which writing is possible. The final word line potential Vw after this boosting is expressed by the following equation.
【0046】[0046]
【数1】 Vw=Vpc+C×Vpull …(1)Vw = Vpc + C × Vpull (1)
【0047】ここで、Vpcはワード線のプリチャージ
電圧、Cはプルアップ電極とワード線との容量結合比、
Vpullはプルアップ電極の印加電圧(プルアップ電
圧)を示す。Here, Vpc is the precharge voltage of the word line, C is the capacitance coupling ratio between the pull-up electrode and the word line,
Vpull indicates a voltage applied to the pull-up electrode (pull-up voltage).
【0048】上記例では、プリチャージ電圧Vpcおよ
びプルアップ電圧Vpullは共に8Vである。ここ
で、容量結合比Cを0.5とすると、上記(1)式か
ら、昇圧後のワード線電位Vwは12Vとなる。その結
果、選択セルSのメモリトランジスタM11では、その
電荷蓄積手段(キャリアトラップ)に半導体基板1のチ
ャネル形成領域1a全面から電荷(電子)がトンネリン
グ注入され、そのしきい電圧Vthが変化してデータが書
き込まれる。In the above example, the precharge voltage Vpc and the pull-up voltage Vpull are both 8V. Here, assuming that the capacitance coupling ratio C is 0.5, the word line potential Vw after boosting is 12 V from the above equation (1). As a result, in the memory transistor M11 of the selected cell S, charges (electrons) are tunnel-injected into the charge storage means (carrier trap) from the entire surface of the channel formation region 1a of the semiconductor substrate 1, and the threshold voltage Vth changes to change the data. Is written.
【0049】図5は、不揮発性メモリトランジスタの書
き込み/消去特性を示すグラフである。図5において、
書き込み終了をしきい電圧Vthが2V以上と定義する
と、書き込み時間はワード線印加電圧12Vで0.2m
sec、ワード線印加電圧10Vで約20msecとな
り、ワード線印加電圧8Vでは10secでも書き込み
は終了しない。本実施形態の書き込みでは、ワード線昇
圧によって、書き込みに用いた最高電圧8Vを越えてワ
ード線電位Vwを12Vと高くできるため、0.2ms
ec程度の高速書き込みを達成できる。また、ワード線
印加電圧を書き込み時と消去時で絶対値がほぼ同じとな
るまで低電圧化することができる。その結果、高耐圧ト
ランジスタを用いて構成した不図示の動作電圧発生回路
の構成を簡素にすることができ、またチップ面積の縮
小、低消費電力化を達成することが可能となる。FIG. 5 is a graph showing the write / erase characteristics of the nonvolatile memory transistor. In FIG.
If the threshold voltage Vth for defining the end of writing is defined as 2 V or more, the writing time is 0.2 m at a word line applied voltage of 12 V.
In 20 seconds, the word line applied voltage of 10 V is about 20 msec, and the word line applied voltage of 8 V is not completed even in 10 seconds. In the writing according to the present embodiment, the word line potential can be increased to 12 V beyond the maximum voltage 8 V used for writing by word line boosting.
High speed writing of about ec can be achieved. Further, it is possible to reduce the voltage applied to the word line until the absolute value is substantially the same between the time of writing and the time of erasing. As a result, it is possible to simplify the configuration of an operating voltage generation circuit (not shown) configured using high breakdown voltage transistors, and to achieve a reduction in chip area and power consumption.
【0050】第2実施形態 本実施形態は、ビット線およびソース線が階層化された
分離ソース型の微細NOR型セルを有する不揮発性半導
体メモリに関する。図6は、本実施形態に係る不揮発性
半導体メモリの概略構成を示す図である。 Second Embodiment The present embodiment relates to a nonvolatile semiconductor memory having an isolated source type fine NOR type cell in which bit lines and source lines are hierarchized. FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the nonvolatile semiconductor memory according to the present embodiment.
【0051】本例の不揮発性メモリ装置110では、ビ
ット線が主ビット線と副ビット線に階層化され、ソース
線が主ソース線と副ソース線に階層化されている。主ビ
ット線MBL1に選択トランジスタS11を介して副ビ
ット線SBL1が接続され、主ビット線MBL2に選択
トランジスタS21を介して副ビット線SBL2が接続
されている。また、主ソース線MSLに対し、選択トラ
ンジスタS12を介して副ソース線SSL1が接続さ
れ、選択トランジスタS22を介して副ソース線SSL
2が接続されている。In the nonvolatile memory device 110 of this example, the bit lines are hierarchized into main bit lines and sub-bit lines, and the source lines are hierarchized into main source lines and sub-source lines. The sub-bit line SBL1 is connected to the main bit line MBL1 via the selection transistor S11, and the sub-bit line SBL2 is connected to the main bit line MBL2 via the selection transistor S21. The sub-source line SSL1 is connected to the main source line MSL via the selection transistor S12, and the sub-source line SSL is connected via the selection transistor S22.
2 are connected.
【0052】そして、副ビット線SBL1と副ソース線
SSL1との間に、メモリトランジスタM11〜M1n
が並列接続され、副ビット線SBL2と副ソース線SS
L2との間に、メモリトランジスタM21〜M2nが並
列接続されている。この互いに並列に接続されたn個の
メモリトランジスタと、2つの選択トランジスタ(S1
1とS12、又は、S21とS22)とにより、メモリ
セルアレイを構成する単位ブロックが構成される。The memory transistors M11 to M1n are provided between the sub bit line SBL1 and the sub source line SSL1.
Are connected in parallel, the sub bit line SBL2 and the sub source line SS
The memory transistors M21 to M2n are connected in parallel with L2. The n memory transistors connected in parallel to each other and two select transistors (S1
1 and S12 or S21 and S22) constitute a unit block constituting the memory cell array.
【0053】ワード方向に隣接するメモリトランジスタ
M11,M21,…の各ゲートがワード線WL1に接続
されている。同様に、メモリトランジスタM12,M2
2,…の各ゲートがワード線WL2に接続され、また、
メモリトランジスタM1n,M2n,…の各ゲートがワ
ード線WLnに接続されている。ワード方向に隣接する
選択トランジスタS11,S21,…は選択線SG1に
より制御され、選択トランジスタS12,S22,…は
選択線SG2により制御される。The gates of the memory transistors M11, M21,... Adjacent in the word direction are connected to the word line WL1. Similarly, memory transistors M12, M2
, Are connected to the word line WL2.
Each gate of the memory transistors M1n, M2n,... Is connected to a word line WLn. Are controlled by a selection line SG1, and the selection transistors S12, S22,... Are controlled by a selection line SG2.
【0054】各メモリトランジスタは、例えば図3に示
す構造を有し、ゲート電極の上方に誘電膜を介してプル
アップ電極が設けらている。第1実施形態と同様、各メ
モリトランジスタのプルアップ電極は、例えばワード方
向に配線されたプルアップ線に共通に接続されている。
具体的に、メモリトランジスタM11とM21の各プル
アップ電極がプルアップ線PL1に接続され、メモリト
ランジスタM12とM22の各プルアップ電極がプルア
ップ線PL2に接続され、メモリトランジスタM1nと
M2nの各プルアップ電極がプルアップ線PLnに接続
されている。第1実施形態と同様、プルアップ線PL
1,PL2,…,PLnに、選択トランジスタST0を
介してプルアップゲートバイアス回路102が接続され
ている。Each memory transistor has, for example, the structure shown in FIG. 3, and a pull-up electrode is provided above a gate electrode via a dielectric film. As in the first embodiment, the pull-up electrode of each memory transistor is commonly connected to, for example, a pull-up line wired in the word direction.
Specifically, each pull-up electrode of memory transistors M11 and M21 is connected to pull-up line PL1, each pull-up electrode of memory transistors M12 and M22 is connected to pull-up line PL2, and each pull-up electrode of memory transistors M1n and M2n. The up electrode is connected to the pull-up line PLn. As in the first embodiment, the pull-up line PL
, PLn, are connected to a pull-up gate bias circuit 102 via a selection transistor ST0.
【0055】本実施形態においても、第1実施形態と同
様に、ワード線昇圧によってプログラム電圧を低減し、
或いはプログラム電圧と消去電圧を対称にすることがで
きることから、動作電圧発生回路の構成を簡素にするこ
とができる。In the present embodiment, as in the first embodiment, the program voltage is reduced by boosting the word line.
Alternatively, since the program voltage and the erase voltage can be made symmetric, the configuration of the operating voltage generation circuit can be simplified.
【0056】また、ビット線とソース線が階層化されて
おり、選択トランジスタS11又はS21が非選択の単
位ブロックにおける並列メイントランジスタ群を主ビッ
ト線MBL1またはMBL2から切り離すため、主ビッ
ト線の容量が著しく低減され、高速化、低消費電力化に
有利である。また、選択トランジスタS12またはS2
2の働きで、副ソース線を主ソース線から切り離して、
低容量化することができる。The bit line and the source line are hierarchized, and the selection transistor S11 or S21 separates the parallel main transistor group in the unselected unit block from the main bit line MBL1 or MBL2. This is significantly reduced, which is advantageous for speeding up and reducing power consumption. Further, the selection transistor S12 or S2
By the operation of 2, the sub source line is separated from the main source line,
The capacity can be reduced.
【0057】その他、副配線(副ビット線,副ソース
線)を不純物領域で構成した疑似コンタクトレス構造と
することができ、第1実施形態に示すNOR型セルと同
等レベルのビット当たりの実効セル面積を実現できる。
たとえば、トレンチ分離技術、自己整合作製技術(例え
ば、図2に示す微細NOR型セルで用いた自己整合コン
タクト形成技術)等を用いることにより、専有面積が6
F2 (Fは最小デザインルール)の微細セルが製造可能
である。その製造の際、副ビット線SBL1,SBL2
または副ソース線SSL1,SSL2は不純物領域、ま
たはシリサイドを張り付けた不純物領域で形成し、主ビ
ット線MBL1,MBL2はメタル配線を用いるとよ
い。In addition, a pseudo contactless structure in which the sub-wiring (sub-bit line and sub-source line) is formed of an impurity region can be provided, and the effective cell per bit has the same level as the NOR type cell shown in the first embodiment. Area can be realized.
For example, by using a trench isolation technique, a self-alignment fabrication technique (for example, a self-alignment contact formation technique used in the fine NOR type cell shown in FIG. 2), the occupied area becomes 6
A fine cell of F 2 (F is the minimum design rule) can be manufactured. At the time of its manufacture, the sub-bit lines SBL1, SBL2
Alternatively, the sub source lines SSL1 and SSL2 may be formed of impurity regions or impurity regions to which silicide is attached, and the main bit lines MBL1 and MBL2 may be formed of metal wiring.
