JP2004328005A - Semiconductor memory element, and semiconductor memory and control method for the same - Google Patents

Semiconductor memory element, and semiconductor memory and control method for the same Download PDF

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智之 石井
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和男 矢野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory element suitable for high integration in a small area, and a semiconductor memory, and a control method for the semiconductor memory. <P>SOLUTION: The semiconductor memory element includes a source area and a drain area. The drain area 77 is formed above or below the source area 76 via an insulating film, while the source area is connected to the drain area via a channel area 78. The channel area is connected to a gate electrode 80 via the gate insulating film 81. The semiconductor memory element also has a carrier enclosing area 79 near the channel area, and carriers are retained in the carrier enclosing area to change the threshold voltage of the semiconductor element and execute a memory operation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体記憶素子、半導体記憶装置およびその制御方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device, a semiconductor memory device, and a control method thereof.

従来、浮遊ゲートと制御ゲートとを有するMOSFETを用いることによって、フラッシュEEPROMのような不揮発性記憶装置が実現されている。浮遊ゲートにキャリアを蓄積することによりMOSFETのしきい電圧が変化することを利用し、情報の記憶、読出しを行うものである。浮遊ゲ−トには通常多結晶シリコンが用いられる。この浮遊ゲート付きMOSFETを用いることにより、1トランジスタのみで1ビットの情報を長期間にわたって記憶できる。フラッシュEEPROMのメモリセル構造として、Nikkei Electronics no.444 pp151-157, 1988年に記載されている従来構造及びコンタクトレスセル構造を挙げる。   Conventionally, a nonvolatile memory device such as a flash EEPROM has been realized by using a MOSFET having a floating gate and a control gate. The information is stored and read out by utilizing the fact that the threshold voltage of the MOSFET changes by accumulating carriers in the floating gate. Generally, polycrystalline silicon is used for the floating gate. By using this MOSFET with a floating gate, one-bit information can be stored over a long period with only one transistor. As a memory cell structure of a flash EEPROM, a conventional structure and a contactless cell structure described in Nikkei Electronics no. 444 pp 151-157, 1988 are exemplified.

本発明に関連した他の従来技術として、K. Yano et al, IEEE International Electron Devices Meeting pp541-544, 1993年、及びK. Yano et al, IEEE International Solid-State Circuits Conference pp266-267, 1996年に記載されている多結晶シリコンを用いた単一電子メモリをあげる。この技術においては多結晶シリコン薄膜によって電流経路であるチャネル及び電子を捕獲する記憶領域を同時形成する。記憶領域に電子が捕獲されるとしきい電圧が変化することを利用し、情報の記憶を行なう。電子一個の蓄積で1ビットの記憶を行なう所に特徴がある。多結晶シリコンの結晶粒の利用によって加工した寸法より実効的に小さい構造が実現され、室温においても動作が可能となる。   Other prior art related to the present invention include K. Yano et al, IEEE International Electron Devices Meeting pp 541-544, 1993, and K. Yano et al, IEEE International Solid-State Circuits Conference pp 266-267, 1996. A single-electron memory using the described polycrystalline silicon is given. In this technique, a channel as a current path and a storage region for capturing electrons are simultaneously formed by a polycrystalline silicon thin film. Information is stored by utilizing the fact that the threshold voltage changes when electrons are captured in the storage area. The feature is that one bit is stored by storing one electron. By utilizing the crystal grains of polycrystalline silicon, a structure that is effectively smaller than the dimension processed is realized, and operation is possible even at room temperature.

フラッシュEEPROMにおいては、浮遊ゲートへのキャリアの注入、引き抜き動作(書き込み、消去動作)において所望のしきい値変化を実現するため、高電圧(又は低電圧)印加後に記憶状態をモニタし、所望のしきい値変化が実現されていないセルに対して再度電圧を印加してしきい値調整を行なうベリファイ動作を行なっている。   In a flash EEPROM, in order to realize a desired threshold change in the operation of injecting and extracting carriers (writing and erasing operations) into the floating gate, the storage state is monitored after a high voltage (or low voltage) is applied, and the desired state is monitored. A verify operation is performed in which a voltage is applied again to a cell in which a threshold change has not been realized to adjust the threshold.

従来技術として、T. Tanaka et al, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 29, no. 11 pp. 1366-1372, 1994年、及び K. Kimura et al, IEICE Trans. Electron., Vol. E78-C No.7 pp832-837, 1995年に記載されているベリファイ動作を挙げる。   Conventional techniques include T. Tanaka et al, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 29, no.11 pp. 1366-1372, 1994, and K. Kimura et al, IEICE Trans. Electron., Vol. E78. -C No.7 The verification operation described in pp832-837, 1995 is given.

T. Tanaka et al, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 29, no. 11 pp. 1366-1372, 1994年T. Tanaka et al, IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 29, no.11 pp. 1366-1372, 1994

微細構造の進歩によってDRAM、SRAM、フラッシュメモリ等各種メモリのメモリセルは小面積化が進んでいる。小面積でメモリセルを構成できれば、チップ面積が減るため歩留まりが向上し、同一ウエハで多くのチップがとれるためコスト面で有利であり、配線長も短くて済むので高速動作可能等多くの利点がある。   Due to advances in microstructure, memory cells of various memories such as DRAM, SRAM, and flash memory have been reduced in area. If a memory cell can be configured with a small area, the chip area can be reduced and the yield can be improved. Many chips can be obtained on the same wafer, which is advantageous in terms of cost. Also, since the wiring length can be shortened, there are many advantages such as high-speed operation. is there.

メモリ方式によって加工寸法とセル面積の対応は概ね決まっている。例えば、加工寸法をFとして、折り返しビット線方式のDRAMは8F2、AND型のフラッシュメモリは6F2で単位セルを形成する。現状では1トランジスタで1セルのフラッシュメモリが最も小さい面積のセルを実現できることになるが、基板表面にMOS構造を形成するメモリではこれがほぼ限界である。これより小さいメモリセルを構成しようとすると、立体的な構造が不可欠になる。さらに、立体構造を利用してメモリセルが小さくなったとして、データ線ピッチあるいはワード線ピッチを最小の2Fより小さくした場合に、データ線やワード線をいかに配線し、周辺回路と接続するか、あるいは周辺回路によっていかにこのセルアレイを制御するのかが重要な課題となる。   The correspondence between the processing size and the cell area is largely determined by the memory system. For example, assuming that the processing size is F, a unit cell is formed of 8F2 for a folded bit line type DRAM and 6F2 for an AND type flash memory. At present, a flash memory of one cell can realize a cell having the smallest area with one transistor, but this is almost the limit in a memory having a MOS structure formed on a substrate surface. If a memory cell smaller than this is to be constructed, a three-dimensional structure is indispensable. Furthermore, assuming that the memory cell is reduced by using the three-dimensional structure, and when the data line pitch or the word line pitch is made smaller than the minimum of 2F, how to wire the data lines and word lines and connect them to peripheral circuits, Another important issue is how to control the cell array by a peripheral circuit.

一方、金属又は半導体の微小なドット内に電子を出し入れする場合にクーロン反発力が有効に働くことを利用し、電子を一個単位で制御する単一電子素子は、原理的に10nm程度の非常に小さい構造で動作が可能であること、低消費電力であること等の利点を持つ。単一電子素子の一つである単一電子メモリは、小数の蓄積電子で情報の記憶が可能なメモリで、一素子で1ビット以上の情報記憶が行うことができ、蓄積電荷を一個単位で制御可能なためナノメータレベルになっても動作できる可能性も有する。又、蓄積電子数が少ないことから書き替え時間、書き替え回数において飛躍的な向上が期待できる。しかし、実際の素子作製においては、加工寸法はリソグラフィー技術等の制限を受ける。さらに、従来素子ではソース領域、ドレイン領域等の引き出し部分の大きさが大きく、集積化して小さくできる利点が活かされた素子構造は提案されていない。   On the other hand, utilizing the fact that Coulomb repulsion works effectively when moving electrons into and out of minute dots of metal or semiconductor, a single-electron element that controls electrons one by one is, in principle, a very small element of about 10 nm. It has advantages such as operation with a small structure and low power consumption. A single-electron memory, which is one of the single-electron elements, is a memory that can store information with a small number of stored electrons. One element can store one or more bits of information, and the stored charge can be stored in units of one. Because it is controllable, there is a possibility that it can operate even at the nanometer level. Further, since the number of stored electrons is small, a dramatic improvement in the rewriting time and the number of rewriting can be expected. However, in actual device fabrication, processing dimensions are limited by lithography technology and the like. Further, in the conventional device, no device structure has been proposed that takes advantage of the advantage that the size of the lead-out portion such as the source region and the drain region is large and can be integrated and reduced.

また、発明者らは室温で動作する単一電子メモリを試作し、評価を行なってきたが、その過程で、同じ素子に同じ書き込み電圧を同じ時間印加しても電子を蓄積するのに要する時間がまちまちであることが観測された。逆に同じ書き込み電圧を同じ時間印加した場合蓄積される電子の数がその時々で異なってしまう現象が見出された。これは、単一電子素子は動作に用いる電子数が少ないため、トンネル又は熱励起のような現象の確率的な振る舞いがそのまま表に出てしまうためであると解釈できる。   In addition, the inventors have prototyped and evaluated a single-electron memory that operates at room temperature, and in the process, the time required to accumulate electrons even when the same write voltage is applied to the same element for the same time. Was observed to be mixed. Conversely, it has been found that when the same write voltage is applied for the same time, the number of accumulated electrons differs from time to time. This can be interpreted as that the single-electron element uses a small number of electrons for operation, so that the stochastic behavior of a phenomenon such as tunneling or thermal excitation appears directly.

半導体メモリは微細化を推し進める事で記憶密度を向上させ大容量化を達成してきたが、微細化が進む程製造設備のコストが増大している。1セルで2ビット以上を記憶する多値記憶を行なうことで、微細化を行なわずにより高密度の記憶が可能となる。多値記憶においては書き込み、消去、読み出しにおいて多くの記憶状態を明確に区別できることが最重要である。   2. Description of the Related Art A semiconductor memory has achieved a large storage capacity by improving the storage density by promoting miniaturization. However, as the miniaturization progresses, the cost of manufacturing equipment increases. By performing multi-value storage in which two or more bits are stored in one cell, high-density storage becomes possible without miniaturization. In multilevel storage, it is most important that many storage states can be clearly distinguished in writing, erasing, and reading.

また、単一電子メモリは扱う電荷量が少なく、周辺回路も低雑音であることが要求される。半導体メモリのセンスアンプとしては差動増幅器が広く用い用いられている。ここで、センスアンプとデータ線との位置関係としては、対となるデータ線をセンスアンプの両側に配置する解放形と、同一の方向に配置する折り返し形が知られている。解放形はデータ線とワード線の全ての交点にメモリセルを配置でき、集積度が高いという利点がある一方、ワード線駆動による雑音が大きいという欠点がある。折り返し形では逆にワード線駆動による雑音が小さいという利点があるが、データ線とワード線の全ての交点にメモリセルを配置できず集積度が低いと言う問題がある。   Further, the single-electron memory is required to handle a small amount of electric charge, and the peripheral circuits are required to have low noise. Differential amplifiers are widely used as sense amplifiers in semiconductor memories. Here, as the positional relationship between the sense amplifier and the data line, there are known an open type in which a pair of data lines are arranged on both sides of the sense amplifier and a folded type in which a pair of data lines are arranged in the same direction. The open type has the advantage that the memory cells can be arranged at all the intersections of the data line and the word line and has a high degree of integration, but has the disadvantage that the noise due to the word line drive is large. On the other hand, the folded type has an advantage that noise due to word line driving is small, but there is a problem that memory cells cannot be arranged at all intersections of data lines and word lines, and the degree of integration is low.

センスアンプ以外に面積の大きな周辺回路としては、書き込みの際にメモリセルに書き込むデータを一時的に保持するレジスタと、書き込みベリファイの際に書き込みが終了したことを示すフラグを保持するレジスタ、及び書き込み動作後にメモリセルから読み出された値と書き込み終了フラグの値とを比較してフラグの書き換えを行なう回路がある。   In addition to the sense amplifier, peripheral circuits having a large area include a register for temporarily holding data to be written to a memory cell at the time of writing, a register for holding a flag indicating that writing has been completed at the time of write verification, and a register for writing. There is a circuit that compares the value read from the memory cell after the operation with the value of the write end flag to rewrite the flag.

そこで、本発明の目的は従来の限界を打ち破るような、小面積で高集積化に適した単一電子メモリセルと、確率現象による動作のばらつきに強い半導体記憶装置とその制御方法を提供すこと、及び多値記憶に適した半導体記憶装置とその制御方法を提供すること、さらに小面積で高集積な単一電子メモリセルの特長を損なうことのない小面積の周辺回路、及び扱う電荷量が少なく、雑音に弱い単一電子メモリに適した雑音が小さい周辺回路とその制御方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a single-electron memory cell having a small area and suitable for high integration, a semiconductor memory device resistant to variation in operation due to stochastic phenomena, and a control method therefor, which break the conventional limitations. And a semiconductor memory device suitable for multi-value storage and a control method therefor. Further, a small-area peripheral circuit that does not impair the features of a small-area, highly-integrated single-electron memory cell, and a charge amount to be handled are It is an object of the present invention to provide a peripheral circuit with low noise suitable for a single electronic memory which is low in noise and low in noise and a control method thereof.

本発明は、ソース領域、ドレイン領域を上下に設け、チャネルを上下方向に走らせることにより、小さい面積で作製可能であることを特徴とする。   The present invention is characterized in that it can be manufactured with a small area by providing a source region and a drain region above and below and running a channel in a vertical direction.

詳しく述べると、本発明の代表的な実施形態による半導体素子は、ソース、ドレイン領域を有し、ドレイン領域は、絶縁膜を介してソース領域の上あるいは下に設けられ、ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接続され、チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有している。キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行なう。   More specifically, a semiconductor device according to a representative embodiment of the present invention has a source and a drain region, and the drain region is provided above or below the source region via an insulating film, and the source region is a channel region. And the channel region is connected to the gate electrode via the gate insulating film, and has a carrier confinement region near the channel region. Storage is performed by changing the threshold voltage of the semiconductor element by holding carriers in the carrier confinement region.

また、ゲート電極を上下方向に複数設け、その段差側面にチャネルを設けることによって小さい面積で作製することが可能である実施形態は、ソース、ドレイン領域を有し、互いに絶縁膜を介して上下に設けられた複数のゲート電極を有し、絶縁膜を介して上記ゲート電極側面に設けられたチャネル領域を有し、ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、キャリア閉じ込め領域が短径の平均が10nm以下の半導体又は金属の微小粒からなることを特徴とする。   In addition, an embodiment in which a plurality of gate electrodes are provided in the vertical direction and a channel is provided on the side surface of the step can be manufactured with a small area. A plurality of gate electrodes provided, a channel region provided on a side surface of the gate electrode via an insulating film, a source region connected to the drain region via the channel region, and a carrier near the channel region. It has a confinement region and performs storage by changing the threshold voltage of the semiconductor element by holding carriers in the carrier confinement region. The carrier confinement region is formed from semiconductor or metal fine particles having an average minor axis of 10 nm or less. It is characterized by becoming.

また、本発明は、ベリファイ動作を行なうことによって、単一電子素子のように確率現象があらわに特性に現れる記憶素子を用いた記憶装置の正確な記憶動作を実現することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that by performing a verify operation, an accurate storage operation of a storage device using a storage element in which a stochastic phenomenon clearly appears in characteristics like a single electronic element is realized.

詳しく述べると、本発明の代表的な実施形態による半導体装置の制御方法は、ソース領域と、ドレイン領域を有し、ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、この半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、半導体記憶素子に書き込み電圧を印加する第一のステップと、第一のステップ後に素子に記憶された情報の読み出しを行なう第二のステップと、第二のステップでの情報書き込みが不十分な上記半導体記憶素子について再度書き込み電圧を印加する第三のステップを有する。   More specifically, a method for controlling a semiconductor device according to a representative embodiment of the present invention includes a source region and a drain region, wherein the source region is connected to the drain region via a channel region, and the channel region is an insulating film. A semiconductor memory element that has a carrier confinement region near the current path in the channel region and that changes the threshold voltage by holding the carrier in the carrier confinement region. In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of semiconductor memory elements are arranged in a matrix, a first step of applying a write voltage to the semiconductor memory element and reading of information stored in the element after the first step And writing again on the semiconductor memory element in which information writing in the second step is insufficient. Having a third step of applying only a voltage.

また、多値記憶について発明者らは独自に検討し、特性がフラッシュメモリのように蓄積電子数に対し連続的にかわる素子ではなく、ステップ状に特性が変わる素子を用いる事が状態の区別の点から有利であることに着目し、実測から階段的な特性を持つことがわかっていた単一電子メモリを用いることに思い至った。
つまり、本発明は、単一電子素子の特性を利用する事によって記憶状態の明確な区別が可能である多値記憶素子、又は多値記憶素子を用いた記憶装置を実現することを特徴とする。
In addition, the inventors independently studied multi-valued storage, and it was better to use an element whose characteristics changed stepwise rather than an element whose characteristics continuously changed with the number of stored electrons as in a flash memory. Focusing on its advantages from the point of view, he came to the idea of using a single-electron memory that had been found to have stepwise characteristics from actual measurements.
In other words, the present invention is characterized by realizing a multi-value storage element in which the storage state can be clearly distinguished by utilizing the characteristics of a single electronic element, or a storage device using the multi-value storage element. .

この特徴を持った実施形態による半導体装置は、ソース領域と、ドレイン領域を有し、ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、データ線及びワード線によって行列状の半導体記憶素子を制御し、ワード線に印加する書き込み電圧に複数の値を用いることで一つの上記半導体記憶素子に2ビット以上の記憶を行なう。   A semiconductor device according to an embodiment having this feature has a source region and a drain region, the source region is connected to the drain region via a channel region, and the channel region is connected to a gate electrode via an insulating film. A semiconductor storage element having a carrier confinement region in the vicinity of the current path in the channel region and performing storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region; In a semiconductor memory device having a structure of arranging in a matrix, one semiconductor memory element is controlled by controlling a matrix of semiconductor memory elements by data lines and word lines and using a plurality of values for a write voltage applied to a word line. To store two or more bits.

さらに小面積で雑音に強い周辺回路としては、上下に積層化されたメモリセルの各々のローカルデータ線を、別々の選択MOSを介してグローバルデータ線に接続し、時間的マルチプレクスで読み出し、書き込みを行うことにより、グローバルデータ線、センスアンプなどの周辺回路を共有し面積の増大を防ぐ。また、階層化されたデータ線と、メモリセル(浮遊電極セル)が読み出しに対して非破壊であることを利用して、折り返しデータ線構造でありながらワード線とデータ線の全ての交点にメモリセルを配置することを可能にする。具体的には、センスアンプに対して対となるグローバルデータ線の一方を読み出すときは、もう一方のグローバルデータ線につながるローカルデータ線の選択MOSをオフにすることにより、その影響をなくすことができる。これにより積層化されたメモリセルの高集積性を犠牲にすることなく、かつ低雑音の読み出しを行なうことができる。   Further, as a peripheral circuit having a small area and being strong against noise, each local data line of memory cells stacked vertically is connected to a global data line via a separate selection MOS, and read and written in a time multiplex manner. By doing so, peripheral circuits such as global data lines and sense amplifiers are shared to prevent an increase in area. In addition, by utilizing the hierarchical data lines and the fact that memory cells (floating electrode cells) are non-destructive for reading, a memory is provided at all intersections of word lines and data lines while having a folded data line structure. Allows cells to be placed. Specifically, when one of the paired global data lines is read out to the sense amplifier, the influence can be eliminated by turning off the selection MOS of the local data line connected to the other global data line. it can. Thus, low-noise reading can be performed without sacrificing high integration of the stacked memory cells.

さらに、読み出し、書き込みベリファイ、消去ベリファイのいずれの動作においても同一のダミーセルをしきい電圧の基準として用いることにより、雑音に対する余裕度を向上する。   In addition, the same dummy cell is used as a threshold voltage reference in any of the read, write verify, and erase verify operations, thereby improving the margin for noise.

周辺回路のさらなる小面積化の方法として、書き込みの際にメモリセルに書き込むデータを一時的に保持するレジスタと、書き込みベリファイの際に書き込みが終了したことを示すフラグを保持するレジスタを兼ねる。以下に具体的な動作を説明する。なお、この説明では、メモリセルのしきい電圧が高い場合を“1”、低い場合を“0”とする。また論理は正論理で高レベルを“1”、低レベルを“0”とする。また、書き込みは一旦全てのメモリセルのしきい電圧を下げ(消去)、次いでワード線に高電圧を印加し、メモリセルのしきい値を上げることで行なう。このとき“0”を書き込みたいメモリセルはデータ線とソース線の電圧を上げ、相対的にワード線との電圧差を小さくしてしきい電圧の上昇を抑圧する。もちろんこれらの極性は逆でも構わない。   As a method of further reducing the area of the peripheral circuit, a register that temporarily holds data to be written to a memory cell at the time of writing and a register that holds a flag indicating that writing has been completed at the time of write verification are also used. The specific operation will be described below. In this description, the case where the threshold voltage of the memory cell is high is “1”, and the case where the threshold voltage is low is “0”. The logic is positive logic, and the high level is "1" and the low level is "0". Writing is performed by temporarily lowering (erasing) the threshold voltages of all the memory cells, and then applying a high voltage to the word lines to raise the threshold values of the memory cells. At this time, in the memory cell to which "0" is to be written, the voltage of the data line and the source line is increased, and the voltage difference between the word line and the word line is relatively reduced to suppress the rise of the threshold voltage. Of course, these polarities may be reversed.

書き込みの際にメモリセルに書き込むデータを一時的に保持するレジスタには“1”と“0”を反転したデータを入力しておく。そしてこれをそのまま書き込み終了フラグとみなす。すなわち、“1”を書き込みたい場合はレジスタの値は“0”であり、これは“1”書き込みが終了していないことを示し、“0”を書き込みたい場合はレジスタの値は“1”であり、これは“1”書き込みが終了もしくは最初から必要ないことを示す。したがって書き込み動作後メモリセルの値が“1”の場合のみ、レジスタに“1”をそのまま書き込めばよい。   Data obtained by inverting “1” and “0” is input to a register that temporarily holds data to be written to a memory cell at the time of writing. This is directly regarded as a write end flag. That is, when writing “1”, the value of the register is “0”, which indicates that writing “1” is not completed, and when writing “0”, the value of the register is “1”. This indicates that writing “1” is not necessary from the end or from the beginning. Therefore, only when the value of the memory cell is "1" after the write operation, "1" may be written to the register as it is.

こうすれば書き込むデータを一時的に保持するレジスタと書き込み終了フラグを両方用意し各々の値を比較してから書き込み終了フラグの値を書き換えるという必要はなくなる。この「“1”のみ通過回路」としては1個のnMOSを使用する。グローバルデータ線をnMOSのゲートに、ドレインを電源の高レベル側に、ソースをレジスタの入力に接続する。するとグローバルデータ線の値が“1”の場合はnMOSがオンし、レジスタの入力に“1”が入力され、グローバルデータ線の値が“0”の場合はnMOSはオフしたままでレジスタは変化しない。この「“1”のみ通過回路」によれば、nMOS1つで(制御用のpMOSをnMOSと電源の高レベルの間に入れても2つのMOSで)書き込み終了フラグを書き換えることができる。   This eliminates the need to prepare both a register for temporarily storing data to be written and a write end flag, compare the respective values, and then rewrite the value of the write end flag. One "nMOS" is used as the "circuit passing only" 1 "". The global data line is connected to the gate of the nMOS, the drain is connected to the high level of the power supply, and the source is connected to the input of the register. Then, when the value of the global data line is “1”, the nMOS is turned on, and “1” is input to the input of the register. When the value of the global data line is “0”, the nMOS remains off and the register changes. do not do. According to the “pass-through circuit for only“ 1 ””, the write end flag can be rewritten by one nMOS (even if the control pMOS is placed between the nMOS and the high level of the power supply).

本発明によれば、小面積で高集積化に適した半導体記憶装置及びその制御方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device having a small area and suitable for high integration and a control method thereof.

本発明の他の手段、目的と特徴は、以下の実施の形態から明らかになろう。   Other means, objects and features of the present invention will be apparent from the following embodiments.

実施例1
以下には、本発明の具体的な実施例による記憶素子、記憶装置及びその制御方法を説明する。説明のため半導体記憶装置の一部分から説明して行くが、実際にはコンタクト、周辺回路を含めた形で記憶装置としての機能を果たす。
Example 1
Hereinafter, a storage element, a storage device, and a control method thereof according to a specific embodiment of the present invention will be described. For the sake of explanation, a part of the semiconductor memory device will be described. Actually, the device functions as a memory device including contacts and peripheral circuits.

図1は本実施例による記憶素子の構造図を示す。図1(a)が鳥瞰図、図1(b)が断面図である。ソース(76)、およびドレイン(77)は、高不純物濃度n型の多結晶シリコンからなる領域であり、 間にSiO2絶縁膜(82)がある。このSiO2絶縁膜(82)側面にP型の多結晶シリコンからなる厚さ20nm、幅150nmのチャネル部(78)が形成されており、薄い絶縁膜(87)を隔てて多結晶シリコンからなるキャリア閉じ込め領域(79)が形成されている。チャネル部(78)及びキャリア閉じ込め領域(79)はSiO2絶縁膜(81)を介してゲート電極(80)に接続されている。ゲート電極(80)とキャリア閉じ込め領域(79)の間の距離は30nmとする。   FIG. 1 is a structural diagram of a storage element according to the present embodiment. FIG. 1A is a bird's-eye view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. The source (76) and the drain (77) are regions made of high impurity concentration n-type polycrystalline silicon, and have an SiO2 insulating film (82) therebetween. A channel portion (78) of P-type polycrystalline silicon having a thickness of 20 nm and a width of 150 nm is formed on the side surface of the SiO2 insulating film (82), and a carrier made of polycrystalline silicon is separated by a thin insulating film (87). A confinement region (79) is formed. The channel portion (78) and the carrier confinement region (79) are connected to the gate electrode (80) via the SiO2 insulating film (81). The distance between the gate electrode (80) and the carrier confinement region (79) is 30 nm.

