JP2004055763A - Nonvolatile semiconductor memory device, and method for driving and manufacturing same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device, and method for driving and manufacturing same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately stably generate a reference electric potential, required for a differential sense amplifier to speedily read out data from a non-volatile semiconductor storage unit. <P>SOLUTION: An electric potential of a bit line B3, as the reference electric potential to the electric potential on a bit line B0 of a memory cell MC0, is generated by the steps of connecting a drain and a gate to each bit line (B0, B3), connecting a gate to a first MOSFET (TA0, TA3) having a floating gate structure and a dummy word line (DW0, DW1). As a result, a dummy cell with a second MODFET (TB0, TB3) connected to the first MOSFET in series, having a floating gate structure is constituted. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性半導体記憶装置、その駆動方法および製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の不揮発性半導体記憶装置は、例えば特開平1−296495号公報(従来例1)や特開平6−267286号公報(従来例2)に開示されているように、高速読出しが必要な大容量フラッシュメモリとして使用されている。
【0003】
以下、上記従来例1の構成および動作について、図12および図13を参照しながら説明する。なお、従来例1の不揮発性半導体記憶装置におけるフラッシュメモリセルはスプリットゲート型であり、且つ、ソースバイアス印加で読み出しが行われるが、ここでは説明を簡単にするために、従来例1の構造とは異なり、フラッシュメモリセルをスタックゲート型とし、且つ、ドレインバイアス印加で読み出しを行う場合について説明する。この構造上の違いは、本発明の解決課題に関するものではない。
【0004】
図12は、従来例1相当の不揮発性半導体記憶装置の構成例を示す回路図である。図12において、従来例1相当の不揮発性半導体記憶装置は、センスアンプ1、ロウデコーダ2、カラムデコーダ3、プリチャージ用MOSトランジスタ24、25、26、27、カラムゲートMOSトランジスタ28、29、ブロックトランジスタQ0、Q1、Q2、Q3、ダミーセルDM0、DM1、DM2、DM3を備える。MC0は読出し対象のメモリセルである。メモリセルアレイは4本のワード線W0、W1、W2、W3と4本のビット線B0、B1、B2、B3に接続されている。さらに、ブロックトランジスタQ0〜Q3のゲートにはそれぞれ配線BLT0、BLT1、BLT2、BLT3が接続され、ダミーセルDM0、DM1にはダミーワード線DW0が、ダミーセルDM2、DM3にはダミーワード線DW1が接続されている。
【0005】
このように構成された不揮発性半導体記憶装置の読み出し手段によれば、メモリーセルMC0を選択すると、BLT0とBLT3の電位が高電位になり、Q0とQ3が導通して、2本のビット線B0とB3がセンスアンプ1に接続される。ビット線B0とB3を同じ電位、例えば1.0〜1.5V程度であるVbitにプリチャージした後に、ダミーワード線DW1とワード線W0を高電位にする。これにより、メモリセルMC0とダミーセルDM3が選択される。
【0006】
このとき、ビット線B3の電位は、ダミーセルDM3を介して接地電位に流れる電流によってVbitから0Vまで徐々に低下する。一方、ビット線B0の電位は、メモリセルMC0が消去状態である場合、MC0を介して接地電位に流れる電流によってVbitから0Vまで急速に低下し、メモリセルMC0が書き込み状態である場合は、Vbitから僅かにしか変化しない。
【0007】
図13は、ビット線B0とビット線B3の電位の時間変化を示す図である。図13において、ビット線B3の電位とビット線B0の電位との差が適当な大きさになる時点Tsにおいて、センスアンプ1のφ1の電位を持ち上げるのとほぼ同時にBLT0とBLT3の電位を低電位にすることでQ0とQ3が非導通になり、その後にさらにセンスアンプ1のφ2を0Vにする。
【0008】
この結果、センスアンプ1により、ビット線B3とビット線B0の電位差が電源電圧の振幅まで増幅されて、カラムゲートMOSトランジスタ28と29を介して入出力線I/O、*I/O(ここで、*I/Oには、I/Oの反転信号が入出力される)に出力される。
【0009】
また、図示しないが、従来例2の不揮発性半導体記憶装置では、複数個のメモリセルを直列接続構造にすることによってダミーセルが構成されており、ダミーセルの電流駆動能力はほぼ確実にメモリセルの半分以下にでき、従来例1の不揮発性半導体記憶装置よりもリファレンス電位を高精度に発生させることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例1のような差動型センスアンプのリファレンス電位(ビット線B3の電位)は、図13に示すように、メモリセルMC0のデータが読み出されるビット線B0の電位に対して、Vbitと0Vの中間程度の電位である必要がある。
【0011】
しかしながら、図14Aに示すように、ダミーセルDM3の電流駆動能力を、ビット線の容量、抵抗を十分駆動できるほど高く設定すると、読み出しが時点Tsより遅くなると、ビット線B3の電位はダミーセルDM3を介して流れる電流によって急速に0Vに近づく(時点Tf)。このため、メモリセルMC0が消去状態である場合のビット線B0の電位とビット線B3の電位との差がほとんどなくなり、僅かなノイズがあっても、差動型センスアンプ1は、消去状態にあるメモリセルMC0が書き込み状態にあると、誤読み出しする可能性がある。
【0012】
一方、図14Bに示すように、ダミーセルDM3の電流駆動能力を低く設定すると、図14Aに示す場合とは逆に、書き込み状態にあるメモリセルMC0消去状態にあると、誤読み出しする可能性がある。
【0013】
特に、ビット線の容量が、ビット線に共通に接続されているメモリセルの数や、その書き込み状態に依存して変化したり、工程ばらつきによってチップ間で異なる場合には、リファレンス電位はダミーセルの電流駆動能力とビット線の容量及び抵抗とによってばらつくことになり、センスアンプの設計が困難になるという問題がある。
【0014】
また、ダミーセルとして正規のメモリセルと同じ構造を採用する場合には、ダミーセルの電流を正規セルより小さくするためにダミーセルのワード線電圧を制御するなどの手段を使用しなければならず、正規メモリセルの読出しゲート電圧とは別の電圧を発生させなければならないという問題も発生する。
【0015】
一方、ダミーセルが正規メモリセルと異なる構造、例えば、上記の従来例2の不揮発性半導体記憶装置のように、ダミーセルが複数個のメモリセルを直列接続した構造であったり、あるいはダミーセルのゲート長を正規メモリセルより長くすることによって、ダミーセルの電流駆動能力を正規メモリセルの半分以下にする場合には、正規メモリセルのワード線よりもダミーワード線の容量が2倍以上大きくなり、その結果、読み出し速度が遅延する、あるいはそれを防止するためにダミーワード線を駆動する周辺回路の電流駆動能力を高くしなければならないという問題もある。
【0016】
また、上記従来例とは異なり、ダミーセルが不揮発性半導体記憶装置でない場合でも、同様に、ダミーセルの電流駆動能力を正規メモリセルに対して一定の比率で設計することになり、ビット線の容量や抵抗のばらつきによって、リファレンス電位がばらつくという問題がある。
【0017】
また、従来例2の不揮発性半導体記憶装置のように、ダミーセルが複数個のメモリセルを直列接続した構造をとることで、リファレンスビット線は特別なものになり、チップ面積が増大し、且つ、リファレンス用のビット線の容量は正規メモリセルアレイとは異なってしまうという問題もある。
【0018】
また、上記従来例のように、ダミーセルが不揮発性半導体記憶装置であれば、その経時変動を計算に入れてセンスアンプの設計をしなければならず、高速読み出しを阻害するという問題もある。
【0019】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、不揮発性半導体記憶装置からデータを高速に読み出すために、差動センスアンプに必要なリファレンス電位を高精度且つ安定に発生させることが可能な不揮発性半導体記憶装置、その駆動方法および製造方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明の第1の不揮発性半導体記憶装置は、対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ビット線に接続され、第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ソース線に接続され、第1MOS型FETのゲート電極が第2ビット線または第2ソース線に接続され、第2MOS型FETのゲート電極が第2ワード線に接続されたことを特徴とする。
【0021】
また、本発明の第2の不揮発性半導体記憶装置は、対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ビット線に接続され、第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ソース線に接続され、第2MOS型FETのゲート電極が第2ビット線または第2ソース線に接続され、第1MOS型FETのゲート電極が第2ワード線に接続されたことを特徴とする。
【0022】
また、本発明の第3の不揮発性半導体記憶装置は、対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ビット線に接続され、第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ソース線に接続され、第1MOS型FETのゲート電極が第1MOS型FETと第2MOS型FETとを接続する拡散層に接続され、第2MOS型FETのゲート電極が第2ワード線に接続されたことを特徴とする。
【0023】
また、本発明の第4の不揮発性半導体記憶装置は、対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ビット線に接続され、第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が第2ソース線に接続され、第2MOS型FETのゲート電極が第1MOS型FETと第2MOS型FETとを接続する拡散層に接続され、第1MOS型FETのゲート電極が第2ワード線に接続されたことを特徴とする。
【0024】
また、本発明の第1から第4の不揮発性半導体記憶装置において、不揮発性メモリセルは、半導体基板上に該半導体基板側から順に積層形成されたゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、容量絶縁膜および制御ゲート電極からなる積層ゲート電極と、積層ゲート電極の両側の半導体基板表面に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層とから形成されることが好ましい。
【0025】
また、本発明の第1から第4の不揮発性半導体記憶装置において、不揮発性メモリセルは、半導体基板上に該半導体基板側から順に積層形成された第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、容量絶縁膜および制御ゲート電極からなる積層ゲート電極と、積層ゲート電極の両側の半導体基板表面に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層とから形成された第1半導体素子と、半導体基板上に該半導体基板側から順に形成された第2ゲート絶縁膜およびゲート電極と、ゲート電極の両側の半導体基板表面に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層とから形成された第2半導体素子とが直列接続された構成からなることが好ましい。
