JP2003078051A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP2003078051A
JP2003078051A JP2002186626A JP2002186626A JP2003078051A JP 2003078051 A JP2003078051 A JP 2003078051A JP 2002186626 A JP2002186626 A JP 2002186626A JP 2002186626 A JP2002186626 A JP 2002186626A JP 2003078051 A JP2003078051 A JP 2003078051A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To structure a memory transistor having a charge storage means suitable when made fine. SOLUTION: This device has a first conductive semiconductor substrate SUB, a gate insulating film, and a gate electrode WL formed on the semiconductor substrate. The device is internally provided with the charge storage means and has a second conductive source area S and a drain area D formed on the surface area of the semiconductor substrate on one side and the other side of the gate electrode WL in the width direction. A source contact plug SC is formed on one terminal of the source area S orthogonal in the width direction of its gate electrode WL. A bit contact plug BC is formed on the other terminal of the drain area D orthogonal in the width direction of its gate electrode. A source line SL is electrically connected to the source contact plug SC, and a bit line BL is electrically connected to the bit contact plug BC.

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、ゲート絶縁膜の内
部に電荷蓄積手段を有している不揮発性半導体記憶装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a charge storage means inside a gate insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性半導体メモリは、電荷を保持す
る電荷蓄積手段(浮遊ゲート)が平面的に連続したFG
(Floating Gate)型のほかに、電荷蓄積手段(電荷トラ
ップ)が平面的に離散化された、例えばMONOS(Met
al-Oxide-Nitride-Oxide Semiconductor)型などがあ
る。
2. Description of the Related Art A non-volatile semiconductor memory is an FG in which charge storage means (floating gate) for holding charges are planarly continuous.
In addition to the (Floating Gate) type, the charge storage means (charge trap) is planarly discretized, for example, MONOS (Met
al-Oxide-Nitride-Oxide Semiconductor) type.

【0003】FG型の不揮発性メモリトランジスタにお
いて、半導体のチャネル形成領域上にゲート絶縁膜を介
してポリシリコンなどからなるフローティングゲートが
積層され、さらに、フローティングゲート上に、たとえ
ばONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜などからなるゲート
間絶縁膜を介してコントロールゲートが積層されてい
る。
In an FG type non-volatile memory transistor, a floating gate made of polysilicon or the like is laminated on a semiconductor channel formation region via a gate insulating film, and further, for example, ONO (Oxide-Nitride-) is formed on the floating gate. The control gate is laminated via an inter-gate insulating film made of an oxide film or the like.

【0004】一方、MONOS型の不揮発性メモリトラ
ンジスタにおいて、半導体のチャネル形成領域上に、た
とえば、酸化シリコン膜あるいは窒化酸化膜などからな
るトンネル絶縁膜、窒化膜あるいは窒化酸化膜などから
なる中間絶縁膜、酸化シリコン膜からなるトップ酸化膜
が順に積層され、このトップ絶縁膜上にゲート電極が形
成されている。
On the other hand, in a MONOS type non-volatile memory transistor, a tunnel insulating film made of, for example, a silicon oxide film or a nitride oxide film, an intermediate insulating film made of a nitride film or a nitride oxide film is formed on a semiconductor channel formation region. , A top oxide film made of a silicon oxide film is sequentially stacked, and a gate electrode is formed on the top insulating film.

【0005】MONOS型不揮発性半導体メモリにおい
て、電荷保持を主体的に担っている窒化膜〔Si
(0<x<1、0<y<1)〕膜中またはトップ酸化膜
と窒化膜との界面のキャリアトラップが空間的に(即
ち、面方向および膜厚方向に)離散化して拡がってい
る。このために、電荷保持特性が、トンネル絶縁膜厚の
ほかに、Si膜中のキャリアトラップに捕獲され
る電荷のエネルギー的及び空間的な分布に依存する。
In a MONOS type non-volatile semiconductor memory, a nitride film [Si x N y, which is mainly responsible for holding charges, is used.
(0 <x <1, 0 <y <1)] Carrier traps in the film or at the interface between the top oxide film and the nitride film are spatially (that is, in the plane direction and the film thickness direction) discretely spread. . For this reason, the charge retention characteristics depend not only on the tunnel insulating film thickness but also on the energy and spatial distribution of the charges trapped by the carrier traps in the Si x N y film.

【0006】トンネル絶縁膜に局所的にリーク電流パス
が発生した場合、FG型では多くの電荷がリークパスを
通ってリークして電荷保持特性が低下しやすい。これに
対し、MONOS型では、電荷蓄積手段が空間的に離散
化されているため、リークパス周辺の局所的な電荷がリ
ークパスを通して局所的にリークするに過ぎず、記憶素
子全体の電荷保持特性が低下しにくい。このため、MO
NOS型においては、トンネル絶縁膜の薄膜化による電
荷保持特性の低下の問題はFG型ほど深刻ではない。し
たがって、ゲート長が極めて短い微細メモリトランジス
タにおけるトンネル酸化膜のスケーリング性は、MON
OS型の方がFG型よりも優れている。
When a leak current path locally occurs in the tunnel insulating film, in the FG type, a large amount of charge leaks through the leak path, and the charge retention characteristic is likely to deteriorate. On the other hand, in the MONOS type, since the charge storage means is spatially discrete, the local charges around the leak path only leak locally through the leak path, and the charge retention characteristic of the entire storage element deteriorates. Hard to do. Therefore, MO
In the NOS type, the problem of deterioration of charge retention characteristics due to thinning of the tunnel insulating film is not as serious as in the FG type. Therefore, the scaling property of the tunnel oxide film in a fine memory transistor having an extremely short gate length is MON.
The OS type is superior to the FG type.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記したFG型不揮発
性メモリ、あるいはMONOS型などメモリトランジス
タの電荷蓄積手段が平面的に離散化されている不揮発性
メモリについて、ビットあたりのコスト低減、高集積化
を図り大規模な不揮発性メモリを実現するには、1トラ
ンジスタ型のセル構造を実現することが必須である。し
かし、とくにMONOS型等の不揮発性メモリでは、メ
モリトランジスタに選択トランジスタを接続させた2ト
ランジスタ型が主流であり、現在、1トランジスタセル
技術の確立に向けて種々の検討が行われている。
The above-mentioned FG type non-volatile memory or non-volatile memory such as MONOS type in which the charge storage means of the memory transistor is planarized is reduced in cost per bit and highly integrated. In order to realize a large-scale non-volatile memory by realizing the above, it is essential to realize a one-transistor cell structure. However, particularly in a MONOS type non-volatile memory, a two-transistor type in which a selection transistor is connected to a memory transistor is the mainstream, and various studies are currently being made toward establishment of a one-transistor cell technology.

【0008】本発明の目的は、ゲート絶縁膜内の電荷蓄
積手段に電荷を蓄積させて基本動作するメモリトランジ
スタを微細化に適した構造にした不揮発性半導体記憶装
置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a non-volatile semiconductor memory device having a structure suitable for miniaturization of a memory transistor which basically operates by accumulating charges in a charge accumulating means in a gate insulating film.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る不揮発性半
導体記憶装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導
体基板の上に形成され、内部に電荷蓄積手段を含むゲー
ト絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に形成されているゲ
ート電極と、前記ゲート電極の幅方向の一方側の前記半
導体基板の表面領域に形成されている第2導電型のソー
ス領域と、前記ゲート電極の幅方向の他方側の前記半導
体基板の表面領域に形成されている第2導電型のドレイ
ン領域と、前記ソース領域の、前記ゲート電極の幅方向
と直交する方向の一方端部に形成されているソースコン
タクト・プラグと、前記ドレイン領域の、前記ゲート電
極の幅方向と直交する方向の他方端部に形成されている
ビットコンタクト・プラグと、前記ソースコンタクト・
プラグに電気的に接続されているソース線と、前記ビッ
トコンタクト・プラグに電気的に接続されているビット
線と、を有している。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate and including charge storage means inside. A gate electrode formed on the gate insulating film, a source region of the second conductivity type formed on a surface region of the semiconductor substrate on one side in the width direction of the gate electrode, and a width of the gate electrode. The second conductivity type drain region formed on the surface region of the semiconductor substrate on the other side in the direction, and the source formed on one end of the source region in a direction orthogonal to the width direction of the gate electrode. A contact plug; a bit contact plug formed at the other end of the drain region in a direction orthogonal to the width direction of the gate electrode;
A source line electrically connected to the plug and a bit line electrically connected to the bit contact plug.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】[第1実施形態]図1は、本発明
の実施形態に係るソース分離NOR型の不揮発性半導体
メモリの概略構成を示す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a source-isolated NOR type nonvolatile semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.

【0011】本例の不揮発性メモリ装置90において、
NOR型メモリセルアレイの各メモリセルがメモリトラ
ンジスタ1個で構成されている。図1に示すように、メ
モリトランジスタM11〜M22が行列状に配置され、
これらトランジスタ間がワード線、ビット線および分離
型ソース線によって配線されている。すなわち、列方向
に隣接するメモリトランジスタM11およびM12の各
ドレインがビット線BL1に接続され、各ソースがソー
ス線SL1に接続されている。同様に、列方向に隣接す
るメモリトランジスタM21およびM22の各ドレイン
がビット線BL2に接続され、各ソースがソース線SL
2に接続されている。また、行方向に隣接するメモリト
ランジスタM11とM21の各ゲートがワード線WL1
に接続され、同様に、行方向に隣接するメモリトランジ
スタM12とM22の各ゲートがワード線WL2に接続
されている。メモリセルアレイ全体では、このようなセ
ル配置およびセル間接続が繰り返されている。
In the non-volatile memory device 90 of this example,
Each memory cell of the NOR type memory cell array is composed of one memory transistor. As shown in FIG. 1, the memory transistors M11 to M22 are arranged in a matrix,
A word line, a bit line, and a separate source line are connected between these transistors. That is, the drains of the memory transistors M11 and M12 adjacent in the column direction are connected to the bit line BL1 and the sources are connected to the source line SL1. Similarly, the drains of the memory transistors M21 and M22 adjacent in the column direction are connected to the bit line BL2, and the sources are connected to the source line SL.
Connected to 2. Further, the gates of the memory transistors M11 and M21 adjacent in the row direction are connected to the word line WL1.
Similarly, each gate of the memory transistors M12 and M22 adjacent in the row direction is connected to the word line WL2. Such cell arrangement and inter-cell connection are repeated in the entire memory cell array.

【0012】図2は、具体的なセル配置パターンの一例
として、自己整合技術を用いた微細NOR型セルアレイ
の概略平面図である。図3は、図2のA−A’線に沿っ
た断面側から見た斜視図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of a fine NOR type cell array using a self-alignment technique as an example of a specific cell arrangement pattern. FIG. 3 is a perspective view seen from the cross-section side along the line AA ′ in FIG. 2.

【0013】この微細NOR型セルアレイ100では、
図3に示すように、P型半導体基板101(Pウエルで
も可)の表面にトレンチまたはLOCOSなどから素子
分離絶縁層102が形成されている。素子分離絶縁層1
02は、図2に示すように、列方向(図2の縦方向)に
長い平行ストライプ状に配置されている。素子分離絶縁
層102にほぼ直交して、各ワード線WL1,WL2,
WL3,WL4,…が等間隔に配線されている。このワ
ード線は、後述するように、トンネル絶縁膜,窒化膜,
トップ絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、ゲート電極とを
積層させて構成されている。本実施形態では、ゲート長
(ワード線の幅)が0.13μm以下、たとえば0.1
μmに微細化されている。
In this fine NOR type cell array 100,
As shown in FIG. 3, an element isolation insulating layer 102 is formed from a trench, LOCOS, or the like on the surface of a P-type semiconductor substrate 101 (may be a P well). Element isolation insulation layer 1
As shown in FIG. 2, 02 are arranged in parallel stripes that are long in the column direction (vertical direction in FIG. 2). The word lines WL1, WL2, and the word lines WL1, WL2 are substantially orthogonal to the element isolation insulating layer 102.
WL3, WL4, ... Are wired at equal intervals. This word line has a tunnel insulating film, a nitride film, a
It is configured by stacking a gate insulating film made of a top insulating film and a gate electrode. In this embodiment, the gate length (word line width) is 0.13 μm or less, for example, 0.1.
It is miniaturized to μm.

