JP2000269470A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory

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JP2000269470A
JP2000269470A JP11074048A JP7404899A JP2000269470A JP 2000269470 A JP2000269470 A JP 2000269470A JP 11074048 A JP11074048 A JP 11074048A JP 7404899 A JP7404899 A JP 7404899A JP 2000269470 A JP2000269470 A JP 2000269470A
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JP
Japan
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cell
data
nonvolatile semiconductor
oxide film
memory
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Application number
JP11074048A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hagiwara
裕之 萩原
Shinji Sato
信司 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the reliability of cells which tends to deteriorate while making them fine in an electrically erasable and programmable read-only memory(EEPROM) for writing and erasing data. SOLUTION: This memory has first cell areas 31a, where a tunnel oxide film 31-5a of cells is set at 80 Å thick and second cell areas 31b where a tunnel oxide film 31-5b of cells is set at 120 Åthick, thus constituting a memory cell array 31. The first cell areas 31a are allotted for storing data which are requested to be written at high speed, and the second cell areas 31b are allotted for storing data needed to be held over a long period. This provides a constitution which ensures both a high-speed operability with data write characteristics and a long reliability of data holding characteristics.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、不揮発性半導体
記憶装置に関し、特に、電荷蓄積層としての浮遊ゲート
の上に制御ゲートが積層された積層ゲート構造を有し、
データの電気的書き換えが可能なメモリセルを用いたE
EPROM(Electrically Erasable andProgrammable
Read Only Memory )、または、1つのメモリセルに2
個以上のデータを記憶することが可能な多値メモリに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device having a stacked gate structure in which a control gate is stacked on a floating gate as a charge storage layer.
E using a memory cell capable of electrically rewriting data
EPROM (Electrically Erasable and Programmable
Read Only Memory) or 2 per memory cell
The present invention relates to a multi-valued memory capable of storing more than one data.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、不揮発性半導体記憶装置とし
ては、たとえば、データの書き込み・消去を電気的に行
うEEPROMが知られている。このEEPROMは、
近年、デジタルカメラや携帯電話などの小型携帯端末機
の記憶装置として、また、コンパクトディスクなどに代
わる音楽用記憶媒体として注目され、実用化が進められ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a nonvolatile semiconductor memory device, for example, an EEPROM for electrically writing and erasing data has been known. This EEPROM is
In recent years, it has attracted attention as a storage device for small portable terminals such as digital cameras and mobile phones, and as a storage medium for music instead of a compact disk, and has been put into practical use.

【0003】このように、従来のEEPROMは、実用
化のために、コストを下げるべく、年々、セルの微細化
による、小面積・大容量化(高集積化)が進められてい
る。しかし、その反面、信頼性上の問題が顕著になって
きている。
As described above, in order to reduce the cost of the conventional EEPROM for practical use, a small area and a large capacity (high integration) are being advanced year by year by miniaturization of cells. However, on the other hand, reliability problems have become more prominent.

【0004】すなわち、セルの微細化が進み、たとえ
ば、メモリセルのゲート長が短くなってくると、ゲート
端部での絶縁膜(トンネル酸化膜)の、膜質の劣化によ
るメモリセルの特性に与える影響がより顕著になってく
る。その結果、データの書き換えにともなうメモリセル
の、データ保持特性の長期信頼性が劣化してしまう。
That is, as the miniaturization of the cell progresses and, for example, the gate length of the memory cell becomes shorter, the characteristics of the memory cell due to the deterioration of the film quality of the insulating film (tunnel oxide film) at the gate end are affected. The effect becomes more pronounced. As a result, the long-term reliability of the data retention characteristics of the memory cell due to data rewriting deteriorates.

【0005】このような問題は、セルの製造プロセスに
おいて、汚染の低減やダメージの軽減などによって、あ
る程度は改善できるものの、本質的に微細化を妨げる要
因となっている。
Although such a problem can be improved to some extent by reducing contamination and reducing damage in a cell manufacturing process, it essentially hinders miniaturization.

【0006】また、セルの微細化による、動作電圧の低
減の要求にともなって、トンネル酸化膜の薄膜化が必須
となってくる。そのため、トンネル酸化膜の薄膜化によ
る、データ保持特性の劣化、リードディスターブなどの
問題も出てくる。
[0006] With the demand for lowering the operating voltage due to the miniaturization of cells, it is essential to make the tunnel oxide film thinner. Therefore, problems such as deterioration of data retention characteristics and read disturb due to thinning of the tunnel oxide film also arise.

【0007】現在でも、メモリセルに対する信頼性上の
要求は非常に厳しく、たとえば、音楽用のスペックとし
ては、書き換え回数が3万回、その書き換え後のデータ
の保持時間が10年(−25℃〜85℃の放置温度下)
となっている。
[0007] Even now, the reliability requirements for memory cells are very strict. For example, as a music specification, the number of rewrites is 30,000, and the data retention time after the rewrite is 10 years (−25 ° C.). (Under storage temperature of ~ 85 ° C)
It has become.

【0008】このようなスペックは、たとえば、64メ
ガビット(Mbit)NANDメモリでは容易に実現で
きた。このメモリの場合、ゲート長が0.36μmと比
較的長く、トンネル酸化膜の膜厚も100オングストロ
ーム程度と厚く、また、素子分離に選択酸化法(LOC
OS)を用いていたために製造プロセスを短く抑えられ
たことなどが理由である。
[0008] Such specifications can be easily realized with, for example, a 64 megabit (Mbit) NAND memory. In the case of this memory, the gate length is relatively long at 0.36 μm, the thickness of the tunnel oxide film is as large as about 100 Å, and the selective oxidation method (LOC) is used for element isolation.
The reason is that the manufacturing process can be shortened due to the use of OS).

【0009】ところが、256MbitNANDメモリ
の場合を例にとると、ゲート長が0.20μm、トンネ
ル酸化膜の膜厚が80オングストローム程度、また、素
子分離にSTI(Shallow Trench Isolation)構造を用
いていたために製造プロセスが非常に長く、その結果、
前述のスペックを満足することが困難になってきてい
る。したがって、1ギガビット(Gbit)以降のメモ
リでは、上記スペックの実現がさらに厳しくなることは
間違いない。
However, in the case of a 256-Mbit NAND memory as an example, the gate length is 0.20 μm, the thickness of the tunnel oxide film is about 80 Å, and the STI (Shallow Trench Isolation) structure is used for element isolation. The manufacturing process is very long,
It is becoming difficult to satisfy the above specifications. Therefore, in a memory of 1 gigabit (Gbit) or later, it is certain that the above-mentioned specifications will be more severely realized.

【0010】また、ゲート長が短くなることやトンネル
酸化膜の薄膜化は、メモリセルの中性しきい値の低下を
もたらす。これも、メモリセルのデータ保持特性を劣化
させる要因になる。
In addition, a reduction in the gate length and a reduction in the thickness of the tunnel oxide film lower the neutral threshold voltage of the memory cell. This also becomes a factor of deteriorating the data retention characteristics of the memory cell.

【0011】すなわち、中性しきい値が低下するという
ことは、書き込みしきい値の高いメモリセルが存在する
場合、放置している間やデータを読んでいる間の、しき
い値変動が大きくなることを意味する。これは、特に一
つのメモリセルに4つ以上のデータを記憶する、いわゆ
る多値メモリにおいて、非常に重要になってくる。
That is, the lowering of the neutral threshold value means that when there is a memory cell having a high write threshold value, the threshold value fluctuation greatly increases while the memory cell is left or data is read. It means becoming. This becomes very important especially in a so-called multi-value memory in which four or more data are stored in one memory cell.

【0012】多値メモリでは、通常、データが中性しき
い値よりもしきい値の高い範囲で複数に分割されるよう
になっている。したがって、そのデータの分割数が多い
ほど、記憶されるデータのしきい値の最大値は大きくな
り、中性しきい値の低下の影響がより顕著になる。
In a multi-valued memory, data is usually divided into a plurality of data in a range where the threshold value is higher than a neutral threshold value. Therefore, as the number of divisions of the data increases, the maximum value of the threshold value of the stored data increases, and the influence of the decrease in the neutral threshold value becomes more remarkable.

【0013】さらに、微細化によるセルの信頼性の劣化
の問題は、データの書き換え回数にも依存する。
Furthermore, the problem of cell reliability degradation due to miniaturization also depends on the number of data rewrites.

【0014】図8は、データの書き込み動作および消去
動作を、FN(Fowler−Nordheim)トンネル電流による
電子のフローティングゲートへの注入・放出により行う
メモリ(たとえば、EEPROM)の、セル構造を概略
的に示すものである。
FIG. 8 schematically shows a cell structure of a memory (for example, an EEPROM) in which data writing and erasing operations are performed by injecting and discharging electrons into and from a floating gate by Fowler-Nordheim (FN) tunnel current. It is shown.

【0015】この場合、ウェル領域(または、シリコン
基板)101の主表面部に、ドレイン102およびソー
ス103が形成されている。また、そのドレイン102
およびソース103間のチャネル104上に、薄い絶縁
膜(トンネル酸化膜)105が設けられている。そし
て、このトンネル酸化膜105上に、浮遊(フローティ
ング)ゲート106、ゲート間絶縁膜107、および、
制御(コントロール)ゲート108が積層された構成と
されている。なお、浮遊ゲート106および制御ゲート
108の周囲は、酸化膜109によって被覆されてい
る。
In this case, a drain 102 and a source 103 are formed on the main surface of a well region (or silicon substrate) 101. The drain 102
A thin insulating film (tunnel oxide film) 105 is provided on channel 104 between source 103 and source 103. On the tunnel oxide film 105, a floating gate 106, an inter-gate insulating film 107, and
The control (control) gate 108 is laminated. Note that the periphery of the floating gate 106 and the control gate 108 is covered with an oxide film 109.

【0016】このセルへの、データの書き込み動作およ
び消去動作(いわゆる、データの書き換え)は、トンネ
ル酸化膜105中に電流を流すことによって行われる。
たとえば、トンネル酸化膜105中に電流を流し、浮遊
ゲート106中へ電子を注入することによって、データ
の書き込みが行われる。また、トンネル酸化膜105中
に電流を流し、浮遊ゲート106中の電子を放出させる
ことによって、データの消去が行われる。
A data write operation and an erase operation (so-called data rewrite) to the cell are performed by passing a current through the tunnel oxide film 105.
For example, data is written by flowing a current through tunnel oxide film 105 and injecting electrons into floating gate 106. Further, data is erased by flowing a current through the tunnel oxide film 105 and discharging electrons in the floating gate 106.

【0017】しかしながら、上記したように、データの
書き込み動作および消去動作を、FNトンネル電流によ
る電子の浮遊ゲート106への注入・放出により行うセ
ルの場合、制御ゲート108あるいはウェル領域101
に高電圧(18V程度)を印加する必要がある。このた
め、データの書き込み動作時および消去動作時には、ト
ンネル酸化膜105やゲート間絶縁膜107に高電界が
かかることになる。したがって、データの書き換え回数
の増加は、トンネル酸化膜105やゲート間絶縁膜10
7に加わるストレスを増大させる結果、トンネル酸化膜
105やゲート間絶縁膜107の劣化を招いて、セルの
信頼性を落とす原因となる。
However, as described above, in the case of a cell in which the data writing operation and the erasing operation are performed by injecting and discharging electrons into and from the floating gate 106 by the FN tunnel current, the control gate 108 or the well region 101
It is necessary to apply a high voltage (about 18V). Therefore, a high electric field is applied to the tunnel oxide film 105 and the inter-gate insulating film 107 at the time of data write operation and data erase operation. Therefore, an increase in the number of times of data rewriting is caused by the increase in the tunnel oxide film 105 and the
As a result of increasing the stress applied to the gate insulating film 7, the tunnel oxide film 105 and the inter-gate insulating film 107 are degraded, and the reliability of the cell is reduced.