【0026】
また、本発明の第1の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法は、本発明の第1から第4の不揮発性半導体記憶装置を駆動する方法であって、第1および第2ソース線を所定の電圧にした状態で第1および第2ビット線の電位を第1電位にプリチャージした後、第1ワード線に所定の電圧を印加して第1ビット線の電位を第1電位から変動させるとともに、第2ワード線に所定の電圧を印加して第2ビット線の電位を第1電位から変動させ、第1電位から変動した後の、第1ビット線の電位と前記第2ビット線の電位との電位差を差動型センスアンプによって増幅して、不揮発性メモリセルに記憶された情報を読み出すことを特徴とする。
【0027】
また、本発明の第2の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法は、本発明の第1から第4の不揮発性半導体記憶装置を駆動する方法であって、不揮発性メモリセルが第1半導体素子と第2半導体素子の直列接続構造となっている場合において、第1半導体素子の制御ゲート電極に第1電圧を印加するとともに、第1半導体素子が形成された半導体基板またはウエル領域に第2電圧を印加して、第1半導体素子の浮遊ゲート電極に蓄積された電荷を引き抜いて第1半導体素子に記憶されている情報を消去する際に、第2半導体素子のゲート電極に第3電圧を印加するとともに、第2ワード線に接続された第1または第2MOS型FETのゲート電極に、第2電圧と同じ電圧かまたは第1電圧と第2電圧との間の電圧である第4電圧を印加することを特徴とする。
【0028】
また、本発明の第3の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法は、本発明の第1から第4の不揮発性半導体記憶装置を駆動する方法であって、不揮発性メモリセルが第1半導体素子と第2半導体素子の直列接続構造となっている場合において、第1半導体素子の制御ゲート電極に第1電圧を印加し、第1半導体素子が形成された半導体基板またはウエル領域に第2電圧を印加するとともに、第1半導体素子のソース線に第3電圧を印加して、第1半導体素子の浮遊ゲート電極に電荷を注入して第1半導体素子に情報を書き込む際に、第2ワード線に接続された第1または第2MOS型FETのゲート電極に、第2電圧と同じ電圧かまたは第1電圧と第2電圧との間の電圧である第4電圧を印加することを特徴とする。
【0029】
また、本発明の第3の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法において、非選択の不揮発性メモリセルにおける第1半導体素子の制御ゲート電極に第4電圧を印加し、非選択の不揮発性メモリセルにおけるソース線に第5電圧を印加して、非選択の不揮発性メモリセルの浮遊ゲートに電荷が注入されないようにすることが好ましい。
【0030】
また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上の不揮発性メモリセル領域内およびMOS型FET領域内の所定領域に素子分離領域を形成する工程と、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上に第1導電膜を成長させる工程と、不揮発性メモリセル領域内の素子分離領域の一部とMOS型FET領域内の素子分離領域において第1導電膜をエッチング除去する工程と、第1導電膜上に容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜上に第2導電膜を成長させる工程と、不揮発性メモリセル領域内の所定領域において第2導電膜と容量絶縁膜と第1導電膜とをエッチング除去して、不揮発性メモリセルのゲート電極とワード線を形成する工程と、MOS型FET領域内の第1および第2導電膜が積層された所定領域において第2導電膜をエッチング除去して、第1導電膜を露出させる工程と、不揮発性メモリセルのソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、MOS型FETのソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜中に、不揮発性メモリセルのドレイン拡散層に接続する第1コンタクト孔と、MOS型FETのソースまたはドレイン拡散層に接続する第2コンタクト孔と、MOS型FET領域内において露出された第1導電膜に接続する第3コンタクト孔とを形成する工程と、第1、第2および第3コンタクト孔を電気的に接続する配線を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【0031】
以上のような、本発明の不揮発性半導体記憶装置、その駆動方法および製造方法によれば、ビット線にはそれぞれ2個のMOSFETが接続されており、読み出し動作時は、2本のビット線をセンスアンプに接続して2本のビット線をプリチャージした後に、2本のビット線の一方は2個のMOSFETの一方をオン状態にしながら2個のMOSFETの他方の閾値電圧で飽和するリファレンス電位を発生させ、2本のビット線の他方は2個のMOSFETの一方をオフ状態にするとともに、所望のメモリセルの電流の大小によってプリチャージレベルからビット線電位が変動する。
【0032】
したがって、ビット線電位が十分に変動したタイミングでセンスアンプを活性化して、センスアンプにより、ビット線電位とリファレンス電位との電位差を差動増幅して検知する。リファレンス電位は、プリチャージレベル以下であり且つ2個のMOSFETの一方の閾値電圧以下には殆ど下がらないため、センスアンプを活性化するタイミングの設定が容易になる。また、2個のMOSFETは不揮発性半導体記憶装置とは異なり、閾値の経時変動は殆どなく、ばらつきもメモリセルに比べて小さい。
【0033】
また、ダミーセルを構成する2個のMOSFETをメモリセルと同様の構造とし、フローティングゲートに相当する第1多結晶シリコンに電気的接続を可能にした構造にしている。この構造によれば、ダミーセルをメモリセルアレイと同じ領域に形成できるためにビット線の配線容量を増加させることは殆どない。また、ダミーセルを構成する2個のMOSFETの一方のゲート長と幅を正規メモリセルと同じにすることが可能であり、正規メモリセルに対するリファレンス電位の発生タイミングのズレを抑制できる。特に、第1多結晶シリコンを加工することで、ダミーセルを構成する2個のMOSFETはメモリセルと同様の形状を得ることができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面を通じて、同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号および記号を付す。
【0035】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成例を示す回路図である。
【0036】
図1において、TA0、TA1、TA、TA3は、フローティングゲートに相当する第1多結晶シリコンに対する電気的接続を可能にした、ダミーセルを構成する第1MOSFETで、TB0、TB1、TB2、TB3はフローティングゲートに相当する第1多結晶シリコンに対する電気的接続を可能にした、ダミーセルを構成する第2MOSFETである。第1MOSFET(TA0〜TA3)と第2MOSFET(TB0〜TB3)は、各ビット線B0〜B3に直列接続されている。その他の構成は、図12に示す従来例のそれと同じである。
【0037】
次に、このように構成された不揮発性半導体記憶装置の駆動方法について、図1に加えて、図2Aおよび図2Bを参照して説明する。
【0038】
図2Aおよび図2Bは、それぞれ、図1に示す不揮発性半導体記憶装置の読み出し駆動方法について説明するための、ダミーセルの部分構成を示す回路図およびビット線電位の時間変化を示す図である。
【0039】
読み出し時には、従来例と同様に、メモリセルMC0を選択すると、BLT0とBLT3の電位が高電位になりQ0とQ3が導通して、2本のビット線B0とB3がセンスアンプ1に接続される。ビット線B0とB3を同じ電位、例えば1.0〜1.5V程度であるVbitにプリチャージした後に、ダミーワード線DW1とワード線W0の電位を高電位にする(図2A)。
【0040】
このとき、ビット線B3の電位は、図2Bに示すように、ダミーセルを構成する第1MOSFET(TA3)と第2MOSFET(TB3)を介して接地電位に流れるチャネル電流によってVbitから徐々に低下するが、ビット線B3の電位が第1MOSFET(TA3)の閾値電圧Vtfgに達すると、第1MOSFET(TA3)に流れるチャネル電流が著しく低下する。このため、ビット線B3電位の低下速度が著しく鈍り、ビット線B3の電位は微小リーク電流により極めて徐々に低下する。
【0041】
一方、ビット線B0の電位に関しては、従来例と同様で、図2Bに示すように、メモリセルMC0が消去状態である場合、メモリセルMC0を介して接地電位に流れる電流によって、ビット線B0の電位はVbitから0Vまで急速に低下し、メモリセルMC0が書き込み状態である場合は、ビット線B0の電位はVbitから僅かにしか変化しない。
【0042】
ビット線B3の電位とビット線B0の電位の差が適当な大きさになる時点Ts(図2B)において、センスアンプ1のφ1の電位を持ち上げるのとほぼ同時にBLT0とBLT3の電位を低電位にしてQ0とQ3を非導通にして、その後にさらにセンスアンプ1のφ2を0Vにする。
【0043】
この結果、センスアンプ1により、ビット線B3とビット線B0の電位差が電源電圧まで増幅されて、カラムゲートMOSトランジスタ28と29を介して入出力線I/O、*I/O(ここで、*I/Oには、I/Oの反転信号が入出力される)に出力される。
【0044】
ここで、従来例と異なるのは、ビット線B3の電位が第1MOSFET(TA3)の閾値電圧Vtfgに達した後は、その低下が極めてわずかになるために、一定値に近い飽和状態になり、読み出しのタイミングが遅くなり、時点Tsよりも遅くセンスアンプ1を動作させても誤読出しになりにくい。
【0045】
次に、図1に示す不揮発性半導体記憶装置の構造について、図3および図4を参照して説明する。図3および図4は、それぞれ、図1の不揮発性半導体記憶装置における主要部分の構造を示す断面図および平面図である。
【0046】
図3において、4はPウエル、5は素子分離領域、6はゲート酸化膜、7は第1多結晶シリコン、8は容量絶縁膜、9は第2多結晶シリコン、10はN型拡散層、11はサイドウオール、13はビット線、17はタングステンまたはアルミニウムからなるコンタクト、18はフローティングゲート、19はコントロールゲートを示している。
【0047】
図4において、14は拡散領域、15は第1多結晶シリコン7の開口領域、16a、16bは第2多結晶シリコン9の開口領域を示している。 図3において、各ビット線13に直列接続された2個のMOSFET(TA0、TB0)はフローティングゲート18を形成する第1多結晶シリコン7に対する電気的接続を可能にした構造になっている。
【0048】
第1MOSFET(TA0〜TA3をまとめてTAと称する)のゲート電極である第1多結晶シリコン7には、図4に示すように、各ビット線13毎にコンタクト17を形成する必要があり、第1多結晶シリコン7の開口領域15をメモリセルの素子分離領域5だけでなく第1MOSFETの素子分離領域5にも設けることで、各ビット線13毎にゲート電極を形成することができる。
【0049】
第1多結晶シリコン7の開口領域15を第1MOSFET(TA)の素子分離領域5にも設けた後に、容量絶縁膜8と第2多結晶シリコン9を形成し、ワード線を形成する際に同時に第1MOSFET(TA)と第2MOSFET(TB0〜TB3をまとめてTBと称する)についても第1多結晶シリコン7と容量絶縁膜8と第2多結晶シリコン9をエッチングする。その後、ソース、ドレインとなるN型拡散層を形成した後に、第2多結晶シリコンに開口領域16aと16bを形成する。
【0050】
その後、図4に示すように、コンタクト17を形成することで、第1MOSFET(TA)と第2MOSFET(TB)は第1多結晶シリコン7に電気的接続が可能になり、第1多結晶シリコン7は第1MOSFET(TA)と第2MOSFET(TB)のゲート電極として機能する。
【0051】
なお、第2MOSFET(TB)については、そのゲート電極は全ビット線共通でもよいので、第1多結晶シリコン7の開口領域15はなくてもよく、第2多結晶シリコンの開口領域16bとして共通に形成すればよい。
【0052】