チャネル部(78)とキャリア閉じ込め領域(79)を別々に設けることにより、後に実施例3で述べるチャネル部とキャリア閉じ込め領域を一括して形成する構造と比べ、各々別に設計、形成が可能となるため自由度が多いという特徴がある。特にチャネル部(78)とキャリア閉じ込め領域(79)の間の絶縁膜(87)の材料、膜厚を選ぶことによってポテンシャルバリアの高さ、幅を人工的に決められる利点がある。本実施例ではソースをおよびドレインよりも下にしているが、これは逆でも構わない。さらに、本実施例ではキャリアを電子とし、以下の実施例でも電子とするが、キャリアは正孔でも構わない。   By separately providing the channel portion (78) and the carrier confinement region (79), it is possible to design and form each separately, as compared with the structure in which the channel portion and the carrier confinement region described later in Embodiment 3 are formed collectively. Therefore, there is a feature that there is much freedom. In particular, there is an advantage that the height and width of the potential barrier can be artificially determined by selecting the material and thickness of the insulating film (87) between the channel portion (78) and the carrier confinement region (79). In this embodiment, the source is lower than the drain and the drain, but the order may be reversed. Further, in this embodiment, the carrier is an electron, and in the following embodiments, the carrier is also an electron. However, the carrier may be a hole.

本実施例の記憶素子はソース(76)、およびドレイン(77)領域が上下に重なっており、その分の面積を小さくする事ができる。さらにチャネル領域(78)についても縦に走る構造をとることで素子面積が小さくなっている。本実施例の記憶素子を繰り返し並べてより多くの記憶を行うことができる。これは以下の実施例の記憶素子においても同様である。   In the storage element of this embodiment, the source (76) and drain (77) regions are vertically overlapped, and the area can be reduced accordingly. Further, the channel area (78) also has a vertically running structure, so that the element area is reduced. More storage can be performed by repeatedly arranging the storage elements of this embodiment. This is the same for the storage elements of the following embodiments.

本実施例の記憶素子の動作を説明する。書き込み、消去はゲート電極(80)の電位を変えることで行なう。ソース(76)ドレイン(77)間に一定の電圧を加え、ゲート電圧を印加して行くと、チャネル(78)の多結晶シリコン薄膜に電子が誘起され、電流が流れ始める。ゲート電圧を大きく印加すると、チャネル領域(78) とキャリア閉じ込め領域(79)の間のポテンシャル差が大きくなり、ついには電子がトンネルまたは熱励起によって間の絶縁膜(87)のポテンシャルバリアを越えてキャリア閉じ込め領域(79)に注入される。この結果、しきい値が大きい方にシフトし、同じゲート電圧においても電流値が小さくなる。情報の読み出しはこの電流値の大小を見ることで行なう。消去はゲート電圧を逆方向に振ることで行なう。   The operation of the storage element of this embodiment will be described. Writing and erasing are performed by changing the potential of the gate electrode (80). When a constant voltage is applied between the source (76) and the drain (77) and a gate voltage is applied, electrons are induced in the polycrystalline silicon thin film of the channel (78), and a current starts to flow. When a large gate voltage is applied, the potential difference between the channel region (78) and the carrier confinement region (79) increases, and eventually the electrons cross the potential barrier of the insulating film (87) by tunneling or thermal excitation. It is injected into the carrier confinement region (79). As a result, the threshold value shifts to a larger value, and the current value decreases even at the same gate voltage. Reading of information is performed by checking the magnitude of the current value. Erasing is performed by swinging the gate voltage in the reverse direction.

図16により、次に本実施例の製造工程を説明する。P型基板(86)表面を酸化してSiO2膜(84)を形成した後n型多結晶シリコン膜、 SiO2膜、n型多結晶シリコン膜、SiO2膜の順に堆積し、堆積した計四層をホトレジストをマスクとして一括してエッチングすることでソース(76)、ドレイン(77)領域、 SiO2膜(82) (83)を形成する(図16(a))。このように一括して形成するため、積層構造にしてもリソグラフィー工程の増加が少ない。次に20nmのa(アモルファス)−Siを堆積した後、熱処理により結晶化を行なう。この多結晶シリコンをホトレジストをマスクとしてエッチングし、ソース(76)、ドレイン(77)領域を結ぶ線状に加工することでチャネル部(78)が形成される(図16(b))。
このエッチング工程において、ソース(76)、ドレイン(77)領域の上に設けたSiO2膜(83)がドレイン(77)領域上部の余分な削れを防ぐ。この後薄いSiO2膜(87)を堆積した後、キャリア閉じ込め領域(79) の多結晶シリコンを堆積し、エッチングを行なう。 その後SiO2膜(81)を堆積した後にn型多結晶シリコン膜を堆積し、ホトレジストをマスクとしてエッチングしてゲート電極(80)を形成する。
Next, the manufacturing process of this embodiment will be described with reference to FIG. After oxidizing the surface of the P-type substrate (86) to form a SiO2 film (84), an n-type polycrystalline silicon film, an SiO2 film, an n-type polycrystalline silicon film, and an SiO2 film are deposited in this order, and a total of four layers are deposited. The source (76), the drain (77) regions, and the SiO2 films (82) and (83) are formed by etching all at once using the photoresist as a mask (FIG. 16A). Since they are formed in a lump as described above, the increase in the number of lithography steps is small even in a laminated structure. Next, after a (amorphous) -Si of 20 nm is deposited, crystallization is performed by heat treatment. This polycrystalline silicon is etched using a photoresist as a mask, and is processed into a line connecting the source (76) and drain (77) regions to form a channel portion (78) (FIG. 16B).
In this etching step, the SiO2 film (83) provided on the source (76) and drain (77) regions prevents unnecessary shaving on the drain (77) region. Thereafter, after depositing a thin SiO2 film (87), polycrystalline silicon in the carrier confinement region (79) is deposited and etched. Then, after depositing a SiO2 film (81), an n-type polycrystalline silicon film is deposited and etched using a photoresist as a mask to form a gate electrode (80).

実施例2
図15は本発明の別の実施例による記憶素子の構造図を示す。ソース(1)、およびドレイン(2)は、高不純物濃度n型の多結晶シリコンからなる領域であり、間にSiO2絶縁膜(7)がある。このSiO2絶縁膜(7)側面にノンドープの多結晶シリコンからなる厚さ10nm、幅20nmのチャネル部(3)が形成されており、薄い絶縁膜を隔てて直径の平均が6nmの複数のシリコン結晶粒からなるキャリア閉じ込め領域(4)が形成されている。チャネル部(3)及びキャリア閉じ込め領域(4)はSiO2絶縁膜(6)を介してゲート電極(4)に接続されている。ゲート電極とキャリア閉じ込め領域(4)の間の距離は30nmとする。素子はSiO2絶縁膜(8)上に設けられている。素子が絶縁膜上に設けられる点は、特にことわりのない限り以下の実施例でも同様である。本実施例ではチャネル(3)及びキャリア閉じ込め領域(4)を別々に形成したが、一体に形成する方法もあり、この方法を採用しても構わない。これは以下の実施例でも同様である。又、ドレイン(2)上部の、ソース(1)およびドレイン(2)と同じ幅に加工されたSiO2膜(18)は実施例1で述べたSiO2膜(83)と同様ドレイン(2)の余分な削れを防ぐ。
Example 2
FIG. 15 shows a structural diagram of a storage element according to another embodiment of the present invention. The source (1) and the drain (2) are regions made of high impurity concentration n-type polycrystalline silicon, and have an SiO2 insulating film (7) therebetween. A channel portion (3) of non-doped polycrystalline silicon having a thickness of 10 nm and a width of 20 nm is formed on the side surface of the SiO2 insulating film (7), and a plurality of silicon crystals having an average diameter of 6 nm are separated by a thin insulating film. A carrier confinement region (4) made of particles is formed. The channel portion (3) and the carrier confinement region (4) are connected to the gate electrode (4) via the SiO2 insulating film (6). The distance between the gate electrode and the carrier confinement region (4) is 30 nm. The element is provided on the SiO2 insulating film (8). The point that the element is provided on the insulating film is the same in the following embodiments unless otherwise specified. In this embodiment, the channel (3) and the carrier confinement region (4) are formed separately. However, there is also a method of integrally forming them, and this method may be adopted. This is the same in the following embodiments. Further, the SiO2 film (18) formed on the drain (2) and having the same width as the source (1) and the drain (2) is the same as the SiO2 film (83) described in the first embodiment. Prevent sharp scraping.

本実施例の記憶素子の動作について実施例1と異なる部分を説明する。本実施例ではキャリア閉じ込め領域(4)にキャリアを捕獲した際、チャネル(3)が細い為、ゲート電極(5)とチャネル(3)の間の容量が小さくなり、少ない電荷蓄積の影響を読み出せる。本実施例においては3個の電子蓄積を約1Vのしきい電圧シフトとして読みだすことができる。ただし、チャネル幅をより大きくとり、キャリア閉じ込め領域のシリコン結晶粒を多く用意することで蓄積電子数を増やし、所望のしきい電圧シフトを実現してもよい。チャネル幅を大きくすれば大きな電流を流すことができ、リソグラフィー工程も容易である。キャリア閉じ込め領域の大きさは10nm以下であり、周りとの全容量は3aF以下となる。従って室温を仮定し、熱的な擾乱を考慮に入れた場合でもキャリア閉じ込め領域内の安定なキャリア数は一個単位で決まる。このため過剰なキャリアが入る、蓄積したキャリアが抜ける等の現象が起こりにくくなる。消去はゲート電圧を逆方向に振ることで行なう。   The operation of the storage element according to the present embodiment, which is different from the first embodiment, will be described. In the present embodiment, when carriers are captured in the carrier confinement region (4), the capacitance between the gate electrode (5) and the channel (3) becomes smaller because the channel (3) is narrower. I can put it out. In this embodiment, three electron accumulations can be read as a threshold voltage shift of about 1V. However, a desired threshold voltage shift may be realized by increasing the channel width and preparing a large number of silicon crystal grains in the carrier confinement region to increase the number of accumulated electrons. If the channel width is increased, a large current can flow, and the lithography process is easy. The size of the carrier confinement region is 10 nm or less, and the total capacitance with the surroundings is 3 aF or less. Accordingly, even when room temperature is assumed and thermal disturbance is taken into account, the number of stable carriers in the carrier confinement region is determined in units of one. Therefore, phenomena such as excessive carriers entering and accumulated carriers coming out hardly occur. Erasing is performed by swinging the gate voltage in the reverse direction.

実施例3
図2は、本発明の第3の実施例を示す。本実施例においてはチャネル部及びキャリア閉じ込め領域(11)が一体に形成されている点、チャネル部(11)をソース(9)、およびドレイン(10)の両側に設ける点においてのみ実施例2と異なる。チャネル部及びキャリア閉じ込め領域(11)の材料はノンドープの多結晶シリコン薄膜で厚さの平均は約3nmである。本実施例では厚さの平均が5nm以下という多結晶シリコン薄膜内のポテンシャルの起伏が激しいことを利用して薄膜(11)内にチャネルとキャリア閉じ込め領域が自然に形成されることを利用しており、簡単な製造工程で室温動作に適した小さい構造を実効的に実現できる利点がある。本実施例では結晶粒の大きさは、厚さが約3nmであることから横方向にも10nm程度に抑えられており、個々のキャリア閉じ込め領域の大きさもこの程度となる。
Example 3
FIG. 2 shows a third embodiment of the present invention. The present embodiment differs from the second embodiment only in that the channel portion and the carrier confinement region (11) are integrally formed, and the channel portion (11) is provided on both sides of the source (9) and the drain (10). different. The material of the channel portion and the carrier confinement region (11) is a non-doped polycrystalline silicon thin film having an average thickness of about 3 nm. In this embodiment, utilizing the fact that the potential undulation in the polycrystalline silicon thin film having an average thickness of 5 nm or less is severe, the channel and the carrier confinement region are naturally formed in the thin film (11). Therefore, there is an advantage that a small structure suitable for room temperature operation can be effectively realized by a simple manufacturing process. In the present embodiment, the size of the crystal grains is also suppressed to about 10 nm in the lateral direction since the thickness is about 3 nm, and the size of each carrier confinement region is also about this.

チャネル部とキャリア閉じ込め領域(11)をソース(9)、およびドレイン(10)の両側に設け、同じゲート電極(12)で制御することにより、チャネル幅が実効的に二倍となり、チャネル電流を大きくとれるという特徴がある。チャネル線幅を増やして電流値を大きくとると一般に面積が増大するが、本構造では面積の増加はない。特にチャネル部及びキャリア閉じ込め領域を一体に設ける構造においては、単純なチャネル線幅の増加はキャリア捕獲によるしきい電圧変動を縮小する方向に働くという課題を抱えるが、本構造のように互いに分離したチャネルを複数用意する場合にはこの問題が起こらない。   By providing a channel portion and a carrier confinement region (11) on both sides of the source (9) and the drain (10) and controlling them with the same gate electrode (12), the channel width is effectively doubled and the channel current is reduced. There is a feature that can be taken large. When the current value is increased by increasing the channel line width, the area generally increases, but this structure does not increase the area. In particular, in the structure in which the channel portion and the carrier confinement region are provided integrally, there is a problem that a simple increase in the channel line width acts in a direction to reduce the threshold voltage fluctuation due to carrier capture. This problem does not occur when a plurality of channels are prepared.

実施例4
図3は、本発明の第4の実施例を示す。
Example 4
FIG. 3 shows a fourth embodiment of the present invention.

ドレイン領域を二つ持ち、ドレイン1(13)、ソース(14)、ドレイン2(15)の三層構造をとっている点において実施例3と異なる。本実施例の構造では、面積を増やさずに実施例1の構造の2倍の記憶容量を実現できる。ソース(14)を共通に用い、ソース(14) 、ドレイン1(13)とこれをつなぐチャネル部及びキャリア閉じ込め領域(16)で記憶を行なうのに加えソース(14)、ドレイン2(15) とこれをつなぐチャネル部及びキャリア閉じ込め領域(88)でも記憶を行なう。二つのチャネル部及びキャリア閉じ込め領域(16) (88)は同時に堆積、形成したものであり、ソース、ドレインとの位置関係で役割が異なるだけである。これらはゲート電極(17)は共通であるがドレイン1(13) 、ドレイン2(15)の電圧を変える事により片方のみの書き込み、消去が可能である。又、ソース(14)、およびドレイン1(13)、ドレイン2(15)が一括して加工できること、チャネル部及びキャリア閉じ込め領域(16) (88)についても一括加工が可能なことから工程数の増加も少なくてよいという利点がある。本実施例ではチャネル部及びキャリア閉じ込め領域を一体形成したが、これは別に形成しても構わない。   The third embodiment differs from the third embodiment in that it has two drain regions and has a three-layer structure of a drain 1 (13), a source (14), and a drain 2 (15). In the structure of the present embodiment, it is possible to realize twice the storage capacity of the structure of the first embodiment without increasing the area. The source (14) is used in common, and the source (14), the drain 1 (13), the channel section connecting them and the carrier confinement region (16) are used to store data, and in addition, the source (14) and the drain 2 (15) are used. The data is also stored in the channel section and the carrier confinement area (88) connecting them. The two channel portions and the carrier confinement regions (16) and (88) are deposited and formed at the same time, and their roles differ only in the positional relationship between the source and the drain. These have the same gate electrode (17), but only one of them can be written and erased by changing the voltage of the drain 1 (13) and the drain 2 (15). In addition, since the source (14), the drain 1 (13), and the drain 2 (15) can be collectively processed, and the channel portion and the carrier confinement regions (16) (88) can be collectively processed, the number of steps is reduced. There is an advantage that the increase is small. In this embodiment, the channel portion and the carrier confinement region are formed integrally, but they may be formed separately.

実施例5
図4は、本発明の第5の実施例を示す。
Example 5
FIG. 4 shows a fifth embodiment of the present invention.

本実施例においては、ソース、ドレインを積層構造とした実施例1から4とは異なり、ゲート電極を積層構造としている点に特徴がある。積層状のゲート電極1(19)、ゲート電極2(20)の外側にSiO2絶縁膜(26)を隔ててソース(21)、ドレイン(22)領域が設けられ、 SiO2絶縁膜(26)側面にソース(21)、ドレイン(22)をつなぐ形状に厚さ約3nmのノンドープの多結晶シリコン薄膜(23)が設けられている。薄膜(23)がチャネル部及びキャリア閉じ込め領域の機能を果たす。多結晶シリコン薄膜(23)は非常に薄く結晶粒が島状になっており、しきい電圧が高い。   The present embodiment is characterized in that the gate electrode has a laminated structure, unlike the first to fourth embodiments in which the source and the drain have a laminated structure. Source (21) and drain (22) regions are provided outside the laminated gate electrode 1 (19) and gate electrode 2 (20) with an SiO2 insulating film (26) therebetween. A non-doped polycrystalline silicon thin film (23) having a thickness of about 3 nm is provided in a shape connecting the source (21) and the drain (22). The thin film 23 functions as a channel portion and a carrier confinement region. The polycrystalline silicon thin film (23) is very thin and has crystal grains in an island shape, and has a high threshold voltage.

そこでゲート電圧印加時にゲート電極横の薄膜部分しか導電性を示さず、ゲート電極1(19)側面の薄膜部(24)とゲート電極2(20)の側面の薄膜部(25)とはエッチングによって分離されていないにも関らず各々独立のチャネル部及びキャリア閉じ込め領域となる。従って本素子においては2ビット以上の記憶を行なうことができる。本実施例ではゲート電極を二層のみ積んだが、より多く積んでもよい。実施例3のようにソース、ドレインを積層化する構造では、通常ドレインを共通化することは動作上困難であるために4層以上のソース、ドレインを積んで一括形成する構造を採る事は困難であるが、本構造ではゲート電極を積層した数だけ記憶容量を増やすことが可能であるという利点がある。   Therefore, only the thin film portion beside the gate electrode shows conductivity when the gate voltage is applied, and the thin film portion (24) on the side surface of the gate electrode 1 (19) and the thin film portion (25) on the side surface of the gate electrode 2 (20) are etched. Although they are not separated, they become independent channel portions and carrier confinement regions, respectively. Therefore, this device can store two or more bits. In this embodiment, only two gate electrodes are stacked, but more gate electrodes may be stacked. In the structure in which the source and the drain are stacked as in the third embodiment, it is difficult to use a common structure of the drain and the drain. However, this structure has an advantage that the storage capacity can be increased by the number of stacked gate electrodes.

実施例6
図5は本発明の第6の実施例を示す。
Example 6
FIG. 5 shows a sixth embodiment of the present invention.

本実施例は2ビット以上の情報の記憶を行なう記憶素子である。本実施例の素子構造、動作は基本的に実施例3の素子を二個形成した場合と同様であり、この構造を実現する製造方法においてのみ異なる。   This embodiment is a storage element for storing information of 2 bits or more. The element structure and operation of the present embodiment are basically the same as the case where two elements of the third embodiment are formed, and are different only in a manufacturing method for realizing this structure.

本実施例の製造工程を説明する。P型基板表面を酸化した後n型多結晶シリコン膜、SiO2膜、n型多結晶シリコン膜の順に堆積し、ホトレジストをマスクとしてエッチングすることでソース(27)、ドレイン(28)、及び間のSiO2(31)を形成する。次に15nmの薄いSi3N4膜を堆積し、さらにSiO2膜(32)を堆積する。その後ドレイン(27)領域端の段差部分を含む形の穴パターンのホトレジストをマスクに、 SiO2膜及びSi3N4膜をエッチングする(図5(a))。この時Si3N4膜側面(30)が現れている。次にこのSi3N4膜表面(30)にa−Siを3nm堆積する。この時下地がSiO2である場合には下地がSi3N4である場合と比べ、ガスソースを流し始めてから実際にSiがウエハ表面につきはじめるまでの時間が長いため、SiO2膜表面にはa−Siはほとんど堆積しない。従って Si3N4膜表面(30)上に、ソース(27)とドレイン(28)を繋ぐ形状に幅が15nm程度のa−Si細線ができる。 a−Siを熱処理により結晶化し、チャネル部及びキャリア閉じ込め領域を一体に形成する。SiO2膜(33)を堆積した後にn型多結晶シリコン膜を堆積し、ホトレジストをマスクとしてエッチングしてゲート電極1(29)、ゲート電極2(34)を形成する(図5(b))。   The manufacturing process of this embodiment will be described. After oxidizing the surface of the P-type substrate, an n-type polycrystalline silicon film, a SiO2 film, and an n-type polycrystalline silicon film are sequentially deposited, and the source (27), the drain (28), and SiO2 (31) is formed. Next, a thin Si3N4 film of 15 nm is deposited, and a SiO2 film (32) is further deposited. Thereafter, the SiO2 film and the Si3N4 film are etched using a photoresist having a hole pattern including a step at the end of the drain (27) region as a mask (FIG. 5A). At this time, the side surface (30) of the Si3N4 film appears. Next, 3 nm of a-Si is deposited on the surface of the Si3N4 film (30). At this time, when the underlayer is SiO2, the time from the start of flowing the gas source to when Si actually starts to contact the wafer surface is longer than when the underlayer is Si3 N4. Does not accumulate. Therefore, an a-Si fine wire having a width of about 15 nm is formed on the surface of the Si3N4 film (30) in a shape connecting the source (27) and the drain (28). The a-Si is crystallized by heat treatment to form a channel portion and a carrier confinement region integrally. After depositing the SiO2 film (33), an n-type polycrystalline silicon film is deposited and etched using a photoresist as a mask to form a gate electrode 1 (29) and a gate electrode 2 (34) (FIG. 5B).

本実施例では二つのゲート電極(29) (34)で各々別個の記憶が出来、最低2ビットの記憶ができる。多値記憶を行なえばより多くのビット数の記憶が可能である。本実施例では制御性良く細線が形成できるという特徴がある。素子間ばらつきが低減できるとともに少ない蓄積電子数で大きなしきい電圧シフトをさせることができる。本実施例ではドレイン(28)領域端の片方の段差部分を含む形で穴を開けたが、両側に穴を開け、二本のチャネル部及びキャリア閉じ込め領域を設け、同じゲート電極で制御する形としてもよい。この構造ではチャネル電流を大きくとれるという特徴がある。さらに、本実施例ではソース(27)、ドレイン(28)の二層のみ積んだが、実施例4のようにドレイン1、ソース、ドレイン2の三層構造をとってもよく、より高密度の記憶が可能となる。   In this embodiment, two gate electrodes (29) and (34) can store data separately, and can store at least 2 bits. If multi-value storage is performed, storage of a larger number of bits is possible. This embodiment is characterized in that a fine line can be formed with good controllability. The variation between elements can be reduced, and a large threshold voltage shift can be achieved with a small number of stored electrons. In the present embodiment, a hole is formed so as to include one step at the end of the drain (28) region, but holes are formed on both sides, two channel portions and a carrier confinement region are provided, and control is performed by the same gate electrode. It may be. This structure has a feature that a large channel current can be obtained. Further, in this embodiment, only two layers of the source (27) and the drain (28) are stacked, but a three-layer structure of the drain 1, the source, and the drain 2 may be taken as in the fourth embodiment, so that higher density storage is possible. It becomes.

実施例7
図6は本発明の第7の実施例を示す。
Example 7
FIG. 6 shows a seventh embodiment of the present invention.

本実施例は、チャネル部とキャリア閉じ込め領域を別々に設けること、同じ穴パターン内に形成した二本のチャネル部が同じゲート電極(35)で制御されることの二点においてのみ実施例6と異なる。チャネル部とキャリア閉じ込め領域を別々に設ける利点は実施例1と同様である。さらに同じ穴パターン内に形成した二本のチャネル部を一つのゲート電極(35)で制御する構造をとることにより、ゲート電極(35)の加工が容易であるという特徴を持つ。実施例6との製造工程の違いは、チャネル堆積直後に薄いSiO2膜を堆積しキャリア閉じ込め領域のシリコン結晶粒を形成する工程が入る点である。   The present embodiment is different from the sixth embodiment only in that the channel portion and the carrier confinement region are separately provided, and two channel portions formed in the same hole pattern are controlled by the same gate electrode (35). different. The advantage of separately providing the channel portion and the carrier confinement region is the same as in the first embodiment. Further, by adopting a structure in which two channel portions formed in the same hole pattern are controlled by one gate electrode (35), there is a feature that processing of the gate electrode (35) is easy. The difference between the sixth embodiment and the sixth embodiment is that a step of depositing a thin SiO2 film immediately after channel deposition and forming silicon crystal grains in a carrier confinement region is included.

実施例8
図7は本発明の第8の実施例を示す。
Example 8
FIG. 7 shows an eighth embodiment of the present invention.

本実施例は、製造工程とチャネル部とキャリア閉じ込め領域の位置関係が実施例7と異なる。実施例6と製造工程の異なる点を述べる。ソース(36)、ドレイン(37)領域を形成後15nmの薄いSi3N4膜(38)を堆積した後、 SiO2膜(40)を5nm堆積し、さらにSi3N4膜(39)を10nm堆積する点が異なる。この後SiO2膜(41)を堆積し、ドレイン(37)領域端の段差部分を含む形の穴パターンホトレジストをマスクにSiO2膜及びSi3N4膜をエッチングする工程以後は実施例6と同じ工程である。 a−Siの堆積膜厚は5nmとする。この構造では、a−Siを堆積する工程において、Si3N4膜(38)側面にソース(36)とドレイン(37)を繋ぐ形にできるチャネル部の横に、他方のSi3N4膜(39)側面にキャリア閉じ込め領域が形成される。本構造ではチャネルとキャリア閉じ込め領域の間の距離の制御性がよいという特徴がある。   This embodiment is different from the seventh embodiment in the manufacturing process and the positional relationship between the channel portion and the carrier confinement region. The differences between the sixth embodiment and the manufacturing process will be described. After forming the source (36) and drain (37) regions, a 15 nm thin Si3N4 film (38) is deposited, a 5 nm SiO2 film (40) is deposited, and a 10 nm Si3N4 film (39) is deposited. Thereafter, the steps of depositing an SiO2 film (41) and etching the SiO2 film and the Si3N4 film using a hole pattern photoresist including a step at the end of the drain (37) region as a mask are the same as those of the sixth embodiment. The deposited film thickness of a-Si is 5 nm. In this structure, in the step of depositing a-Si, a carrier is formed on the side of the other Si3N4 film (39) beside the channel portion that can form the source (36) and the drain (37) on the side of the Si3N4 film (38). A confinement region is formed. This structure has a feature that the controllability of the distance between the channel and the carrier confinement region is good.

