JP2003068894A - Semiconductor storage device and method for forming the same - Google Patents

Semiconductor storage device and method for forming the same

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JP2003068894A
JP2003068894A JP2001259012A JP2001259012A JP2003068894A JP 2003068894 A JP2003068894 A JP 2003068894A JP 2001259012 A JP2001259012 A JP 2001259012A JP 2001259012 A JP2001259012 A JP 2001259012A JP 2003068894 A JP2003068894 A JP 2003068894A
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well region
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Hiroshi Iwata
浩 岩田
Akihide Shibata
晃秀 柴田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accelerate a writing operation and an erasing operation and to reduce power consumption by reducing the resistance of a well region in a semiconductor storage device having well regions partitioned by an element isolation region used as bit lines. SOLUTION: The semiconductor storage device comprises an N-type deep well region 331 formed on a semiconductor substrate 351 and further a P-type shallow well region 332 formed on the well region 331. The well region 332 is isolated in a band-like state by an element isolation region 316 and the N-type deep well region 331, and functioned as bit lines. The storage device further comprises a P-type dense impurity concentration region 332a formed in the P-type well region 332 becoming a third bit line in such a manner that the impurity concentration region 332a is interposed between P-type thin impurity concentration regions 332b and 332c. Thus, the resistance and a junction capacity can be suppressed to small values.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置お
よびその形成方法に関する。より具体的には、素子分離
領域により区分されたウェル領域をビット線として使用
するメモリセルアレイおよびその形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for forming the same. More specifically, the present invention relates to a memory cell array in which well regions divided by element isolation regions are used as bit lines and a method of forming the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フローティングゲートを有する不
揮発性メモリにおいて、素子分離領域により区分された
ウェル領域をビット線として用いた技術が、特開平11
−177068号公報に開示されている。上記従来技術
を図22〜図24を用いて説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a nonvolatile memory having a floating gate, a technique in which a well region divided by an element isolation region is used as a bit line is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11 (1999).
No. 177068. The above conventional technique will be described with reference to FIGS.

【0003】図22は、上記従来技術のメモリセルアレ
イの回路図である。B0、B1、B2はそれぞれドレイ
ン線(第1ビット線)であり、S0、S1、S2はそれ
ぞれソース線(第2ビット線)である。上記従来技術で
は、ウェル領域が素子分離領域によってビット線と同じ
方向に細長く分離され、細長く分離された各ウェル領域
は第3ビット線PW0、PW1、PW2として機能して
いるのが特徴である。一対の第1および第2ビット線
(例えばS0とB0)間にはメモリトランジスタ931
と選択トランジスタ932とが直列に接続されている。
メモリトランジスタワード線MW0、MW1、MW2は
メモリトランジスタ931のコントロールゲートに接続
され、選択トランジスタワード線SW0、SW1、SW
2は選択トランジスタ932の選択ゲート電極に接続さ
れている。
FIG. 22 is a circuit diagram of the above-mentioned conventional memory cell array. B0, B1, and B2 are drain lines (first bit lines), and S0, S1, and S2 are source lines (second bit lines). The above-mentioned conventional technique is characterized in that the well region is elongated in the same direction as the bit line by the element isolation region, and each of the elongated well regions functions as the third bit lines PW0, PW1, and PW2. A memory transistor 931 is provided between the pair of first and second bit lines (for example, S0 and B0).
And the selection transistor 932 are connected in series.
The memory transistor word lines MW0, MW1 and MW2 are connected to the control gate of the memory transistor 931 and selected transistor word lines SW0, SW1 and SW.
2 is connected to the selection gate electrode of the selection transistor 932.

【0004】図23は、上記従来技術のメモリセルアレ
イを、メモリトランジスタワード線に沿って切断した時
の断面図である。また、図24は、ビット線方向に切断
した時の断面図である。半導体基板911内には、N型
ウェル912が形成されている。N型ウェル912上に
は、P型ウェルが形成されているが、ビット線方向に延
びる素子分離絶縁膜914によって、913a、913
b、913cに分割され、それぞれ第3ビット線を構成
している。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the above-described conventional memory cell array taken along the memory transistor word line. Further, FIG. 24 is a cross-sectional view when cut in the bit line direction. An N-type well 912 is formed in the semiconductor substrate 911. Although a P-type well is formed on the N-type well 912, the element isolation insulating film 914 extending in the bit line direction allows the elements 913a and 913 to be formed.
It is divided into b and 913c to form a third bit line.

【0005】第3ビット線913a,913b,913
c上には、ゲート絶縁膜917、フローティングゲート
915、電極間絶縁膜918を介して、コントロールゲ
ート916が形成され、メモリトランジスタ931を構
成している。コントロールゲート916は、各ビット線
と垂直な方向に延びて複数のメモリトランジスタ931
を接続し、メモリトランジスタワード線MW0,MW
1,MW2を構成している。
Third bit lines 913a, 913b, 913
A control gate 916 is formed on c via a gate insulating film 917, a floating gate 915, and an inter-electrode insulating film 918 to form a memory transistor 931. The control gate 916 extends in a direction perpendicular to each bit line and has a plurality of memory transistors 931.
Memory transistor word lines MW0, MW
1 and MW2.

【0006】第3ビット線913a,913b,913
c上には、また、ゲート絶縁膜917、選択ゲート電極
919、電極間絶縁膜918を介して、ダミー電極92
0が形成され、選択トランジスタ932を構成してい
る。選択ゲート電極919とダミー電極920とは、図
示しないが、電気的に接続されて一体となっており、各
ビット線と垂直な方向に延びて複数の選択トランジスタ
932を接続し、選択トランジスタワード線SW0,S
W1,SW2を構成している。
Third bit lines 913a, 913b, 913
The dummy electrode 92 is formed on the substrate c via the gate insulating film 917, the select gate electrode 919, and the interelectrode insulating film 918.
0 is formed to configure the selection transistor 932. Although not shown, the select gate electrode 919 and the dummy electrode 920 are electrically connected and integrated, and extend in a direction perpendicular to each bit line to connect a plurality of select transistors 932 to each other. SW0, S
It constitutes W1 and SW2.

【0007】メモリトランジスタ931のソース拡散層
921(ソース領域)は、図示しないが、各ワード線と
垂直方向に延びるソース線(第2ビット線)S0,S
1,S2により接続されている。また、選択トランジス
タ932のドレイン拡散層922は、図示しないが、各
ワード線と垂直方向に延びるドレイン線(第1ビット
線)B0,B1,B2により接続されている。中間拡散
層923は、メモリトランジスタ931のドレイン領域
と、選択トランジスタ932のソース領域とを兼ねてい
る。
Although not shown, the source diffusion layer 921 (source region) of the memory transistor 931 has source lines (second bit lines) S0 and S extending in the direction perpendicular to each word line.
1, S2 are connected. Although not shown, the drain diffusion layer 922 of the selection transistor 932 is connected to the drain lines (first bit lines) B0, B1, and B2 extending in the vertical direction to the word lines. The intermediate diffusion layer 923 serves as the drain region of the memory transistor 931 and the source region of the selection transistor 932.

【0008】上記従来技術のメモリセルアレイでは、ウ
ェル領域の電位がビット線毎に制御可能となるので、ソ
ース拡散層の電位とウェル領域(第3ビット線)の電位
とを同じにすることができる。例えば、書込み時(ここ
では、フローティングゲートへの電子注入を書込みとす
る)には、選択されたメモリトランジスタワード線に+
9V、非選択メモリトランジスタワード線および全ての
選択トランジスタワード線に0V、選択されたソース線
(第2ビット線)および選択された第3ビット線(ウェ
ル領域)に−3.5V、非選択ソース線(第2ビット
線)および非選択第3ビット線(ウェル領域)に0Vを
それぞれ印加し、全てのドレイン線(第1ビット線)を
オープンとすればよい。このとき、全てのメモリセルで
ソース拡散層の電位とウェル領域(第3ビット線)の電
位は同じである。したがって、ウェル領域を共通にした
場合とは異なり、ソース拡散層とウェル領域との電位差
による耐圧確保の必要性がなくなる。この耐圧確保の必
要性は、素子の微細化に伴って重要になる。したがっ
て、上記従来技術によって、素子の微細化が容易とな
る。
In the above-mentioned conventional memory cell array, since the potential of the well region can be controlled for each bit line, the potential of the source diffusion layer and the potential of the well region (third bit line) can be made the same. . For example, at the time of writing (here, electron injection into the floating gate is writing), + is applied to the selected memory transistor word line.
9V, 0V for unselected memory transistor word lines and all selected transistor word lines, -3.5V for selected source line (second bit line) and selected third bit line (well region), unselected source 0 V is applied to each of the line (second bit line) and the non-selected third bit line (well region) to open all drain lines (first bit lines). At this time, the potential of the source diffusion layer and the potential of the well region (third bit line) are the same in all memory cells. Therefore, unlike the case where the well region is shared, it is not necessary to secure the breakdown voltage due to the potential difference between the source diffusion layer and the well region. The necessity of ensuring this breakdown voltage becomes important as the element becomes finer. Therefore, the above conventional technique facilitates miniaturization of the device.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術であるメモリセルアレイにおいては、第3ビット
線を構成するウェル領域の抵抗が高いため、遅延時間が
大きく、書込み動作および消去動作の高速化が困難であ
るという問題があった。
However, in the above-mentioned conventional memory cell array, since the resistance of the well region forming the third bit line is high, the delay time is large and the write and erase operations can be speeded up. There was a problem that it was difficult.

【0010】例えば、1組のビット線に103個のメモ
リセルが接続されているメモリセルアレイを考察する。
最小加工寸法をFとしたとき、第3ビット線の幅(図2
3のW)は概ねFとなる。一方、メモリセルのビット線
方向の寸法を、例えば6Fとすると、第3ビット線の長
さは約6×103Fとなる。ここで、第3ビット線(ウ
ェル領域)のシート抵抗を5×103Ω/□とすれば、
第3ビット線の抵抗は約3×107Ωとなる。さらに、
メモリセル当りの第3ビット線に纏わる容量を1×10
-14Fとすれば、第3ビット線には1本当り約1×10
11Fの容量が存在することになる。この時、第3ビッ
ト線の遅延時間は、抵抗と容量の積で表され、約3×1
-4秒(0.3ミリ秒)となり、フラッシュメモリの書
き込み速度(例えば10マイクロ秒)に比べて非常に大
きくなる。したがって、書込み動作(消去動作)が非常
に遅くなってしまうことが問題となっていた。
For example, consider a memory cell array in which 10 3 memory cells are connected to one set of bit lines.
When the minimum processing size is F, the width of the third bit line (see FIG.
W of 3 is approximately F. On the other hand, if the size of the memory cell in the bit line direction is, for example, 6F, the length of the third bit line is about 6 × 10 3 F. If the sheet resistance of the third bit line (well region) is 5 × 10 3 Ω / □,
The resistance of the third bit line is about 3 × 10 7 Ω. further,
The capacity associated with the third bit line per memory cell is 1 × 10.
-14 F, each 3rd bit line has about 1 x 10
- so that the capacity of 11 F is present. At this time, the delay time of the third bit line is represented by the product of resistance and capacitance, and is approximately 3 × 1.
It becomes 0 −4 seconds (0.3 milliseconds), which is much higher than the writing speed of the flash memory (for example, 10 microseconds). Therefore, there has been a problem that the writing operation (erasing operation) is extremely delayed.

【0011】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は素子分離領域により区分さ
れたウェル領域をビット線として使用する不揮発性メモ
リセルアレイにおいて、ウェル領域の抵抗を大幅に低減
することにより高速動作を可能とすること、およびその
ようなメモリセルアレイを製造する方法を提供すること
である。
The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to significantly improve the resistance of the well region in a non-volatile memory cell array in which the well region divided by the element isolation region is used as a bit line. To enable high speed operation and to provide a method for manufacturing such a memory cell array.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明の半導体記憶装置は、半導体基板上に第
1導電型の深いウェル領域が形成され、上記第1導電型
の深いウェル領域上に複数の第2導電型の浅いウェル領
域が形成され、上記第1導電型の深いウェル領域および
複数の第2導電型の浅いウェル領域上に複数のメモリセ
ルを行列状に配置してなるメモリセルアレイを有する半
導体記憶装置であって、上記複数の第2導電型の浅いウ
ェル領域は素子分離領域および上記第1導電型の深いウ
ェル領域によって互いに電気的に分離され、上記第2導
電型の浅いウェル領域内には第2導電型を与える不純物
が1×10 20cm-3以上の濃度で存する高濃度不純物層
が形成されていることを特徴としている。
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the semiconductor memory device of the first invention is provided on the semiconductor substrate.
A deep well region of one conductivity type is formed,
Of multiple second conductivity type shallow well regions on the deep well region of
Regions are formed to form the deep well region of the first conductivity type and
A plurality of memory cells are formed on the plurality of second conductivity type shallow well regions.
A memory cell array in which the memory cells are arranged in a matrix
A conductor storage device comprising a plurality of second conductivity type shallow wires
The well region is an element isolation region and the deep well of the first conductivity type.
Are electrically isolated from each other by a shell region,
Impurities that give the second conductivity type in the shallow well region of the conductivity type
Is 1 × 10 20cm-3High-concentration impurity layer existing at the above concentration
Is formed.

【0013】本明細書において、第1導電型とは、P型
またはN型を意味する。また、第2導電型とは、第1導
電型がP型の場合はN型、N型の場合はP型を意味す
る。
In the present specification, the first conductivity type means P type or N type. The second conductivity type means N type when the first conductivity type is P type and P type when the first conductivity type is N type.

【0014】上記構成によれば、上記素子分離領域およ
び上記第1導電型の深いウェル領域によって互いに電気
的に分離された上記第2導電型の浅いウェル領域内に
は、第2導電型を与える不純物を高濃度に含む領域が形
成されている。そのため、上記第2導電型の浅いウェル
領域の抵抗を著しく小さくすることができる。それゆ
え、上記第2導電型の浅いウェル領域をビット線として
用いるメモリセルアレイにおいては、上記第2導電型の
浅いウェル領域からなるビット線の遅延を著しく小さく
することができるので、書込み動作および消去動作の高
速化が阻害されるのを防ぐことができる。したがって、
高速動作可能な半導体記憶装置が提供される。
According to the above structure, the second conductivity type is provided in the shallow well region of the second conductivity type electrically isolated from each other by the element isolation region and the deep well region of the first conductivity type. A region containing a high concentration of impurities is formed. Therefore, the resistance of the second conductivity type shallow well region can be significantly reduced. Therefore, in the memory cell array in which the second-conductivity-type shallow well region is used as a bit line, the delay of the bit line formed of the second-conductivity-type shallow well region can be significantly reduced, and the write operation and the erase operation can be performed. It is possible to prevent the speeding up of the operation from being hindered. Therefore,
A semiconductor memory device capable of high-speed operation is provided.