以上のように、本実施形態によれば、メモリセルアレイ領域において、各ビット線毎に、ダミーセルを構成する、フローティングゲートに電気的に接続可能な直列接続された2個のMOSFETを設けることで、リファレンス電位を一定値に近い飽和状態にすることができる。これにより、各ビット線にノイズに強い差動型センスアンプ用のリファレンス電位を発生させることで、高速読出しを実現することができる。
【0053】
なお、本実施形態においては、各ビット線毎に、2個のMOSFETをフローティングゲートに電気的に接続可能なMOSFETとしたが、通常のMOSFETでもよい。
【0054】
なお、本実施形態では、各ビット線における2個のフローティングゲートに電気的に接続可能なMOSFETは、図2Aに示す構造としたが、図5に示すような構造でもよく、あるいは図6A、図7、図8に示すようなソースバイアス読出し構造でもよい。図6Aに示す構造にした場合には、図6Bに示すように、リファレンス電位(ビット線B3の電位)はVbit−Vftgに近い飽和状態になる。
【0055】
さらに、図6Aに示す構造では、2個のMOSFETのうちビット線に接続されている方のMOSFETのゲートは、これら2個のMOSFETを接続する拡散層に接続されているが、2個のMOSFETのうちソース線に接続されている方のMOSFETのゲートを、これら2個のMOSFETを接続する拡散層に接続しても構わない。
【0056】
(第2の実施形態)
図9は、本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成例を示す回路図である。
【0057】
図9において、MC20は不揮発性メモリセル、21はコントロールゲートドライバー、22はソースドライバー、CG0、CG1、CG2、CG3はコントロールゲート線である。
【0058】
不揮発性メモリセルMC20は、1ビット当たり2個のトランジスタ構造を有するメモリセルであり、この2個のトランジスタの一方は、フローティングゲートに相当する第1多結晶シリコンに対する電気的接続を可能にした第1MOSFET(MC201)であり、他方は、フローティングゲートとコントロールゲートを有し、コントロールゲートドライバー21からのコントロールゲート線CG0の電位制御により動作し、フローティングゲートに蓄えられた電荷の大小あるいは正負によって情報を記憶する構造を有する第2MOSFET(MC202)である。
【0059】
次に、このように構成された不揮発性半導体記憶装置の消去動作および書き込み動作について、図10および図11を参照して説明する。図10および図11は、それぞれ、図9の不揮発性半導体記憶装置における、消去動作時および書き込み動作時の様子を模式的に示す断面図である。
【0060】
まず、図10に示す消去動作では、コントロールゲートドライバー21からコントロールゲート線CG0を介して、第2MOSFET(MC202)のコントロールゲート19に−7Vを印加し、Pウエル4に+8Vを印加することで、FN(Fowler−Nordheim)電流によってフローティングゲート182に蓄えられていた電子が、ゲート酸化膜62を通ってPウエル4に抜き取られる(図中、矢印で示す)。
【0061】
このとき、ビット線13はオープン状態であるが、Pウエル4には正電圧である+8Vが印加されているのでビット線13も+8V近傍になり、第1MOSFET(MC201)のゲート酸化膜61に印加される電界はほぼゼロである。一方、Pウエルに+8Vが印加されているために、第2MOSFET(MC202)のゲート酸化膜62に印加される電界が高くなる。しかし、第2MOSFET(MC202)のゲート電極181に+3V程度を印加することで、第2MOSFET(MC202)のゲート酸化膜62に印加される電界を5MV/cm程度にすることができる。これにより、第2MOSFET(MC202)のゲート酸化膜62が破壊あるいは顕著に劣化することがないように設定できる。なお、消去動作時には、ダミーセルを構成する第2MOSFET(TB0)のフローティングゲートには+3Vが印加される。
【0062】
次に、図11に示す書き込み動作では、Pウエル4に−7Vを印加しながら、コントロールゲートドライバー21からコントロールゲート線を介して、メモリセルを構成する第2MOSFETの選択コントロールゲートには+9Vを印加し、一方、その非選択コントロールゲートには−3Vを印加し、またソースドライバー22により選択ソース線に−7Vを印加し、非選択ソース線に0Vを印加することで、FN電流によってPウエル4からゲート酸化膜62を介してフローティングゲート182に電子を注入する。
【0063】
このとき、ビット線13はオープン状態であるが、ビット線13は−7V近傍になるので、メモリセルを構成する第1MOSFETのゲート酸化膜61に印加される電界は低い。一方、メモリセルを構成する第2MOSFETのフローティングゲート181には0Vを印加し、ゲート酸化膜61が破壊あるいは顕著に劣化することがないように設定する。なお、書き込み動作時には、ダミーセルを構成する第2MOSFET(TB0)のフローティングゲートには0Vが印加される。
【0064】
以上のように、本実施形態によれば、第1の実施形態とは異なり、メモリセルが1ビット当たり2個のMOSFETを有する構造である場合でも、各ビット線に接続された2個のMOSFETは、不揮発性半導体記憶装置の消去動作、あるいは書き込み動作においても問題なく使用することができる。
【0065】
(第3の実施形態)
図15A、図15B、図15C、図15Dおよび図15Eは、本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための、各製造工程における半導体構造を示す断面図で、図16A、図16B、図16C、図16Dおよび図16Eは、それぞれ、図15A、図15B、図15C、図15Dおよび図15Eの、ダミーセルを構成する第1MOSFETが形成される位置に相当するA−A線に沿った断面図である。また、図17A、図17B、図17C、図17Dおよび図17Eは、それぞれ、図15A、図15B、図15C、図15Dおよび図15Eの、ダミーセルを構成する第2MOSFETが形成される位置に相当するB−B線に沿った断面図である。
【0066】
本実施形態では、第1の実施形態として図3および図4を用いて説明した不揮発性半導体記憶装置を製造する方法について説明する。
【0067】
まず、半導体基板にPウエル4と素子分離領域5を形成し、その上にゲート酸化膜6を形成した後、第1多結晶シリコン7を成長させる。その後、図4を用いて説明したように、第1多結晶シリコン7の開口領域15をメモリセルMC0だけでなく、ダミーセルを構成する第1MOSFET(TA0)の素子分離領域5にも設けるようにするために、図15A、図16B、図17Aに示すレジスト31を形成して、その開口領域15における第1多結晶シリコン7をエッチングする(図16A参照)。このレジスト31を除去した後に、図15B、図16B、図17Bに示すように、容量絶縁膜8と第2多結晶シリコン9を成長させる。
【0068】
次に、図15C、図16C、図17Cに示すようにワード線を形成するためにレジスト32を形成して、図15Cに示すように第2多結晶シリコン9と容量絶縁膜8と第1の多結晶シリコン7をエッチングし、ソース、ドレインとなるN型拡散層を形成する。このとき、ダミーセルを構成する第1MOSFET(TA0)と第2MOSFET(TB0)においても、第1多結晶シリコン7と容量絶縁膜8と第2多結晶シリコン9をエッチングし、ソース、ドレインとなるN型拡散層を形成している。
【0069】
レジスト32を除去した後に、図15D、図17Dに示すように、レジスト33を形成して第2多結晶シリコン9をエッチングする。レジスト33は図4に示すような開口領域16a(図15D)と16b(図17d)を有する。次に、図15E、図17Eに示すサイドウオール11を形成し、層間膜を堆積した後、図15E、図16E、17Eに示すコンタクト17を形成して、タングステンおよびアルミで配線を形成する。
【0070】
図15Aから図15C、図16Aから図16C、図17Aから図17Cに示した工程では、メモリセルとダミーセルを構成する第1MOSFET(TA0)とは同じ構造であるが、第1MOSFET(TA0)は、図15D、図16Dに示すように、第2多結晶シリコン9をエッチングする工程のみが異なる。一方、メモリセルとダミーセルを構成する第2MOSFET(TB0)とは、図15A、図17Aに示すように、第1多結晶シリコン7をエッチングする工程、および図15D、図17D示すように、第2多結晶シリコン9をエッチングする工程が異なる。
【0071】
以上により、ダミーセルを構成する第1MOSFET(TA0)と第2MOSFET(TB0)は、不揮発性メモリセルと同じプロセスにより形成することができる。
【0072】
なお、図示はしていないが、図15D、図16Dに示す第2多結晶シリコン9のエッチング工程は、不揮発性半導体装置を動作させる周辺回路用の、MOS型半導体素子のゲート電極をエッチングする工程と兼用しても良い。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、不揮発性半導体記憶装置からデータを高速に読み出すために、差動センスアンプに必要なリファレンス電位を高精度且つ安定に発生させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成例を示す回路図
【図2A】図1に示す不揮発性半導体記憶装置の読み出し動作時におけるダミーセルの部分構成を示す回路図
【図2B】図2Aの構成におけるビット線電位の時間変化を示す図
【図3】図1の不揮発性半導体記憶装置における主要部分の構造を示す断面図
【図4】図1の不揮発性半導体記憶装置における主要部分の構造を示す平面図
【図5】第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し動作時におけるダミーセルの第2の部分構成例を示す回路図
【図6A】第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し動作時におけるダミーセルの第3の部分構成例を示す回路図
【図6B】図6Aの構成におけるビット線電位の時間変化を示す図
【図7】第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し動作時におけるダミーセルの第4の部分構成例を示す回路図
【図8】第1の実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し動作時におけるダミーセルの第5の部分構成例を示す回路図
【図9】本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成例を示す回路図
【図10】図9の不揮発性半導体記憶装置における消去動作時の様子を模式的に示す断面図
【図11】図9の不揮発性半導体記憶装置における書き込み動作時の様子を模式的に示す断面図
【図12】従来の不揮発性半導体記憶装置の構成例を示す回路図
【図13】図12の不揮発性半導体記憶装置の読出し動作時におけるビット線電位の時間変化を示す図
【図14A】図12の不揮発性半導体記憶装置におけるダミーセルDM3の電流駆動能力を高く設定した場合の、読み出し動作時におけるビット線電位の時間変化を示す図
【図14B】図12の不揮発性半導体記憶装置におけるダミーセルDM3の電流駆動能力を低く設定した場合の、読み出し動作時におけるビット線電位の時間変化を示す図
【図15A】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の一製造工程における半導体構造を示す断面図
【図15B】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の一製造工程における半導体構造を示す断面図
【図15C】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の一製造工程における半導体構造を示す断面図
【図15D】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の一製造工程における半導体構造を示す断面図
【図15E】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の一製造工程における半導体構造を示す断面図
【図16A】図15Aの不揮発性半導体記憶装置のA−A線に沿った断面図
【図16B】図15Bの不揮発性半導体記憶装置のA−A線に沿った断面図
【図16C】図15Cの不揮発性半導体記憶装置のA−A線に沿った断面図
【図16D】図15Dの不揮発性半導体記憶装置のA−A線に沿った断面図
【図16E】図15Eの不揮発性半導体記憶装置のA−A線に沿った断面図
【図17A】図15Aの不揮発性半導体記憶装置のB−B線に沿った断面図
【図17B】図15Bの不揮発性半導体記憶装置のB−B線に沿った断面図