実施例9
図8は本発明の第9の実施例を示す。
Example 9
FIG. 8 shows a ninth embodiment of the present invention.

実施例1の記憶素子を4個行列状に並べ、二つずつの素子でソース 、ドレインを共有化し、二つずつの素子でゲート電極を共有化したものである。二本のドレイン(42) (43) をデータ線、二本のゲート(46) (47)をワード線とすることで行と列の制御が可能である。ソース、ドレインを共有化する素子の数を増やし、言い換えれば同じデータ線で制御される素子の数を増やしてもよい。又、ゲート電極を共有化する素子の数を増やし、言い換えれば同じワード線で制御される素子の数を増やしてもよい。これらは他の実施例についても同様である。尚、データ線の抵抗を下げる為に金属材料(例えばAl、W、TiN、WSi2、MoSi、TiSi等が考えられる)で裏打ちする方法があり、この方法を採用してもよい。ワード線についても、抵抗低減のため金属材料で裏打ちしてもよい。これも他の実施例について同様である。   Four memory elements according to the first embodiment are arranged in a matrix, two elements share a source and a drain, and two elements share a gate electrode. The row and column can be controlled by using the two drains (42) and (43) as data lines and the two gates (46) and (47) as word lines. The number of elements sharing a source and a drain may be increased, in other words, the number of elements controlled by the same data line may be increased. Further, the number of elements sharing the gate electrode may be increased, in other words, the number of elements controlled by the same word line may be increased. These are the same for the other embodiments. There is a method of backing with a metal material (for example, Al, W, TiN, WSi2, MoSi, TiSi, etc. is conceivable) in order to lower the resistance of the data line, and this method may be adopted. The word lines may also be lined with a metal material to reduce resistance. This is the same for the other embodiments.

実施例10
図9は本発明の第10の実施例を示す。
Example 10
FIG. 9 shows a tenth embodiment of the present invention.

実施例4の記憶素子を4個行列状に並べ、二つずつの素子でソース、ドレイン1、ドレイン2を共有化し、二つずつの素子でゲート電極を共有化したものである。共有化したドレイン及びゲートの多結晶シリコンはそのままデータ線及びワード線として用いることができる。本実施例では計四本のデータ線1〜4(48) 〜(51)とワード線1(54)、2(55)によって制御され、8ビット以上の情報を記憶することができる。ここでデータ線1〜4と図面の(48) 〜(51)は番号の若い順に対応するものとし、以下でもこの意味で記述する。本実施例においては三層積まれたn型多結晶シリコンの一番下層がデータ線1(48)、3(50)、その上の層がソース線1(52)、2(53)、そして一番上の層がデータ線2(49)、4(51)である。   Four storage elements according to the fourth embodiment are arranged in a matrix, and two elements share a source, a drain 1 and a drain 2 and two elements share a gate electrode. The shared polysilicon of the drain and the gate can be used as it is as the data line and the word line. In this embodiment, it is controlled by a total of four data lines 1 to 4 (48) to (51) and word lines 1 (54) and 2 (55), and can store information of 8 bits or more. Here, the data lines 1 to 4 and (48) to (51) in the drawing correspond to the ascending numbers, and will be described in this meaning in the following. In this embodiment, the lowermost layer of the n-type polycrystalline silicon stacked in three layers is the data lines 1 (48), 3 (50), the upper layer is the source lines 1 (52), 2 (53), and The uppermost layer is the data lines 2 (49) and 4 (51).

本実施例においてはコンタクト部分まで含めて図示している。コンタクト工程について説明する。まずデータ線1(48)、3(50)形成の為のn型多結晶シリコン膜、 SiO2膜、ソース線1(52)、2(53) 形成の為のn型多結晶シリコン膜を各々堆積する。ここでソース線1(52)、2(53) 形成の為のn型多結晶シリコン膜を第一の穴パターン(56)によって削り穴をあけておく。次にSiO2膜、データ線2(49)、4(51)形成の為のn型多結晶シリコン膜を堆積後さらに第二の穴パターン(57)によってこのデータ線2(49)、4(51)形成の為の多結晶シリコンも削っておく。その後SiO2膜を堆積後データ線、ソース線を一括形成する際、コンタクト部では各コンタクト用パターンをつないだ形状((58)、(59)、(60)を併せたパターン)に加工する。この結果、(60)においてはデータ線2が最上層の多結晶シリコンとなっているが、(59)においてはデータ線2の多結晶シリコンが削れてなくなっておりソース線の多結晶シリコンが最上層となっている。さらに(58)においてはデータ線2の多結晶シリコン及びソース線の多結晶シリコンがともになくなっており、データ線1の多結晶シリコンが最上層となっている。従って上記各層へのコンタクト穴形成において各々別の工程を用意する必要がない。本コンタクト工程は他の積層構造についても有効であり、例えば実施例5のようなゲート電極を積層化した構造に用いてもよい。勿論本方法以外のコンタクト工程を用いてもよく、これは他の実施例でも同様である。   In this embodiment, it is illustrated including the contact portion. The contact step will be described. First, an n-type polycrystalline silicon film for forming the data lines 1 (48) and 3 (50), a SiO2 film, and an n-type polycrystalline silicon film for forming the source lines 1 (52) and 2 (53) are respectively deposited. I do. Here, an n-type polycrystalline silicon film for forming the source lines 1 (52) and 2 (53) is cut by the first hole pattern (56). Next, after depositing an SiO 2 film and an n-type polycrystalline silicon film for forming the data lines 2 (49) and 4 (51), the data lines 2 (49) and 4 (51) are further formed by the second hole pattern (57). ) Polycrystalline silicon for formation is also shaved. After that, when the SiO2 film is deposited and the data lines and the source lines are collectively formed, the contact portions are processed into a shape (pattern of (58), (59), and (60)) connecting the contact patterns. As a result, in (60), the data line 2 is the uppermost layer of polycrystalline silicon, but in (59), the polycrystalline silicon of the data line 2 is no longer shaved and the polycrystalline silicon of the source line is the lowest. It is the upper layer. Further, in (58), both the polycrystalline silicon of the data line 2 and the polycrystalline silicon of the source line are missing, and the polycrystalline silicon of the data line 1 is the uppermost layer. Therefore, it is not necessary to prepare separate steps for forming contact holes in each of the above layers. This contact step is also effective for other laminated structures, and may be used for a structure in which gate electrodes are laminated as in the fifth embodiment, for example. Of course, a contact step other than this method may be used, and this is the same in other embodiments.

実施例11
図10〜12、17は本発明の第11の実施例を示す。
Example 11
10 to 12 and 17 show an eleventh embodiment of the present invention.

実施例4の記憶素子を8個、4×2の行列状に並べ、四つずつの素子でソース、ドレイン1、ドレイン2を共有化し、二つずつの素子でゲート電極を共有化したものである。実施例10と同様に共有化したドレイン及びゲートの多結晶シリコンはそのままデータ線及びワード線として用いることができる。一括エッチする三層積みの多結晶シリコンは下の層からデータ線1、ソース線、データ線2の順に積み重なっている。本実施例においてはデータ線の選択トランジスタ部分まで含めて示している。セル部分は点線で囲んだ部分(61)である。本実施例では四本のデータ線(62)と四本の選択トランジスタゲート(63)、及びワード線(64)によって制御され、16ビット以上の情報を記憶することができる。メモリセルが小さくなるに従い、コンタクトや周辺回路部分の面積を小さくする必要がある。特に本発明のようにソース、ドレイン又はゲートを積層構造とする場合には、コンタクトや周辺回路部分が大きくてはレイアウトが不可能になることも考えられる。   Eight storage elements of Example 4 are arranged in a 4 × 2 matrix, and the source, drain 1 and drain 2 are shared by four elements, and the gate electrode is shared by two elements. is there. The drain and gate polycrystalline silicon shared as in the tenth embodiment can be used as they are as data lines and word lines. The three-layer polycrystalline silicon to be collectively etched is stacked in the order of data line 1, source line, and data line 2 from the lower layer. In this embodiment, the data line is shown including the selection transistor portion. The cell portion is a portion (61) surrounded by a dotted line. In this embodiment, it is controlled by four data lines (62), four selection transistor gates (63), and word lines (64), and can store information of 16 bits or more. As the memory cell becomes smaller, it is necessary to reduce the area of the contact and the peripheral circuit portion. In particular, when the source, the drain, or the gate has a laminated structure as in the present invention, the layout may not be possible if the contacts and peripheral circuit portions are large.

製造工程と同時に構造を説明する。まずシリコン基板上に選択トランジスタを形成する(図10(a))。図の(66) 、(67) 及び(68)が拡散層である。同時に他の周辺回路も形成するが、ここではデータ線を選択するトランジスタのみ示す。
選択トランジスタのゲート電極(63)形成後に酸化膜を堆積し、フィールド酸化膜(69)上にメモリセルを形成する。セル部分の形成法は実施例4とほぼ同様であり、以下では異なる部分を述べる。下層のデータ線1のn型多結晶シリコン膜の堆積前に酸化膜をホトレジストをマスクにエッチングし、選択トランジスタの拡散層(66)の一部を露出させる(70)(図10(b))。
The structure will be described simultaneously with the manufacturing process. First, a select transistor is formed on a silicon substrate (FIG. 10A). (66), (67) and (68) in the figure are diffusion layers. At the same time, other peripheral circuits are also formed, but here, only a transistor for selecting a data line is shown.
After forming the gate electrode (63) of the select transistor, an oxide film is deposited, and a memory cell is formed on the field oxide film (69). The method of forming the cell portion is almost the same as that of the fourth embodiment, and different portions will be described below. Before depositing the n-type polycrystalline silicon film of the lower data line 1, the oxide film is etched using a photoresist as a mask to expose a part of the diffusion layer (66) of the select transistor (70) (FIG. 10B). .

図11は製造工程の続きを示す。下層のデータ線1のn型多結晶シリコン膜を堆積後、ソース線のn型多結晶シリコン膜堆積前にホトレジストをマスクにデータ線1の多結晶シリコンをエッチングしておく(71) (図11(a))。さらにSiO2膜、ソース線のn型多結晶シリコン膜、SiO2膜、データ線2のn型多結晶シリコン膜を堆積後、データとソース線の一括エッチング前に図に示した穴パターン(72)でデータ線2の多結晶シリコン膜をエッチングしておく。従ってデータ、ソース線の一括エッチング時には、(71)で示されるパターンより外側ではデータ線1の多結晶シリコンがなく、(72) で示されるパターン部分ではデータ線2の多結晶シリコンがなくなっている。   FIG. 11 shows a continuation of the manufacturing process. After depositing the n-type polysilicon film of the lower data line 1 and before depositing the n-type polysilicon film of the source line, the polysilicon of the data line 1 is etched using a photoresist as a mask (71) (FIG. 11) (a)). Further, after depositing the SiO2 film, the n-type polycrystalline silicon film of the source line, the SiO2 film, and the n-type polycrystalline silicon film of the data line 2, before the collective etching of the data and the source line, the hole pattern (72) shown in FIG. The polycrystalline silicon film of the data line 2 is etched. Therefore, when the data and source lines are simultaneously etched, there is no polycrystalline silicon of the data line 1 outside the pattern shown by (71), and there is no polycrystalline silicon of the data line 2 in the pattern part shown by (72). .

以上の工程を行なうことによりデータ、ソース線一括エッチング後(図11(b))にはデータ線1は金属を介さず直接選択トランジスタの拡散層(66)に接続されるため、コンタクト工程、配線工程を別に行なう必要がなく、工程が簡単であると同時に面積が小さくてすむ。又、共通のソース線は多結晶シリコンで互いにつながり、しかもその一部分(65)は上のデータ線2の多結晶シリコンが除去されている。よってコンタクト、配線はこの部分でのみ行なえばよく、やはり面積が小さくてすむ。   By performing the above steps, the data line 1 is directly connected to the diffusion layer (66) of the selection transistor without any metal after the batch etching of the data and source lines (FIG. 11B). There is no need to perform a separate step, which simplifies the step and reduces the area. The common source lines are connected to each other by polycrystalline silicon, and the polycrystalline silicon of the upper data line 2 has been removed from a portion (65) of the common source lines. Therefore, the contact and the wiring need only be formed in this portion, and the area can be small.

図12は製造工程の続きを示す。酸化膜堆積、多結晶シリコン堆積、ワード線加工後、酸化膜堆積、平坦化工程を行ない、コンタクト穴をあけたのち一層目の金属配線(75)を図のように行なう(図12(a))。これによりデータ線2(73)と選択トランジスタの拡散層(68)が接続される。   FIG. 12 shows a continuation of the manufacturing process. After oxide film deposition, polycrystalline silicon deposition, and word line processing, an oxide film deposition and planarization process are performed, and after contact holes are formed, a first metal wiring (75) is performed as shown in FIG. 12 (a). ). As a result, the data line 2 (73) is connected to the diffusion layer (68) of the selection transistor.

図17は図12(a)のA−B部の断面図を示す。ただし、図12においては図の繁雑さを避ける為選択トランジスタのゲート(63)及びワード線(64)についての金属配線を省略している。さらに選択トランジスタの拡散層(67)へのコンタクト穴をあけ、二層目の金属配線(62)を図のように行なう。この結果選択トランジスタ二つのゲート電極への印加電圧を選択することで、金属のデータ線(62)がデータ線1とデータ線2の一方のみと電気的に接続される。   FIG. 17 is a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. However, in FIG. 12, the metal wiring for the gate (63) of the selection transistor and the word line (64) is omitted to avoid complexity of the drawing. Further, a contact hole to the diffusion layer (67) of the select transistor is made, and a second-layer metal wiring (62) is formed as shown in the figure. As a result, by selecting the voltage applied to the two gate electrodes of the selection transistors, the metal data line (62) is electrically connected to only one of the data line 1 and the data line 2.

本実施例では構造を簡単に示す為に小規模の記憶としているが、実際に記憶装置を実現する場合にはデータ線、ワード線の本数はもっと多い。例えば積層のデータ線、ソース線組を1000本、ワード線を16本持つ行列状に記憶素子を配置し、本実施例のように選択トランジスタを各データ線に設ける。この構造を便宜上ブロックと呼ぶ。複数のブロックをワード線に垂直な方向に繰り返し並べて記憶装置を実現する。積層化されているデータ線1、2の組は選択トランジスタを用いて、ブロックの外側では一本のデータ線で制御できる。複数のブロックの金属データ線を互いに接続する。この結果1ブロックのデータ線の数の金属のデータ線があればよい。このようにブロック単位に分けて配置する構造では、多結晶シリコンのデータ線部分が短くてすみ、抵抗が大きくならないという特徴がある。   In this embodiment, a small-scale storage is used to simply show the structure. However, when a storage device is actually realized, the number of data lines and word lines is larger. For example, storage elements are arranged in a matrix having 1000 stacked data line and source line sets and 16 word lines, and a selection transistor is provided for each data line as in this embodiment. This structure is called a block for convenience. A storage device is realized by repeatedly arranging a plurality of blocks in a direction perpendicular to a word line. The set of stacked data lines 1 and 2 can be controlled by a single data line outside the block using select transistors. The metal data lines of the plurality of blocks are connected to each other. As a result, it is sufficient that there are metal data lines of the number of data lines of one block. Such a structure in which blocks are arranged in units of blocks has a feature that the data line portion of polycrystalline silicon can be short and the resistance does not increase.

実施例12
図13は本発明の第12の実施例を示す。
Example 12
FIG. 13 shows a twelfth embodiment of the present invention.

本実施例は、ソース線(74)を多結晶シリコンでなく、基板の拡散層を用いる点においてのみ実施例5と異なる。ソース線は各セルに共通で良く、基板表面を利用する。本実施例はソース線(74)の抵抗が小さいこと、多結晶シリコンが一層少なくてよいため工程が短いという特徴を持つ。このようにソース線を基板の拡散層とする構造は、実施例1の素子でも用いることができる。   This embodiment differs from the fifth embodiment only in that the source line (74) is not made of polycrystalline silicon but a diffusion layer of a substrate is used. The source line may be common to each cell, and uses the substrate surface. This embodiment is characterized in that the resistance of the source line (74) is small, and the process is short because less polycrystalline silicon is required. Such a structure in which the source line is used as the diffusion layer of the substrate can be used in the device of the first embodiment.

実施例13
図14は本発明の第13の実施例を示す。
Example 13
FIG. 14 shows a thirteenth embodiment of the present invention.

本実施例は、実施例1の記憶素子を並べ、さらに二層に積み重ねた構造である。図14はデータ線断面での断面図を示している。本発明の記憶素子、記憶装置は絶縁膜上に形成することができるため、基板表面に形成する記憶素子と異なり積み重ねることが可能である。積み重ね構造をとることによってさらに高集積化が実現できるという特徴を持つ。又、このように積み重ねた構造を採った場合本発明の記憶素子、記憶装置はチャネルが縦に走っているため、平面的な構造と比べて上段、又は下段のセルのゲート電極の影響を受けにくいという特徴をもっている。   This embodiment has a structure in which the storage elements of the first embodiment are arranged and further stacked in two layers. FIG. 14 shows a cross-sectional view along the data line. Since the storage element and the storage device of the present invention can be formed over an insulating film, they can be stacked unlike storage elements formed over a substrate surface. It has the feature that higher integration can be realized by taking a stacked structure. In addition, in the case of employing such a stacked structure, the storage element and the storage device of the present invention are affected by the gate electrode of the upper or lower cell compared to the planar structure because the channel runs vertically. It has the characteristic of being difficult.

実施例14
図18から29は、本発明の第14の実施例を示す。
Example 14
18 to 29 show a fourteenth embodiment of the present invention.

図18に本実施例の記憶装置を構成するメモリセルアレイの一部分の構造図を示す。図18(a)はチャネル形成後、図18(b)はワード線形成後の図である。データ線1(A1)、ソース線(A3) 、データ線2(A2)は高不純物濃度n型の多結晶シリコンからなり、間にSiO2絶縁膜(A4) (A5)を挟んで下から順に積み重ねられている。このSiO2絶縁膜(A4) (A5)側面にノンドープの多結晶シリコン薄膜からなる厚さ2.5nm、幅50nmのチャネル部(A6) (A7)が形成されており、25nmの膜厚のゲート絶縁膜(A8)を隔てて多結晶シリコンからなる上下共通のワード線(A9)が形成されている。ここでは積層化したデータ線構造を二本、ワード線を二本用意してアレイの基本構造を示しているが、実際にはより多くのデータ線、ワード線を並べてメモリセルアレイを構成する。4個の交点に各々上下二段のメモリセルが形成されており、多ビット記憶を用いない場合でも8ビットの記憶が可能である。   FIG. 18 shows a structural diagram of a part of a memory cell array constituting the storage device of this embodiment. FIG. 18A is a view after forming a channel, and FIG. 18B is a view after forming a word line. The data line 1 (A1), the source line (A3), and the data line 2 (A2) are made of high impurity concentration n-type polycrystalline silicon, and are sequentially stacked from below with an SiO2 insulating film (A4) (A5) therebetween. Has been. A 2.5 nm thick, 50 nm wide channel portion (A6) (A7) made of a non-doped polycrystalline silicon thin film is formed on the side surface of the SiO2 insulating film (A4) (A5). Upper and lower common word lines (A9) made of polycrystalline silicon are formed with the film (A8) interposed therebetween. Here, the basic structure of the array is shown by preparing two stacked data line structures and two word lines. However, actually, more data lines and word lines are arranged to form a memory cell array. Two upper and lower memory cells are formed at each of the four intersections, and 8-bit storage is possible even when multi-bit storage is not used.

図19にこの構造を上面から見た図を示す。データ線1(A1)、ソース線(A3)、データ線2(A2)が上下に重なっており(A10)、その分の面積を小さくする事ができる。単位構造(A11)は4F2であり、この構造に2セル入っているため1セルあたり2F2の面積である。   FIG. 19 shows a view of this structure as viewed from above. The data line 1 (A1), the source line (A3), and the data line 2 (A2) are vertically overlapped (A10), and the area can be reduced accordingly. The unit structure (A11) is 4F2, and since this structure contains 2 cells, the area per cell is 2F2.

図20でこの記憶素子の動作を説明する(図20)。多結晶シリコン薄膜の膜厚が非常に薄く膜内のポテンシャルの起伏が激しいため、連続した低ポテンシャル領域の道である電流経路(A12)と孤立した低ポテンシャル領域であるキャリア閉じ込め領域(A13)が薄膜内に自然に形成される。この膜の結晶粒の大きさは、厚さが約2.5nmであることから横方向にも10nm程度に抑えられており、個々のキャリア閉じ込め領域(A13)の大きさもこの程度となる。簡単な製造工程で室温動作に適した小さい構造を実効的に実現できる利点がある。もちろんキャリア閉じ込め領域と電流経路を独立の工程で設けてもよい。   The operation of this storage element will be described with reference to FIG. 20 (FIG. 20). Since the thickness of the polycrystalline silicon thin film is extremely small and the potential undulation in the film is severe, the current path (A12) which is a continuous low potential region path and the carrier confinement region (A13) which is an isolated low potential region are formed. Formed naturally in thin films. Since the thickness of the crystal grains of this film is about 2.5 nm, it is also suppressed to about 10 nm in the lateral direction, and the size of each carrier confinement region (A13) is also about this. There is an advantage that a small structure suitable for operation at room temperature can be effectively realized by a simple manufacturing process. Of course, the carrier confinement region and the current path may be provided in independent steps.

この場合キャリア閉じ込め領域には直径10nm以下の微粒子を用いれば室温においてもクーロンブロケイドの効果を得ることができる。書き込み、消去はワード線(A9)の電位を変えることで行なう。ソース線(A3) 、データ線1(A1)間に一定の電圧を加え、ワード線電圧を印加して行くと、チャネル部(A6)の多結晶シリコン薄膜に電子が誘起され、電流が流れ始める。ゲート電圧を大きく印加すると、電流経路(A12)とキャリア閉じ込め領域(A13)の間のポテンシャル差が大きくなり、ついには電子がトンネルまたは熱励起によって間の高ポテンシャル部分のバリアを越えてキャリア閉じ込め領域(A13)に注入される。この結果、しきい値が大きい方にシフトし、同じゲート電圧においても電流値が小さくなる。情報の読み出しはこの電流値の大小を見ることで行なう。消去はゲート電圧を逆方向に振ることで行なう。   In this case, if fine particles having a diameter of 10 nm or less are used in the carrier confinement region, the effect of Coulomb brocade can be obtained even at room temperature. Writing and erasing are performed by changing the potential of the word line (A9). When a constant voltage is applied between the source line (A3) and the data line 1 (A1) and the word line voltage is applied, electrons are induced in the polycrystalline silicon thin film of the channel portion (A6) and current starts to flow. . When a large gate voltage is applied, the potential difference between the current path (A12) and the carrier confinement region (A13) increases, and eventually the electrons pass through the barrier of the high potential portion by tunneling or thermal excitation, and the carrier confinement region (A13). As a result, the threshold value shifts to a larger value, and the current value decreases even at the same gate voltage. Reading of information is performed by checking the magnitude of the current value. Erasing is performed by swinging the gate voltage in the reverse direction.

次に上述したメモリセルを用いて大規模なセルアレイを構成する基本単位であるメモリマットの構造を述べる。   Next, the structure of a memory mat which is a basic unit constituting a large-scale cell array using the above-described memory cells will be described.

図21、図22、図23、図24、図25、図26、図27にはメモリマットのレイアウト図を示す。これらは同じ部分の異なる製造工程段階の図である。製造工程については後で説明する。   21, 22, 23, 24, 25, 26, and 27 show layout diagrams of the memory mat. These are views of the same part at different stages of the manufacturing process. The manufacturing process will be described later.

上述したメモリセルは行列状に並べるのに適した形をしており、このまま大規模に並べることも可能である。しかし、長い多結晶シリコンのデータ線を用いることになり、抵抗が大きくなりすぎる。そこである程度の規模でコンタクトをとり、金属等の低抵抗材料で長い距離を配線する。この小規模単位をメモリマットと呼ぶ。本実施例ではデータ線、ワード線をともに8本ずつ並べ、64個の交点に各々2セルずつ、合計128セルで単位メモリマットを構成する。   The memory cells described above have a shape suitable for being arranged in a matrix, and can be arranged on a large scale as they are. However, a long polycrystalline silicon data line is used, and the resistance becomes too large. Therefore, a certain amount of contact is made, and a long distance wiring is made of a low-resistance material such as a metal. This small unit is called a memory mat. In this embodiment, eight data lines and eight word lines are arranged, and a unit memory mat is composed of a total of 128 cells, two cells each at 64 intersections.

また、区別のため、単位マット内配線を行う多結晶シリコンのデータ線1、データ線2をローカルデータ線、マット間配線を行う低抵抗のデータ線をグローバルデータ線と呼ぶ。1ピッチにデータ線1とデータ線2の二本の線が重なっているため、マット単位で上下を選択するためのMOSトランジスタを基板表面に設ける。これによりマットの外では一本のグローバルデータ線で済むためピッチの困難が回避できる。 素子分離領域を考えると選択トランジスタピッチがデータ線ピッチより大きくなるため、隣り合うローカルデータ線の選択トランジスタはメモリマットの上下に分けて行う。   For the sake of distinction, the polycrystalline silicon data line 1 and data line 2 for wiring in the unit mat are called local data lines, and the low-resistance data line for wiring between mats are called global data lines. Since two lines of the data line 1 and the data line 2 are overlapped at one pitch, a MOS transistor for selecting up and down in units of mats is provided on the substrate surface. Thereby, since only one global data line is required outside the mat, difficulty in pitch can be avoided. Considering the element isolation region, the selection transistor pitch is larger than the data line pitch. Therefore, the selection transistors of the adjacent local data lines are separately arranged above and below the memory mat.