【0015】1実施の形態では、上記第2導電型の浅い
ウェル領域は、上記第2導電型を与える不純物濃度の濃
い領域の上または下に、上記第2導電型を与える不純物
濃度の薄い領域が存する構造を有していることを特徴と
している。
In one embodiment, the shallow well region of the second conductivity type is a region of a low impurity concentration of the second conductivity type above or below a region of a high impurity concentration of the second conductivity type. Is characterized by having a structure that exists.

【0016】上記実施の形態によれば、上記第2導電型
の浅いウェル領域の抵抗を十分小さくできるとともに、
チャネル領域の不純物濃度を適切に保って所望の閾値が
容易に得られ、更には上記第2導電型の浅いウェル領域
とメモリ素子のソース・ドレイン領域との接合容量を小
さく抑えることができる。また、上記第2導電型の浅い
ウェル領域と上記第1導電型の深いウェル領域との接合
容量を小さく抑えることができる。したがって、上記第
2導電型の浅いウェル領域からなるビット線の遅延を更
に小さくし、消費電力を抑制することができる。
According to the above embodiment, the resistance of the second conductivity type shallow well region can be sufficiently reduced, and
A desired threshold value can be easily obtained by appropriately maintaining the impurity concentration of the channel region, and further, the junction capacitance between the shallow well region of the second conductivity type and the source / drain region of the memory element can be suppressed to be small. In addition, the junction capacitance between the second-conductivity-type shallow well region and the first-conductivity-type deep well region can be suppressed to a small value. Therefore, it is possible to further reduce the delay of the bit line formed of the shallow well region of the second conductivity type and suppress the power consumption.

【0017】また、第2の発明である半導体記憶装置
は、半導体基板上に第1導電型の深いウェル領域が形成
され、上記第1導電型の深いウェル領域上に複数の第2
導電型の浅いウェル領域が形成され、上記第1導電型の
深いウェル領域および複数の第2導電型の浅いウェル領
域上に複数のメモリセルを行列状に配置してなるメモリ
セルアレイを有する半導体記憶装置であって、上記複数
の第2導電型の浅いウェル領域は素子分離領域および上
記第1導電型の深いウェル領域によって互いに電気的に
分離されてビット線として機能し、上記第2導電型の浅
いウェル領域内には、メタル層あるいはシリサイド層が
形成されていることを特徴としている。
In the semiconductor memory device according to the second aspect of the invention, a first conductivity type deep well region is formed on a semiconductor substrate, and a plurality of second conductivity type deep well regions are formed on the first conductivity type deep well region.
A semiconductor memory having a memory cell array in which a conductivity type shallow well region is formed, and a plurality of memory cells are arranged in a matrix on the first conductivity type deep well region and the plurality of second conductivity type shallow well regions. In the device, the plurality of second conductivity type shallow well regions are electrically isolated from each other by the element isolation region and the first conductivity type deep well region, and function as bit lines. It is characterized in that a metal layer or a silicide layer is formed in the shallow well region.

【0018】上記構成によれば、上記素子分離領域およ
び上記第1導電型の深いウェル領域によって互いに電気
的に分離された上記第2導電型の浅いウェル領域内に
は、メタル層あるいはシリサイド層が形成されている。
そのため、上記第2導電型の浅いウェル領域の抵抗を著
しく小さくすることができる。それゆえ、上記第2導電
型の浅いウェル領域をビット線として用いるメモリセル
アレイにおいては、上記第2導電型の浅いウェル領域か
らなるビット線の遅延を著しく小さくすることができる
ので、書込み動作および消去動作の高速化が阻害される
のを防ぐことができる。したがって、高速動作可能な半
導体記憶装置が提供される。
According to the above structure, a metal layer or a silicide layer is provided in the shallow well region of the second conductivity type electrically isolated from each other by the element isolation region and the deep well region of the first conductivity type. Has been formed.
Therefore, the resistance of the second conductivity type shallow well region can be significantly reduced. Therefore, in the memory cell array in which the second-conductivity-type shallow well region is used as a bit line, the delay of the bit line formed of the second-conductivity-type shallow well region can be significantly reduced, and the write operation and the erase operation can be performed. It is possible to prevent the speeding up of the operation from being hindered. Therefore, a semiconductor memory device that can operate at high speed is provided.

【0019】また、1実施の形態では、上記第2導電型
の浅いウェル領域の一部は、上記素子分離領域の上面よ
りも上に存することを特徴としている。
Further, one embodiment is characterized in that a part of the shallow well region of the second conductivity type exists above the upper surface of the element isolation region.

【0020】上記実施の形態によれば、上記第2導電型
の浅いウェル領域全体としての厚さを変えることなく、
上記第2導電型の浅いウェル領域の下面の深さを浅くす
ることができる。それにより、上記素子分離領域を浅く
することができる。素子分離領域を浅くすることができ
れば、素子分離領域形成時の絶縁膜埋めこみ工程が容易
になる。したがって、上記第2導電型の浅いウェル領域
からなるビット線の遅延が小さな半導体記憶装置をより
容易に形成することが可能になる。
According to the above embodiment, without changing the thickness of the entire second conductivity type shallow well region,
The depth of the lower surface of the shallow well region of the second conductivity type can be made shallow. As a result, the element isolation region can be made shallow. If the element isolation region can be made shallow, the step of filling the insulating film when forming the element isolation region becomes easy. Therefore, it becomes possible to more easily form a semiconductor memory device in which the bit line formed of the second conductivity type shallow well region has a small delay.

【0021】また、第3の発明である半導体記憶装置の
形成方法は、半導体基板上に第1導電型の深いウェル領
域が形成され、上記第1導電型の深いウェル領域上に複
数の第2導電型の浅いウェル領域が形成され、上記第1
導電型の深いウェル領域および複数の第2導電型の浅い
ウェル領域上に複数のメモリセルを行列状に配置してな
るメモリセルアレイを有し、上記複数の第2導電型の浅
いウェル領域は素子分離領域および上記第1導電型の深
いウェル領域によって互いに電気的に分離されてビット
線として機能し、上記第2導電型の浅いウェル領域内に
は第2導電型を与える不純物が高濃度に存する高濃度不
純物層が形成されていることを特徴とする半導体記憶装
置を形成する方法であって、半導体基板上に上記素子分
離領域と上記高濃度不純物層とを形成した後に、単結晶
半導体膜を上記高濃度不純物層上に選択的にエピタキシ
ャル成長させる工程を行なうことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of forming a semiconductor memory device, wherein a first conductivity type deep well region is formed on a semiconductor substrate, and a plurality of second conductivity type deep well regions are formed. A shallow well region of conductivity type is formed,
There is provided a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix on a deep well region of conductivity type and a plurality of shallow well regions of second conductivity type, and the shallow well regions of second conductivity type are elements. The isolation region and the first-conductivity-type deep well region are electrically separated from each other to function as a bit line, and the second-conductivity-type shallow well region has a high concentration of impurities imparting the second-conductivity type. A method of forming a semiconductor memory device, wherein a high-concentration impurity layer is formed, comprising: forming a single crystal semiconductor film after forming the element isolation region and the high-concentration impurity layer on a semiconductor substrate. It is characterized in that a step of selectively epitaxially growing the high-concentration impurity layer is performed.

【0022】上記方法によれば、上記素子分離領域と上
記高濃度不純物層とを形成した後に上記単結晶半導体膜
を選択エピタキシャル成長させているので、ビット線と
して機能する上記第2導電型の浅いウェル領域の内部に
低抵抗層を形成しつつ、上記第2導電型の浅いウェル領
域の上層部には十分に不純物(導電性を与える不純物や
金属原子)濃度が薄く、結晶欠陥の少ない領域を形成す
ることができる。したがって、上記第2導電型の浅いウ
ェル領域とメモリ素子のソース・ドレイン領域との接合
容量が低減され、メモリ素子の閾値調整が容易となり、
もしくは、リーク電流が小さい特性のよいメモリ素子を
作成することが可能となる。
According to the above method, since the single crystal semiconductor film is selectively epitaxially grown after the element isolation region and the high-concentration impurity layer are formed, the shallow well of the second conductivity type that functions as a bit line is formed. While forming a low resistance layer inside the region, a region having a sufficiently low concentration of impurities (impurities or metal atoms that give conductivity) and few crystal defects is formed in the upper layer portion of the second conductivity type shallow well region. can do. Therefore, the junction capacitance between the shallow well region of the second conductivity type and the source / drain region of the memory element is reduced, and the threshold adjustment of the memory element is facilitated,
Alternatively, it is possible to create a memory element with a small leak current and good characteristics.

【0023】また、1実施の形態では、第1の方向に蛇
行して延びる素子分離領域が上記第1の方向に対して交
差する第2の方向に並んで形成されて、隣り合う素子分
離領域の間にそれぞれ上記第1の方向に蛇行して延びる
上記ウェル領域が定められ、上記各ウェル領域内の蛇行
の各折り返し個所に、それぞれソース領域またはドレイ
ン領域として機能する不純物拡散領域が形成されて、同
一のウェル領域内で隣り合う上記不純物拡散領域の間に
それぞれチャネル領域が定められ、上記第2の方向に延
びる複数のワード線が、それぞれメモリ機能を有する膜
を介して各ウェル領域内のチャネル領域上を通るように
設けられ、上記第1の方向に延びる第1のビット線が、
同一のウェル領域内の蛇行の片側の折り返し個所に設け
られた上記不純物拡散領域上を通るように設けられると
ともに、上記第1の方向に延びる第2のビット線が、同
一のウェル領域内の蛇行の他方の側の折り返し個所に設
けられた上記不純物拡散領域上を通るように設けられ、
上記第1のビット線、第2のビット線がそれぞれ下方に
存する上記不純物拡散領域とコンタクト孔を介して接続
されていることを特徴としている。
In one embodiment, the element isolation regions that meander in the first direction are formed side by side in the second direction intersecting the first direction, and the adjacent element isolation regions are formed. The well regions are defined so as to extend meandering in the first direction, and impurity diffusion regions functioning as a source region or a drain region are formed at the respective turning points of the meandering in the well regions. , A channel region is defined between the impurity diffusion regions adjacent to each other in the same well region, and a plurality of word lines extending in the second direction are formed in each well region via a film having a memory function. A first bit line provided so as to pass over the channel region and extending in the first direction,
The second bit line, which is provided so as to pass over the impurity diffusion region provided at the turn-back portion on one side of the meandering in the same well region and extends in the first direction, has the meandering in the same well region. Is provided so as to pass over the impurity diffusion region provided at the turning point on the other side of
It is characterized in that the first bit line and the second bit line are respectively connected to the impurity diffusion regions existing therebelow via contact holes.

【0024】上記実施の形態によれば、1つのメモリセ
ルの面積が4F2(Fは最小加工ピッチ)と非常に小さ
いため、高集積化が可能である。更にまた、上記実施の
形態によれば、1ビット毎の書込みおよび消去が可能で
ある。したがって、高速動作、高集積化、および1ビッ
ト毎の書込みおよび消去が可能な半導体記憶装置が提供
される。
According to the above embodiment, the area of one memory cell is as small as 4F 2 (F is the minimum processing pitch), so that high integration is possible. Furthermore, according to the above embodiment, writing and erasing can be performed bit by bit. Therefore, a semiconductor memory device capable of high-speed operation, high integration, and writing and erasing bit by bit is provided.

【0025】また、1実施の形態では、第1の方向に延
在するの素子分離領域が上記第1の方向に対して交差す
る第2の方向に並んで形成されると共に、隣り合う素子
分離領域の間にそれぞれ上記第1の方向に延在する上記
ウェル領域が定められ、上記第2の方向に延在するのワ
ード線が上記第1の方向に並んで形成されると共に、各
ワード線の間に位置する上記ウェル領域内にそれぞれソ
ース領域またはドレイン領域として機能する不純物拡散
領域が形成され、同一のウェル領域内で隣り合う上記不
純物拡散領域の間にそれぞれチャネル領域が定められ、
上記ワード線は、それぞれメモリ機能を有するメモリ膜
を介して各チャネル領域上に配置されており、上記第1
の方向に延在する複数のビット線が上記各ウェル領域の
上方に形成されると共に、下方に位置する上記各ウェル
領域内の上記不純物拡散領域に1つ置きにコンタクト孔
を介して接続され、上記ビット線の下側にプレート電極
が形成されると共に、上記ビット線が接続されていない
不純物拡散領域に接続されており、上記コンタクト孔
は、上記プレート電極に設けられた孔あるいはスリット
部を通るように設けられていることを特徴としている。
In one embodiment, the element isolation regions extending in the first direction are formed side by side in the second direction intersecting the first direction, and the adjacent element isolation regions are formed. The well regions extending in the first direction are defined between the regions, the word lines extending in the second direction are formed side by side in the first direction, and each word line is formed. Impurity diffusion regions functioning as a source region or a drain region are formed in the well regions located between, and channel regions are defined between adjacent impurity diffusion regions in the same well region,
The word line is arranged on each channel region through a memory film having a memory function.
A plurality of bit lines extending in the direction of the above are formed above the well regions, and are connected to the impurity diffusion regions in the well regions located below every other via contact holes. A plate electrode is formed below the bit line and is connected to an impurity diffusion region to which the bit line is not connected, and the contact hole passes through a hole or slit provided in the plate electrode. It is characterized by being provided as follows.

【0026】上記実施の形態によれば、上記第1,第2
ビット線のいずれか一方を共通のプレート電極としてい
るから、メモリセルアレイの構造を単純化することがで
きる。したがって、歩留りの向上が達成される。
According to the above embodiment, the first and second
Since one of the bit lines is used as the common plate electrode, the structure of the memory cell array can be simplified. Therefore, an improvement in yield is achieved.

【0027】また、1実施の形態では、上記メモリ機能
膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜であ
ることを特徴としている。
Further, one embodiment is characterized in that the memory functional film is a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film.