【0018】図9は、上記セルの、書き込み特性および
消去特性についての、ゲート長依存性を示すものであ
る。ここでは、同一条件(電圧および時間が一定)で、
書き込みおよび消去を行った際の、セルのしきい値電圧
(Vth)とゲート長(L)との関係を示している。
FIG. 9 shows the gate length dependence of the write characteristics and erase characteristics of the above cell. Here, under the same conditions (voltage and time are constant),
The relationship between the threshold voltage (Vth) of the cell and the gate length (L) when writing and erasing are performed is shown.

【0019】消去動作時においては、セルのしきい値電
圧Vthにはゲート長依存性がほとんど認められない。
In the erase operation, the threshold voltage Vth of the cell hardly depends on the gate length.

【0020】一方、書き込み動作時においては、ゲート
長Lが短いほど、セルのしきい値電圧Vthが下がって
くる。しきい値電圧Vthが下がって見えるのは、ゲー
ト長Lの微細化とともにショートチャネル効果が現れて
くるのと、ゲート端部(図8参照)201でのバーズビ
ークによるカップリング比の減少が、ゲート長Lが短い
ほど効いてくるので、書き込みにくくなる効果も加わっ
てのことである。
On the other hand, in a write operation, the threshold voltage Vth of the cell decreases as the gate length L decreases. The threshold voltage Vth appears to decrease because the short channel effect appears with the miniaturization of the gate length L and the decrease in the coupling ratio due to bird's beak at the gate end 201 (see FIG. 8) The shorter the length L, the better the effect, so that the effect of making writing difficult is added.

【0021】また、セルの微細化が進むにつれて、隣接
するワード線(制御ゲート)との容量や、拡散層(ドレ
イン/ソース)と選択したワード線との容量が、カップ
リング比を下げる要因になっていることも知られてい
る。
Further, as the size of the cell is reduced, the capacitance between the adjacent word line (control gate) and the capacitance between the diffusion layer (drain / source) and the selected word line is a factor that lowers the coupling ratio. It is also known that it has become.

【0022】なお、消去動作時において、セルのしきい
値電圧Vthにゲート長依存性が認められないのは、シ
ョートチャネル効果とカップリング比の減少による消去
しにくくなる効果とが相殺し合うためである。
In the erasing operation, the fact that the threshold voltage Vth of the cell does not depend on the gate length is recognized because the short channel effect and the effect that the erasing becomes difficult due to the decrease in the coupling ratio cancel each other. It is.

【0023】このように、ゲート長が短くなるにつれて
メモリセルのショートチャネル効果により書き込み特性
が悪くなることは、微細化とともに、中性しきい値が低
下することを意味する。中性しきい値の低下は、先にも
述べたように、2値のデータを記憶するメモリのみなら
ず、特に、4値以上の多値メモリに関して悪影響を及ぼ
すことになる。
As described above, the worsening of the write characteristics due to the short channel effect of the memory cell as the gate length becomes shorter means that the neutral threshold value is lowered as the semiconductor device is miniaturized. As described above, a decrease in the neutral threshold value has an adverse effect on not only a memory storing binary data but also a multi-valued memory having four or more values.

【0024】多値メモリにおいては、しきい値の分布幅
を狭くするのに限界があるため、最もしきい値の高いデ
ータは2値のそれよりもかなり大きくなる。たとえば、
NAND型のメモリセルの場合、2値の場合はしきい値
の最大値が1.5V程度なのに対して、4値の場合には
3.5V程度になる。
In a multi-valued memory, there is a limit in narrowing the distribution width of the threshold value, so that the data having the highest threshold value is considerably larger than that of the binary value. For example,
In the case of a NAND-type memory cell, the maximum value of the threshold value is about 1.5 V in the case of binary, while it is about 3.5 V in the case of four values.

【0025】したがって、中性しきい値と、このしきい
値分布との差が非常に大きくなり、放置している間にデ
ータが変わってしまうという問題が生じる。この場合、
微細化にともなって、その効果を打ち消すためにチャネ
ルインプラを濃くすることが必要であるが、これは、誤
書き込みなどの問題を引き起こす可能性があるため、根
本的な解決策とはならない。
Therefore, the difference between the neutral threshold value and the distribution of the threshold value becomes very large, and there is a problem that data is changed while the apparatus is left unattended. in this case,
With miniaturization, it is necessary to increase the channel implantation in order to cancel the effect, but this is not a fundamental solution because it may cause a problem such as erroneous writing.

【0026】また、ゲート長が短くなると、ゲート長が
長い場合と比べて、データの書き換え時に信頼性が著し
く劣化する可能性のあるゲート端部の影響がより顕著に
現われ、データの保持特性を劣化させることが解かって
いる。
In addition, when the gate length is short, the influence of the gate edge, which may significantly deteriorate the reliability at the time of data rewriting, appears more remarkably than when the gate length is long, and the data retention characteristic is reduced. It is known that it deteriorates.

【0027】このことは、セルの微細化にともなって単
純にセルのゲート長を短くすると、データの書き換え回
数の増加に応じて、セルの信頼性の著しい劣化を招くこ
とを意味する。
This means that simply shortening the gate length of a cell with miniaturization of the cell causes a significant deterioration in the reliability of the cell as the number of data rewrites increases.

【0028】ただし、セルの面積を比較した場合、ゲー
ト長が0.4μmのセルでは、ゲート長が0.2μmの
セルに比べ、面積が2倍になる。このため、ゲート長を
単純に長くすることは、微細化の妨げとなり、アレイの
面積を増大させるばかりか、単一面積あたりの容量の減
少を招くことになる。
However, when comparing the area of the cells, the cell having the gate length of 0.4 μm has twice the area of the cell having the gate length of 0.2 μm. Therefore, simply increasing the gate length hinders miniaturization, not only increasing the area of the array, but also reducing the capacitance per unit area.

【0029】上記したように、従来のメモリセルは、ゲ
ート長を短くすることによって、微細化(小面積化)を
図ることができるものの、微細化が進むにつれて、信頼
性の劣化が懸念され、それが製品化の妨げになるという
問題があった。
As described above, the conventional memory cell can be miniaturized (smaller area) by shortening the gate length. However, as the miniaturization progresses, there is a concern that the reliability is deteriorated. There was a problem that it hindered commercialization.

【0030】このような問題は、従来からの考え方とし
て、メモリセルの信頼性上のスペックが、そのアレイ上
のすべてのメモリセルに対して一様に与えられるように
なっており、書き換えの動作電圧や動作回路なども一様
で、また、メモリセルのトンネル酸化膜やゲート長など
の製作パラメータに対してまでも一様に与えていたこと
による。
As a conventional idea, such a problem is that the reliability specification of the memory cell is uniformly given to all the memory cells on the array, and the rewriting operation is performed. This is because the voltage and the operation circuit are uniform, and the manufacturing parameters such as the tunnel oxide film and the gate length of the memory cell are also given uniformly.

【0031】たとえば、従来のメモリセルでは、256
MbitNANDメモリの場合、256Mbitのすべ
てのメモリセルの信頼性を同時に良くし、どのbitの
メモリセルに対しても動作やその目的を分けることなし
に製作してきた。
For example, in a conventional memory cell, 256
In the case of an M-bit NAND memory, the reliability of all the 256-Mbit memory cells has been simultaneously improved, and the operation and the purpose of the memory cell of any bit have been manufactured without being divided.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、ゲート長を短くすることやトンネル酸化膜
を薄くすることによって、メモリセルの微細化(小面積
化)と低電圧化、高速動作を図ることができるものの、
アレイ上におけるすべてのメモリセルに対する信頼性上
のスペックなどが一様であったため、微細化が進むにつ
れて、メモリセルの信頼性の劣化が懸念され、それが製
品化の妨げになるという問題があった。
As described above, conventionally, by shortening the gate length and the thickness of the tunnel oxide film, the memory cell can be miniaturized (smaller area), the voltage can be reduced, and the speed can be increased. Although it can work,
Since the reliability specifications of all memory cells on the array were uniform, as miniaturization progressed, there was a concern that the reliability of memory cells would deteriorate, which would hinder commercialization. Was.

【0033】そこで、この発明は、微細化にともなうメ
モリセルの信頼性の劣化を改善でき、製品化にとって有
用な不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とし
ている。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can improve the reliability of memory cells due to miniaturization and is useful for commercialization.

【0034】さらに言えば、この発明の目的は、データ
書き込み特性の高速動作性とデータ保持特性の長期信頼
性とを両立でき、より信頼性の高い微細化製品を実現す
ることが可能な不揮発性半導体記憶装置を提供すること
にある。
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory which can achieve both high-speed operation of data writing characteristics and long-term reliability of data holding characteristics, and can realize a more reliable miniaturized product. It is to provide a semiconductor memory device.

【0035】また、この発明の目的は、少数回のデータ
の書き換えに対するデータ保持特性と多数回のデータの
書き換えに対するデータ保持特性とを満足でき、より信
頼性の高い微細化製品を実現することが可能な不揮発性
半導体記憶装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to realize a highly reliable miniaturized product which satisfies the data holding characteristic for rewriting a small number of data and the data holding characteristic for a large number of data rewrites. It is an object of the present invention to provide a possible nonvolatile semiconductor memory device.

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の不揮発性半導体記憶装置にあっては、
データの書き込みが可能なものにおいて、複数のメモリ
セルからなるメモリセルアレイ内に、それぞれ、メモリ
セルのトンネル酸化膜厚が異なる、複数の領域が存在す
る構成とされている。
In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises:
In a data-writable device, a memory cell array including a plurality of memory cells has a plurality of regions in which the tunnel oxide film thicknesses of the memory cells are different from each other.

【0037】また、この発明の不揮発性半導体記憶装置
にあっては、データの書き換えが可能なものにおいて、
複数のメモリセルからなるメモリセルアレイ内に、それ
ぞれ、メモリセルのゲート長が異なる、複数のセルブロ
ックが存在する構成とされている。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the data can be rewritten.
In a memory cell array including a plurality of memory cells, a plurality of cell blocks having different gate lengths of the memory cells are present.

【0038】この発明の不揮発性半導体記憶装置によれ
ば、アレイの面積の増大を招くことなく、該メモリセル
・アレイを、長期的な保持が必要なデータを保持するセ
ルとそうでないセルとによって構成できるようになる。
これにより、長期的な保持が必要なデータと高速な書き
込みが必要なデータとを効果的に格納することが可能と
なるものである。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the memory cell array can be divided into cells holding data that need to be held for a long period and cells not holding the data without increasing the area of the array. Configurable.
This makes it possible to effectively store data that needs to be held for a long time and data that needs to be written at high speed.

【0039】また、この発明の不揮発性半導体記憶装置
によれば、アレイの面積の増大を最小限に抑えつつ、デ
ータの書き換え回数が多いセルでのデータの書き込み
を、より低い電圧によって実施できるようになる。これ
により、データの書き換え回数が多いセルの、データの
書き換え回数の増加にともなう、トンネル酸化膜やゲー
ト間絶縁膜に加わる電圧ストレスを軽減することが可能
となるものである。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, data can be written in a cell having a large number of data rewrites at a lower voltage while minimizing an increase in the area of the array. become. As a result, it is possible to reduce the voltage stress applied to the tunnel oxide film and the inter-gate insulating film due to the increase in the number of times of data rewriting of a cell where the number of times of data rewriting is large.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】(第一の実施形態)図1は、本発明の第一
の実施形態にかかる不揮発性半導体記憶装置の概略構成
を、EEPROMを例に示すものである。ここでは、ブ
ロックごとにトンネル酸化膜の膜厚を変えることによっ
て、データ書き込み特性の高速動作性とデータ保持特性
の長期信頼性とを両立させることができるように構成し
た場合について説明する。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, taking an EEPROM as an example. Here, a case will be described in which the thickness of the tunnel oxide film is changed for each block so that both high-speed operation of data writing characteristics and long-term reliability of data retention characteristics can be achieved.

【0042】このEEPROMの場合、ロウアドレス入
力はロウアドレス・バッファ11に供給され、そのバッ
ファ11内に蓄えられる。バッファ11内に蓄えられた
ロウアドレス入力は、ロウデコーダ部21に供給され
る。
In the case of this EEPROM, the row address input is supplied to a row address buffer 11 and stored in the buffer 11. The row address input stored in the buffer 11 is supplied to a row decoder 21.