次に本実施例のレイアウトを製造工程とともに説明する(図21〜27)。図中で点線で囲んだ領域(A22)が単位メモリマットとなる。まず選択用n型トランジスタをP型基板表面に形成する。平行に並んだアクティブ領域(A16)にゲート電極(A15)が共通に走る形のレイアウトを採る。この時同時にメモリセルアレイの外側に周辺回路のCMOSの形成も行う。数種の電圧を用いるため、MOSトランジスタには三重ウエル構造を採用する。また、ワード駆動回路用高耐圧トランジスタとデコーダやセンスアンプ等のトランジスタでは耐圧が異なってよいため、少なくとも二種のゲート長のMOSトランジスタを形成する。本実施例ではSOI基板を用いなかったが、薄膜のSOI基板を用いた場合必ずしも三重ウエル構造は必要ない。この後、SiO2膜を堆積した後、レジストをマスクとしてSiO2膜をエッチングし、選択MOSの拡散層の一部(A14)を露出させる。 厚さ50nmのn型多結晶シリコン膜を堆積した後、レジストパターン(A33)をマスクとして多結晶シリコンをエッチングする(図21)。この工程により、ローカルデータ線1(A1)と選択MOSの拡散層が直接接続されるため、後にローカルデータ線1(A1)へのコンタクトと取る工程が不要になるという利点がある。さらにSiO2膜( 厚さ100nm) 、n型多結晶シリコン膜( 厚さ50nm)、 SiO2膜( 厚さ100nm)、n型多結晶シリコン膜( 厚さ50nm)、SiO2膜( 厚さ30nm)の順に堆積し、堆積した計六層をレジストをマスクとして一括してエッチングすることでソース線(A3)、ローカルデータ線1(A1)、 ローカルデータ線2(A2)の積層構造(A17)を形成する(図22)。   Next, the layout of this embodiment will be described together with the manufacturing process (FIGS. 21 to 27). An area (A22) surrounded by a dotted line in the figure is a unit memory mat. First, a selection n-type transistor is formed on the surface of a P-type substrate. A layout is adopted in which the gate electrode (A15) runs in common in the active areas (A16) arranged in parallel. At this time, a CMOS of a peripheral circuit is simultaneously formed outside the memory cell array. In order to use several kinds of voltages, the MOS transistor adopts a triple well structure. Since the withstand voltage may be different between the high withstand voltage transistor for a word drive circuit and transistors such as a decoder and a sense amplifier, MOS transistors having at least two types of gate lengths are formed. Although a SOI substrate was not used in this embodiment, a triple well structure is not necessarily required when a thin SOI substrate is used. Then, after depositing the SiO2 film, the SiO2 film is etched using the resist as a mask to expose a part (A14) of the diffusion layer of the selective MOS. After depositing an n-type polycrystalline silicon film having a thickness of 50 nm, the polycrystalline silicon is etched using the resist pattern (A33) as a mask (FIG. 21). By this step, since the local data line 1 (A1) is directly connected to the diffusion layer of the selection MOS, there is an advantage that a step of taking contact with the local data line 1 (A1) later becomes unnecessary. Further, an SiO2 film (thickness of 100 nm), an n-type polycrystalline silicon film (thickness of 50 nm), an SiO2 film (thickness of 100 nm), an n-type polycrystalline silicon film (thickness of 50 nm), and an SiO2 film (thickness of 30 nm) are arranged in this order. A total of six layers are deposited and are etched collectively using a resist as a mask to form a laminated structure (A17) of a source line (A3), a local data line 1 (A1), and a local data line 2 (A2). (FIG. 22).

このように一括して形成するため、単に一層のメモリ構造を二回積層状に作製するのと比べリソグラフィー工程が少なくてすむ。また、メモリマット間の境界部分にはダミーのデータ線パターン(A18)を形成している。これは、データ線のリソグラフィー工程において、同程度の大きさのパターンの繰り返し構造である方が露光(EB工程なら描画)の最適条件が見出し易いためである。さらに、各ローカルデータ線の両隣りの構造を同じにすることによって、ローカルデータ線と周りとの静電容量を各々のローカルデータ線で同じにすることが出来、メモリの安定動作の観点からも利点がある。次に厚さ2.5 nmのa(アモルファス)−Siを堆積した後、熱処理により結晶化を行なう。この後厚さ15nmのSiO2膜を堆積し、この後データ線に対し直角の方向に走る線幅0.1ミクロンのレジストパターン(A19)を形成する(図23)。   Since the memory structure is formed in a lump as described above, the number of lithography steps can be reduced as compared with a case where a single-layer memory structure is simply formed twice. A dummy data line pattern (A18) is formed at the boundary between the memory mats. This is because, in the data line lithography process, it is easier to find the optimal condition of exposure (drawing in the case of the EB process) if the pattern has a repetitive structure of the same size. Furthermore, by making the structure on both sides of each local data line the same, the local data line and the surrounding capacitance can be made the same for each local data line, and also from the viewpoint of stable operation of the memory. There are advantages. Next, after a (amorphous) -Si having a thickness of 2.5 nm is deposited, crystallization is performed by heat treatment. Thereafter, an SiO2 film having a thickness of 15 nm is deposited, and thereafter, a resist pattern (A19) having a line width of 0.1 μm and running in a direction perpendicular to the data lines is formed (FIG. 23).

このレジストパターン(A19)をマスクとしてウエットエッチングし、ローカルデータ線1(A1)とソース線(A3)の間のSiO2膜(A6)、及びローカルデータ線2(A2)とソース線(A3)の間のSiO2膜(A7)の側面に基板に垂直に走るSiO2の細線を形成する。ここでダミーのパターンパターン(A20)を用意することにより、線幅の細いレジストパターンが倒れるのを防ぐ工夫を行っている。次に異方性のドライエッチングにより基板に平行に形成されたSiO2パターンを削る。この工程を行うことにより、隣り合うローカルデータ線間が多結晶シリコン薄膜でつながることを防ぐことがことができる。次に O2プラズマ雰囲気中で多結晶シリコン薄膜を酸化する。このとき酸化は10nm程度までしか進まないため、先に形成したSiO2の細線の下の多結晶シリコン薄膜は酸化されず、極薄多結晶シリコン薄膜の細線パターンが形成できる。この方法はドライエッチによる細線加工と比べて以下の点で優れている。一つは、ウエットエッチにおけるサイドエッチ効果と酸化の効果によってレジストより細いパターンが形成できることである。発明者らは、予備検討段階で極薄多結晶シリコン薄膜のチャネル細線の幅と長さの比が2以上ある時に書き込みの前後で十分なしきい値シフトが得られることを見出しており、本実施例のようにローカルデータ線1(A1)とソース線(A3)の間のSiO2膜(A4)の膜厚が100nmの場合0.05ミクロン程度のパターンを形成する必要がある。発明者らの試作においては、0.1ミクロン幅のレジストパターンを用い、ウエットエッチ終了時点で0.07ミクロンのSiO2細線が形成されていた。これに側面からの酸化の効果が加わって、酸化後には0.05ミクロン程度幅の極薄多結晶シリコン薄膜の細線が形成されていると思われる。第二の利点は、 O2プラズマによる酸化が10nm程度で止まることから、チャネル加工時にデータ線が余分に削れる恐れがないことである。チャネル加工の後、ゲート絶縁膜の役割の薄いSiO2膜(A8)を堆積した後、n型多結晶シリコン膜を堆積し、ホトレジストをマスクとしてエッチングしてワード線(A21)を形成する(図24)。   Using this resist pattern (A19) as a mask, wet etching is performed to form an SiO2 film (A6) between the local data line 1 (A1) and the source line (A3) and a local data line 2 (A2) and the source line (A3). A thin line of SiO2 running perpendicular to the substrate is formed on the side surface of the SiO2 film (A7) therebetween. Here, by preparing a dummy pattern pattern (A20), a measure is taken to prevent a resist pattern having a small line width from falling down. Next, the SiO2 pattern formed parallel to the substrate is removed by anisotropic dry etching. By performing this step, it is possible to prevent adjacent local data lines from being connected by a polycrystalline silicon thin film. Next, the polycrystalline silicon thin film is oxidized in an O2 plasma atmosphere. At this time, since the oxidation proceeds only up to about 10 nm, the polycrystalline silicon thin film below the previously formed thin line of SiO2 is not oxidized, and a fine line pattern of an ultra-thin polycrystalline silicon thin film can be formed. This method is superior to the thin line processing by dry etching in the following points. One is that a pattern finer than a resist can be formed by the side etch effect and the oxidation effect in wet etching. The inventors have found in the preliminary study stage that when the ratio of the width and length of the channel thin line of the ultra-thin polycrystalline silicon thin film is 2 or more, a sufficient threshold shift can be obtained before and after writing. As in the example, when the thickness of the SiO2 film (A4) between the local data line 1 (A1) and the source line (A3) is 100 nm, it is necessary to form a pattern of about 0.05 micron. In the prototype of the inventors, a resist pattern having a width of 0.1 micron was used, and a thin SiO2 wire of 0.07 micron was formed at the end of wet etching. The effect of oxidation from the side is added to this, and it is considered that a thin line of an ultra-thin polycrystalline silicon thin film having a width of about 0.05 μm is formed after the oxidation. The second advantage is that the oxidation by the O2 plasma stops at about 10 nm, so that there is no possibility that the data lines are excessively cut off during channel processing. After the channel processing, a thin SiO2 film (A8) serving as a gate insulating film is deposited, then an n-type polycrystalline silicon film is deposited and etched using a photoresist as a mask to form a word line (A21) (FIG. 24). ).

この時データ線間の幅の半分よりも厚いn型多結晶シリコン膜を堆積すれば、データ線形成によって作られた高段差を埋め込むことができ、レジストパターン形成が容易になる。先のデータ線のダミーパターンの存在により、データ線間の溝幅はほぼ一定になっており、メモリマット境界部分においてもこの埋め込み効果が得られる。また、 n型多結晶シリコン膜堆積後エッチバックを行い、膜厚を薄くした後シリサイドを堆積することにより、より低抵抗のワード線が形成可能である。ワード線形成後に絶縁膜を堆積し、平坦化を行った後コンタクト工程を行う(図25)。このとき、ローカルデータ2(A2)へのコンタクト(A26)、選択MOSの拡散層(A16)のコンタクト(A27)、選択MOSのゲート電極(A15)へのコンタクト(A25)、ワード線(A21)へのコンタクト(A34)は上部に堆積された絶縁膜のエッチングをすればとることができる。これに対し、ソース線(A3)はローカルデータ線2(A2)の下にあるため、ソース線(A3)へのコンタクト孔(A23)はローカルデータ線2(A2)を貫通して取る。さらに、ピッチに律則されて選択トランジスタのアクティブ領域幅を広く取れないため、グローバルデータ線と選択トランジスタの接続のためのコンタクト孔(A24)は、ローカルデータ線2(A2)とソース線(A3)の両方を貫通させる。この構造によってコンタクト孔とデータが重なるレイアウトが可能となる。ここであらかじめローカルデータ線1(A1)を堆積後に削っているために、このコンタクト領域にローカルデータ線1(A1)は存在しない。貫通途中の層とのショートを避けるため、コンタクト孔形成後に絶縁膜の堆積と異方性ドライエッチによるエッチバックにより孔内部に絶縁膜の側壁を形成する。   At this time, if an n-type polycrystalline silicon film thicker than half the width between the data lines is deposited, a high step created by forming the data lines can be buried, and the formation of a resist pattern becomes easy. Due to the existence of the dummy pattern of the preceding data line, the groove width between the data lines is substantially constant, and this embedding effect can be obtained even at the boundary of the memory mat. Further, by performing etch-back after the deposition of the n-type polycrystalline silicon film, depositing the silicide after reducing the film thickness, a word line having a lower resistance can be formed. After forming a word line, an insulating film is deposited and planarized, and then a contact step is performed (FIG. 25). At this time, the contact (A26) to the local data 2 (A2), the contact (A27) to the diffusion layer (A16) of the selection MOS, the contact (A25) to the gate electrode (A15) of the selection MOS, and the word line (A21) The contact (A34) can be obtained by etching the insulating film deposited on the upper portion. On the other hand, since the source line (A3) is below the local data line 2 (A2), the contact hole (A23) to the source line (A3) is formed through the local data line 2 (A2). Further, since the active region width of the select transistor cannot be widened due to the pitch, the contact hole (A24) for connecting the global data line and the select transistor is provided with the local data line 2 (A2) and the source line (A3). ). This structure enables a layout in which the contact holes and the data overlap. Here, the local data line 1 (A1) does not exist in this contact area because the local data line 1 (A1) is shaved after deposition. In order to avoid a short circuit with the layer in the middle of the through hole, a sidewall of the insulating film is formed inside the hole by depositing the insulating film after the formation of the contact hole and etching back by anisotropic dry etching.

図29には側壁形成後の選択MOS部分のコンタクトの断面図を示す。   FIG. 29 shows a cross-sectional view of the contact in the select MOS portion after the formation of the side wall.

図28にはメモリアレイ端部でのワード線に対するコンタクト(A34)を示している。積層データ線と同じ材料からなり、ダミーデータ線とも異なる大きなダミーパターン(A35)を設け、この上でコンタクト(A34)をとる。データ線パターンの外側では、ワード線加工の所で述べた多結晶シリコン堆積によるデータ線による溝の埋め込み効果が得られないため、これを回避する手段である。この後金属を堆積し、ホトレジストをマスクとしてエッチングして一層目の金属配線M1を形成する(図26)。   FIG. 28 shows a contact (A34) to the word line at the end of the memory array. A large dummy pattern (A35) made of the same material as the stacked data line and different from the dummy data line is provided, and a contact (A34) is formed thereon. Outside the data line pattern, the effect of embedding the trench by the data line due to polycrystalline silicon deposition as described in the word line processing cannot be obtained, and is a means for avoiding this. Thereafter, a metal is deposited and etched using a photoresist as a mask to form a first-layer metal wiring M1 (FIG. 26).

M1配線(A29)で多結晶シリコンのゲート電極(A15)を裏打ちすることで抵抗を下げることができる。また、ソース線(A3)への配線(A28)もM1で行う。
他にローカルデータ線2(A2)と選択MOSの拡散層との接続(A30)も行う。さらに層間絶縁膜堆積後、コンタクト孔を開け、金属を堆積し、ホトレジストをマスクとしてエッチングして二層目の金属配線M2を形成する(図27)。グローバルデータ線(A31)はM2で形成する。狭いピッチでメモリマット一面を走ることになるため、M1でグローバルデータ線を形成すると他の配線ができなくなってしまう。従ってグローバルデータ線(A31)にはM2あるいはそれより上の配線を用いる必要がある。これはメモリセルアレイの外側に接続される読み出し回路についても言えることで、グローバルデータ線より下の層、例えばM1で読み出し回路を接続する必要がある。グローバルデータ線においてもメモリマット境界部にダミーのパターンを配置してローカルデータ線の場合と同様の効果を得ることができる。
By backing the polycrystalline silicon gate electrode (A15) with the M1 wiring (A29), the resistance can be reduced. The wiring (A28) to the source line (A3) is also performed by M1.
In addition, connection (A30) between the local data line 2 (A2) and the diffusion layer of the selection MOS is also performed. Further, after depositing the interlayer insulating film, a contact hole is opened, a metal is deposited, and etching is performed using a photoresist as a mask to form a second-layer metal wiring M2 (FIG. 27). The global data line (A31) is formed by M2. Since the entire memory mat runs at a narrow pitch, if a global data line is formed with M1, other wiring cannot be performed. Therefore, it is necessary to use a wiring of M2 or higher for the global data line (A31). This is also true for a read circuit connected outside the memory cell array, and it is necessary to connect the read circuit in a layer below the global data line, for example, M1. The same effect as that of the local data line can be obtained by arranging the dummy pattern at the boundary of the memory mat also in the global data line.

実施例15
図30、図32には本発明の第15の実施例を示す。
Example 15
FIGS. 30 and 32 show a fifteenth embodiment of the present invention.

図30は本実施例の記憶装置を構成するメモリセルアレイの一部分の構造図を示す。図30(a)はチャネル形成後、図30(b)はワード線形成後の図である。第14の実施例の記憶素子では上下2セルが縦に積まれた構造であったが、本実施例では1セルである点がことなるが、他の構造、動作原理は同様である。   FIG. 30 is a structural diagram of a part of the memory cell array constituting the storage device of this embodiment. FIG. 30A is a diagram after forming a channel, and FIG. 30B is a diagram after forming a word line. In the storage element of the fourteenth embodiment, the upper and lower two cells are vertically stacked. In the present embodiment, one cell is different, but other structures and operation principles are the same.

ローカルデータ線(A37)、ソース線(A36)を縦に繋ぐ形でチャネル(A38)が走り、チャネルの電位をワード線(A47)で制御する。実施例14の構造より集積度は落ちるが、加工時の段差が小さく、プロセスマージンが大きいという特徴がある。   A channel (A38) runs so as to connect the local data line (A37) and the source line (A36) vertically, and the potential of the channel is controlled by a word line (A47). Although the degree of integration is lower than that of the structure of the fourteenth embodiment, it is characterized in that the steps during processing are small and the process margin is large.

図32にはメモリマットの上面図を示す。コンタクト工程までの図であり、実施例14では図25に対応する。やはりマット単位でローカルデータ線をMOSトランジスタを介してグローバルデータ線に接続するのであるが、実施例14では上下セルの選択の目的でトランジスタを介していたが、本実施例では、動作時にグローバルデータ線に電気的につながるローカルデータ線の容量を低減するのが目的である。グローバルデータ線の容量を小さくできれば、同じ電流でより早く、より大きく電位を変動させることができ、高速動作が可能となる。このような効果は、本実施例や実施例14のように、基板にチャネルが垂直に走る構造に限ったことではなく、図31に示すような基板に平行にチャネルが走る構造でも共通である。   FIG. 32 shows a top view of the memory mat. FIG. 26 is a view up to the contact step, which corresponds to FIG. 25 in the fourteenth embodiment. Again, the local data line is connected to the global data line via a MOS transistor in units of mats. In the fourteenth embodiment, the local data line was connected via a transistor for the purpose of selecting upper and lower cells. The purpose is to reduce the capacity of local data lines that are electrically connected to the lines. If the capacity of the global data line can be reduced, the potential can be changed faster and more greatly with the same current, and high-speed operation can be performed. Such an effect is not limited to the structure in which the channel runs perpendicular to the substrate as in the present embodiment and the fourteenth embodiment, but is also common to the structure in which the channel runs parallel to the substrate as shown in FIG. .

図31はセルアレイの基本となる、6セルのアレイ構造を示した上面図で、図31(a)はチャネル形成後、図31(b)はワード線形成後の図である。ソース線(A40)を共通として、ローカルデータ線1(A39)、ローカルデータ線2(A41)を有する。チャネルの電位をワード線(A43)で制御する。単位セル構造は加工寸法Fに対し6F2であり、本実施例のような立体構造と比べ作製が容易であるという特徴がある。図32の説明に戻る。ソース線(A36)へのコンタクト孔(A46)、MOSのゲート電極へのコンタクト孔(A47)、 MOSの拡散層をグローバルデータ線と接続するためのコンタクト孔(A48)はすべて同一工程であけることが出来、実施例14の場合よりも工程数が少なくてすむという特徴がある。ローカルデータ線(A37)へのコンタクト工程は実施例14と同様である。   FIG. 31 is a top view showing an array structure of six cells, which is a basic cell array. FIG. 31A shows a state after forming a channel, and FIG. 31B shows a state after forming a word line. A common source line (A40) has a local data line 1 (A39) and a local data line 2 (A41). The potential of the channel is controlled by the word line (A43). The unit cell structure is 6F2 with respect to the processing dimension F, and is characterized in that it is easier to manufacture than the three-dimensional structure as in this embodiment. Returning to the description of FIG. The contact hole (A46) for the source line (A36), the contact hole (A47) for the MOS gate electrode, and the contact hole (A48) for connecting the MOS diffusion layer to the global data line must be formed in the same process. And the number of steps is smaller than in the case of the fourteenth embodiment. The step of contacting the local data line (A37) is the same as in the fourteenth embodiment.

以下、実施例16から実施例22ではセルアレイの書き込み、消去、書き込みベリファイ、消去ベリファイ、リフレッシュ、多値記憶を行うための実施例を示す。   Hereinafter, Embodiments 16 to 22 show embodiments for performing write, erase, write verify, erase verify, refresh, and multi-value storage of a cell array.

図33にはセルアレイの代表的なものを示し、これを用いて説明する。もちろんこれまでに示した他のメモリセル構造を用いてもよい。   FIG. 33 shows a typical cell array, which will be described with reference to FIG. Of course, other memory cell structures shown so far may be used.

実施例16
図34にセルアレイの読み出し、書き込み、消去動作の動作シーケンスを示す。読み出し条件はセル1、セル2の情報を読みだす条件、消去条件はセル1、セル2の情報を消去する条件であり、書き込み条件はセル1に情報“1”を、セル2に情報“0”を書き込む条件である。読みだし動作はまずプリチャージを行い(ステップ1)、続けてソース、データ線とワード線の間に所定の読みだし電圧を印加する(ステップ2)。セル1に保持している情報をデータ線1に流れる電流で、セル2に保持している情報をデータ線2に流れる電流で読みだす。ワード線1の電位は情報“0”保持時に流れる電流が“1”保持時に流れる電流より十分大きく、二つの状態が区別しやすように設定する。
Example 16
FIG. 34 shows an operation sequence of read, write, and erase operations of the cell array. The read condition is a condition for reading information of cell 1 and cell 2, the erase condition is a condition for erasing information of cell 1 and cell 2, and the write condition is information "1" for cell 1 and information "0" for cell 2. "Is a condition for writing. In the read operation, first, precharge is performed (step 1), and then a predetermined read voltage is applied between the source, data line and word line (step 2). The information held in the cell 1 is read out by the current flowing through the data line 1, and the information held in the cell 2 is read out by the current flowing through the data line 2. The potential of the word line 1 is set so that the current flowing when information "0" is held is sufficiently larger than the current flowing when information "1" is held, so that the two states can be easily distinguished.

ワード線2の電位を情報“0”保持時のしきい電圧より小さく設定することにより、保持情報に関わらずセル3、セル4にはほとんど電流が流れない。より多くのセルをならべた場合でも同様で、読み出すセルを制御するワード線のみ読み出し電圧を印加し、同じデータ線につながる他のワード線を低電位に設定する。
次に消去動作について述べる。消去動作はセル1、セル2について一括して行う。又、消去のビット毎ベリファイ動作の為に消去を行うべきセルのリストに対応する記憶部が必要である。まず消去のための電圧の印加前に書き込み電圧を印加する(ステップ1)。
By setting the potential of the word line 2 lower than the threshold voltage when information "0" is held, almost no current flows through the cells 3 and 4 regardless of the held information. The same applies to the case where more cells are arranged, and the read voltage is applied only to the word line controlling the cell to be read, and the other word lines connected to the same data line are set to a low potential.
Next, the erasing operation will be described. The erasing operation is performed on the cells 1 and 2 collectively. In addition, a storage unit corresponding to a list of cells to be erased is required for an erase bit-by-bit verify operation. First, a write voltage is applied before applying a voltage for erasing (step 1).

この動作を行うことにより、この消去動作以前の消去動作の後に書き込み動作の行われていなかったセルに対し、連続して消去電圧がかかることを防ぎ、望ましくない特性変動を抑えることができる。次にセルリストに対応させてデータ線の電位を設定する(ステップ2)。   By performing this operation, it is possible to prevent an erasing voltage from being continuously applied to a cell to which a writing operation has not been performed after the erasing operation before the erasing operation, and to suppress an undesirable characteristic variation. Next, the potential of the data line is set corresponding to the cell list (step 2).

消去の終わっていないセルに接続されたデータ線に与える電位(例えば5V)は消去の終わったデータ線に与える電位(例えば0V)よりも高く設定し、ワード線との電位差を大きくする。ワード線に消去のための低い電圧(例えば−10V)を与えた(ステップ3)後セルの状態を確認するため、所定の電圧(例えば0.5V)をワード線に印加しデータ線の電位変動をセンスする(ステップ4、5)。   A potential (for example, 5 V) applied to a data line connected to a cell which has not been erased is set higher than a potential (for example, 0 V) applied to a data line which has been erased, so that a potential difference from a word line is increased. After a low voltage (for example, -10 V) for erasing is applied to the word line (step 3), a predetermined voltage (for example, 0.5 V) is applied to the word line to check the state of the cell, and the potential variation of the data line is changed. Is sensed (steps 4 and 5).

この結果セルのしきい値が所定の値より低くなっていればそのセルをリストから削除する。この後リストが空になっていれば消去動作を完了するが、そうでなければ再びステップ2に戻る。このステップ2においてリストから削除されたセルのデータ線に与える電圧は低く(ここでは0V)、ワード線との電位差(ここでは10V)が小さいため過剰な消去が行われない。このループを繰り返すことによって消去を行うすべてのセルについて、所定の値以下のしきい電圧を実現する。   As a result, if the threshold value of the cell is lower than the predetermined value, the cell is deleted from the list. Thereafter, if the list is empty, the erasing operation is completed; otherwise, the process returns to step 2. The voltage applied to the data line of the cell deleted from the list in step 2 is low (0 V in this case) and the potential difference from the word line (10 V in this case) is small, so that excessive erasure is not performed. By repeating this loop, a threshold voltage equal to or lower than a predetermined value is realized for all cells to be erased.

書き込み動作においては、セル1、セル2に各々情報“0”と“1”を書き込む動作を示している。書き込み動作においては、まず情報“1”を書き込むセルのリストに対応させてデータ線の電位を設定する(ステップ1)。   In the write operation, an operation of writing information “0” and “1” to cell 1 and cell 2 respectively is shown. In the write operation, first, the potential of the data line is set in correspondence with the list of cells to which information "1" is written (step 1).