【0058】また、チャネル全面書き込み、チャネル全
面消去のオペレーションを採用することができる。チャ
ネル全面の書き込み/消去オペレーションを用いると、
ドレインまたはソース不純物領域でのバンド間トンネル
電流を抑止するための2重拡散層構造を用いる必要がな
いため、不純物領域から蓄積電荷を引く抜くオペレーシ
ョンと比較して、メモリトランジスタのソースおよびド
レイン不純物領域のスケーリング性に優れる。その結果
として、セルの微細化スケーリング性が優れ、このた
め、より微細なゲート長のメモリトランジスタを実現す
ることができる。Further, the operation of writing the entire channel and erasing the entire channel can be adopted. Using the write / erase operation for the entire channel,
Since it is not necessary to use a double diffusion layer structure for suppressing the interband tunnel current in the drain or source impurity region, the source and drain impurity regions of the memory transistor are compared with the operation of extracting the accumulated charge from the impurity region. Excellent scalability. As a result, the scaling property of the cell is excellent, so that a memory transistor having a finer gate length can be realized.
【0059】第3実施形態 図7は、本実施形態に係る不揮発性半導体メモリの概略
構成を示す図である。本実施形態に係る不揮発性半導体
メモリ120は、メモリセルアレイの構成、メモリトラ
ンジスタ構造が第1実施形態と同様である。また、メモ
リトランジスタのゲート電極を昇圧するための構成、即
ち、図7に示すように、メモリトランジスタにプルアッ
プ電極が設けられ、プルアップ電極にプルアップ線PL
1,PL2が接続され、プルアップ線PL1,PL2に
選択トランジスタST0を介してプルアップゲートバイ
アス回路102が接続されていることは、第1,第2実
施形態と同様である。 Third Embodiment FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory according to this embodiment. The nonvolatile semiconductor memory 120 according to the present embodiment has the same configuration of the memory cell array and the same memory transistor structure as the first embodiment. Further, a configuration for boosting the gate electrode of the memory transistor, that is, as shown in FIG. 7, a pull-up electrode is provided on the memory transistor, and a pull-up line PL is provided on the pull-up electrode.
1 and PL2, and a pull-up gate bias circuit 102 is connected to the pull-up lines PL1 and PL2 via a selection transistor ST0, as in the first and second embodiments.
【0060】本実施形態に係る不揮発性半導体メモリ1
20では、第1実施形態と比べて新たな構成、すなわ
ち、ビット方向の共通線に接続され、非選択メモリトラ
ンジスタのソース領域2及び/又はドレイン領域4(図
3)に逆バイアス電圧を印加する書き込みインヒビット
電圧供給回路122と、ワード線に接続され、非選択セ
ルのゲート電極8にチャネル形成領域1aに関し逆バイ
アスとなる電圧を印加する非選択ワード線電圧供給回路
124とが付加されている。The nonvolatile semiconductor memory 1 according to the present embodiment
At 20, the new configuration is different from that of the first embodiment, that is, a reverse bias voltage is applied to the source region 2 and / or the drain region 4 (FIG. 3) of the unselected memory transistor connected to the common line in the bit direction. A write inhibit voltage supply circuit 122 and a non-selected word line voltage supply circuit 124 connected to the word line and applying a reverse bias voltage to the gate electrode 8 of the non-selected cell with respect to the channel forming region 1a are added.
【0061】ここで、“共通線”とは、ビット方向(列
方向の)複数のメモリトランジスタ間でソース領域また
はドレイン領域を共通に直接接続するか、容量結合する
線をいい、例えばビット線やソース線のほかに、いわゆ
るブースタプレート等が該当する。図7の例は、共通線
がビット線およびソース線の場合である。また、“逆バ
イアス電圧”とは、ソース領域またはドレイン領域と、
チャネル形成領域が形成される半導体基板または半導体
層のバルク領域との間に形成されるpn接合を逆バイア
スする方向の電圧をいう。さらに、“チャネル形成領域
に関して逆バイアスとなる方向”とは、チャネル形成領
域の電位を基準とした電圧印加がプラス側かマイナス側
の方向をいう。具体的には、チャネル形成領域の導電型
がp型の場合の当該方向はプラス側、n型の場合の当該
方向はマイナス側となる。Here, the "common line" refers to a line in which a source region or a drain region is directly connected in common between a plurality of memory transistors in a bit direction (in a column direction) or capacitively coupled. A so-called booster plate or the like corresponds to the source line. The example of FIG. 7 is a case where the common line is a bit line and a source line. In addition, “reverse bias voltage” refers to a source region or a drain region,
A voltage in a direction in which a pn junction formed between the semiconductor substrate or the bulk region of the semiconductor layer where the channel formation region is formed is reversely biased. Further, “a direction in which a reverse bias is applied to the channel formation region” refers to a direction in which the voltage application based on the potential of the channel formation region is on the plus side or the minus side. Specifically, the direction is positive when the conductivity type of the channel formation region is p-type, and is negative when the conductivity type of the channel formation region is n-type.
【0062】これら書き込みインヒビット電圧供給回路
122および非選択ワード線電圧供給回路124は、選
択セルのプログラムに先立って非選択メモリトランジス
タのゲート電極8、ソース領域2およびドレイン領域4
に所定電圧を印加することにより、特に図7の非選択セ
ルA,Bの誤書き込みまたは誤消去を防止し、プログラ
ムディスターブマージンの大幅な改善を行うものであ
る。The write inhibit voltage supply circuit 122 and the unselected word line voltage supply circuit 124 provide the gate electrode 8, the source region 2 and the drain region 4 of the unselected memory transistor prior to programming the selected cell.
By applying a predetermined voltage to the non-selected cells A and B shown in FIG. 7, erroneous writing or erasing is prevented, and the program disturb margin is greatly improved.
【0063】つぎに、書き込み動作を説明する。Next, the write operation will be described.
【0064】選択セルSにデータを書き込む際、まず、
非選択ワード線バイアス回路124により、非選択ワー
ド線WL2に基板電位0Vのときは所定の電圧、例えば
3.5Vを印加する。また、書き込みインヒビット電圧
供給回路122により、非選択ソース線SL2および非
選択ビット線BL2に基板電位0Vのときは所定の逆バ
イアス電圧、例えば5Vを印加する。このとき、選択ソ
ース線SL1および選択ビット線BL1は、接地電位0
Vで保持する。この状態で、選択ワード線WL1にプロ
グラム電圧(例えば、8V)を印加した後、選択ワード
線WL1を浮遊状態として、プルアップゲートバイアス
回路102により、プルアップ線PL1にプルアップ電
圧(例えば、8V)を印加する。すると、選択セルSの
メモリトランジスタM11では、そのゲート電極8が、
例えば12V程度まで昇圧され、その結果、電荷蓄積手
段(キャリアトラップ)にチャネル形成領域1a全面か
ら電荷がトンネリング注入され、しきい電圧Vthが変化
してデータが書き込まれる。なお、バイアス電圧印加の
順序は、上述のように非選択ワード線への電圧印加、逆
バイアス電圧印加、プログラム電圧印加、プルアップ電
圧印加の順で行うと、非選択セルBがディスターブを受
けにくく好ましい。When writing data to the selected cell S, first,
When the substrate potential is 0 V, a predetermined voltage, for example, 3.5 V is applied to the non-selected word line WL2 by the non-selected word line bias circuit 124. When the substrate potential is 0 V, a predetermined reverse bias voltage, for example, 5 V is applied to the unselected source line SL2 and the unselected bit line BL2 by the write inhibit voltage supply circuit 122. At this time, the selected source line SL1 and the selected bit line BL1 are connected to the ground potential 0
Hold at V. In this state, after applying a program voltage (for example, 8 V) to the selected word line WL1, the selected word line WL1 is brought into a floating state, and a pull-up voltage (for example, 8 V) is applied to the pull-up line PL1 by the pull-up gate bias circuit 102. ) Is applied. Then, in the memory transistor M11 of the selected cell S, its gate electrode 8 is
For example, the voltage is raised to about 12 V. As a result, charges are injected into the charge storage means (carrier trap) from the entire surface of the channel forming region 1a by tunneling, and the threshold voltage Vth changes to write data. If the bias voltage is applied in the order of voltage application to the non-selected word line, reverse bias voltage application, program voltage application, and pull-up voltage application as described above, the non-selected cell B is less likely to be disturbed. preferable.
【0065】この書き込み方法では、非選択ワード線W
L2に例えば正の電圧を印加することにより、非選択セ
ルBのディスターブマージンが拡大され、この非選択セ
ルBが誤書き込みまたは誤消去されない。また、非選択
ビット線BL2および非選択ソース線SL2に逆バイア
ス電圧を印加することによって、選択ワード線のプログ
ラム電圧の印加で非選択セルAが書き込み状態になるこ
とが防止でき、この結果、非選択セルBが誤書き込み
(および誤消去)されない。In this writing method, the unselected word line W
By applying, for example, a positive voltage to L2, the disturb margin of the unselected cell B is expanded, and the unselected cell B is not erroneously written or erased. Further, by applying a reverse bias voltage to the unselected bit line BL2 and the unselected source line SL2, it is possible to prevent the non-selected cell A from being in a write state due to the application of the program voltage of the selected word line. The selected cell B is not erroneously written (and erroneously erased).
【0066】本実施形態で選択ワード線WLの印加電圧
が、例えば12Vから8V程度に低減されていること
は、第1実施形態と同様な効果、即ち動作電圧の低減、
非対称性是正に加え、非選択セルA,Bのディスターブ
防止に有利となるといった効果も奏する。The fact that the voltage applied to the selected word line WL in this embodiment is reduced from, for example, about 12 V to about 8 V means that the same effect as in the first embodiment, that is, the reduction in operating voltage,
In addition to the correction of asymmetry, there is an effect that it is advantageous for preventing disturbance of the non-selected cells A and B.
【0067】以上は、ディスターブ防止について述べて
きたが、このほか、ソースおよびドレインを逆バイアス
する際に耐圧(接合耐圧)に問題はないかを調べ、また
主要デバイス特性についても確認しておく必要がある。The above description has been directed to the prevention of disturbance. In addition to this, it is necessary to check whether there is any problem with the withstand voltage (junction withstand voltage) when the source and the drain are reversely biased, and to confirm the main device characteristics. There is.
【0068】〔メモリトランジスタの耐圧〕ゲート電圧
0Vの場合の電流−電圧特性について書き込み状態及び
消去状態の両者の場合について検討した。この結果、接
合の降伏電圧は約10Vで、書き込み状態、消去状態に
依存しないことが分かった。しかし、3V〜5V付近の
サブブレークダウン領域における立ち上がり電圧は書き
込み状態と消去状態で異なることが分った。[Withstand Voltage of Memory Transistor] The current-voltage characteristics when the gate voltage is 0 V were examined in both the write state and the erase state. As a result, it was found that the breakdown voltage of the junction was about 10 V and did not depend on the written state or the erased state. However, it was found that the rising voltage in the sub-breakdown region near 3 V to 5 V was different between the written state and the erased state.