【0014】各素子分離絶縁層102の間隔内の能動領
域において、各ワード線の離間スペースに、例えばN型
不純物が高濃度に導入されてソース領域Sとドレイン領
域Dとが交互に形成されている。このソース領域Sとド
レイン領域Dは、その大きさが行方向(図2の横方向)
にはトレンチまたはLOCOS等の素子分離絶縁層10
2の間隔のみで規定され、列方向にはワード線間隔のみ
で規定される。したがって、ソース領域Sとドレイン領
域Dは、その大きさと配置のばらつきに関しマスク合わ
せの誤差が殆ど導入されないことから、極めて均一に形
成されている。
In the active region within the space of each element isolation insulating layer 102, a source region S and a drain region D are alternately formed by introducing a high concentration of, for example, N-type impurities into the space between the word lines. There is. The sizes of the source region S and the drain region D are in the row direction (horizontal direction in FIG. 2).
Is a device isolation insulating layer 10 such as a trench or LOCOS.
It is defined only by the interval of 2 and only by the word line interval in the column direction. Therefore, the source region S and the drain region D are formed extremely uniformly because almost no mask alignment error is introduced with respect to variations in size and arrangement.

【0015】ワード線の上部および側壁は、絶縁層で覆
われている。すなわち、ワード線WL1,WL2,…の
上部に同じパターンにてオフセット絶縁層が配置され、
オフセット絶縁層、その下のゲート電極(ワード線)お
よびゲート絶縁膜からなる積層パターンの両側壁に、サ
イドウォール絶縁層が形成されている。このオフセット
絶縁層およびサイドウォール絶縁層により、各ワード線
同士のスペース部分に、ワード線に沿って細長い自己整
合コンタクトが開口されている。
The upper part and the side wall of the word line are covered with an insulating layer. That is, the offset insulating layer is arranged in the same pattern on the word lines WL1, WL2, ...
Sidewall insulating layers are formed on both side walls of a laminated pattern including an offset insulating layer, a gate electrode (word line) thereunder, and a gate insulating film. The offset insulating layer and the sidewall insulating layer form elongated self-aligned contacts along the word lines in the space portions between the word lines.

【0016】ソース領域Sまたはドレイン領域Dに一部
重なるように、自己整合コンタクト内に導電性材料が互
い違いに埋め込まれ、これによりビットコンタクト・プ
ラグBCおよびソースコンタクト・プラグSCが形成さ
れている。このビットコンタクト・プラグBCおよびソ
ースコンタクト・プラグSCの形成では、自己整合コン
タクト全域を埋め込むように導電材料を堆積し、その上
に、エッチングマスク用のレジストパターンを形成す
る。このとき、レジストパターンを自己整合コンタクト
の幅より一回り大きくし、また、一部を素子分離絶縁層
に重ねる。そして、このレジストパターンをマスクとし
てレジストパターン周囲の導電材料をエッチングにより
除去する。これにより、ビットコンタクト・プラグBC
およびソースコンタクト・プラグSCが同時に形成され
る。
The self-aligned contacts are alternately filled with conductive materials so as to partially overlap the source region S or the drain region D, thereby forming the bit contact plug BC and the source contact plug SC. In forming the bit contact plug BC and the source contact plug SC, a conductive material is deposited so as to fill the entire area of the self-aligned contact, and a resist pattern for an etching mask is formed thereon. At this time, the resist pattern is made slightly larger than the width of the self-aligned contact, and a part thereof is overlapped with the element isolation insulating layer. Then, using this resist pattern as a mask, the conductive material around the resist pattern is removed by etching. As a result, the bit contact plug BC
And the source contact plug SC is formed at the same time.

【0017】図示しない絶縁膜でコンタクト周囲の凹部
が埋め込まれている。この絶縁膜上を、ビットコンタク
ト・プラグBC上に接触するビット線BL1,BL2,
…と、ソースコンタクト・プラグSC上に接触するソー
ス線SLが交互に、平行ストライプ状に形成されてい
る。
A recess around the contact is filled with an insulating film (not shown). Bit lines BL1, BL2, which come into contact with the bit contact plug BC on the insulating film,
, And the source lines SL contacting the source contact plugs SC are alternately formed in parallel stripes.

【0018】この微細NOR型セルアレイ100は、そ
のビット線またはソース線に対するコンタクト形成が、
自己整合コンタクトの形成と、プラグの形成により達成
される。自己整合コンタクトの形成によって、ワード線
との絶縁分離が達成されるとともに、ソース領域Sまた
はドレイン領域Dの表出面が均一に形成される。そし
て、ビットコンタクト・プラグBCおよびソースコンタ
クト・プラグSCの形成は、この自己整合コンタクトコ
ンタクト内のソース領域Sまたはドレイン領域Dの表出
面に対して行う。したがって、各プラグの基板接触面
は、その列方向のサイズがほぼ自己整合コンタクト形成
により決められ、その分、コンタクト面積のバラツキは
小さい。
In this fine NOR type cell array 100, contact formation for the bit line or the source line is
This is achieved by forming self-aligned contacts and forming plugs. By forming the self-aligned contact, insulation isolation from the word line is achieved, and the exposed surface of the source region S or the drain region D is uniformly formed. The bit contact plug BC and the source contact plug SC are formed on the exposed surface of the source region S or drain region D in this self-aligned contact contact. Therefore, the size of the plug contact surface of the plug in the column direction is determined by the formation of substantially self-aligned contacts, and the variation in the contact area is correspondingly small.

【0019】ビットコンタクト・プラグBCまたはソー
スコンタクト・プラグSCと、ワード線との絶縁分離が
容易である。すなわち、ワード線形成時に一括してオフ
セット絶縁層を形成しておき、その後、絶縁膜の成膜
と、全面エッチング(エッチバック)を行うだけでサイ
ドウォール絶縁層が形成される。また、ビットコンタク
ト・プラグBCとソースコンタクト・プラグSC、さら
に、ビット線とソース線が同一階層の導電層をパターン
ニングして形成されるため、配線構造が極めて簡素であ
り、工程数も少なく、製造コストを低く抑えるのに有利
な構造となっている。しかも、無駄な空間が殆どないこ
とから、各層の形成をウエハプロセス限界の最小線幅F
で行った場合、8Fに近い非常に小さいセル面積で製
造できる。
The bit contact plug BC or the source contact plug SC and the word line can be easily insulated and separated. That is, the sidewall insulating layer is formed only by forming the offset insulating layer collectively at the time of forming the word line, and then forming the insulating film and etching the entire surface (etchback). Further, since the bit contact plug BC and the source contact plug SC, and the bit line and the source line are formed by patterning the conductive layers of the same layer, the wiring structure is extremely simple and the number of steps is small. The structure is advantageous for keeping the manufacturing cost low. Moreover, since there is almost no wasted space, the formation of each layer is performed with the minimum line width F of the wafer process limit.
In the case of (1), it can be manufactured with a very small cell area close to 8F 2 .

【0020】図4は、本実施形態に係るMONOS型メ
モリトランジスタの素子構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing the element structure of the MONOS type memory transistor according to this embodiment.

【0021】図4中、符号1はN型またはP型の導電型
を有するシリコンウエハ等の半導体基板またはウエル、
1aはチャネル形成領域、2および4は当該メモリトラ
ンジスタのソース領域およびドレイン領域を示す。本発
明で“チャネル形成領域”とは、表面側内部に電子また
は正孔が導電するチャネルが形成される領域をいう。本
例の“チャネル形成領域”は、半導体基板またはウエル
1内でソース領域2およびドレイン領域4に挟まれた部
分が該当する。ソース領域2およびドレイン領域4は、
チャネル形成領域1aと逆導電型の不純物を高濃度に半
導体基板1に導入することにより形成された導電率が高
い領域であり、種々の形態がある。通常、ソース領域2
及びドレイン領域4のチャネル形成領域1aに臨む基板
表面位置に、LDD(Lightly Doped Drain)と称する低
濃度領域を具備させることが多い。
In FIG. 4, reference numeral 1 is a semiconductor substrate or well such as a silicon wafer having N-type or P-type conductivity,
Reference numeral 1a indicates a channel forming region, and 2 and 4 indicate a source region and a drain region of the memory transistor. In the present invention, the “channel forming region” refers to a region where a channel through which electrons or holes are conducted is formed inside the surface side. The “channel forming region” in this example corresponds to a portion of the semiconductor substrate or well 1 sandwiched between the source region 2 and the drain region 4. The source region 2 and the drain region 4 are
This is a region having a high conductivity formed by introducing an impurity of the conductivity type opposite to that of the channel formation region 1a into the semiconductor substrate 1 in a high concentration, and has various forms. Usually source area 2
In many cases, a low concentration region called LDD (Lightly Doped Drain) is provided at a substrate surface position facing the channel formation region 1a of the drain region 4.

【0022】チャネル形成領域1a上には、ゲート絶縁
膜6を介してメモリトランジスタのゲート電極8が積層
されている。ゲート電極8は、一般に、P型またはN型
の不純物が高濃度に導入されて導電化されたポリシリコ
ン(doped poly-Si)、又はdoped poly-Siと高融点金属シ
リサイドとの積層膜からなる。このゲート電極8のチャ
ネル方向の長さ(ゲート長)は、0.13μm以下、た
とえば0.1μm程度である。
A gate electrode 8 of the memory transistor is laminated on the channel forming region 1a with a gate insulating film 6 interposed therebetween. The gate electrode 8 is generally made of polysilicon (doped poly-Si) in which a P-type or N-type impurity is introduced at a high concentration to make it conductive, or a laminated film of doped poly-Si and a refractory metal silicide. . The length of the gate electrode 8 in the channel direction (gate length) is 0.13 μm or less, for example, about 0.1 μm.

【0023】本実施形態におけるゲート絶縁膜6は、下
層から順に、トンネル絶縁膜10,窒化膜12,トップ
絶縁膜14から構成されている。トンネル絶縁膜10
は、熱酸化により形成された酸化シリコン(SiO2 )
の膜でもよいが、本例では短時間熱酸化法(RTO法)
により酸化膜を形成し、これを短時間熱窒化処理(RT
N処理)して得られた窒化酸化膜からなる。トンネル絶
縁膜10の膜厚は、使用用途に応じて2.0nmから
3.5nmの範囲内で決めることができ、ここでは2.
7nmに設定されている。
The gate insulating film 6 in this embodiment is composed of a tunnel insulating film 10, a nitride film 12, and a top insulating film 14 in order from the bottom layer. Tunnel insulating film 10
Is silicon oxide (SiO2) formed by thermal oxidation
However, in this example, a short time thermal oxidation method (RTO method) is used.
To form an oxide film by thermal nitriding (RT
N treatment). The film thickness of the tunnel insulating film 10 can be determined within the range of 2.0 nm to 3.5 nm depending on the intended use.
It is set to 7 nm.

【0024】窒化膜12は、例えば5.0nmの窒化シ
リコン(Si(0<x<1,0<y<1))膜か
ら構成されている。この窒化膜12は、たとえば減圧C
VD(LP−CVD)により作製され、膜中にキャリア
トラップが多く含まれている。窒化膜12は、プールフ
レンケル型(PF型)の電気伝導特性を示す。
The nitride film 12 is formed of, for example, a 5.0 nm silicon nitride (Si x N y (0 <x <1, 0 <y <1)) film. This nitride film 12 is formed under reduced pressure C, for example.
It is produced by VD (LP-CVD) and contains many carrier traps in the film. The nitride film 12 exhibits pool Frenkel type (PF type) electric conduction characteristics.