“1”書き込みの終わっていないセルのデータ線に与える電位(例えば0V)は“1”書き込み又は“0”書き込みの終わったデータ線に与える電位(例えば5V)よりも低く設定し、ワード線との電位差を大きくする。次にワード線に書き込みのための高い電圧(例えば15V)を与えた(ステップ2)後セルの状態を確認するため、所定の電圧(例えば2.5V)をワード線に印加しデータ線の電位変動をセンスする(ステップ3、4)。   The potential (eg, 0 V) applied to the data line of the cell where “1” writing has not been completed is set lower than the potential (eg, 5 V) applied to the data line where “1” writing or “0” writing has been completed. Is increased. Next, a high voltage (for example, 15 V) for writing is applied to the word line (Step 2), and then a predetermined voltage (for example, 2.5 V) is applied to the word line to check the state of the cell. The fluctuation is sensed (steps 3 and 4).

この結果セルのしきい値が所定の値より高くなっていればそのセルをリストから削除する。この後リストが空になっていれば書き込み動作を完了するが、そうでなければ再びステップ2に戻る。このステップ2においてリストから削除されたセルのデータ線に与える電圧は高く(ここでは5V)、ワード線との電位差(ここでは10V)が小さいため過剰なしきい値変動を防ぐことができる。ここではリストを“1”を書き込むセルとしたが、“1”書き込みの終わったセル又は“0”を書き込むセルでリストを構成し、ベリファイ動作を行いながらリストを増やしていき、すべてのセルがリストに加わった時点で書き込み動作終了としてもよい。消去動作におけるリストの内容についても同様である。以下では簡単のためここで述べた定義で統一して述べる。   As a result, if the threshold value of the cell is higher than a predetermined value, the cell is deleted from the list. Thereafter, if the list is empty, the write operation is completed. Otherwise, the process returns to step 2. The voltage applied to the data line of the cell deleted from the list in step 2 is high (here, 5 V) and the potential difference with the word line (here, 10 V) is small, so that excessive threshold value fluctuation can be prevented. Here, the list is a cell in which “1” is written. However, the list is composed of cells in which “1” has been written or cells in which “0” is written, and the list is increased while performing a verify operation. The writing operation may be completed at the time of joining the list. The same applies to the contents of the list in the erasing operation. In the following, for simplicity, the definitions are unified and described here.

本実施例ではデータ線、ソース線、ワード線、チャネルに多結晶シリコンを用いたが、これらが同じ材料からなる必要はなく、他の半導体を用いてもよいし、金属を用いてもよい。又、SOI基板を用い、データ線、ソース線やチャネルにバルクのシリコンを用いてもよい。バルクのシリコンを用いると抵抗が小さくなり、メモリの高速化が可能である。チャネルにはノンドープの多結晶シリコンを用いたが、不純物が入ってもよい。さらに、本実施例ではチャネルの多結晶シリコン薄膜部(1)が電流経路と同時に記憶を行う電荷蓄積の機能を兼ねているが、薄膜部に低抵抗領域間の電流経路の機能のみ持たせ、他に記憶を行う電荷蓄積部を設けてもよい。この際、電荷蓄積部の材料は半導体でもよいし、金属を用いてもよい。この際、素子の動作原理説明で述べたように、電荷蓄積部を高ポテンシャルで囲まれた小さい構造とすることが本質的である。この構造の場合電流経路と電荷蓄積部を別々に設計できるため、大きさ、材料等の自由度が増えるという特徴がある。   In this embodiment, polycrystalline silicon is used for the data lines, source lines, word lines, and channels, but these need not be made of the same material, and other semiconductors or metals may be used. Alternatively, bulk silicon may be used for a data line, a source line, or a channel using an SOI substrate. When bulk silicon is used, the resistance is reduced, and the speed of the memory can be increased. Although non-doped polycrystalline silicon is used for the channel, impurities may be contained therein. Further, in the present embodiment, the polycrystalline silicon thin film portion (1) of the channel also has a function of charge storage for performing storage simultaneously with the current path, but the thin film portion has only a function of a current path between low-resistance regions, In addition, a charge storage unit for performing storage may be provided. At this time, the material of the charge storage portion may be a semiconductor or a metal. At this time, as described in the description of the operation principle of the element, it is essential that the charge storage section has a small structure surrounded by a high potential. In the case of this structure, the current path and the charge storage portion can be separately designed, so that there is a feature that the degree of freedom in size, material, and the like increases.

実施例17
図35、図36は、本発明の第17の実施例を示す。
Example 17
35 and 36 show a seventeenth embodiment of the present invention.

図35、図36は実施例16の図34で説明したセルリストのレジスタを用いた実現例を示している。図35が動作シーケンス、図36は記憶装置の構成を示す。シフトレジスタを用いて外部とのデータのやりとりを順次行うことで出力、入力線の数を少なく抑えることができる。メモリセルの構造、原理は実施例16と同様である。レジスタの各々のビットを各データ線に対応させる。本実施例ではセル1(及びセル3)がレジスタの最初のビットに、セル2(及びセル4)がレジスタの次のビットに対応する。消去動作においては消去の終了していない状態を1、消去終了の状態が0としている。つまり、セル1、セル2の消去動作においてレジスタが{1,0}であるということはセル2の消去が終了しているがセル1の消去は終了していないことを示す。この後ステップ2に戻った場合そのデータ線に対応するレジスタのビットが1の場合には消去条件の電位(例えば5V)をデータ線に与え、0の場合にはより低電位(例えば0V)を与える。レジスタの各ビットが全て0になると消去ベリファイのループが終了する。   FIGS. 35 and 36 show an implementation example using the cell list register described in FIG. 34 of the sixteenth embodiment. FIG. 35 shows the operation sequence, and FIG. 36 shows the configuration of the storage device. By sequentially exchanging data with the outside using the shift register, the number of output and input lines can be reduced. The structure and principle of the memory cell are the same as those of the sixteenth embodiment. Each bit of the register is associated with each data line. In this embodiment, cell 1 (and cell 3) corresponds to the first bit of the register, and cell 2 (and cell 4) corresponds to the next bit of the register. In the erasing operation, the state where the erasing is not completed is 1 and the state where the erasing is completed is 0. That is, the fact that the register is {1, 0} in the erasing operation of the cells 1 and 2 indicates that the erasing of the cell 2 has been completed but the erasing of the cell 1 has not been completed. Thereafter, when returning to step 2, when the bit of the register corresponding to the data line is 1, the potential of the erasing condition (for example, 5 V) is applied to the data line, and when the bit is 0, a lower potential (for example, 0 V) is applied. give. When all the bits of the register become 0, the erase verify loop ends.

書き込み動作においては、ステップ1でデータをロードする際にはレジスタの各ビットの値は対応するデータ線に接続されたセルに書き込む情報のビット反転の情報を表している。つまり、ステップ1においてレジスタが{0,1}であることはセル1に情報“1”を、セル2に情報“0”を書き込むことを意味する。
この後ステップ2以降においてはセルに情報“1”書き込みが終わると対応するレジスタのビットに0を入れていく。ステップ1おいて対応するレジスタのビットが1の場合には消去条件の電位(例えば0V)をデータ線に与え、0の場合にはより高電位(例えば5V)を与える。レジスタの各ビットが全て0になると書き込みベリファイのループが終了する。
In the write operation, when data is loaded in step 1, the value of each bit of the register represents bit inversion information of information to be written to a cell connected to the corresponding data line. That is, the fact that the register is {0, 1} in step 1 means that information “1” is written in cell 1 and information “0” is written in cell 2.
Thereafter, in step 2 and subsequent steps, when the information "1" has been written into the cell, 0 is inserted into the corresponding register bit. In step 1, when the bit of the corresponding register is 1, the potential of the erasing condition (for example, 0 V) is applied to the data line, and when it is 0, a higher potential (for example, 5 V) is applied. When all the bits of the register become 0, the write verify loop ends.

実施例18
図37は、本発明の第18の実施例を示す。
Example 18
FIG. 37 shows an eighteenth embodiment of the present invention.

本実施例は、消去ベリファイをビット毎に行わず、消去しようとする全てのセルが所定のしきい値より小さくなることで消去ループの終点を判定する。本方法では消去シーケンスのステップ2において選択された全てのセルに消去電圧が印加される。本方法はビット毎に制御を行う必要がないため、動作が簡単であるという特徴がある。過剰な消去をしない為に余分な消去電圧印加時間に対する状態の安定性が必要であり、セル特性によっては、電子注入を消去と定義し、消去しようとする全てのセルが所定のしきい値より大きくなることで消去ループの終点を判定する方法を採ってもよい。この方法ではしきい値が上がったセルが消去済みセルであるのでループを繰り返した場合ほとんどのセルに電流が流れず、従って消去動作の消費電力が小さくできる。   In this embodiment, the erase verify is not performed for each bit, and the end point of the erase loop is determined when all cells to be erased are smaller than a predetermined threshold. In this method, an erase voltage is applied to all cells selected in step 2 of the erase sequence. This method has a feature that the operation is simple because it is not necessary to perform control for each bit. In order to avoid excessive erasing, it is necessary to maintain the state stability for an extra erasing voltage application time. Depending on the cell characteristics, electron injection is defined as erasing, and all cells to be erased have a predetermined threshold. A method of determining the end point of the erasing loop by increasing the size may be adopted. In this method, since the cell whose threshold value has risen is the erased cell, current does not flow in most cells when the loop is repeated, so that the power consumption of the erase operation can be reduced.

実施例19
図38、図39は、本発明の第19の実施例を示す。
Example 19
FIGS. 38 and 39 show a nineteenth embodiment of the present invention.

メモリセル部分の構造は実施例17と同様である。本実施例は書き込み、消去においてベリファイを行う他に、記憶保持においてリフレッシュ動作を行うという点に特徴がある。蓄積する電子数が少ない為、熱励起又はトンネルという本質的に確率的な現象が書き込み時に顕に現れてしまうということを実施例1で述べた。同様なことが記憶保持においてもあてはまり、記憶保持の不安定性の原因となる。しかし、蓄積電荷の供給部分と電荷蓄積部分との間の絶縁膜を厚く(またはポテンシャルバリア幅を大きく)して保持を安定させる手段は、同時に書き込み時間をも長くしてしまうことになり望ましくない。本発明のメモリはフラッシュメモリと比べもともと高速の書き込み、消去が可能であるという特徴を持つが、記憶保持時にリフレッシュ動作を行う制御方法を用いれば高速の書き込み、消去と安定した記憶保持の両立が可能である。又、揮発性のメモリとして高集積が可能なDRAMが広く用いられているが、本発明のメモリセルは1トランジスタの面積で1セルが構成でき、またメモリセル構造も簡単であるためより高集積のメモリが実現できる。   The structure of the memory cell portion is the same as that of the seventeenth embodiment. The present embodiment is characterized in that a refresh operation is performed in storage retention in addition to a verify operation in writing and erasing. As described in the first embodiment, since the number of electrons to be accumulated is small, an essentially stochastic phenomenon called thermal excitation or tunnel appears clearly at the time of writing. The same applies to memory retention, which causes memory retention instability. However, the means for stabilizing the holding by increasing the thickness of the insulating film (or increasing the potential barrier width) between the charge supply portion and the charge storage portion undesirably increases the write time at the same time. . The memory of the present invention has a characteristic that it can perform writing and erasing at a higher speed than a flash memory, but if a control method of performing a refresh operation at the time of holding data is used, it is possible to achieve both high-speed writing and erasing and stable data holding. It is possible. DRAMs capable of high integration are widely used as volatile memories. However, the memory cell of the present invention can be formed with one transistor in one transistor area, and the memory cell structure is simple, so that higher integration is achieved. Memory can be realized.

図38に本実施例の記憶装置の構成図を示す。実施例17と異なりレジスタを二種類用意しているところに特徴がある。図39にリフレッシュ動作のシーケンスを示す。実施例16と同様に隣接した4セルについて説明する。実施例17の読みだし、消去、書き込み動作のシーケンスをこの順に行い、これらをワード線を順次選択しながら繰り返す内容である。まず選択したワード線のデータを読みだし、レジスタ1に内容を蓄える。ここではレジスタ1の各ビットの情報はセルの情報の反転情報としている。次に実施例17で述べた消去動作を行う。消去動作でレジスタ1をそのまま用いては先に読みだされたデータが失われてしまうため、レジスタ1とは異なるレジスタ2を用意する。次にレジスタ1のデータを再びメモリセルに書き込む。この一連の動作を順次選択するワード線を移動しながら行う。メモリセルの記憶が失われる平均的な時間より十分短い周期でリフレッシュを行うことにより記憶の安定保持が実現される。レジスタ1又はレジスタ2は書き込み、消去動作のベリファイで用いる。ここで、レジスタ1の情報を一旦レジスタ2に移した後、レジスタ1を消去動作で用いる方法を用いてもよい。この場合消去動作後レジスタ2の情報をレジスタ1に移してから書き込み動作を行うことになる。情報の書き込み、消去、読み出し動作は実施例17と同様でよい。ただし、より高速の書き込み、消去を実現するため電荷蓄積部と外部の間のポテンシャルバリア幅又はポテンシャルバリア高さを小さくした場合読み出し動作にも変更が必要である。この場合には読みだし動作によって記憶情報が失われるのを防ぐため、読みだした情報の再書き込みを行う。動作シーケンスはリフレッシュ動作と同じであり、読みした情報を外部に送る点でのみ異なる。これは他のリフレッシュ動作を行う実施例でも同様である。   FIG. 38 shows a configuration diagram of the storage device of this embodiment. Unlike the seventeenth embodiment, a feature is that two types of registers are prepared. FIG. 39 shows a sequence of the refresh operation. Four adjacent cells will be described in the same manner as in the sixteenth embodiment. The reading, erasing, and writing operations of the seventeenth embodiment are performed in this order, and are repeated while sequentially selecting the word lines. First, data of the selected word line is read, and the contents are stored in the register 1. Here, the information of each bit of the register 1 is inverted information of the cell information. Next, the erase operation described in the seventeenth embodiment is performed. If the register 1 is used as it is in the erase operation, previously read data will be lost. Therefore, a register 2 different from the register 1 is prepared. Next, the data of the register 1 is written into the memory cell again. This series of operations is performed while moving the word line for sequentially selecting. Refreshing is performed in a cycle sufficiently shorter than the average time during which storage of the memory cell is lost, thereby realizing stable storage. The register 1 or the register 2 is used for verifying the write and erase operations. Here, a method of temporarily transferring the information of the register 1 to the register 2 and then using the register 1 in the erasing operation may be used. In this case, after the erasing operation, the information in the register 2 is transferred to the register 1, and then the writing operation is performed. The operation of writing, erasing, and reading information may be the same as in the seventeenth embodiment. However, when the potential barrier width or the height of the potential barrier between the charge storage portion and the outside is reduced in order to realize faster writing and erasing, the read operation also needs to be changed. In this case, the read information is rewritten in order to prevent the stored information from being lost by the reading operation. The operation sequence is the same as the refresh operation, and differs only in that the read information is sent to the outside. This is the same in the embodiment in which another refresh operation is performed.

実施例20
図40、図41は、本発明の第20の実施例を示す。図40がメモリの構成図、図41がリフレッシュ動作のシーケンスである。
Example 20
40 and 41 show a twentieth embodiment of the present invention. FIG. 40 shows the configuration of the memory, and FIG. 41 shows the sequence of the refresh operation.

本実施例は、消去ベリファイをビット毎に行わず、消去しようとする全てのセルが所定のしきい値より小さくなることで消去ループの終点を判定する点で実施例19と異なる。その他の点では実施例19と同様であるが、消去ベリファイをビット毎に行わないため、消去動作でデータ線毎にレジスタを用意する必要がなくなり、第二のレジスタが不要であるという特徴を持つ。   This embodiment is different from the nineteenth embodiment in that the erase verify is not performed for each bit, and the end point of the erase loop is determined when all cells to be erased are smaller than a predetermined threshold value. The other points are the same as those of the nineteenth embodiment, but since the erase verify is not performed for each bit, there is no need to prepare a register for each data line in the erase operation, and the second register is unnecessary. .

実施例21
図42は本発明の第21の実施例の構成図を示す。
Example 21
FIG. 42 shows the configuration of the twenty-first embodiment of the present invention.

本実施例は1セルで1ビットより多い情報を記憶を行う(多値記憶)点に特徴がある。   This embodiment is characterized in that more than one bit of information is stored in one cell (multi-value storage).

メモリセル部分の構造は実施例16と同様である。   The structure of the memory cell portion is the same as that of the sixteenth embodiment.

図43に単位セル特性についての実験結果を示す。ソース線を0V、データ線を2V、ワード線を9Vに設定し、データ線に流れる電流の時間変化を示したものである。ワード線の電位をあまり大きくせず、電子注入を遅くして電流変化を観察しやすくした。図よりわかるように電子が記憶領域に一個一個蓄積されるとしきい値が離散的にシフトすることに対応して電流が階段状に変化している。この離散的なしきい値の一つ一つを情報に対応させ、多値記憶が可能である。例えば電子が一個蓄積された状態を情報“0,0”、二個蓄積された状態を情報“0,1”、三個蓄積された状態を情報“1,0”、四個蓄積された状態を情報“1,1”に対応させることにより2ビットの記憶が可能である。連続的な特性を区分けして多値記憶を行った場合と比べて状態の区別が容易であるという特徴がある。記憶装置の構成は実施例19と同様であるが、各ワード線に対応させるレジスタが多ビットになる点、書き込み動作の電圧や時間設定、読みだし動作において異なる。本実施例では一電子を一つの情報に対応させるが、繰り返し述べているように電子の注入、放出の確率現象が特性に現れてしまい、記憶保持、書き込み、消去特性のばらつきが大きくなる。安定した記憶を実現するためには書き込み、消去におけるベリファイ動作、記憶保持におけるリフレッシュ動作を行うことが有効である。多値の情報の書き分けは情報によって書き込み時間(書き込みパルス幅又は書き込みパルス幅の和)を変えることで行う。この書き込み時間は等比的な値を用いる。実施例16で述べたように、記憶領域が小さいため電子一個の注入で次の電子が注入される確率が影響を受けるのであるが、この変化が注入電子数に対し指数関数的な依存性を持つからである。尚、情報の書き分けを書き込み時間ではなく書き込み電圧に複数の値を用いることで実現してもよい。この書き込み電圧は等比的な値を用いる。電子注入による記憶領域のポテンシャル変化を打ち消すだけの電圧を外部より印加して初めて次の電子が注入される確率が同程度になるためである。勿論これらを組み合わせ、異なる電圧と異なる時間を併用しても構わない。読みだし動作においては複数の状態を読み出すための参照電位発生回路が必要である。又、多値記憶においてベリファイ動作やリフレッシュ動作を行うためには多値の情報の保持手段が必要になる。   FIG. 43 shows an experimental result on unit cell characteristics. In this figure, the source line is set to 0 V, the data line is set to 2 V, and the word line is set to 9 V, and the time change of the current flowing through the data line is shown. The potential of the word line was not increased so much, the electron injection was delayed, and the current change was easily observed. As can be seen from the drawing, when electrons are accumulated one by one in the storage area, the current changes stepwise in response to the discrete shift of the threshold value. Each of the discrete threshold values is made to correspond to information, and multi-value storage is possible. For example, a state in which one electron is stored is information "0,0", a state in which two electrons are stored is information "0,1", a state in which three electrons are stored is information "1,0", and a state in which four electrons are stored. Corresponds to information "1, 1", so that 2-bit storage is possible. There is a feature that the state can be easily distinguished as compared with the case where the multi-value storage is performed by classifying continuous characteristics. The configuration of the storage device is the same as that of the nineteenth embodiment, except that the register corresponding to each word line has multiple bits, and the voltage and time setting of the write operation and the read operation are different. In this embodiment, one electron is made to correspond to one piece of information. However, as described repeatedly, a probability phenomenon of injection and emission of electrons appears in the characteristics, and variations in storage retention, writing, and erasing characteristics increase. In order to realize stable storage, it is effective to perform a verify operation in writing and erasing and a refresh operation in storing and holding. Writing of multi-valued information is performed by changing a writing time (a writing pulse width or a sum of writing pulse widths) depending on the information. This writing time uses an equal value. As described in the sixteenth embodiment, the probability that the next electron is injected by one electron injection is affected because the storage area is small. This change causes an exponential dependence on the number of injected electrons. Because we have. Note that information may be separately written by using a plurality of values for the write voltage instead of the write time. This writing voltage uses an equal ratio value. This is because the probability that the next electron will be injected only when a voltage enough to cancel the potential change of the storage region due to the electron injection is applied becomes similar. Of course, these may be combined and different voltages and different times may be used together. In the reading operation, a reference potential generating circuit for reading a plurality of states is required. Further, in order to perform the verify operation or the refresh operation in the multi-value storage, a multi-value information holding means is required.

情報に対応させる蓄積電子数を1個でなく、複数(例えば電子5個を情報に対応させる。)とすることでより安定な記憶が実現できる。メモリの構成、動作シーケンスは同様である。より多くの電子で記憶を行うため、電子一個の記憶と比べ確率現象の影響が相対的に小さく、より安定した記憶が実現できるという特徴がある。従ってリフレッシュ動作のサイクルを長くすることが可能で、より低消費電力にできるという特徴もある。   If the number of stored electrons corresponding to the information is not one but a plurality (for example, five electrons correspond to the information), more stable storage can be realized. The configuration and operation sequence of the memory are the same. Since the storage is performed with more electrons, the effect of the stochastic phenomenon is relatively smaller than that of the storage of one electron, so that it is possible to realize more stable storage. Therefore, there is also a feature that the cycle of the refresh operation can be lengthened and the power consumption can be reduced.

実施例22
図44は本発明の第22の実施例のリフレッシュ動作を示す。
Example 22
FIG. 44 shows a refresh operation according to the twenty-second embodiment of the present invention.

本実施例は記憶保持時にリフレッシュ動作を行うが書き込み消去におけるベリファイを行わないという特徴がある。メモリセルには実施例22と同じ構造を用いるが、記憶領域のシリコン結晶粒の直径は4nm程度のものを用いる。例として書き込み動作をとりあげ、結晶粒の一つに着目する。電子が一個注入されると二個目の電子が注入される確率が著しく減少する。言い換えれば二個目の電子が注入されるまでの時間が一個目の電子の場合と比べて著しく長くなる。従って確率的なゆらぎを考慮に入れて一個の電子が注入される平均時間より十分長い時間書き込み電圧を印加し、しかもその時間が二個目の電子が注入される平均時間より十分短いという時間設定が可能となる。このため1セル1ビットの記憶においても1セル多ビットの多値記憶においてもベリファイ動作なしで安定した記憶動作が実現できる。   The present embodiment is characterized in that a refresh operation is performed at the time of holding data, but no verify operation is performed in writing and erasing. The same structure as that of Embodiment 22 is used for the memory cell, but the diameter of the silicon crystal grain in the storage region is about 4 nm. Take a write operation as an example and focus on one of the crystal grains. When one electron is injected, the probability of a second electron being injected is significantly reduced. In other words, the time until the injection of the second electron is significantly longer than that of the first electron. Therefore, taking into account stochastic fluctuations, set the time so that the write voltage is applied for a time sufficiently longer than the average time during which one electron is injected, and that time is sufficiently shorter than the average time during which the second electron is injected. Becomes possible. Therefore, a stable storage operation can be realized without a verify operation in both 1-bit 1-cell storage and 1-cell multi-bit storage.

以降、実施例23から実施例25ではこれまでに述べた小面積で高集積なメモリセルの特長を損なうことのない小面積の周辺回路、及び扱う電荷量が少なく、雑音に弱い単一電子メモリに適した雑音が小さい周辺回路とその制御方法の具体例を示す。   Hereinafter, in the twenty-third to twenty-fifth embodiments, a small-area peripheral circuit which does not impair the features of the small-area and highly-integrated memory cell described above, and a single-electron memory which is small in the amount of electric charges to be handled and is susceptible to noise. A specific example of a peripheral circuit with low noise and a control method for the peripheral circuit suitable for the present invention will be described.

図45は記号の定義を示す。以降の説明では、本発明における半導体記憶素子を図45のようにキャリア閉じ込め領域を黒丸の記号で示し、通常のFETと区別する。   FIG. 45 shows the definitions of the symbols. In the following description, the semiconductor memory device according to the present invention is distinguished from a normal FET by indicating a carrier confining region with a black circle symbol as shown in FIG.

実施例23
第23の実施例では半導体記憶装置の読み出し、消去及び書き込み回路の構成を、図46〜図49を用いて説明する。
Example 23
In the twenty-third embodiment, the structure of a read, erase and write circuit of a semiconductor memory device will be described with reference to FIGS.

図46は本実施例の回路図である。   FIG. 46 is a circuit diagram of the present embodiment.

図47はメモリセル部分の回路図である。図46では簡単のため1対のデータ線のみを示しているが、実際の半導体記憶装置ではこれと同じものが横方向に多数並んでいる。図46において、メモリセル(MM1)、(MM2)、(MM3)、(MM4)は上下に積層されたメモリセルアレイであり、MOS(M3)、(M4)はローカルデータ線選択MOSである。MM1、MM3が下層のメモリセルで、下層のローカルデータ線(LDL)につながっている。MM2、MM4が上層のメモリセルで、上層のローカルデータ線(LDU)につながっている。ソース線は上下のセルで共通である。LDLはM3を通じてグローバルデータ線D1に接続されている。LDUはM4を通じてD1に接続されている。以降このメモリセルアレイとローカルデータ線選択MOSを組をブロックと呼ぶ。また、D1と対になるグローバルデータ線(D2)があり、これにはダミーメモリセルアレイ(DMM1)、(DMM2)、(DMM3)、(DMM4)及びローカルデータ線選択MOS(M1)、(M2)からなるダミーメモリセルのブロックがメモリセルのブロックと同様に接続されている。   FIG. 47 is a circuit diagram of a memory cell portion. FIG. 46 shows only a pair of data lines for simplicity. However, in an actual semiconductor memory device, many of the same data lines are arranged in the horizontal direction. In FIG. 46, memory cells (MM1), (MM2), (MM3), and (MM4) are vertically stacked memory cell arrays, and MOSs (M3) and (M4) are local data line selection MOSs. MM1 and MM3 are lower-layer memory cells, which are connected to the lower-layer local data line (LDL). MM2 and MM4 are upper-layer memory cells, which are connected to upper-layer local data lines (LDU). The source line is common to the upper and lower cells. LDL is connected to global data line D1 through M3. The LDU is connected to D1 through M4. Hereinafter, the set including the memory cell array and the local data line selection MOS is referred to as a block. There is also a global data line (D2) paired with D1, which includes dummy memory cell arrays (DMM1), (DMM2), (DMM3), (DMM4) and local data line selection MOSs (M1), (M2). Are connected in the same manner as the memory cell block.