【0069】書き込み状態における電流−電圧特性のゲ
ート電圧依存性をついて検討した。降伏電圧はゲート電
圧依存性を示さず、サブブレークダウン領域における立
ち上がり電圧はゲート電圧依存性を示した。サブブレー
クダウン領域はゲートエッジ部のドレイン/ソース領域
表面でのバンド間トンネル現象に起因していると推定さ
れるが、電流レベルが小さいため、ここでは問題になら
ないと考えられる。また、約10Vの降伏電圧もソース
・ドレイン印加電圧(インヒビットS/D電圧)の上限
が7. 5V程度であるため、インヒビット特性に直接的
に影響することはないと考えられる。以上より、0.1
8μmMONOS型メモリトランジスタにおいて、その
接合耐圧はプログラムディスターブ特性の制限要因とは
ならないことが分かった。The gate voltage dependence of the current-voltage characteristics in the written state was examined. The breakdown voltage did not show the gate voltage dependency, and the rise voltage in the sub-breakdown region showed the gate voltage dependency. The sub-breakdown region is presumed to be caused by the band-to-band tunneling phenomenon on the surface of the drain / source region at the gate edge portion. However, since the current level is small, it is considered that this is not a problem here. Also, the breakdown voltage of about 10 V does not directly affect the inhibit characteristics because the upper limit of the source / drain applied voltage (inhibit S / D voltage) is about 7.5 V. From the above, 0.1
It has been found that the junction breakdown voltage does not become a limiting factor of the program disturb characteristic in the 8 μm MMONOS type memory transistor.
【0070】〔主要デバイス特性〕書き込み状態、消去
状態での電流−電圧特性を検討した。ゲート電圧0Vの
場合、ドレイン電圧1. 5Vでの非選択セルの電流値は
約1nAであった。この場合の読み出し電流は10μA
以上であるため、非選択セルの誤読み出しが生じること
はないと考えられる。したがって、ゲート長0.18μ
mのMONOS型メモリトランジスタにおいて読み出し
時のパンチスルー耐圧のマージンは十分あることが分か
った。また、ゲート電圧1. 5Vでのリードディスター
ブ特性も評価したが、3×108 sec以上の読み出し
時間が可能であった。[Main Device Characteristics] The current-voltage characteristics in the written state and the erased state were examined. When the gate voltage was 0 V, the current value of the unselected cell at a drain voltage of 1.5 V was about 1 nA. The read current in this case is 10 μA
As described above, it is considered that an erroneous read of a non-selected cell does not occur. Therefore, the gate length is 0.18 μm.
It has been found that the MONOS type memory transistor of m has a sufficient margin of the punch-through withstand voltage at the time of reading. In addition, the read disturb characteristics at a gate voltage of 1.5 V were also evaluated, and a read time of 3 × 10 8 sec or more was possible.
【0071】書き込み条件(プログラム電圧:8V、プ
ログラム時間:0.2msec)、消去条件(消去時ゲ
ート電圧:−7V、消去時間:100msec)でのデ
ータ書き換え特性を検討した。データ書換回数は、キャ
リアトラップが空間的に離散化されているために良好
で、1×106 回を満足することが分かった。また、デ
ータ保持特性は1×106 回のデータ書き換え後で85
℃、10年を満足した。Data rewriting characteristics under write conditions (program voltage: 8 V, program time: 0.2 msec) and erase conditions (gate voltage at erase: -7 V, erase time: 100 msec) were examined. It was found that the number of times of data rewriting was good because the carrier traps were spatially discretized, and satisfied 1 × 10 6 times. The data retention characteristic is 85 after 1 × 10 6 data rewrites.
C., 10 years satisfied.
【0072】以上より、0. 18μm世代のMONOS
型不揮発性メモリトランジスタとして充分な特性が得ら
れていることを確かめることができた。図8に、以上の
諸特性をまとめた表を示す。As described above, the MONOS of the 0.18 μm generation
It was confirmed that sufficient characteristics were obtained as a type nonvolatile memory transistor. FIG. 8 shows a table summarizing the above various characteristics.
【0073】本実施形態では、非選択ワード線に例えば
正のバイアス電圧を印加することにより、非選択ワード
線、非選択ビット線双方に接続された非選択セルBのイ
ンヒビットS/D電圧の上限を上げ、プログラムディス
ターブマージンを大きくできることを、0.18μm世
代のMONOS型不揮発性メモリにおいて実験的に確認
することができた。この効果のゲート長依存性も調べた
結果、ゲート長が0.2μmより短い領域において特に
顕著であった。この改善効果は、ゲート電圧0Vの従来
の場合ではチャネル形成領域が逆バイアス電圧により空
乏化して、トランジスタのチャネル形成領域においてO
NO膜内の保持電荷が基板側に引き抜かれる方向の電界
成分が増大しており、これをゲート電圧をチャネル形成
領域に対し逆バイアス方向(本実施形態では、正方向)
にバイアスする電圧の印加によって低減している。この
インヒビットS/D電圧の上限を上げることは、これに
より同じ非選択ビット線に接続された非選択セルAのプ
ログラムディスターブマージンを拡大することも分かっ
た。また、トランジスタの耐圧を実験的に検討した結
果、トランジスタ耐圧はインヒビットS/D電圧より大
きく、プログラムインヒビット特性の制限要因にはなら
ないことが分かった。主要デバイス特性への影響がない
ことも確認した。これらプログラムディスターブマージ
ンの拡大を示すデータは、0.18μm世代以降のゲー
ト長のMONOS型メモリトランジスタにもその原理か
ら適用できる。In this embodiment, the upper limit of the inhibit S / D voltage of the non-selected cell B connected to both the non-selected word line and the non-selected bit line is obtained by applying, for example, a positive bias voltage to the non-selected word line. It was experimentally confirmed that the program disturb margin can be increased in a 0.18 μm generation MONOS nonvolatile memory. As a result of examining the gate length dependency of this effect, it was particularly remarkable in a region where the gate length was shorter than 0.2 μm. The effect of this improvement is that in the conventional case where the gate voltage is 0 V, the channel formation region is depleted by the reverse bias voltage, and O
The electric field component in the direction in which the retained charges in the NO film are pulled out to the substrate side is increased, and this is applied to shift the gate voltage to the channel forming region in the reverse bias direction (the positive direction in the present embodiment).
Is reduced by the application of a biasing voltage. It has also been found that raising the upper limit of the inhibit S / D voltage increases the program disturb margin of the non-selected cells A connected to the same non-selected bit line. Further, as a result of experimentally examining the withstand voltage of the transistor, it was found that the withstand voltage of the transistor was higher than the inhibit S / D voltage and did not become a limiting factor of the program inhibit characteristic. It was confirmed that there was no effect on the main device characteristics. The data indicating the expansion of the program disturb margin can be applied to the MONOS type memory transistor having a gate length of 0.18 μm generation or later based on the principle.
【0074】このようなプログラムディスターブマージ
ンの拡大によって、メモリセルのトランジスタ数を単一
とした1トランジスタセルの実現が容易化される。この
実現のためには、ディスターブマージン拡大のほか、メ
モリトランジスタのしきい電圧をデプリーションになら
ないエンハンス型メモリセルとする必要があるが、プロ
グラム電圧の増大余地が生じたことによって同じプログ
ラム速度ならトンネル膜厚を厚くでき、これにより消去
特性において、しきい値電圧がデプリーションになりず
らく、エンハンスメントで飽和するメモリ特性が得ら
れ、この面でも1トランジスタセルが実現しやすくなっ
た。The expansion of the program disturb margin facilitates the realization of a one-transistor cell having a single memory cell transistor. To achieve this, it is necessary to increase the disturb margin and to use an enhanced memory cell that does not cause the depletion of the threshold voltage of the memory transistor. The thickness can be increased, whereby the threshold voltage in the erasing characteristics is less likely to be depleted, and a memory characteristic saturated with enhancement is obtained. In this aspect, a one-transistor cell is easily realized.
【0075】1トランジスタセルでは、選択トランジス
タをメモリセルごとに配置する必要がなく、セル面積縮
小、ひいてはチップ面積縮小によるコスト低減、大容量
化がが図れる。この結果、FG型不揮発性メモリのNO
R型、AND型、NAND型あるいはDINOR型等と
同等のセル面積の大容量MONOS型不揮発性メモリを
低コストで実現することが可能となった。さらに、トン
ネル絶縁膜の膜厚が比較的厚いため、電荷蓄積手段への
ホールの注入が抑制され、この結果、ホールによるトン
ネル絶縁膜の劣化が抑制され、書き込み消去繰り返し特
性(エンデュランス特性)が向上する。なお、本例にお
ける書き込みインヒビット電圧供給回路は、ソース領域
を逆バイアスした状態で情報の読み出しを行うことによ
り、実効的にエンハンスメント動作させるときに用いる
ことも可能であり、この意味でも1トランジスタ化が容
易化される。In a one-transistor cell, it is not necessary to arrange a selection transistor for each memory cell, so that the cell area can be reduced, and the cost and the capacity can be increased by reducing the chip area. As a result, the NO of the FG type nonvolatile memory
A large-capacity MONOS nonvolatile memory having a cell area equivalent to that of an R type, an AND type, a NAND type, or a DINOR type can be realized at low cost. Furthermore, since the thickness of the tunnel insulating film is relatively large, injection of holes into the charge storage means is suppressed, and as a result, deterioration of the tunnel insulating film due to holes is suppressed, and write / erase repetition characteristics (endurance characteristics) are improved. I do. Note that the write inhibit voltage supply circuit in this example can be used for effective enhancement operation by reading information in a state in which the source region is reverse-biased. Facilitated.
【0076】第4実施形態 本実施形態では、MONOS型不揮発性メモリの素子構
造の変形例について示す。図9は、このMONOS型メ
モリトランジスタの素子構造を示す断面図である。 Fourth Embodiment In this embodiment, a modification of the element structure of the MONOS type nonvolatile memory will be described. FIG. 9 is a sectional view showing an element structure of the MONOS type memory transistor.
【0077】本実施形態のMONOS型不揮発性メモリ
が、先の第1実施形態と異なるのは、本実施形態のゲー
ト絶縁膜20が、窒化膜12に代えて酸化窒化膜22を
具備することである。その他の構成、即ち半導体基板
1、ソース領域2、ドレイン領域4、チャネル形成領域
1a、トンネル絶縁膜10、トップ絶縁膜14、ゲート
電極8、誘電膜16およびプルアップ電極18は、第1
実施形態と同様である。酸化窒化膜22は、例えば5.
0nmの膜厚を有する。The MONOS nonvolatile memory of the present embodiment is different from the first embodiment in that the gate insulating film 20 of the present embodiment includes an oxynitride film 22 instead of the nitride film 12. is there. Other configurations, that is, the semiconductor substrate 1, the source region 2, the drain region 4, the channel forming region 1a, the tunnel insulating film 10, the top insulating film 14, the gate electrode 8, the dielectric film 16, and the pull-up electrode 18
This is the same as the embodiment. The oxynitride film 22 is, for example, 5.
It has a thickness of 0 nm.