【0025】トップ絶縁膜14は、窒化膜12との界面
近傍に深いキャリアトラップを高密度に形成する必要が
あり、このため、例えば成膜後の窒化膜を熱酸化して形
成される。トップ絶縁膜14がCVDで形成された場合
は熱処理によりこのトラップが形成される。トップ絶縁
膜14の膜厚は、ゲート電極8からのホールの注入を有
効に阻止してデータ書き換え可能な回数の低下防止を図
るために、最低でも3.0nm、好ましくは3.5nm
以上が必要である。
The top insulating film 14 needs to have deep carrier traps formed at a high density in the vicinity of the interface with the nitride film 12. Therefore, for example, the top insulating film 14 is formed by thermal oxidation of the nitride film after film formation. When the top insulating film 14 is formed by CVD, this trap is formed by heat treatment. The thickness of the top insulating film 14 is at least 3.0 nm, preferably 3.5 nm, in order to effectively prevent injection of holes from the gate electrode 8 and prevent a decrease in the number of times data can be rewritten.
The above is necessary.

【0026】ところで、微細化メモリトランジスタの設
計において、通常、CMOSロジックデバイスなどに対
する短チャネル効果抑制のための経験式として、次式
(1)に示すBrewsの式を用いて最小チャネル長L
min が決められる。
By the way, in designing a miniaturized memory transistor, the minimum channel length L is usually calculated by using the Brews equation shown in the following equation (1) as an empirical equation for suppressing the short channel effect for CMOS logic devices and the like.
min is decided.

【0027】[0027]

【数1】 Lmin=0.4×〔rj×d×(Ws+Wd)1/3…(1)## EQU1 ## Lmin = 0.4 × [rj × d × (Ws + Wd) 2 ] 1/3 (1)

【0028】ここで、rjはソース・ドレイン不純物領
域の接合の深さ、dは酸化シリコン膜に換算したゲート
絶縁膜厚さ、Wsはソース端から延びる空乏層の長さ、
Wdはドレイン端から延びる空乏層の長さを示す。この
Brewsの式は短チャネル効果をある程度含んで規定
され、その程度は、しきい値の低下(ロールオフ)が長
チャネルにおけるしきい値の10%以内である。このロ
ールオフ10%以内という仕様は、しきい値のバラツキ
を抑えるために、通常のロジック用トランジスタあるい
はDRAMメモリトランジスタで用いられているもので
ある。
Here, rj is the junction depth of the source / drain impurity regions, d is the gate insulating film thickness converted to a silicon oxide film, Ws is the length of the depletion layer extending from the source end,
Wd represents the length of the depletion layer extending from the drain end. The Brews equation is defined to include the short channel effect to some extent, and the degree of the decrease is within 10% of the threshold in the long channel (roll-off). The specification of roll-off within 10% is used in a normal logic transistor or a DRAM memory transistor in order to suppress variation in threshold value.

【0029】この式に従うと、最小チャネル長0.13
μm(ゲート長では0.18〜0.23μm程度に相
当)において、チャネル不純物濃度を1×1018cm
−3、ゲート絶縁膜の酸化膜換算値を9.5nmとした
場合、短チャネル効果を有効に抑止するためにはLDD
の接合深さを50nm以下にする必要があることが分か
る。その一方で、LDD接合深さをさらに浅くした場合
は、接合耐圧が低下することも分かった。1トランジス
タ型のMONOSメモリセルでは、後述するように書き
込み時に非選択セルのソース・ドレイン領域にPN接合
を逆バイアスする、いわゆる書き込みインヒビット電圧
の印加は正常動作のために必須となる。したがって、ソ
ース・ドレイン接合耐圧のこれ以上の低下は、1トラン
ジスタ型のMONOSメモリセルを0.13μm以下の
微細ゲート長で実現することを困難なものとする。言い
換えると、ロールオフを10%以内に抑えるという通常
のCMOSロジックデバイスの設計仕様は、0.13μ
m以下の微細ゲート長を有する1トランジスタ型のMO
NOSメモリセルにそのまま適用することは困難である
ことが判明した。
According to this equation, the minimum channel length is 0.13
The channel impurity concentration is 1 × 10 18 cm at a gate length (corresponding to a gate length of about 0.18 to 0.23 μm).
-3 , when the oxide film conversion value of the gate insulating film is set to 9.5 nm, LDD is effective for suppressing the short channel effect.
It can be seen that it is necessary to make the junction depth of 50 nm or less. On the other hand, it was also found that when the LDD junction depth was made shallower, the junction breakdown voltage decreased. In a one-transistor type MONOS memory cell, it is essential for normal operation to apply a so-called write inhibit voltage, which reverse biases the PN junction to the source / drain region of the non-selected cell at the time of writing, as described later. Therefore, further reduction of the source-drain junction breakdown voltage makes it difficult to realize a one-transistor type MONOS memory cell with a fine gate length of 0.13 μm or less. In other words, the design specification of a normal CMOS logic device that keeps roll-off within 10% is 0.13 μ.
1-transistor MO with a fine gate length of m or less
It has been found that it is difficult to directly apply it to the NOS memory cell.

【0030】そこで、本実施形態では、しきい値のロー
ルオフを10%以上あえて許容し、これによりチャネル
形成領域およびソース・ドレイン領域の不純物濃度プロ
ファイルの設計マージンを拡大して、その結果として、
ソース・ドレイン接合耐圧を向上させることを、ゲート
長0.13μm以下に微細化する際の新たな設計指針と
して提案する。これにより、書き込みディスターブ電圧
印加ができ、MONOSメモリトランジスタの更なる微
細化が可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the threshold roll-off is intentionally allowed to be 10% or more, thereby expanding the design margin of the impurity concentration profile of the channel forming region and the source / drain region, and as a result,
We propose to improve the source-drain junction breakdown voltage as a new design guide for miniaturization to a gate length of 0.13 μm or less. As a result, the write disturb voltage can be applied, and the MONOS memory transistor can be further miniaturized.

【0031】具体的に、本実施形態に係るメモリトラン
ジスタ(図4)においては、特に図示しないが不純物濃
度ピークを表面より深くしたリトログレードウエルの採
用によりチャネル形成領域の不純物濃度プロファイルを
規定し、そのピーク不純物濃度5〜20×1017cm
−3の範囲内で、LDDの接合深さを100nm以下と
している。このゲート絶縁膜6の酸化膜厚換算値で10
nm以下の場合、しきい値のロールオフを15%以上
(場合によっては50%以上も可)許容している。この
ような濃度プロファイル設計により、ゲート長が0.1
μm程度のMONOSメモリトランジスタが実現されて
いる。
Specifically, in the memory transistor according to the present embodiment (FIG. 4), although not shown, a retrograde well having an impurity concentration peak deeper than the surface is used to define the impurity concentration profile of the channel forming region. The peak impurity concentration is 5 to 20 × 10 17 cm
Within the range of −3 , the LDD junction depth is set to 100 nm or less. The oxide film thickness conversion value of this gate insulating film 6 is 10
In the case of nm or less, the roll-off of the threshold value is allowed to be 15% or more (and 50% or more in some cases). With such a concentration profile design, the gate length is 0.1
A MONOS memory transistor of about μm has been realized.

【0032】このような構成のメモリトランジスタの製
造においては、まず、用意した半導体基板1に対し素子
分離領域の形成、ウエルの形成、しきい電圧調整用のイ
オン注入等を必要に応じて行う。このウエルの形成時に
は、必要に応じて、上述した設計指針にもとづいて、後
で形成されるソース・ドレイン領域との接合耐圧を上げ
るための不純物濃度プロファイル設計を行う。つぎに、
半導体基板1の能動領域上にゲート絶縁膜6,ゲート電
極8,オフセット絶縁層(不図示)の積層膜を前記した
材料,膜厚および各成膜法にて積層させ、この積層膜を
一括して同一パターンにて加工する。なお、ゲート絶縁
膜6(ONO膜:トンネル絶縁膜/窒化膜/トップ絶縁
膜)のうちトンネル絶縁膜10を、たとえば3nm程度
まで厚膜化した場合、ONO膜厚仕様の典型値は、それ
ぞれ3.0nm/5.0nm/3.5nmとする。この
場合のONO膜の酸化シリコン膜厚の換算値は9nmで
ある。形成した積層パターンと自己整合的にソース・ド
レイン領域2,4を形成する。このとき、上述した設計
指針にもとづいて接合耐圧を上げるための不純物濃度プ
ロファイル設計を行う。続いて、サイドウォール絶縁層
の成膜により自己整合コンタクトを形成し、自己整合コ
ンタクトにより表出するソース・ドレイン領域2,4上
にビットコンタクト・プラグBCおよびソースコンタク
ト・プラグSCを形成する。これらプラグ周囲を層間絶
縁膜で埋め込み、層間絶縁膜上にビット線およびソース
線を形成した後、必要に応じて行う層間絶縁層を介した
上層配線の形成およびオーバーコート成膜とパッド開口
工程等を経て、当該不揮発性メモリトランジスタを完成
させる。
In manufacturing the memory transistor having such a structure, first, the semiconductor substrate 1 thus prepared is subjected to formation of an element isolation region, formation of a well, ion implantation for adjusting a threshold voltage, etc., if necessary. At the time of forming the well, an impurity concentration profile design for increasing the junction breakdown voltage with the source / drain regions to be formed later is performed, if necessary, based on the above-mentioned design guideline. Next,
A laminated film of the gate insulating film 6, the gate electrode 8, and the offset insulating layer (not shown) is laminated on the active region of the semiconductor substrate 1 by the above-mentioned material, film thickness and each film forming method, and the laminated film is collectively formed. Process with the same pattern. If the tunnel insulating film 10 of the gate insulating film 6 (ONO film: tunnel insulating film / nitride film / top insulating film) is thickened to, for example, about 3 nm, the typical value of the ONO film thickness specification is 3 each. It is set to 0.0 nm / 5.0 nm / 3.5 nm. In this case, the converted value of the silicon oxide film thickness of the ONO film is 9 nm. The source / drain regions 2 and 4 are formed in self-alignment with the formed laminated pattern. At this time, the impurity concentration profile design for increasing the junction breakdown voltage is performed based on the design guideline described above. Subsequently, a self-aligned contact is formed by forming a sidewall insulating layer, and a bit contact plug BC and a source contact plug SC are formed on the source / drain regions 2 and 4 exposed by the self-aligned contact. After filling the periphery of these plugs with an interlayer insulating film and forming bit lines and source lines on the interlayer insulating film, formation of upper layer wiring through an interlayer insulating layer and overcoat film formation and pad opening process, etc., which are performed as necessary Then, the nonvolatile memory transistor is completed.

【0033】本実施形態では、更にディスターブ特性を
改善するための手段として、図1に示すように、列方向
の共通線に接続され、非選択メモリトランジスタのソー
ス領域2及び/又はドレイン領域4(図4)に逆バイア
ス電圧を印加する書き込みインヒビット電圧供給回路9
2と、ワード線に接続され、非選択セルのゲート電極8
にチャネル形成領域1aに関し逆バイアスとなる電圧を
印加する非選択ワード線バイアス回路94とを有する。
In this embodiment, as a means for further improving the disturb characteristic, as shown in FIG. 1, the source region 2 and / or the drain region 4 (of the non-selected memory transistor) connected to the common line in the column direction are formed. Write inhibit voltage supply circuit 9 for applying a reverse bias voltage to (FIG. 4)
2 and the gate electrode 8 of the non-selected cell connected to the word line
And a non-selected word line bias circuit 94 for applying a reverse bias voltage to the channel formation region 1a.

【0034】ここで、“共通線”とは、列方向(列方向
の)複数のメモリトランジスタ間でソース領域またはド
レイン領域を共通に直接接続するか、容量結合する線を
いい、例えばビット線やソース線のほかに、いわゆるブ
ースタプレート等が該当する。図1は、共通線がビット
線およびソース線の場合である。また、“逆バイアス電
圧”とは、ソース領域またはドレイン領域と、チャネル
形成領域が形成される半導体基板または半導体層のバル
ク領域との間に形成されるPN接合を逆バイアスする方
向の電圧をいう。さらに、“チャネル形成領域に関して
逆バイアスとなる方向”とは、チャネル形成領域の電位
を基準とした電圧印加がプラス側かマイナス側の方向を
いう。具体的には、チャネル形成領域の導電型がP型の
場合の当該方向はプラス側、N型の場合の当該方向はマ
イナス側となる。
Here, the "common line" refers to a line in which a source region or a drain region is commonly directly connected or capacitively coupled between a plurality of memory transistors in a column direction (column direction), for example, a bit line or a line. Besides the source lines, so-called booster plates and the like are applicable. FIG. 1 shows a case where the common line is a bit line and a source line. The "reverse bias voltage" means a voltage in the direction of reverse biasing a PN junction formed between a source region or a drain region and a bulk region of a semiconductor substrate or a semiconductor layer in which a channel formation region is formed. . Further, "the direction in which the channel forming region is reverse biased" refers to the direction in which the voltage application based on the potential of the channel forming region is the positive side or the negative side. Specifically, when the conductivity type of the channel formation region is the P type, the relevant direction is the positive side, and when it is the N type, the relevant direction is the negative side.