【0028】上記実施の形態によれば、上記メモリ機能
膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜であ
り、電荷をトラップする機能を有する。そのため、導電
体膜をフローティングゲートとした場合に比べて記憶電
荷の漏れの問題が軽減される。したがって、素子の信頼
性を向上することができる。
According to the above embodiment, the memory function film is a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film and has a function of trapping charges. Therefore, the problem of leakage of stored charges is reduced as compared with the case where the conductive film is a floating gate. Therefore, the reliability of the device can be improved.

【0029】また、1実施の形態では、上記メモリ機能
膜は、半導体あるいは導体から成る微粒子を散点状に含
む絶縁膜であることを特徴としている。なお、上記「微
粒子」とは、ナノメートル(nm)オーダーの寸法を持
つ粒子を意味する。
Further, one embodiment is characterized in that the memory functional film is an insulating film containing fine particles of a semiconductor or a conductor in a scattered manner. In addition, the above-mentioned "fine particles" mean particles having a size of nanometer (nm) order.

【0030】上記実施の形態によれば、上記メモリ機能
膜は、半導体あるいは導体からなる微粒子を散点状に含
む絶縁膜であるので、導電体膜をフローティングゲート
とした場合に比べて記憶電荷の漏れの問題が軽減され
る。したがって、素子の信頼性が向上する。
According to the above embodiment, the memory functional film is an insulating film containing fine particles of a semiconductor or a conductor in a scattered manner, so that the memory charge of the memory film is larger than that in the case where the conductor film is a floating gate. Leakage problems are mitigated. Therefore, the reliability of the device is improved.

【0031】また、1実施の形態では、上記メモリ機能
膜は、半導体あるいは導体から成る膜と半導体あるいは
導体から成る微粒子とを含む絶縁膜であることを特徴と
している。
Further, in one embodiment, the memory function film is an insulating film containing a film made of a semiconductor or a conductor and fine particles made of a semiconductor or a conductor.

【0032】上記実施の形態によれば、上記メモリ機能
膜として、半導体あるいは導体から成る膜と半導体ある
いは導体から成る微粒子との複合体を用いているので、
上記第2導電型の浅いウェル領域に対するワード線への
印加電圧が例えば±3Vで書き込みが行なわれる。した
がって、低電圧での書込み、消去が可能になる。
According to the above-mentioned embodiment, since the composite film of the semiconductor or conductor and the fine particles of the semiconductor or conductor is used as the memory functional film,
Writing is performed with a voltage of ± 3 V applied to the word line to the second conductivity type shallow well region. Therefore, writing and erasing can be performed with a low voltage.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings.

【0034】本発明に使用することができる半導体基板
は、特に限定されないが、シリコン基板が好ましい。ま
た、半導体基板は、P型またはN型の導電型を有してい
ても良い。なお、各実施の形態では、Nチャネル型の素
子を中心に説明するが、不純物の導電型を反対にするこ
とによりPチャネル型の素子を形成することができる。 (実施の形態1)本実施の形態1の半導体記憶装置は、
上記従来技術のメモリセルアレイにおいて、第3ビット
線となるウェル領域の不純物濃度を濃くすることによ
り、上記ウェル領域の抵抗を低減させたものである。
The semiconductor substrate that can be used in the present invention is not particularly limited, but a silicon substrate is preferable. Further, the semiconductor substrate may have a P-type or N-type conductivity. In each of the embodiments, an N-channel type element is mainly described, but a P-channel type element can be formed by reversing the conductivity types of impurities. (First Embodiment) A semiconductor memory device according to the first embodiment is
In the above-mentioned conventional memory cell array, the resistance of the well region is reduced by increasing the impurity concentration of the well region which becomes the third bit line.

【0035】本実施の形態1の半導体記憶装置を、図1
〜図4を用いて説明する。図1は本実施の形態1の半導
体記憶装置を、メモリトランジスタワード線に沿って切
断した時の断面図であり、図2はビット線方向に切断し
た時の断面図である。図3は本実施の形態1の半導体記
憶装置の回路図である。また、図4は、本実施の形態1
の半導体記憶装置を形成する手順を説明するものであ
る。
The semiconductor memory device of the first embodiment is shown in FIG.
~ It demonstrates using FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor memory device of the first embodiment taken along the memory transistor word line, and FIG. 2 is a sectional view taken along the bit line direction. FIG. 3 is a circuit diagram of the semiconductor memory device according to the first embodiment. Further, FIG. 4 shows the first embodiment.
The procedure for forming the semiconductor memory device is described.

【0036】まず、図1、図2および図3により本実施
の形態1の半導体記憶装置の構成を説明する。
First, the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3.

【0037】半導体基板351上にはN型の深いウェル
領域331が形成されている。N型の深いウェル領域3
31上には、P型の浅いウェル領域332が形成されて
いる。P型の浅いウェル領域332は素子分離領域31
6およびN型の深いウェル領域331によって帯状に分
離され、第3ビット線PW0、PW1、PW2を構成し
ている。
An N type deep well region 331 is formed on the semiconductor substrate 351. N-type deep well region 3
A P-type shallow well region 332 is formed on 31. The P-type shallow well region 332 is the element isolation region 31.
6 and N-type deep well regions 331 are separated into strips to form third bit lines PW0, PW1 and PW2.

【0038】P型のウェル領域332上にはゲート絶縁
膜322を介してフローティングゲート321が形成さ
れている。上記フローティングゲート321上には、絶
縁膜323を介してコントロールゲート311が形成さ
れている。上記コントロールゲート311は第3ビット
線に対して交差して(好ましくは垂直方向に交差)延びて
メモリトランジスタワード線MW0,MW1,MW2を
構成している。上記第3ビット線と上記コントロールゲ
ートとが交わる領域で、メモリトランジスタ391が形
成されている。
A floating gate 321 is formed on the P-type well region 332 via a gate insulating film 322. A control gate 311 is formed on the floating gate 321 via an insulating film 323. The control gate 311 extends crossing (preferably perpendicularly crossing) the third bit line to form memory transistor word lines MW0, MW1, MW2. A memory transistor 391 is formed in a region where the third bit line intersects with the control gate.

【0039】上記P型のウェル領域332上にはまた、
ゲート絶縁膜322を介して選択ゲート電極361が形
成されている。上記選択ゲート電極361上には、絶縁
膜323を介してダミー電極362が形成されている。
上記選択ゲート電極361と上記ダミー電極362と
は、図示しないが、電気的に接続されて一体となってお
り、上記メモリトランジスタワード線と並行に延びて選
択トランジスタワード線SW0,SW1,SW2を構成
している。上記第3ビット線と上記ダミー電極とが交わ
る領域で、選択トランジスタ392が形成されている。
On the P-type well region 332,
A select gate electrode 361 is formed with a gate insulating film 322 interposed therebetween. A dummy electrode 362 is formed on the select gate electrode 361 via an insulating film 323.
Although not shown, the select gate electrode 361 and the dummy electrode 362 are electrically connected and integrated, and extend in parallel with the memory transistor word line to form select transistor word lines SW0, SW1, SW2. is doing. A selection transistor 392 is formed in a region where the third bit line intersects with the dummy electrode.

【0040】メモリトランジスタ391のソース拡散層
364は、図示しないが、上部メタル配線からなり第3
ビット線と並行に延びるソース線(第2ビット線)に接
続されている。また、選択トランジスタ392のドレイ
ン拡散層363は、図示しないが、上部メタル配線から
なり第3ビット線と並行に延びるドレイン線(第1ビッ
ト線)に接続されている。中間拡散層365は、メモリ
トランジスタ391のドレイン領域と、選択トランジス
タ392のソース領域とを兼ねている。これにより、第
1ビット線と第2ビット線との間にメモリトランジスタ
391と選択トランジスタ392が直列に接続されるこ
ととなる。なお、上記説明では説明の便宜上第2ビット
線をソース線とし、第1ビット線をドレイン線としてい
るが、逆であってもよい。
Although not shown, the source diffusion layer 364 of the memory transistor 391 is composed of an upper metal wiring and has a third structure.
It is connected to a source line (second bit line) extending in parallel with the bit line. Although not shown, the drain diffusion layer 363 of the selection transistor 392 is connected to a drain line (first bit line) formed of an upper metal wiring and extending in parallel with the third bit line. The intermediate diffusion layer 365 also serves as the drain region of the memory transistor 391 and the source region of the selection transistor 392. As a result, the memory transistor 391 and the selection transistor 392 are connected in series between the first bit line and the second bit line. In the above description, the second bit line is the source line and the first bit line is the drain line for convenience of description, but they may be reversed.

【0041】第3ビット線となるP型のウェル領域33
2内には、P型の不純物濃度が濃い領域332aが形成
されていて、第3ビット線の抵抗を低減している。P型
の不純物濃度が濃い領域332aの不純物濃度は、1×
1020cm-3以上であるのが好ましい。このとき、P型
の不純物濃度が濃い領域332aの比抵抗は約10-3Ω
cmとなるので、膜厚が100nmとするとシート抵抗
は1×102Ω/□となる。このとき、発明が解決しよ
うとする課題で挙げた例(第3ビット線1本当りの容量
が1×10−11Fであり、第3ビット線の長さが6×1
3Fとする)では、第3ビット線の遅延時間は約6×
10-6秒(6マイクロ秒)とすることができて、フラッ
シュメモリの典型的な書込み時間(10マイクロ秒)に
比べて短くすることができる。したがって、メモリの書
込み動作速度を十分高速にすることができる。したがっ
て、ウェル領域からなる第3ビット線の遅延によりメモ
リの書込み動作(および消去動作)が遅くなるのを防ぐ
ことができる。
A P-type well region 33 to be the third bit line.
A region 332a having a high P-type impurity concentration is formed in 2 to reduce the resistance of the third bit line. The impurity concentration of the region 332a having a high P-type impurity concentration is 1 ×
It is preferably 10 20 cm -3 or more. At this time, the specific resistance of the region 332a having a high P-type impurity concentration is about 10 −3 Ω.
cm, the sheet resistance is 1 × 10 2 Ω / □ when the film thickness is 100 nm. In this case, the invention example was mentioned problems to be solved (capacity of the first present per 3 bit lines is that 1 × 10- 11 F, the length of the third bit line 6 × 1
0 3 F), the delay time of the third bit line is about 6 ×
It can be set to 10 −6 seconds (6 microseconds), which is shorter than the typical write time (10 microseconds) of a flash memory. Therefore, the write operation speed of the memory can be made sufficiently high. Therefore, it is possible to prevent the memory write operation (and erase operation) from being delayed due to the delay of the third bit line formed of the well region.

【0042】ところで、図1および図2に示すように、
P型の浅いウェル領域332は、P型の不純物濃度の濃
い領域332aがP型の不純物濃度の薄い領域332
b,332cで挟まれている構造を有するのが好まし
い。このような構造によれば、P型の浅いウェル領域3
32の抵抗を十分小さくできるとともに、チャネル領域
の不純物濃度を適切に保って所望の閾値が容易に得ら
れ、更にはP型の浅いウェル領域332とソース拡散層
364、ドレイン拡散層363、中間拡散層365との
接合容量を小さく抑えることができる。更にまた、P型
の浅いウェル領域332とN型の深いウェル領域との接
合容量を小さく抑えることができる。したがって、ウェ
ル領域からなる第3ビット線の遅延を更に小さくし、消
費電力を抑制することができる。また、不純物濃度の濃
い領域332aはP型の不純物濃度の薄い領域332b
又は332cの一方を備えるだけでも上記効果の一部を
得ることが可能である。
By the way, as shown in FIG. 1 and FIG.
In the P-type shallow well region 332, a region 332a having a high P-type impurity concentration and a region 332 having a low P-type impurity concentration are included.
It is preferable to have a structure sandwiched between b and 332c. According to such a structure, the P-type shallow well region 3
The resistance of 32 can be made sufficiently small, a desired threshold value can be easily obtained by appropriately maintaining the impurity concentration of the channel region, and further, the P-type shallow well region 332, the source diffusion layer 364, the drain diffusion layer 363, and the intermediate diffusion can be obtained. The junction capacitance with the layer 365 can be suppressed low. Furthermore, the junction capacitance between the P-type shallow well region 332 and the N-type deep well region can be reduced. Therefore, it is possible to further reduce the delay of the third bit line formed of the well region and suppress the power consumption. The region 332a having a high impurity concentration is a region 332b having a low P-type impurity concentration.
Alternatively, it is possible to obtain some of the above effects by providing only one of 332c.

【0043】P型の浅いウェル領域332の一部が素子
分離領域316の上面より上に存しているのが好まし
い。こうすることにより、P型の浅いウェル領域332
全体としての厚さを変えることなく、P型の浅いウェル
領域332の下面の深さを浅くすることができる。それ
により、素子分離領域316を浅くすることができる。
素子分離領域316を浅くすることができれば、素子分
離領域形成時の絶縁膜の埋めこみ工程が容易になる。し
たがって、ウェル領域からなる第3ビット線の遅延が小
さな半導体記憶装置をより容易に形成することが可能に
なる。なお、P型の浅いウェル領域332のうち、素子
分離領域316の上面より上となる領域をウェル上部領
域、その他の領域をウェル下部領域とすると、上記ウェ
ル上部領域におけるP型の不純物濃度は、上記下部ウェ
ル領域におけるP型の不純物濃度より薄いのが好まし
い。これにより、チャネル領域の不純物濃度を適切に保
って所望の閾値が容易に得られ、更にはP型の浅いウェ
ル領域332とソース拡散層364、ドレイン拡散層3
63、中間拡散層365との接合容量を小さく抑えるこ
とができる。
A part of the P type shallow well region 332 preferably exists above the upper surface of the element isolation region 316. By doing so, the P-type shallow well region 332 is formed.
The depth of the lower surface of the P-type shallow well region 332 can be reduced without changing the overall thickness. Thereby, the element isolation region 316 can be made shallow.
If the element isolation region 316 can be made shallow, the step of filling the insulating film when forming the element isolation region becomes easy. Therefore, it is possible to more easily form a semiconductor memory device in which the delay of the third bit line formed of the well region is small. In the shallow P-type well region 332, if a region above the upper surface of the element isolation region 316 is a well upper region and the other regions are well lower regions, the P-type impurity concentration in the well upper region is It is preferable that the concentration is lower than the P-type impurity concentration in the lower well region. As a result, the impurity concentration of the channel region is appropriately maintained and a desired threshold value can be easily obtained.
63, the junction capacitance with the intermediate diffusion layer 365 can be suppressed small.