【0043】ロウデコーダ部21は、たとえば、第1ロ
ウデコーダ部21aと第2ロウデコーダ部21bとから
なっている。
The row decoder 21 includes, for example, a first row decoder 21a and a second row decoder 21b.

【0044】第1ロウデコーダ部21aは、たとえば、
複数の行と列とからなるメモリセル・アレイ31の、デ
ータの書き換えが頻繁に起こる、データ保持特性の長期
信頼性が多少落ちても良いデータを高速に格納する第1
セルエリア(第一の領域)31aの、各行に対応するワ
ード線WLa1 〜WLan ごとに、デコーダ回路として
のロウデコーダ(図示していない)がそれぞれ設けられ
ている。
The first row decoder section 21a includes, for example,
High-speed storage of data in a memory cell array 31 composed of a plurality of rows and columns in which data is frequently rewritten and long-term reliability of data retention characteristics may be slightly reduced.
A row decoder (not shown) as a decoder circuit is provided for each of the word lines WLa1 to WLan corresponding to each row in the cell area (first region) 31a.

【0045】第1ロウデコーダ部21aの各ロウデコー
ダは、上記ロウアドレス入力に応じて、アクティブ時
(チップ選択時)には選択された行に選択状態を、非選
択の行に非選択状態を与え、スタンドバイ時(チップ非
選択時)にはすべての行に非選択状態を与えるようにな
っている。
Each row decoder of the first row decoder section 21a sets a selected state to a selected row and a non-selected state to a non-selected row when active (when a chip is selected) according to the row address input. In a standby state (when a chip is not selected), a non-selected state is applied to all rows.

【0046】また、データの書き込み動作時(または、
消去動作時)には、上記ワード線WLa1 〜WLan に
対して、それぞれ、第1の電源Vcc1 からの第1電圧
V1(たとえば、16V)を、書き込み電圧(または、
消去電圧)として与えるようになっている。
Also, at the time of data write operation (or
At the time of the erase operation), the first voltage V1 (for example, 16 V) from the first power supply Vcc1 is applied to the word lines WLa1 to WLan, respectively, and the write voltage (or
(Erasing voltage).

【0047】第2ロウデコーダ部21bは、たとえば、
複数の行と列とからなるメモリセル・アレイ31の、デ
ータの書き換え回数にかかわらず、データ保持特性に関
して長期信頼性を保証できる第2セルエリア(第二の領
域)31bの、各行に対応するワード線WLb1 〜WL
bn ごとに、デコーダ回路としてのロウデコーダ(図示
していない)がそれぞれ設けられている。
The second row decoder section 21b includes, for example,
Regarding each row of the second cell area (second area) 31b that can guarantee long-term reliability with respect to data retention characteristics, regardless of the number of data rewrites, of the memory cell array 31 including a plurality of rows and columns. Word lines WLb1 to WL
A row decoder (not shown) as a decoder circuit is provided for each bn.

【0048】第2ロウデコーダ部21bの各ロウデコー
ダは、上記ロウアドレス入力に応じて、アクティブ時に
は選択された行に選択状態を、非選択の行に非選択状態
を与え、スタンドバイ時にはすべての行に非選択状態を
与えるようになっている。
Each row decoder of the second row decoder section 21b gives a selected state to a selected row and a non-selected state to a non-selected row at the time of active, and all the rows at the time of standby in response to the row address input. Rows are given a non-selected state.

【0049】また、データの書き込み動作時(または、
消去動作時)には、上記ワード線WLb1 〜WLbn に
対して、それぞれ、上記第1電圧V1 よりも高い、第2
の電源Vcc2 からの第2電圧V2 (たとえば、18
V)を、書き込み電圧(または、消去電圧)として与え
るようになっている。
Also, at the time of data write operation (or
At the time of the erasing operation), the second voltage higher than the first voltage V1 is applied to the word lines WLb1 to WLbn.
The second voltage V2 from the power supply Vcc2 (for example, 18
V) as a write voltage (or erase voltage).

【0050】一方、カラムアドレス入力はカラムアドレ
ス・バッファ41に供給され、そのバッファ41内に蓄
えられる。バッファ41内に蓄えられたカラムアドレス
入力は、カラムデコーダ部51に供給される。
On the other hand, the column address input is supplied to a column address buffer 41 and stored in the buffer 41. The column address input stored in the buffer 41 is supplied to the column decoder 51.

【0051】カラムデコーダ部51は、カラム選択回路
61を介して、複数の行と列とからなるメモリセル・ア
レイ31の、各列に対応するビット線BLの1つを選択
するためのもので、たとえば、上記カラムアドレス入力
に応じて、アクティブ時には選択された列に選択状態
を、非選択の列に非選択状態を与え、スタンドバイ時に
はすべての列に非選択状態を与えるようになっている。
The column decoder 51 selects one of the bit lines BL corresponding to each column of the memory cell array 31 composed of a plurality of rows and columns via a column selection circuit 61. For example, in response to the above column address input, a selected state is given to a selected column, a non-selected state is given to a non-selected column when active, and a non-selected state is given to all columns during standby. .

【0052】また、上記カラム選択回路61には、セン
スアンプ71を介して、I/Oバッファ81がさらに接
続されて、上記メモリセル・アレイ31との間でのデー
タの入出力、つまり、アクティブ時に選択状態とされ
た、行および列に対応するメモリセルのデータの読み出
しなどが行われるようになっている。
An I / O buffer 81 is further connected to the column selection circuit 61 via a sense amplifier 71 to input / output data to / from the memory cell array 31, that is, an active state. Reading of data from the memory cells corresponding to the rows and columns, which are sometimes selected, is performed.

【0053】なお、メモリセル・アレイ31は、基本的
には、行(ワード線)と列(ビット線)との交点にそれ
ぞれメモリセルが配置された周知の構成を有するもので
あって、各セルの構成も基本的には従来と同じ(図8参
照)であり、具体的な構成については後述する。
The memory cell array 31 basically has a well-known configuration in which memory cells are arranged at intersections of rows (word lines) and columns (bit lines). The configuration of the cell is basically the same as the conventional one (see FIG. 8), and the specific configuration will be described later.

【0054】図2は、上記メモリセル・アレイ31の概
略構成を示すものである。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the memory cell array 31.

【0055】メモリセル・アレイ31は、たとえば、第
1の酸化膜厚Daを有する複数のメモリセルをマトリク
ス状に配置してなる第1セルエリア31aと、この第1
の酸化膜厚Daよりも厚い、第2の酸化膜厚Dbを有す
る複数のメモリセルをマトリクス状に配置してなる第2
セルエリア31bとが、ブロック単位で配置されてなる
構成とされている。
The memory cell array 31 includes, for example, a first cell area 31a in which a plurality of memory cells having a first oxide film thickness Da are arranged in a matrix,
A plurality of memory cells having a second oxide film thickness Db, which is greater than the oxide film thickness Da, are arranged in a matrix.
The cell area 31b is arranged in blocks.

【0056】すなわち、このメモリセル・アレイ31
は、ウェル領域(または、シリコン基板)31-1の主表
面部に、ドレイン31-2およびソース31-3が選択的に
形成されている。
That is, the memory cell array 31
In the first embodiment, a drain 31-2 and a source 31-3 are selectively formed on the main surface of a well region (or silicon substrate) 31-1.

【0057】第1セルエリア31aにおける、上記ドレ
イン31-2および上記ソース31-3間のチャネル31-4
上には、通常の薄いトンネル酸化膜としての、第1の酸
化膜厚Daを有する第1のトンネル酸化膜31-5a が設
けられている。そして、この第1のトンネル酸化膜31
-5a 上に、浮遊(フローティング)ゲート31-6、ゲー
ト間絶縁膜31-7、および、制御(コントロール)ゲー
ト31-8が積層された構成とされている。
A channel 31-4 between the drain 31-2 and the source 31-3 in the first cell area 31a.
A first tunnel oxide film 31-5a having a first oxide film thickness Da is provided thereon as an ordinary thin tunnel oxide film. Then, the first tunnel oxide film 31
-5a, a floating gate 31-6, an inter-gate insulating film 31-7, and a control (control) gate 31-8 are stacked.

【0058】また、第2セルエリア31bにおける、上
記ドレイン31-2および上記ソース31-3間のチャネル
31-4上には、上記第1のトンネル酸化膜31-5a より
も厚い、第2の酸化膜厚Dbを有する第2のトンネル酸
化膜31-5b が設けられている。そして、この第2のト
ンネル酸化膜31-5b 上に、浮遊ゲート31-6、ゲート
間絶縁膜31-7、および、制御ゲート31-8が積層され
た構成とされている。
In the second cell area 31b, on the channel 31-4 between the drain 31-2 and the source 31-3, the second tunnel oxide film 31-5a, which is thicker than the first tunnel oxide film 31-5a, is formed. A second tunnel oxide film 31-5b having an oxide film thickness Db is provided. The floating gate 31-6, the inter-gate insulating film 31-7, and the control gate 31-8 are stacked on the second tunnel oxide film 31-5b.

【0059】なお、浮遊ゲート31-6および制御ゲート
31-8の周囲は、酸化膜31-9によって被覆されてい
る。
The surroundings of the floating gate 31-6 and the control gate 31-8 are covered with an oxide film 31-9.

【0060】このように、従来は、全エリアにおいて、
各メモリセルのトンネル酸化膜の膜厚が略一定であるの
に対し、メモリセル・アレイ31を2つのエリア31
a,31bに分け、各エリア31a,31bごとに、ト
ンネル酸化膜の膜厚の異なる複数のメモリセルをブロッ
ク単位で配置したところが、本実施形態の特徴である。
As described above, conventionally, in all areas,
While the thickness of the tunnel oxide film of each memory cell is substantially constant, the memory cell array 31 has two areas 31.
This embodiment is characterized in that a plurality of memory cells having different thicknesses of the tunnel oxide film are arranged in blocks for each of the areas 31a and 31b.

【0061】この場合、第1セルエリア31aは、デー
タ保持特性に対する長期的な信頼性は落ちるものの、デ
ータの頻繁な書き換えやデータの高速書き換えに適し
た、第1の酸化膜厚Da(たとえば、略80オングスト
ローム)を有する複数のメモリセルによって形成されて
いる。これにより、第1セルエリア31aにおける上記
ワード線WLa1 〜WLan が、それぞれ、80オング
ストローム程度の第1のトンネル酸化膜31-5a を有し
て形成されることになる。
In this case, the first cell area 31a has a first oxide film thickness Da (for example, suitable for frequent rewriting of data or high-speed rewriting of data, although the long-term reliability of the data holding characteristic is lowered). (About 80 angstroms). As a result, the word lines WLa1 to WLan in the first cell area 31a are each formed with the first tunnel oxide film 31-5a of about 80 Å.

【0062】一方、第2セルエリア31bは、データの
高速書き換えや頻繁な書き換えにはあまり適さないもの
の、データの保持特性に関して長期的な信頼性が十分に
得られる程度の、厚い、第2の酸化膜厚Db(たとえ
ば、略120オングストローム)を有する複数のメモリ
セルによって形成されている。これにより、第2セルエ
リア31bにおける上記ワード線WLb1 〜WLbn
が、それぞれ、120オングストローム程度の第2のト
ンネル酸化膜31-5b を有して形成されることになる。
On the other hand, the second cell area 31b is not suitable for high-speed rewriting or frequent rewriting of data, but is thick and second enough to obtain sufficient long-term reliability with respect to data retention characteristics. It is formed by a plurality of memory cells having an oxide film thickness Db (for example, approximately 120 Å). Thus, the word lines WLb1 to WLbn in the second cell area 31b are set.
Are formed with a second tunnel oxide film 31-5b of about 120 angstroms.