【0078】このような構成のメモリトランジスタの製
造では、トンネル絶縁膜10の成膜後、酸化窒化膜22
を、例えば減圧CVD法により最終膜厚が5.0nmと
なるように、これより厚めに堆積する。このCVDは、
例えば、ジクロロシラン(DCS),アンモニアおよび
N2 Oを混合した導入ガスを用い、基板温度650℃で
行う。この熱酸化膜上の酸化窒化膜(SiOx Ny 膜;
0<x<1,0<y<1)形成では、必要に応じて、予
め下地面の前処理(ウエハ前処理)及び成膜条件を最適
化するとよいことは第1実施形態と同様である。その後
は、第1実施形態と同様に、トップ絶縁膜14,ゲート
電極8,誘電膜16およびプルアップ電極18となる各
膜の成膜と加工を経て、当該MONOS型メモリトラン
ジスタを完成させる。本実施形態の場合も、第3実施形
態と同様に、1トランジスタセルとして良好な特性が得
られた。また、第1〜第3実施形態と同様、ゲート電極
の電位をプルアップすることによる効果が得られた。In the manufacture of the memory transistor having such a structure, after the tunnel insulating film 10 is formed, the oxynitride film 22 is formed.
Is deposited thicker by, for example, a low pressure CVD method so that the final film thickness becomes 5.0 nm. This CVD is
For example, the process is performed at a substrate temperature of 650 ° C. using an introduction gas in which dichlorosilane (DCS), ammonia and N 2 O are mixed. An oxynitride film (SiOx Ny film;
In the formation of 0 <x <1, 0 <y <1), the pre-processing (wafer pre-processing) of the base surface and the film forming conditions may be optimized in advance, as necessary, as in the first embodiment. . After that, similarly to the first embodiment, the MONOS type memory transistor is completed through the formation and processing of each film to be the top insulating film 14, the gate electrode 8, the dielectric film 16, and the pull-up electrode 18. Also in the case of the present embodiment, similar to the third embodiment, good characteristics were obtained as a one-transistor cell. Further, similar to the first to third embodiments, the effect of pulling up the potential of the gate electrode was obtained.
【0079】第5実施形態 本実施形態は、メモリトランジスタの電荷蓄積手段とし
てゲート絶縁膜中に埋め込まれ例えば10ナノメータ以
下の粒径を有する多数の互いに絶縁されたSiナノ結晶
を用いた不揮発性半導体記憶装置(以下、Siナノ結晶
型という)に関する。 Fifth Embodiment This embodiment is a nonvolatile semiconductor device using a large number of mutually insulated Si nanocrystals embedded in a gate insulating film and having a particle size of, for example, 10 nanometers or less, as charge storage means of a memory transistor. The present invention relates to a storage device (hereinafter, referred to as a Si nanocrystal type).
【0080】図10は、このSiナノ結晶型メモリトラ
ンジスタの素子構造を示す断面図である。本実施形態の
Siナノ結晶型不揮発性メモリが、先の第1実施形態と
異なるのは、本実施形態のゲート絶縁膜30が、窒化膜
12とトップ絶縁膜14に代えて、トンネル絶縁膜10
上の電荷蓄積手段としてのSiナノ結晶32と、その上
の酸化膜34とが、ゲート電極8との間に形成されてい
ることである。その他の構成、即ち半導体基板1、チャ
ネル形成領域1a、ソース領域2、ドレイン領域4、ト
ンネル絶縁膜10、ゲート電極8、誘電膜16およびプ
ルアップ電極18は、第1実施形態と同様である。FIG. 10 is a sectional view showing the element structure of this Si nanocrystal type memory transistor. The Si nanocrystal nonvolatile memory of the present embodiment is different from the first embodiment in that the gate insulating film 30 of the present embodiment is different from the first embodiment in that the tunnel insulating film 10 is replaced with the nitride film 12 and the top insulating film 14.
That is, the Si nanocrystal 32 as the upper charge storage means and the oxide film 34 thereon are formed between the Si nanocrystal 32 and the gate electrode 8. Other configurations, that is, the semiconductor substrate 1, the channel formation region 1a, the source region 2, the drain region 4, the tunnel insulating film 10, the gate electrode 8, the dielectric film 16, and the pull-up electrode 18 are the same as those in the first embodiment.
【0081】Siナノ結晶32は、そのサイズ(直径)
が、好ましくは10nm以下、例えば4.0nm程度で
あり、個々のSiナノ結晶同士が酸化膜34で空間的
に、例えば4nm程度の間隔で分離されている。本例に
おけるトンネル絶縁膜10は、電荷蓄積手段(Siナノ
結晶32)が基板側に近いこととの関係で、第1実施形
態よりやや厚く、使用用途に応じて2.6nmから4.
0nmまでの範囲内で適宜選択できる。ここでは、3.
2nm程度の膜厚とした。The size (diameter) of the Si nanocrystal 32 is
However, it is preferably 10 nm or less, for example, about 4.0 nm, and individual Si nanocrystals are spatially separated by the oxide film 34 at an interval of, for example, about 4 nm. The tunnel insulating film 10 in this example is slightly thicker than in the first embodiment because of the fact that the charge storage means (Si nanocrystal 32) is closer to the substrate side, and from 2.6 nm to 4.
It can be appropriately selected within a range up to 0 nm. Here, 3.
The thickness was about 2 nm.
【0082】このような構成のメモリトランジスタの製
造では、トンネル絶縁膜10の成膜後、例えばプラズマ
CVD法でトンネル酸化膜10の上に、複数のSiナノ
結晶42を形成する。また、Siナノ結晶42を埋め込
むように、酸化膜44を、例えば7nmほど減圧CVD
により成膜する。この減圧CVDでは、原料ガスがDC
SとN2 Oの混合ガス、基板温度が例えば700℃とす
る。この時Siナノ結晶32は酸化膜34に埋め込ま
れ、酸化膜34表面が平坦化される。平坦化が不十分な
場合は、新たに平坦化プロセス(例えばCMP等)を行
うとよい。その後は、ゲート電極8,誘電膜16および
プルアップ電極18となる各膜の成膜と加工を経て、当
該Siナノ結晶型メモリトランジスタを完成させる。In the manufacture of the memory transistor having such a configuration, a plurality of Si nanocrystals 42 are formed on the tunnel oxide film 10 by, for example, a plasma CVD method after the formation of the tunnel insulating film 10. Further, the oxide film 44 is formed by, for example, reducing
To form a film. In this low pressure CVD, the source gas is DC
The mixed gas of S and N 2 O and the substrate temperature are, for example, 700 ° C. At this time, the Si nanocrystals 32 are embedded in the oxide film 34, and the surface of the oxide film 34 is flattened. If the planarization is insufficient, a new planarization process (eg, CMP) may be performed. Thereafter, the Si nanocrystal type memory transistor is completed by forming and processing each film to be the gate electrode 8, the dielectric film 16, and the pull-up electrode 18.
【0083】このように形成されたSiナノ結晶32
は、平面方向に離散化されたキャリアトラップとして機
能する。そのトラップレベルは、周囲の酸化シリコンと
のバンド不連続値で推定可能で、その推定値では約3.
1eV程度とされる。この大きさの個々のSiナノ結晶
32は、数個の注入電子を保持できる。なお、Siナノ
結晶32を更に小さくして、これに単一電子を保持させ
てもよい。The thus formed Si nanocrystal 32
Function as carrier traps discretized in the plane direction. The trap level can be estimated by a band discontinuity with the surrounding silicon oxide, and the estimated value is about 3.
It is about 1 eV. Individual Si nanocrystals 32 of this size can hold several injected electrons. Note that the Si nanocrystal 32 may be made smaller to hold a single electron.
【0084】このような構成のSiナノ結晶型不揮発性
メモリについて、ランドキストのバックトンネリングモ
デルによりデータ保持特性を検討した。データ保持特性
を向上させるためには、トラップレベルを深くして、電
荷重心と半導体基板1との距離を大きくすることが重要
となる。そこで、ランドキストモデルを物理モデルに用
いたシミュレーションにより、トラップレベル3. 1e
Vの場合のデータ保持を検討した。この結果、トラップ
レベル3. 1eVの深いキャリアトラップを用いること
により、電荷保持媒体からチャネル形成領域1aまでの
距離が3. 2nmと比較的に近い場合でも良好なデータ
保持を示すことが分かり、予想通りの結果が得られた。With respect to the Si nanocrystal type nonvolatile memory having such a configuration, data retention characteristics were examined by a Landkist back tunneling model. In order to improve the data retention characteristics, it is important to increase the trap level and increase the distance between the charge center of gravity and the semiconductor substrate 1. Therefore, the simulation using the Landkist model as a physical model yields a trap level of 3.1e.
Data retention in the case of V was studied. As a result, it was found that by using a deep carrier trap having a trap level of 3.1 eV, good data retention was exhibited even when the distance from the charge retaining medium to the channel formation region 1a was relatively short at 3.2 nm. The results were as follows.
【0085】次いで、低電圧プログラミングについて検
討した。本例における書き込み時間は、プルアップ電極
によるワード線の昇圧効果が有効に働き、プログラム電
圧が3Vの低プログラム電圧で1msec以下であり、
Siナノ結晶型の高速書き込み性が実証できた。Next, low voltage programming was examined. The write time in this example is 1 msec or less at a low program voltage of 3 V, and the word line boosting effect of the pull-up electrode works effectively.
High-speed writing of the Si nanocrystal type was demonstrated.
【0086】第6実施形態 本実施形態は、メモリトランジスタの電荷蓄積手段とし
て絶縁膜中に埋め込まれ互いに分離した多数の微細分割
型フローティングゲートを用いた不揮発性半導体記憶装
置(以下、微細分割FG型という)に関する。 Sixth Embodiment This embodiment relates to a nonvolatile semiconductor memory device (hereinafter referred to as a fine divided FG type) using a large number of finely divided floating gates embedded in an insulating film and separated from each other as charge storage means of a memory transistor. About).
【0087】図11は、この微細分割FG型メモリトラ
ンジスタの素子構造を示す断面図である。本実施形態の
微細分割FG型不揮発性メモリが、先の第1実施形態と
異なるのは、メモリトランジスタがSOI基板に形成さ
れていることと、本実施形態のゲート絶縁膜40が、窒
化膜12とトップ絶縁膜14に代えて、トンネル絶縁膜
10上の電荷蓄積手段としての微細分割型フローティン
グゲート42と、その上の酸化膜44とが、ゲート電極
8との間に形成されていることである。その他の構成の
うち、トンネル絶縁膜10、ゲート電極8、誘電膜16
およびプルアップ電極18は、第1実施形態と同様であ
る。この微細分割フローティングゲート42は、先の第
5実施形態のSiナノ結晶32とともに本発明でいう
“小粒径導電体”の具体例に該当する。FIG. 11 is a sectional view showing the element structure of this finely divided FG type memory transistor. The finely divided FG type nonvolatile memory of the present embodiment is different from the first embodiment in that the memory transistor is formed on the SOI substrate and the gate insulating film 40 of the present embodiment is formed of a nitride film 12 A finely divided floating gate 42 as a charge storage means on the tunnel insulating film 10 and an oxide film 44 thereon are formed between the gate electrode 8 instead of the gate insulating film 10 and the top insulating film 14. is there. Among other configurations, the tunnel insulating film 10, the gate electrode 8, the dielectric film 16
And the pull-up electrode 18 is the same as in the first embodiment. The finely divided floating gate 42, together with the Si nanocrystal 32 of the fifth embodiment, corresponds to a specific example of the “small grain size conductor” in the present invention.