【0044】次に、本実施の形態1の半導体記憶装置を
作成する手順を、図4を用いて説明する。
Next, a procedure for manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0045】まず、図4(a)に示すように、半導体基
板351上に、N型の深いウェル領域331および素子
分離領域316を形成する。図4(a)では、N型の深
いウェル領域331は半導体基板表面まで形成されてい
るが、必ずしも表面付近まで形成されている必要はな
く、素子分離領域316の底面付近の深さに形成されて
いればよい。
First, as shown in FIG. 4A, an N type deep well region 331 and an element isolation region 316 are formed on a semiconductor substrate 351. In FIG. 4A, the N-type deep well region 331 is formed up to the surface of the semiconductor substrate, but it does not necessarily have to be formed near the surface and is formed at a depth near the bottom surface of the element isolation region 316. If you have.

【0046】次に、図4(b)に示すように、P型の浅
いウェル領域を形成する。P型の浅いウェル領域は、例
えばボロンイオンを注入することにより形成することが
できる。この際、P型の不純物濃度が濃い領域332a
の下に、P型の不純物濃度が薄い領域332cを形成し
ておくのが好ましい。なお、P型の浅いウェル領域とN
型の深いウェル領域との接合深さは、イオン注入条件と
その後の熱履歴により決まるが、P型の浅いウェル領域
が素子分離領域およびN型の深いウェル領域により電気
的に分離されるようにする。また、P型の不純物濃度が
濃い領域332aを形成した後には、結晶欠陥が多数発
生しているので、結晶欠陥回復のためのアニールを行な
うのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, a P-type shallow well region is formed. The P-type shallow well region can be formed by implanting boron ions, for example. At this time, a region 332a having a high P-type impurity concentration
It is preferable that a region 332c having a low P-type impurity concentration is formed underneath. The P-type shallow well region and N
The junction depth with the deep type well region is determined by the ion implantation conditions and the subsequent thermal history. The P type shallow well region is electrically isolated by the element isolation region and the N type deep well region. To do. Further, since a large number of crystal defects have occurred after forming the region 332a having a high P-type impurity concentration, it is preferable to perform annealing for recovering the crystal defects.

【0047】なお、上記P型の不純物濃度が濃い領域3
32aを形成する代りに、P型の不純物を通常の濃度
(例えば、1016〜1018cm-3)で含むP型の浅いウ
ェル領域を形成した後、上記P型の浅いウェル領域中に
金属イオンを注入し、メタル層を形成してもよい。ある
いは、上記P型の浅いウェル領域中に半導体原子と反応
性がある金属イオンを注入し、金属−半導体化合物層
(半導体基板としてシリコン基板を用いた場合はシリサ
イド層)を形成してもよい。上記方法によっても、P型
の浅いウェル領域中に低抵抗層を形成することができ
る。
The region 3 having a high P-type impurity concentration
Instead of forming 32a, a P-type shallow well region containing P-type impurities at a normal concentration (for example, 10 16 to 10 18 cm −3 ) is formed, and then a metal is formed in the P-type shallow well region. Ions may be implanted to form a metal layer. Alternatively, metal ions that are reactive with semiconductor atoms may be implanted into the P-type shallow well region to form a metal-semiconductor compound layer (a silicide layer when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate). Also by the above method, the low resistance layer can be formed in the P-type shallow well region.

【0048】次に、図4(c)に示すように、シリコン
基板の面方位を受け継いだ単結晶半導体膜を浅いウェル
領域上のみに選択的にエピタキシャル成長させる。上記
単結晶半導体膜を形成する際には、後に不純物濃度の制
御が容易になるように、導電型の不純物を与えるガスを
導入しないのが好ましい。シリコン基板を用い、シリコ
ン単結晶膜を形成する場合の手順を以下に示す。HF
(弗化水素酸)処理によりシリコン基板表面を清浄化し
た後、例えば、UHV−CVD装置(アネルバSRE−
612)を用いて、660℃で1sccm以上のSi2
6ガスを流すと、シリコン基板表面が露出した領域の
みにシリコン単結晶膜がエピタキシャル成長する。シリ
コン単結晶膜の膜厚は、例えば、30nm〜200nm
とすることができるが、この限りではない。
Next, as shown in FIG. 4C, a single crystal semiconductor film inheriting the plane orientation of the silicon substrate is selectively epitaxially grown only on the shallow well region. When forming the single crystal semiconductor film, it is preferable not to introduce a gas that gives impurities of a conductive type so that the impurity concentration can be easily controlled later. The procedure for forming a silicon single crystal film using a silicon substrate is shown below. HF
After cleaning the surface of the silicon substrate by (hydrofluoric acid) treatment, for example, a UHV-CVD apparatus (Anerva SRE-
612) at 660 ° C. and at least 1 sccm of Si 2
When H 6 gas is flowed, the silicon single crystal film is epitaxially grown only in the region where the surface of the silicon substrate is exposed. The film thickness of the silicon single crystal film is, for example, 30 nm to 200 nm
It can be, but is not limited to this.

【0049】浅いウェル領域上へ単結晶半導体膜を成長
させる方法としては、浅いウェル領域上のみに単結晶半
導体膜がエピタキシャル成長し、素子分離領域上では多
結晶半導体膜が堆積する条件を用いてもよい。シリコン
基板を用い、シリコン単結晶膜を形成する場合の手順を
以下に示す。HF処理によりシリコン基板表面を清浄化
した後、LPCVD(減圧化学的気相成長)法により、
例えば、580〜650℃、Si26もしくはSiH4
ガスが20〜100Paの条件でシリコン膜を堆積すれ
ば、シリコン基板表面が露出した領域には単結晶シリコ
ン膜を、それ以外の領域にはポリシリコン膜を形成する
ことができる。その後、弗化水素酸と、硝酸と、酢酸の
混合液により、ポリシリコン膜を選択的にエッチングす
ればよい。
As a method of growing the single crystal semiconductor film on the shallow well region, the condition that the single crystal semiconductor film is epitaxially grown only on the shallow well region and the polycrystalline semiconductor film is deposited on the element isolation region is used. Good. The procedure for forming a silicon single crystal film using a silicon substrate is shown below. After cleaning the surface of the silicon substrate by HF treatment, by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method,
For example, 580 to 650 ° C., Si 2 H 6 or SiH 4
If the silicon film is deposited under the condition of gas of 20 to 100 Pa, the single crystal silicon film can be formed in the region where the surface of the silicon substrate is exposed, and the polysilicon film can be formed in the other regions. After that, the polysilicon film may be selectively etched with a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid.

【0050】上記単結晶半導体膜は、P型の不純物濃度
が濃い領域332aからの不純物拡散や、後に行なう閾
値調整のための不純物イオン注入により、P型の不純物
濃度が薄い領域332bとなり、332aと332bと
332cとでP型の浅いウェル領域332を構成する。
しかしながら、P型の不純物濃度が薄い領域332b
は、P型の不純物濃度が濃い領域332aを形成した後
に形成されるので、不純物濃度が濃い領域332aから
の不純物拡散を最小限に抑えることができる。そのた
め、P型の浅いウェル領域とソース・ドレイン領域との
接合容量の低減、およびメモリ素子の閾値調整が容易と
なる。更には、P型の不純物濃度が薄い領域332bの
結晶は、P型の不純物濃度が濃い領域332aを形成す
る際のイオン注入によるダメージを受けない。したがっ
て、特性の良好なメモリ素子を形成することが可能とな
る。
The single crystal semiconductor film becomes a region 332b having a low P-type impurity concentration by diffusion of impurities from the region 332a having a high P-type impurity concentration and impurity ion implantation for adjusting a threshold value which will be performed later. P-type shallow well region 332 is formed by 332b and 332c.
However, the region 332b in which the P-type impurity concentration is low
Is formed after forming the P-type impurity-rich region 332a, it is possible to minimize the impurity diffusion from the impurity-rich region 332a. Therefore, it becomes easy to reduce the junction capacitance between the P-type shallow well region and the source / drain region and to adjust the threshold value of the memory element. Further, the crystal in the region 332b having a low P-type impurity concentration is not damaged by the ion implantation when forming the region 332a having a high P-type impurity concentration. Therefore, it is possible to form a memory element having good characteristics.

【0051】次に、公知の方法によりゲート絶縁膜、フ
ローティングゲート、コントロールゲート、上部配線等
を形成することにより半導体記憶装置が完成する。
Next, a semiconductor memory device is completed by forming a gate insulating film, a floating gate, a control gate, an upper wiring, etc. by a known method.

【0052】上記の手順は、本実施の形態1の半導体記
憶装置を形成するための具体的方法の例を与えるもので
ある。上記手順によれば、第3ビット線となる浅いウェ
ル領域の内部に不純物濃度の濃い領域を形成しつつ、上
記浅いウェル領域の上層部には十分に不純物濃度が薄
く、結晶欠陥の少ない領域を形成することができる。し
たがって、浅いウェル領域とソース・ドレイン領域との
接合容量の低減、およびメモリ素子の閾値調整が容易と
なり、特性のよいメモリ素子を作成することが可能とな
る。
The above procedure gives an example of a specific method for forming the semiconductor memory device of the first embodiment. According to the above procedure, a region having a high impurity concentration is formed inside the shallow well region serving as the third bit line, while a region having a sufficiently low impurity concentration and a small number of crystal defects is formed in the upper layer portion of the shallow well region. Can be formed. Therefore, the junction capacitance between the shallow well region and the source / drain region can be easily reduced, and the threshold value of the memory element can be easily adjusted, so that a memory element having excellent characteristics can be manufactured.

【0053】また、P型の浅いウェル領域中にメタル層
や金属−半導体化合物層を形成した場合であっても、上
記P型の浅いウェル領域の上層部は金属不純物や結晶欠
陥の少ない領域とすることができる。したがって、リー
ク電流の少ないメモリ素子を形成することが可能とな
る。
Even when a metal layer or a metal-semiconductor compound layer is formed in the P-type shallow well region, the upper layer portion of the P-type shallow well region is a region with few metal impurities and crystal defects. can do. Therefore, it is possible to form a memory element with a small leak current.

【0054】以上の説明から明らかなように、本実施の
形態1の半導体記憶装置は、素子分離領域で区分された
ウェル領域に、不純物を高濃度に含んだ領域を形成して
いるので、上記ウェル領域の抵抗を著しく小さくするこ
とができる。そのため、上記ウェル領域をメモリセルア
レイのビット線として用いた場合、このビット線の遅延
を著しく小さくすることができるので、書込み動作およ
び消去動作の高速化が阻害されるのを防ぐことができ
る。したがって、高速動作可能な半導体記憶装置が提供
される。 (実施の形態2)本実施の形態2の半導体記憶装置は、
素子分離領域で区分されたウェル領域をビット線として
用いたメモリセルアレイであって、ウェル領域の不純物
濃度を濃くすることにより上記ウェル領域の抵抗を低減
させ、かつ、メモリセルの面積が小さく高集積化が可能
なものである。
As is clear from the above description, in the semiconductor memory device of the first embodiment, the well region divided by the element isolation region has the region containing the impurity at a high concentration. The resistance of the well region can be significantly reduced. Therefore, when the well region is used as the bit line of the memory cell array, the delay of the bit line can be remarkably reduced, so that the speeding up of the write operation and the erase operation can be prevented from being hindered. Therefore, a semiconductor memory device that can operate at high speed is provided. (Second Embodiment) A semiconductor memory device according to the second embodiment is
A memory cell array using a well region divided by an element isolation region as a bit line, the resistance of the well region is reduced by increasing the impurity concentration of the well region, and the area of the memory cell is small and highly integrated. It is possible to make it.

【0055】本発明の実施の形態2について、図5〜図
9に基づいて説明すれば以下の通りである。
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0056】図5〜図9は、本発明の実施の形態となる
半導体記憶装置であるメモリセルアレイの概略図であ
る。図5は、平面の概略図である。図6は図5の切断面
線A−A’から見た断面図であり、図7は図5の切断面
線B−B’から見た断面図であり、図8は図5の切断面
線C−C’から見た断面図である。図9は、本発明の第
2の形態となる半導体記憶装置であるメモリセルアレイ
の回路図である。
5 to 9 are schematic views of a memory cell array which is a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic plan view. 6 is a sectional view taken along the section line AA ′ of FIG. 5, FIG. 7 is a sectional view taken along the section line BB ′ of FIG. 5, and FIG. 8 is a section surface of FIG. It is sectional drawing seen from the line CC '. FIG. 9 is a circuit diagram of a memory cell array which is a semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.

【0057】まず、本実施の形態の半導体記憶装置の構
成を図5〜図8に基づいて説明する。図5〜図8から分
かるように、半導体基板151上には、N型の深いウェ
ル領域131が形成されている。N型の深いウェル領域
131上には、P型の浅いウェル領域132が形成され
ている。さらに、複数の素子分離領域116が図5にお
ける横方向に蛇行して延びるように形成されている(図
5中で、それぞれ蛇行した帯状の領域に斜線を施してい
る)。素子分離領域116の縦方向のピッチは2F(F
は最小加工ピッチ)に設定されている。P型のウェル領
域132は、素子分離領域116およびN型の深いウェ
ル領域131によって、図5における横方向に蛇行して
延びる帯状に分離され、第3ビット線を構成している。
なお、P型の浅いウェル領域132は、P型の不純物濃
度の濃い領域132aがP型の不純物濃度の薄い領域1
32b,132cで挟まれた構造を有するのが好まし
い。また、P型の浅いウェル領域132の一部が素子分
離領域116の上面より上に存するのが好ましい。
First, the structure of the semiconductor memory device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. As can be seen from FIGS. 5 to 8, the N-type deep well region 131 is formed on the semiconductor substrate 151. A P-type shallow well region 132 is formed on the N-type deep well region 131. Further, a plurality of element isolation regions 116 are formed so as to extend meandering in the lateral direction in FIG. 5 (in FIG. 5, each meandering band-like region is shaded). The vertical pitch of the element isolation regions 116 is 2F (F
Is set to the minimum processing pitch). The P-type well region 132 is separated by the element isolation region 116 and the N-type deep well region 131 into a strip shape that meanders in the lateral direction in FIG. 5 to form a third bit line.
In the P-type shallow well region 132, the region 132a having a high P-type impurity concentration is the region 1 having a low P-type impurity concentration.
It is preferable to have a structure sandwiched between 32b and 132c. Further, it is preferable that a part of the P-type shallow well region 132 exists above the upper surface of the element isolation region 116.