【0063】このように、メモリセル・アレイ31にお
ける一部のエリア31b内の、各セルのトンネル酸化膜
31-5b の膜厚(Db)を、他のエリア31a内の、各
セルのトンネル酸化膜31-5a の膜厚(Da)よりも厚
くすることで、エリア31a内の各セルよりも、エリア
31b内の各セルの、データ保持特性や読み出し時のゲ
ートにかかる電圧ストレスに対する耐性などを高めるこ
とが可能となる。したがって、エリア31a内の各セル
に比べ、エリア31b内の各セルの、トンネル酸化膜の
薄膜化によるリーク電流の増加や中性しきい値の低下を
抑制できるようになる。
As described above, the thickness (Db) of the tunnel oxide film 31-5b of each cell in a part of the area 31b in the memory cell array 31 is changed by the tunnel oxidation of each cell in the other area 31a. By making the film 31-5a thicker than the thickness (Da) of the film 31-5a, the data retention characteristics of the cells in the area 31b and the resistance to the voltage stress applied to the gate at the time of reading are improved for each cell in the area 31a. It is possible to increase. Therefore, as compared with the cells in the area 31a, the increase in the leak current and the decrease in the neutral threshold of each cell in the area 31b due to the thinning of the tunnel oxide film can be suppressed.

【0064】その結果、1つのメモリセル・アレイ31
上の各エリア31a,31bのうち、たとえば、エリア
31aを、エリア31bよりもデータの書き込み特性の
高速動作性に優れるエリア、エリア31bを、エリア3
1aよりも保持特性の長期信頼性に優れるエリアとする
ことができる。よって、各エリア31a,31b内に、
データを、その種類や重要性などにより、メーカまたは
ユーザの希望に応じて、適宜、格納できるようになる。
As a result, one memory cell array 31
Of the upper areas 31a and 31b, for example, the area 31a is an area which is superior to the area 31b in terms of data writing characteristics and high-speed operation, and the area 31b is an area 3
It can be an area that is more excellent in long-term reliability of holding characteristics than 1a. Therefore, in each area 31a, 31b,
The data can be stored as appropriate according to the manufacturer or the user's request, depending on the type and importance of the data.

【0065】エリア31aは、データの書き換え特性の
高速動作性に優れるため、たとえば、ユーザが主に使用
する、コンピュータの一時的なデータの格納や、音声、
音楽、画像データなど、書き換え速度の要求が高く、か
つ、頻繁に書き換えるデータの格納に用いられる。
The area 31a is excellent in high-speed operability of data rewriting characteristics. For example, the area 31a is used mainly for temporary storage of data of a computer, voice,
It is used for storing data that requires a high rewriting speed and that is frequently rewritten, such as music and image data.

【0066】エリア31bは、データ保持特性や電圧ス
トレスに対する耐性などに優れるため、たとえば、プロ
グラムのシステム部やデータ管理部またはROMなどと
してメーカが使用することも、また、ユーザの貴重なデ
ータなどを格納するのに用いられる。
The area 31b has excellent data retention characteristics and resistance to voltage stress. For example, the area 31b can be used by a manufacturer as a program system section, a data management section, a ROM, or the like, or can store valuable data of a user. Used to store.

【0067】なお、エリア31b内の各セルにおいて
は、第2のトンネル酸化膜31-5b が厚い分だけ、書き
込み・消去時間の増加を招くことになるため、データの
書き換え速度は遅くなるものの、動作スペック、たとえ
ば、書き込み・消去電圧を高くすることで、書き換え速
度の低下はさほど問題にはならない。
In each cell in the area 31b, the write / erase time is increased by the thickness of the second tunnel oxide film 31-5b, so that the data rewrite speed is reduced. By increasing the operation specifications, for example, the write / erase voltage, the lowering of the rewriting speed does not matter much.

【0068】また、第2セルエリア31bは、メモリセ
ル・アレイ31の面積の増大にはつながらないため、高
密度の微細化製品を容易に実現でき、大容量化が進むに
つれ、メーカおよびユーザにとっても非常に有用とな
る。
Further, since the second cell area 31b does not lead to an increase in the area of the memory cell array 31, a high-density miniaturized product can be easily realized, and as the capacity increases, it becomes difficult for manufacturers and users. Very useful.

【0069】次に、図3を参照して、上記した構成のメ
モリセル・アレイ31の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the memory cell array 31 having the above-described configuration will be described with reference to FIG.

【0070】なお、各図(a)〜(e)は、図2の断面
にそれぞれ対応するものである。また、ここでは、P型
シリコン基板上にNウェル領域を形成し、そのNウェル
領域の表面に設けられたP型ウェル領域上にセルアレイ
を形成していくものとする。
Each of the drawings (a) to (e) corresponds to the cross section of FIG. Here, it is assumed that an N-well region is formed on a P-type silicon substrate, and a cell array is formed on a P-type well region provided on the surface of the N-well region.

【0071】たとえば、P型シリコン基板の表面に、周
知の技術により、Nウェル領域、Pウェル領域31-1、
および、素子分離領域を形成した後、上記Pウェル領域
31-1の表面にチャネルインプラを行って、10keV
の加速電圧により3×1013/cm2 程度の濃度のボロ
ンを導入する。
For example, an N-well region, a P-well region 31-1, and a P-well region 31-1 are formed on the surface of a P-type silicon substrate by a known technique.
After forming an element isolation region, channel implantation is performed on the surface of the P-well region 31-1 to obtain a 10 keV
Boron having a concentration of about 3 × 10 13 / cm 2 is introduced by the accelerating voltage.

【0072】また、上記Pウェル領域31-1上の、たと
えば、上記第2セルエリア31bに対応する範囲(第2
のトンネル酸化膜31-5b を形成する領域)内にのみ、
厚さ40オングストローム程度の熱酸化膜311aを形
成する(同図(a)参照)。
In addition, a range (second region) corresponding to, for example, the second cell area 31b on the P well region 31-1
Only in the region where the tunnel oxide film 31-5b is formed)
A thermal oxide film 311a having a thickness of about 40 Å is formed (see FIG. 3A).

【0073】これは、全面に熱酸化膜を形成した後、第
1のトンネル酸化膜31-5a を形成する領域の、上記熱
酸化膜を剥離するなどの方法によって形成される。
This is formed by, for example, forming a thermal oxide film on the entire surface and then peeling off the thermal oxide film in a region where the first tunnel oxide film 31-5a is to be formed.

【0074】なお、上記熱酸化膜311aを形成する前
に、全面に、周辺回路の高耐圧系トランジスタ用の厚い
酸化膜の形成を行って、セル領域内の厚い酸化膜だけを
剥離しておくようにしても良い。
Before forming the thermal oxide film 311a, a thick oxide film for a high voltage transistor of a peripheral circuit is formed on the entire surface, and only the thick oxide film in the cell region is peeled off. You may do it.

【0075】次いで、上記Pウェル領域31-1の全面に
厚さ80オングストローム程度の熱酸化膜311bを形
成し、上記第1セルエリア31aに対応する範囲には熱
酸化膜311bのみを形成するとともに、上記第2セル
エリア31bに対応する範囲には、上記熱酸化膜311
aと熱酸化膜311bとからなる厚さ120オングスト
ローム程度の積層膜を形成する(同図(b)参照)。
Next, a thermal oxide film 311b having a thickness of about 80 Å is formed on the entire surface of the P well region 31-1, and only the thermal oxide film 311b is formed in a range corresponding to the first cell area 31a. In the range corresponding to the second cell area 31b, the thermal oxide film 311
a and a thermal oxide film 311b to form a laminated film having a thickness of about 120 angstroms (see FIG. 3B).

【0076】こうして、上記第1セルエリア31aに対
応する範囲には、通常の薄い、第1の酸化膜厚Daを有
する第1のトンネル酸化膜31-5a となる熱酸化膜31
1bが、また、上記第2セルエリア31bに対応する範
囲には、上記第1のトンネル酸化膜31-5a よりも厚
い、第2の酸化膜厚Dbを有する第2のトンネル酸化膜
31-5b となる積層膜(熱酸化膜311a,311b)
が、それぞれ形成される。
Thus, in the range corresponding to the first cell area 31a, the thermal oxide film 31 serving as the first tunnel oxide film 31-5a having the ordinary thin first oxide film thickness Da is provided.
In the range corresponding to the second cell area 31b, the second tunnel oxide film 31-5b having a second oxide film thickness Db which is thicker than the first tunnel oxide film 31-5a is provided. Laminated film (thermal oxide films 311a and 311b)
Are formed respectively.

【0077】次いで、全面に、5×1019〜4×1020
cm-3程度の濃度でリンが導入されたポリシリコン膜3
12を、150nm程度の膜厚となるように堆積する。
そのポリシリコン膜312上にレジスト膜(図示してい
ない)を塗布し、それに、ビット線方向で浮遊ゲートを
分離するための、ストライプ状の開孔溝を形成する。そ
して、そのレジスト膜をマスクに、上記ポリシリコン膜
312をRIE(Reactive Ion Etching)法などにより
エッチングし、ビット線方向での浮遊ゲート分離領域
(図示していない)を形成する。
Then, 5 × 10 19 to 4 × 10 20
Polysilicon film 3 doped with phosphorus at a concentration of about cm -3
12 is deposited to a thickness of about 150 nm.
A resist film (not shown) is applied on the polysilicon film 312, and a stripe-shaped opening groove for separating a floating gate in a bit line direction is formed thereon. Then, using the resist film as a mask, the polysilicon film 312 is etched by RIE (Reactive Ion Etching) or the like to form a floating gate isolation region (not shown) in the bit line direction.

【0078】また、レジスト膜を除去した後、上記ポリ
シリコン膜312の表面に、熱酸化法またはCVD(Ch
emical Vapour Deposition)法により、12〜20nm
程度の膜厚の酸化膜313を形成する。
After the resist film is removed, the surface of the polysilicon film 312 is coated with a thermal oxidation method or a CVD (Ch
12 to 20 nm by emical vapor deposition) method
An oxide film 313 having a thickness of about the same is formed.

【0079】さらに、その酸化膜313上に、たとえ
ば、5×1019〜4×1020cm-3程度の濃度でリンが
導入されたポリシリコン膜314を、350nm程度の
膜厚となるように堆積する(以上、同図(c)参照)。
Further, a polysilicon film 314 doped with phosphorus at a concentration of, for example, about 5 × 10 19 to 4 × 10 20 cm −3 is formed on oxide film 313 so as to have a thickness of about 350 nm. They are deposited (see FIG. 3C).

【0080】次いで、上記ポリシリコン膜314上に、
上記浮遊ゲート分離領域と直交する方向に、それぞれ、
制御ゲート(ワード線)をパターニングするためのレジ
ストパターン315を形成する(同図(d)参照)。な
お、この前にマスク材となる酸化膜を形成しても良い。
Next, on the polysilicon film 314,
In the direction orthogonal to the floating gate isolation region,
A resist pattern 315 for patterning a control gate (word line) is formed (see FIG. 4D). Note that an oxide film serving as a mask material may be formed before this.

【0081】そして、上記レジストパターン315をマ
スクに、上記ポリシリコン膜314、上記酸化膜31
3、上記ポリシリコン膜312、および、上記熱酸化膜
311a,311bをRIE法などにより、それぞれエ
ッチングする。
Then, using the resist pattern 315 as a mask, the polysilicon film 314 and the oxide film 31 are formed.
3. The polysilicon film 312 and the thermal oxide films 311a and 311b are respectively etched by RIE or the like.

【0082】こうして、同図(e)に示すように、単一
のメモリセル・アレイ31内において、膜厚の異なる、
第1,第2のトンネル酸化膜31-5a ,31-5b をそれ
ぞれ有するメモリセルの、各ゲート電極316a,31
6bの加工が同時に行われる。
In this way, as shown in FIG. 11E, in a single memory cell array 31,
Each gate electrode 316a, 31 of the memory cell having the first and second tunnel oxide films 31-5a, 31-5b, respectively.
6b is performed simultaneously.

【0083】すなわち、第1セルエリア31aでは、8
0オングストローム程度の膜厚を有する第1のトンネル
酸化膜31-5a 上に、浮遊ゲート31-6、ゲート間絶縁
膜31-7、制御ゲート31-8を順に積層してなる、セル
のゲート電極316aがそれぞれ形成される。
That is, in the first cell area 31a, 8
A gate electrode of a cell, in which a floating gate 31-6, an inter-gate insulating film 31-7, and a control gate 31-8 are sequentially stacked on a first tunnel oxide film 31-5a having a thickness of about 0 Å. 316a are respectively formed.