【図17C】図15Cの不揮発性半導体記憶装置のB−B線に沿った断面図
【図17D】図15Dの不揮発性半導体記憶装置のB−B線に沿った断面図
【図17E】図15Eの不揮発性半導体記憶装置のB−B線に沿った断面図
【符号の説明】
1 センスアンプ
2 ロウデコーダ
3 カラムデコーダ
4 Pウエル
5 素子分離領域
6 ゲート酸化膜
7 第1多結晶シリコン
8 容量絶縁膜
9 第2多結晶シリコン
10 N型拡散層
11 サイドウオール
13 ビット線
14 拡散領域
15 第1多結晶シリコン7の開口領域
16a、16b 第2多結晶シリコン9の開口領域
17 コンタクト
18 フローティングゲート
19 コントロールゲート
21 コントロールゲートドライバー
22 ソースドライバー
24、25、26、27 プリチャージ用MOSトランジスタ
28、29 カラムゲートMOSトランジスタ
31、32、33 レジスト
B0、B1、B2、B3 ビット線
W0、W1、W2、W3 ワード線
DM0、DM1、DM2、DM3 ダミーセル
DW0、DW1 ダミーワード線
MC0、MC20 読み出し対象のメモリセル
MC201 メモリセル20を構成する第1MOSFET
MC202 メモリセル20を構成する第2MOSFET
Q0、Q1、Q2、Q3 ブロックトランジスタ
TA0、TA1、TA2、TA3 ダミーセルを構成する第1MOSFET
TB0、TB1、TB2、TB3 ダミーセルを構成する第2MOSFET
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
A conventional nonvolatile semiconductor memory device has a large capacity that requires high-speed reading as disclosed in, for example, JP-A-1-296495 (conventional example 1) and JP-A-6-267286 (conventional example 2). Used as flash memory.
[0003]
Hereinafter, the configuration and operation of Conventional Example 1 will be described with reference to FIGS. Note that the flash memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device of Conventional Example 1 is of a split gate type, and reading is performed by applying a source bias. Differently, a case where a flash memory cell is of a stack gate type and reading is performed by applying a drain bias will be described. This structural difference does not relate to the solution of the present invention.
[0004]
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of a nonvolatile semiconductor memory device equivalent to Conventional Example 1. 12, a nonvolatile semiconductor memory device equivalent to Conventional Example 1 includes a sense amplifier 1, a row decoder 2, a column decoder 3, precharge MOS transistors 24, 25, 26, 27, column gate MOS transistors 28, 29, and a block. It includes transistors Q0, Q1, Q2, Q3 and dummy cells DM0, DM1, DM2, DM3. MC0 is a memory cell to be read. The memory cell array is connected to four word lines W0, W1, W2, W3 and four bit lines B0, B1, B2, B3. Further, wirings BLT0, BLT1, BLT2, BLT3 are connected to the gates of the block transistors Q0 to Q3, respectively, a dummy word line DW0 is connected to the dummy cells DM0, DM1, and a dummy word line DW1 is connected to the dummy cells DM2, DM3. I have.
[0005]
According to the reading means of the nonvolatile semiconductor memory device thus configured, when the memory cell MC0 is selected, the potentials of BLT0 and BLT3 become high, Q0 and Q3 conduct, and the two bit lines B0 And B3 are connected to the sense amplifier 1. After precharging the bit lines B0 and B3 to the same potential, for example, Vbit of about 1.0 to 1.5 V, the dummy word line DW1 and the word line W0 are set to a high potential. As a result, the memory cell MC0 and the dummy cell DM3 are selected.
[0006]
At this time, the potential of the bit line B3 gradually decreases from Vbit to 0V due to the current flowing to the ground potential via the dummy cell DM3. On the other hand, when the memory cell MC0 is in the erased state, the potential of the bit line B0 rapidly drops from Vbit to 0V due to the current flowing to the ground potential via the memory cell MC0. Changes only slightly.
[0007]
FIG. 13 is a diagram showing a time change of the potentials of the bit lines B0 and B3. In FIG. 13, at the time Ts when the difference between the potential of the bit line B3 and the potential of the bit line B0 becomes an appropriate level, the potentials of BLT0 and BLT3 are lowered to a low potential almost simultaneously with raising the potential of φ1 of the sense amplifier 1. , Q0 and Q3 become non-conductive, and then φ2 of the sense amplifier 1 is further set to 0V.
[0008]
As a result, the potential difference between the bit line B3 and the bit line B0 is amplified to the amplitude of the power supply voltage by the sense amplifier 1, and the input / output lines I / O, * I / O (here, In * I / O, an inverted signal of I / O is input / output).
[0009]
Although not shown, in the nonvolatile semiconductor memory device of Conventional Example 2, a dummy cell is formed by connecting a plurality of memory cells in a series connection structure, and the current driving capability of the dummy cell is almost half that of the memory cell. Thus, the reference potential can be generated with higher precision than in the nonvolatile semiconductor memory device of the first conventional example.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 13, the reference potential (potential of bit line B3) of the differential sense amplifier as in the above-described conventional example 1 is Vbit higher than the potential of bit line B0 from which data of memory cell MC0 is read. And 0V.
[0011]
However, as shown in FIG. 14A, if the current driving capability of the dummy cell DM3 is set high enough to sufficiently drive the capacitance and resistance of the bit line, the potential of the bit line B3 will pass through the dummy cell DM3 when reading is delayed from the time Ts. 0V rapidly due to the flowing current (time Tf). Therefore, there is almost no difference between the potential of bit line B0 and the potential of bit line B3 when memory cell MC0 is in the erased state, and even if there is slight noise, differential sense amplifier 1 is in the erased state. If a certain memory cell MC0 is in a write state, erroneous read may be performed.
[0012]
On the other hand, as shown in FIG. 14B, when the current driving capability of the dummy cell DM3 is set to be low, erroneous reading may occur if the memory cell MC0 is in the written state and is in the erased state, contrary to the case shown in FIG. 14A. .