【0058】図5〜図8を総合すれば分かるように、上
記P型の浅いウェル領域132の蛇行の各折り返し個所
(コンタクト114,115に対応する部分)に、それ
ぞれ不純物拡散領域としてのN+拡散層134が形成さ
れている。各N+拡散層134は、このメモリの使用時
にビット線による選択に応じてソース領域またはドレイ
ン領域として働く。その時、隣り合うN+拡散層134
の間の領域がそれぞれチャネル領域となる。
As can be seen from the combination of FIG. 5 to FIG. 8, N + as impurity diffusion regions are formed at the respective folding points (portions corresponding to the contacts 114 and 115) of the meandering of the P-type shallow well region 132. A diffusion layer 134 is formed. Each N + diffusion layer 134 acts as a source region or a drain region depending on the selection by the bit line when using this memory. At that time, adjacent N + diffusion layers 134
The regions between the two become the channel regions.

【0059】ポリシリコンからなる複数のワード線11
1が、素子分離領域116が延びる方向に対して交差し
て(図5における縦方向、好ましくは垂直方向)ストレ
ートに延びるように形成されている。ワード線111の
横方向のピッチは2Fに設定されている。ワード線11
1で覆われているP型の浅いウェル領域132の上部
は、チャネル領域となっている。チャネル領域とワード
線111とは、トンネル酸化膜122、フローティング
ゲート121、およびシリコン酸化膜123からなる積
層膜により隔てられている。このチャネル領域上でワー
ド線111がコントロールゲートの役割を果たしてい
る。
A plurality of word lines 11 made of polysilicon
1 is formed so as to extend straight (crosswise to the direction in which the element isolation region 116 extends (vertical direction in FIG. 5, preferably vertical direction)). The horizontal pitch of the word lines 111 is set to 2F. Word line 11
The upper portion of the P-type shallow well region 132 covered with 1 serves as a channel region. The channel region and the word line 111 are separated by a laminated film including a tunnel oxide film 122, a floating gate 121, and a silicon oxide film 123. The word line 111 plays the role of a control gate on this channel region.

【0060】第1層メタルからなる複数の第1ビット線
112が、ワード線111に対して交差して(図5にお
ける横方向)ストレートに延びるように形成されてい
る。第1ビット線112の縦方向のピッチは2Fに設定
され、同一のP型の浅いウェル領域132内で蛇行の片
側(図5では山側)の折り返し個所に設けられたN+
散層134上を通るように設けられている。この第1ビ
ット線112とその直下に存するN+拡散層134と
は、横方向に関してピッチ4Fで、第1ビット線コンタ
クト114により接続されている。また、第2層メタル
からなる複数の第2ビット線113が、第1ビット線1
12と同じ方向で第1ビット線の隙間となる位置に、第
1ビット線と並行にストレートに延びるように形成され
ている。第2ビット線113の縦方向ピッチは2Fに設
定され、同一のP型の浅いウェル領域132内で蛇行の
他方の側(図5では谷側)の折り返し個所に設けられた
+拡散層134上を通るように設けられている。この
第2ビット線133とその直下に存するN+拡散層13
4とは、横方向に関してピッチ4Fで、第2ビット線コ
ンタクト115により接続されている。第1および第2
のビット線112,113は、互いに層間絶縁膜141
で分離され、上述のようにそれぞれ必要なところでコン
タクト114,115を介してN+拡散層134に接続
されている。
A plurality of first bit lines 112 made of the first layer metal are formed so as to intersect the word lines 111 (horizontal direction in FIG. 5) and extend straight. The vertical pitch of the first bit lines 112 is set to 2F, and the first bit lines 112 are set on the N + diffusion layer 134 provided at the folding point on one side (the mountain side in FIG. 5) of the meander in the same P-type shallow well region 132. It is provided to pass through. The first bit line 112 and the N + diffusion layer 134 immediately below the first bit line 112 are connected by a first bit line contact 114 at a pitch of 4F in the horizontal direction. Further, the plurality of second bit lines 113 made of the second layer metal are connected to the first bit line 1
It is formed so as to extend straight in parallel with the first bit line at a position which becomes the gap of the first bit line in the same direction as 12. The vertical pitch of the second bit lines 113 is set to 2F, and the N + diffusion layer 134 provided at the folded portion on the other side (valley side in FIG. 5) of the meander in the same P-type shallow well region 132. It is provided to pass above. The second bit line 133 and the N + diffusion layer 13 immediately below it
4 are connected by a second bit line contact 115 at a pitch of 4F in the horizontal direction. First and second
The bit lines 112 and 113 of the
And are connected to the N + diffusion layer 134 via the contacts 114 and 115, respectively, as required, as described above.

【0061】上記構成によれば、1つのメモリセルは図
7中に二点鎖線で示す平行四辺形191で表され、その
面積は4F2である。
According to the above structure, one memory cell is represented by a parallelogram 191 indicated by a chain double-dashed line in FIG. 7, and its area is 4F 2 .

【0062】次に、本実施の形態の半導体記憶装置の回
路構成を図9に基づいて説明する。このメモリセルアレ
イは、いわゆるAND型で配列されている。すなわち、
一本の第1ビット線と一本の第2ビット線が一対をなし
ており、これらのビット線の間にn個のメモリ素子が並
列に接続されている。図9では、例えば1番目のビット
線対の第1ビット線をBa1、1番目のビット線対の第
2ビット線をBb1と表記している。さらに、上記ビッ
ト線対に接続されたメモリ素子が共有するP型の浅いウ
ェル領域は、第3ビット線となっている。図9では、例
えば1番目のビット線対に付随する第3ビット線をBw
1と表記している。また、例えば1番目のビット線対接
続されているn番目のメモリセルをM1nと表記してい
る。各ビット線には選択トランジスタが設けられてい
る。図9では、例えば1番目のビット線対の第1ビット
線選択トランジスタをSTBa1と表記している。ま
た、n本のワード線が、各ビット線と垂直方向に走り、
メモリセルのゲート間を接続している。図9では、各ワ
ード線をW1〜Wnで表記している。
Next, the circuit configuration of the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG. This memory cell array is arranged in a so-called AND type. That is,
One first bit line and one second bit line form a pair, and n memory elements are connected in parallel between these bit lines. In FIG. 9, for example, the first bit line of the first bit line pair is shown as Ba1, and the second bit line of the first bit line pair is shown as Bb1. Further, the P-type shallow well region shared by the memory elements connected to the bit line pair is the third bit line. In FIG. 9, for example, the third bit line associated with the first bit line pair is Bw.
It is written as 1. Further, for example, the nth memory cell connected to the first bit line pair is represented as M1n. A selection transistor is provided in each bit line. In FIG. 9, for example, the first bit line selection transistor of the first bit line pair is represented as STBa1. In addition, n word lines run in the direction perpendicular to each bit line,
The gates of the memory cells are connected together. In FIG. 9, each word line is represented by W1 to Wn.

【0063】次に、本実施の形態の半導体記憶装置の動
作例を、図9に基づいて説明する。例としてメモリ素子
の閾値の低い状態を書き込み状態とし、メモリセルの閾
値の高い状態を消去状態とする。また、例として、第1
ビット線にドレイン領域が接続され、第2ビット線にソ
ース領域が接続されているとする。図9において、メモ
リセルM12に書込む場合、ワード線W2に負電圧(例
えば−8V)を印加し、第1ビット線Ba1および第3
ビット線Bw1に正電圧(例えば6V)を印加し、さら
に選択トランジスタSTBa1およびSTBw1をオン
状態にする。この時、選択トランジスタSTBb1はオ
フ状態とする(ソース領域はオープンとなる)。こうす
ることにより、メモリセルM12のコントロールゲート
とドレイン領域およびチャネル領域との間に高電圧がか
かり、FN(ファウラーノルドハイム)トンネリングに
よりフローティングゲートから電子が引き抜かれ、書込
みが行なわれる。
Next, an operation example of the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG. As an example, let us say that the low threshold state of the memory element is the write state, and the high threshold state of the memory cell is the erase state. Also, as an example, the first
It is assumed that the drain region is connected to the bit line and the source region is connected to the second bit line. In FIG. 9, when writing to the memory cell M12, a negative voltage (for example, −8 V) is applied to the word line W2, and the first bit line Ba1 and the third bit line Ba1 are applied.
A positive voltage (for example, 6V) is applied to the bit line Bw1, and the selection transistors STBa1 and STBw1 are turned on. At this time, the selection transistor STBb1 is turned off (the source region is open). By doing so, a high voltage is applied between the control gate of the memory cell M12 and the drain region and channel region, and electrons are extracted from the floating gate by FN (Fowler Nordheim) tunneling, and writing is performed.

【0064】一方消去は、図9においてメモリセルM1
2を消去する場合、ワード線W2に正電圧(例えば10
V)を印加し、第2ビット線Bb1に負電圧(例えば−
8V)を印加し、選択トランジスタSTBb1をオン状
態にする。この時、選択トランジスタSTBa1はオフ
状態にする(ドレイン領域はオープンとなる)。この時
さらに、第3ビット線Bw1には−8Vを印加し、選択
トランジスタSTBw1をオン状態にする。ここで、例
えば他の第3ビット線および他の第2ビット線に接地電
位を印加し、それぞれの選択トランジスタをオンにす
る。こうすることにより、メモリセルM12のコントロ
ールゲートとソース領域およびチャネル領域との間のみ
に高電圧がかかり、FNトンネリングによりフローティ
ングゲートへ電子が注入され、メモリセルM12が単独
で消去される。
On the other hand, erasing is performed by the memory cell M1 in FIG.
2 is erased, a positive voltage (for example, 10
V) is applied, and a negative voltage (for example, −) is applied to the second bit line Bb1.
8V) is applied to turn on the select transistor STBb1. At this time, the selection transistor STBa1 is turned off (the drain region is open). At this time, -8V is further applied to the third bit line Bw1 to turn on the selection transistor STBw1. Here, for example, the ground potential is applied to the other third bit line and the other second bit line to turn on the respective selection transistors. By doing so, a high voltage is applied only between the control gate and the source region and channel region of the memory cell M12, electrons are injected into the floating gate by FN tunneling, and the memory cell M12 is erased alone.

【0065】上記説明で明らかなように、本実施の形態
の半導体記憶装置は1ビット毎の書込みおよび消去が可
能である。1ビット毎の書込みおよび消去が可能となっ
た理由は、ウェル領域を第3のビット線としてビット線
毎に独立の電位を与えることを可能にしたためである。
As is clear from the above description, the semiconductor memory device of the present embodiment is capable of writing and erasing bit by bit. The reason why writing and erasing can be performed for each bit is that it is possible to apply an independent potential to each bit line using the well region as a third bit line.

【0066】また、図9においてメモリセルM12のデ
ータの読出しは、ワード線W2に正電圧(例えば3V)
を印加し、第1ビット線Ba1に正電圧(例えば1V)
を印加し、さらに選択トランジスタSTBa1をオン状
態にする。この時、第2ビット線Bb1は接地電位と
し、選択トランジスタSTBb1はオン状態として、メ
モリセルM12のソースを接地電位とする。こうするこ
とにより、メモリセルM12のデータを読み出すことが
できる。
Further, in FIG. 9, when reading data from the memory cell M12, a positive voltage (for example, 3 V) is applied to the word line W2.
To apply a positive voltage (eg, 1 V) to the first bit line Ba1.
Is applied to turn on the selection transistor STBa1. At this time, the second bit line Bb1 is set to the ground potential, the selection transistor STBb1 is turned on, and the source of the memory cell M12 is set to the ground potential. By doing so, the data in the memory cell M12 can be read.

【0067】なお、書込み、消去、読出しにおける各ノ
ードの電圧設定は、上記の電圧に限られるものではな
い。
The voltage setting of each node in writing, erasing and reading is not limited to the above voltage.

【0068】本実施の形態2の半導体記憶装置を形成す
る手順は、実施の形態1で説明した手順と同様である。
The procedure for forming the semiconductor memory device of the second embodiment is similar to the procedure described in the first embodiment.

【0069】本実施の形態2の半導体記憶装置であるメ
モリセルアレイは、実施の形態1のメモリセルアレイと
同様に、素子分離領域により分離されたウェル領域がビ
ット線の機能を持ち、上記ウェル領域内には導電性を与
える不純物濃度が濃い領域が形成されている。そのた
め、上記ビット線の遅延を著しく小さくすることができ
るので、書込み動作および消去動作の高速化が阻害され
るのを防ぐことができる。また、本実施の形態2の半導
体記憶装置であるメモリセルアレイは、1つのメモリセ
ルの面積が4F2と非常に小さいため、高集積化が可能
である。更にまた、本実施の形態2の半導体記憶装置で
あるメモリセルアレイは、1ビット毎の書込みおよび消
去が可能である。したがって、高速動作、高集積化、お
よび1ビット毎の書込みおよび消去が可能な半導体記憶
装置が提供される。 (実施の形態3)本実施の形態3の半導体記憶装置は、
本実施の形態2の半導体記憶装置において、第1,第2
ビット線の一方を共通のプレート電極とすることによ
り、構造を単純化したものである。
In the memory cell array which is the semiconductor memory device of the second embodiment, the well region isolated by the element isolation region functions as a bit line as in the memory cell array of the first embodiment. In this region, a region having a high concentration of impurities giving conductivity is formed. Therefore, since the delay of the bit line can be remarkably reduced, it is possible to prevent the speeding up of the write operation and the erase operation from being hindered. Further, the memory cell array, which is the semiconductor memory device of the second embodiment, can be highly integrated because the area of one memory cell is as small as 4F 2 . Furthermore, the memory cell array, which is the semiconductor memory device of the second embodiment, is capable of writing and erasing bit by bit. Therefore, a semiconductor memory device capable of high-speed operation, high integration, and writing and erasing bit by bit is provided. (Third Embodiment) A semiconductor memory device according to the third embodiment is
In the semiconductor memory device according to the second embodiment, the first, second
The structure is simplified by using one of the bit lines as a common plate electrode.

【0070】本発明の実施の形態3について、図10〜
図16に基づいて説明すれば以下の通りである。
FIG. 10 shows the third embodiment of the present invention.
It will be described below with reference to FIG.

【0071】図10〜図12は、本実施の形態の半導体
記憶装置であるメモリセルアレイの概略図である。図1
0は、平面の概略図である。図11は図10の切断面線
A−A’から見た断面図であり、図12は図10の切断
面線B−B’から見た断面図である。
10 to 12 are schematic views of a memory cell array which is the semiconductor memory device of the present embodiment. Figure 1
0 is a schematic view of a plane. 11 is a sectional view taken along the section line AA 'in FIG. 10, and FIG. 12 is a sectional view taken along the section line BB' in FIG.

【0072】まず、本実施の形態の半導体記憶装置の構
成を図10〜図12に基づいて説明する。図10〜図1
2から分かるように、半導体基板251上には、N型の
深いウェル領域231が形成されている。N型の深いウ
ェル領域231上には、P型の浅いウェル領域232が
形成されている。さらに、複数の素子分離領域216が
図10における横方向にストレートに延びるように形成
されている(図10中で、それぞれ帯状の領域に斜線を
施している)。素子分離領域216の縦方向のピッチは
2F(Fは最小加工ピッチ)に設定されている。P型の
浅いウェル領域232は、素子分離領域216および絶
縁膜252によって、図10における横方向にストレー
トに延びる帯状に分離され、第3ビット線を構成してい
る。なお、P型の浅いウェル領域232は、P型の不純
物濃度の濃い領域232aがP型の不純物濃度の薄い領
域232b,232cで挟まれた構造を有するのが好ま
しい。また、P型の浅いウェル領域232の一部が素子
分離領域216の上面より上に存するのが好ましい。
First, the structure of the semiconductor memory device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 1
As can be seen from 2, the N-type deep well region 231 is formed on the semiconductor substrate 251. A P-type shallow well region 232 is formed on the N-type deep well region 231. Further, a plurality of element isolation regions 216 are formed so as to extend straight in the horizontal direction in FIG. 10 (in FIG. 10, each band-shaped region is shaded). The vertical pitch of the element isolation regions 216 is set to 2F (F is the minimum processing pitch). The P-type shallow well region 232 is separated by the element isolation region 216 and the insulating film 252 into a strip shape that extends straight in the horizontal direction in FIG. 10 to form a third bit line. The P-type shallow well region 232 preferably has a structure in which a P-type high impurity concentration region 232a is sandwiched between P-type low impurity concentration regions 232b and 232c. Further, it is preferable that a part of the P-type shallow well region 232 exists above the upper surface of the element isolation region 216.

【0073】ポリシリコンからなる複数のワード線21
1が、素子分離領域116が延びる方向に対し交差して
(図10における縦方向、好ましくは垂直方向)ストレ
ートに延びるように形成されている。ワード線211の
横方向のピッチは2Fに設定されている。ワード線21
1で覆われているP型の浅いウェル領域232の上部
は、チャネル領域となっている。チャネル領域とワード
線211とは、フローティングゲート221を含む絶縁
膜224により隔てられている。このチャネル領域上で
ワード線211がコントロールゲートの役割を果たして
いる。
A plurality of word lines 21 made of polysilicon
1 is formed so as to extend straight (crosswise to the direction in which the element isolation region 116 extends (vertical direction in FIG. 10, preferably vertical direction)). The horizontal pitch of the word lines 211 is set to 2F. Word line 21
The upper portion of the P-type shallow well region 232 covered with 1 serves as a channel region. The channel region and the word line 211 are separated by the insulating film 224 including the floating gate 221. The word line 211 plays the role of a control gate on this channel region.

【0074】図10〜図12を総合すれば分かるよう
に、P型の浅いウェル領域232の上部であってチャネ
ル領域以外の領域にはN+拡散層234が形成されてい
る。各N+拡散層234は、このメモリの使用時にビッ
ト線による選択に応じてソース領域またはドレイン領域
として働く。その時、隣り合うN+拡散層234の間の
領域がそれぞれチャネル領域となる。
As can be seen from the combination of FIGS. 10 to 12, an N + diffusion layer 234 is formed in the region above the P-type shallow well region 232 and other than the channel region. Each N + diffusion layer 234 functions as a source region or a drain region depending on the selection by the bit line when using this memory. At that time, the regions between the adjacent N + diffusion layers 234 become the channel regions, respectively.

【0075】第1層メタルからなる複数の第1ビット線
212が、ワード線211に対して交差して(図10に
おける横方向)ストレートに延びるように形成されてい
る。第1ビット線212の縦方向のピッチは2Fに設定
され、P型の浅いウェル領域232の上を通るように設
けられている。この第1ビット線212とその下方に存
するN+拡散層234とは、横方向に関してピッチ4F
で、第1ビット線コンタクト214により接続されてい
る。第1ビット線212と接続されたN+拡散層234
は、ソース・ドレイン領域の一方となる。また、ポリシ
リコン膜からなるプレート電極217は、第1ビット線
コンタクト214が接続されないN+拡散層234と接
続されている。プレート電極217と接続されたN+
散層234は、ソース・ドレイン領域の他方となる。プ
レート電極217は、第1ビット線コンタクト214が
存する領域では孔218が開けられている。
A plurality of first bit lines 212 made of the first-layer metal are formed so as to intersect the word lines 211 (horizontal direction in FIG. 10) and extend straight. The vertical pitch of the first bit lines 212 is set to 2F and is provided so as to pass over the P-type shallow well region 232. The first bit line 212 and the N + diffusion layer 234 existing below the first bit line 212 have a pitch of 4F in the horizontal direction.
Therefore, they are connected by the first bit line contact 214. N + diffusion layer 234 connected to the first bit line 212
Is one of the source / drain regions. The plate electrode 217 made of a polysilicon film is connected to the N + diffusion layer 234 to which the first bit line contact 214 is not connected. The N + diffusion layer 234 connected to the plate electrode 217 becomes the other of the source / drain regions. A hole 218 is formed in the plate electrode 217 in the region where the first bit line contact 214 is present.

【0076】上述の様に、本実施の形態3の半導体記憶
装置は、実施の形態2の半導体記憶装置における第1,
第2ビット線の一方(上の例では第2ビット線)を共通
のプレート電極としているから、素子分離領域および第
3ビット線を直線状にすることができるのである。した
がって、メモリセルアレイの構造を単純化することがで
きる。上記構成によれば、1つのメモリセルは図12中
に二点鎖線で示す矩形291で表され、その面積は4F
2である。
As described above, the semiconductor memory device according to the third embodiment is the same as the semiconductor memory device according to the second embodiment.
Since one of the second bit lines (the second bit line in the above example) is a common plate electrode, the element isolation region and the third bit line can be made linear. Therefore, the structure of the memory cell array can be simplified. According to the above configuration, one memory cell is represented by a rectangle 291 indicated by a chain double-dashed line in FIG. 12, and its area is 4F.
Is 2 .

【0077】メモリセルアレイは、図13〜図15(図
10〜図12と同じ部品番号を使用)に示す形状であっ
てよい。図13〜図15に示すメモリセルアレイの場合
にはプレート電極217が短冊状を成しており、この短
冊型のプレート電極217がワード線211と同じ方向
にピッチ4Fで並行に配列されている。そして、第1ビ
ット線コンタクト214は、プレート電極217の無い
領域(プレート電極217間)で上記ソース・ドレイン
領域の一方と接続されて、ワード線211の延在方向に
ピッチ2Fで直線的に並んでいる。
The memory cell array may have the shape shown in FIGS. 13 to 15 (using the same part number as in FIGS. 10 to 12). In the case of the memory cell array shown in FIGS. 13 to 15, the plate electrodes 217 have a strip shape, and the strip plate electrodes 217 are arranged in parallel in the same direction as the word lines 211 at a pitch of 4F. The first bit line contacts 214 are connected to one of the source / drain regions in a region where the plate electrode 217 is not present (between the plate electrodes 217), and are linearly arranged at a pitch 2F in the extending direction of the word lines 211. I'm out.

【0078】次に、本実施の形態の半導体記憶装置の回
路構成を図16に基づいて説明する。本実施の形態3の
メモリセルアレイの回路構成が、本実施の形態2のメモ
リセルアレイの回路構成と異なるのは、第2ビット線が
共通のプレート電極(Pltと表記)となっていること
である。なお、図16では選択トランジスタは省略して
いる。
Next, the circuit configuration of the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG. The circuit configuration of the memory cell array of the third embodiment differs from the circuit configuration of the memory cell array of the second embodiment in that the second bit line is a common plate electrode (denoted as Plt). . The selection transistor is omitted in FIG.

【0079】本実施の形態3の半導体記憶装置を形成す
る手順は、プレート電極の形成を除いては実施の形態1
で説明した手順と同様である。
The procedure for forming the semiconductor memory device of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that the plate electrode is formed.
The procedure is the same as that described in.

【0080】本実施の形態3のメモリセルアレイは、実
施の形態2のメモリセルアレイにおける第1,第2ビッ
ト線のいずれか一方を共通のプレート電極としているか
ら、メモリセルアレイの構造を単純化することができ
る。したがって、実施の形態2のメモリセルアレイで得
られる効果に加えて、歩留りの向上が達成される。 (実施の形態4)本実施の形態は、上記第2または第3
の実施の形態の半導体記憶装置におけるメモリ機能膜と
して、電荷をトラップする膜を用いた半導体記憶装置に
関する。本実施の形態の半導体記憶装置におけるメモリ
セルアレイの基本的構造は、図5〜図8、図10〜1
1、図13〜図15のいずれかと同じである。また、そ
の回路図は、図9または図16と同じである。したがっ
て、上記メモリセルアレイの基本構造および回路動作に
ついての説明は省略する。
Since the memory cell array of the third embodiment uses either one of the first and second bit lines in the memory cell array of the second embodiment as a common plate electrode, the structure of the memory cell array should be simplified. You can Therefore, in addition to the effect obtained by the memory cell array of the second embodiment, improvement in yield is achieved. (Embodiment 4) This embodiment is the same as the second or third embodiment.
The present invention relates to a semiconductor memory device using a film for trapping charges as a memory functional film in the semiconductor memory device of the above embodiment. The basic structure of the memory cell array in the semiconductor memory device of this embodiment is shown in FIGS.
1 and any of FIGS. 13 to 15. The circuit diagram thereof is the same as that of FIG. 9 or FIG. Therefore, description of the basic structure and circuit operation of the memory cell array is omitted.

【0081】図17は、図9または図16のメモリセル
M12を構成するメモリ素子の模式的な断面図である。
51は半導体基板、31はN型の深いウェル領域、32
はP型の深いウェル領域、32aはP型の不純物の濃い
領域、32b,32cはP型の不純物濃度の薄い領域、
16は素子分離領域、34はN+拡散層、11はコント
ロールゲート、W2はワード線、Ba1は第1ビット
線、Bb1は第2ビット線(図18ではプレート電極P
lt)、Bw1は第3ビット線をそれぞれ表している。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a memory element forming the memory cell M12 of FIG. 9 or 16.
51 is a semiconductor substrate, 31 is an N-type deep well region, 32
Is a deep P-type well region, 32a is a region having a high concentration of P-type impurities, 32b and 32c are regions having a low concentration of P-type impurities,
16 is an element isolation region, 34 is an N + diffusion layer, 11 is a control gate, W2 is a word line, Ba1 is a first bit line, and Bb1 is a second bit line (in FIG. 18, the plate electrode P).
lt) and Bw1 represent the third bit lines, respectively.

【0082】上記P型の浅いウェル領域32のチャネル
領域とコントロールゲート11との間に、メモリ機能膜
として機能する電荷トラップ膜58が形成されている。
ここで、上記電荷トラップ膜とは、例えば、Si24
SiO2膜やSiO22/Si 24/SiO2膜(ONO
膜)である。なお、これを用いた素子としては、例え
ば、MNOS、SNOS、SONOS等が挙げられる。
ここでは、シリコン窒化膜をSi24とし、シリコン酸
化膜をSiO2としているが、これによって各元素の成
分比が限定されるものではない。また、電荷トラップ膜
58の代りにヒステリシス特性を有する強誘電メモリ膜
を用いても良い。
Channel of the P-type shallow well region 32
A memory function film is provided between the region and the control gate 11.
A charge trap film 58 that functions as is formed.
Here, the charge trap film is, for example, Si.2NFour/
SiO2Film or SiO22 / Si 2NFour/ SiO2Membrane (ONO
Membrane). As an element using this, for example,
For example, MNOS, SNOS, SONOS, etc. may be mentioned.
Here, the silicon nitride film is2NFourAnd silicon acid
SiO 22However, due to this, the composition of each element
The ratio is not limited. In addition, the charge trap film
Ferroelectric memory film having hysteresis characteristics instead of 58
May be used.

【0083】電荷保持のために電荷をトラップする膜を
用いた場合には、上記フローティングゲートして導電体
膜を使用した上記実施の形態2、3の半導体記憶装置に
比べて記憶電荷の漏れの問題が軽減される。したがっ
て、素子の信頼性を向上することができる。 (実施の形態5)本実施の形態は、上記第2または第3
の実施の形態の半導体記憶装置におけるフローティング
ゲート121、221として、ナノメートルオーダーの
寸法を有する半導体または導体から成る微粒子(以下、
離散ドットという)を用いた半導体記憶装置に関する。
本実施の形態の半導体記憶装置におけるメモリセルアレ
イの基本的構造は、図5〜図8、図10〜11、図13
〜図15のいずれかと同じである。また、その回路図
は、図9または図16と同じである。したがって、上記
メモリセルアレイの基本構造および回路動作についての
説明は省略する。
When a film that traps charges for holding charges is used, there is less leakage of stored charges than in the semiconductor memory devices of the second and third embodiments in which a conductor film is used as the floating gate. The problem is alleviated. Therefore, the reliability of the device can be improved. (Embodiment 5) This embodiment is the same as the second or third embodiment.
As the floating gates 121 and 221 in the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, fine particles composed of a semiconductor or a conductor having a dimension of nanometer order
A semiconductor memory device using discrete dots).
The basic structure of the memory cell array in the semiconductor memory device according to the present embodiment is shown in FIGS.
Is the same as any one of FIG. The circuit diagram thereof is the same as that of FIG. 9 or FIG. Therefore, description of the basic structure and circuit operation of the memory cell array is omitted.

【0084】図18は、図9または図16のメモリセル
M12を構成するメモリ素子の模式的な断面図である。
上記P型のウェル領域32のチャネル領域とコントロー
ルゲート11とを解離させる絶縁膜57中には、フロー
ティングゲートとして機能する離散ドット56が散点状
に形成されている。ここで、離散ドット56の一例とし
ては、絶縁膜57中に離散的に形成された導体または半
導体によるドットが挙げられる。例えば、シリコン酸化
膜中に形成されたシリコンドットや金属ドット等であ
る。
FIG. 18 is a schematic sectional view of a memory element forming the memory cell M12 of FIG. 9 or 16.
In the insulating film 57 that dissociates the channel region of the P-type well region 32 and the control gate 11, discrete dots 56 that function as floating gates are formed in a scattered manner. Here, as an example of the discrete dots 56, dots made of a conductor or a semiconductor discretely formed in the insulating film 57 can be cited. For example, it is a silicon dot or a metal dot formed in the silicon oxide film.

【0085】本実施の形態における半導体記憶装置の作
成手順について説明する。本実施の形態における半導体
記憶装置の作成手順は、上記実施の形態2における作成
手順とは、フローティングゲートの形成手順においての
み異なる。離散ドット状のフローティングゲートは、例
えば、チャネル領域上に形成した酸化膜上に、LPCV
D法によってシリコン微結晶を形成し、さらにCVD法
によって酸化膜を形成すればよい。
A procedure for manufacturing the semiconductor memory device according to this embodiment will be described. The manufacturing procedure of the semiconductor memory device in the present embodiment differs from the manufacturing procedure in the second embodiment only in the procedure of forming the floating gate. The discrete-dot-shaped floating gate is formed, for example, on the oxide film formed on the channel region by LPCV.
Silicon microcrystals may be formed by the D method, and then an oxide film may be formed by the CVD method.

【0086】なお、離散ドット56は、規則正しく配列
されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよ
い。また、図19のように3次元的に配列されていても
良い。更には、図20のように、フローティングゲート
は導電体膜59と離散ドット56とで構成されていても
よい。図21は、図20で示すメモリ素子のメモリ機能
膜をCV測定したものである。図中、VgはP型のウェ
ル領域32に対してコントロールゲート11に印加した
電圧を、Cは単位ゲート面積当りの容量をそれぞれ示し
ている。印加電圧Vgを例えば+3Vから−3Vに走査
し、その後−3Vから+3Vに走査したところ明瞭なヒ
ステリシス特性が得られた。これは、図21で示すメモ
リ素子がメモリ動作可能であることを示している。
The discrete dots 56 may be regularly arranged or may be randomly arranged. Further, they may be arranged three-dimensionally as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 20, the floating gate may be composed of a conductor film 59 and discrete dots 56. FIG. 21 shows the CV measurement of the memory function film of the memory device shown in FIG. In the figure, Vg represents the voltage applied to the control gate 11 with respect to the P-type well region 32, and C represents the capacitance per unit gate area. For example, when the applied voltage Vg was scanned from + 3V to -3V and then from -3V to + 3V, a clear hysteresis characteristic was obtained. This indicates that the memory element shown in FIG. 21 is capable of memory operation.

【0087】以上のごとく、本実施の形態における半導
体記憶装置によれば、フローティングゲートとして離散
ドット56を用いているので、上記フローティングゲー
トとして導電体膜を使用した上記実施の形態2、3の半
導体記憶装置に比べて記憶電荷の漏れの問題が軽減され
る。したがって、素子の信頼性を向上することができ
る。また、離散ドット56を用いたメモリ機能膜の一形
態である量子ドットメモリ機能膜を用いた場合、上記書
込みおよび消去に直接トンネリングを用いることができ
るため、低電圧動作によって素子の劣化を抑制し、信頼
性を向上することができるのである。更にまた、上記書
込みおよび消去に直接トンネリングを用いた場合、メモ
リ素子単体では上記書込みおよび消去に要する時間を大
幅に減少させることができるが、この時、ウェル領域か
らなるビット線の遅延時間を短くすることの効果はいっ
そう重要となる。したがって、本実施の形態の半導体記
憶装置によれば、ウェル領域からなるビット線の遅延時
間が短いことの利点を十分に生かすことが可能である。
As described above, according to the semiconductor memory device of the present embodiment, since the discrete dots 56 are used as the floating gate, the semiconductors of the second and third embodiments using the conductor film as the floating gate. The problem of leakage of stored charges is reduced as compared to the storage device. Therefore, the reliability of the device can be improved. Further, when the quantum dot memory function film, which is one form of the memory function film using the discrete dots 56, is used, since the tunneling can be directly used for the writing and erasing, deterioration of the element is suppressed by the low voltage operation. , Reliability can be improved. Furthermore, when the direct tunneling is used for the writing and erasing, the time required for the writing and erasing can be significantly reduced in the memory device alone, but at this time, the delay time of the bit line formed of the well region is shortened. The effect of doing is even more important. Therefore, according to the semiconductor memory device of the present embodiment, it is possible to take full advantage of the short delay time of the bit line formed of the well region.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上より明らかなように、第1の発明の
半導体記憶装置によれば、上記素子分離領域および上記
第1導電型の深いウェル領域によって互いに電気的に分
離された上記第2導電型の浅いウェル領域内には、第2
導電型を与える不純物を高濃度に含む領域が形成されて
いる。そのため、上記第2導電型の浅いウェル領域の抵
抗を著しく小さくすることができる。それゆえ、上記第
2導電型の浅いウェル領域をビット線として用いるメモ
リセルアレイにおいては、上記第2導電型の浅いウェル
領域からなるビット線の遅延を著しく小さくすることが
できるので、書込み動作および消去動作の高速化が阻害
されるのを防ぐことができる。したがって、高速動作可
能な半導体記憶装置が提供される。
As is apparent from the above, according to the semiconductor memory device of the first invention, the second conductivity type electrically isolated from each other by the element isolation region and the deep well region of the first conductivity type. In the shallow well region of the mold, a second
A region containing a high concentration of impurities imparting a conductivity type is formed. Therefore, the resistance of the second conductivity type shallow well region can be significantly reduced. Therefore, in the memory cell array in which the second-conductivity-type shallow well region is used as a bit line, the delay of the bit line formed of the second-conductivity-type shallow well region can be significantly reduced, and the write operation and the erase operation can be performed. It is possible to prevent the speeding up of the operation from being hindered. Therefore, a semiconductor memory device that can operate at high speed is provided.

【0089】1実施の形態によれば、上記第2導電型の
浅いウェル領域の抵抗を十分小さくできるとともに、チ
ャネル領域の不純物濃度を適切に保って所望の閾値が容
易に得られ、更には上記第2導電型の浅いウェル領域と
メモリ素子のソース・ドレイン領域との接合容量を小さ
く抑えることができる。また、上記第2導電型の浅いウ
ェル領域と上記第1導電型の深いウェル領域との接合容
量を小さく抑えることができる。したがって、上記第2
導電型の浅いウェル領域からなるビット線の遅延を更に
小さくし、消費電力を抑制することができる。
According to one embodiment, the resistance of the shallow well region of the second conductivity type can be made sufficiently small, and the desired threshold value can be easily obtained by appropriately maintaining the impurity concentration of the channel region. The junction capacitance between the shallow well region of the second conductivity type and the source / drain region of the memory element can be suppressed small. In addition, the junction capacitance between the second-conductivity-type shallow well region and the first-conductivity-type deep well region can be suppressed to a small value. Therefore, the second
It is possible to further reduce the delay of the bit line formed of the conductive type shallow well region and suppress the power consumption.

【0090】また、第2の発明である半導体記憶装置に
よれば、上記素子分離領域および上記第1導電型の深い
ウェル領域によって互いに電気的に分離された上記第2
導電型の浅いウェル領域内には、メタル層あるいはシリ
サイド層が形成されている。そのため、上記第2導電型
の浅いウェル領域の抵抗を著しく小さくすることができ
る。それゆえ、上記第2導電型の浅いウェル領域をビッ
ト線として用いるメモリセルアレイにおいては、上記第
2導電型の浅いウェル領域からなるビット線の遅延を著
しく小さくすることができるので、書込み動作および消
去動作の高速化が阻害されるのを防ぐことができる。し
たがって、高速動作可能な半導体記憶装置が提供され
る。
Further, according to the semiconductor memory device of the second invention, the second element electrically isolated from each other by the element isolation region and the deep well region of the first conductivity type.
A metal layer or a silicide layer is formed in the conductivity-type shallow well region. Therefore, the resistance of the second conductivity type shallow well region can be significantly reduced. Therefore, in the memory cell array in which the second-conductivity-type shallow well region is used as a bit line, the delay of the bit line formed of the second-conductivity-type shallow well region can be significantly reduced, and the write operation and the erase operation can be performed. It is possible to prevent the speeding up of the operation from being hindered. Therefore, a semiconductor memory device that can operate at high speed is provided.

【0091】また、1実施の形態によれば、上記第2導
電型の浅いウェル領域全体としての厚さを変えることな
く、上記第2導電型の浅いウェル領域の下面の深さを浅
くすることができる。それにより、上記素子分離領域を
浅くすることができる。素子分離領域を浅くすることが
できれば、素子分離領域形成時の絶縁膜埋めこみ工程が
容易になる。したがって、上記第2導電型の浅いウェル
領域からなるビット線の遅延が小さな半導体記憶装置を
より容易に形成することが可能になる。
According to one embodiment, the depth of the lower surface of the shallow well region of the second conductivity type is made shallow without changing the overall thickness of the shallow well region of the second conductivity type. You can As a result, the element isolation region can be made shallow. If the element isolation region can be made shallow, the step of filling the insulating film when forming the element isolation region becomes easy. Therefore, it becomes possible to more easily form a semiconductor memory device in which the bit line formed of the second conductivity type shallow well region has a small delay.

【0092】また、第3の発明である半導体記憶装置の
形成方法によれば、上記素子分離領域と上記高濃度不純
物層とを形成した後に上記単結晶半導体膜を選択エピタ
キシャル成長させているので、ビット線として機能する
上記第2導電型の浅いウェル領域の内部に低抵抗層を形
成しつつ、上記第2導電型の浅いウェル領域の上層部に
は十分に不純物(導電性を与える不純物や金属原子)濃
度が薄く、結晶欠陥の少ない領域を形成することができ
る。したがって、上記第2導電型の浅いウェル領域とメ
モリ素子のソース・ドレイン領域との接合容量が低減さ
れ、メモリ素子の閾値調整が容易となり、もしくは、リ
ーク電流が小さい特性のよいメモリ素子を作成すること
が可能となる。
According to the method for forming a semiconductor memory device of the third invention, the single crystal semiconductor film is selectively epitaxially grown after the element isolation region and the high concentration impurity layer are formed. A low resistance layer is formed inside the second-conductivity-type shallow well region that functions as a line, while a sufficient amount of impurities (impurity or metal atom that imparts conductivity) is formed in the upper layer portion of the second-conductivity-type shallow well region. ) A region having a low concentration and few crystal defects can be formed. Therefore, the junction capacitance between the shallow well region of the second conductivity type and the source / drain region of the memory element is reduced, the threshold value of the memory element can be easily adjusted, or a memory element having a small leak current and good characteristics is manufactured. It becomes possible.

【0093】また、1実施の形態によれば、1つのメモ
リセルの面積が4F2(Fは最小加工ピッチ)と非常に
小さいため、高集積化が可能である。更にまた、上記実
施の形態によれば、1ビット毎の書込みおよび消去が可
能である。したがって、高速動作、高集積化、および1
ビット毎の書込みおよび消去が可能な半導体記憶装置が
提供される。
Further, according to one embodiment, since the area of one memory cell is as small as 4F 2 (F is the minimum processing pitch), high integration is possible. Furthermore, according to the above embodiment, writing and erasing can be performed bit by bit. Therefore, high-speed operation, high integration, and 1
Provided is a semiconductor memory device capable of writing and erasing bit by bit.

【0094】また、1実施の形態によれば、上記第1,
第2ビット線のいずれか一方を共通のプレート電極とし
ているから、メモリセルアレイの構造を単純化すること
ができる。したがって、歩留りの向上が達成される。
Further, according to one embodiment,
Since one of the second bit lines is the common plate electrode, the structure of the memory cell array can be simplified. Therefore, an improvement in yield is achieved.

【0095】また、1実施の形態によれば、上記メモリ
機能膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜
であり、電荷をトラップする機能を有する。そのため、
導電体膜をフローティングゲートとした場合に比べて記
憶電荷の漏れの問題が軽減される。したがって、素子の
信頼性を向上することができる。
Further, according to one embodiment, the memory functional film is a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film, and has a function of trapping charges. for that reason,
The problem of leakage of stored charges is reduced as compared with the case where the conductor film is a floating gate. Therefore, the reliability of the device can be improved.

【0096】また、1実施の形態によれば、上記メモリ
機能膜は、半導体あるいは導体からなる微粒子を散点状
に含む絶縁膜であるので、導電体膜をフローティングゲ
ートとした場合に比べて記憶電荷の漏れの問題が軽減さ
れる。したがって、素子の信頼性が向上する。
Further, according to one embodiment, since the memory functional film is an insulating film containing fine particles of a semiconductor or a conductor in a scattered state, the memory functional film is stored as compared with the case where the conductor film is a floating gate. The problem of charge leakage is reduced. Therefore, the reliability of the device is improved.

【0097】また、1実施の形態によれば、上記メモリ
機能膜として、半導体あるいは導体から成る膜と半導体
あるいは導体から成る微粒子との複合体を用いているの
で、上記第2導電型の浅いウェル領域に対するワード線
への印加電圧が例えば±3Vで書き込みが行なわれる。
したがって、低電圧での書込み、消去が可能になる。
Further, according to one embodiment, since a composite of a film made of a semiconductor or a conductor and fine particles made of a semiconductor or a conductor is used as the memory function film, the shallow well of the second conductivity type is used. Writing is performed when the voltage applied to the word line for the region is, for example, ± 3V.
Therefore, writing and erasing can be performed with a low voltage.

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

【図1】本発明の実施の形態1の半導体記憶装置をメモ
リトランジスタワード線に沿って切断した時の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention taken along a memory transistor word line.