【0088】SOI基板としては、酸素イオンをシリコ
ン基板に高濃度にイオン注入し基板表面より深い箇所に
埋込酸化膜を形成したSIMOX(Separation by Impl
anted Oxygen)基板や、一方のシリコン基板表面に酸化
膜を形成し他の基板と張り合わせた張合せ基板などが用
いられる。このような方法によって形成され図11に示
したSOI基板は、半導体基板46、分離酸化膜48お
よびシリコン層50とから構成され、シリコン層50内
に、チャネル形成領域50a,ソース領域2およびドレ
イン領域4が設けられている。As the SOI substrate, SIMOX (Separation by Impl) in which oxygen ions are implanted into a silicon substrate at a high concentration and a buried oxide film is formed at a position deeper than the substrate surface.
An anted oxygen substrate or a bonded substrate in which an oxide film is formed on the surface of one silicon substrate and bonded to another substrate are used. The SOI substrate formed by such a method and shown in FIG. 11 includes a semiconductor substrate 46, an isolation oxide film 48, and a silicon layer 50. In the silicon layer 50, a channel formation region 50a, a source region 2, and a drain region are provided. 4 are provided.
【0089】微細分割フローティングゲート42は、通
常のFG型のフローティングゲートを、その高さが例え
ば5.0nm程度で、直径が例えば8nmまでの微細な
ポリSiドットに加工したものである。本例におけるト
ンネル絶縁膜10は、第1実施形態よりやや厚いが、通
常のFG型に比べると格段に薄く形成され、使用用途に
応じて2.5nmから4.0nmまでの範囲内で適宜選
択できる。ここでは、最も薄い2.5nmの膜厚とし
た。The finely divided floating gate 42 is formed by processing a normal FG type floating gate into fine poly-Si dots having a height of, for example, about 5.0 nm and a diameter of, for example, 8 nm. The tunnel insulating film 10 in this example is slightly thicker than in the first embodiment, but is formed much thinner than a normal FG type, and is appropriately selected from a range of 2.5 nm to 4.0 nm according to the intended use. it can. Here, the thinnest film thickness is 2.5 nm.
【0090】このような構成のメモリトランジスタの製
造では、SOI基板上にトンネル絶縁膜10を成膜した
後、例えばプラズマCVD法で、トンネル絶縁膜10の
上にポリシリコン膜(最終膜厚:5nm)を成膜する。
このプラズマCVDでは、原料ガスがDCSとアンモニ
アの混合ガス、基板温度が例えば650℃とする。つぎ
に、例えば電子ビーム露光法を用いて、ポリシリコン膜
を直径が例えば8nmまでの微細なポリSiドットに加
工する。このポリSiドットは、微細分割型フローティ
ングゲート42(電荷蓄積手段)として機能する。その
後、微細分割型フローティングゲート42を埋め込むか
たちで、酸化膜44を、例えば9nmほど減圧CVDに
より成膜する。この減圧CVDでは、原料ガスがDCS
とN2 Oの混合ガス、基板温度が例えば700℃とす
る。この時、微細分割型フローティングゲート42は酸
化膜44に埋め込まれ、酸化膜44表面が平坦化され
る。平坦化が不十分な場合は、新たに平坦化プロセス
(例えばCMP等)を行うとよい。その後は、ゲート電
極8、誘電膜16およびプルアップ電極18となる各膜
の成膜と加工を経て、当該微細分割FG型メモリトラン
ジスタを完成させる。In manufacturing a memory transistor having such a configuration, after a tunnel insulating film 10 is formed on an SOI substrate, a polysilicon film (final thickness: 5 nm) is formed on the tunnel insulating film 10 by, for example, a plasma CVD method. ) Is formed.
In this plasma CVD, the source gas is a mixed gas of DCS and ammonia, and the substrate temperature is, for example, 650 ° C. Next, the polysilicon film is processed into fine poly-Si dots having a diameter of, for example, up to 8 nm by using, for example, an electron beam exposure method. This poly-Si dot functions as a finely divided floating gate 42 (charge storage means). Thereafter, an oxide film 44 is formed by, for example, about 9 nm by low pressure CVD while burying the finely divided floating gate 42. In this low pressure CVD, the source gas is DCS
And a mixed gas of N 2 O and a substrate temperature of, for example, 700 ° C. At this time, the finely divided floating gate 42 is embedded in the oxide film 44, and the surface of the oxide film 44 is flattened. If the planarization is insufficient, a new planarization process (eg, CMP) may be performed. After that, the finely divided FG type memory transistor is completed by forming and processing the respective films to be the gate electrode 8, the dielectric film 16, and the pull-up electrode 18.
【0091】このようにSOI基板を用い、フローティ
ングゲートが微細に分割されることについては、素子を
試作して特性を評価した結果、予想通りの良好な特性が
得られることを確認した。As to the fact that the floating gate is finely divided using the SOI substrate in this way, as a result of evaluating the characteristics of a prototype device, it was confirmed that the expected good characteristics could be obtained.
【0092】変形例 以上述べてきた第1〜第6実施形態において、種々の変
形が可能である。 Modifications In the first to sixth embodiments described above, various modifications are possible.
【0093】第1〜第3実施形態におけるプルアップ線
PL1,PL2,…は、各プルアップ線が異なる選択ト
ランジスタを介して、プルアップゲートバイアス回路1
02に接続され、プルアップゲートバイアス回路102
によってプルアップ線PL1,PL2,…を個別に制御
してもよい。The pull-up lines PL1, PL2,... In the first to third embodiments are connected to the pull-up gate bias circuit 1 via selection transistors having different pull-up lines.
02 and the pull-up gate bias circuit 102
May be individually controlled by pull-up lines PL1, PL2,.
【0094】また、セルパターンは図2に限定されない
し、また素子構造も図3および図9〜図11に限定され
ない。たとえば、プルアップ電極18は誘電膜16を介
してゲート電極8に近接していればよく、ゲート電極8
と同じパターンでなくともよい。両電極8,18の容量
結合比をあげるには、プルアップ電極18がゲート電極
8の上面および側面を覆う構成が好ましい。プルアップ
電極18を分離しないで、例えば所定数のブロックを単
位とした各エリアごとにプレート状に形成してもよい。
また、ソース領域2およびドレイン領域4は、不純物導
入により形成せずに、絶縁膜を介して近接する電極の印
加電圧に応じて反転層を誘起する構成でもよい。この場
合、ソース線およびビット線は、ソース領域2およびド
レイン領域4に容量結合する。Further, the cell pattern is not limited to FIG. 2, and the element structure is not limited to FIG. 3 and FIGS. For example, the pull-up electrode 18 only needs to be close to the gate electrode 8 with the dielectric film 16 interposed therebetween.
It does not have to be the same pattern as. In order to increase the capacitance coupling ratio between the two electrodes 8, 18, it is preferable that the pull-up electrode 18 covers the upper surface and the side surface of the gate electrode 8. The pull-up electrode 18 may be formed in a plate shape for each area in units of a predetermined number of blocks without being separated.
Further, the source region 2 and the drain region 4 may not be formed by introducing impurities, but may have a configuration in which an inversion layer is induced in accordance with a voltage applied to an electrode adjacent via an insulating film. In this case, the source line and the bit line are capacitively coupled to the source region 2 and the drain region 4.
【0095】また、第3実施形態の説明では、書き込み
インヒビット電圧供給回路122は、メモリトランジス
タのソース領域2とドレイン領域4との双方に同時に同
一な逆バイアス電圧を付与することを前提としたが、本
発明では、逆バイアス電圧は同一電圧に限定されず、ま
たソース領域2とドレイン領域4の何れか一方に逆バイ
アス電圧を付与し、他方をオープンとするようにしても
よい。また、ソース線とビット線で異なる電圧を印加す
ることも可能である。In the description of the third embodiment, it is assumed that the write inhibit voltage supply circuit 122 simultaneously applies the same reverse bias voltage to both the source region 2 and the drain region 4 of the memory transistor. In the present invention, the reverse bias voltage is not limited to the same voltage, and a reverse bias voltage may be applied to one of the source region 2 and the drain region 4 and the other may be open. It is also possible to apply different voltages to the source line and the bit line.
【0096】ビット線またはソース線を階層化した微細
セル構造として、いわゆるAND型と称される図6の構
成のほかに、例えばDINOR型、いわゆるHiCR型
と称されソース線を隣接する2つのソース領域で共有し
た分離ソース型のセルアレイから構成される微細NOR
型セルであっても、本発明が適用できる。また、いわゆ
るNAND型のセル構造であっても本発明が適用でき、
その場合、特に図示しないが、図6における各単位ブロ
ック内で並列接続されたn個のメモリトランジスタM1
1〜M1nまたはM21〜M2nを、選択トランジスタ
S11とS12の間、または選択トランジスタS21と
S22の間に直列に接続させた構成となる。As a fine cell structure in which bit lines or source lines are hierarchized, in addition to the so-called AND type configuration shown in FIG. 6, for example, a DINOR type, so-called HiCR type, and two adjacent source lines are connected. Fine NOR composed of isolated source type cell arrays shared by regions
The present invention can be applied to a mold cell. Also, the present invention can be applied to a so-called NAND type cell structure,
In this case, although not particularly shown, n memory transistors M1 connected in parallel in each unit block in FIG.
1 to M1n or M21 to M2n are connected in series between the selection transistors S11 and S12 or between the selection transistors S21 and S22.
【0097】本発明における“平面的に離散化された電
荷蓄積手段”は、窒化膜バルクのキャリアトラップおよ
び酸化膜と窒化膜界面付近に形成されたキャリアトラッ
プ、シリコン等からなり粒径が例えば10nm以下の互
いに絶縁されたナノ結晶、ポリシリコン等からなり微細
なドット状に分割された微細分割フローティングゲート
等をいう。したがって、上記実施形態以外では、ゲート
絶縁膜がNO(Nitride-Oxide) 膜なるMNOS型であっ
ても本発明が適用できる。The "planar discrete charge storage means" in the present invention includes a carrier trap of a bulk of a nitride film, a carrier trap formed near an interface between an oxide film and a nitride film, silicon or the like, and has a particle size of, for example, 10 nm. The following refers to a finely divided floating gate or the like made of nanocrystals, polysilicon, and the like which are insulated from each other and divided into fine dots. Therefore, in the embodiments other than the above embodiment, the present invention can be applied even if the gate insulating film is an MNOS type in which a NO (Nitride-Oxide) film is used.