[0013]
In particular, when the capacity of the bit line changes depending on the number of memory cells commonly connected to the bit line, the write state thereof, or differs between chips due to process variations, the reference potential of the dummy cell is changed. There is a problem that the current driving capability and the capacitance and resistance of the bit line vary, making it difficult to design the sense amplifier.
[0014]
In addition, when the same structure as a regular memory cell is adopted as a dummy cell, it is necessary to use means such as controlling the word line voltage of the dummy cell in order to make the current of the dummy cell smaller than that of the regular cell. Another problem is that a voltage different from the read gate voltage of the cell must be generated.
[0015]
On the other hand, the dummy cell has a different structure from the normal memory cell, for example, the dummy cell has a structure in which a plurality of memory cells are connected in series as in the above-described nonvolatile semiconductor memory device of Conventional Example 2, or the gate length of the dummy cell is reduced. If the current drive capability of the dummy cell is made half or less of that of the normal memory cell by making it longer than the normal memory cell, the capacity of the dummy word line becomes more than twice as large as the word line of the normal memory cell. There is also a problem that the read speed is delayed or the current driving capability of the peripheral circuit for driving the dummy word line must be increased in order to prevent the delay.
[0016]
Also, unlike the above conventional example, even when the dummy cell is not a nonvolatile semiconductor memory device, the current drive capability of the dummy cell is similarly designed at a fixed ratio with respect to the normal memory cell, and the capacity of the bit line and the There is a problem that the reference potential varies due to variations in resistance.
[0017]
Further, as in the nonvolatile semiconductor memory device of Conventional Example 2, the dummy bit has a structure in which a plurality of memory cells are connected in series, so that the reference bit line is special, the chip area is increased, and There is also a problem that the capacity of the reference bit line is different from that of the normal memory cell array.
[0018]
In addition, if the dummy cell is a nonvolatile semiconductor memory device as in the above-described conventional example, it is necessary to design a sense amplifier by taking into account its time-dependent variation, which causes a problem that high-speed reading is hindered.
[0019]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to accurately and stably supply a reference potential necessary for a differential sense amplifier in order to read data from a nonvolatile semiconductor memory device at high speed. An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can be generated, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line. A dummy cell coupled to the second bit line, the second source line, and the second word line; and a differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, wherein the dummy cells are connected in series. And a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to a second bit line, and a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to a second source line. Connected, the gate electrode of the first MOSFET is connected to the second bit line or the second source line, and the gate electrode of the second MOSFET is connected to the second word line. And butterflies.
[0021]
Further, a second nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line, and a corresponding second bit line, a second nonvolatile memory cell. A dummy cell coupled to the source line and the second word line; and a differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, wherein the dummy cell is connected in series with the first and second MOS type. A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to a second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to a second source line; Is connected to the second bit line or the second source line, and the gate electrode of the first MOSFET is connected to the second word line.
[0022]
Further, a third nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line, and a corresponding second bit line, a second nonvolatile memory cell. A dummy cell coupled to the source line and the second word line; and a differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, wherein the dummy cell is connected in series with the first and second MOS type. A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to the second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to the second source line; Is connected to a diffusion layer connecting the first MOS-type FET and the second MOS-type FET, and the gate electrode of the second MOS-type FET is connected to the second word line. The features.
[0023]
Further, a fourth nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line, and a corresponding second bit line, a second nonvolatile memory cell. A dummy cell coupled to the source line and the second word line; and a differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, wherein the dummy cell is connected in series with the first and second MOS type. A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to a second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to a second source line; Is connected to the diffusion layer connecting the first MOS-type FET and the second MOS-type FET, and the gate electrode of the first MOS-type FET is connected to the second word line. The features.
[0024]
Further, in the first to fourth nonvolatile semiconductor memory devices of the present invention, the nonvolatile memory cell includes a gate insulating film, a floating gate electrode, a capacitor insulating film, which are sequentially formed on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate side. It is preferable that the stacked gate electrode is formed of a control gate electrode, and a source diffusion layer and a drain diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the stacked gate electrode.
[0025]
Further, in the first to fourth nonvolatile semiconductor memory devices of the present invention, the nonvolatile memory cell includes a first gate insulating film, a floating gate electrode, a capacitor insulating layer, which are sequentially formed on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate side. A first semiconductor element formed from a stacked gate electrode composed of a film and a control gate electrode; a source diffusion layer and a drain diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the stacked gate electrode; A second semiconductor element formed from a second gate insulating film and a gate electrode formed sequentially from the side and a source diffusion layer and a drain diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode were connected in series. Preferably, it has a configuration.
[0026]
The first method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for driving the first to fourth nonvolatile semiconductor memory devices according to the present invention, wherein the first and second source lines are connected to a predetermined source line. After the potentials of the first and second bit lines are precharged to the first potential in the voltage state, a predetermined voltage is applied to the first word line to vary the potential of the first bit line from the first potential. A predetermined voltage is applied to the second word line to change the potential of the second bit line from the first potential, and the potential of the first bit line and the potential of the second bit line after fluctuating from the first potential. Is amplified by a differential sense amplifier to read information stored in a nonvolatile memory cell.
[0027]
Further, a second method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for driving the first to fourth nonvolatile semiconductor memory devices according to the present invention, wherein the nonvolatile memory cell includes a first semiconductor element. In the case where the second semiconductor element has a series connection structure, the first voltage is applied to the control gate electrode of the first semiconductor element, and the second voltage is applied to the semiconductor substrate or the well region where the first semiconductor element is formed. A third voltage is applied to the gate electrode of the second semiconductor element when the charge stored in the floating gate electrode of the first semiconductor element is extracted to erase information stored in the first semiconductor element. At the same time, a fourth voltage that is the same as the second voltage or a voltage between the first voltage and the second voltage is applied to the gate electrode of the first or second MOS-type FET connected to the second word line. That And butterflies.
[0028]
Further, a third method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a method for driving the first to fourth nonvolatile semiconductor memory devices according to the present invention, wherein the nonvolatile memory cell includes a first semiconductor element. In the case where the second semiconductor element has a series connection structure, a first voltage is applied to a control gate electrode of the first semiconductor element, and a second voltage is applied to a semiconductor substrate or a well region where the first semiconductor element is formed. At the same time, a third voltage is applied to the source line of the first semiconductor element to inject charge into the floating gate electrode of the first semiconductor element and to connect to the second word line when writing information to the first semiconductor element. A fourth voltage, which is the same voltage as the second voltage or a voltage between the first voltage and the second voltage, is applied to the gate electrode of the first or second MOSFET.
[0029]
Further, in the third method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a fourth voltage is applied to a control gate electrode of the first semiconductor element in the non-selected nonvolatile memory cell, and the fourth voltage is applied to the non-selected nonvolatile memory cell. It is preferable to apply a fifth voltage to the source line so that charge is not injected into the floating gate of the non-selected nonvolatile memory cell.
[0030]
Further, the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming an element isolation region in a predetermined region in a nonvolatile memory cell region and a MOSFET region on a semiconductor substrate; Forming a film, growing a first conductive film on the gate insulating film, and forming the first conductive film in a part of the element isolation region in the nonvolatile memory cell region and the element isolation region in the MOS FET region Etching, removing a capacitive insulating film on the first conductive film, growing a second conductive film on the capacitive insulating film, and removing the second conductive film in a predetermined region in the nonvolatile memory cell region. Forming a gate electrode and a word line of the nonvolatile memory cell by removing the film, the capacitor insulating film and the first conductive film by etching, and laminating the first and second conductive films in the MOS FET region. Etching the second conductive film in the predetermined region to expose the first conductive film, forming source and drain diffusion layers of the nonvolatile memory cell, and forming the source and drain diffusion layers of the MOS FET. Forming, forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, forming in the interlayer insulating film a first contact hole connected to a drain diffusion layer of a nonvolatile memory cell, and a source or drain diffusion layer of a MOS FET Forming a second contact hole connected to the first conductive film and a third contact hole connected to the first conductive film exposed in the MOS type FET region; and electrically connecting the first, second and third contact holes. Forming a wiring to be connected.
[0031]
According to the nonvolatile semiconductor memory device, the driving method, and the manufacturing method thereof of the present invention as described above, two MOSFETs are connected to the bit lines, respectively. After connecting to the sense amplifier and precharging the two bit lines, one of the two bit lines turns on one of the two MOSFETs while saturating at the other threshold voltage of the two MOSFETs. Is generated, the other of the two bit lines turns off one of the two MOSFETs, and the potential of the bit line fluctuates from the precharge level depending on the magnitude of the current of the desired memory cell.
[0032]
Therefore, the sense amplifier is activated at the timing when the bit line potential has sufficiently changed, and the sense amplifier differentially amplifies and detects the potential difference between the bit line potential and the reference potential. Since the reference potential is lower than the precharge level and hardly drops below the threshold voltage of one of the two MOSFETs, it is easy to set the timing for activating the sense amplifier. Also, unlike the nonvolatile semiconductor memory device, the two MOSFETs have almost no fluctuation in the threshold value with time, and the variation is smaller than that of the memory cell.
[0033]
The two MOSFETs forming the dummy cell have the same structure as that of the memory cell, and have a structure in which electrical connection can be made to the first polycrystalline silicon corresponding to the floating gate. According to this structure, since the dummy cell can be formed in the same region as the memory cell array, the wiring capacity of the bit line hardly increases. Further, it is possible to make the gate length and width of one of the two MOSFETs constituting the dummy cell the same as those of the normal memory cell, and it is possible to suppress a shift in the generation timing of the reference potential for the normal memory cell. In particular, by processing the first polycrystalline silicon, the two MOSFETs forming the dummy cell can have the same shape as the memory cell.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Throughout the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals and symbols.