【0084】同様に、第2セルエリア31bでは、12
0オングストローム程度の膜厚を有する第2のトンネル
酸化膜31-5b 上に、浮遊ゲート31-6、ゲート間絶縁
膜31-7、制御ゲート31-8を順に積層してなる、セル
のゲート電極316bがそれぞれ形成される。
Similarly, in the second cell area 31b, 12
A gate electrode of a cell, in which a floating gate 31-6, an inter-gate insulating film 31-7, and a control gate 31-8 are sequentially stacked on a second tunnel oxide film 31-5b having a thickness of about 0 Å. 316b are respectively formed.

【0085】しかる後、酸化雰囲気中で熱処理(ポスト
酸化)を行って、上記ゲート電極316a,316bの
周囲を酸化膜31-9により被覆するとともに、イオン注
入法によりドレイン31-2およびソース31-3となる拡
散層の形成を行うことで、各エリア31a,31b内に
おいて、それぞれ、図2に示した構成のセルが完成す
る。
Thereafter, heat treatment (post-oxidation) is performed in an oxidizing atmosphere to cover the periphery of the gate electrodes 316a and 316b with an oxide film 31-9, and to perform ion implantation to form a drain 31-2 and a source 31-. By forming the diffusion layer 3, the cells having the configuration shown in FIG. 2 are completed in each of the areas 31 a and 31 b.

【0086】図には示していないが、全面に層間膜を堆
積させた後、その層間膜にコンタクト孔を開孔し、さら
に、配線層のパターニングを行う。また、W(タングス
テン)などでコンタクト孔内を埋め込み、そのWをCM
P(Chemical Mechanical Polishing )法などで削るこ
とによって、ビット線/ソース線などの配線とのコンタ
クトが形成される。そして、層間絶縁膜を形成した後
に、Al(アルミニウム)などを堆積して配線のパター
ニングを行い、その後、パッシベーション膜となる酸化
膜をCVD法により全面に堆積することで、上記した構
成のメモリセル・アレイ31が製造される。
Although not shown in the drawing, after depositing an interlayer film on the entire surface, a contact hole is opened in the interlayer film, and further, a wiring layer is patterned. The contact hole is filled with W (tungsten) or the like, and the W is
By shaving with a P (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, contacts with wirings such as bit lines / source lines are formed. Then, after forming an interlayer insulating film, Al (aluminum) or the like is deposited to perform wiring patterning, and thereafter, an oxide film serving as a passivation film is deposited on the entire surface by a CVD method, whereby the memory cell having the above configuration is formed. The array 31 is manufactured;

【0087】なお、上述の説明では省略したが、上記メ
モリセル・アレイ31の周辺回路の形成については、既
存の製造工程にしたがって実施される。
Although omitted in the above description, the formation of the peripheral circuits of the memory cell array 31 is performed according to the existing manufacturing process.

【0088】このような構成によれば、アレイの面積の
増大を招くことなく、該メモリセル・アレイを、長期的
な保持が必要なデータを保持するセルとそうでないセル
とによって構成できるようになるため、各種のデータ
を、その種類や重要性などにより、メーカまたはユーザ
の希望に応じて格納できるようになる。
According to such a structure, the memory cell array can be constituted by cells holding data that needs to be held for a long term and cells not holding the data without increasing the area of the array. Therefore, various types of data can be stored according to the type and importance of the data according to the manufacturer or user's request.

【0089】すなわち、単一のメモリセル・アレイを複
数のエリアに分け、各エリアにおけるセルを、トンネル
酸化膜の膜厚を変えて構成するようにしている。これに
より、データの保持特性に関する長期信頼性を保証でき
るセルと、データの書き換え特性に対する高速動作性を
満足できるセルとを、エリアごとに確保できるようにな
る。したがって、長期的な保持が必要なデータと高速な
書き込みが必要なデータとを効果的に格納することが可
能となり、将来的にも有用性の高いものとすることがで
きる。
That is, a single memory cell array is divided into a plurality of areas, and cells in each area are configured by changing the thickness of the tunnel oxide film. As a result, cells that can guarantee long-term reliability with respect to data retention characteristics and cells that can satisfy high-speed operation with respect to data rewrite characteristics can be secured for each area. Therefore, it is possible to effectively store data that needs to be retained for a long period of time and data that needs to be written at a high speed, and it can be highly useful in the future.

【0090】しかも、従来からのEEPROMの製造工
程を大きく変更することなく、容易に実現できる。
Further, the present invention can be easily realized without largely changing the conventional manufacturing process of the EEPROM.

【0091】なお、上記した本発明の第一の実施形態に
おいては、薄いトンネル酸化膜を有するメモリセルが配
置されたエリアと、厚いトンネル酸化膜を有するメモリ
セルが配置されたエリアとを、ブロックごとに形成する
ようにした場合を例に説明したが、これに限らず、少な
くとも1つのページ、または、複数のカラムなどを単位
として形成するようにすることも可能である。
In the first embodiment of the present invention described above, the area where the memory cell having the thin tunnel oxide film is arranged and the area where the memory cell having the thick tunnel oxide film is arranged are divided into blocks. Although the case of forming each of the pages has been described as an example, the invention is not limited to this, and it is also possible to form at least one page or a plurality of columns as a unit.

【0092】この場合、各ワード線の途中でトンネル酸
化膜の膜厚を変えるようにすることで容易に実施できる
ものの、エリアごとに書き込み電圧などを変えることは
できない。
In this case, although it can be easily implemented by changing the thickness of the tunnel oxide film in the middle of each word line, the write voltage cannot be changed for each area.

【0093】ただし、各ワード線を分割し、それぞれ独
立して駆動できるようにした場合には、エリアごとに書
き込み電圧などを変えることも可能である。
However, if each word line is divided so that it can be driven independently, it is also possible to change the write voltage and the like for each area.

【0094】また、各エリアごとにセルのゲート長を変
えて形成することも可能である。たとえば、厚いトンネ
ル酸化膜を有するセルのゲート長を、他の、薄いトンネ
ル酸化膜を有するセルのゲート長よりも長くするように
しても良い。この場合、メモリセルのショートチャネル
効果による書き込み特性の悪化が軽減されるため、信頼
性をさらに高めることが可能となる。
It is also possible to change the gate length of the cell for each area. For example, the gate length of a cell having a thick tunnel oxide film may be longer than the gate length of another cell having a thin tunnel oxide film. In this case, the deterioration of the write characteristics due to the short channel effect of the memory cell is reduced, so that the reliability can be further improved.

【0095】(第二の実施形態)図4は、本発明の第二
の実施形態にかかる不揮発性半導体記憶装置の概略構成
を、EEPROMを例に示すものである。ここでは、ブ
ロックごとにセルのゲート長を変えることによって、少
数回のデータの書き換えに対するデータ保持特性と多数
回のデータの書き換えに対するデータ保持特性とを満足
させることができるように構成した場合について説明す
る。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, taking an EEPROM as an example. Here, a case will be described in which the gate length of the cell is changed for each block so that the data retention characteristic for a small number of data rewrites and the data retention characteristic for a large number of data rewrites can be satisfied. I do.

【0096】このEEPROMの場合、ロウアドレス入
力はロウアドレス・バッファ11に供給され、そのバッ
ファ11内に蓄えられる。バッファ11内に蓄えられた
ロウアドレス入力は、ロウデコーダ部21’に供給され
る。
In the case of this EEPROM, a row address input is supplied to a row address buffer 11 and stored in the buffer 11. The row address input stored in the buffer 11 is supplied to a row decoder 21 '.

【0097】ロウデコーダ部21’は、たとえば、第1
ロウデコーダ部21a’と第2ロウデコーダ部21b’
とからなっている。
The row decoder section 21 'includes, for example, the first
Row decoder section 21a 'and second row decoder section 21b'
It consists of

【0098】第1ロウデコーダ部21a’は、たとえ
ば、複数の行と列とからなるメモリセル・アレイ31’
の、データの書き換えが比較的に少ない第1セルエリア
(第一のセルブロック)31a’の、各行に対応するワ
ード線WLa1'〜WLan'ごとに、デコーダ回路として
のロウデコーダ(図示していない)がそれぞれ設けられ
ている。
The first row decoder section 21a 'includes, for example, a memory cell array 31' composed of a plurality of rows and columns.
Of the first cell area (first cell block) 31a 'with relatively few data rewrites, a row decoder (not shown) as a decoder circuit for each word line WLa1' to WLan 'corresponding to each row. ) Are provided.

【0099】第1ロウデコーダ部21a’の各ロウデコ
ーダは、上記ロウアドレス入力に応じて、アクティブ時
(チップ選択時)には選択された行に選択状態を、非選
択の行に非選択状態を与え、スタンドバイ時(チップ非
選択時)にはすべての行に非選択状態を与えるようにな
っている。
In response to the row address input, each row decoder of the first row decoder section 21a 'sets a selected state to a selected row and a non-selected state to a non-selected row when active (when a chip is selected). During standby (when a chip is not selected), a non-selected state is applied to all rows.

【0100】また、データの書き込み動作時(または、
消去動作時)には、上記ワード線WLa1'〜WLan'に
対して、それぞれ、第1の電源Vcc1'からの第1電圧
V1'(たとえば、18V)を、書き込み電圧(または、
消去電圧)として与えるようになっている。
Also, at the time of data write operation (or
At the time of an erase operation), a first voltage V1 '(for example, 18 V) from a first power supply Vcc1' is applied to the word lines WLa1 'to WLan' with a write voltage (or 18V).
(Erasing voltage).

【0101】第2ロウデコーダ部21b’は、たとえ
ば、複数の行と列とからなるメモリセル・アレイ31’
の、データの書き換えが比較的に多い第2セルエリア
(第二のセルブロック)31b’の、各行に対応するワ
ード線WLb1'〜WLbn'ごとに、デコーダ回路として
のロウデコーダ(図示していない)がそれぞれ設けられ
ている。
The second row decoder section 21b 'includes, for example, a memory cell array 31' composed of a plurality of rows and columns.
A row decoder (not shown) as a decoder circuit is provided for each of the word lines WLb1 'to WLbn' corresponding to each row in the second cell area (second cell block) 31b 'where data rewriting is relatively common. ) Are provided.

【0102】第2ロウデコーダ部21b’の各ロウデコ
ーダは、上記ロウアドレス入力に応じて、アクティブ時
には選択された行に選択状態を、非選択の行に非選択状
態を与え、スタンドバイ時にはすべての行に非選択状態
を与えるようになっている。
Each row decoder of the second row decoder section 21b 'gives a selected state to a selected row when active and a non-selected state to non-selected rows in response to the above-mentioned row address input. Row is given a non-selected state.

【0103】また、データの書き込み動作時(または、
消去動作時)には、上記ワード線WLb1'〜WLbn'に
対して、それぞれ、上記第1電圧V1'よりも低い、第2
の電源Vcc2'からの第2電圧V2'(たとえば、16
V)を、書き込み電圧(または、消去電圧)として与え
るようになっている。
Also, during a data write operation (or
At the time of the erasing operation), the word lines WLb1 'to WLbn' are supplied to the second voltage lower than the first voltage V1 ', respectively.
Of the second voltage V2 '(for example, 16
V) as a write voltage (or erase voltage).

【0104】一方、カラムアドレス入力はカラムアドレ
ス・バッファ41に供給され、そのバッファ41内に蓄
えられる。バッファ41内に蓄えられたカラムアドレス
入力は、カラムデコーダ部51に供給される。
On the other hand, the column address input is supplied to a column address buffer 41 and stored in the buffer 41. The column address input stored in the buffer 41 is supplied to the column decoder 51.

【0105】カラムデコーダ部51は、カラム選択回路
61を介して、複数の行と列とからなるメモリセル・ア
レイ31’の、各列に対応するビット線BLの1つを選
択するためのもので、たとえば、上記カラムアドレス入
力に応じて、アクティブ時には選択された列に選択状態
を、非選択の列に非選択状態を与え、スタンドバイ時に
はすべての列に非選択状態を与えるようになっている。
The column decoder 51 selects one of the bit lines BL corresponding to each column of the memory cell array 31 ′ having a plurality of rows and columns via the column selection circuit 61. For example, according to the column address input, a selected state is given to a selected column, a non-selected state is given to a non-selected column when active, and a non-selected state is given to all columns in a standby state. I have.

【0106】また、上記カラム選択回路61には、セン
スアンプ71を介して、I/Oバッファ81がさらに接
続されて、上記メモリセル・アレイ31’との間でのデ
ータの入出力、つまり、アクティブ時に選択状態とされ
た、行および列に対応するメモリセルのデータの読み出
しなどが行われるようになっている。
An I / O buffer 81 is further connected to the column selection circuit 61 via a sense amplifier 71 to input / output data to / from the memory cell array 31 ', that is, Reading of data from memory cells corresponding to rows and columns, which are selected when active, is performed.

【0107】なお、メモリセル・アレイ31’は、基本
的には、行(ワード線)と列(ビット線)との交点にそ
れぞれメモリセルが配置された周知の構成を有するもの
であって、各セルの構成も基本的には従来と同じ(図8
参照)であり、具体的な構成については後述する。
The memory cell array 31 'basically has a well-known structure in which memory cells are arranged at intersections of rows (word lines) and columns (bit lines), respectively. The configuration of each cell is basically the same as the conventional one (FIG. 8).
Reference), and a specific configuration will be described later.

【0108】図5は、上記メモリセル・アレイ31’の
概略構成を示すものである。
FIG. 5 shows a schematic configuration of the memory cell array 31 '.

【0109】メモリセル・アレイ31’は、たとえば、
第1のゲート長Laを有する複数のメモリセルをマトリ
クス状に配置してなる第1セルエリア31a’の、その
一部(この場合は、上部)に、第1のゲート長Laより
も長い、第2のゲート長Lbを有する複数のメモリセル
をマトリクス状に配置してなる第2セルエリア31b’
が配置されてなる構成とされている。
The memory cell array 31 'is, for example,
In a part (in this case, an upper part) of a first cell area 31a 'in which a plurality of memory cells having a first gate length La are arranged in a matrix, the first cell area 31a' is longer than the first gate length La. A second cell area 31b 'in which a plurality of memory cells having a second gate length Lb are arranged in a matrix.
Are arranged.

【0110】すなわち、従来は、全エリアにおいて、各
メモリセルのゲート長が略一定であるのに対し、メモリ
セル・アレイ31’を2つのエリア31a’,31b’
に分け、各エリア31a’,31b’ごとに、ゲート長
の異なる複数のメモリセルをブロック単位で配置したと
ころが、本実施形態の特徴である。
That is, in the prior art, while the gate length of each memory cell is substantially constant in all areas, the memory cell array 31 'is divided into two areas 31a' and 31b '.
This embodiment is characterized in that a plurality of memory cells having different gate lengths are arranged in blocks for each of the areas 31a 'and 31b'.

【0111】この場合、第1セルエリア31a’は、少
数回のデータの書き換えに対して十分な信頼性が得られ
る程度の、第1のゲート長La(たとえば、略0.2μ
m)を有する複数のメモリセルによって形成されてい
る。これにより、第1セルエリア31a’における上記
ワード線WLa1'〜WLan'が、それぞれ、0.2μm
程度の幅を有して形成されることになる。
In this case, the first cell area 31a 'has a first gate length La (for example, approximately 0.2 μm) enough to obtain sufficient reliability for a small number of data rewrites.
m). As a result, each of the word lines WLa1 'to WLan' in the first cell area 31a 'is 0.2 μm
It is formed with a width of the order.

【0112】一方、第2セルエリア31b’は、多数回
のデータの書き換えに対して十分な信頼性が得られる程
度の、第2のゲート長Lbを有する複数のメモリセルに
よって形成されている。この場合、第2のゲート長Lb
は、上記第1のゲート長Laよりも長い、略0.4μm
とされている。これにより、第2セルエリア31b’に
おける上記ワード線WLb1'〜WLbn'が、それぞれ、
0.4μm程度の幅を有して形成されることになる。
On the other hand, the second cell area 31b 'is formed by a plurality of memory cells having a second gate length Lb, which is sufficient to obtain sufficient reliability for rewriting data many times. In this case, the second gate length Lb
Is approximately 0.4 μm longer than the first gate length La.
It has been. As a result, the word lines WLb1 'to WLbn' in the second cell area 31b '
It will be formed with a width of about 0.4 μm.

【0113】ここで、メモリセルの、データの書き込み
特性には、上述したように、ゲート長依存性(図9参
照)がある。このため、ゲート長が0.4μmのセルと
0.2μmのセルとでは、データの書き込み電圧が異な
る。たとえば、ゲート長が0.4μmのセルに対して、
16Vの書き込み電圧によりデータを書き込むことがで
きるならば、ゲート長が0.2μmのセルにデータを書
き込むためには、書き込み電圧としては18Vが必要と
なる。
Here, the data write characteristic of the memory cell has the gate length dependency (see FIG. 9) as described above. Therefore, the data write voltage differs between the cell having a gate length of 0.4 μm and the cell having a gate length of 0.2 μm. For example, for a cell having a gate length of 0.4 μm,
If data can be written with a write voltage of 16 V, a write voltage of 18 V is required to write data in a cell having a gate length of 0.2 μm.

【0114】このように、データの書き込み動作時に、
トンネル酸化膜やゲート間絶縁膜にかかる電圧ストレス
は、ゲート長が0.4μmのセルの方が、ゲート長が
0.2μmのセルよりも少ない。また、ゲート長が長く
なるにつれて、メモリセルのショートチャネル効果によ
る書き込み特性の悪化も軽減される。したがって、ゲー
ト長が0.4μmのセルは、ゲート長が0.2μmのセ
ルよりも、データの書き換え回数の増加にともなう信頼
性がより高いといえる。
As described above, during the data write operation,
The voltage stress applied to the tunnel oxide film and the inter-gate insulating film is smaller in a cell having a gate length of 0.4 μm than in a cell having a gate length of 0.2 μm. Further, as the gate length becomes longer, the deterioration of the write characteristics due to the short channel effect of the memory cell is reduced. Therefore, it can be said that a cell having a gate length of 0.4 μm has higher reliability with an increase in the number of times of data rewriting than a cell having a gate length of 0.2 μm.

【0115】そこで、メモリセル・アレイ31’の一部
に、たとえば、メーカが使用する、データの書き換え回
数が少ないメーカ・エリア(第1セルエリア31a’)
とは別に、あらかじめ、ユーザがデータを自由に書き込
んだり、消去できる、多数回のデータの書き換えを可能
にするユーザ・エリア(第2セルエリア31b’)を確
保するとともに、そのユーザ・エリアにおけるメモリセ
ルのゲート長をメーカ・エリアのそれよりも長くするこ
とにより、ユーザ・エリアでのセルの高い信頼性を保証
できるようになる。
Therefore, in a part of the memory cell array 31 ', for example, a maker area (first cell area 31a') used by the maker and having a small number of data rewrites.
Separately, a user area (second cell area 31b '), which allows the user to freely write and erase data and enables rewriting of data many times, is secured in advance, and a memory in the user area is secured. By making the gate length of the cell longer than that of the maker area, high reliability of the cell in the user area can be guaranteed.

【0116】また、ユーザ・エリアとしては、ユーザの
みが使用する場合に限らず、セルの高い信頼性を保証で
きるエリアであるため、少数回の書き換えしか行わない
ものの、貴重なデータ、たとえば、長期的な保持が必要
なデータを格納するようにした場合には、より高い信頼
性の確保が可能となる。
Further, the user area is not limited to the case where only the user uses it, and since it is an area where high reliability of the cell can be guaranteed, only a small number of rewrites are performed. If data that needs to be temporarily stored is stored, higher reliability can be ensured.

【0117】なお、上記第1,第2セルエリア31
a’,31b’は、それぞれ、ワード線単位(上記ワー
ド線WLa1'〜WLan'および上記ワード線WLb1'〜
WLbn'の幅は行方向において、略均一)に設けるとと
もに、アレイ31’内に点在させるのではなく、また、
ゲート加工時の制御性の点からも、ワード線方向(上記
ワード線WLa1'〜WLan'および上記ワード線WLb
1'〜WLbn'に沿う方向)に隣接して設けるのが望まし
い。
The first and second cell areas 31
a 'and 31b' are word line units (the word lines WLa1 'to WLan' and the word lines WLb1 'to
The width of WLbn 'is substantially uniform in the row direction), and is not scattered in the array 31'.
From the viewpoint of controllability during gate processing, the word line direction (the word lines WLa1 ′ to WLan ′ and the word line WLb
It is desirable to provide them adjacent to each other in a direction along 1 ′ to WLbn ′).

【0118】また、第2セルエリア31b’は、メモリ
セル・アレイ31’の面積の増大につながる(第2セル
エリア31b’の面積は第1セルエリア31a’の約2
倍となる)ため、メモリセル・アレイ31’の面積の増
大を最小限に抑えることが可能な大きさで設けるのがよ
い。
Further, the second cell area 31b 'leads to an increase in the area of the memory cell array 31' (the area of the second cell area 31b 'is about two times that of the first cell area 31a').
Therefore, it is preferable to provide the memory cell array 31 ′ with a size that can minimize an increase in the area of the memory cell array 31 ′.

【0119】次に、図6を参照して、上記した構成のメ
モリセル・アレイ31’の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the memory cell array 31 'having the above configuration will be described with reference to FIG.

【0120】なお、各図(a)〜(e)は、図5のVI−
VI線に略対応する断面を、ワード線WLa1'〜WLa
n',WLb1'〜WLbn'に直交する方向から示すもので
ある。また、ここでは、P型シリコン基板上にNウェル
領域を形成し、そのNウェル領域の表面に設けられたP
型ウェル領域上にセルアレイを形成していくものとす
る。
Each of FIGS. 5A to 5E corresponds to FIG.
Cross sections substantially corresponding to the VI line are referred to as word lines WLa1 'to WLa.
n ', WLb1' to WLbn 'from the direction orthogonal to them. Here, an N-well region is formed on a P-type silicon substrate, and a P-well provided on the surface of the N-well region is formed.
It is assumed that a cell array is formed on the mold well region.

【0121】たとえば、P型シリコン基板310の表面
に、周知の技術により、Nウェル領域、Pウェル領域、
および、素子分離領域(いずれも図示していない)を形
成した後、上記Pウェル領域上に厚さ10nm程度の熱
酸化膜311を形成する(同図(a)参照)。
For example, the N-well region, the P-well region,
After forming an element isolation region (both not shown), a thermal oxide film 311 having a thickness of about 10 nm is formed on the P well region (see FIG. 3A).

【0122】次いで、上記熱酸化膜311上に、5×1
19〜4×1020cm-3程度の濃度でリンが導入された
ポリシリコン膜312を、150nm程度の膜厚となる
ように堆積する(同図(b)参照)。
Next, on the thermal oxide film 311, 5 × 1
A polysilicon film 312 into which phosphorus has been introduced at a concentration of about 0 19 to 4 × 10 20 cm −3 is deposited to a thickness of about 150 nm (see FIG. 4B).

【0123】次いで、上記ポリシリコン膜312上にレ
ジスト膜(図示していない)を塗布し、それに、ビット
線方向で浮遊ゲートを分離するための、ストライプ状の
開孔溝を形成する。そして、そのレジスト膜をマスク
に、上記ポリシリコン膜312をRIE法などによりエ
ッチングし、ビット線方向での浮遊ゲート分離領域(図
示していない)を形成する。
Next, a resist film (not shown) is applied on the polysilicon film 312, and a stripe-shaped opening groove for separating the floating gate in the bit line direction is formed thereon. Then, using the resist film as a mask, the polysilicon film 312 is etched by RIE or the like to form a floating gate isolation region (not shown) in the bit line direction.