【0098】本発明は、スタンドアロン型の不揮発性メ
モリのほか、ロジック回路と同一基板上に集積化したエ
ンベデッド型の不揮発性メモリに対しても適用可能であ
る。なお、第1〜第3実施形態と第4〜第6実施形態の
組み合わせは任意であり、また第6実施形態のようにS
OI基板を用いることは、第1〜第5実施形態のメモリ
トランジスタ構造に重複して適用可能である。The present invention can be applied not only to a stand-alone nonvolatile memory but also to an embedded nonvolatile memory integrated with a logic circuit on the same substrate. Note that the combination of the first to third embodiments and the fourth to sixth embodiments is arbitrary, and as in the sixth embodiment, S
The use of the OI substrate is applicable to the memory transistor structures of the first to fifth embodiments.
【0099】[0099]
【発明の効果】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置及
びその書き込み方法によれば、書き込み電圧により予め
プリチャージされたメモリトランジスタのゲート電極
(またはワード線)の電圧を、プルアップ電極の印加電
圧により昇圧することができる。このため、書き込み速
度を低下させることなく、書き込み電圧を低電圧化する
ことができる。とくに書き込み電圧が消去電圧より高く
非対称な場合、この書き込み電圧と消去電圧の非対称性
を是正でき、動作電圧を10V以下にすることが可能と
なる。また、非選択なメモリトランジスタについてプロ
グラムディスターブマージンが拡大され、その結果、メ
モリセルのトランジスタ数を単一とした1トランジスタ
セルの実現が容易となる。According to the nonvolatile semiconductor memory device and the write method of the present invention, the voltage of the gate electrode (or word line) of the memory transistor pre-charged by the write voltage is changed to the voltage applied to the pull-up electrode. Can be boosted. Therefore, the writing voltage can be reduced without lowering the writing speed. In particular, when the write voltage is higher than the erase voltage and is asymmetric, the asymmetry between the write voltage and the erase voltage can be corrected, and the operating voltage can be reduced to 10 V or less. In addition, the program disturb margin for the non-selected memory transistor is increased, and as a result, it is easy to realize a one-transistor cell having a single memory cell transistor.
【図1】本発明の第1実施形態に係るソース分離NOR
型の不揮発性半導体メモリの概略構成を示す図である。FIG. 1 shows a source separation NOR according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory of a type.
【図2】具体的なセル配置パターンの一例として、自己
整合技術と蛇行ソース線を用いた微細NOR型セルアレ
イの概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a fine NOR type cell array using a self-alignment technique and a meandering source line as an example of a specific cell arrangement pattern.
【図3】第1実施形態に係るMONOS型メモリトラン
ジスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure of the MONOS type memory transistor according to the first embodiment.
【図4】図1で定義した4種類のセルに対する書き込み
バイアス電圧の設定条件を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing setting conditions of write bias voltages for four types of cells defined in FIG.
【図5】不揮発性メモリトランジスタの書き込み/消去
特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing write / erase characteristics of a nonvolatile memory transistor.
【図6】本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体メ
モリの概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory according to a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3実施形態に係る不揮発性半導体メ
モリの概略構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory according to a third embodiment of the present invention.
【図8】不揮発性半導体メモリの諸特性を示す表であ
る。FIG. 8 is a table showing various characteristics of the nonvolatile semiconductor memory.
【図9】本発明の第4実施形態に係るMONOS型メモ
リトランジスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing an element structure of a MONOS type memory transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第5実施形態に係るSiナノ結晶型
メモリトランジスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an element structure of a Si nanocrystal memory transistor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第6実施形態に係る微細分割FG型
メモリトランジスタの素子構造を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing an element structure of a finely divided FG memory transistor according to a sixth embodiment of the present invention.
1…半導体基板、1a,50a…チャネル形成領域、2
…ソース領域、4…ドレイン領域、6,20,30,4
0…ゲート絶縁膜、8…ゲート電極、10…トンネル絶
縁膜、12…窒化膜、14…トップ絶縁膜、16…誘電
膜、18…プルアップ電極、22…酸化窒化膜、32…
Siナノ結晶、34,44…酸化膜、42…微細分割型
フローティングゲート、46…半導体基板、48…分離
酸化膜、50…シリコン層、70…微細NOR型セルア
レイ、71…素子分離領域、100,110,120…
不揮発性半導体メモリ、102…プルアップゲートバイ
アス回路(プルアップゲートバイアス手段)、122…
書き込みインヒビット電圧供給回路(書き込みインヒビ
ット電圧供給手段)、124…非選択ワード線バイアス
回路(非選択ワード線バイアス手段)、M11〜M22
…メモリトランジスタ、S11,ST0等…選択トラン
ジスタ、A〜C…非選択セル、S…選択セル、PL1等
…プルアップ線、BL1等…ビット線、MBL1等…主
ビット線、SBL…副ビット線、SL1等…ソース線、
MSL…主ソース線、SSL…副ソース線、WL1等…
ワード線、Vth…しきい電圧。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 1a, 50a ... Channel formation area, 2
... Source region, 4 ... Drain region, 6,20,30,4
0: gate insulating film, 8: gate electrode, 10: tunnel insulating film, 12: nitride film, 14: top insulating film, 16: dielectric film, 18: pull-up electrode, 22: oxynitride film, 32 ...
Si nanocrystal, 34, 44 oxide film, 42 fine division floating gate, 46 semiconductor substrate, 48 isolation oxide film, 50 silicon layer, 70 fine NOR type cell array, 71 element isolation region, 100, 110, 120 ...
Non-volatile semiconductor memory, 102 ... pull-up gate bias circuit (pull-up gate bias means), 122 ...
Write inhibit voltage supply circuit (write inhibit voltage supply means), 124... Non-selected word line bias circuits (non-selected word line bias means), M11 to M22
... Memory transistors, S11, ST0, etc. Selected transistors, A to C, unselected cells, S, selected cells, PL1, etc., pull-up lines, BL1, etc., bit lines, MBL1, etc., main bit lines, SBL, sub-bit lines , SL1, etc. source line,
MSL: Main source line, SSL: Sub source line, WL1, etc.
Word line, Vth: threshold voltage.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B025 AA04 AB01 AC01 5F001 AA14 AA19 AB08 AB09 AB20 AC02 AD12 AD17 AD20 AD41 AD53 AD60 AD62 AE02 AE06 AE08 AE30 AF06 AF07 AF10 AG07 5F083 EP17 EP18 EP30 EP32 EP63 EP76 EP77 EP78 EP79 ER03 ER09 ER14 ER21 GA01 GA03 GA05 GA09 HA02 JA02 JA04 JA32 JA35 KA03 KA12 LA09 LA10 LA12 LA16 LA20 MA02 MA19 MA20 PR03 PR13 PR16 PR21 PR29 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) ER14 ER21 GA01 GA03 GA05 GA09 HA02 JA02 JA04 JA32 JA35 KA03 KA12 LA09 LA10 LA12 LA16 LA20 MA02 MA19 MA20 PR03 PR13 PR16 PR21 PR29
Claims (40)
のチャネル形成領域と、当該チャネル形成領域上に設け
られたトンネル絶縁膜を含むゲート絶縁膜と、当該ゲー
ト絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート絶縁
膜内に設けられ、少なくとも前記チャネル形成領域と対
向する面内で平面的に離散化されている電荷蓄積手段と
を有するメモリトランジスタを複数、ワード方向とビッ
ト方向に配置した不揮発性半導体記憶装置であって、 前記ゲート電極またはゲート電極に接続された配線層に
誘電膜を介して近接するプルアップ電極を有する不揮発
性半導体記憶装置。A substrate, a semiconductor channel forming region provided on the substrate surface, a gate insulating film including a tunnel insulating film provided on the channel forming region, and a gate insulating film provided on the gate insulating film. A plurality of memory transistors each having a gate electrode and charge storage means provided in the gate insulating film and discretely planarized at least in a plane facing the channel formation region are arranged in a word direction and a bit direction. A non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a pull-up electrode adjacent to the gate electrode or a wiring layer connected to the gate electrode via a dielectric film.
プルアップゲートバイアス手段を有する請求項1に記載
の不揮発性半導体記憶装置。2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a pull-up gate bias means for applying a predetermined voltage to said pull-up electrode.
たはゲート電極に接続された配線層の少なくとも上面に
前記誘電膜を介して近接している請求項1に記載の不揮
発性半導体記憶装置。3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said pull-up electrode is close to at least an upper surface of said gate electrode or a wiring layer connected to said gate electrode via said dielectric film.
ランジスタのゲート電極が複数接続され、 前記プルアップゲートバイアス手段と前記プルアップ電
極との間に、選択トランジスタが接続され、 当該プルアップゲートバイアス手段は、予めプリチャー
ジされた前記ワード線を容量結合により更に昇圧する方
向の電圧を、前記選択トランジスタを介して前記プルア
ップ電極に供給する請求項2に記載の不揮発性半導体記
憶装置。4. A plurality of word lines each having a plurality of gate electrodes connected to said memory transistor, a selection transistor connected between said pull-up gate bias means and said pull-up electrode, and 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the means supplies a voltage in a direction in which the precharged word line is further boosted by capacitive coupling to the pull-up electrode via the selection transistor.
形成領域と接するソース領域と、当該ソース領域と離間
してチャネル形成領域と接するドレイン領域とを有し、 複数のワード線それぞれに、前記メモリトランジスタの
ゲート電極が複数接続され、 前記ソース領域またはドレイン領域が、前記ワード線と
電気的に絶縁された状態で交差するビット方向の共通線
と結合され、 書き込み時において選択されたワード線にゲート電極が
接続された前記メモリトランジスタのソース領域及び/
又はドレイン領域に、当該領域が前記チャネル形成領域
に対して逆バイアスとなる逆バイアス電圧を前記共通線
を介して供給する書き込みインヒビット電圧供給手段
と、 書き込み時において非選択ワード線に前記チャネル形成
領域に関して逆バイアスとなる方向の電圧を供給する非
選択ワード線バイアス手段とを有する請求項1に記載の
不揮発性半導体記憶装置。5. The memory transistor includes a source region in contact with the channel formation region, and a drain region separated from the source region and in contact with the channel formation region. A plurality of gate electrodes are connected, and the source region or the drain region is coupled to a common line in a bit direction that intersects with the word line while being electrically insulated from the word line, and the gate electrode is connected to a word line selected at the time of writing. A source region of the connected memory transistor and / or
Or write inhibit voltage supply means for supplying, via the common line, a reverse bias voltage in which the region becomes reverse biased with respect to the channel forming region, to the drain region; 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: non-selected word line bias means for supplying a voltage in a reverse bias direction.
は、前記逆バイアス電圧を前記ソース領域及び/又はド
レイン領域に供給することにより、前記選択ワード線に
接続された前記メモリトランジスタを誤書き込み及び/
又は誤消去されない電圧にバイアスする請求項5に記載
の不揮発性半導体記憶装置。6. The write inhibit voltage supply means supplies the reverse bias voltage to the source region and / or the drain region to erroneously write and / or write to the memory transistor connected to the selected word line.
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the bias is applied to a voltage that is not erased erroneously.