[0035]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
[0036]
In FIG. 1, TA0, TA1, TA, and TA3 are first MOSFETs constituting a dummy cell which enable electrical connection to a first polycrystalline silicon corresponding to a floating gate, and TB0, TB1, TB2, and TB3 are floating gates. Is a second MOSFET constituting a dummy cell, which is capable of electrically connecting to the first polycrystalline silicon corresponding to. The first MOSFET (TA0 to TA3) and the second MOSFET (TB0 to TB3) are connected in series to each bit line B0 to B3. Other configurations are the same as those of the conventional example shown in FIG.
[0037]
Next, a method of driving the nonvolatile semiconductor memory device thus configured will be described with reference to FIGS. 2A and 2B in addition to FIG.
[0038]
2A and 2B are a circuit diagram showing a partial configuration of a dummy cell and a diagram showing a time change of a bit line potential, respectively, for explaining a read driving method of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
[0039]
At the time of reading, when the memory cell MC0 is selected as in the conventional example, the potentials of BLT0 and BLT3 become high, Q0 and Q3 conduct, and the two bit lines B0 and B3 are connected to the sense amplifier 1. . After precharging the bit lines B0 and B3 to the same potential, for example, Vbit of about 1.0 to 1.5 V, the potentials of the dummy word line DW1 and the word line W0 are set to a high potential (FIG. 2A).
[0040]
At this time, as shown in FIG. 2B, the potential of the bit line B3 gradually decreases from Vbit due to a channel current flowing to the ground potential via the first MOSFET (TA3) and the second MOSFET (TB3) constituting the dummy cell. When the potential of the bit line B3 reaches the threshold voltage Vtfg of the first MOSFET (TA3), the channel current flowing through the first MOSFET (TA3) is significantly reduced. For this reason, the rate of decrease of the potential of the bit line B3 becomes extremely slow, and the potential of the bit line B3 decreases extremely gradually due to the minute leak current.
[0041]
On the other hand, the potential of the bit line B0 is the same as in the conventional example, and as shown in FIG. 2B, when the memory cell MC0 is in the erased state, the current flowing to the ground potential via the memory cell MC0 causes The potential rapidly drops from Vbit to 0 V, and when the memory cell MC0 is in a write state, the potential of the bit line B0 changes only slightly from Vbit.
[0042]
At a time point Ts (FIG. 2B) at which the difference between the potential of the bit line B3 and the potential of the bit line B0 becomes an appropriate value, the potentials of BLT0 and BLT3 are lowered almost simultaneously with raising the potential of φ1 of the sense amplifier 1. Then, Q0 and Q3 are turned off, and φ2 of the sense amplifier 1 is further set to 0V.
[0043]
As a result, the potential difference between the bit line B3 and the bit line B0 is amplified to the power supply voltage by the sense amplifier 1, and the input / output lines I / O, * I / O (here, * I / O inputs / outputs an inverted signal of I / O).
[0044]
Here, the difference from the conventional example is that, after the potential of the bit line B3 reaches the threshold voltage Vtfg of the first MOSFET (TA3), the decrease becomes extremely small, so that the saturation state becomes close to a constant value, The read timing is delayed, and even if the sense amplifier 1 is operated later than the time Ts, erroneous read hardly occurs.
[0045]
Next, the structure of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing a structure of a main part in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.
[0046]
In FIG. 3, 4 is a P well, 5 is an element isolation region, 6 is a gate oxide film, 7 is first polycrystalline silicon, 8 is a capacitive insulating film, 9 is second polycrystalline silicon, 10 is an N-type diffusion layer, Reference numeral 11 denotes a side wall, 13 denotes a bit line, 17 denotes a contact made of tungsten or aluminum, 18 denotes a floating gate, and 19 denotes a control gate.
[0047]
In FIG. 4, reference numeral 14 denotes a diffusion region, 15 denotes an opening region of the first polycrystalline silicon 7, and 16a and 16b denote opening regions of the second polycrystalline silicon 9. In FIG. 3, two MOSFETs (TA0, TB0) connected in series to each bit line 13 have a structure that enables electrical connection to the first polycrystalline silicon 7 forming the floating gate 18.
[0048]
As shown in FIG. 4, it is necessary to form a contact 17 for each bit line 13 on the first polycrystalline silicon 7 which is a gate electrode of the first MOSFET (TA0 to TA3 is collectively referred to as TA). By providing the opening region 15 of the polycrystalline silicon 7 not only in the element isolation region 5 of the memory cell but also in the element isolation region 5 of the first MOSFET, a gate electrode can be formed for each bit line 13.
[0049]
After the opening region 15 of the first polycrystalline silicon 7 is also provided in the element isolation region 5 of the first MOSFET (TA), the capacitor insulating film 8 and the second polycrystalline silicon 9 are formed, and simultaneously when forming the word lines. For the first MOSFET (TA) and the second MOSFET (TB0 to TB3 are collectively referred to as TB), the first polycrystalline silicon 7, the capacitor insulating film 8, and the second polycrystalline silicon 9 are etched. Thereafter, after forming an N-type diffusion layer serving as a source and a drain, opening regions 16a and 16b are formed in the second polycrystalline silicon.
[0050]
Thereafter, as shown in FIG. 4, by forming a contact 17, the first MOSFET (TA) and the second MOSFET (TB) can be electrically connected to the first polycrystalline silicon 7. Functions as gate electrodes of the first MOSFET (TA) and the second MOSFET (TB).
[0051]
Since the gate electrode of the second MOSFET (TB) may be common to all the bit lines, the opening region 15 of the first polysilicon 7 may not be provided, but may be commonly used as the opening region 16b of the second polysilicon. It may be formed.
[0052]
As described above, according to the present embodiment, in the memory cell array region, for each bit line, two series-connected MOSFETs that can be electrically connected to the floating gate and constitute a dummy cell are provided. The reference potential can be brought into a saturated state close to a constant value. Thus, high-speed reading can be realized by generating a reference potential for a differential sense amplifier that is resistant to noise on each bit line.
[0053]
In the present embodiment, two MOSFETs are used for each bit line so that they can be electrically connected to the floating gate. However, ordinary MOSFETs may be used.
[0054]
In this embodiment, the MOSFET electrically connectable to the two floating gates in each bit line has the structure shown in FIG. 2A. However, the MOSFET shown in FIG. 5 may be used, or the structure shown in FIG. 7. A source bias reading structure as shown in FIG. In the case of the structure shown in FIG. 6A, as shown in FIG. 6B, the reference potential (potential of the bit line B3) is in a saturation state close to Vbit-Vftg.
[0055]
Further, in the structure shown in FIG. 6A, the gate of the one of the two MOSFETs connected to the bit line is connected to the diffusion layer connecting the two MOSFETs. Of these, the gate of the MOSFET connected to the source line may be connected to the diffusion layer connecting these two MOSFETs.
[0056]
(Second embodiment)
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
[0057]
In FIG. 9, MC 20 is a nonvolatile memory cell, 21 is a control gate driver, 22 is a source driver, and CG0, CG1, CG2, and CG3 are control gate lines.
[0058]
Non-volatile memory cell MC20 is a memory cell having a structure of two transistors per bit, and one of the two transistors is electrically connected to first polycrystalline silicon corresponding to a floating gate. The other MOSFET has a floating gate and a control gate, and operates under the control of the potential of the control gate line CG0 from the control gate driver 21. Information is stored according to the magnitude of the charge stored in the floating gate or whether the charge is positive or negative. This is a second MOSFET (MC202) having a structure for storing.
[0059]
Next, an erasing operation and a writing operation of the nonvolatile semiconductor memory device thus configured will be described with reference to FIGS. FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views schematically showing states of an erasing operation and a writing operation in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 9, respectively.
[0060]
First, in the erase operation shown in FIG. 10, -7 V is applied to the control gate 19 of the second MOSFET (MC 202) from the control gate driver 21 via the control gate line CG0, and +8 V is applied to the P well 4. The electrons stored in the floating gate 182 by the FN (Fowler-Nordheim) current are extracted to the P well 4 through the gate oxide film 62 (indicated by arrows in the drawing).
[0061]
At this time, although the bit line 13 is in the open state, the positive voltage of +8 V is applied to the P-well 4, so that the bit line 13 is also near +8 V, and is applied to the gate oxide film 61 of the first MOSFET (MC201). The applied electric field is almost zero. On the other hand, since +8 V is applied to the P well, the electric field applied to the gate oxide film 62 of the second MOSFET (MC202) increases. However, by applying about +3 V to the gate electrode 181 of the second MOSFET (MC202), the electric field applied to the gate oxide film 62 of the second MOSFET (MC202) can be made about 5 MV / cm. Thereby, the setting can be made so that the gate oxide film 62 of the second MOSFET (MC202) is not broken or significantly deteriorated. During the erasing operation, +3 V is applied to the floating gate of the second MOSFET (TB0) constituting the dummy cell.
[0062]
Next, in the write operation shown in FIG. 11, while applying -7 V to the P well 4, +9 V is applied to the selected control gate of the second MOSFET constituting the memory cell from the control gate driver 21 via the control gate line. On the other hand, by applying -3 V to the non-selected control gate, applying -7 V to the selected source line by the source driver 22 and applying 0 V to the non-selected source line, the P well 4 Then, electrons are injected into the floating gate 182 through the gate oxide film 62.