図48、図49は回路の動作を説明する図である。D1、D2には、これを充放電するための、プリ/ディスチャージMOS(M5)、(M6)が接続されている。さらにD1、D2は、トランスファMOS(M7)、(M8)を介してM13、M14、M15、M16からなるセンスアンプ(差動増幅器)に接続されている。   48 and 49 are diagrams illustrating the operation of the circuit. D1 and D2 are connected to pre / discharge MOSs (M5) and (M6) for charging and discharging the same. Further, D1 and D2 are connected to a sense amplifier (differential amplifier) including M13, M14, M15, and M16 via transfer MOSs (M7) and (M8).

センスアンプには、これを活性化するための電源MOS(M11)、(M12)が接続されている。センスアンプの両入出力線(D3)、(D4)にはこれを放電するためのセンスアンプディスチャージMOS(M9)、(M10)が設けられている。   Power supply MOSs (M11) and (M12) for activating the sense amplifier are connected to the sense amplifier. Both input / output lines (D3) and (D4) of the sense amplifier are provided with sense amplifier discharge MOSs (M9) and (M10) for discharging the same.

次に本実施例の読み出し、消去及び書き込み動作を説明する。本実施例では、読み出し、書き込みは上下のメモリセルを切り替えて行うことを特徴とする。ただし消去は上下のメモリセルを同時に行う。また、以下の説明では、メモリセルのしきい電圧が高い場合を“1”、低い場合を“0”とする。また論理は正論理で高レベルを“1”、低レベルを“0”とする。もちろんこれらは逆でもかまわない。   Next, read, erase, and write operations of this embodiment will be described. This embodiment is characterized in that reading and writing are performed by switching upper and lower memory cells. However, erasing is performed simultaneously on the upper and lower memory cells. In the following description, the case where the threshold voltage of the memory cell is high is “1”, and the case where the threshold voltage is low is “0”. The logic is positive logic, and the high level is "1" and the low level is "0". Of course, these can be reversed.

図47に回路の具体的な動作を説明する前に、読み出し、消去、書き込みの各場合にメモリセルに与える電圧の例を示す。   FIG. 47 shows an example of a voltage applied to a memory cell in each case of reading, erasing, and writing before describing a specific operation of the circuit.

読み出しは、読み出したいメモリセル(この場合はMM1)とそれに対応するダミーメモリセル(この場合はDMM1)のローカルデータ線をプリチャージ(例えば2.5V)し、ワード線(W1)とダミーワード線(DW1)に読み出し電圧(例えば2.5V)をかけてMM1、MM2をオンし、ローカルデータ線(LDL)とダミーローカルデータ線(DLDL)を放電することで行う。あらかじめダミーメモリセルDMM1のしきい電圧は“1”と“0”の中間の値に設定しておく。するとMM1のデータが“0”のときは、LDLの電圧が速く下がり、“1”のときはDLDLの方が速く下がり、LDLの電圧は高いまま保たれる。   For reading, the local data line of the memory cell to be read (in this case, MM1) and the corresponding dummy memory cell (in this case, DMM1) are precharged (for example, 2.5 V), and the word line (W1) and the dummy word line This is performed by applying a read voltage (for example, 2.5 V) to (DW1), turning on MM1 and MM2, and discharging the local data line (LDL) and the dummy local data line (DLDL). The threshold voltage of the dummy memory cell DMM1 is set in advance to an intermediate value between "1" and "0". Then, when the data of MM1 is "0", the voltage of LDL decreases quickly, and when the data of MM1 is "1", DLDL decreases faster and the voltage of LDL is kept high.

消去は上下のローカルデータ線(LDL)(LDU)とソース線(S)を高レベル(例えば5V)にし、ワード線(W1)に消去電圧(例えば−10V)を印加し、全てのメモリセルのしきい電圧を下げることで行う。   For erasing, the upper and lower local data lines (LDL) (LDU) and the source line (S) are set to a high level (for example, 5 V), an erasing voltage (for example, -10 V) is applied to the word line (W1), and all the memory cells are erased. This is done by lowering the threshold voltage.

書き込みはソース線(S)を高レベル(例えば5V)、“1”を書き込みたいメモリセル(この場合はMM1)のローカルデータ線(LDL)を0V、“0”を書き込みたいメモリセル(この場合はMM2)のローカルデータ線(LDU)を高レベル(例えば5V)とし、ワード線(W1)に書き込み電圧(例えば15V)を印加する。MM1のデータ線−ワード線間には15Vかかっているのでしきい電圧が上昇する。これを“1”書き込みと呼ぶ。MM2ではデータ線−ワード線間もソース線−ワード線間にも10Vしかかからないので、しきい電圧の上昇が抑圧される。これを“0”書き込みと呼ぶ。   For writing, the source line (S) is set to a high level (for example, 5 V), the local data line (LDL) of the memory cell (MM1 in this case) to which "1" is to be written is 0 V, and the memory cell to which "0" is to be written (in this case). Sets the local data line (LDU) of the MM2) to a high level (for example, 5V) and applies a write voltage (for example, 15V) to the word line (W1). Since 15 V is applied between the data line and the word line of MM1, the threshold voltage rises. This is called "1" writing. Since only 10 V is applied between the data line and the word line and between the source line and the word line in the MM2, the rise of the threshold voltage is suppressed. This is called “0” writing.

以上の説明における電圧値は一例である。書き込み電圧はメモリセルのしきい電圧が十分短い時間に上がりかつ破壊しない程度に高く、消去電圧はメモリセルのしきい電圧が十分短い時間に下がりかつ破壊しない程低く、“0”書き込みをするメモリセルのローカルデータ線とソース線の電圧は、“1”書き込みのメモリセルに対してしきい電圧の上昇を抑圧できるだけ高く、読み出し時のワード線電圧とローカルデータ線電圧は不必要なしきい電圧の上昇が起こらない程度に低いことが本質である。   The voltage values in the above description are examples. The write voltage is so high that the threshold voltage of the memory cell rises in a sufficiently short time and does not break down, and the erase voltage is low enough that the threshold voltage of the memory cell falls in a sufficiently short time and does not break down. The voltage of the local data line and the source line of the cell is as high as possible to suppress the rise of the threshold voltage for the memory cell of "1" write, and the word line voltage and the local data line voltage at the time of reading are unnecessary threshold voltages. It is essential that the temperature is low enough that no rise occurs.

メモリセル(MM1)、(MM2)、ダミーメモリセル(DMM1)(DMM2)を用いて具体的な読み出し動作の説明をする。ここで、下のメモリセル(MM1)には“0”が、上のメモリセル(MM2)には“1”が書き込まれているとする。   A specific read operation will be described using the memory cells (MM1) and (MM2) and the dummy memory cells (DMM1) and (DMM2). Here, it is assumed that "0" is written in the lower memory cell (MM1) and "1" is written in the upper memory cell (MM2).

図48は読み出しを行うためのタイミングチャートである。まず、LD1、DLD1を高レベルにし、ローカルデータ線選択MOS(M3)、ダミーローカルデータ線選択MOS(M1)をオンし、ローカルデータ線(LDL)とグローバルデータ線(D1)、ダミーローカルデータ線(DLDL)とグローバルデータ線(D2)を接続する。次にPDGを高レベルにし、プリチャージMOS(M5)、(M6)をオンし、LDL、DLDL、D1、D2をプリチャージする。また、SADGを高レベルにし、センスアンプディスチャージMOS(M9)、(M10)をオンし、センスアンプの両端(D3)、(D4)の電圧を接地レベルに落とす。次に、ワード線(W1)とダミーワード線(DW1)をオンし、データ線の放電を始める。この際メモリセル(MM1)には“0”が書き込まれているのでダミーメモリセル(DMM1)よりしきい値が低く、放電は速く行われるためD1のほうがD2よりも電圧が低くなる。次にT1Gを高レベルにし、トランスファMOS(M7)、(M8)をオンし、グローバルデータ線(D1)、(D2)の電圧をセンスアンプに転送する。
続いてSAPを低レベルに、SANを高レベルにしてセンスアンプ活性化MOSトランジスタ(M11)、(M12)をオンし、センスアンプを活性化し、2本の入出力線(D3)、(D4)の電圧差を電源電圧まで増幅する。これにより下側のメモリセル(MM1)のデータが読み出せる。同様に上側のメモリセル(MM2)を読み出す。ただしこのときはローカルデータ線選択MOSとしてはM2、M4(信号線はLD2、DLD2)を用いる。ワード線(W1)とダミーワード線(DW1)をオンし、データ線の放電を始めると、今度はMM2のしきい電圧の方がDMM4のしきい電圧より高いので、D1の方がD2よりも放電が遅く高い電圧に保たれる。
FIG. 48 is a timing chart for performing reading. First, LD1 and DLD1 are set to high level, the local data line selection MOS (M3) and the dummy local data line selection MOS (M1) are turned on, and the local data line (LDL), the global data line (D1), and the dummy local data line (DLDL) and the global data line (D2). Next, the PDG is set to a high level, the precharge MOSs (M5) and (M6) are turned on, and LDL, DLDL, D1, and D2 are precharged. Further, the SADG is set to the high level, the sense amplifier discharge MOSs (M9) and (M10) are turned on, and the voltages at both ends (D3) and (D4) of the sense amplifier are lowered to the ground level. Next, the word line (W1) and the dummy word line (DW1) are turned on, and the discharge of the data line is started. At this time, since "0" is written in the memory cell (MM1), the threshold value is lower than that of the dummy memory cell (DMM1), and the discharge is performed faster, so that the voltage of D1 is lower than that of D2. Next, T1G is set to the high level, the transfer MOSs (M7) and (M8) are turned on, and the voltages of the global data lines (D1) and (D2) are transferred to the sense amplifier.
Subsequently, the SAP is set to low level and the SAN is set to high level to turn on the sense amplifier activating MOS transistors (M11) and (M12) to activate the sense amplifier and activate the two input / output lines (D3) and (D4). Is amplified to the power supply voltage. As a result, data in the lower memory cell (MM1) can be read. Similarly, the upper memory cell (MM2) is read. However, at this time, M2 and M4 (signal lines are LD2 and DLD2) are used as local data line selection MOSs. When the word line (W1) and the dummy word line (DW1) are turned on and the discharge of the data line is started, the threshold voltage of MM2 is higher than the threshold voltage of DMM4, so that D1 is higher than D2. Discharge is slow and is maintained at a high voltage.

次に消去動作を説明する。消去の前には一旦全てのセルに書き込みを行う。これは連続して“0”を書き続けられた(しきい電圧が上がることがない)セルが過剰に消去されるのを防ぐために必要である。LD1、LD2を高レベルにし、ローカルデータ線選択MOS(M1)、(M2)をオンし、上下のローカルデータ線(LDL)、(LDU)をグローバルデータ線(D1)に接続する。PDDを低電圧にしPDGを項電圧にして、データ線プリ/ディスチャージMOS(M5)、(M6)をオンする。LDL、LDUの電圧が低レベルになったところで、ワード線(W1)に書き込み電圧を印可する。M1、M2、M5をオンしたままPDDを高電圧にする。上下のローカルデータ線(LDL)、(LDU)の電圧は高レベルになったところで、ワード線(W1)に消去電圧を印可する。これにより上下のセルを同時に消去できる。   Next, the erasing operation will be described. Before erasing, all cells are once written. This is necessary in order to prevent a cell to which "0" is continuously written (the threshold voltage does not rise) from being excessively erased. LD1 and LD2 are set to the high level, the local data line selection MOSs (M1) and (M2) are turned on, and the upper and lower local data lines (LDL) and (LDU) are connected to the global data line (D1). The PDD is set to a low voltage, the PDG is set to a term voltage, and the data line pre / discharge MOSs (M5) and (M6) are turned on. When the voltages of the LDL and LDU become low, a write voltage is applied to the word line (W1). The PDD is set to a high voltage with M1, M2, and M5 turned on. When the voltages of the upper and lower local data lines (LDL) and (LDU) become high level, an erase voltage is applied to the word line (W1). Thereby, the upper and lower cells can be erased simultaneously.

次に書き込み動作を説明する。下のメモリセル(MM1)に“0”を、上のメモリセル(MM2)に“1”を書き込む場合について説明する。書き込み時は上下のロールデータ線を別々の電圧にしなければならない。しかも書き込み時にはメモリセルが強いオン状態となるので、ローカルデータ線の電圧はスタティックに与えなければならない。従って書き込みは上下のセルで別々に行う。ただし、一方のセルを書き込むときに、他方のセルに悪影響を与えないように、ダイナミックにではあるがローカルデータ線の電圧を与えておく。センスアンプの入出力線(D3)を低レベルにし、LD2を高レベルにしてローカルデータ線選択MOS(M4)をオンし、上側のローカルデータ線(LDU)を低レベルにする。次にLD2を低レベルにしてM4をオフすることにより電圧がダイナミックに与えられる。
次にD3を高レベルにし、LD1を高レベルにしてローカルデータ線選択MOS(M3)をオンし、下側のローカルデータ線(LDL)を高レベルにする。続いてM3をオンしたままワード線(W1)に書き込み電圧を印可する。これによりMM1に“0”が書き込まれる。この際MM2は強くオンするので、LDUの電圧は上がり、MM2の“1”書き込みは不十分である。
Next, a write operation will be described. The case where "0" is written in the lower memory cell (MM1) and "1" is written in the upper memory cell (MM2) will be described. At the time of writing, the upper and lower roll data lines must have different voltages. In addition, since the memory cell is strongly turned on at the time of writing, the voltage of the local data line must be statically applied. Therefore, writing is performed separately for the upper and lower cells. However, when writing one cell, the voltage of the local data line is applied dynamically, but not adversely, to the other cell. The input / output line (D3) of the sense amplifier is set to low level, LD2 is set to high level, the local data line selection MOS (M4) is turned on, and the upper local data line (LDU) is set to low level. Next, the voltage is dynamically applied by setting LD2 to low level and turning off M4.
Next, D3 is set to the high level, LD1 is set to the high level, the local data line selection MOS (M3) is turned on, and the lower local data line (LDL) is set to the high level. Subsequently, a write voltage is applied to the word line (W1) with M3 turned on. As a result, "0" is written to MM1. At this time, since MM2 is strongly turned on, the voltage of LDU rises, and writing "1" of MM2 is insufficient.

次にLD1を低レベルにしてM3をオフすることでLDLの電圧がダイナミックに与えられる。次にD3を低レベルにし、LD2を高レベルにしてM4をオンしLDUを低レベルにする。続いてW1に書き込み電圧を印可する。これによりMM2に“1”が書き込まれる。この際MM1は強くオンするが、LDLの電圧は変わらず、MM1は“0”書き込みが行なわれる。   Next, the voltage of LDL is dynamically given by turning off LD3 and turning off M3. Next, D3 is set to low level, LD2 is set to high level, M4 is turned on, and LDU is set to low level. Subsequently, a write voltage is applied to W1. As a result, "1" is written to MM2. At this time, although MM1 is strongly turned on, the voltage of LDL does not change, and "0" is written to MM1.

本実施例の特徴は、上下に積み重ねられたメモリセルそれぞれのローカルデータ線が選択MOSトランジスタを介して一本のグローバルデータ線に接続され、読み出し、書き込みを行う際に、順次切り替えて行うことで、メモリセルが積層化されてもグローバルデータ線やセンスアンプの数を増やすことがなく、周辺回路の面積の増大を防ぐことができることである。   The feature of this embodiment is that the local data lines of the memory cells stacked vertically are connected to one global data line via a selection MOS transistor, and are sequentially switched when reading and writing are performed. In addition, even if the memory cells are stacked, the number of global data lines and sense amplifiers does not increase, and the area of the peripheral circuit can be prevented from increasing.

本実施例ではメモリセルが2層であるが、これは3層以上でもよい。また、積層型でなくローカルデータ線を平面上に並べてもよい。さらに両者を組み合わせて積層されたローカルデータ線の組を平面上に並べてもよい。
実施例24
図50を用いて第24の実施例では半導体記憶装置の読み出し、消去及び書き込み回路の別の構成を、説明する。図50は対となるデータ線とワード線の全ての交点にメモリセルが配置されている点で図46と異なる。
In this embodiment, the memory cells have two layers, but this may be three or more layers. Further, the local data lines may be arranged on a plane instead of the stacked type. Further, a set of local data lines stacked by combining them may be arranged on a plane.
Example 24
In the twenty-fourth embodiment, another configuration of the read, erase, and write circuits of the semiconductor memory device will be described with reference to FIG. FIG. 50 differs from FIG. 46 in that memory cells are arranged at all intersections of a data line and a word line forming a pair.

データ線とセンスアンプの位置関係としては、対となるデータ線をセンスアンプの両側に配置する解放形と、同一の方向に配置する折り返し形が知られている。解放形はデータ線とワード線の全ての交点にメモリセルを配置でき、集積度が高いという利点がある一方、ワード線駆動による雑音が大きいという欠点がある。折り返し形では逆にデータ線とワード線の全ての交点にメモリセルを配置できないが、ワード線駆動による雑音が小さいという利点がある。本実施例では折り返しデータ線構造にもかかわらず、データ線とワード線の全ての交点にメモリセルを置いている。メモリセルMM1を読み出す場合、MM7、MM8のセルも活性化する。しかし、ローカルデータ線選択MOSトランジスタM7、M8がオフしているのでグローバルデータ線D2には影響を与えない。メモリセルは読み出しに対して非破壊なので、MM7、MM8に書き込まれたデータも変化することはない。単一電子メモリは微細化には有利であるが、扱う電流が少なく雑音に弱いという欠点があった。これによりメモリセルの高集積性を犠牲にすることなく、雑音に強い折り返し形のデータ線構造とすることができる。   As the positional relationship between the data lines and the sense amplifiers, there are known an open type in which a pair of data lines are arranged on both sides of the sense amplifier and a folded type in which the data lines are arranged in the same direction. The open type has the advantage that the memory cells can be arranged at all the intersections of the data line and the word line and has a high degree of integration, but has the disadvantage that the noise due to the word line drive is large. Conversely, in the folded type, memory cells cannot be arranged at all the intersections of the data line and the word line, but there is an advantage that noise due to word line driving is small. In this embodiment, memory cells are placed at all the intersections of the data lines and the word lines despite the folded data line structure. When reading the memory cell MM1, the cells MM7 and MM8 are also activated. However, since the local data line selection MOS transistors M7 and M8 are off, the global data line D2 is not affected. Since the memory cell is non-destructive for reading, the data written in MM7 and MM8 does not change. Single-electron memories are advantageous for miniaturization, but have the drawback that they handle a small amount of current and are susceptible to noise. Thus, a folded data line structure resistant to noise can be obtained without sacrificing high integration of the memory cells.

なお、本実施例では、同一ワード線上にある全てのメモリセルを読み出すには4回の動作を行うことになる。ただし書き込みはグローバルデータ線ごとに独立しているので実施例23と同様2回、消去は1回でよい。   In this embodiment, four operations are performed to read all the memory cells on the same word line. However, since the writing is independent for each global data line, it is sufficient to perform the erasing twice and the erasing once, as in the twenty-third embodiment.

本実施例ではメモリセルが2層であるが、これは3層以上でもよい。また、積層型でなくローカルデータ線を平面上に並べてもよい。さらに両者を組み合わせて積層されたローカルデータ線の組を平面上に並べてもよい。また、ローカルデータ線は1本でもよい。対となるグローバルデータ線とワード線の全ての交点にメモリセルが配置されていることが本質である。     In this embodiment, the memory cells have two layers, but this may be three or more layers. Further, the local data lines may be arranged on a plane instead of the stacked type. Further, a set of local data lines stacked by combining them may be arranged on a plane. Further, the number of local data lines may be one. It is essential that the memory cells are arranged at all the intersections of the global data line and the word line which form a pair.

また本実施例では単一電子メモリについて説明したが、これはメモリセルの読み出しが非破壊ならよく、他の浮遊ゲート型のメモリ、フラッシュメモリ等にも適用できる。   In this embodiment, a single-electron memory has been described. However, this can be applied to other floating gate memories, flash memories, and the like as long as the reading of a memory cell is non-destructive.

実施例25
図51を用いて第25の実施例では半導体記憶装置の入出力及びベリファイ回路の構成を説明する。入出力及びベリファイ回路はセンスアンプからのデータをシフトレジスタへ転送するためのトランスファ部、読み出しデータが全て“0”であるかどうかを調べるためのAll“0”判定回路、読み出しデータが全て“1”であるかどうかを調べるためのAll“1”判定回路、センスアンプからのデータを一時的に蓄え、外部に順次出力するためのシフトレジスタからなる。シフトレジスタは外部から書き込みデータ入力し、メモリセルへと転送するのにも使用される。また、書き込みベリファイ時の書き込み終了フラグの記憶場所にも使用される。シフトレジスタは上下のメモリセルに対応し、各グローバルデータ線に2列づつ、計4列設ける。
Example 25
In the twenty-fifth embodiment, the configuration of the input / output and verify circuit of the semiconductor memory device will be described with reference to FIG. The input / output and verify circuit includes a transfer unit for transferring data from the sense amplifier to the shift register, an All "0" determination circuit for checking whether all read data are "0", and all read data of "1". An All "1" determination circuit for checking whether the data is "1" and a shift register for temporarily storing data from the sense amplifier and sequentially outputting the data to the outside. The shift register is also used for externally inputting write data and transferring the write data to a memory cell. It is also used as a storage location of a write end flag at the time of write verification. The shift registers correspond to the upper and lower memory cells, and two columns are provided for each global data line, that is, four columns in total.

図51ではシフトレジスタ(2)、(3)、(4)の回路は省略し、信号線のみ示した。また、メモリセルアレイとしては実施例24に示したものを用いているが。もちろんこれは他のものでもよい。   In FIG. 51, the circuits of the shift registers (2), (3), and (4) are omitted, and only the signal lines are shown. Although the memory cell array shown in Embodiment 24 is used. Of course, this could be something else.

以下、読み出し、書き込み、消去ベリファイ、書き込みベリファイの順に説明する。   Hereinafter, read, write, erase verify, and write verify will be described in this order.

最初に読み出し動作について説明する。実施例23、4に示した手順により、メモリセルMM1のデータを読み出すとセンスアンプの入出力線D3にデータが現れる。次にトランスファ回路のP0を高レベル、P1を低レベルにしてM21、M22をオンする。D3のデータが“0”ならばM23がオンし、M21、M23を通して“0”がシフトレジスタの入出力線D5に現れる。D3のデータが“1”ならばM24がオンし、M22、M24を通して“1”がシフトレジスタの入出力線D5に現れる。次に、SRMF1を低レベルにし、シフトレジスタ(1)のマスタ部のフィードバックを切り、SRI1を高レベルにしてM39をオンし、シフトレジスタ(1)にデータを入力する。その後SRMF1を高レベルにしてM41をオンし、シフトレジスタ(1)のマスタ部のフィードバックをかけることによりデータが保持される。同様の手順をMM2、MM7、MM8について繰り返し、それぞれのデータをシフトレジスタ(2)、(3)、(4)に入力する。最後に、SRMFとSRSF1、SRSF2、SRSF3、SRSF4を交互に反転して、4本のシフトレジスタを同時に動作させ、データを外部に出力する。   First, the read operation will be described. When the data of the memory cell MM1 is read by the procedure shown in the embodiments 23 and 4, the data appears on the input / output line D3 of the sense amplifier. Next, P0 of the transfer circuit is set at a high level and P1 is set at a low level, and M21 and M22 are turned on. If the data of D3 is "0", M23 is turned on, and "0" appears on the input / output line D5 of the shift register through M21 and M23. If the data of D3 is "1", M24 turns on, and "1" appears on the input / output line D5 of the shift register through M22 and M24. Next, SRMF1 is set to low level, the feedback of the master unit of the shift register (1) is turned off, SRI1 is set to high level, M39 is turned on, and data is input to the shift register (1). Thereafter, SRMF1 is set to a high level to turn on M41, and the data is held by applying the feedback of the master unit of the shift register (1). The same procedure is repeated for MM2, MM7, and MM8, and the respective data is input to shift registers (2), (3), and (4). Finally, SRMF and SRSF1, SRSF2, SRSF3, and SRSF4 are alternately inverted to operate the four shift registers simultaneously and output data to the outside.

次に書き込み動作を説明する。シフトレジスタに入力するデータをDI1、DI2、DI3、DI4に用意し、SRMFとSRSF1、SRSF2、SRSF3、SRSF4を交互に反転して、4本のシフトレジスタを同時に動作させ、データを所定のデータ線まで転送する。転送の終了時にはSRSFが低レベル、SRMF1、SRSF2、SRSF3、SRSF4が高レベルでマスタ部にのみフィードバックがかかった状態にしておく。あとは実施例2で示したタイミングでSRO1、SRI1、T2Gを高レベルにし、M44、M39、M25をオンしてセンスアンプの入出力線D3にデータを転送し、書き込みを行う。   Next, a write operation will be described. Data to be input to the shift register is prepared in DI1, DI2, DI3, and DI4, and SRMF and SRSF1, SRSF2, SRSF3, and SRSF4 are alternately inverted to operate the four shift registers at the same time and to transfer data to a predetermined data line. Transfer to At the end of the transfer, SRSF is at a low level, SRMF1, SRSF2, SRSF3, and SRSF4 are at a high level, and only the master unit is fed back. Thereafter, at the timing shown in the second embodiment, SRO1, SRI1, and T2G are set to a high level, M44, M39, and M25 are turned on, and data is transferred to the input / output line D3 of the sense amplifier to perform writing.