【図2】 本発明の実施の形態1の半導体記憶装置をビ
ット線方向に切断した時の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention when cut in the bit line direction.

【図3】本発明の実施の形態1の半導体記憶装置の回路
図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態1の半導体記憶装置を形成
する手順を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure of forming the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態2の半導体記憶装置の平面
の概略図である。
FIG. 5 is a schematic plan view of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図4の切断面線A−A’から見た断面図であ
る。
6 is a cross-sectional view taken along the section line AA ′ of FIG.

【図7】図4の切断面線B−B’から見た断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the section line BB ′ of FIG.

【図8】図4の切断面線C−C’から見た断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the section line CC ′ of FIG.

【図9】本発明の実施の形態2の半導体記憶装置の回路
図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態3の半導体記憶装置の平
面の概略図である。
FIG. 10 is a schematic plan view of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図11】図9の切断面線A−A’から見た断面図であ
る。
11 is a cross-sectional view taken along the section line AA ′ of FIG.

【図12】図9の切断面線B−B’から見た断面図であ
る。
12 is a cross-sectional view taken along the section line BB ′ of FIG.

【図13】本発明の実施の形態3の半導体記憶装置の変
形の平面の概略図である。
FIG. 13 is a schematic plan view of a modification of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図14】図12の切断面線A−A’から見た断面図で
ある。
FIG. 14 is a cross-sectional view taken along section line AA ′ of FIG.

【図15】図12の切断面線B−B’から見た断面図で
ある。
FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the section line BB ′ of FIG.

【図16】本発明の実施の形態3の半導体記憶装置の回
路図である。
FIG. 16 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施の形態4の半導体記憶装置を構
成するメモリ素子の模式的な断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a memory element forming a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施の形態5の半導体記憶装置を構
成するメモリ素子の模式的な断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a memory element forming a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施の形態5の半導体記憶装置を構
成するメモリ素子の第1の変形の模式的な断面図であ
る。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a first modification of the memory element forming the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施の形態5の半導体記憶装置を構
成するメモリ素子の第2の変形の模式的な断面図であ
る。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a second modification of the memory element forming the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施の形態5の半導体記憶装置を構
成するメモリ素子の第2の変形のメモリ膜のCV特性で
ある。
FIG. 21 is a CV characteristic of a second modified memory film of the memory element forming the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図22】従来技術の半導体記憶装置の回路図である。FIG. 22 is a circuit diagram of a conventional semiconductor memory device.

【図23】従来技術の半導体記憶装置をメモリトランジ
スタワード線に沿って切断した時の断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device taken along a memory transistor word line.

【図24】従来技術の半導体記憶装置をビット線方向に
切断した時の断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device taken along the bit line direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

111…ワード線 112…第1ビット線 113…第2ビット線 116,316…素子分離領域 131,331…N型の深いウェル領域 132,332…P型の浅いウェル領域 132a,332a…P型の不純物濃度が濃い領域 132b,132c,332a,332c…P型の不純
物濃度が薄い領域 134…N+拡散層 151,351…半導体基板
111 ... Word line 112 ... First bit line 113 ... Second bit line 116, 316 ... Element isolation region 131, 331 ... N type deep well region 132, 332 ... P type shallow well region 132a, 332a ... P type Regions 132b, 132c, 332a, 332c having a high impurity concentration ... Regions 134 having a low P-type impurity concentration ... N + diffusion layers 151, 351 ... Semiconductor substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F083 EP03 EP18 EP32 EP79 ER06 ER09 ER15 ER19 ER21 ER29 GA02 GA03 GA05 JA35 KA07 KA08 NA01 PR25 PR36 ZA28 5F101 BA05 BA07 BA12 BA45 BA46 BA52 BA54 BB05 BC02 BD02 BD22 BD31 BD34 BD35 BD36 BE02 BE05 BE07 BF08 BH09 BH11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5F083 EP03 EP18 EP32 EP79 ER06                       ER09 ER15 ER19 ER21 ER29                       GA02 GA03 GA05 JA35 KA07                       KA08 NA01 PR25 PR36 ZA28                 5F101 BA05 BA07 BA12 BA45 BA46                       BA52 BA54 BB05 BC02 BD02                       BD22 BD31 BD34 BD35 BD36                       BE02 BE05 BE07 BF08 BH09                       BH11

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第1導電型の深いウェル
領域と、上記第1導電型の深いウェル領域上に複数の第
2導電型の浅いウェル領域が形成され、上記第1導電型
の深いウェル領域および複数の第2導電型の浅いウェル
領域上に複数のメモリセルを行列状に配置してなるメモ
リセルアレイを有する半導体記憶装置であって、 上記複数の第2導電型の浅いウェル領域は素子分離領域
および上記第1導電型の深いウェル領域によって互いに
電気的に分離され、 上記第2導電型の浅いウェル領域内には第2導電型を与
える不純物が1×10 20cm-3以上の濃度で存する不純
物層が形成されていることを特徴とする半導体記憶装
置。
1. A deep well of the first conductivity type on a semiconductor substrate.
A region and a plurality of first regions on the deep well region of the first conductivity type.
The second conductivity type shallow well region is formed, and the first conductivity type is formed.
Deep well region and multiple second conductivity type shallow wells
A memo with multiple memory cells arranged in a matrix on the area
A semiconductor memory device having a re-cell array, The plurality of second conductivity type shallow well regions are element isolation regions.
And the deep well region of the first conductivity type
Electrically separated, The second conductivity type is provided in the shallow well region of the second conductivity type.
1 x 10 impurities 20cm-3Impurity that exists at the above concentration
Semiconductor memory device characterized in that a physical layer is formed
Place
【請求項2】 請求項1に記載の半導体記憶装置におい
て、上記第2導電型の浅いウェル領域は、上記第2導電
型を与える不純物濃度の濃い領域の上又は下に、上記第
2導電型を与える不純物濃度の薄い領域が存する構造を
有していることを特徴とする半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second-conductivity-type shallow well region is located above or below a region having a high impurity concentration that imparts the second-conductivity type. A semiconductor memory device having a structure in which there is a region having a low impurity concentration that gives
【請求項3】 半導体基板上に第1導電型の深いウェル
領域が形成され、 上記第1導電型の深いウェル領域上に複数の第2導電型
の浅いウェル領域が形成され、上記第1導電型の深いウ
ェル領域および複数の第2導電型の浅いウェル領域上に
複数のメモリセルを行列状に配置してなるメモリセルア
レイを有する半導体記憶装置であって、 上記複数の第2導電型の浅いウェル領域は素子分離領域
および上記第1導電型の深いウェル領域によって互いに
電気的に分離され、 上記第2導電型の浅いウェル領域内には、メタル層ある
いはシリサイド層が形成されていることを特徴とする半
導体記憶装置。
3. A first-conductivity-type deep well region is formed on a semiconductor substrate, and a plurality of second-conductivity-type shallow well regions are formed on the first-conductivity-type deep well region. Storage device having a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix on a deep well region of a second type and a plurality of shallow well regions of a second conductivity type. The well region is electrically isolated from each other by the element isolation region and the deep well region of the first conductivity type, and a metal layer or a silicide layer is formed in the shallow well region of the second conductivity type. And semiconductor memory device.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の
半導体記憶装置において、 上記第2導電型の浅いウェル領域の一部は、上記素子分
離領域の上面よりも上に存することを特徴とする半導体
記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a part of the second-conductivity-type shallow well region is located above an upper surface of the element isolation region. A characteristic semiconductor memory device.
【請求項5】 半導体基板上に第1導電型の深いウェル
領域が形成され、 上記第1導電型の深いウェル領域上に複数の第2導電型
の浅いウェル領域が形成され、上記第1導電型の深いウ
ェル領域および複数の第2導電型の浅いウェル領域上に
複数のメモリセルを行列状に配置してなるメモリセルア
レイを有し、 上記複数の第2導電型の浅いウェル領域は素子分離領域
および上記第1導電型の深いウェル領域によって互いに
電気的に分離され、 上記第2導電型の浅いウェル領域内には第2導電型を与
える不純物が高濃度に存する高濃度不純物層が形成され
ている半導体記憶装置を形成する方法であって、 半導体基板上に上記素子分離領域と上記高濃度不純物層
とを形成した後に、単結晶半導体膜を上記高濃度不純物
層上に選択的にエピタキシャル成長させる工程を行なう
ことを特徴とする半導体記憶装置の形成方法。
5. A first-conductivity-type deep well region is formed on a semiconductor substrate, and a plurality of second-conductivity-type shallow well regions are formed on the first-conductivity-type deep well region. Type deep well regions and a plurality of second-conductivity-type shallow well regions having a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in rows and columns, and the plurality of second-conductivity-type shallow well regions are isolated from each other. And a deep well region of the first conductivity type are electrically separated from each other, and a high-concentration impurity layer containing a high concentration of impurities imparting the second conductivity type is formed in the shallow well region of the second conductivity type. A method for forming a semiconductor memory device, comprising: forming a device isolation region and a high-concentration impurity layer on a semiconductor substrate; Method of forming a semiconductor memory device and performing the step of Le grown.
【請求項6】 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
体記憶装置において、 第1の方向に蛇行して延びる素子分離領域が上記第1の
方向に対して交差する第2の方向に並んで形成されて、
隣り合う素子分離領域の間にそれぞれ上記第1の方向に
蛇行して延びる上記ウェル領域が定められ、 上記各ウェル領域内の蛇行の各折り返し個所に、それぞ
れソース領域またはドレイン領域として機能する不純物
拡散領域が形成されて、同一のウェル領域内で隣り合う
上記不純物拡散領域の間にそれぞれチャネル領域が定め
られ、 上記第2の方向に延びる複数のワード線が、それぞれメ
モリ機能を有する膜を介して各ウェル領域内のチャネル
領域上を通るように設けられ、 上記第1の方向に延びる第1のビット線が、同一のウェ
ル領域内の蛇行の片側の折り返し個所に設けられた上記
不純物拡散領域上を通るように設けられるとともに、上
記第1の方向に延びる第2のビット線が、同一のウェル
領域内の蛇行の他方の側の折り返し個所に設けられた上
記不純物拡散領域上を通るように設けられ、 上記第1のビット線、第2のビット線がそれぞれ下方に
存する上記不純物拡散領域とコンタクト孔を介して接続
されていることを特徴とする半導体記憶装置。
6. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the element isolation regions that meander and extend in the first direction are arranged in a second direction intersecting the first direction. Formed by
The well regions that meander and extend in the first direction are defined between the adjacent element isolation regions, and the impurity diffusions functioning as the source region and the drain region are formed at the respective turning points of the meander in each of the well regions. A region is formed, a channel region is defined between the impurity diffusion regions adjacent to each other in the same well region, and a plurality of word lines extending in the second direction are respectively interposed via a film having a memory function. A first bit line provided so as to pass over a channel region in each well region and extending in the first direction is provided on the impurity diffusion region provided at a folding point on one side of the meandering in the same well region. And a second bit line extending in the first direction is provided at a folding point on the other side of the meander in the same well region. The first bit line and the second bit line are provided so as to pass over the impurity diffused region thus formed, and are respectively connected to the impurity diffused region located below through the contact hole. Semiconductor memory device.
【請求項7】 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
体記憶装置において、 第1の方向に延在する素子分離領域が第1の方向に対し
て交差する第2の方向に並んで形成されると共に、隣り
合う素子分離領域の間にそれぞれ上記第1の方向に延在
する上記ウェル領域が定められ、 上記第2の方向に延在するワード線が上記第1の方向に
並んで形成されると共に、各ワード線の間に位置する上
記ウェル領域内にそれぞれソース領域またはドレイン領
域として機能する不純物拡散領域が形成され、同一のウ
ェル領域内で隣り合う上記不純物拡散領域の間にそれぞ
れチャネル領域が定められ、 上記ワード線は、それぞれメモリ機能を有するメモリ膜
を介して各チャネル領域上に配置されており、 上記第1の方向に延在する複数のビット線が上記各ウェ
ル領域の上方に形成されると共に、下方に位置する上記
各ウェル領域内の上記不純物拡散領域に1つ置きにコン
タクト孔を介して接続され、 上記ビット線の下側にプレート電極が形成されると共
に、上記ビット線が接続されていない不純物拡散領域に
接続されており、 上記コンタクト孔は、上記プレート電極に設けられた孔
あるいはスリット部を通るように設けられていることを
特徴とする半導体記憶装置。
7. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the element isolation regions extending in the first direction are formed side by side in a second direction intersecting the first direction. The well regions extending in the first direction are defined between the adjacent element isolation regions, and the word lines extending in the second direction are formed side by side in the first direction. In addition, impurity diffusion regions functioning as a source region or a drain region are formed in the well regions located between the word lines, and channels are formed between the impurity diffusion regions adjacent in the same well region. A region is defined, the word line is arranged on each channel region through a memory film having a memory function, and a plurality of bit lines extending in the first direction are formed on the respective channel regions. Is formed above the well region and is connected to every other impurity diffusion region in each well region located therebelow via a contact hole, and a plate electrode is formed below the bit line. In addition, the bit line is connected to an impurity diffusion region which is not connected, and the contact hole is provided so as to pass through a hole or a slit provided in the plate electrode. Storage device.
【請求項8】 請求項6あるいは請求項7に記載の半導
体記憶装置において、 上記メモリ機能膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜
との積層膜であることを特徴とする半導体記憶装置。
8. The semiconductor memory device according to claim 6 or 7, wherein the memory functional film is a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film.
【請求項9】 請求項6あるいは7に記載の半導体記憶
装置において、 上記メモリ機能膜は、半導体あるいは導体から成る微粒
子を散点状に含む絶縁膜であることを特徴とする半導体
記憶装置。
9. The semiconductor memory device according to claim 6 or 7, wherein the memory function film is an insulating film containing fine particles of a semiconductor or a conductor in a scattered manner.
【請求項10】 請求項6あるいは7に記載の半導体記
憶装置において、 上記メモリ機能膜は、半導体あるいは導体から成る膜と
半導体あるいは導体から成る微粒子とを含む絶縁膜であ
ることを特徴とする半導体記憶装置。
10. The semiconductor memory device according to claim 6 or 7, wherein the memory functional film is an insulating film containing a film made of a semiconductor or a conductor and fine particles made of a semiconductor or a conductor. Storage device.
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