[0063]
At this time, although the bit line 13 is in the open state, the bit line 13 is near -7 V, so that the electric field applied to the gate oxide film 61 of the first MOSFET constituting the memory cell is low. On the other hand, 0 V is applied to the floating gate 181 of the second MOSFET constituting the memory cell so that the gate oxide film 61 is set so as not to be broken or significantly deteriorated. During the write operation, 0 V is applied to the floating gate of the second MOSFET (TB0) forming the dummy cell.
[0064]
As described above, according to the present embodiment, unlike the first embodiment, even when the memory cell has a structure having two MOSFETs per bit, two MOSFETs connected to each bit line are used. Can be used without any problem in an erasing operation or a writing operation of a nonvolatile semiconductor memory device.
[0065]
(Third embodiment)
FIGS. 15A, 15B, 15C, 15D, and 15E are cross-sectional views showing a semiconductor structure in respective manufacturing steps for describing a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. 16A, FIG. 16B, FIG. 16C, FIG. 16D, and FIG. 16E correspond to the positions where the first MOSFET forming the dummy cell is formed in FIG. 15A, FIG. 15B, FIG. 15C, FIG. It is sectional drawing along the AA line. 17A, FIG. 17B, FIG. 17C, FIG. 17D, and FIG. 17E correspond to the positions where the second MOSFET forming the dummy cell is formed in FIG. 15A, FIG. 15B, FIG. 15C, FIG. It is sectional drawing which followed the BB line.
[0066]
In the present embodiment, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device described with reference to FIGS. 3 and 4 as the first embodiment will be described.
[0067]
First, a P well 4 and an element isolation region 5 are formed on a semiconductor substrate, a gate oxide film 6 is formed thereon, and then a first polysilicon 7 is grown. Thereafter, as described with reference to FIG. 4, the opening region 15 of the first polycrystalline silicon 7 is provided not only in the memory cell MC0 but also in the element isolation region 5 of the first MOSFET (TA0) constituting the dummy cell. For this purpose, the resist 31 shown in FIGS. 15A, 16B, and 17A is formed, and the first polysilicon 7 in the opening region 15 is etched (see FIG. 16A). After removing the resist 31, the capacitance insulating film 8 and the second polysilicon 9 are grown as shown in FIGS. 15B, 16B and 17B.
[0068]
Next, as shown in FIGS. 15C, 16C and 17C, a resist 32 is formed to form a word line, and as shown in FIG. 15C, the second polycrystalline silicon 9, the capacitor insulating film 8 and the first The polycrystalline silicon 7 is etched to form an N-type diffusion layer serving as a source and a drain. At this time, also in the first MOSFET (TA0) and the second MOSFET (TB0) constituting the dummy cell, the first polycrystalline silicon 7, the capacitor insulating film 8 and the second polycrystalline silicon 9 are etched, and the N-type serving as the source and the drain is formed. A diffusion layer is formed.
[0069]
After removing the resist 32, a resist 33 is formed and the second polycrystalline silicon 9 is etched as shown in FIGS. 15D and 17D. The resist 33 has opening regions 16a (FIG. 15D) and 16b (FIG. 17d) as shown in FIG. Next, after forming the sidewalls 11 shown in FIGS. 15E and 17E and depositing an interlayer film, the contacts 17 shown in FIGS. 15E, 16E and 17E are formed, and wirings are formed with tungsten and aluminum.
[0070]
In the steps shown in FIGS. 15A to 15C, 16A to 16C, and 17A to 17C, the first MOSFET (TA0) constituting the memory cell and the dummy cell has the same structure, but the first MOSFET (TA0) As shown in FIGS. 15D and 16D, only the step of etching second polycrystalline silicon 9 is different. On the other hand, the second MOSFET (TB0) constituting the memory cell and the dummy cell includes a step of etching the first polycrystalline silicon 7 as shown in FIGS. 15A and 17A, and a second step as shown in FIGS. 15D and 17D. The step of etching the polycrystalline silicon 9 is different.
[0071]
As described above, the first MOSFET (TA0) and the second MOSFET (TB0) constituting the dummy cell can be formed by the same process as the nonvolatile memory cell.
[0072]
Although not shown, the etching process of the second polycrystalline silicon 9 shown in FIGS. 15D and 16D is a process of etching a gate electrode of a MOS semiconductor element for a peripheral circuit operating a nonvolatile semiconductor device. May also be used.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a reference potential required for a differential sense amplifier can be generated with high accuracy and stability in order to read data from a nonvolatile semiconductor memory device at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2A is a circuit diagram showing a partial configuration of a dummy cell during a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 1;
FIG. 2B is a diagram showing a time change of a bit line potential in the configuration of FIG. 2A;
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a main part in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view showing a structure of a main part in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second example of a partial configuration of a dummy cell during a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment;
FIG. 6A is a circuit diagram showing a third partial configuration example of a dummy cell during a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment;
FIG. 6B is a diagram showing a time change of a bit line potential in the configuration of FIG. 6A;
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a fourth partial configuration example of a dummy cell during a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment;
FIG. 8 is a circuit diagram showing a fifth partial configuration example of a dummy cell during a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment;
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view schematically showing a state during an erasing operation in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 9;
11 is a cross-sectional view schematically showing a state during a write operation in the nonvolatile semiconductor memory device in FIG. 9;
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
FIG. 13 is a diagram showing a time change of a bit line potential during a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 12;
14A is a diagram showing a time change of a bit line potential at the time of a read operation when the current drive capability of the dummy cell DM3 in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 12 is set high;
14B is a diagram showing a time change of a bit line potential at the time of a read operation when the current driving capability of the dummy cell DM3 in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 12 is set low;
FIG. 15A is a sectional view showing a semiconductor structure in one manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 15B is a sectional view showing a semiconductor structure in one manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 15C is a sectional view showing a semiconductor structure in one manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 15D is a sectional view showing the semiconductor structure in one manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 15E is a sectional view showing the semiconductor structure in one manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 16A is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15A, taken along line AA.
16B is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15B, taken along line AA.
16C is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15C, taken along line AA.
16D is a sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15D taken along line AA.
16E is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15E, taken along line AA.
FIG. 17A is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15A, taken along line BB.
FIG. 17B is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15B, taken along line BB.
17C is a sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15C, taken along line BB.
17D is a sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15D taken along line BB.
FIG. 17E is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 15E, taken along line BB.
[Explanation of symbols]
1 sense amplifier
2 Row decoder
3 column decoder
4 P well
5 Device isolation area
6 Gate oxide film
7 First polycrystalline silicon
8 Capacitive insulation film
9 Second polycrystalline silicon
10 N-type diffusion layer
11 Sidewall
13 bit line
14 Diffusion area
15 Opening region of first polycrystalline silicon 7
16a, 16b Opening regions of second polycrystalline silicon 9
17 contacts
18 Floating gate
19 Control Gate
21 Control gate driver
22 Source Driver
24, 25, 26, 27 Precharge MOS transistors
28, 29 Column gate MOS transistor
31, 32, 33 resist
B0, B1, B2, B3 bit lines
W0, W1, W2, W3 Word line
DM0, DM1, DM2, DM3 Dummy cell
DW0, DW1 Dummy word line
MC0, MC20 Memory cell to be read
MC201 First MOSFET constituting memory cell 20
MC202 Second MOSFET configuring memory cell 20
Q0, Q1, Q2, Q3 block transistors
TA0, TA1, TA2, TA3 First MOSFETs constituting dummy cells
TB0, TB1, TB2, TB3 Second MOSFET constituting dummy cell

Claims (12)

対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、前記第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、
前記ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、
前記第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ビット線に接続され、前記第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ソース線に接続され、
前記第1MOS型FETのゲート電極が前記第2ビット線または第2ソース線に接続され、前記第2MOS型FETのゲート電極が前記第2ワード線に接続されたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line; a dummy cell coupled to a corresponding second bit line, a second source line, and a second word line; A differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, respectively.
The dummy cell includes first and second MOS FETs connected in series,
A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to the second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to the second source line;
A nonvolatile semiconductor memory, wherein a gate electrode of the first MOSFET is connected to the second bit line or the second source line, and a gate electrode of the second MOSFET is connected to the second word line. apparatus.
対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、前記第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、
前記ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、
前記第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ビット線に接続され、前記第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ソース線に接続され、
前記第2MOS型FETのゲート電極が前記第2ビット線または第2ソース線に接続され、前記第1MOS型FETのゲート電極が前記第2ワード線に接続されたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line; a dummy cell coupled to a corresponding second bit line, a second source line, and a second word line; A differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, respectively.
The dummy cell includes first and second MOS FETs connected in series,
A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to the second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to the second source line;
A nonvolatile semiconductor memory, wherein a gate electrode of the second MOSFET is connected to the second bit line or the second source line, and a gate electrode of the first MOSFET is connected to the second word line. apparatus.
対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、前記第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、
前記ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、
前記第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ビット線に接続され、前記第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ソース線に接続され、
前記第1MOS型FETのゲート電極が前記第1MOS型FETと第2MOS型FETとを接続する拡散層に接続され、前記第2MOS型FETのゲート電極が前記第2ワード線に接続されたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line; a dummy cell coupled to a corresponding second bit line, a second source line, and a second word line; A differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, respectively.
The dummy cell includes first and second MOS FETs connected in series,
A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to the second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to the second source line;
A gate electrode of the first MOSFET is connected to a diffusion layer connecting the first MOSFET and the second MOSFET, and a gate electrode of the second MOSFET is connected to the second word line. Nonvolatile semiconductor memory device.