逆バイアスとなる方向の電圧を前記非選択ワード線に供
給することにより、当該非選択ワード線に接続された前
記メモリトランジスタを誤書き込み及び/又は誤消去さ
れない電圧にバイアスする請求項5に記載の不揮発性半
導体記憶装置。7. The non-selected word line bias means supplies a voltage in the reverse bias direction to the non-selected word line, thereby causing the memory transistor connected to the non-selected word line to be erroneously written and written. 6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the bias is applied to a voltage that is not erased erroneously.
ソース領域に関して前記ゲート電極をインヒビットゲー
ト電圧以下にバイアスする請求項5に記載の不揮発性半
導体記憶装置。8. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein said unselected word line bias means biases said gate electrode with respect to said source region to an inhibit gate voltage or less.
記チャネル形成領域と同電位とした状態で前記逆バイア
ス電圧が印加されるときに、前記ソース領域とドレイン
領域からチャネル形成領域へ空乏層が延びて合体する請
求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。9. A depletion layer extends from the source region and the drain region to the channel forming region when the reverse bias voltage is applied with the gate electrode of the memory transistor being at the same potential as the channel forming region. 6. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 5, which is combined.
そのゲート電極を前記チャネル形成領域と同電位とした
状態で前記逆バイアス電圧が印加され、前記ソース領域
とドレイン領域からチャネル形成領域へ空乏層が延びて
合体するときのゲート長より短い請求項5に記載の不揮
発性半導体記憶装置。10. The gate length of the memory transistor is
6. The gate length when the reverse bias voltage is applied in a state where the gate electrode is set to the same potential as the channel formation region, and a depletion layer extends from the source region and the drain region to the channel formation region and is united. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
域と、 当該ソース領域と離間して前記チャネル形成領域と接す
るドレイン領域と、 前記ソース領域をビット方向で共通に接続するソース線
と、 前記ドレイン領域をビット方向で共通に接続するビット
線と、 前記ゲート電極をワード方向で共通に接続するワード線
とを有する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。11. A source region in contact with the channel formation region, a drain region separated from the source region and in contact with the channel formation region, a source line commonly connecting the source regions in a bit direction, and the drain region. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a bit line commonly connecting the gate electrodes in a bit direction; and a word line commonly connecting the gate electrodes in a word direction.
域と、 当該ソース領域と離間して前記チャネル形成領域と接す
るドレイン領域と、 前記ソース領域をビット方向で共通に接続する副ソース
線と、 当該副ソース線をビット方向で共通に接続する主ソース
線と、 前記ドレイン領域をビット方向で共通に接続する副ビッ
ト線と、 当該副ビット線をビット方向で共通に接続する主ビット
線と、 前記副ソース線と主ソース線の間、前記副ビット線と主
ビット線の間にそれぞれ接続された選択トランジスタ
と、 前記ゲート電極をワード方向で共通に接続するワード線
とを有する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。12. A source region in contact with the channel formation region, a drain region separated from the source region and in contact with the channel formation region, a sub-source line commonly connecting the source regions in a bit direction, A main source line commonly connecting the source lines in the bit direction; a sub-bit line commonly connecting the drain regions in the bit direction; a main bit line commonly connecting the sub-bit lines in the bit direction; 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a selection transistor connected between the source line and the main source line, between the sub-bit line and the main bit line, and a word line commonly connecting the gate electrodes in a word direction. 3. Non-volatile semiconductor storage device.
ト線に接続された第1選択トランジスタと、共通電位線
に接続された第2選択トランジスタとの間に直列接続さ
れている請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。13. The memory device according to claim 1, wherein the plurality of memory transistors are connected in series between a first selection transistor connected to a bit line and a second selection transistor connected to a common potential line. Non-volatile semiconductor storage device.
域と、 当該ソース領域と離間して前記チャネル形成領域と接す
るドレイン領域と、 前記メモリトランジスタ同士を絶縁分離する複数の素子
分離領域と、 前記ソース領域またはドレイン領域をビット方向で共通
に接続する共通線と、 前記ゲート電極をワード方向に複数接続したワード線と
を有し、 前記複数の素子分離領域が互いに離間したビット方向ラ
イン状に形成され、 前記共通線が、前記ワード線と電気的に絶縁された状態
で交差し、前記ソース領域又はドレイン領域のうち一方
の領域上に接続され、かつ、他方の領域上を避けるよう
に前記素子分離領域上に迂回して配線されている請求項
1に記載の不揮発性半導体記憶装置。14. A source region in contact with the channel formation region, a drain region separated from the source region and in contact with the channel formation region, a plurality of element isolation regions for insulating and separating the memory transistors from each other; Or a common line that commonly connects the drain regions in the bit direction, and a word line that connects a plurality of the gate electrodes in the word direction, wherein the plurality of element isolation regions are formed in a bit direction line separated from each other, The common line intersects with the word line in an electrically insulated state, is connected to one of the source region and the drain region, and avoids the other region. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is wired so as to be detoured above.
線とほぼ同じ領域幅と離間幅を有する平行ストライプ状
をなし、 前記ソース領域およびドレイン領域上には、それぞれ前
記ワード線の側壁に形成されたサイドウォール絶縁層に
よって自己整合コンタクト孔が開孔され、 前記素子分離領域上に迂回して配線されている共通線
は、前記一方の領域を前記自己整合コンタクト孔を介し
て共通に接続しながらビット方向に蛇行して配線されて
いる請求項14に記載の不揮発性半導体記憶装置。15. The plurality of element isolation regions are formed in a parallel stripe shape having substantially the same region width and separation width as the word lines, and are formed on sidewalls of the word lines on the source region and the drain region, respectively. A self-aligned contact hole is opened by the formed sidewall insulating layer, and a common line wired around the element isolation region connects the one region in common via the self-aligned contact hole. 15. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 14, wherein the wiring is meandering in the bit direction while being wired.
との間で電荷の移動がない場合に、前記チャネル形成領
域に対向する面全体としての導電性を持たない請求項1
に記載の不揮発性半導体記憶装置。16. The charge accumulating means does not have conductivity as a whole surface facing the channel forming region when there is no transfer of electric charge at least to the outside.
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
領域上のトンネル絶縁膜と、 当該トンネル絶縁膜上の窒化膜または酸化窒化膜とを含
む請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置。17. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 16, wherein said gate insulating film includes a tunnel insulating film on said channel formation region, and a nitride film or an oxynitride film on said tunnel insulating film.
領域上のトンネル絶縁膜と、 前記電荷蓄積手段としてトンネル絶縁膜上に形成され互
いに絶縁された小粒径導電体とを含む請求項16に記載
の不揮発性半導体記憶装置。18. The semiconductor device according to claim 16, wherein the gate insulating film includes a tunnel insulating film on the channel forming region, and small-diameter conductors formed on the tunnel insulating film and insulated from each other as the charge storage means. 14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
タ以下である請求項18に記載の不揮発性半導体記憶装
置。19. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 18, wherein said small-diameter conductor has a particle size of 10 nanometers or less.
体のチャネル形成領域と、当該チャネル形成領域上に設
けられたトンネル絶縁膜を含むゲート絶縁膜と、当該ゲ
ート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート絶
縁膜内に設けられ、少なくとも前記チャネル形成領域と
対向する面内で平面的に離散化されている電荷蓄積手段
とを有するメモリトランジスタを複数、ワード方向とビ
ット方向に配置した不揮発性半導体記憶装置の書き込み
方法であって、 前記ゲート電極またはゲート電極に接続された配線層に
誘電膜を介して近接するプルアップ電極に対し所定電圧
を印加し、ゲート電極の電位を上げるステップを含む不
揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。20. A substrate, a channel forming region of a semiconductor provided on the surface of the substrate, a gate insulating film including a tunnel insulating film provided on the channel forming region, and provided on the gate insulating film. A plurality of memory transistors each having a gate electrode and charge storage means provided in the gate insulating film and discretely planarized at least in a plane facing the channel formation region are arranged in a word direction and a bit direction. A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device, comprising applying a predetermined voltage to a pull-up electrode adjacent to the gate electrode or a wiring layer connected to the gate electrode via a dielectric film to increase a potential of the gate electrode. A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device including steps.
ート電極に、10V以下のプログラム電圧を印加するス
テップを含む請求項20に記載の不揮発性半導体記憶装
置の書き込み方法。21. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20, further comprising a step of applying a program voltage of 10 V or less to a gate electrode of said selected memory transistor.
またはゲート電極に接続された配線層の少なくとも上面
側から前記誘電膜を介して前記所定電圧を印加する請求
項20に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法。22. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 20, wherein the pull-up electrode applies the predetermined voltage from at least an upper surface of the gate electrode or a wiring layer connected to the gate electrode via the dielectric film. Device writing method.
続する複数のワード線のうち書き込み時において選択さ
れたワード線にゲート電極が接続されたメモリトランジ
スタのソース領域及び/又はドレイン領域に、ワード線
と電気的に絶縁された状態で交差しソース領域またはド
レイン領域に結合するビット方向の共通線を介して、前
記チャネル形成領域に対して逆バイアスとなる逆バイア
ス電圧を印加し、 書き込み時において非選択ワード線に前記チャネル形成
領域に関して逆バイアスとなる方向の電圧を印加する請
求項20に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法。23. A source transistor and / or a drain transistor of a memory transistor having a gate electrode connected to a word line selected at the time of writing among a plurality of word lines commonly connecting the gate electrode in a word direction. A reverse bias voltage which is reversely biased with respect to the channel forming region is applied to the channel forming region via a common line in the bit direction which intersects with the source region or the drain region while electrically intersecting with the line. 21. The method according to claim 20, wherein a voltage is applied to a non-selected word line in a direction in which a reverse bias is applied to the channel forming region.
び/又はドレイン領域に印加することにより、前記選択
ワード線に接続された前記メモリトランジスタを誤書き
込み及び/又は誤消去されない電圧にバイアスする請求
項23に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法。24. The memory transistor connected to the selected word line is biased to a voltage that is not erroneously written and / or erased by applying the reverse bias voltage to the source region and / or the drain region. 24. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to 23.
非選択ワード線に印加することにより、当該非選択ワー
ド線に接続された前記メモリトランジスタを誤書き込み
及び/又は誤消去されない電圧にバイアスする請求項2
3に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。25. By applying a voltage in the reverse bias direction to the unselected word line, the memory transistor connected to the unselected word line is biased to a voltage that does not cause erroneous writing and / or erasing. Claim 2
4. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to item 3.
り、前記ソース領域に関して前記ゲート電極をインヒビ
ットゲート電圧以下にバイアスする請求項23に記載の
不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。26. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 23, wherein the gate electrode is biased to be equal to or lower than an inhibit gate voltage with respect to the source region by applying a voltage to the unselected word line.
ース領域、前記ドレイン領域の双方に同一な電圧を印加
する請求項23に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き
込み方法。27. The writing method according to claim 23, wherein the same voltage is applied to both the source region and the drain region when the reverse bias voltage is applied.