【0035】これら書き込みインヒビット電圧供給回路
92および非選択ワード線バイアス回路94は、選択セ
ルのプログラムに先立って非選択メモリトランジスタの
ゲート電極8、ソース領域2およびドレイン領域4に所
定電圧を印加することにより、特に図1の非選択セル
A,Bの誤書き込みまたは誤消去を防止し、プログラム
ディスターブマージンの大幅な改善を行うものである。
The write inhibit voltage supply circuit 92 and the non-selected word line bias circuit 94 apply a predetermined voltage to the gate electrode 8, the source region 2 and the drain region 4 of the non-selected memory transistor prior to programming the selected cell. This prevents erroneous writing or erasing of the non-selected cells A and B in FIG. 1 and significantly improves the program disturb margin.

【0036】つぎに、このような構成の不揮発性メモリ
の書き込み動作について説明する。
Next, the write operation of the nonvolatile memory having such a configuration will be described.

【0037】ここで、図1に示すように、選択セルSと
の接続関係によって非選択セルA〜Cを定義する。すな
わち、選択セルSと同じ選択ワード線WL1に接続され
た非選択のセルをA、非選択ワード線WL2に接続され
たセルで、選択セルSと同じ選択ソース線SL1及び選
択ビット線BL1に接続された非選択のセルをC、選択
ワード線WL2に接続され、非選択ソース線SL2およ
び非選択ビット線BL2に接続された非選択のセルをB
と定義する。
Here, as shown in FIG. 1, the non-selected cells A to C are defined by the connection relationship with the selected cell S. That is, a non-selected cell connected to the same selected word line WL1 as the selected cell S is A, and a cell connected to the non-selected word line WL2 is connected to the same selected source line SL1 and selected bit line BL1 as the selected cell S. The selected unselected cells are connected to the selected word line WL2, and the unselected cells connected to the unselected source line SL2 and the unselected bit line BL2 are set to B.
It is defined as

【0038】図5に、この4種類のセルに対する書き込
みバイアス電圧の設定条件例を示す。選択セルSにデー
タを書き込む際、まず、非選択ワード線バイアス回路9
4により、選択ワード線WL1および非選択ワード線W
L2に基板電位0Vのときは所定の電圧、例えば4.5
Vを印加する。また、書き込みインヒビット電圧供給回
路92により、非選択ソース線SL2および非選択ビッ
ト線BL2に基板電位0Vのときは所定の逆バイアス電
圧、例えば5Vを印加する。このとき、選択ソース線S
L1および選択ビット線BL1は、接地電位0Vで保持
する。この状態で、選択セルSが接続されたワード線W
L1の印加電圧を、所定の電圧(4.5V)からプログ
ラム電圧(例えば、12V)に上げる。
FIG. 5 shows an example of write bias voltage setting conditions for these four types of cells. When writing data to the selected cell S, first, the non-selected word line bias circuit 9
4, the selected word line WL1 and the non-selected word line W
When the substrate potential of 0V is applied to L2, a predetermined voltage, for example 4.5.
Apply V. Further, the write inhibit voltage supply circuit 92 applies a predetermined reverse bias voltage, for example, 5V to the non-selected source line SL2 and the non-selected bit line BL2 when the substrate potential is 0V. At this time, the selected source line S
L1 and the selected bit line BL1 are held at the ground potential 0V. In this state, the word line W to which the selected cell S is connected
The applied voltage of L1 is increased from a predetermined voltage (4.5V) to a program voltage (for example, 12V).

【0039】図6(A)に、ゲート長0.1μmのMO
NOS型不揮発性メモリトランジスタのヒステリシス特
性を示す。また、図6(B)に典型的な書き込み/消去
特性を示す。図6(A)に示すように、良好なメモリの
ヒステリシス電圧差(ヒステリシス・ウインドウ)が得
られた。また、十分なしきい値のウインドウ幅がとれる
ための条件として、書き込み時間はワード線印加電圧1
2Vで0.7msec、ワード線印加電圧11Vで1m
sec、消去時間は−8Vの電圧印加で80msecが
得られた。
FIG. 6A shows an MO having a gate length of 0.1 μm.
7 shows a hysteresis characteristic of a NOS type nonvolatile memory transistor. Further, FIG. 6B shows a typical write / erase characteristic. As shown in FIG. 6A, a good memory hysteresis voltage difference (hysteresis window) was obtained. As a condition for obtaining a sufficient threshold window width, the write time is the word line applied voltage 1
0.7msec at 2V, 1m at 11V applied to word line
sec, and the erase time was 80 msec when a voltage of -8 V was applied.

【0040】この書き込み方法では、非選択ワード線W
L2に例えば正の電圧を印加することにより、非選択セ
ルBのディスターブマージンが拡大され、この非選択セ
ルBが誤書き込みまたは誤消去されない。また、非選択
ビット線BL2および非選択ソース線SL2に逆バイア
ス電圧を印加することによって、選択ワード線WL1の
プログラム電圧の印加で非選択セルAが書き込み状態に
なることが防止できるとともに、非選択セルBが誤書き
込み(および誤消去)されない。このときのバイアス電
圧印加の順序は、上述のように非選択ワード線への電圧
印加、逆バイアス電圧印加、プログラム電圧印加の順で
行うと、非選択セルBがディスターブを受けにくく好ま
しい。
In this writing method, the non-selected word line W
By applying, for example, a positive voltage to L2, the disturb margin of the non-selected cell B is expanded and the non-selected cell B is not erroneously written or erased. Further, by applying the reverse bias voltage to the non-selected bit line BL2 and the non-selected source line SL2, it is possible to prevent the non-selected cell A from being in the writing state by the application of the program voltage of the selected word line WL1 and to perform the non-selection. The cell B is not erroneously written (and erased). When the bias voltage is applied at this time in the order of voltage application to the non-selected word line, reverse bias voltage application, and program voltage application as described above, it is preferable that the non-selected cells B are less likely to be disturbed.

【0041】以上は、ディスターブ防止について述べて
きたが、拡大したソースおよびドレインの耐圧(接合耐
圧)が逆バイアスする際に問題とならないレベルである
ことを調べ、また、インヒビット電圧のゲート長依存
性、主要デバイス特性についても確認しておく必要があ
る。
Although the prevention of disturb has been described above, it has been investigated that the increased breakdown voltage (junction breakdown voltage) of the source and drain is a level that does not cause a problem when reverse bias is applied, and the dependency of the inhibit voltage on the gate length is examined. It is also necessary to confirm the main device characteristics.

【0042】〔メモリトランジスタの耐圧〕消去状態の
メモリトランジスタの電流−電圧特性について、ゲート
電圧4Vの条件下、チャネル不純物濃度をパラメータと
して検討した。この結果を、図7のグラフに示す。ここ
で、接合耐圧はドレイン電流1nA/μmで定義する。
グラフから、接合耐圧はチャネル不純物濃度に依存し、
チャネル不純物濃度が高いほど接合耐圧が低くなる傾向
を示した。チャネル不純物のドーズ量が15×1012
cm−2の場合に最も高いピーク濃度を示し、その値は
7〜8×1017cm−3となる。このとき、接合耐圧
7Vが得られた。
[Withstand Voltage of Memory Transistor] The current-voltage characteristics of the memory transistor in the erased state were examined under the condition of the gate voltage of 4 V and the channel impurity concentration as a parameter. The results are shown in the graph of FIG. Here, the junction breakdown voltage is defined by a drain current of 1 nA / μm.
From the graph, the junction breakdown voltage depends on the channel impurity concentration,
The junction breakdown voltage tends to decrease as the channel impurity concentration increases. Channel impurity dose is 15 × 10 12
In the case of cm −2 , the highest peak concentration is shown, and the value is 7 to 8 × 10 17 cm −3 . At this time, a junction breakdown voltage of 7V was obtained.

【0043】〔インヒビット電圧のゲート長依存性〕図
8に、ソース/ドレインのインヒビット電圧の下限値に
ついて、ゲート長依存性を示す。書き込み電圧Vppが1
2Vまで条件でのインヒビット電圧の下限値は約5Vで
あり、ゲート長依存性は殆ど示さなかった。ただし、書
き込み電圧Vppに対してはやや依存し、書き込み電圧V
ppが10Vで、インヒビット電圧の下限値は4〜4.3
V程度にまで下がっている。
[Gate Length Dependence of Inhibit Voltage] FIG. 8 shows the gate length dependency of the lower limit value of the source / drain inhibit voltage. Write voltage Vpp is 1
The lower limit value of the inhibit voltage under the conditions of up to 2V was about 5V, and the gate length dependency was hardly shown. However, the write voltage Vpp is slightly dependent on the write voltage Vpp.
pp is 10V, and the lower limit of inhibit voltage is 4 to 4.3.
It has dropped to about V.

【0044】また、消去状態における電流−電圧特性の
ゲート電圧依存性をついて検討した。降伏電圧はゲート
電圧依存性を示さず、サブブレークダウン領域における
立ち上がり電圧はゲート電圧依存性を示した。サブブレ
ークダウン領域はゲートエッジ部のドレイン/ソース領
域表面でのバンド間トンネル現象に起因していると推定
されるが、電流レベルが小さいため、ここでは問題にな
らないと考えられる。
Further, the gate voltage dependence of the current-voltage characteristic in the erased state was examined. The breakdown voltage did not show the gate voltage dependence, and the rising voltage in the sub-breakdown region showed the gate voltage dependence. It is presumed that the sub-breakdown region is caused by the band-to-band tunnel phenomenon on the surface of the drain / source region at the gate edge portion, but since the current level is small, it is considered that there is no problem here.

【0045】以上より、約7Vの接合耐圧は、ソース・
ドレイン印加電圧(インヒビットS/D電圧)の下限が
5V程度であるのに対して十分マージンがあり、このた
めインヒビット電圧をソース領域及び/又はドレイン領
域に印加することが可能であることを確認した。また、
図7から、書き込み電圧Vppを10Vとした場合、イン
ヒビット電圧の下限は4V程度まで下がるので、チャネ
ル形成領域のピーク不純物濃度を2×1018cm−3
として接合耐圧を5Vとしても、当該メモリトランジス
タは問題なく動作することが分かった。
From the above, the junction withstand voltage of about 7 V is
Although the lower limit of the drain applied voltage (inhibit S / D voltage) is about 5 V, there is a sufficient margin, and thus it was confirmed that the inhibit voltage can be applied to the source region and / or the drain region. . Also,
From FIG. 7, when the write voltage Vpp is set to 10 V, the lower limit of the inhibit voltage is lowered to about 4 V, so that the peak impurity concentration of the channel formation region is 2 × 10 18 cm −3.
As a result, it was found that the memory transistor operates without any problem even if the junction breakdown voltage is set to 5V.

【0046】〔主要デバイス特性〕消去状態での電流−
電圧特性を検討し、求めた読み出し電流とリーク電流の
電圧依存性を図9のグラフに示す。ゲート電圧0Vの場
合、ドレイン電圧1. 2Vでの非選択セルのリーク電流
値は約3nAであった。この場合の読み出し電流は30
μA以上であるため、非選択セルの誤読み出しが生じる
ことはないと考えられる。したがって、ゲート長0.1
μmのMONOS型メモリトランジスタにおいて読み出
し時のパンチスルー耐圧のマージンは十分あることが分
かった。
[Main device characteristics] Current in erased state-
The voltage dependence of the read current and the leak current obtained by examining the voltage characteristics is shown in the graph of FIG. When the gate voltage was 0V, the leak current value of the non-selected cell was about 3 nA at the drain voltage of 1.2V. The read current in this case is 30
Since it is μA or more, it is considered that erroneous reading of non-selected cells does not occur. Therefore, the gate length is 0.1
It was found that there is a sufficient margin of the punch-through breakdown voltage at the time of reading in the MONOS type memory transistor of μm.

【0047】データ書換え10万回後でのリードディス
ターブ特性も評価し、その結果を図10に示す。データ
書換え10万回後での10年後のしきい値のウインドウ
幅は0.5V以上が得られ、センスアンプで十分検出で
きるレベルであることが分かった。したがって、10年
以上の読み出し時間が可能であることが分かった。
The read disturb characteristic after 100,000 times of data rewriting was also evaluated, and the result is shown in FIG. It was found that the threshold window width after 10 years after data rewriting 100,000 times was 0.5 V or more, which was a level that could be sufficiently detected by the sense amplifier. Therefore, it was found that the read time of 10 years or more is possible.

【0048】書き込み条件(プログラム電圧:12V、
プログラム時間:0.7msec)、消去条件(消去時
ゲート電圧:−8V、消去時間:80msec)でのデ
ータ書き換え特性を検討し、結果を図11に示す。デー
タ書き換え回数は、キャリアトラップが空間的に離散化
されているために良好で、1×10回を満足すること
が分かった。また、ここにはデータを示していないが、
1×10回のデータ書き換えも可能であることも確認
した。また、データ保持特性は1×10回のデータ書
換え後で85℃、10年を満足した。
Writing condition (program voltage: 12 V,
Data rewriting characteristics under a program time: 0.7 msec) and an erase condition (gate voltage during erase: -8 V, erase time: 80 msec) were examined, and the results are shown in FIG. It was found that the number of times of data rewriting was good because the carrier traps were spatially discretized, and satisfied 1 × 10 5 times. Also, although the data is not shown here,
It was also confirmed that the data could be rewritten 1 × 10 6 times. In addition, the data retention characteristics satisfied 85 ° C. for 10 years after the data was rewritten 1 × 10 5 times.

【0049】以上より、チャネル形成領域、ソース領域
およびドレイン領域の不純物濃度プロファイルを、短チ
ャネル効果に対する最適値より変えて、接合耐圧を向上
させたことにより、ゲート長を0.1μmにスケーリン
グしたMONOS型不揮発性メモリトランジスタが実現
でき、充分な特性が得られていることを確かめることが
できた。また、実際のセル動作を検証することができ
た。
From the above, by changing the impurity concentration profile of the channel forming region, the source region and the drain region from the optimum value for the short channel effect to improve the junction breakdown voltage, the gate length is scaled to 0.1 μm. It was confirmed that a non-volatile memory transistor was realized and sufficient characteristics were obtained. In addition, we were able to verify the actual cell operation.

【0050】なお、不揮発性メモリ装置では、通常、消
去ベリファイにより消去状態でメモリトランジスタのし
きい値を揃えるシーケンスがあることから、各メモリト
ランジスタのしきい値低下を補償することが容易に行う
ことができる。したがって、不揮発性メモリにおけるし
きい値のロールオフ仕様の緩和は、ロジックデバイスほ
ど問題となることはない。
In a non-volatile memory device, since there is usually a sequence in which the threshold values of the memory transistors are made uniform in the erased state by erase verification, it is easy to compensate for the threshold voltage drop of each memory transistor. You can Therefore, the relaxation of the threshold roll-off specification in the non-volatile memory does not pose a problem as much as the logic device.

【0051】[第2実施形態]本実施形態では、図4と
同じ素子構造において、ゲート長を85nmまでスケー
リングした場合である。
[Second Embodiment] In the present embodiment, the gate length is scaled up to 85 nm in the same device structure as in FIG.

【0052】図12に、ゲート長85nmのMONOS
型メモリトランジスタの電流−電圧特性を示す。図よ
り、接合耐圧は7Vであり、ソース/ドレインインヒビ
ット電圧5Vに対して、また、十分にマージンがあるこ
とが分かる。
FIG. 12 shows a MONOS having a gate length of 85 nm.
Shows the current-voltage characteristics of the type memory transistor. From the figure, it can be seen that the junction breakdown voltage is 7V and there is a sufficient margin with respect to the source / drain inhibit voltage of 5V.

【0053】図13に、選択セルからの読み出し電流
と、非選択セルからのリーク電流とを併せて示す。ゲー
ト長が第1実施形態の100nmから更に85nmまで
スケーリングされているため、これにともないドレイン
電圧を1.1Vまでスケーリングした場合、パンチスル
ー電流に起因したリーク電流の増大が予想されていた。
ところが、実際には、チャネル形成領域の不純物濃度を
ピーク濃度で8×1017cm−3と高くできたため、
読み出し電流とリーク電流との比は、ゲート長0.1μ
mの場合と比較して若干減少しているものの、3桁以上
と大きい。
FIG. 13 also shows the read current from the selected cell and the leak current from the non-selected cell. Since the gate length is scaled from 100 nm in the first embodiment to 85 nm, an increase in leak current due to punch-through current was expected when the drain voltage was scaled to 1.1 V accordingly.
However, in practice, the impurity concentration of the channel formation region could be increased to a peak concentration of 8 × 10 17 cm −3 ,
The ratio of the read current to the leak current is such that the gate length is 0.1 μm.
Although it is slightly smaller than the case of m, it is as large as three digits or more.

【0054】図14に、消去状態でのメモリセルの読み
出し電流特性を示す。読み出しドレイン電圧を1.1V
にスケーリングした場合、読み出し電流は、読み出しゲ
ート電圧1.5Vで33.5μA/μm、読み出しゲー
ト電圧2Vで59.7μA/μmであった。
FIG. 14 shows the read current characteristic of the memory cell in the erased state. Read drain voltage 1.1V
When scaled to, the read current was 33.5 μA / μm at a read gate voltage of 1.5 V and 59.7 μA / μm at a read gate voltage of 2 V.

【0055】図15に、ゲート長85nmMONOSメ
モリトランジスタのデータ書き換え特性を示す。10万
回までのしきい値のウインドウ幅は十分大きく、10万
回までデータ書換えが可能であることが分かった。とく
にデータは示さないが、100万回までのデータ書き換
えが可能なことも確認した。
FIG. 15 shows the data rewriting characteristic of a MONOS memory transistor having a gate length of 85 nm. It was found that the threshold window width up to 100,000 times is sufficiently large and data can be rewritten up to 100,000 times. Although no data is shown, it was confirmed that the data can be rewritten up to 1 million times.

【0056】図16に、データ書き換え1万回後でのリ
ードディスターブ特性を示す。測定値を外挿したしきい
値のウインドウ幅は10年後で0.5V以上である。こ
れにより、10年間の連続読み出しが可能であることが
分かる。
FIG. 16 shows the read disturb characteristic after 10,000 times of data rewriting. The window width of the threshold value obtained by extrapolating the measured value is 0.5 V or more after 10 years. As a result, it can be seen that continuous reading for 10 years is possible.

【0057】以上、チャネル形成領域の不純物濃度をピ
ーク濃度値で8×1017cm−3に増大させることに
より、ゲート長が0.1μmより更に小さい、ゲート長
85nmのMONOS型不揮発性メモリが実現可能であ
ることが確認できた。
As described above, by increasing the impurity concentration of the channel formation region to a peak concentration value of 8 × 10 17 cm −3 , a MONOS type nonvolatile memory having a gate length of 85 nm and a gate length of less than 0.1 μm is realized. It was confirmed that it was possible.

【0058】以下、第3および第4実施形態に、不揮発
性メモリの素子構造の変形例を示す。
Hereinafter, modified examples of the element structure of the non-volatile memory will be shown in the third and fourth embodiments.

【0059】[第3実施形態]本実施形態は、メモリト
ランジスタの電荷蓄積手段としてゲート絶縁膜中に埋め
込まれ例えば10ナノメータ以下の粒径を有する多数の
互いに絶縁されたSiナノ結晶を用いた不揮発性半導体
記憶装置(以下、Siナノ結晶型という)に関する。
[Third Embodiment] In this embodiment, as a charge storage means of a memory transistor, a nonvolatile memory using a large number of mutually insulated Si nanocrystals embedded in a gate insulating film and having a grain size of, for example, 10 nanometers or less is used. Semiconductor memory device (hereinafter referred to as Si nanocrystal type).

【0060】図17は、このSiナノ結晶型メモリトラ
ンジスタの素子構造を示す断面図である。本実施形態の
Siナノ結晶型不揮発性メモリが、先の第1実施形態と
異なるのは、本実施形態のゲート絶縁膜30が、窒化膜
12とトップ絶縁膜14に代えて、トンネル絶縁膜10
上の電荷蓄積手段としてのSiナノ結晶32と、その上
の酸化膜34とから形成されていることである。その他
の構成、即ち半導体基板1、チャネル形成領域1a、ソ
ース領域2、ドレイン領域4、トンネル絶縁膜10、ゲ
ート電極8は、第1実施形態と同様である。
FIG. 17 is a sectional view showing the element structure of this Si nanocrystal type memory transistor. The Si nanocrystal type nonvolatile memory of the present embodiment is different from the first embodiment described above in that the gate insulating film 30 of the present embodiment is replaced by the tunnel insulating film 10 instead of the nitride film 12 and the top insulating film 14.
That is, it is formed of the Si nanocrystal 32 as the upper charge storage means and the oxide film 34 thereon. Other configurations, that is, the semiconductor substrate 1, the channel forming region 1a, the source region 2, the drain region 4, the tunnel insulating film 10, and the gate electrode 8 are the same as those in the first embodiment.

【0061】Siナノ結晶32は、そのサイズ(直径)
が、好ましくは10nm以下、例えば4.0nm程度で
あり、個々のSiナノ結晶同士が酸化膜34で空間的
に、例えば4nm程度の間隔で分離されている。本例に
おけるトンネル絶縁膜10は、電荷蓄積手段(Siナノ
結晶32)が基板側に近いこととの関係で、第1実施形
態よりやや厚く、使用用途に応じて2.6nmから5.
0nmまでの範囲内で適宜選択できる。ここでは、4.
0nm程度の膜厚とした。
The size (diameter) of the Si nanocrystal 32 is
However, it is preferably 10 nm or less, for example, about 4.0 nm, and the individual Si nanocrystals are spatially separated by the oxide film 34 at intervals of, for example, about 4 nm. The tunnel insulating film 10 in this example is slightly thicker than that in the first embodiment because the charge storage means (Si nanocrystal 32) is close to the substrate side, and the thickness of 2.6 nm to 5.
It can be appropriately selected within the range of 0 nm. Here, 4.
The film thickness was about 0 nm.

【0062】このような構成のメモリトランジスタの製
造では、トンネル絶縁膜10の成膜後、例えばプラズマ
CVD法でトンネル酸化膜10の上に、複数のSiナノ
結晶32を形成する。また、Siナノ結晶32を埋め込
むように、酸化膜34を、例えば7nmほどLP−CV
Dにより成膜する。このLP−CVDでは、原料ガスが
DCSとN2 Oの混合ガス、基板温度が例えば700℃
とする。このときSiナノ結晶32は酸化膜34に埋め
込まれ、酸化膜34表面が平坦化される。平坦化が不十
分な場合は、新たに平坦化プロセス(例えばCMP等)
を行うとよい。その後、ゲート電極8を成膜し、ゲート
積層膜を一括してパターンニングする工程を経て、当該
Siナノ結晶型メモリトランジスタを完成させる。
In the manufacture of the memory transistor having such a structure, after forming the tunnel insulating film 10, a plurality of Si nanocrystals 32 are formed on the tunnel oxide film 10 by, for example, the plasma CVD method. In addition, the oxide film 34 is filled with the Si nanocrystal 32 by, for example, about 7 nm by LP-CV.
The film is formed by D. In this LP-CVD, the source gas is a mixed gas of DCS and N2 O, and the substrate temperature is, for example, 700 ° C.
And At this time, the Si nanocrystal 32 is embedded in the oxide film 34, and the surface of the oxide film 34 is flattened. If the planarization is insufficient, a new planarization process (for example, CMP)
Good to do. After that, the gate electrode 8 is formed, and a step of collectively patterning the gate laminated film is performed to complete the Si nanocrystal type memory transistor.

【0063】このように形成されたSiナノ結晶32
は、平面方向に離散化されたキャリアトラップとして機
能する。そのトラップレベルは、周囲の酸化シリコンと
のバンド不連続値で推定可能で、その推定値では約3.
1eV程度とされる。この大きさの個々のSiナノ結晶
32は、数個の注入電子を保持できる。なお、Siナノ
結晶32を更に小さくして、これに単一電子を保持させ
てもよい。
Si nanocrystal 32 formed in this way
Functions as a carrier trap discretized in the plane direction. The trap level can be estimated by a band discontinuity value with surrounding silicon oxide, and the estimated value is about 3.
It is set to about 1 eV. Individual Si nanocrystals 32 of this size can hold several injected electrons. The Si nanocrystal 32 may be made smaller to hold a single electron.

【0064】このような構成のSiナノ結晶型不揮発性
メモリについて、ランドキストのバックトンネリングモ
デルによりデータ保持特性を検討した。データ保持特性
を向上させるためには、トラップレベルを深くして、電
荷重心と半導体基板1との距離を大きくすることが重要
となる。そこで、ランドキストモデルを物理モデルに用
いたシミュレーションにより、トラップレベル3.1e
Vの場合のデータ保持を検討した。この結果、トラップ
レベル3.1eVの深いキャリアトラップを用いること
により、電荷保持媒体からチャネル形成領域1aまでの
距離が4.0nmと比較的に近い場合でも良好なデータ
保持を示すことが分かり、予想通りの結果が得られた。
With respect to the Si nanocrystal type nonvolatile memory having such a structure, the data retention characteristic was examined by the Landkist back tunneling model. In order to improve the data retention characteristics, it is important to deepen the trap level and increase the distance between the center of charge and the semiconductor substrate 1. Therefore, a trap level 3.1e was obtained by a simulation using the Landkist model as a physical model.
Data retention for V was examined. As a result, it was found that the use of a deep carrier trap with a trap level of 3.1 eV shows good data retention even when the distance from the charge retention medium to the channel formation region 1a is relatively close to 4.0 nm. The street results were obtained.

【0065】第1実施形態と同様にして、ゲート長0.
1μmの微細メモリトランジスタを有する1トランジス
タセルの動作を確認した。次いで、低電圧プログラミン
グについて検討した。本例における書き込み時間は、プ
ログラム電圧が5Vの低プログラム電圧で1msec以
下であり、Siナノ結晶型の高速書き込み性が実証でき
た。
Similar to the first embodiment, the gate length is 0.
The operation of a 1-transistor cell having a 1 μm fine memory transistor was confirmed. Next, low voltage programming was considered. The write time in this example was 1 msec or less at a low program voltage of 5 V, and the high-speed writeability of the Si nanocrystal type was verified.

【0066】[第4実施形態]本実施形態は、メモリト
ランジスタの電荷蓄積手段として絶縁膜中に埋め込まれ
互いに分離した多数の微細分割型フローティングゲート
を用いた不揮発性半導体記憶装置(以下、微細分割FG
型という)に関する。
[Fourth Embodiment] In the present embodiment, a nonvolatile semiconductor memory device (hereinafter referred to as "fine division") using a large number of fine division type floating gates embedded in an insulating film and separated from each other as a charge storage means of a memory transistor. FG
Type).

【0067】図18は、この微細分割FG型メモリトラ
ンジスタの素子構造を示す断面図である。本実施形態の
微細分割FG型不揮発性メモリが、先の第1実施形態と
異なるのは、メモリトランジスタがSOI基板に形成さ
れていることと、本実施形態のゲート絶縁膜40が、窒
化膜12とトップ絶縁膜14に代えて、トンネル絶縁膜
10上の電荷蓄積手段としての微細分割型フローティン
グゲート42と、その上の酸化膜44とが、ゲート電極
8との間に形成されていることである。その他の構成の
うち、トンネル絶縁膜10、ゲート電極8は、第1実施
形態と同様である。この微細分割フローティングゲート
42は、先の第3実施形態のSiナノ結晶32とともに
本発明でいう“小粒径導電体”の具体例に該当する。
FIG. 18 is a sectional view showing the element structure of this finely divided FG type memory transistor. The finely divided FG nonvolatile memory according to the present embodiment is different from the first embodiment described above in that the memory transistor is formed on the SOI substrate, and that the gate insulating film 40 according to the present embodiment is the nitride film 12 In place of the top insulating film 14, the finely divided floating gate 42 as the charge storage means on the tunnel insulating film 10 and the oxide film 44 thereon are formed between the gate electrode 8. is there. Among the other configurations, the tunnel insulating film 10 and the gate electrode 8 are the same as those in the first embodiment. The finely divided floating gate 42 corresponds to a specific example of the “small grain conductor” in the present invention together with the Si nanocrystal 32 of the third embodiment.

【0068】SOI基板としては、酸素イオンをシリコ
ン基板に高濃度にイオン注入し基板表面より深い箇所に
埋込酸化膜を形成したSIMOX(Separation by Impl
anted Oxygen)基板や、一方のシリコン基板表面に酸化
膜を形成し他の基板と張り合わせた張合せ基板などが用
いられる。このような方法によって形成され図18に示
したSOI基板は、半導体基板46、分離酸化膜48お
よびシリコン層50とから構成され、シリコン層50内
に、チャネル形成領域50a,ソース領域2およびドレ
イン領域4が設けられている。なお、半導体基板46に
代えて、ガラス基板、プラスチック基板、サファイア基
板等を用いてもよい。
As the SOI substrate, SIMOX (Separation by Impl) in which oxygen ions are ion-implanted into a silicon substrate at a high concentration and a buried oxide film is formed at a position deeper than the substrate surface.
Anted Oxygen) substrate, or a bonded substrate in which an oxide film is formed on the surface of one silicon substrate and bonded to another substrate. The SOI substrate formed by such a method and shown in FIG. 18 is composed of a semiconductor substrate 46, an isolation oxide film 48 and a silicon layer 50. Inside the silicon layer 50, a channel forming region 50a, a source region 2 and a drain region are formed. 4 are provided. Note that a glass substrate, a plastic substrate, a sapphire substrate, or the like may be used instead of the semiconductor substrate 46.

【0069】微細分割フローティングゲート42は、通
常のFG型のフローティングゲートを、その高さが例え
ば5.0nm程度で、直径が例えば8nmまでの微細な
ポリSiドットに加工したものである。本例におけるト
ンネル絶縁膜10は、第1実施形態よりやや厚いが、通
常のFG型に比べると格段に薄く形成され、使用用途に
応じて2.5nmから4.0nmまでの範囲内で適宜選
択できる。ここでは、最も薄い2.5nmの膜厚とし
た。
The finely divided floating gate 42 is obtained by processing a normal FG type floating gate into fine poly-Si dots having a height of about 5.0 nm and a diameter of up to 8 nm, for example. The tunnel insulating film 10 in the present example is slightly thicker than that of the first embodiment, but is formed to be significantly thinner than the normal FG type, and is appropriately selected within the range of 2.5 nm to 4.0 nm according to the intended use. it can. Here, the thinnest film thickness is 2.5 nm.

【0070】このような構成のメモリトランジスタの製
造では、SOI基板上にトンネル絶縁膜10を成膜した
後、例えばLP−CVD法で、トンネル絶縁膜10の上
にポリシリコン膜(最終膜厚:5nm)を成膜する。こ
のLP−CVDでは、原料ガスがDCSとアンモニアの
混合ガス、基板温度が例えば650℃とする。つぎに、
例えば電子ビーム露光法を用いて、ポリシリコン膜を直
径が例えば8nmまでの微細なポリSiドットに加工す
る。このポリSiドットは、微細分割型フローティング
ゲート42(電荷蓄積手段)として機能する。その後、
微細分割型フローティングゲート42を埋め込むかたち
で、酸化膜44を、例えば9nmほどLP−CVDによ
り成膜する。このLP−CVDでは、原料ガスがDCS
とN2 Oの混合ガス、基板温度が例えば700℃とす
る。この時、微細分割型フローティングゲート42は酸
化膜44に埋め込まれ、酸化膜44表面が平坦化され
る。平坦化が不十分な場合は、新たに平坦化プロセス
(例えばCMP等)を行うとよい。その後、ゲート電極
8を成膜し、ゲート積層膜を一括してパターンニングす
る工程を経て、当該微細分割FG型メモリトランジスタ
を完成させる。
In the manufacture of the memory transistor having such a structure, after forming the tunnel insulating film 10 on the SOI substrate, the polysilicon film (final film thickness: 5 nm) is deposited. In this LP-CVD, the source gas is a mixed gas of DCS and ammonia, and the substrate temperature is 650 ° C., for example. Next,
For example, the electron beam exposure method is used to process the polysilicon film into fine poly-Si dots having a diameter of, for example, 8 nm. The poly-Si dots function as the fine division type floating gate 42 (charge storage means). afterwards,
An oxide film 44 is formed by LP-CVD to fill the finely divided floating gate 42 by, for example, about 9 nm. In this LP-CVD, the source gas is DCS.
And a substrate temperature of 700 ° C. At this time, the fine division type floating gate 42 is embedded in the oxide film 44, and the surface of the oxide film 44 is flattened. If the planarization is insufficient, a new planarization process (for example, CMP) may be performed. After that, a gate electrode 8 is formed, and a step of collectively patterning the gate laminated film is performed to complete the fine division FG type memory transistor.

【0071】このようにSOI基板を用い、フローティ
ングゲートが微細に分割されることについては、素子を
試作して特性を評価した結果、予想通りの良好な特性が
得られることを確認した。また、第1実施形態と同様に
して、ゲート長0.1μmの微細メモリトランジスタを
有する1トランジスタセルの動作を確認した。
With respect to the fact that the floating gate is finely divided by using the SOI substrate as described above, as a result of evaluating the characteristics by making a device for trial, it was confirmed that the expected good characteristics were obtained. Also, as in the first embodiment, the operation of the one-transistor cell having the fine memory transistor having the gate length of 0.1 μm was confirmed.

【0072】[変形例]以上述べてきた第1〜第4実施
形態において、種々の変形が可能である。
[Modification] Various modifications can be made to the first to fourth embodiments described above.

【0073】まず、セル構造については、ビット線およ
びソース線が階層化された分離ソース型のNOR型を採
用できる。図19に、このNOR型メモリセルアレイの
回路構成を示す。また、図20に、このNOR型メモリ
セルアレイのパターン例を示す平面図を、図21に、図
20のB−B’線に沿った断面側から見た斜視図を示
す。
First, as the cell structure, a NOR type of a separated source type in which bit lines and source lines are hierarchized can be adopted. FIG. 19 shows the circuit configuration of this NOR type memory cell array. 20 is a plan view showing an example of the pattern of this NOR type memory cell array, and FIG. 21 is a perspective view seen from the sectional side along the line BB ′ of FIG.

【0074】この不揮発性メモリ装置110では、ビッ
ト線が主ビット線と副ビット線に階層化され、ソース線
が主ソース線と副ソース線に階層化されている。主ビッ
ト線MBL1に選択トランジスタS11を介して副ビッ
ト線SBL1が接続され、主ビット線MBL2に選択ト
ランジスタS21を介して副ビット線SBL2が接続さ
れている。また、主ソース線MSL(図21では、MS
L1およびMSL2に分割)に対し、選択トランジスタ
S12を介して副ソース線SSL1が接続され、選択ト
ランジスタS22を介して副ソース線SSL2が接続さ
れている。
In this non-volatile memory device 110, bit lines are hierarchized into main bit lines and sub bit lines, and source lines are hierarchized into main source lines and sub source lines. The sub-bit line SBL1 is connected to the main bit line MBL1 via the selection transistor S11, and the sub-bit line SBL2 is connected to the main bit line MBL2 via the selection transistor S21. In addition, the main source line MSL (in FIG. 21, MS
L1 and MSL2), the sub-source line SSL1 is connected via the selection transistor S12, and the sub-source line SSL2 is connected via the selection transistor S22.