次に消去ベリファイの動作について説明する。消去ベリファイとは一度消去したメモリセルに対して読み出しを行い、正常に消去ができているかを確認し、消去が不十分なメモリセルに対してのみ再度消去を行うことを言う。最初の消去は実施例2で示したように、上下のメモリセルについて同時にできるが、消去ベリファイ時の消去は上下のメモリセルで別々に行わなければならない。まず、読み出しを行い、データをシフトレジスタに入力する。次にA0Gを高レベルにしてM31、M33をオンしシフトレジスタの入出力線D5、D6を接地レベルにする。次にAL0を高レベルにした後ハイインピーダンス状態にする。次にSRO1を高レベルにしてM44をオンし、シフトレジスタ(1)のデータを出力する。同様にシフトレジスタ(2)から(4)のデータも順次出力する。もし、出力したデータ全て“0”ならばM32、M34はオンせず、AL0の電圧は高いまま保たれる。もし、出力したデータが1つでも“1”ならばM32はオンし、AL0の電圧は下がる。従ってAL0の電圧を監視し、もし下がったら消去が不完全であるとわかる。   Next, the erase verify operation will be described. Erase verify refers to reading data from a memory cell that has been erased once, confirming that the data has been erased normally, and performing erasing again only on a memory cell that has not been sufficiently erased. The first erasure can be performed simultaneously on the upper and lower memory cells as shown in the second embodiment, but the erasure at the time of the erase verify must be performed separately on the upper and lower memory cells. First, reading is performed, and data is input to the shift register. Next, A0G is set to a high level, M31 and M33 are turned on, and the input / output lines D5 and D6 of the shift register are set to the ground level. Next, AL0 is set to a high level and then set to a high impedance state. Next, SRO1 is set at a high level to turn on M44, and the data of the shift register (1) is output. Similarly, the data of the shift registers (2) to (4) are sequentially output. If all the output data is "0", M32 and M34 are not turned on, and the voltage of AL0 is kept high. If at least one output data is "1", M32 is turned on and the voltage of AL0 falls. Therefore, the voltage of AL0 is monitored, and if it drops, it is found that the erasure is incomplete.

次に書き込みベリファイの動作について説明する。消去ベリファイの場合は全ての読み出しデータが“0”であることを調べればよかったが、書き込みベリファイの場合はメモリセルごとに書き込むデータが違うので、メモリセルごとに書き込み終了を示すフラグが必要である。本実施例ではこのフラグをシフトレジスタと兼用する。最初の書き込みの時、シフトレジスタには書き込むデータを反転したデータを入れておく(シフトレジスタの値とローカルデータ線の電圧を一致させるためにもこのほうが都合がよい)。これを“1”書き込みの終了フラグとみなす。すなわち“0”の場合は“1”書き込みが終了しておらず、“1”の場合は“1”書き込みが終了した、もしくは最初からする必要がない(“0”書き込み)ことを示す。従って書き込みを行ったあと読み出しを行い、読み出しデータが“1”の場合のみシフトレジスタのデータを“1”に書き換え、シフトレジスタのデータが全て“1”であるかどうかを調べればよい。読み出しデータが“1”の場合のみシフトレジスタのデータを“1”に書き換えるには次のようにする。書き込み後の読み出しの際、通常の読み出しと違い、P1は低レベルにするが、P0は高レベルにしない。すると読み出しデータが“1”の場合のみM22、M24を介して高レベルが伝達され、読み出しデータが“0”の場合はM21、M24のいずれもオンしないのでシフトレジスタのデータは保持される。書き込み終了フラグの更新が終わったら、全てが“1”であるかどうかを確認する。
まず、A1Gを低レベルにしてM35、M37をオンし、シフトレジスタの入出力線D5、D6をプリチャージする。次にAL1を低レベルにした後ハイインピーダンス状態にする。次にSRO1を高レベルにしてシフトレジスタのデータを出力する。同様にシフトレジスタ(2)から(4)のデータも順次出力する。もし、出力したデータ全て“1”ならばM36、M38はオンせず、AL1の電圧は低いまま保たれる。もし、出力したデータのうちどれか1つでも“0”ならばM36、M38はオンし、AL1の電圧は上がる。従ってAL1の電圧を監視し、上がったら書き込みが不完全であるとわかる。
Next, the write verify operation will be described. In the case of erase verify, it was sufficient to check that all read data is "0". However, in the case of write verify, a write end flag is required for each memory cell because data to be written differs for each memory cell. . In this embodiment, this flag is also used as a shift register. At the time of the first writing, the inverted data is written in the shift register (this is more convenient in order to match the value of the shift register with the voltage of the local data line). This is regarded as an end flag for writing “1”. That is, in the case of "0", the writing of "1" has not been completed, and in the case of "1", the writing of "1" has been completed or it is not necessary to start from the beginning ("0" writing). Therefore, reading is performed after writing, the data in the shift register is rewritten to “1” only when the read data is “1”, and it is determined whether all the data in the shift register is “1”. To rewrite the data of the shift register to “1” only when the read data is “1”, the following is performed. At the time of reading after writing, unlike normal reading, P1 is set to low level, but P0 is not set to high level. Then, only when the read data is "1", a high level is transmitted via M22 and M24, and when the read data is "0", neither M21 nor M24 is turned on, and the data in the shift register is retained. After the update of the write end flag is completed, it is checked whether or not all are “1”.
First, A1G is set to low level to turn on M35 and M37, and the input / output lines D5 and D6 of the shift register are precharged. Next, AL1 is set to a low level and then to a high impedance state. Next, SRO1 is set to a high level to output the data of the shift register. Similarly, the data of the shift registers (2) to (4) are sequentially output. If all the output data is "1", M36 and M38 are not turned on, and the voltage of AL1 is kept low. If any one of the output data is "0", M36 and M38 are turned on, and the voltage of AL1 rises. Therefore, the voltage of AL1 is monitored, and when it rises, it is understood that writing is incomplete.

本実施例によれば、書き込みベリファイ時に読み出しデータが“1”の場合のみ書き込み終了フラグを書き換えるという論理をトランスファ回路の片側を使うことにより実現でき、また、書き込み終了フラグをデータ入出力用のシフトレジスタと兼用することにより、周辺回路の面積の増大を抑えることができる。また、読み出し、書き込みベリファイ、消去ベリファイのいずれの動作においても同一のダミーセルをしきい電圧の基準として用いている。このことにより、雑音に対する余裕度が向上する。   According to this embodiment, the logic of rewriting the write end flag only when the read data is "1" at the time of the write verify can be realized by using one side of the transfer circuit. By also using the register, an increase in the area of the peripheral circuit can be suppressed. In addition, the same dummy cell is used as a threshold voltage reference in any of the read, write verify, and erase verify operations. This improves the noise margin.

シフトレジスタは図51に示したものでなくとも、スタティック動作ができるものなら何でもよい。また、メモリセルにデータを転送するためのラッチを別に設ければ、シフトレジスタはダイナミック動作のものも使用できる。   The shift register is not limited to the one shown in FIG. 51, but may be any one that can perform a static operation. If a latch for transferring data to a memory cell is separately provided, a shift register having a dynamic operation can be used.

実施例26
図52に第26の実施例を示す。本実施例は実施例26にデコーダ、駆動回路、制御回路を付加した半導体記憶装置である。中央には複数のメモリセルのブロックがあり、そのうちの一つがダミーメモリブロックである。以下、動作を説明する。まず、読み出し、消去、書き込み等を示すコマンドをコマンドプリデコーダに入力する。すると電圧切り替え回路によって、各コマンドに応じた電源電圧が各駆動回路に供給される。次にアドレスデコーダにアドレス信号を入力し、メモリセルを選択する。その状態で、実施例25で示したようなタイミングで各信号を入力すれば、所望のメモリセルに対する読み出し、消去、書き込みが行われる。
Example 26
FIG. 52 shows a twenty-sixth embodiment. This embodiment is a semiconductor memory device in which a decoder, a driving circuit, and a control circuit are added to the embodiment 26. At the center is a block of memory cells, one of which is a dummy memory block. Hereinafter, the operation will be described. First, commands indicating reading, erasing, writing, and the like are input to the command predecoder. Then, a power supply voltage corresponding to each command is supplied to each drive circuit by the voltage switching circuit. Next, an address signal is input to the address decoder to select a memory cell. In this state, if each signal is input at the timing shown in the twenty-fifth embodiment, reading, erasing, and writing to a desired memory cell are performed.

メモリセルの選択方法をさらに詳しく述べる。アドレス信号はアドレスプリデコーダとローカルデータ線デコーダに入力する。アドレスプリデコーダからの信号は2つに別れ、ブロックデコーダとワード線デコーダに入力される。これによりある1つのブロックのある1本のワード線が選択される。   The method of selecting a memory cell will be described in more detail. The address signal is input to an address predecoder and a local data line decoder. The signal from the address predecoder is divided into two parts, and is inputted to the block decoder and the word line decoder. As a result, one word line in one block is selected.

上下のローカルデータ線の選択はローカルデータ線デコーダからの信号によって行う。ローカルデータ線は上下別々に選択される場合と、同時に選択される場合があるが、その区別はコマンドプリデコーダが行う。本実施例により、大規模な半導体記憶装置が実現できる。   Selection of upper and lower local data lines is performed by a signal from a local data line decoder. The local data lines may be selected separately in the upper and lower portions, or may be selected at the same time. The distinction is made by the command predecoder. According to this embodiment, a large-scale semiconductor memory device can be realized.

実施例27
図53に第27の実施例を示す。本実施例は実施例27のシフトレジスタの他にもう1組のレジスタを設けたもので、リフレッシュ動作を可能とする。
Example 27
FIG. 53 shows a twenty-seventh embodiment. In this embodiment, another set of registers is provided in addition to the shift register of the twenty-seventh embodiment, and a refresh operation can be performed.

本発明の実施例1の半導体素子の構造図である。(a)が鳥瞰図、(b)が断面図である。1 is a structural diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, and (b) is a cross-sectional view. 本発明の実施例3の半導体素子の構造図である。(a)が鳥瞰図、(b)が断面図である。FIG. 9 is a structural diagram of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, and (b) is a cross-sectional view. 本発明の実施例4の半導体素子の構造図である。(a)が鳥瞰図、(b)が断面図である。FIG. 9 is a structural diagram of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, and (b) is a cross-sectional view. 本発明の実施例5の半導体素子の構造図である。(a)が鳥瞰図、(b)がチャネル部を含む断面での断面図、(c)がソースを含む断面での断面図である。FIG. 9 is a structural diagram of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, (b) is a cross-sectional view including a section including a channel portion, and (c) is a cross-sectional view including a source. 本発明の実施例6の半導体素子の構造図である。(a)がチャネル形成時の鳥瞰図、(b)がゲート形成後の鳥瞰図である。FIG. 13 is a structural diagram of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view when a channel is formed, and (b) is a bird's-eye view after a gate is formed. 本発明の実施例7の半導体素子の構造図である。FIG. 13 is a structural diagram of a semiconductor device according to Example 7 of the present invention. 本発明の実施例8の半導体素子の構造図である。(a)がチャネル形成時の鳥瞰図、(b)がゲート形成後の鳥瞰図である。FIG. 13 is a structural diagram of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view when a channel is formed, and (b) is a bird's-eye view after a gate is formed. 本発明の実施例9の半導体装置を示す図である。(a)鳥瞰図、(b)が上面図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a ninth embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, and (b) is a top view. 本発明の実施例10の半導体装置を示す図である。(a)鳥瞰図、(b)が上面図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a tenth embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, and (b) is a top view. 本発明の実施例11の半導体装置の製造工程を示す上面図である。FIG. 32 is a top view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to Embodiment 11 of the present invention; 本発明の実施例11の半導体装置の製造工程を示す上面図である。FIG. 32 is a top view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to Embodiment 11 of the present invention; 本発明の実施例11の半導体装置及びその製造工程を示す上面図である。FIG. 21 is a top view illustrating a semiconductor device of Example 11 of the present invention and a manufacturing process thereof. 本発明の実施例12の半導体素子の構造図である。FIG. 16 is a structural diagram of a semiconductor device according to Example 12 of the present invention. 本発明の実施例13の半導体装置を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a semiconductor device according to a thirteenth embodiment of the present invention. 本発明の実施例2の半導体装置を示す図である。(a)が鳥瞰図、(b)が断面図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. (a) is a bird's-eye view, and (b) is a cross-sectional view. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程を示す鳥瞰図である。FIG. 5 is a bird's-eye view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例11の半導体装置のコンタクト部分の構造示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a structure of a contact portion of a semiconductor device according to Embodiment 11 of the present invention. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素である半導体記憶素子の構造図である。(a)がチャネル形成後、(b)がワード線形成後の鳥瞰図である。FIG. 21 is a structural diagram of a semiconductor memory element which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. (a) is a bird's-eye view after forming a channel, and (b) is a bird's-eye view after forming a word line. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素である半導体記憶素子の上面図である。FIG. 34 is a top view of a semiconductor storage element which is a component of the semiconductor device according to Example 14 of the present invention. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素である半導体記憶素子の動作原理を説明するモデル図である。FIG. 19 is a model diagram illustrating the operation principle of a semiconductor memory element that is a component of the semiconductor device according to Example 14 of the present invention. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。メモリセル形成前の図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. FIG. 3 is a diagram before a memory cell is formed. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。データ線形成後の図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. FIG. 4 is a diagram after a data line is formed. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。チャネル形成のためのレジスト形成後の図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. FIG. 4 is a view after forming a resist for forming a channel. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。ワード線形成後の図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. FIG. 6 is a view after a word line is formed. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。コンタクト孔形成後の図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. It is a figure after forming a contact hole. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。一層目の配線形成後の図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. FIG. 7 is a diagram after a first-layer wiring is formed. 発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。二層目の配線形成後の図である。FIG. 26 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. FIG. 11 is a diagram after a second-layer wiring is formed. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。コンタクト孔形成後の図である。特にセルアレイ端部でのワード線に対するコンタクトパターンを示す図である。FIG. 34 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. It is a figure after forming a contact hole. FIG. 6 is a diagram showing a contact pattern for a word line at an end of a cell array. 本発明の実施例14の半導体装置の構成要素であるメモリマットの選択MOSのコンタクト構造を説明する断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a contact structure of a selection MOS of a memory mat that is a component of a semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. 本発明の実施例15の半導体装置の構成要素である半導体記憶素子の構造図である。(a)がチャネル形成後、(b)がワード線形成後の鳥瞰図である。FIG. 15 is a structural diagram of a semiconductor memory element which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 15 of the present invention. (a) is a bird's-eye view after forming a channel, and (b) is a bird's-eye view after forming a word line. 本発明の実施例15の半導体装置の構成要素である半導体記憶素子の、異なる形状の半導体記憶素子の構造図である。(a)がチャネル形成後、(b)がワード線形成後の鳥瞰図である。FIG. 21 is a structural diagram of a semiconductor memory element having a different shape, which is a constituent element of the semiconductor device according to Embodiment 15 of the present invention. (a) is a bird's-eye view after forming a channel, and (b) is a bird's-eye view after forming a word line. 本発明の実施例15の半導体装置の構成要素であるメモリマットの上面図である。コンタクト孔形成後の図である。FIG. 35 is a top view of a memory mat which is a component of the semiconductor device according to Embodiment 15 of the present invention. It is a figure after forming a contact hole. 本発明の実施例16から実施例22の説明に用いるセルアレイを示した図である。FIG. 27 is a diagram showing a cell array used for describing Examples 16 to 22 of the present invention. 本発明の実施例16の半導体記憶装置の読みだし、消去、書き込みの動作シーケンスを示した図である。FIG. 32 is a diagram showing an operation sequence of reading, erasing, and writing of the semiconductor memory device according to Embodiment 16 of the present invention. 本発明の実施例17の半導体記憶装置の読みだし、消去、書き込みの動作シーケンスを示した図である。FIG. 26 is a diagram showing an operation sequence of reading, erasing, and writing of the semiconductor memory device of Embodiment 17 of the present invention. 本発明の実施例17の半導体記憶装置の構成図である。FIG. 21 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to Embodiment 17 of the present invention. 本発明の実施例18の半導体記憶装置の読みだし、消去、書き込みの動作シーケンスを示した図である。FIG. 32 is a view showing an operation sequence of reading, erasing, and writing of the semiconductor memory device according to Example 18 of the present invention. 本発明の実施例19の半導体記憶装置の構成図である。19 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to Example 19 of the present invention. FIG. 本発明の実施例19の半導体記憶装置のリフレッシュ動作のシーケンスを示した図である。FIG. 39 is a view showing a sequence of a refresh operation of the semiconductor memory device of Embodiment 19 of the present invention. 本発明の実施例20の半導体記憶装置の構成図である。FIG. 21 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to a twentieth embodiment of the present invention. 本発明の実施例20の半導体記憶装置のリフレッシュ動作のシーケンスを示した図である。FIG. 39 is a view illustrating a sequence of a refresh operation of the semiconductor memory device according to Example 20 of the present invention. 本発明の実施例21の半導体記憶装置の構成図である。21 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to Embodiment 21 of the present invention. FIG. 本発明の実施例21の半導体記憶装置のメモリセルのドレイン電流の時間変化である。23 is a time change of a drain current of a memory cell of the semiconductor memory device according to Example 21 of the present invention. 本発明の実施例22の半導体記憶装置のリフレッシュ動作のシーケンスを示した図である。FIG. 35 is a diagram illustrating a sequence of a refresh operation of the semiconductor memory device according to Example 22 of the present invention. 浮遊ゲートを有するメモリセルを表わす記号を定義する図面である。FIG. 4 is a diagram for defining symbols representing a memory cell having a floating gate. FIG. 本発明の第23の実施例を示す図面である。積層型メモリセルを時間的マルチプレクスで読み出し、書き込みを行なう回路を示す。It is a drawing showing a twenty-third embodiment of the present invention. 1 shows a circuit for reading and writing a stacked memory cell in a temporal multiplex. 本発明の第23の実施例の読み出し、消去、書き込み時のメモリセルに印加する電圧の例を示した図面である。38 is a diagram illustrating an example of voltages applied to memory cells at the time of reading, erasing, and writing according to a twenty-third embodiment of the present invention. 本発明の第23の実施例の読み出しのタイミングチャートを示す図面である。FIG. 39 is a diagram showing a read timing chart of the twenty-third embodiment of the present invention. 本発明の第23の実施例の消去、書き込みのタイミングチャートを示す図面である。31 is a diagram showing a timing chart of erasing and writing according to a twenty-third embodiment of the present invention. 本発明の第24の実施例を示す図面である。折り返しデータ線構造ながら、ワード線とデータ線の全ての交点にメモリセルを配置することができる回路を示す図面である。It is a drawing showing a 24th embodiment of the present invention. 5 is a diagram showing a circuit in which memory cells can be arranged at all intersections of a word line and a data line while having a folded data line structure. 本発明の第25の実施例を示す図面である。本発明における入出力回路、及びベリファイ回路を示す図面である。It is a drawing showing a 25th embodiment of the present invention. 3 is a diagram illustrating an input / output circuit and a verify circuit according to the present invention. 本発明の実施例26の半導体記憶装置の構成図である。35 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to Example 26 of the present invention. FIG. 本発明の実施例27の半導体記憶装置の構成図である。28 is a configuration diagram of a semiconductor memory device according to Embodiment 27 of the present invention. FIG.

Claims (84)