対応する第1ビット線、第1ソース線および第1ワード線に結合された不揮発性メモリセルと、対応する第2ビット線、第2ソース線および第2ワード線に結合されたダミーセルと、前記第1および第2ビット線がそれぞれ選択的に接続される差動型センスアンプとを備え、
前記ダミーセルは直列接続された第1および第2MOS型FETからなり、
前記第1MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ビット線に接続され、前記第2MOS型FETのソース拡散層またはドレイン拡散層が前記第2ソース線に接続され、
前記第2MOS型FETのゲート電極が前記第1MOS型FETと第2MOS型FETとを接続する拡散層に接続され、前記第1MOS型FETのゲート電極が前記第2ワード線に接続されたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A nonvolatile memory cell coupled to a corresponding first bit line, a first source line, and a first word line; a dummy cell coupled to a corresponding second bit line, a second source line, and a second word line; A differential sense amplifier to which the first and second bit lines are selectively connected, respectively.
The dummy cell includes first and second MOS FETs connected in series,
A source diffusion layer or a drain diffusion layer of the first MOSFET is connected to the second bit line; a source diffusion layer or a drain diffusion layer of the second MOSFET is connected to the second source line;
A gate electrode of the second MOSFET is connected to a diffusion layer connecting the first MOSFET and the second MOSFET, and a gate electrode of the first MOSFET is connected to the second word line. Nonvolatile semiconductor memory device.
前記不揮発性メモリセルは、
半導体基板上に該半導体基板側から順に積層形成されたゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、容量絶縁膜および制御ゲート電極からなる積層ゲート電極と、
前記積層ゲート電極の両側の前記半導体基板表面に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層とから形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile memory cell includes:
A gate insulating film, a floating gate electrode, a stacked gate electrode including a capacitor insulating film and a control gate electrode, which are sequentially formed on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate side;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed from a source diffusion layer and a drain diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the stacked gate electrode.
前記不揮発性メモリセルは、
半導体基板上に該半導体基板側から順に積層形成された第1ゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極、容量絶縁膜および制御ゲート電極からなる積層ゲート電極と、前記積層ゲート電極の両側の前記半導体基板表面に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層とから形成された第1半導体素子と、
半導体基板上に該半導体基板側から順に形成された第2ゲート絶縁膜およびゲート電極と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板表面に形成されたソース拡散層およびドレイン拡散層とから形成された第2半導体素子と
が直列接続された構成からなることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の不揮発性半導体記憶装置。
The nonvolatile memory cell includes:
A first gate insulating film, a floating gate electrode, a stacked gate electrode including a capacitor insulating film and a control gate electrode, which are sequentially formed on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate side, and a surface of the semiconductor substrate on both sides of the stacked gate electrode. A first semiconductor element formed from the formed source diffusion layer and the drain diffusion layer;
A second gate insulating film and a gate electrode formed in this order on the semiconductor substrate from the semiconductor substrate side, and a source diffusion layer and a drain diffusion layer formed on the semiconductor substrate surface on both sides of the gate electrode. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device has a configuration in which two semiconductor elements are connected in series.
前記第1および第2MOS型FETのゲート電極は、前記浮遊ゲート電極と同一の膜から形成されることを特徴とする請求項5または6記載の不揮発性半導体記憶装置。7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the gate electrodes of the first and second MOSFETs are formed of the same film as the floating gate electrode. 請求項1から4のいずれか一項記載の不揮発性半導体記憶装置を駆動する方法であって、
前記第1および第2ソース線を所定の電圧にした状態で前記第1および第2ビット線の電位を第1電位にプリチャージした後、前記第1ワード線に所定の電圧を印加して前記第1ビット線の電位を前記第1電位から変動させるとともに、前記第2ワード線に所定の電圧を印加して前記第2ビット線の電位を前記第1電位から変動させ、
前記第1電位から変動した後の、前記第1ビット線の電位と前記第2ビット線の電位との電位差を前記差動型センスアンプによって増幅して、前記不揮発性メモリセルに記憶された情報を読み出すことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
A method for driving the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
After pre-charging the potentials of the first and second bit lines to a first potential while keeping the first and second source lines at a predetermined voltage, applying a predetermined voltage to the first word line, Changing the potential of the first bit line from the first potential and applying a predetermined voltage to the second word line to change the potential of the second bit line from the first potential;
The potential difference between the potential of the first bit line and the potential of the second bit line after fluctuating from the first potential is amplified by the differential sense amplifier to store information stored in the nonvolatile memory cell. A method for driving a non-volatile semiconductor storage device, comprising:
請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置を駆動する方法であって、
前記第1半導体素子の制御ゲート電極に第1電圧を印加するとともに、前記第1半導体素子が形成された前記半導体基板またはウエル領域に第2電圧を印加して、前記第1半導体素子の浮遊ゲート電極に蓄積された電荷を引き抜いて前記第1半導体素子に記憶されている情報を消去する際に、前記第2半導体素子のゲート電極に第3電圧を印加するとともに、前記第2ワード線に接続された前記第1または第2MOS型FETのゲート電極に、前記第2電圧と同じ電圧かまたは前記第1電圧と前記第2電圧との間の電圧である第4電圧を印加することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
A method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein
A first voltage is applied to a control gate electrode of the first semiconductor device, and a second voltage is applied to the semiconductor substrate or the well region on which the first semiconductor device is formed, so that a floating gate of the first semiconductor device is applied. When erasing the information stored in the first semiconductor element by extracting the charge stored in the electrode, a third voltage is applied to the gate electrode of the second semiconductor element, and the third electrode is connected to the second word line. Applying a fourth voltage that is the same voltage as the second voltage or a voltage between the first voltage and the second voltage to the gate electrode of the first or second MOS FET. For driving a nonvolatile semiconductor memory device.
請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置を駆動する方法であって、
前記第1半導体素子の制御ゲート電極に第1電圧を印加し、前記第1半導体素子が形成された前記半導体基板またはウエル領域に第2電圧を印加するとともに、前記第1半導体素子のソース線に第3電圧を印加して、前記第1半導体素子の浮遊ゲート電極に電荷を注入して前記第1半導体素子に情報を書き込む際に、前記第2ワード線に接続された前記第1または第2MOS型FETのゲート電極に、前記第2電圧と同じ電圧かまたは前記第1電圧と前記第2電圧との間の電圧である第4電圧を印加することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
A method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein
A first voltage is applied to a control gate electrode of the first semiconductor element, a second voltage is applied to the semiconductor substrate or the well region on which the first semiconductor element is formed, and a second voltage is applied to a source line of the first semiconductor element. When applying a third voltage to inject charges into the floating gate electrode of the first semiconductor element and write information to the first semiconductor element, the first or second MOS transistor connected to the second word line Driving the nonvolatile semiconductor memory device, wherein a fourth voltage which is the same voltage as the second voltage or a voltage between the first voltage and the second voltage is applied to a gate electrode of the type FET. Method.
非選択の不揮発性メモリセルにおける第1半導体素子の制御ゲート電極に前記第4電圧を印加し、前記非選択の不揮発性メモリセルにおけるソース線に第5電圧を印加して、前記非選択の不揮発性メモリセルの浮遊ゲートに電荷が注入されないようにすることを特徴とする請求項10記載の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。Applying the fourth voltage to the control gate electrode of the first semiconductor element in the non-selected nonvolatile memory cell, and applying the fifth voltage to the source line in the non-selected nonvolatile memory cell, 11. The method according to claim 10, wherein the charge is prevented from being injected into the floating gate of the volatile memory cell. 半導体基板上の不揮発性メモリセル領域内およびMOS型FET領域内の所定領域に素子分離領域を形成する工程と、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第1導電膜を成長する工程と、
前記不揮発性メモリセル領域内の素子分離領域の一部と前記MOS型FET領域内の素子分離領域において前記第1導電膜をエッチング除去する工程と、
前記第1導電膜上に容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜上に第2導電膜を成長させる工程と、
前記不揮発性メモリセル領域内の所定領域において前記第2導電膜と容量絶縁膜と第1導電膜とをエッチング除去して、前記不揮発性メモリセルのゲート電極とワード線を形成する工程と、
前記MOS型FET領域内の前記第1および第2導電膜が積層された所定領域において前記第2導電膜をエッチング除去して、前記第1導電膜を露出させる工程と、
前記不揮発性メモリセルのソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、
前記MOS型FETのソース及びドレイン拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記不揮発性メモリセルのドレイン拡散層に接続する第1コンタクト孔と、前記MOS型FETのソースまたはドレイン拡散層に接続する第2コンタクト孔と、前記MOS型FET領域内において露出された前記第1導電膜に接続する第3コンタクト孔とを形成する工程と、
前記第1、第2および第3コンタクト孔を電気的に接続する配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Forming an element isolation region in a predetermined region in a nonvolatile memory cell region and a MOS type FET region on a semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Growing a first conductive film on the gate insulating film;
Etching the first conductive film in a part of the element isolation region in the nonvolatile memory cell region and in the element isolation region in the MOS type FET region;
Forming a capacitive insulating film on the first conductive film;
Growing a second conductive film on the capacitive insulating film;
Forming a gate electrode and a word line of the nonvolatile memory cell by etching and removing the second conductive film, the capacitor insulating film, and the first conductive film in a predetermined region in the nonvolatile memory cell region;
Etching the second conductive film in a predetermined region in which the first and second conductive films are stacked in the MOS type FET region to expose the first conductive film;
Forming source and drain diffusion layers of the nonvolatile memory cell;
Forming source and drain diffusion layers of the MOS FET;
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
A first contact hole connected to a drain diffusion layer of the non-volatile memory cell, a second contact hole connected to a source or drain diffusion layer of the MOS FET, Forming a third contact hole connected to the first conductive film exposed in
Forming a wiring for electrically connecting the first, second and third contact holes.
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