ャネル形成領域と接するソース領域と、 当該ソース領域と離間して前記チャネル形成領域と接す
るドレイン領域と、 前記ソース領域をビット方向で共通に接続するソース線
と、 前記ドレイン領域をビット方向で共通に接続するビット
線と、 前記ゲート電極をワード方向で共通に接続するワード線
とを有する請求項20に記載の不揮発性半導体記憶装置
の書き込み方法。28. The nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a source region in contact with the channel formation region; a drain region separated from the source region and in contact with the channel formation region; and the source region commonly connected in a bit direction. 21. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20, comprising: a source line to be connected; a bit line that commonly connects the drain regions in a bit direction; and a word line that commonly connects the gate electrodes in a word direction. .
ャネル形成領域と接するソース領域と、 当該ソース領域と離間して前記チャネル形成領域と接す
るドレイン領域と、 前記ソース領域をビット方向で共通に接続する副ソース
線と、 当該副ソース線をビット方向で共通に接続する主ソース
線と、 前記ドレイン領域をビット方向で共通に接続する副ビッ
ト線と、 当該副ビット線をビット方向で共通に接続する主ビット
線と、 前記副ソース線と主ソース線の間、前記副ビット線と主
ビット線の間にそれぞれ接続された選択トランジスタ
と、 前記ゲート電極をワード方向で共通に接続するワード線
とを有する請求項20に記載の不揮発性半導体記憶装置
の書き込み方法。29. The nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a source region in contact with the channel formation region; a drain region separated from the source region and in contact with the channel formation region; and the source region commonly connected in a bit direction. A sub-source line, a main source line commonly connecting the sub-source lines in the bit direction, a sub-bit line commonly connecting the drain regions in the bit direction, and a common connection in the bit direction. A main bit line, a selection transistor connected between the sub source line and the main source line, a sub transistor between the sub bit line and the main bit line, and a word line commonly connecting the gate electrode in a word direction. 21. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20, comprising:
ト線に接続された第1選択トランジスタと、共通電位線
に接続された第2選択トランジスタとの間に直列接続さ
れている請求項20に記載の不揮発性半導体記憶装置の
書き込み方法。30. The memory device according to claim 20, wherein the plurality of memory transistors are connected in series between a first selection transistor connected to a bit line and a second selection transistor connected to a common potential line. A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device.
をビット方向で共通に接続するソース線、及び/又は、
前記ドレイン領域をビット方向で共通に接続するビット
線を介して印加され、 前記逆バイアスとなる方向の電圧は、前記ゲート電極を
ワード方向に共通に接続するワード線を介して印加され
る請求項23に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法。31. The reverse bias voltage may include a source line commonly connecting the source regions in a bit direction, and / or
The voltage applied in the direction of the reverse bias is applied through a bit line that commonly connects the drain regions in the bit direction, and the voltage in the direction of the reverse bias is applied through a word line that commonly connects the gate electrodes in the word direction. 24. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to 23.
ル形成領域と接するソース領域と、当該ソース領域と離
間して前記チャネル形成領域と接するドレイン領域とを
有し、 前記基板表面に互いに離間して形成され前記メモリトラ
ンジスタ同士を絶縁分離する複数の素子分離領域が、ビ
ット方向ライン状に形成され、 前記メモリトランジスタのゲート電極をワード方向に複
数接続したワード線と電気的に絶縁された状態で交差
し、前記ソース領域またはドレイン領域をビット方向で
共通に接続する共通線が、前記ソース領域又はドレイン
領域のうち一方の領域上に接続され、かつ、他方の領域
上を避けるように前記素子分離領域上に迂回して配線さ
れている請求項20に記載の不揮発性半導体記憶装置の
書き込み方法。32. The memory transistor has a source region in contact with the channel formation region, and a drain region in contact with the channel formation region in a manner separated from the source region, and is formed on the substrate surface so as to be separated from each other. A plurality of element isolation regions that insulate and isolate the memory transistors from each other are formed in a bit line, and intersect with a word line that connects a plurality of gate electrodes of the memory transistors in a word direction while being electrically insulated; A common line that connects the source region or the drain region in the bit direction is connected to one of the source region and the drain region, and is formed on the element isolation region so as to avoid the other region. 21. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20, wherein the wiring is bypassed.
線とほぼ同じ領域幅と離間幅を有する平行ストライプ状
をなし、 前記ソース領域およびドレイン領域上には、それぞれ前
記ワード線の側壁に形成されたサイドウォール絶縁層に
よって自己整合コンタクト孔が開孔され、 前記素子分離領域上に迂回して配線されている共通線
は、前記一方の領域を共通に接続しながらビット方向に
蛇行して配線されている請求項32に記載の不揮発性半
導体記憶装置の書き込み方法。33. The plurality of element isolation regions form a parallel stripe shape having substantially the same region width and separation width as the word lines, and are formed on sidewalls of the word lines on the source region and the drain region, respectively. A self-aligned contact hole is opened by the formed sidewall insulating layer, and a common line wired around the element isolation region is meandering in the bit direction while commonly connecting the one region. 33. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 32, wherein the writing is performed.
との間で電荷の移動がない場合に、前記チャネル形成領
域に対向する面全体としての導電性を持たない請求項2
0に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。34. The charge accumulating means does not have conductivity as a whole surface facing the channel forming region when at least no electric charge moves to / from the outside.
0. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to 0.
領域上のトンネル絶縁膜と、 当該トンネル絶縁膜上の窒化膜または酸化窒化膜とを含
む請求項34に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法。35. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 34, wherein said gate insulating film includes a tunnel insulating film on said channel formation region, and a nitride film or an oxynitride film on said tunnel insulating film. Method.
領域上のトンネル絶縁膜と、 前記電荷蓄積手段としてトンネル絶縁膜上に形成され互
いに絶縁された小粒径導電体とを含む請求項34に記載
の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。36. The gate insulating film according to claim 34, wherein the gate insulating film includes a tunnel insulating film on the channel forming region, and small-diameter conductors formed on the tunnel insulating film and insulated from each other as the charge storage means. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device described in the above.
タ以下である請求項36に記載の不揮発性半導体記憶装
置の書き込み方法。37. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 36, wherein a particle diameter of said small-diameter conductor is 10 nanometers or less.
し、 選択された前記メモリトランジスタの前記プルアップ電
極に所定電圧を印加しする請求項21に記載の不揮発性
半導体記憶装置の書き込み方法。38. The writing method according to claim 21, wherein a program voltage is applied to said gate electrode, and a predetermined voltage is applied to said pull-up electrode of said selected memory transistor.
なる方向の電圧を印加し、 前記選択ワード線に接続されたメモリトランジスタのソ
ース領域及び/又はドレイン領域に、前記共通線を介し
て前記逆バイアス電圧を印加し、 前記選択ワード線にプログラム電圧を印加し、 前記プルアップ電極に所定電圧を印加する請求項23に
記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。39. A voltage in the reverse bias direction is applied to the unselected word line, and the source region and / or the drain region of a memory transistor connected to the selected word line are connected to the unselected word line via the common line. 24. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 23, wherein a reverse bias voltage is applied, a program voltage is applied to the selected word line, and a predetermined voltage is applied to the pull-up electrode.
それぞれに、選択トランジスタが接続され、 前記選択ワード線にプログラム電圧を印加する際に、プ
ルアップ電極側の選択トランジスタが非導通に制御さ
れ、 前記プルアップ電極に所定電圧を印加する際に、選択ワ
ード線の選択トランジスタが非導通に制御される請求項
39に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。40. A selection transistor is connected to each of the word line and the pull-up electrode, and when a program voltage is applied to the selected word line, the selection transistor on the pull-up electrode side is controlled to be non-conductive, 40. The method according to claim 39, wherein the selection transistor of the selected word line is controlled to be non-conductive when a predetermined voltage is applied to the pull-up electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31134798A JP2000138300A (en) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | Nonvolatile semiconductor storage device and its writing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31134798A JP2000138300A (en) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | Nonvolatile semiconductor storage device and its writing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000138300A true JP2000138300A (en) | 2000-05-16 |
Family
ID=18016063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31134798A Pending JP2000138300A (en) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | Nonvolatile semiconductor storage device and its writing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000138300A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003022684A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Fujitsu Ltd | Non-volatile semiconductor memory |
US7031194B2 (en) | 2003-08-29 | 2006-04-18 | Seiko Epson Corporation | Nonvolatile semiconductor memory and method for controlling the same |
WO2006059361A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Spansion Llc | Nonvolatile storage and its manufacturing method |
KR100880547B1 (en) * | 2000-12-15 | 2009-01-30 | 헤이로 엘에스아이 디자인 앤드 디바이스 테크놀로지 인크 | Fast program to program verify method |
US8305802B2 (en) | 2009-11-10 | 2012-11-06 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-10-30 JP JP31134798A patent/JP2000138300A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100880547B1 (en) * | 2000-12-15 | 2009-01-30 | 헤이로 엘에스아이 디자인 앤드 디바이스 테크놀로지 인크 | Fast program to program verify method |
JP2003022684A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Fujitsu Ltd | Non-volatile semiconductor memory |
US7031194B2 (en) | 2003-08-29 | 2006-04-18 | Seiko Epson Corporation | Nonvolatile semiconductor memory and method for controlling the same |
WO2006059361A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Spansion Llc | Nonvolatile storage and its manufacturing method |
US7307879B2 (en) | 2004-11-30 | 2007-12-11 | Spansion Llc | Nonvolatile memory device, and its manufacturing method |
JPWO2006059361A1 (en) * | 2004-11-30 | 2008-06-05 | スパンション エルエルシー | NONVOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
JP4794462B2 (en) * | 2004-11-30 | 2011-10-19 | スパンション エルエルシー | Nonvolatile memory device and manufacturing method thereof |
US8305802B2 (en) | 2009-11-10 | 2012-11-06 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6872614B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and process of production and write method thereof | |
US5999444A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and writing and erasing method of the same | |
JP4923318B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and operation method thereof | |
JP4810712B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and reading method thereof | |
EP0573170B1 (en) | Method of manufacture of high density EEPROM cell array | |
JP4834897B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and operation method thereof | |
JP4899241B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and operation method thereof | |
US6143607A (en) | Method for forming flash memory of ETOX-cell programmed by band-to-band tunneling induced substrate hot electron and read by gate induced drain leakage current | |
EP0573164B1 (en) | Full feature high density EEPROM cell with poly tunnel spacer and method of manufacture | |
JP2001085547A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and reading method therefor | |
JP2001085546A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and erasing method therefor | |
JP2003046002A (en) | Non-volatile semiconductor memory and operation method | |
US5293331A (en) | High density EEPROM cell with tunnel oxide stripe | |
JP2002368141A (en) | Non-volatile semiconductor memory device | |
JP4547749B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
US6801456B1 (en) | Method for programming, erasing and reading a flash memory cell | |
US7348625B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2001024075A (en) | Nonvolatile semiconductor memory and writing thereof' | |
JPH11195718A (en) | Nonvolatile semiconductor memory and manufacture and drive method therefor | |
JP2000138300A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device and its writing method | |
JP4061985B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
JP4654936B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and operation method thereof | |
JP2003188287A (en) | Non-volatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
JPH06125094A (en) | Nonvolatile storage element and manufacture thereof, and nonvolatile storage device utilizing the element and driving method therefor | |
US6642571B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory |