JP2001223278A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory

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JP2001223278A
JP2001223278A JP2000030366A JP2000030366A JP2001223278A JP 2001223278 A JP2001223278 A JP 2001223278A JP 2000030366 A JP2000030366 A JP 2000030366A JP 2000030366 A JP2000030366 A JP 2000030366A JP 2001223278 A JP2001223278 A JP 2001223278A
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JP
Japan
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insulating film
thickness
film
gate electrode
semiconductor memory
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JP2000030366A
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Japanese (ja)
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Tsutomu Kawaguchi
勉 川口
Shigemitsu Fukatsu
重光 深津
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory capable of realizing a decrease in a voltage of rewriting and assuring reliability of a storage such as a charge storage or the like without decelerating the rewriting speed. SOLUTION: A source region 2 and a drain region 3 are separately formed on a surface layer of a semiconductor substrate 1. A floating gate electrode 6 is disposed on the substrate 1 between the regions 2 and 3 via a tunnel insulating film 5. A control gate electrode 8 is disposed on the electrode 6 via an insulating film 7 between the gate layers. As a material of the film 5 and the film 7, an oxide film is used. A thickness t of the film 5 is 100 Å or more, and a thickness t' of the film 7 is less than 100 Å.

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メ
モリに係り、詳しくは、データの書き換えの際にFNト
ンネリング電流を利用する不揮発性半導体メモリに関す
るものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory, and more particularly, to a nonvolatile semiconductor memory utilizing an FN tunneling current when rewriting data.

【0002】[0002]

【従来の技術】フラッシュメモリのような不揮発性半導
体メモリの構成例を図7に示す。メモリセル100がマ
トリックス状に配置され、各メモリセル100にて多数
のビットが構成されている。メモリセル100の基本構
成を図8に示す。半導体基板20の表層部にセル毎のソ
ース領域21およびドレイン領域22が離間して形成さ
れ、両領域21,22間における半導体基板20の上に
トンネル絶縁膜23を介してフローティングゲート電極
(浮遊ゲート電極)24が配置されるとともに、フロー
ティングゲート電極24の上にゲート層間絶縁膜25を
介してコントロールゲート電極(制御ゲート電極)26
が延設され、各セルのドレイン領域22がビット線に、
ソース領域21がソース線に、コントロールゲート電極
26がワード線にそれぞれ接続されている。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a configuration example of a nonvolatile semiconductor memory such as a flash memory. The memory cells 100 are arranged in a matrix, and each memory cell 100 has a large number of bits. FIG. 8 shows a basic configuration of the memory cell 100. A source region 21 and a drain region 22 for each cell are formed separately from each other in a surface layer portion of the semiconductor substrate 20, and a floating gate electrode (floating gate) is formed on the semiconductor substrate 20 between the two regions 21 and 22 via a tunnel insulating film 23. An electrode) 24 and a control gate electrode (control gate electrode) 26 on the floating gate electrode 24 via a gate interlayer insulating film 25.
Is extended, and the drain region 22 of each cell is connected to a bit line,
The source region 21 is connected to a source line, and the control gate electrode 26 is connected to a word line.

【0003】読み出し動作は、図8に示すように、ドレ
イン領域22に1〜2ボルトの正電位を与え、ソース領
域21を接地し、コントロールゲート電極26にVccを
印加し、チャネル電流が流れるか否かを検出することに
より行う。
In a read operation, as shown in FIG. 8, a positive potential of 1 to 2 volts is applied to a drain region 22, a source region 21 is grounded, Vcc is applied to a control gate electrode 26, and a channel current flows. This is done by detecting whether or not it is not.

【0004】データの書き込みは、図9に示すように、
ドレイン領域22にVccを印加し、ソース領域21を接
地し、コントロールゲート電極26に高い電圧Vpp(例
えば+12ボルト)を印加し、ホットエレクトロンをド
レイン付近で発生させ、その発生したホットエレクトロ
ンをフローティングゲート電極24に注入し、メモリセ
ルの閾値電圧を高くすることにより行われる。つまり、
書き込み時には、選択トランジスタのドレイン領域22
には、グランド電位のソース領域21よりも高い中間電
位Vcc(例えば5.5ボルト)が印加され、同時に選択
トランジスタのコントロールゲート電極26にはドレイ
ン電位よりも高電位Vpp(例えば12ボルト)を印加す
ることで、ドレイン付近でホットエレクトロンを発生さ
せ、それをフローティングゲート電極24へ注入する。
[0004] Data writing is performed as shown in FIG.
Vcc is applied to the drain region 22, the source region 21 is grounded, a high voltage Vpp (for example, +12 volts) is applied to the control gate electrode 26, hot electrons are generated near the drain, and the generated hot electrons are transferred to the floating gate. This is performed by injecting into the electrode 24 to increase the threshold voltage of the memory cell. That is,
At the time of writing, the drain region 22 of the selection transistor
, An intermediate potential Vcc (for example, 5.5 volts) higher than the ground potential source region 21 is applied, and at the same time, a higher potential Vpp (for example, 12 volts) than the drain potential is applied to the control gate electrode 26 of the selection transistor. By doing so, hot electrons are generated near the drain, and injected into the floating gate electrode 24.

【0005】また、データの消去は、図10に示すよう
に、ソース領域21に正の高電圧(例えば+12ボル
ト)を印加し、コントロールゲート電極26を接地し、
トンネル効果によりフローティングゲート電極24のエ
レクトロンをソース領域21に引き抜くことにより行
う。なお、このとき、ドレイン領域22は開放とする。
In erasing data, as shown in FIG. 10, a high positive voltage (for example, +12 volts) is applied to the source region 21, the control gate electrode 26 is grounded,
This is performed by extracting electrons of the floating gate electrode 24 into the source region 21 by a tunnel effect. At this time, the drain region 22 is open.

【0006】あるいは、図11に示すように、コントロ
ールゲート電極26に負の高電圧(例えば−8ボルト)
を印加し、ソース領域21と基板20に正の高電圧(例
えば+10ボルト)を印加し、トンネル効果によりフロ
ーティングゲート電極24のエレクトロンを基板20領
域に引き抜くことで消去を行うこともある。
Alternatively, as shown in FIG. 11, a negative high voltage (for example, -8 volts) is applied to the control gate electrode 26.
May be applied by applying a positive high voltage (for example, +10 volts) to the source region 21 and the substrate 20 to extract electrons of the floating gate electrode 24 to the substrate 20 region by a tunnel effect.

【0007】このように、フラッシュメモリの消去や書
き込み動作時は、トンネル絶縁膜23に対しFNトンネ
リング電流を流すことで行われる。そのため、従来はト
ンネル絶縁膜23において電流を流れやすくして書き換
えスピードを向上するために、トンネル絶縁膜23の膜
厚を薄くすることが行われてきた。
As described above, the erasing and writing operations of the flash memory are performed by passing the FN tunneling current to the tunnel insulating film 23. Therefore, conventionally, the thickness of the tunnel insulating film 23 has been reduced in order to facilitate the flow of current in the tunnel insulating film 23 and to improve the rewriting speed.

【0008】今後さらに微細化、低消費電力化が進み、
それに伴い書き換え電圧の低電圧化が必然となってくる
状況で、現状以上の書き換えスピードを確保するために
は、更なるトンネル絶縁膜の膜厚の改善も必要となって
くる。
In the future, further miniaturization and lower power consumption will progress,
Accordingly, in the situation where the rewriting voltage must be lowered, further improvement in the thickness of the tunnel insulating film is required in order to secure a rewriting speed higher than the current state.

【0009】しかしながら、リーク電流からみたときの
トンネル絶縁膜の薄膜化には限界があるとともに、微少
リークからくる電荷保持等のメモリ信頼性の面でのトン
ネル絶縁膜の薄膜化には限界があり、現状のトンネル絶
縁膜の膜厚(一般的によく使われる値としては、例えば
約100Å)よりも薄くすることが困難になってきてい
る。
However, there is a limit to the thinning of the tunnel insulating film from the viewpoint of the leak current, and there is a limit to the thinning of the tunnel insulating film in terms of memory reliability such as charge retention due to minute leakage. However, it is becoming difficult to make the thickness of the tunnel insulating film thinner than the current thickness (a commonly used value is, for example, about 100 °).

【0010】また、最近、不揮発性半導体メモリの使用
分野が広くなってきており、これに伴いメモリの使用環
境も厳しくなり、より高温での信頼性確保が必要なため
トンネル絶縁膜の膜厚を今までの膜厚(例えば100
Å)以上に厚くせざるを得ない場合も出てきている。
Recently, the field of use of non-volatile semiconductor memory has been widened, and the environment in which the memory is used has become severe. Accordingly, it is necessary to ensure reliability at higher temperatures. Conventional film thickness (for example, 100
Ii) In some cases, it has to be made thicker.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みなされたものであり、その目的は、書き換えス
ピードを低減することなく、電荷保持等のメモリ信頼性
の確保および書き換えの低電圧化を実現することができ
る不揮発性半導体メモリを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to secure memory reliability such as charge retention and reduce rewriting voltage without reducing rewriting speed. It is an object of the present invention to provide a non-volatile semiconductor memory capable of realizing the structure.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】図10でのデータ消去時
の場合、メモリセルにおけるトンネル絶縁膜23の電界
強度Eは容量カップリング比から求めることができる。
具体的には、図6に示すように、トンネル絶縁膜23に
印加される電圧をV、トンネル絶縁膜23の膜厚をt、
ソース領域21への印加電圧をVs 、コントロールゲー
ト電極26への印加電圧をVCG、コントロールゲート電
極26とフローティングゲート電極24間の静電容量を
C1、フローティングゲート電極24とソース領域21
間の静電容量をC2、フローティングゲート電極24内
の電荷量をQfとすると、
In the case of data erasing in FIG. 10, the electric field strength E of the tunnel insulating film 23 in the memory cell can be obtained from the capacitance coupling ratio.
Specifically, as shown in FIG. 6, the voltage applied to the tunnel insulating film 23 is V, the thickness of the tunnel insulating film 23 is t,
The applied voltage to the source region 21 is Vs, the applied voltage to the control gate electrode 26 is V CG , the capacitance between the control gate electrode 26 and the floating gate electrode 24 is C1, the floating gate electrode 24 and the source region 21
Assuming that the capacitance between the two is C2 and the amount of charge in the floating gate electrode 24 is Qf,

【0013】[0013]

【数1】 となる。(Equation 1) Becomes

【0014】C1,C2はメモリトランジスタ構造の縦
横寸法に大きく依存しており、
C1 and C2 greatly depend on the vertical and horizontal dimensions of the memory transistor structure.

【0015】[0015]

【数2】 と記述できる。(Equation 2) Can be described.

【0016】ここで、上述した式(2)から明らかなよ
うに、C1値は、ゲート層間膜厚t’に大きく依存して
おり、ゲート層間膜厚t’が薄ければ薄いほどC1の値
は大きくなる。その結果、上述した式(1)から明らか
なように、V/t値およびE値が大きくなる。よって、
高信頼性確保のためトンネル膜厚tを厚くしても、ゲー
ト層間膜厚t’を薄くすれば、トンネル絶縁膜の電界強
度Eを確保することができ、書き換えスピードの低下を
抑制することが可能となる。
Here, as is apparent from the above equation (2), the C1 value largely depends on the gate interlayer thickness t ', and the smaller the gate interlayer thickness t', the smaller the value of C1. Becomes larger. As a result, the V / t value and the E value increase as is apparent from the above-described equation (1). Therefore,
Even if the thickness t of the tunnel is increased in order to ensure high reliability, if the thickness t ′ of the gate interlayer is reduced, the electric field strength E of the tunnel insulating film can be ensured, and a decrease in the rewriting speed can be suppressed. It becomes possible.

【0017】また、式(1)における(Vs −VCG)値
を小さくして書き換え電圧を低くしようとするとE値も
小さくなってしまうが、上述したようにt’値が小さい
ほどC1値は大きくなり、E値の減少を招くことなく
(Vs −VCG)値を小さくすることが可能となる。
Further, although becomes smaller (Vs -V CG) when you try to lower the smaller to rewrite voltage value E value in the formula (1), the higher the C1 value t 'value is less as described above increases, it becomes possible to reduce the no (Vs -V CG) value causing a decrease in the E value.

【0018】以上のことを考慮して、請求項1に記載の
発明は、トンネル絶縁膜とゲート層間絶縁膜における膜
厚として、両絶縁膜を同じ材料として換算した場合にお
けるトンネル絶縁膜の膜厚よりゲート層間絶縁膜の膜厚
を薄くしたことを特徴としている。よって、書き換えス
ピードを低減することなく、電荷保持等のメモリ信頼性
の確保および書き換えの低電圧化を実現することができ
る。
In consideration of the above, according to the first aspect of the present invention, the thickness of the tunnel insulating film and the thickness of the tunnel insulating film in the case where both insulating films are converted into the same material are used as the film thickness of the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film. It is characterized in that the thickness of the gate interlayer insulating film is made thinner. Therefore, it is possible to secure the reliability of the memory such as charge retention and reduce the voltage of rewriting without reducing the rewriting speed.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。図1にはフラッシュメ
モリの平面図を示し、図2には図1のA−A断面を示
す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of the flash memory, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【0020】図2に示すように、半導体基板としてのP
型単結晶シリコン基板1において、P型シリコン層1a
の上にはPウェル層1bが形成されている。Pウェル層
1bの表層部にはセル毎のN+ 型ソース領域(不純物拡
散領域)2とN+ 型ドレイン領域(不純物拡散領域)3
とが離間して形成されている。さらに、Pウェル層1b
において図1に示すようにソース領域2から帯状のN+
型ソース共通線(不純物拡散領域)4が延設され、ソー
ス共通線4にて各メモリセルのソース領域2が結合して
いる。より詳しくは、N型の不純物として、例えばAs
(砒素)を挙げることができ、N型不純物領域はイオン
注入によりAsイオンを内部に導入した上で熱拡散処理
により形成される。
As shown in FIG. 2, P as a semiconductor substrate
In the single-crystal silicon substrate 1, a P-type silicon layer 1a
Is formed with a P-well layer 1b. An N + type source region (impurity diffusion region) 2 and an N + type drain region (impurity diffusion region) 3 for each cell are provided in the surface layer portion of the P well layer 1b.
Are formed apart from each other. Further, the P well layer 1b
In FIG. 1, a band-like N +
A source common line (impurity diffusion region) 4 extends, and the source region 2 of each memory cell is connected to the source common line 4. More specifically, as an N-type impurity, for example, As
(Arsenic). The N-type impurity region is formed by thermal diffusion after introducing As ions into the inside by ion implantation.

【0021】また、図2に示すように、単結晶シリコン
基板1の上には、トンネル絶縁膜としての薄いシリコン
酸化膜5を介して多結晶シリコンよりなるフローティン
グゲート電極(浮遊ゲート電極)6が配置され、このフ
ローティングゲート電極6は長方形をなしソース領域2
とドレイン領域3との間を通るように延設されている。
より詳しくは、シリコン酸化膜5上にはN型不純物領域
2,3の端部にかかるようにしてフローティングゲート
電極6が形成されている。フローティングゲート電極6
の上にはゲート層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜7を
介して帯状のコントロールゲート電極(制御ゲート電
極)8が配置されている。コントロールゲート電極8は
多結晶シリコンよりなり、図1に示すようにソース共通
線4と平行に延設されている。
As shown in FIG. 2, a floating gate electrode (floating gate electrode) 6 made of polycrystalline silicon is provided on the single crystal silicon substrate 1 via a thin silicon oxide film 5 as a tunnel insulating film. The floating gate electrode 6 has a rectangular shape and
And the drain region 3 is extended.
More specifically, the floating gate electrode 6 is formed on the silicon oxide film 5 so as to cover the end portions of the N-type impurity regions 2 and 3. Floating gate electrode 6
A strip-shaped control gate electrode (control gate electrode) 8 is arranged on the upper surface of the semiconductor device via a silicon oxide film 7 as a gate interlayer insulating film. The control gate electrode 8 is made of polycrystalline silicon, and extends in parallel with the source common line 4 as shown in FIG.

【0022】また、図2に示すように、コントロールゲ
ート電極8の周囲を含めた単結晶シリコン基板1上には
シリコン酸化膜9が配置されている。シリコン酸化膜9
の上にはアルミよりなるドレイン用配線11が配置さ
れ、ドレイン用配線11がコンタクトホール(開口部)
10を通してドレイン領域3と電気的に接続されてい
る。本実施の形態においては、2つのトランジスタセル
に共通するドレイン用コンタクトホール10が設けられ
ている。また、図1に示すように、シリコン酸化膜9に
設けたコンタクトホール(開口部)12a,12b,1
3a,13bを通してソース用配線(図示略)がソース
共通線4と電気的に接続されている。本実施の形態にお
いては、8つのトランジスタセル毎にソース用コンタク
トホール12a,12b,13a,13bが設けられて
いる。
As shown in FIG. 2, a silicon oxide film 9 is disposed on the single crystal silicon substrate 1 including the periphery of the control gate electrode 8. Silicon oxide film 9
A drain wiring 11 made of aluminum is disposed on the substrate, and the drain wiring 11 is formed in a contact hole (opening).
10, it is electrically connected to the drain region 3. In the present embodiment, a drain contact hole 10 common to two transistor cells is provided. Further, as shown in FIG. 1, contact holes (openings) 12a, 12b, 1 provided in the silicon oxide film 9 are formed.
Source wiring (not shown) is electrically connected to the source common line 4 through 3a and 13b. In the present embodiment, source contact holes 12a, 12b, 13a, and 13b are provided for every eight transistor cells.

【0023】図3には、周辺回路を示す。Xデコーダ1
5とYデコーダ・センスアンプ・書込回路16を備えて
いる。Xデコーダ15はワード線1,2,3,・・・,
n,jにて各セルのコントロールゲート電極8と接続さ
れている。Yデコーダ・センスアンプ・書込回路16は
ビット線1,2,3,・・・,m,kにて各セルのドレ
イン領域3と接続されている。また、Yデコーダ・セン
スアンプ・書込回路16はソース線1,2,3,・・
・,m,kにて各セルのソース領域2と接続されてい
る。
FIG. 3 shows a peripheral circuit. X decoder 1
5 and a Y decoder / sense amplifier / write circuit 16. The X decoder 15 has word lines 1, 2, 3,.
n and j are connected to the control gate electrode 8 of each cell. The Y decoder / sense amplifier / write circuit 16 is connected to the drain region 3 of each cell via bit lines 1, 2, 3,..., M, k. The Y decoder / sense amplifier / write circuit 16 has source lines 1, 2, 3,.
, M and k are connected to the source region 2 of each cell.

【0024】フラッシュメモリの作動、つまり、読み出
し動作・書き込み動作・消去動作については図8,9,
10,11を用いて説明したのと同じであり、その説明
は省略する。
The operation of the flash memory, that is, the read operation, the write operation, and the erase operation are described with reference to FIGS.
This is the same as that described with reference to 10 and 11, and the description thereof is omitted.

【0025】ここで、図10に示したデータ消去の際に
は、図2のフローティングゲート電極6とソース領域2
の間におけるオーバーラップ領域で、電子が移動する。
本実施形態では、ゲート層間絶縁膜(シリコン酸化膜)
7の膜厚t’が、トンネル絶縁膜(シリコン酸化膜)5
の膜厚tよりも薄くなっている。具体的には、トンネル
絶縁膜5の膜厚tを100Å以上にするとともに、ゲー
ト層間絶縁膜7の膜厚t’を100Å未満としている。
より具体的には、例えば、トンネル絶縁膜5の膜厚tを
110Åとし、ゲート層間絶縁膜7の膜厚t’を70Å
としている。
Here, when the data shown in FIG. 10 is erased, the floating gate electrode 6 and the source region 2 shown in FIG.
The electrons move in the overlap region between the two.
In this embodiment, the gate interlayer insulating film (silicon oxide film)
The thickness t ′ of the tunnel insulating film (silicon oxide film) 5
Is thinner than the film thickness t. Specifically, the thickness t of the tunnel insulating film 5 is set to 100 ° or more, and the thickness t ′ of the gate interlayer insulating film 7 is set to less than 100 °.
More specifically, for example, the thickness t of the tunnel insulating film 5 is set to 110 ° and the thickness t ′ of the gate interlayer insulating film 7 is set to 70 °.
And

【0026】図4に、消去時間に関するトンネル膜厚と
ゲート層間膜厚の依存性を示す。図の横軸にはゲート層
間絶縁膜7の膜厚をとり、縦軸に消去時間をとり、トン
ネル絶縁膜5の膜厚tを、150Å、120Å、110
Å、100Å、90Åにした場合を示す。また、コント
ロールゲート電圧Vcg=0ボルト、ソース電圧Vs =1
2ボルトとしている。なお、トンネル絶縁膜とゲート層
間絶縁膜は共に酸化膜である。この図4から、例えば、
消去時間10msecを実現するには、これまでは、例
えばトンネル絶縁膜5の膜厚tを100Åにするととも
に、ゲート層間絶縁膜7の膜厚を200Åぐらいにすれ
ばよかった。
FIG. 4 shows the dependence of the tunnel thickness and the gate interlayer thickness on the erase time. The horizontal axis of the figure indicates the film thickness of the gate interlayer insulating film 7, the vertical axis indicates the erasing time, and the film thickness t of the tunnel insulating film 5 is set to 150 °, 120 °, 110 °.
{, 100}, 90 ° are shown. Also, the control gate voltage Vcg = 0 volts and the source voltage Vs = 1
It is 2 volts. Note that both the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film are oxide films. From FIG. 4, for example,
Until now, in order to realize an erasing time of 10 msec, for example, the thickness t of the tunnel insulating film 5 should be set to 100 ° and the thickness of the gate interlayer insulating film 7 should be set to about 200 °.

【0027】しかし、従来技術で説明したとおり高温で
の信頼性確保のためにトンネル膜厚tを単純に厚くする
と消去時間は長くなってしまう。具体的には、図4にお
いて例えばトンネル膜厚t=110Åにすると消去時間
が約300msecになってしまう。
However, if the tunnel thickness t is simply increased in order to ensure reliability at a high temperature as described in the prior art, the erasing time will be long. Specifically, in FIG. 4, for example, when the tunnel film thickness t is 110 °, the erasing time is about 300 msec.

【0028】また、図5には、図4に比べソース電圧V
s を10ボルトにして低電圧化を行った場合の消去時間
を示す。他の条件は図4と同じである。図5の場合、ト
ンネル絶縁膜5の膜厚tを100Å、ゲート層間絶縁膜
7の膜厚を200Åにすると、消去時間が約1000m
secになり、10msecを実現できなくなる。
FIG. 5 shows that the source voltage V
The erasing time when the voltage is reduced by setting s to 10 volts is shown. Other conditions are the same as those in FIG. In the case of FIG. 5, when the thickness t of the tunnel insulating film 5 is 100 ° and the thickness of the gate interlayer insulating film 7 is 200 °, the erase time is about 1000 m.
sec and 10 msec cannot be realized.

【0029】これに対し本実施形態においては、高い信
頼性確保のためにトンネル膜厚tを厚くしても、ゲート
層間膜厚t’を薄くすれば消去時間10msecを実現
できる。具体的には、図4において例えばトンネル膜厚
tを110Åにしても、ゲート層間膜厚t’を110Å
より薄くすれば消去時間10msecを実現できる。ま
た、図5において(低電圧化した場合)、例えばトンネ
ル膜厚tを110Åにしても、ゲート層間膜厚t’を約
70Åより薄くすれば消去時間10msecを実現でき
る。
On the other hand, in the present embodiment, even if the tunnel film thickness t is increased to secure high reliability, an erasing time of 10 msec can be realized by reducing the gate interlayer film thickness t '. Specifically, in FIG. 4, for example, even if the tunnel thickness t is set to 110 °, the gate interlayer thickness t ′ is set to 110 °.
With a smaller thickness, an erasing time of 10 msec can be realized. In FIG. 5 (when the voltage is reduced), for example, even if the tunnel thickness t is 110 °, if the gate interlayer thickness t ′ is smaller than about 70 °, an erasing time of 10 msec can be realized.

【0030】以上のように、トンネル膜厚tよりもゲー
ト層間膜厚t’を薄くすることで、 (i )書き換えスピードを低減せずに、高いメモリ信頼
性を確保できる。 (ii)書き換えスピードを低減せずに、書き換え電圧の
低電圧化が実現できる。
As described above, by making the gate interlayer thickness t 'smaller than the tunnel thickness t, (i) high memory reliability can be secured without reducing the rewriting speed. (Ii) The rewrite voltage can be reduced without reducing the rewrite speed.

【0031】このように、本実施の形態は下記の特徴を
有する。 (イ)トンネル絶縁膜5およびゲート層間絶縁膜7の材
料としてシリコン酸化膜を用いた場合において、トンネ
ル絶縁膜5の膜厚tよりゲート層間絶縁膜7の膜厚t’
を薄くしたので、書き換えスピードを低減することな
く、電荷保持等のメモリ信頼性の確保および書き換えの
低電圧化を実現することができる。
As described above, this embodiment has the following features. (A) When a silicon oxide film is used as the material of the tunnel insulating film 5 and the gate interlayer insulating film 7, the thickness t 'of the gate interlayer insulating film 7 is larger than the thickness t of the tunnel insulating film 5.
, The reliability of the memory such as charge retention can be ensured and the voltage for rewriting can be reduced without reducing the rewriting speed.

【0032】これまでの説明においては、トンネル絶縁
膜とゲート層間絶縁膜は同じ膜(酸化膜)として比較し
てきた。しかし、ゲート層間絶縁膜は酸化膜一層のみで
形成されない場合が多い。詳しくは、トンネル絶縁膜
は、基板を熱酸化して形成し、また、ゲート層間絶縁膜
もフローティングゲート電極を形成した後に熱酸化して
酸化膜を一層のみで形成する場合もあるが、酸化膜/窒
化膜/酸化膜の三層構造にする場合が多い。また、最近
では、トンネル絶縁膜についても窒化膜と酸化膜の多層
構造にする場合がある。そこで、このように同じ絶縁膜
でも、例えば酸化膜と窒化膜といった誘電率の異なるも
のを使って多層構造にする場合でも、同じ膜(例えば酸
化膜)として換算して、トンネル膜厚tよりもゲート層
間膜厚t’を薄くする。
In the description so far, the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film have been compared as the same film (oxide film). However, in many cases, the gate interlayer insulating film is not formed with only one oxide film. Specifically, the tunnel insulating film is formed by thermally oxidizing the substrate, and the gate interlayer insulating film is also formed by forming the floating gate electrode and then thermally oxidized to form only one oxide film. In many cases, it has a three-layer structure of / nitride film / oxide film. Recently, a tunnel insulating film may have a multilayer structure of a nitride film and an oxide film. Thus, even when the same insulating film is used to form a multilayer structure using different dielectric constants such as an oxide film and a nitride film, the same film (for example, an oxide film) is converted into a film having a thickness greater than the tunnel thickness t. The thickness t ′ of the gate interlayer is reduced.

【0033】このように、トンネル絶縁膜およびゲート
層間絶縁膜の材料として同じ材料(酸化膜)を用いるの
ではなくトンネル絶縁膜とゲート層間絶縁膜の少なくと
もいずれか一方の材料として酸化膜と窒化膜の積層体を
用いてもよく、この場合も含めて、トンネル絶縁膜とゲ
ート層間絶縁膜における膜厚として、両絶縁膜を同じ材
料として換算した場合におけるトンネル絶縁膜の膜厚よ
りゲート層間絶縁膜の膜厚を薄くすればよい。
As described above, instead of using the same material (oxide film) as the material of the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film, an oxide film and a nitride film are used as at least one of the material of the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film. The thickness of the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film, including this case, may be used as the film thickness of the tunnel insulating film when both insulating films are converted to the same material. May be reduced.

【0034】また、これまでの説明においてはフラッシ
ュメモリについて述べてきたが、フラッシュメモリの他
にも、EEPROM等の不揮発性半導体メモリに適用し
てもよい。
In the above description, a flash memory has been described. However, the present invention may be applied to a nonvolatile semiconductor memory such as an EEPROM in addition to the flash memory.

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

【図1】 実施の形態におけるフラッシュメモリの平面
図。
FIG. 1 is a plan view of a flash memory according to an embodiment;

【図2】 図1のA−A断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】 周辺回路の電気的構成を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a peripheral circuit.

【図4】 消去時間に関するトンネル膜厚とゲート層間
膜厚の依存性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the dependency of a tunnel film thickness and a gate interlayer film thickness on an erase time.

【図5】 消去時間に関するトンネル膜厚とゲート層間
膜厚の依存性を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the dependence of a tunnel film thickness and a gate interlayer film thickness on an erase time.