【0075】そして、副ビット線SBL1と副ソース線
SSL1との間に、メモリトランジスタM11〜M1n
が並列接続され、副ビット線SBL2と副ソース線SS
L2との間に、メモリトランジスタM21〜M2nが並
列接続されている。この互いに並列に接続されたn個の
メモリトランジスタと、2つの選択トランジスタ(S1
1とS12、又は、S21とS22)とにより、メモリ
セルアレイを構成する単位ブロックが構成される。
The memory transistors M11 to M1n are provided between the sub bit line SBL1 and the sub source line SSL1.
Are connected in parallel, and the sub bit line SBL2 and the sub source line SS are connected.
Memory transistors M21 to M2n are connected in parallel with L2. The n memory transistors connected in parallel to each other and the two selection transistors (S1
1 and S12, or S21 and S22) form a unit block forming a memory cell array.

【0076】行方向に隣接するメモリトランジスタM1
1,M21,…の各ゲートがワード線WL1に接続され
ている。同様に、メモリトランジスタM12,M22,
…の各ゲートがワード線WL2に接続され、また、メモ
リトランジスタM1n,M2n,…の各ゲートがワード
線WLnに接続されている。行方向に隣接する選択トラ
ンジスタS11,S21,…は選択線SG1により制御
され、選択トランジスタS12,S22,…は選択線S
G2により制御される。
Memory transistors M1 adjacent in the row direction
The gates of 1, M21, ... Are connected to the word line WL1. Similarly, the memory transistors M12, M22,
Each gate of ... Is connected to the word line WL2, and each gate of the memory transistors M1n, M2n, ... Is connected to the word line WLn. The selection transistors S11, S21, ... Adjacent to the row direction are controlled by the selection line SG1, and the selection transistors S12, S22 ,.
It is controlled by G2.

【0077】この微細NOR型セルアレイ110では、
図21に示すように、半導体基板111の表面にPウエ
ル112が形成されている。Pウエル112は、トレン
チに絶縁物を埋め込んでなり、平行ストライプ状に配置
された素子分離絶縁層113によりワード線方向に絶縁
分離されている。
In this fine NOR type cell array 110,
As shown in FIG. 21, a P well 112 is formed on the surface of the semiconductor substrate 111. The P well 112 has a trench filled with an insulator, and is insulated and isolated in the word line direction by an element isolation insulating layer 113 arranged in parallel stripes.

【0078】素子分離絶縁層112により分離された各
Pウエル部分が、メモリトランジスタの能動領域とな
る。能動領域内の幅方向両側で、互いの距離をおいた平
行ストライプ状にN型不純物が高濃度に導入され、これ
により、副ビット線SBLおよび副ソース線SSLが形
成されている。これら副ビット線SBLおよび副ソース
線SSL上に絶縁膜を介して直交して、各ワード線WL
1,WL2,WL3,WL4,…が等間隔に配線されて
いる。このワード線は、後述するように、トンネル絶縁
膜,窒化膜,トップ絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、ゲ
ート電極とを積層させて構成されている。本実施形態で
は、ゲート長(ワード線の幅)が0.13μm以下、た
とえば0.1μmに微細化されている。副ビット線SB
Lと副ソース線SSLとの間のPウエル部分112a
と、各ワード線との交差部分がメモリトランジスタのチ
ャネル形成領域となり、そのチャネル形成領域に接する
副ビット線部分がドレイン、副ソース線部分がソースと
して機能する。
Each P well portion isolated by the element isolation insulating layer 112 becomes an active region of the memory transistor. N-type impurities are introduced at high concentration in parallel stripes spaced apart from each other in the width direction in the active region, whereby the sub-bit line SBL and the sub-source line SSL are formed. The word lines WL are orthogonally arranged on the sub-bit lines SBL and the sub-source lines SSL via an insulating film.
1, WL2, WL3, WL4, ... Are wired at equal intervals. As will be described later, this word line is formed by laminating a gate insulating film including a tunnel insulating film, a nitride film, and a top insulating film, and a gate electrode. In the present embodiment, the gate length (word line width) is miniaturized to 0.13 μm or less, for example, 0.1 μm. Sub bit line SB
P well portion 112a between L and the sub source line SSL
And the intersection with each word line serves as a channel formation region of the memory transistor, the sub-bit line portion in contact with the channel formation region functions as a drain, and the sub-source line portion functions as a source.

【0079】ワード線の上部および側壁は、図3の場合
と同様、オフセット絶縁層およびサイドウォール絶縁層
(本例では、通常の層間絶縁層でも可)により覆われて
いる。これら絶縁層には、所定間隔で副ビット線SBL
に達するビットコンタクト・プラグBCと、副ソース線
SSLに達するソースコンタクト・プラグSCとが形成
されている。これらのプラグBC,SCは、たとえば、
ビット線方向のメモリトランジスタが128個程度ごと
に設けられている。また、絶縁層上を、ビットコンタク
ト・プラグBC上に接触する主ビット線MBL1,BL
2,…と、ソースコンタクト・プラグSC上に接触する
主ソース線MSL1,BL2,…が交互に、平行ストラ
イプ状に形成されている。
Similar to the case of FIG. 3, the upper portion and the side wall of the word line are covered with the offset insulating layer and the sidewall insulating layer (in this example, a normal interlayer insulating layer is also possible). Sub-bit lines SBL are provided at predetermined intervals on these insulating layers.
And a source contact plug SC reaching the sub-source line SSL are formed. These plugs BC and SC are, for example,
About 128 memory transistors are provided in the bit line direction. In addition, the main bit lines MBL1, BL contacting the insulating layer on the bit contact plug BC
, And main source lines MSL1, BL2, ... Contacting on the source contact plugs SC are alternately formed in parallel stripes.

【0080】この微細NOR型セルアレイ100は、ビ
ット線およびソース線が階層化され、メモリセルごとに
ビットコンタクト・プラグBCおよびソースコンタクト
・プラグSCを形成する必要がない。したがって、コン
タクト抵抗自体のバラツキは基本的にない。ビットコン
タクト・プラグBCおよびソースコンタクト・プラグS
Cは、たとえば、128個のメモリセルごとに設けられ
る。プラグ形成を自己整合的に行わないときは、オフセ
ット絶縁層およびサイドウォール絶縁層は必要ない。す
なわち、通常の層間絶縁膜を厚く堆積してメモリトラン
ジスタを埋め込む工程のみで足りる。このように、本例
では、更に工程を簡略化できる利点がある。
In this fine NOR type cell array 100, bit lines and source lines are hierarchized, and it is not necessary to form the bit contact plug BC and the source contact plug SC for each memory cell. Therefore, there is basically no variation in the contact resistance itself. Bit contact plug BC and source contact plug S
C is provided for every 128 memory cells, for example. If the plug is not formed in a self-aligned manner, the offset insulating layer and the sidewall insulating layer are not necessary. That is, only the usual step of thickly depositing the interlayer insulating film and embedding the memory transistor is sufficient. As described above, this example has an advantage that the process can be further simplified.

【0081】また、副配線(副ビット線,副ソース線)
を不純物領域で構成した疑似コンタクトレス構造として
無駄な空間が殆どないことから、各層の形成をウエハプ
ロセス限界の最小線幅Fで行った場合、8Fに近い非
常に小さいセル面積で製造できる。さらに、ビット線と
ソース線が階層化されており、選択トランジスタS11
又はS21が非選択の単位ブロックにおける並列メイン
トランジスタ群を主ビット線MBL1またはMBL2か
ら切り離すため、主ビット線の容量が著しく低減され、
高速化、低消費電力化に有利である。また、選択トラン
ジスタS12またはS22の働きで、副ソース線を主ソ
ース線から切り離して、低容量化することができる。な
お、更なる高速化のためには、副ビット線SBL1,S
BL2または副ソース線SSL1,SSL2はシリサイ
ドを張り付けた不純物領域で形成し、主ビット線MBL
1,MBL2はメタル配線を用いるとよい。
Sub wiring (sub bit line, sub source line)
Since there is almost no wasted space as a pseudo contactless structure composed of the impurity regions, when each layer is formed with the minimum line width F of the wafer process limit, it is possible to manufacture with a very small cell area close to 8F 2 . Further, the bit line and the source line are hierarchized, and the selection transistor S11
Alternatively, since S21 disconnects the parallel main transistor group in the unselected unit block from the main bit line MBL1 or MBL2, the capacity of the main bit line is significantly reduced,
It is advantageous for high speed and low power consumption. In addition, the sub-source line can be separated from the main source line by the function of the selection transistor S12 or S22 to reduce the capacitance. In order to further increase the speed, the sub bit lines SBL1, S
BL2 or the sub-source lines SSL1 and SSL2 are formed of impurity regions to which silicide is attached, and the main bit line MBL
Metal wirings are preferably used for 1 and MBL2.

【0082】また、NAND型のセル方式も採用でき
る。NAND型は、図19のメモリセルアレイを構成す
る単位ブロック内で、各メモリトランジスタM11〜M
1n、あるいはM21〜M1nを並列ではなく直列に接
続することにより達成される。この場合、副ビット線お
よび副ソース線の区別はなく、NAND列のチャネル形
成不純物領域となる。その他、とくに図示しないがDI
NOR型、いわゆるHiCR型と称されソース線を隣接
する2つのソース領域で共有した分離ソース型のセルア
レイから構成される微細NOR型セルであっても、本発
明が適用できる。
A NAND type cell system can also be adopted. In the NAND type, each of the memory transistors M11 to M in the unit block forming the memory cell array of FIG.
1n or M21 to M1n are connected in series instead of in parallel. In this case, there is no distinction between the sub-bit line and the sub-source line, and the sub-bit line and the sub-source line are the channel forming impurity regions of the NAND string. In addition, although not particularly shown, DI
The present invention can be applied to a fine NOR type cell, which is a NOR type, so-called HiCR type, and which is composed of an isolated source type cell array in which a source line is shared by two adjacent source regions.

【0083】また、第1実施形態の説明では、書き込み
インヒビット電圧供給回路92は、メモリトランジスタ
のソース領域2とドレイン領域4との双方に同時に同一
な逆バイアス電圧を付与することを前提としたが、本発
明では、逆バイアス電圧は同一電圧に限定されず、また
ソース領域2とドレイン領域4の何れか一方に逆バイア
ス電圧を付与し、他方をオープンとするようにしてもよ
い。また、ソース線とビット線で異なる電圧を印加する
ことも可能である。
In the description of the first embodiment, it is premised that the write inhibit voltage supply circuit 92 applies the same reverse bias voltage to both the source region 2 and the drain region 4 of the memory transistor at the same time. In the present invention, the reverse bias voltage is not limited to the same voltage, and the reverse bias voltage may be applied to one of the source region 2 and the drain region 4 and the other may be opened. It is also possible to apply different voltages to the source line and the bit line.

【0084】“電荷蓄積手段”は、窒化膜バルクのキャ
リアトラップおよび酸化膜と窒化膜界面付近に形成され
たキャリアトラップを含むことから。ゲート絶縁膜がN
O(Nitride-Oxide)膜なるMNOS型であっても本発明
が適用できる。
The "charge storage means" includes a carrier trap in the bulk of the nitride film and a carrier trap formed near the interface between the oxide film and the nitride film. The gate insulating film is N
The present invention can be applied even to the MNOS type which is an O (Nitride-Oxide) film.

【0085】スタンドアロン型の不揮発性メモリのほ
か、ロジック回路と同一基板上に集積化したエンベデッ
ド型の不揮発性メモリに対しても本発明が適用できる。
なお、第4実施形態のようにSOI基板を用いること
は、第1〜第3実施形態のメモリトランジスタ構造に重
複して適用可能である。
The present invention can be applied to not only the stand-alone type non-volatile memory but also the embedded type non-volatile memory integrated with the logic circuit on the same substrate.
The use of the SOI substrate as in the fourth embodiment can be applied to the memory transistor structures of the first to third embodiments redundantly.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、ゲート絶縁膜内の電荷蓄積手段に電荷を蓄積さ
せて基本動作するメモリトランジスタを、微細化された
場合に適した構造にすることが可能となった。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the memory transistor that basically operates by storing charges in the charge storage means in the gate insulating film has a structure suitable for miniaturization. It has become possible.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係るソース分離NOR
型の不揮発性半導体メモリの概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a source-isolated NOR according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a nonvolatile semiconductor memory of the type.