【0124】また、レジスト膜を除去した後、上記ポリ
シリコン膜312の表面に、熱酸化法またはCVD法に
より、16〜20nm程度の膜厚の酸化膜313を形成
する。さらに、その酸化膜313上に、たとえば、5×
1019〜4×1020cm-3程度の濃度でリンが導入され
たポリシリコン膜314を、350nm程度の膜厚とな
るように堆積する(同図(c)参照)。
After removing the resist film, an oxide film 313 having a thickness of about 16 to 20 nm is formed on the surface of the polysilicon film 312 by a thermal oxidation method or a CVD method. Further, on the oxide film 313, for example, 5 ×
A polysilicon film 314 doped with phosphorus at a concentration of about 10 19 to 4 × 10 20 cm −3 is deposited to a thickness of about 350 nm (see FIG. 3C).

【0125】次いで、上記ポリシリコン膜314上に、
上記浮遊ゲート分離領域と直交する方向に、それぞれ、
第1セルエリア31a’では0.2μm幅の第1レジス
トパターン315aを、また、第2セルエリア31b’
では0.4μm幅の第2レジストパターン315bを形
成する(同図(d)参照)。
Next, on the polysilicon film 314,
In the direction orthogonal to the floating gate isolation region,
In the first cell area 31a ′, a first resist pattern 315a having a width of 0.2 μm is formed, and in the second cell area 31b ′.
Then, a second resist pattern 315b having a width of 0.4 μm is formed (see FIG. 4D).

【0126】次いで、上記第1,第2レジストパターン
315a,315bをマスクに、上記ポリシリコン膜3
14、上記酸化膜313、上記ポリシリコン膜312、
および、上記熱酸化膜311をRIE法などにより、そ
れぞれエッチングする。
Next, using the first and second resist patterns 315a and 315b as a mask, the polysilicon film 3 is formed.
14, the oxide film 313, the polysilicon film 312,
Then, the thermal oxide film 311 is etched by RIE or the like.

【0127】こうして、同図(e)に示すように、単一
のメモリセル・アレイ31’内において、ゲート長の異
なるメモリセルの、各ゲート電極316a’,316
b’の加工が同時に行われる。
Thus, as shown in FIG. 17E, in the single memory cell array 31 ', the gate electrodes 316a' and 316 of the memory cells having different gate lengths are provided.
The processing of b ′ is performed simultaneously.

【0128】すなわち、第1セルエリア31a’では、
トンネル酸化膜311’上に、浮遊ゲート312’、ゲ
ート間絶縁膜313’、制御ゲート314’を順に積層
してなる、ゲート長Laが0.2μmの、セルのゲート
電極316a’が形成される。
That is, in the first cell area 31a ',
On the tunnel oxide film 311 ', a cell gate electrode 316a' having a gate length La of 0.2 [mu] m, in which a floating gate 312 ', an inter-gate insulating film 313', and a control gate 314 'are sequentially stacked, is formed. .

【0129】同様に、第2セルエリア31b’では、ト
ンネル酸化膜311’上に、浮遊ゲート312’、ゲー
ト間絶縁膜313’、制御ゲート314’を順に積層し
てなる、ゲート長Lbが0.4μmの、セルのゲート電
極316b’が形成される。
Similarly, in the second cell area 31b ', a floating gate 312', an inter-gate insulating film 313 ', and a control gate 314' are sequentially stacked on a tunnel oxide film 311 '. A .4 .mu.m cell gate electrode 316b 'is formed.

【0130】しかる後、酸化雰囲気中で熱処理(ポスト
酸化)を行って、上記ゲート電極316a’,316
b’の周囲を酸化膜により被覆するとともに、イオン注
入法によりドレインおよびソースとなる拡散層の形成を
行うことで、各エリア31a’,31b’内において、
それぞれ、従来と略同様(図8参照)のセルが完成す
る。
Thereafter, heat treatment (post-oxidation) is performed in an oxidizing atmosphere to form the gate electrodes 316a 'and 316.
By covering the periphery of b ′ with an oxide film and forming diffusion layers serving as a drain and a source by an ion implantation method, in each of the areas 31a ′ and 31b ′,
Each of the cells is substantially the same as the conventional one (see FIG. 8).

【0131】図には示していないが、全面に層間膜を堆
積させた後、その層間膜にコンタクト孔を開孔し、さら
に、配線層のパターニングを行う。また、Wなどでコン
タクト孔内を埋め込み、そのWをCMP法などで削るこ
とによって、ビット線/ソース線などの配線とのコンタ
クトが形成される。そして、層間絶縁膜を形成した後
に、Alなどを堆積して配線のパターニングを行い、そ
の後、パッシベーション膜となる酸化膜をCVD法によ
り全面に堆積することで、上記した構成のメモリセル・
アレイ31’が製造される。
Although not shown in the drawing, after depositing an interlayer film on the entire surface, a contact hole is opened in the interlayer film, and further, a wiring layer is patterned. Further, the contact hole is filled with W or the like, and the W is cut by a CMP method or the like, thereby forming a contact with a wiring such as a bit line / source line. Then, after forming an interlayer insulating film, Al or the like is deposited to perform wiring patterning, and thereafter, an oxide film serving as a passivation film is deposited on the entire surface by a CVD method, whereby the memory cell having the above-described structure is deposited.
Array 31 'is manufactured.

【0132】なお、上述の説明では省略したが、上記メ
モリセル・アレイ31’の周辺回路の形成については、
既存の製造工程にしたがって実施される。
Although omitted in the above description, the formation of the peripheral circuits of the memory cell array 31 'is described below.
Performed according to existing manufacturing processes.

【0133】このような構成によれば、アレイの面積の
増大を最小限に抑えつつ、データの書き換え回数が多い
セルでのデータの書き込みを、より低い電圧によって実
施できるようになる。
According to such a configuration, it is possible to write data in a cell having a large number of data rewrites with a lower voltage while minimizing an increase in the area of the array.

【0134】すなわち、メモリセル・アレイの一部に、
データの書き換え回数が少ないエリアとは別に、多数回
のデータの書き換えを可能にするエリアを確保するとと
もに、その書き換え回数の多いエリアにおけるメモリセ
ルのゲート長を、書き換え回数の少ないエリアのそれよ
りも長くするようにしている。これにより、データの書
き換え回数が多いセルでの、データの書き込み電圧を低
く抑えることが可能となって、データの書き換え回数の
増加にともなう、トンネル酸化膜やゲート間絶縁膜に加
わる電圧ストレスを軽減できるようになる。したがっ
て、データの書き換え回数が多いセルの劣化を防いで、
高い信頼性を保証できるようになるものである。
That is, in a part of the memory cell array,
In addition to the area where the number of data rewrites is small, an area that allows a large number of data rewrites is secured, and the gate length of the memory cell in the area with a large number of rewrites is set to be larger than that in the area with a small number of rewrites. I try to make it longer. This makes it possible to keep the data write voltage low in cells where the number of data rewrites is high, reducing the voltage stress applied to the tunnel oxide film and inter-gate insulating film due to the increase in the number of data rewrites. become able to. Therefore, it is possible to prevent deterioration of a cell having a large number of data rewrites,
High reliability can be guaranteed.

【0135】特に、メモリセル・アレイの一部に、多数
回のデータの書き換えを可能にするエリアを配置するよ
うにしているため、アレイの全エリアを、データの書き
換え回数の多いエリアにする場合(全エリアのセルのゲ
ート長を0.4μmとする場合)に比べ、アレイの面積
の増大を最小限に抑えることが可能である。
In particular, since an area that allows a large number of data rewrites is arranged in a part of the memory cell array, the entire area of the array may be an area with a large number of data rewrites. It is possible to minimize an increase in the area of the array as compared with (when the gate length of the cells in all areas is 0.4 μm).

【0136】しかも、従来からのEEPROMの製造工
程を大きく変更することなく、容易に実現できる。
Further, the present invention can be easily realized without greatly changing the conventional manufacturing process of the EEPROM.

【0137】なお、上記した本発明の第二の実施形態に
おいては、0.2μmのゲート長を有するメモリセルが
配置されたエリアと、0.4μmのゲート長を有するメ
モリセルが配置されたエリアとで、メモリセル・アレイ
を構成するようにした場合を例に説明したが、各エリア
のサイズ、および、ゲート長の長さやその組み合わせに
ついては、これに限定されるものではない。
In the second embodiment of the present invention, the area where the memory cell having the gate length of 0.2 μm is arranged and the area where the memory cell having the gate length of 0.4 μm is arranged Thus, the case where the memory cell array is configured has been described as an example, but the size of each area, the length of the gate length, and a combination thereof are not limited thereto.

【0138】たとえば、セルのゲート長が0.2μmと
されたエリアとは別に、さらに、メモリセルのゲート長
がそれぞれ異なる、複数のエリア(セルブロック)を設
けることも可能である。
For example, in addition to an area having a cell gate length of 0.2 μm, a plurality of areas (cell blocks) having different gate lengths of memory cells can be provided.

【0139】図7は、メモリセル・アレイの、他の構成
例(メモリセル・アレイ31’’)を概略的に示すもの
である。
FIG. 7 schematically shows another configuration example (memory cell array 31 ″) of the memory cell array.

【0140】この場合、たとえば、ゲート長Lが0.2
μmとされた第1セルエリア31a’’と、ゲート長L
が0.3μmとされた第2セルエリア31b’’と、ゲ
ート長Lが0.4μmとされた第3セルエリア31
c’’とがそれぞれ配置されて、上記メモリセル・アレ
イ31’’が構成されている。
In this case, for example, when gate length L is 0.2
μm and the gate length L
Is set to 0.3 μm, and the third cell area 31 whose gate length L is set to 0.4 μm.
and c '' are arranged to form the memory cell array 31 ''.

【0141】このような構成によっても、各エリア31
a’’,31b’’,31c’’ごとに書き換えの回数
を制限することで、アプリケーションの幅を広げること
が可能となる他、上述した第二の実施形態の場合と略同
様の効果が期待できる。
With such a configuration, each area 31
By limiting the number of rewrites for each of a ″, 31b ″, and 31c ″, it is possible to expand the range of applications, and to expect substantially the same effects as in the above-described second embodiment. it can.

【0142】また、各エリアごとにセルのトンネル酸化
膜の膜厚を変えて形成することも可能である。たとえ
ば、0.4μmのゲート長を有するセルのトンネル酸化
膜を、他の、0.2μmのゲート長を有するセルのトン
ネル酸化膜よりも厚くするようにしても良い。この場
合、データの書き換え回数の多い・少ないにかかわら
ず、信頼性をさらに高めることが可能となる。
It is also possible to form the cell by changing the thickness of the tunnel oxide film of each cell for each area. For example, the tunnel oxide film of a cell having a gate length of 0.4 μm may be made thicker than the tunnel oxide film of another cell having a gate length of 0.2 μm. In this case, the reliability can be further improved regardless of whether the number of times of data rewriting is large or small.

【0143】また、上述した第一,第二の実施形態にお
いては、いずれの場合も、制御ゲートはポリシリコン膜
のみを用いて形成する場合に限らず、たとえば、WSi
(タングステンシリサイド膜)とポリシリコン膜との積
層膜を用い、ポリサイドゲートとして形成することも可
能である。
In each of the first and second embodiments described above, the control gate is not limited to the case where the control gate is formed using only the polysilicon film.
It is also possible to form a polycide gate by using a laminated film of (tungsten silicide film) and a polysilicon film.

【0144】また、ゲート間絶縁膜は、単層の酸化膜を
用いて形成する場合に限らず、たとえば、酸化膜/窒化
膜/酸化膜の三層構造からなるONO膜などを用いて形
成することもできる。
The inter-gate insulating film is not limited to being formed using a single oxide film, but is formed using, for example, an ONO film having a three-layer structure of an oxide film / nitride film / oxide film. You can also.