【図6】 メモリセルの電気的等価回路を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a memory cell.

【図7】 フラッシュメモリのセル配置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a cell arrangement of a flash memory.

【図8】 読み出し動作を説明するためのメモリの断面
図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a memory for explaining a read operation;

【図9】 書き込み動作を説明するためのメモリの断面
図。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a memory for explaining a writing operation.

【図10】 消去動作を説明するためのメモリの断面
図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a memory for explaining an erasing operation.

【図11】 消去動作を説明するためのメモリの断面
図。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a memory for explaining an erase operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…P型単結晶シリコン基板、2…ソース領域、3…ド
レイン領域、4…ソース共通線、5…トンネル絶縁膜
(シリコン酸化膜)、6…フローティングゲート電極、
7…ゲート層間絶縁膜(シリコン酸化膜)、8…コント
ロールゲート電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... P-type single crystal silicon substrate, 2 ... source region, 3 ... drain region, 4 ... source common line, 5 ... tunnel insulating film (silicon oxide film), 6 ... floating gate electrode,
7: gate interlayer insulating film (silicon oxide film); 8: control gate electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AE07 AE08 5F001 AA01 AA43 AA63 AB08 AB09 AC02 AC06 AD15 AD61 AE02 AE03 AF06 AG12 AG30 5F083 EP02 EP23 EP52 ER02 ER05 ER09 ER14 ER16 ER19 ER22 ER30 GA01 GA22 KA05 KA11 LA16 LA20 MA01 MA20 5F101 BA01 BA28 BA36 BB05 BB17 BC02 BC11 BD05 BD36 BE02 BE05 BF02 BH09 BH16  ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page F-term (reference) LA20 MA01 MA20 5F101 BA01 BA28 BA36 BB05 BB17 BC02 BC11 BD05 BD36 BE02 BE05 BF02 BH09 BH16

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表層部にソース領域および
ドレイン領域が離間して形成され、両領域間における半
導体基板の上にトンネル絶縁膜を介してフローティング
ゲート電極が配置されるとともに、フローティングゲー
ト電極の上にゲート層間絶縁膜を介してコントロールゲ
ート電極が配置された不揮発性半導体メモリにおいて、 前記トンネル絶縁膜とゲート層間絶縁膜における膜厚と
して、両絶縁膜を同じ材料として換算した場合における
トンネル絶縁膜の膜厚よりゲート層間絶縁膜の膜厚を薄
くしたことを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
A source region and a drain region are formed in a surface layer portion of a semiconductor substrate with a space therebetween, and a floating gate electrode is disposed on the semiconductor substrate between the two regions via a tunnel insulating film, and a floating gate electrode is provided. A nonvolatile semiconductor memory having a control gate electrode disposed thereon with a gate interlayer insulating film interposed therebetween, wherein the thickness of the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film is the same as the thickness of both insulating films when converted to the same material. A non-volatile semiconductor memory, wherein the thickness of the gate interlayer insulating film is smaller than the thickness of the film.
【請求項2】 前記トンネル絶縁膜およびゲート層間絶
縁膜の材料として、酸化膜を用いたことを特徴とする請
求項1に記載の不揮発性半導体メモリ。
2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein an oxide film is used as a material of said tunnel insulating film and said gate interlayer insulating film.
【請求項3】 前記トンネル絶縁膜の膜厚を100Å以
上にするとともに、前記ゲート層間絶縁膜の膜厚を10
0Å未満にしたことを特徴とする請求項2に記載の不揮
発性半導体メモリ。
3. The thickness of the tunnel insulating film is set to 100 ° or more, and the thickness of the gate interlayer insulating film is set to 10 ° or more.
3. The non-volatile semiconductor memory according to claim 2, wherein said non-volatile semiconductor memory is less than 0 °.
【請求項4】 前記トンネル絶縁膜とゲート層間絶縁膜
の少なくともいずれか一方の材料として、酸化膜と窒化
膜の積層体を用いたことを特徴とする請求項1に記載の
不揮発性半導体メモリ。
4. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a laminate of an oxide film and a nitride film is used as at least one of the tunnel insulating film and the gate interlayer insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006019735A (en) * 2004-06-29 2006-01-19 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device having strap region and manufacturing method therefor

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