【図2】本発明の第1実施形態に係る具体的なセル配置
パターンの一例として、自己整合技術を用いた微細NO
R型セルアレイの概略平面図である。
FIG. 2 shows an example of a specific cell arrangement pattern according to the first embodiment of the present invention, in which a fine NO using a self-alignment technique is used.
It is a schematic plan view of an R-type cell array.

【図3】本発明の第1実施形態に係る図2のセルアレイ
でA−A’線に沿った断面側から見た斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of the cell array of FIG. 2 according to the first exemplary embodiment of the present invention as viewed from a cross section taken along line AA ′.

【図4】本発明の第1実施形態に係るMONOS型メモ
リトランジスタの素子構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an element structure of a MONOS type memory transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態において、4種類のセル
に対する書き込みバイアス電圧の設定条件例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an example of write bias voltage setting conditions for four types of cells in the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態において、ゲート長0.
1μmのMONOS型不揮発性メモリトランジスタのヒ
ステリシス特性および書き込み/消去特性を示すグラフ
である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a gate length of 0.
7 is a graph showing a hysteresis characteristic and a write / erase characteristic of a 1 μm MONOS type nonvolatile memory transistor.

【図7】本発明の第1実施形態において、消去状態のメ
モリトランジスタの電流−電圧特性を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing current-voltage characteristics of a memory transistor in an erased state according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1実施形態において、ソース/ドレ
インのインヒビット電圧の下限値のゲート長依存性を示
すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the gate length dependence of the lower limit value of the source / drain inhibit voltage in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1実施形態において、消去状態での
電流−電圧特性から求めた読み出し電流とリーク電流の
電圧依存性を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the voltage dependence of the read current and the leak current obtained from the current-voltage characteristics in the erased state in the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1実施形態において、データ書換
え10万回後でのリードディスターブ特性を示すグラフ
である。
FIG. 10 is a graph showing a read disturb characteristic after 100,000 times of data rewriting in the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1実施形態において、データ書き
換え特性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a data rewriting characteristic in the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2実施形態において、ゲート長8
5nmのMONOS型メモリトランジスタの電流−電圧
特性を示すグラフである。
FIG. 12 shows a gate length of 8 in the second embodiment of the present invention.
It is a graph which shows the current-voltage characteristic of a 5 nm MONOS type memory transistor.

【図13】本発明の第2実施形態において、読み出し電
流とリーク電流の電圧依存性を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the voltage dependence of the read current and the leak current in the second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第2実施形態において、消去状態で
のメモリセルの読み出し電流特性を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing read current characteristics of a memory cell in an erased state according to the second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2実施形態において、ゲート長8
5nmMONOSメモリトランジスタのデータ書換え特
性を示すグラフである。
FIG. 15 shows a gate length of 8 in the second embodiment of the present invention.
7 is a graph showing data rewriting characteristics of a 5 nm MONOS memory transistor.

【図16】本発明の第2実施形態において、データ書換
え1万回後でのリードディスターブ特性を示すグラフで
ある。
FIG. 16 is a graph showing read disturb characteristics after 10,000 data rewritings according to the second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第3実施形態に係るSiナノ結晶型
メモリトランジスタの素子構造を示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing an element structure of a Si nanocrystal type memory transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第4実施形態に係る微細分割FG型
メモリトランジスタの素子構造を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an element structure of a fine division FG type memory transistor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施形態において、メモリセル方式
の他の適用例として、NOR型メモリセルアレイの回路
構成を示す回路図である。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a NOR type memory cell array as another application example of the memory cell system in the embodiment of the present invention.

【図20】図19のNOR型メモリセルアレイのパター
ン例を示す平面図である。
20 is a plan view showing a pattern example of the NOR type memory cell array in FIG. 19. FIG.

【図21】図20のB−B’線に沿った断面側から見た
斜視図である。
FIG. 21 is a perspective view seen from the cross-section side along the line BB ′ of FIG. 20.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101,111…半導体基板、1a,50a…チャ
ネル形成領域、2,S…ソース領域、4,D…ドレイン
領域、6,30,40…ゲート絶縁膜、8…ゲート電
極、10…トンネル絶縁膜、12…窒化膜、14…トッ
プ絶縁膜、32…Siナノ結晶、34,44…酸化膜、
42…微細分割型フローティングゲート、46…半導体
基板、48…分離酸化膜、50…シリコン層、90,1
00,110…微細NOR型メモリセルアレイ、92…
書き込みインヒビット電圧供給回路、94…非選択ワー
ド線バイアス回路、102,113…素子分離絶縁層、
112…Pウエル、M11〜M22…メモリトランジス
タ、S11,ST0等…選択トランジスタ、A〜C…非
選択セル、S…選択セル、BL1等…ビット線、MBL
1等…主ビット線、SBL…副ビット線、SL1等…ソ
ース線、MSL…主ソース線、SSL1等…副ソース
線、WL1等…ワード線、BC…ビットコンタクト・プ
ラグ、SC…ソースコンタクト・プラグ
1, 101, 111 ... Semiconductor substrate, 1a, 50a ... Channel formation region, 2, S ... Source region, 4, D ... Drain region, 6, 30, 40 ... Gate insulating film, 8 ... Gate electrode, 10 ... Tunnel insulation Film, 12 ... Nitride film, 14 ... Top insulating film, 32 ... Si nanocrystals, 34, 44 ... Oxide film,
42 ... Fine division type floating gate, 46 ... Semiconductor substrate, 48 ... Isolation oxide film, 50 ... Silicon layer, 90, 1
00, 110 ... Fine NOR type memory cell array, 92 ...
Write inhibit voltage supply circuit, 94 ... Non-selected word line bias circuit, 102, 113 ... Element isolation insulating layer,
112 ... P-well, M11-M22 ... Memory transistor, S11, ST0, etc .... Selection transistor, A-C ... Non-selected cell, S ... Selection cell, BL1 etc .... Bit line, MBL
1 etc .... Main bit line, SBL ... Sub bit line, SL1 etc .... Source line, MSL ... Main source line, SSL1 etc .... Sub source line, WL1 etc .... Word line, BC ... Bit contact plug, SC ... Source contact plug

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F083 EP02 EP17 EP18 EP23 EP42 EP63 EP76 EP77 EP78 ER03 ER14 ER21 GA09 GA15 GA16 GA21 HA02 JA04 JA19 KA06 KA12 MA06 MA19 MA20 NA01 NA02 PR01 PR21 PR29 5F101 BA16 BA45 BA46 BA54 BB05 BC01 BD07 BD30 BD32 BD33 BD34 BD35 BD37 BE02 BE05 BE07 BH02 BH19    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5F083 EP02 EP17 EP18 EP23 EP42                       EP63 EP76 EP77 EP78 ER03                       ER14 ER21 GA09 GA15 GA16                       GA21 HA02 JA04 JA19 KA06                       KA12 MA06 MA19 MA20 NA01                       NA02 PR01 PR21 PR29                 5F101 BA16 BA45 BA46 BA54 BB05                       BC01 BD07 BD30 BD32 BD33                       BD34 BD35 BD37 BE02 BE05                       BE07 BH02 BH19

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の上に形成され、内部に電荷蓄積手段を
含むゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されているゲート電極と、 前記ゲート電極の幅方向の一方側の前記半導体基板の表
面領域に形成されている第2導電型のソース領域と、 前記ゲート電極の幅方向の他方側の前記半導体基板の表
面領域に形成されている第2導電型のドレイン領域と、 前記ソース領域の、前記ゲート電極の幅方向と直交する
方向の一方端部に形成されているソースコンタクト・プ
ラグと、 前記ドレイン領域の、前記ゲート電極の幅方向と直交す
る方向の他方端部に形成されているビットコンタクト・
プラグと、 前記ソースコンタクト・プラグに電気的に接続されてい
るソース線と、 前記ビットコンタクト・プラグに電気的に接続されてい
るビット線と、 を有している不揮発性半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate and including charge storage means therein, and a gate electrode formed on the gate insulating film. A second conductivity type source region formed in the surface region of the semiconductor substrate on one side in the width direction of the gate electrode, and a surface region of the semiconductor substrate on the other side in the width direction of the gate electrode. A drain region of the second conductivity type, a source contact plug formed at one end of the source region in a direction orthogonal to the width direction of the gate electrode, and a width of the gate electrode of the drain region. Bit contact formed at the other end in the direction orthogonal to the direction
A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a plug; a source line electrically connected to the source contact plug; and a bit line electrically connected to the bit contact plug.
【請求項2】前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記
ソース領域、前記ドレイン領域を有するメモリトランジ
スタが行列状に複数配置され、 列方向に並ぶ複数の前記メモリトランジスタにおいて、
前記ゲート電極の間の下方領域に前記ソース領域または
前記ドレイン領域が列方向に交互に形成され、前記ソー
ス領域が、列方向で隣接する2つのメモリトランジスタ
で共有され、前記ドレイン領域が、列方向で隣接する2
つのメモリトランジスタで共有され、 共有された前記ソース領域の行方向の一方端部に前記ソ
ースコンタクト・プラグが形成され、 共有された前記ドレイン領域の行方向の他方端部に前記
ビットコンタクト・プラグが形成され、 前記ソース線が、列方向に長いライン形状を有し、メモ
リトランジスタの当該列内の複数の前記ソースコンタク
ト・プラグを共通に接続し、 前記ビット線が、列方向に長いライン形状を有し、メモ
リトランジスタの当該列内の複数の前記ビットコンタク
ト・プラグを共通に接続している請求項1に記載の不揮
発性半導体記憶装置。
2. A plurality of memory transistors having the gate insulating film, the gate electrode, the source region, and the drain region are arranged in a matrix, and the memory transistors are arranged in a column direction.
The source regions or the drain regions are alternately formed in a column direction in a lower region between the gate electrodes, the source regions are shared by two memory transistors adjacent in the column direction, and the drain regions are formed in the column direction. 2 adjacent to each other
Shared by two memory transistors, the source contact plug is formed at one end in the row direction of the shared source region, and the bit contact plug is formed at the other end in the row direction of the shared drain region. The source line has a line shape that is long in the column direction, commonly connects the plurality of source contact plugs in the column of the memory transistor, and the bit line has a line shape that is long in the column direction. 2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a plurality of bit contact plugs in a corresponding column of memory transistors, which are commonly connected.
【請求項3】メモリトランジスタの列の間それぞれに素
子分離絶縁層が形成され、 前記ソースコンタクト・プラグは、メモリトランジスタ
の当該列の行方向の一方側に形成された前記素子分離絶
縁層と前記ソース領域との境界を含む位置に形成され、 前記ビットコンタクト・プラグは、メモリトランジスタ
の当該列の行方向の他方側に形成された他の前記素子分
離絶縁層と前記ドレイン領域との境界を含む位置に形成
されている請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. An element isolation insulating layer is formed between columns of the memory transistor, and the source contact plug is formed on the one side of the memory transistor in the row direction and the element isolation insulating layer. The bit contact plug is formed at a position including a boundary with the source region, and the bit contact plug includes a boundary between the drain region and another element isolation insulating layer formed on the other side in the row direction of the column of the memory transistor. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed at a position.
【請求項4】前記ゲート電極の上に、当該ゲート電極と
同じパターン形状のオフセット絶縁層が形成され、 前記オフセット絶縁層、前記ゲート電極、前記ゲート絶
縁膜の積層体の幅方向の両側にサイドウォール絶縁層が
形成され、 前記ソースコンタクト・プラグまたは前記ビットコンタ
クト・プラグと、前記ゲート電極との絶縁分離が、前記
オフセット絶縁層および前記サイドウォール絶縁層によ
り達成されている請求項1に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
4. An offset insulating layer having the same pattern shape as that of the gate electrode is formed on the gate electrode, and the offset insulating layer, the gate electrode, and the gate insulating film have side walls on both sides in the width direction of the stacked body. The wall insulating layer is formed, and the insulating isolation between the source contact plug or the bit contact plug and the gate electrode is achieved by the offset insulating layer and the sidewall insulating layer. Nonvolatile semiconductor memory device.
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