【0145】さらに、上述したデータの電気的な書き換
えが可能で、かつ、高集積化が可能なEEPROMなど
の、2値のデータを記憶する不揮発性半導体記憶装置に
限らず、たとえば、4値以上のデータを記憶する多値メ
モリにも適用できる。
Further, the present invention is not limited to a nonvolatile semiconductor memory device storing binary data, such as an EEPROM capable of electrically rewriting data and capable of high integration, for example, a quaternary or more. Can also be applied to a multi-valued memory that stores the data of

【0146】その他、この発明の要旨を変えない範囲に
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。
In addition, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0147】[0147]

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、微細化にともなうメモリセルの信頼性の劣化を改善
でき、製品化にとって有用な不揮発性半導体記憶装置を
提供できる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to improve the reliability of memory cells due to miniaturization, and to provide a nonvolatile semiconductor memory device useful for commercialization.

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

【図1】この発明の第一の実施形態にかかる不揮発性半
導体記憶装置を、EEPROMを例に示す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an EEPROM in a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同じく、EEPROMにおける、メモリセル・
アレイの構成例を示す概略断面図。
FIG. 2 is a diagram showing a memory cell in an EEPROM.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of an array.

【図3】同じく、かかる、メモリセル・アレイの製造方
法の概略を説明するために示す工程断面図。
FIG. 3 is also a process cross-sectional view for explaining the outline of the method for manufacturing the memory cell array.

【図4】この発明の第二の実施形態にかかる不揮発性半
導体記憶装置を、EEPROMを例に示す概略構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an EEPROM as an example of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】同じく、EEPROMにおける、メモリセル・
アレイの構成例を示す概略平面図。
FIG. 5 is a diagram showing memory cells in an EEPROM.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a configuration example of an array.

【図6】同じく、かかる、メモリセル・アレイの製造方
法の概略を説明するために示す工程断面図。
FIG. 6 is also a process cross-sectional view for explaining the outline of the method for manufacturing the memory cell array.

【図7】メモリセル・アレイの他の構成例を示す概略平
面図。
FIG. 7 is a schematic plan view showing another configuration example of the memory cell array.

【図8】従来技術とその問題点を説明するために、EE
PROMにおけるメモリセル・アレイのセル構造を概略
的に示す断面図。
FIG. 8 shows EE to explain the prior art and its problems.
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a cell structure of a memory cell array in a PROM.

【図9】同じく、従来のセルにおける、書き込み特性お
よび消去特性についての、ゲート長依存性を説明するた
めに示す概略特性図。
FIG. 9 is a schematic characteristic diagram similarly illustrating a gate length dependency of a write characteristic and an erase characteristic in a conventional cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…ロウアドレス・バッファ 21,21’…ロウデコーダ部 21a,21a’…第1ロウデコーダ部 21b,21b’…第2ロウデコーダ部 31,31’,31’’…メモリセル・アレイ 31-1…ウェル領域 31-2…ドレイン 31-3…ソース 31-4…チャネル 31-5a …第1のトンネル酸化膜 31-5b …第2のトンネル酸化膜 31-6…浮遊(フローティング)ゲート 31-7…ゲート間絶縁膜 31-8…制御(コントロール)ゲート 31-9…酸化膜 31a,31a’,31a’’…第1セルエリア 31b,31b’,31b’’…第2セルエリア 31c’’…第3セルエリア 41…カラムアドレス・バッファ 51…カラムデコーダ部 61…カラム選択回路 71…センスアンプ 81…I/Oバッファ 310…P型シリコン基板 311,311a,311b…熱酸化膜 311’…トンネル酸化膜 312…ポリシリコン膜(浮遊ゲート用) 312’…浮遊ゲート 313…酸化膜 313’…ゲート間絶縁膜 314…ポリシリコン膜(制御ゲート用) 314’…制御ゲート 315…レジストパターン 315a…第1レジストパターン 315b…第2レジストパターン 316a,316a’…ゲート電極(第1セルエリア) 316b,316b’…ゲート電極(第2セルエリア) BL…ビット線 WLa1 〜WLan ,WLa1'〜WLan'…ワード線
(第1セルエリア) WLb1 〜WLbn ,WLb1'〜WLbn'…ワード線
(第2セルエリア) Vcc1 ,Vcc1'…第1の電源 V1 ,V1'…第1電圧 Vcc2 ,Vcc2'…第2の電源 V2 ,V2'…第2電圧 L…ゲート長 La…第1のゲート長 Lb…第2のゲート長 Da…第1の酸化膜厚 Db…第2の酸化膜厚
11 row address buffers 21, 21 'row decoder sections 21a, 21a' first row decoder sections 21b, 21b 'second row decoder sections 31, 31', 31 '' memory cell array 31-1 ... well region 31-2 ... drain 31-3 ... source 31-4 ... channel 31-5a ... first tunnel oxide film 31-5b ... second tunnel oxide film 31-6 ... floating (floating) gate 31-7 ... inter-gate insulating film 31-8 ... control (control) gate 31-9 ... oxide film 31a, 31a ', 31a "... first cell area 31b, 31b', 31b" ... second cell area 31c "... Third cell area 41 Column address buffer 51 Column decoder 61 Column selection circuit 71 Sense amplifier 81 I / O buffer 310 P-type silicon substrate 311, 311a, 311b Oxide film 311 '... Tunnel oxide film 312 ... Polysilicon film (for floating gate) 312' ... Floating gate 313 ... Oxide film 313 '... Inter-gate insulating film 314 ... Polysilicon film (for control gate) 314' ... Control gate 315 ... resist pattern 315a ... first resist pattern 315b ... second resist pattern 316a, 316a '... gate electrode (first cell area) 316b, 316b' ... gate electrode (second cell area) BL ... bit line WLa1 to WLan, WLa1 '~ WLan' ... word line (first cell area) WLb1-WLbn, WLb1 '-WLbn' ... word line (second cell area) Vcc1, Vcc1 '... first power supply V1, V1' ... first voltage Vcc2, Vcc2 'second power supply V2, V2' second voltage L gate length La first gate length Lb second gate length D ... The first of the oxide film thickness Db ... the second oxide film thickness

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA08 AA43 AA62 AA63 AB08 AC01 AD12 AD53 AE02 AE08 AG02 AG40 5F083 EP02 EP23 EP42 EP55 EP76 ER03 ER21 GA01 HA10 JA04 JA39 JA53 LA03 LA04 LA05 LA06 MA06 MA19 MA20 PR12 PR40 PR44 PR54 ZA14 ZA21 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page F term (reference) ZA21

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 データの書き込みが可能な不揮発性半導
体記憶装置において、 複数のメモリセルからなるメモリセルアレイ内に、それ
ぞれ、メモリセルのトンネル酸化膜厚が異なる、複数の
領域が存在することを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
In a nonvolatile semiconductor memory device to which data can be written, a plurality of regions having different tunnel oxide film thicknesses of memory cells are present in a memory cell array including a plurality of memory cells. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項2】 前記複数の領域は、データ書き込み特性
の高速動作性に優れる第一の領域と、データ保持特性の
長期信頼性に優れる第二の領域とからなることを特徴と
する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The device according to claim 1, wherein the plurality of regions include a first region having excellent data write characteristics and high-speed operability and a second region having excellent data retention characteristics and long-term reliability. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項3】 前記第一の領域は、第一のトンネル酸化
膜厚を有する複数のメモリセルからなり、前記第二の領
域は、少なくとも、第二のトンネル酸化膜厚を有する複
数のメモリセルからなり、前記第二の領域における各メ
モリセルは、その第二のトンネル酸化膜厚が、前記第一
の領域における各メモリセルのそれよりも厚いことを特
徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The first region comprises a plurality of memory cells having a first tunnel oxide thickness, and the second region comprises at least a plurality of memory cells having a second tunnel oxide thickness. 3. The nonvolatile memory according to claim 2, wherein each of the memory cells in the second region has a second tunnel oxide film thickness greater than that of each of the memory cells in the first region. Semiconductor memory device.
【請求項4】 前記第一,第二の領域は、それぞれ、少
なくとも1つのブロックごとに設けられることを特徴と
する請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein said first and second areas are provided for at least one block.
【請求項5】 前記第一,第二の領域は、それぞれ、少
なくとも1つのカラムごとに設けられることを特徴とす
る請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein said first and second regions are provided for at least one column, respectively.
【請求項6】 前記第一,第二の領域は、データの書き
込み電圧が異なることを特徴とする請求項2に記載の不
揮発性半導体記憶装置。
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein said first and second regions have different data write voltages.
【請求項7】 前記第二の領域での、データの書き込み
電圧は、前記第一の領域での、データの書き込み電圧よ
りも高いことを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半
導体記憶装置。
7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein a data write voltage in said second area is higher than a data write voltage in said first area. .
【請求項8】 前記第二の領域における各メモリセル
は、そのゲート長が、前記第一の領域における各メモリ
セルのそれよりも長いことを特徴とする請求項2に記載
の不揮発性半導体記憶装置。
8. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 2, wherein each memory cell in said second region has a gate length longer than that of each memory cell in said first region. apparatus.
【請求項9】 データの書き換えが可能な不揮発性半導
体記憶装置において、 複数のメモリセルからなるメモリセルアレイ内に、それ
ぞれ、メモリセルのゲート長が異なる、複数のセルブロ
ックが存在することを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
9. A data rewritable nonvolatile semiconductor memory device, wherein a plurality of cell blocks having different gate lengths of memory cells are present in a memory cell array including a plurality of memory cells. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項10】 前記複数のセルブロックは、データ
の、少数回の書き換えに適した第一のセルブロックと、
データの、多数回の書き換えに適した第二のセルブロッ
クとからなることを特徴とする請求項9に記載の不揮発
性半導体記憶装置。
10. The first cell block suitable for rewriting data a small number of times, wherein the plurality of cell blocks are:
10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 9, comprising a second cell block suitable for rewriting data many times.
【請求項11】 前記第一のセルブロックは、第一のゲ
ート長を有する複数のメモリセルからなり、前記第二の
セルブロックは、少なくとも、第二のゲート長を有する
複数のメモリセルからなり、前記第二のセルブロックに
おける各メモリセルは、その第二のゲート長が、前記第
一のセルブロックにおける各メモリセルのそれよりも長
いことを特徴とする請求項10に記載の不揮発性半導体
記憶装置。
11. The first cell block comprises a plurality of memory cells having a first gate length, and the second cell block comprises at least a plurality of memory cells having a second gate length. 11. The nonvolatile semiconductor device according to claim 10, wherein each memory cell in the second cell block has a second gate length longer than that of each memory cell in the first cell block. Storage device.
【請求項12】 前記第一,第二のセルブロックは、そ
れぞれ、ワード線単位に設けられることを特徴とする請
求項10に記載の不揮発性半導体記憶装置。
12. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein each of said first and second cell blocks is provided for each word line.
【請求項13】 前記第一,第二のセルブロックは、そ
れぞれ、ワード線方向に隣接して設けられることを特徴
とする請求項10に記載の不揮発性半導体記憶装置。
13. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein said first and second cell blocks are provided adjacent to each other in a word line direction.
【請求項14】 前記第一,第二のセルブロックは、デ
ータの書き込み電圧が異なることを特徴とする請求項1
0に記載の不揮発性半導体記憶装置。
14. The data writing voltage of the first and second cell blocks is different from each other.
0. A nonvolatile semiconductor memory device according to item 0.
【請求項15】 前記第二のセルブロックでの、データ
の書き込み電圧は、前記第一のセルブロックでの、デー
タの書き込み電圧よりも低いことを特徴とする請求項1
4に記載の不揮発性半導体記憶装置。
15. The data write voltage in the second cell block is lower than the data write voltage in the first cell block.
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to item 4.
【請求項16】 前記第二のセルブロックにおける各メ
モリセルは、そのトンネル酸化膜厚が、前記第一のセル
ブロックにおける各メモリセルのそれよりも厚いことを
特徴とする請求項10に記載の不揮発性半導体記憶装
置。
16. The memory cell according to claim 10, wherein each memory cell in said second cell block has a tunnel oxide film thickness greater than that of each memory cell in said first cell block. Non-volatile semiconductor storage device.
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