ソース、ドレイン領域を有し、
該ドレイン領域は、絶縁膜を介してソース領域の上あるいは下に設けられ、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
該チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行なうことを特徴とする半導体記憶素子。
Having source and drain regions,
The drain region is provided above or below the source region via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via a gate insulating film,
Having a carrier confinement region near the channel region,
A semiconductor memory device wherein data is stored by changing a threshold voltage of a semiconductor device by holding carriers in the carrier confinement region.
請求項1に記載の半導体素子において、
キャリア閉じ込め領域が短径の平均が10nm以下の半導体又は金属の微小粒からなることを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor memory element in which a carrier confinement region is made of semiconductor or metal fine particles having an average minor axis of 10 nm or less.
請求項1に記載の半導体素子において、
チャネル領域が厚さ平均10nm以下の半導体薄膜からなることを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor memory element wherein a channel region is made of a semiconductor thin film having an average thickness of 10 nm or less.
ソース領域と、二つのドレイン領域を有し
上記ソース領域と、二つのドレイン領域は各々絶縁膜を介してドレイン領域、ソース領域、ドレイン領域の順に上下に設けられ、
該ソース領域は、チャネル領域を介して各々のドレイン領域と接続され、
該チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行なうことを特徴とする半導体記憶素子。
Having a source region and two drain regions, the source region and the two drain regions are provided above and below in order of a drain region, a source region, and a drain region via an insulating film,
The source region is connected to each drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via a gate insulating film,
Having a carrier confinement region near the channel region,
A semiconductor memory device wherein data is stored by changing a threshold voltage of a semiconductor device by holding carriers in the carrier confinement region.
ソース、ドレイン領域を有し、
互いに絶縁膜を介して上下に設けられた複数のゲート電極を有し、
絶縁膜を介して上記ゲート電極側面に設けられたチャネル領域を有し、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
キャリア閉じ込め領域が短径の平均が10nm以下の半導体又は金属の微小粒からなることを特徴とする半導体記憶素子。
Having source and drain regions,
Having a plurality of gate electrodes provided above and below each other via an insulating film,
Having a channel region provided on the side surface of the gate electrode via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
Having a carrier confinement region near the channel region,
The storage is performed by changing the threshold voltage of the semiconductor element by holding the carrier in the carrier confinement region,
A semiconductor memory element in which a carrier confinement region is made of semiconductor or metal fine particles having an average minor axis of 10 nm or less.
ソース、ドレイン領域を有し、
互いに絶縁膜を介して上下に設けられた複数のゲート電極を有し、
絶縁膜を介して上記ゲート電極側面に設けられたチャネル領域を有し、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
チャネル領域が厚さ平均10nm以下の半導体薄膜からなることを特徴とする半導体記憶素子。
Having source and drain regions,
Having a plurality of gate electrodes provided above and below each other via an insulating film,
Having a channel region provided on the side surface of the gate electrode via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
Having a carrier confinement region near the channel region,
The storage is performed by changing the threshold voltage of the semiconductor element by holding the carrier in the carrier confinement region,
A semiconductor memory element wherein a channel region is made of a semiconductor thin film having an average thickness of 10 nm or less.
ソース、ドレイン領域を有し、
互いに絶縁膜を介して上下に設けられた複数のゲート電極を有し、
絶縁膜を介して上記ゲート電極側面に設けられたチャネル領域を有し、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
1素子で上記複数のゲート電極の数以上のビット数の情報を記憶することを特徴とする半導体記憶素子。
Having source and drain regions,
Having a plurality of gate electrodes provided above and below each other via an insulating film,
Having a channel region provided on the side surface of the gate electrode via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
A semiconductor memory element, wherein one element stores information of a bit number equal to or more than the number of the plurality of gate electrodes.
ソース、ドレイン領域を有し、
該ドレイン領域は、絶縁膜を介してソース領域の上あるいは下に設けられ、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
該チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ソース領域とドレイン領域の間の絶縁膜とは異なる材料からなる絶縁膜が上記ソース領域とドレイン領域のいずれにも接していることを特徴とする半導体記憶素子。
Having source and drain regions,
The drain region is provided above or below the source region via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via a gate insulating film,
Having a carrier confinement region near the channel region,
The storage is performed by changing the threshold voltage of the semiconductor element by holding the carrier in the carrier confinement region,
A semiconductor memory element, wherein an insulating film made of a material different from that of the insulating film between the source region and the drain region is in contact with both the source region and the drain region.
ソース、ドレイン領域を有し、
該ドレイン領域は、絶縁膜を介してソース領域の上あるいは下に設けられ、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
該チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体素子において、
上記ソース領域及びドレイン領域の形成後に材料の異なる少なくとも二種の絶縁膜を形成する工程を有し、
上記少なくとも二種の絶縁膜を形成する工程の後にソース領域又はドレイン領域を露出させるエッチング工程を有し、
上記エッチング工程の後にチャネル領域を形成するための堆積またはエピタキシャル成長工程を有することを特徴とする半導体記憶素子。
Having source and drain regions,
The drain region is provided above or below the source region via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via a gate insulating film,
Having a carrier confinement region near the channel region,
In a semiconductor device that performs storage by changing a threshold voltage of a semiconductor device by holding carriers in the carrier confinement region,
Forming at least two types of insulating films of different materials after the formation of the source region and the drain region,
After the step of forming the at least two types of insulating film, having an etching step to expose the source region or the drain region,
A semiconductor memory device comprising a deposition or epitaxial growth step for forming a channel region after the etching step.
絶縁膜上にソース、ドレイン領域を有し、
該ドレイン領域は、絶縁膜を介してソース領域の上あるいは下に設けられ、
該ソース領域は、チャネル領域を介してドレイン領域と接続され、
該チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と接続され、
チャネル領域近傍にキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ソース領域、ドレイン領域のうち最も下に設けられた領域が、金属を介さずに半導体基板の一部と電気的に接触していることを特徴とする半導体素子。
Having source and drain regions on the insulating film,
The drain region is provided above or below the source region via an insulating film,
The source region is connected to a drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via a gate insulating film,
Having a carrier confinement region near the channel region,
The storage is performed by changing the threshold voltage of the semiconductor element by holding the carrier in the carrier confinement region,
A semiconductor element, wherein a lowermost region of the source region and the drain region is in electrical contact with a part of a semiconductor substrate without a metal.
請求項1から4、8から10のいずれかに記載の半導体素子において、
上記ソース領域、ドレイン領域を同じレジストパターンによって一括して加工する工程を有することを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, and 8 to 10,
A semiconductor device comprising a step of processing the source region and the drain region collectively by using the same resist pattern.
請求項11に記載の半導体素子において、
上記ソース領域、ドレイン領域のうち最も上に設けられた領域の形成工程の前に、上記最も上に設けられた領域以外のソース領域又はドレイン領域をエッチングする工程を有することを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor device according to claim 11,
A step of etching a source region or a drain region other than the uppermost region before forming the uppermost region of the source region and the drain region. element.
請求項5から7のいずれかに記載の半導体素子において、
上記複数のゲート電極を同じレジストパターンによって一括して加工する工程を有することを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
A semiconductor device comprising a step of processing the plurality of gate electrodes collectively with the same resist pattern.
請求項11または12のいずれかに記載の半導体記憶素子において、
上記ソース領域及びドレイン領域の一括加工よりも前に、ソース領域及びドレイン領域のうち最も上に位置する層の上に絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする半導体素子。
The semiconductor memory device according to claim 11,
A semiconductor element, comprising a step of forming an insulating layer on the uppermost layer of the source region and the drain region before the batch processing of the source region and the drain region.
請求項13に記載の半導体記憶素子において、
上記複数のゲート電極の一括加工よりも前に、複数のゲート電極のうち最も上に位置する層の上に絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする半導体素子。
The semiconductor memory device according to claim 13,
A semiconductor device comprising a step of forming an insulating layer on an uppermost layer of a plurality of gate electrodes before the batch processing of the plurality of gate electrodes.
請求項1から15のいずれかに記載の半導体素子において、
同じゲート電極によって制御される、互いに分離された複数のチャネル領域を有することを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 15,
A semiconductor device having a plurality of channel regions separated from each other and controlled by the same gate electrode.
請求項1から16のいずれかに記載の半導体素子において、
チャネル領域と記憶領域が一体に形成されていることを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 16,
A semiconductor element, wherein a channel region and a storage region are formed integrally.
請求項1から16のいずれかに記載の半導体素子において、
チャネルと記憶領域が別々に形成されていることを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 16,
A semiconductor element, wherein a channel and a storage region are formed separately.
請求項3、4、6から18のいずれかに記載の半導体素子において、
キャリア閉じ込め領域が短径の平均が10nm以下の半導体又は金属の微小粒からなることを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor device according to any one of claims 3, 4, 6 to 18,
A semiconductor memory element in which a carrier confinement region is made of semiconductor or metal fine particles having an average minor axis of 10 nm or less.
請求項2、5、11から19のいずれかに記載の半導体素子において、
キャリア閉じ込め領域を形成する半導体又は金属の微小粒が複数個であることを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor device according to any one of claims 2, 5, 11 to 19,
A semiconductor memory element comprising a plurality of semiconductor or metal fine particles forming a carrier confinement region.
請求項1から20のいずれかに記載の半導体記憶素子において、
上記ソース領域又はドレイン領域の少なくとも一つが半導体基板内に設けられていることを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein
A semiconductor memory device, wherein at least one of the source region and the drain region is provided in a semiconductor substrate.
請求項1から21のいずれかに記載の半導体記憶素子において、
上記ソース領域又はドレイン領域が多結晶シリコンよりなることを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein
A semiconductor memory device, wherein the source region or the drain region is made of polycrystalline silicon.
請求項1から22のいずれかに記載の半導体素子において、
実効的なチャネル領域の幅の最小値が20nm以下であることを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 22,
A semiconductor device having a minimum effective width of a channel region of 20 nm or less.
請求項1から23のいずれかに記載の半導体素子において、
キャリア閉じ込め領域作製のために厚さ10nm以下の非晶質の薄膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 23,
A semiconductor element including a step of forming an amorphous thin film having a thickness of 10 nm or less for forming a carrier confinement region.
請求項1から24のいずれかに記載の半導体素子において、
チャネル領域とキャリア閉じ込め領域の間の材料と、キャリア閉じ込め領域とゲート電極との間の材料が異なることを特徴とする半導体素子。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 24,
A semiconductor device, wherein a material between a channel region and a carrier confinement region is different from a material between a carrier confinement region and a gate electrode.
請求項1、2、4、5、7から25のいずれかに記載の半導体素子において、 チャネル領域が厚さ平均10nm以下の半導体薄膜からなることを特徴とする半導体記憶素子。   26. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel region is made of a semiconductor thin film having an average thickness of 10 nm or less. 請求項3、6、26のいずれかに記載の半導体素子を複数個配置し、
上記複数個の半導体素子のチャネル領域の半導体薄膜がエッチングによって分離されていないことを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of the semiconductor elements according to any one of claims 3, 6, and 26 are arranged,
A semiconductor memory device, wherein semiconductor thin films in channel regions of the plurality of semiconductor elements are not separated by etching.
請求項5から7、13、15のいずれかに記載の半導体素子において、
上記複数のゲート電極で制御される各々のチャネル領域の半導体薄膜がエッチングによって分離されていないことを特徴とする半導体記憶素子。
The semiconductor device according to any one of claims 5 to 7, 13, and 15,
A semiconductor memory element, wherein a semiconductor thin film in each channel region controlled by the plurality of gate electrodes is not separated by etching.
請求項1から26、28のいずれかに記載の半導体素子を複数個配置し、
上記複数個の半導体素子をワード線とデータ線によって制御することを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of the semiconductor elements according to any one of claims 1 to 26, 28 are arranged,
A semiconductor memory device, wherein the plurality of semiconductor elements are controlled by word lines and data lines.
請求項27記載の半導体記憶装置において、
上記複数個の半導体素子をワード線とデータ線によって制御することを特徴とする半導体記憶装置。
28. The semiconductor memory device according to claim 27,
A semiconductor memory device, wherein the plurality of semiconductor elements are controlled by word lines and data lines.
請求項29、30のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
上記複数個の半導体素子をワード線とデータ線によって制御することを特徴とする半導体記憶装置。
31. The semiconductor memory device according to claim 29,
A semiconductor memory device, wherein the plurality of semiconductor elements are controlled by word lines and data lines.
請求項1から20、22から26、29のいずれかに記載の半導体素子を積層状に二段以上形成することを特徴とする半導体記憶装置。   30. A semiconductor memory device comprising the semiconductor element according to claim 1 formed in two or more layers in a stacked manner. 請求項1から28、30のいずれかに記載の半導体素子を同一面内に複数個配置し、
上記半導体素子を複数個配置した構造を積層状に二段以上形成し、
上記複数個の半導体素子をワード線とデータ線によって制御することを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of the semiconductor elements according to any one of claims 1 to 28 and 30 are arranged in the same plane,
A structure in which a plurality of the above semiconductor elements are arranged is formed in two or more layers in a stacked state,
A semiconductor memory device, wherein the plurality of semiconductor elements are controlled by word lines and data lines.
請求項4に記載の半導体素子を複数個配置し、
上記半導体素子のゲート領域を互いに接続し、
上記半導体素子の互いに上下の位置関係にある二つのドレイン領域を各々選択トランジスタを介して同じデータ線に接続し、
上記複数の半導体素子を上記データ線と上記接続したゲート領域によって制御することを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of the semiconductor elements according to claim 4 are arranged,
Connecting the gate regions of the semiconductor element to each other,
The two drain regions of the semiconductor element, which are in a vertical positional relationship with each other, are connected to the same data line via respective select transistors,
A semiconductor memory device, wherein the plurality of semiconductor elements are controlled by the gate region connected to the data line.
請求項29から33のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
上記半導体記憶装置を構成する半導体記憶素子の、互いに上下の位置関係にある少なくとも二つのドレイン領域が各々選択トランジスタを介して同じデータ線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to any one of claims 29 to 33,
A semiconductor memory device, wherein at least two drain regions of a semiconductor memory element included in the semiconductor memory device, which are vertically positioned with respect to each other, are connected to the same data line via a selection transistor.
ソース線と二本のローカルデータ線とグローバルデータ線を有し、
上記ソース線と二本のローカルデータ線が、各々絶縁膜を挟んでローカルデータ線、ソース線、ローカルデータ線の順に上下に設けられ、
上記ソース線とローカルデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、該ソース線は、該チャネル領域を介して上下のローカルデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記ローカルデータ線とワード線の交点あたり上下二つの半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ローカルデータ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記上下二本のローカルデータ線が各々異なるゲート電極を有する選択トランジスタを介して同じグローバルデータ線に接続されており、
上記上下二本のローカルデータ線と選択トランジスタを接続するコンタクト孔の間に、
グローバルデータ線と選択トランジスタを接続するコンタクト孔が位置することを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line, two local data lines and a global data line,
The source line and the two local data lines are respectively provided above and below the local data line, the source line, and the local data line with the insulating film interposed therebetween,
A channel region on a side surface of the insulating film separating the source line and the local data line, wherein the source line is connected to upper and lower local data lines via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
Upper and lower two semiconductor storage elements are formed at the intersection of the local data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor memory elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of local data lines and word lines,
The upper and lower two local data lines are connected to the same global data line via select transistors each having a different gate electrode,
Between the contact holes connecting the upper and lower local data lines and the select transistor,
A semiconductor memory device having a contact hole for connecting a global data line and a select transistor.
ソース線と二本のローカルデータ線とグローバルデータ線を有し、
上記ソース線と二本のローカルデータ線が、各々絶縁膜を挟んでローカルデータ線、ソース線、ローカルデータ線の順に上下に設けられ、
上記ソース線とローカルデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、該ソース線は、該チャネル領域を介して上下のローカルデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記ローカルデータ線とワード線の交点あたり上下二つの半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ローカルデータ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記上下二本のローカルデータ線が各々異なるゲート電極を有し、しかも拡散層の共有構造を有する選択トランジスタを介して同じグローバルデータ線に接続されており、
上記共有する拡散層とグローバルデータ線の接続孔が、少なくとも一つのローカルデータ線を貫通することを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line, two local data lines and a global data line,
The source line and the two local data lines are respectively provided above and below the local data line, the source line, and the local data line with the insulating film interposed therebetween,
A channel region on a side surface of the insulating film separating the source line and the local data line, wherein the source line is connected to upper and lower local data lines via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
Upper and lower two semiconductor storage elements are formed at the intersection of the local data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor memory elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of local data lines and word lines,
The upper and lower two local data lines each have a different gate electrode, and are further connected to the same global data line via a select transistor having a shared structure of a diffusion layer,
A semiconductor memory device, wherein the connection hole between the shared diffusion layer and the global data line penetrates at least one local data line.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を挟んで互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記データ線に平行でかつ同一の材料で形成され、
実質的にデータ線と同じ線幅を持ち、
情報の記憶に用いないダミーデータ線を有することを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other with an insulating film interposed therebetween,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor storage elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of data lines and word lines,
Formed of the same material parallel to the data line,
Has substantially the same line width as the data line,
A semiconductor memory device having a dummy data line not used for storing information.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を挟んで互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記ソース線またはデータ線に対するコンタクト孔の内壁に絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other with an insulating film interposed therebetween,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor storage elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of data lines and word lines,
A semiconductor memory device, wherein an insulating film is formed on an inner wall of a contact hole for the source line or the data line.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を挟んで互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面に、堆積された半導体が酸化された絶縁膜を有することを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other with an insulating film interposed therebetween,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor storage elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of data lines and word lines,
A semiconductor memory device comprising an insulating film formed by oxidizing a deposited semiconductor on a side surface of the insulating film separating the source line and the data line.
絶縁膜上に設けられたソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が、絶縁膜を挟んで上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することにより半導体記憶素子のしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
この他に半導体基板表面に設けられた半導体素子を有する半導体記憶装置において、
上記ソース線およびデータ線の少なくとも一方と、上記半導体基板表面に設けられた半導体素子の拡散層あるいはゲート電極へのコンタクト孔の位置が重なっている構造を有することを特徴とする半導体記憶装置。
Having a source line and a data line provided on the insulating film,
The source line and the data line are provided above and below with an insulating film interposed therebetween,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
By performing the storage by changing the threshold voltage of the semiconductor storage element by holding the carrier in the carrier confinement region,
In addition, in a semiconductor storage device having a semiconductor element provided on a surface of a semiconductor substrate,
A semiconductor memory device having a structure in which at least one of the source line and the data line and a position of a contact hole to a diffusion layer or a gate electrode of a semiconductor element provided on a surface of the semiconductor substrate overlap.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を介して互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
データ線と同一材料よりなり,データ線としては用いないダミーパターンを有し,
上記ダミーパターンの上にワード線に対するコンタクト孔が位置する構造を有することを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other via an insulating film,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In the semiconductor memory device in which the data lines and the word lines are arranged in a matrix,
It is made of the same material as the data line, has a dummy pattern not used as the data line,
A semiconductor memory device having a structure in which a contact hole for a word line is located on the dummy pattern.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を介して互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
データ線と同一材料よりなり,データ線としては用いないダミーパターンを有し,
上記ダミーパターンの絶縁膜側面に、ダミーパターンの長手方向に長さ1ミクロン以上に渡って半導体膜が存在することを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other via an insulating film,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In the semiconductor memory device in which the data lines and the word lines are arranged in a matrix,
It is made of the same material as the data line, has a dummy pattern not used as the data line,
A semiconductor memory device characterized in that a semiconductor film exists on the side of the insulating film of the dummy pattern over a length of 1 μm or more in the longitudinal direction of the dummy pattern.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を挟んで互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記半導体記憶素子の記憶情報の読み出し回路の電源線がワード線と平行であることを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other with an insulating film interposed therebetween,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor storage elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of data lines and word lines,
A semiconductor memory device, wherein a power supply line of a memory information read circuit of the semiconductor memory element is parallel to a word line.
ソース線とローカルデータ線とグローバルデータ線を有し、
上記ソース線とローカルデータ線が、絶縁膜を挟んで上下に設けられ、
上記ソース線とローカルデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、 該ソース線は、該チャネル領域を介してローカルデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ローカルデータ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記ローカルデータ線が選択トランジスタを介してグローバルデータ線に接続されており、
上記グローバルデータ線が,下から二層目あるいはそれより上層の金属配線層を用いて行われることを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line, a local data line, and a global data line,
The source line and the local data line are provided above and below with an insulating film interposed therebetween,
A channel region on an insulating film side surface separating the source line and the local data line, wherein the source line is connected to the local data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor memory elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of local data lines and word lines,
The local data line is connected to a global data line via a selection transistor,
A semiconductor memory device, wherein the global data line is formed using a second metal wiring layer from the bottom or an upper metal wiring layer.
ソース線とローカルデータ線と金属よりなるグローバルデータ線を有し、
上記ソース線とローカルデータ線が、絶縁膜を挟んで上下に設けられ、
上記ソース線とローカルデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、 該ソース線は、該チャネル領域を介してローカルデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ローカルデータ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記ローカルデータ線がグローバルデータ線に接続されており、
上記グローバルデータ線に接続された上記半導体記憶素子の記憶情報の読み出し回路を有し、
上記憶情報の読み出し回路の配線が、グローバルデータ線よりも下層の金属配線層を用いて行われることを特徴とする半導体記憶装置。
Having a global data line composed of a source line, a local data line, and a metal,
The source line and the local data line are provided above and below with an insulating film interposed therebetween,
A channel region on an insulating film side surface separating the source line and the local data line, wherein the source line is connected to the local data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor memory elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of local data lines and word lines,
The local data line is connected to a global data line,
A read circuit for reading information stored in the semiconductor storage element connected to the global data line;
A semiconductor memory device, wherein wiring of an upper memory information reading circuit is performed using a metal wiring layer lower than a global data line.
ソース線とローカルデータ線と金属よりなるグローバルデータ線を有し、
上記ソース線とローカルデータ線を接続するチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してローカルデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ローカルデータ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記ローカルデータ線がMOSトランジスタを介してグローバルデータ線に接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
Having a global data line composed of a source line, a local data line, and a metal,
A channel region connecting the source line and the local data line,
The source line is connected to a local data line through the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor memory elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of local data lines and word lines,
A semiconductor memory device, wherein the local data line is connected to a global data line via a MOS transistor.
請求項47に記載の半導体記憶装置において、
上記行列状に並べられた半導体記憶素子において、
上記ソース線とローカルデータ線が、絶縁膜を挟んで上下に設けられ、
上記ソース線とローカルデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有することを特徴とする半導体記憶装置。
48. The semiconductor memory device according to claim 47,
In the semiconductor memory elements arranged in a matrix,
The source line and the local data line are provided above and below with an insulating film interposed therebetween,
A semiconductor memory device having a channel region on a side surface of an insulating film separating the source line and the local data line.
ソース線と二本のローカルデータ線とグローバルデータ線を有し、
上記ソース線と二本のローカルデータ線が、各々絶縁膜を挟んでローカルデータ線、ソース線、ローカルデータ線の順に上下に設けられ、
上記ソース線とローカルデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、該ソース線は、該チャネル領域を介して上下のローカルデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記ローカルデータ線とワード線の交点あたり上下二つの半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記ローカルデータ線とワード線を複数並べることで半導体記憶素子が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記上下二本のローカルデータ線が各々異なるゲート電極を有する選択トランジスタを介して同じグローバルデータ線に接続されており、
上記上下二本のローカルデータ線が接続されている異なるゲート電極に、
互いに逆の信号が入力されることを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
It has a source line, two local data lines and a global data line,
The source line and the two local data lines are respectively provided above and below the local data line, the source line, and the local data line with the insulating film interposed therebetween,
A channel region on a side surface of the insulating film separating the source line and the local data line, wherein the source line is connected to upper and lower local data lines via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
Upper and lower two semiconductor storage elements are formed at the intersection of the local data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In a semiconductor memory device in which semiconductor memory elements are arranged in a matrix by arranging a plurality of local data lines and word lines,
The upper and lower two local data lines are connected to the same global data line via select transistors each having a different gate electrode,
Different gate electrodes to which the upper and lower two local data lines are connected,
A method for controlling a semiconductor memory device, wherein signals opposite to each other are input.
ソース線とデータ線を有し、
上記ソース線とデータ線が絶縁膜を介して互いに上下に設けられ、
上記ソース線とデータ線を隔てる絶縁膜側面にチャネル領域を有し、
該ソース線は、該チャネル領域を介してデータ線と接続され、
上記チャネル領域近傍に周囲をポテンシャルバリアで囲まれた、キャリア閉じ込め領域を有し、
上記チャネル領域は、ゲート絶縁膜を介してワード線と接続され、
上記データ線とワード線の交点に半導体記憶素子が形成され、
上記半導体記憶素子は上記キャリア閉じ込め領域にキャリアを保持することによりのしきい電圧を変化させることで記憶を行ない、
上記データ線とワード線が行列状に並べられた半導体記憶装置において、
上記ワード線の駆動回路にMOSトランジスタ回路を用い,
該MOSトランジスタ回路が三重ウエル構造のMOSトランジスタを含むことを特徴とする半導体記憶装置。
It has a source line and a data line,
The source line and the data line are provided above and below each other via an insulating film,
Having a channel region on the side of the insulating film separating the source line and the data line,
The source line is connected to a data line via the channel region;
A carrier confinement region surrounded by a potential barrier around the channel region;
The channel region is connected to a word line via a gate insulating film,
A semiconductor storage element is formed at the intersection of the data line and the word line,
The semiconductor storage element performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region,
In the semiconductor memory device in which the data lines and the word lines are arranged in a matrix,
Using a MOS transistor circuit for the word line drive circuit,
A semiconductor memory device, wherein the MOS transistor circuit includes a triple well MOS transistor.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
上記半導体記憶素子に書き込み電圧を印加する第一のステップと、
上記第一のステップ後に素子に記憶された情報の読み出しを行なう第二のステップと、
上記第二のステップでの情報書き込みが不十分な上記半導体記憶素子について再度書き込み電圧を印加する第三のステップを有することを特徴とする半導体記憶装置及びその制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
A first step of applying a write voltage to the semiconductor storage element;
A second step of reading the information stored in the element after the first step,
A semiconductor memory device having a third step of applying a write voltage again to the semiconductor memory element in which information writing in the second step is insufficient, and a control method thereof.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
上記半導体記憶素子外部に上記半導体記憶素子に書き込む情報(又は情報“1”または情報“0”を書き込む素子のリスト)を保持する手段を有し、
書き込み電圧印加後に上記情報保持手段に保持された情報と上記半導体記憶素子の記憶状態が一致しない場合に、再び書き込み動作を行わせる制御手段を有することを特徴とする半導体記憶装置及びその制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
Means for holding information (or a list of elements for writing information “1” or information “0”) to be written to the semiconductor storage element outside the semiconductor storage element;
A semiconductor memory device and a control method therefor, further comprising control means for performing a write operation again when the information held in the information holding means does not match the storage state of the semiconductor memory element after application of a write voltage.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
上記半導体記憶素子外部に、情報“1”または情報“0”を書き込む素子のリストを保持する手段を有し、
上記リストに従い半導体記憶素子に選択的に書き込み電圧を印加する第一のステップと、
上記第一のステップ後に素子に記憶された情報の読みだし行なう第二のステップと、
上記第二のステップでの読み出し結果によって上記リストを更新する第三のステップと、
上記第三のステップで更新されたリスト結果に基づいて再び第一のステップに戻るか書き込み動作を終了するかを決定する第四のステップを有することを特徴とする半導体記憶装置及びその制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
Means for holding a list of elements for writing information “1” or information “0” outside the semiconductor storage element;
A first step of selectively applying a write voltage to the semiconductor storage element according to the above list;
A second step of reading the information stored in the element after the first step,
A third step of updating the list with the read result in the second step,
A semiconductor memory device having a fourth step of determining whether to return to the first step again or end the write operation based on the list result updated in the third step, and a control method therefor.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
上記半導体記憶素子外部に消去を行なう素子のリストを保持する手段を有し、 上記リストに従い半導体記憶素子に選択的に消去電圧を印加する第一のステップと、
上記第一のステップ後に素子の情報の読みだし行なう第二のステップと、
上記第二のステップでの読み出し結果によって上記リストを更新する第三のステップと、
上記第三のステップで更新されたリスト結果に基づいて第一のステップに戻るか消去動作を終了するかを決定する第四のステップを有することを特徴とする半導体記憶装置及びその制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
Means for holding a list of elements to be erased outside the semiconductor memory element, a first step of selectively applying an erase voltage to the semiconductor memory element according to the list,
A second step of reading the information of the element after the first step,
A third step of updating the list with the read result in the second step,
A semiconductor memory device having a fourth step of determining whether to return to the first step or end the erase operation based on the list result updated in the third step, and a control method therefor.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
選択された複数の半導体記憶素子に消去電圧を印加する第一のステップと、
上記第一のステップ後に素子の情報の読み出しを行なう第二のステップと、
上記第二のステップでの読み出し結果によって上記複数の記憶素子の消去が完了しているか否かを判定する第三のステップと、
上記第三のステップの結果に応じて第一のステップに戻るか消去動作を終了するかを行う第四のステップを有することを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
A first step of applying an erase voltage to the selected plurality of semiconductor storage elements,
A second step of reading the information of the element after the first step,
A third step of determining whether the erasure of the plurality of storage elements has been completed by the read result in the second step,
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising: a fourth step of returning to the first step or terminating the erase operation according to the result of the third step.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
データ線及びワード線によって上記行列状の半導体記憶素子を制御し、
定期的に上記ワード線に順次読み出し電圧を印加する手段を有し、
上記電圧が印加されたワード線で制御される上記半導体記憶素子の記憶情報の読み出し結果に応じて同じ情報を再び上記半導体記憶素子に書き込む手段を有することを特徴とする半導体記憶装置。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
The matrix-shaped semiconductor storage elements are controlled by data lines and word lines,
A means for periodically applying a read voltage to the word line,
A semiconductor memory device comprising: means for writing the same information into the semiconductor memory element again in accordance with a result of reading stored information of the semiconductor memory element controlled by the word line to which the voltage is applied.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有し、
データ線及びワード線によって上記行列状の半導体記憶素子を制御する半導体記憶装置において、
上記ワード線を選択し、選択された上記ワード線で制御される上記半導体記憶素子に読み出し電圧を印加する第一のステップと、
上記第一のステップでの読み出した結果を保持する第二のステップと、
上記第二のステップで保持した情報を上記半導体記憶素子に再び書き込む第三のステップを有し、
この第一から第三のステップを選択する上記ワード線を順次移しながら繰り返すをことを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
Having a structure in which a plurality of the semiconductor storage elements are arranged in a matrix,
In a semiconductor memory device for controlling the matrix-like semiconductor memory elements by data lines and word lines,
A first step of selecting the word line and applying a read voltage to the semiconductor storage element controlled by the selected word line;
A second step of holding the result read in the first step,
A third step of rewriting the information held in the second step to the semiconductor storage element,
A method for controlling a semiconductor memory device, wherein the first to third steps are repeated while sequentially shifting the word line.
請求項57記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記順次移しながら行う上記ワード線選択において、
異なるワード線が選択される時間差が一定であることを特徴とする半導体記憶装置の制御方法
The control method of a semiconductor memory device according to claim 57,
In the word line selection performed while sequentially shifting,
A method for controlling a semiconductor memory device, characterized in that a time difference when different word lines are selected is constant.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有し、
データ線及びワード線によって上記行列状の半導体記憶素子を制御する半導体記憶装置において、
同一の上記ワード線によって制御される上記半導体記憶素子に読み出し電圧を印加する第一のステップと、
上記第一のステップでの読み出した結果を保持する第二のステップと、
上記第二のステップで保持した情報を上記半導体記憶素子に書き込む第三のステップを有することを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
Having a structure in which a plurality of the semiconductor storage elements are arranged in a matrix,
In a semiconductor memory device for controlling the matrix-like semiconductor memory elements by data lines and word lines,
A first step of applying a read voltage to the semiconductor storage element controlled by the same word line;
A second step of holding the result read in the first step,
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising a third step of writing the information held in the second step to the semiconductor memory element.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有する半導体記憶装置において、
データ線及びワード線によって上記行列状の半導体記憶素子を制御し、
上記ワード線に印加する書き込み電圧に複数の値を用いることで一つの上記半導体記憶素子に2ビット以上の記憶を行なうことを特徴とする半導体記憶装置。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
In a semiconductor memory device having a structure in which a plurality of the semiconductor memory elements are arranged in a matrix,
The matrix-shaped semiconductor storage elements are controlled by data lines and word lines,
A semiconductor memory device wherein two or more bits are stored in one semiconductor memory element by using a plurality of values for a write voltage applied to the word line.
請求項60に記載の半導体記憶装置において、
上記複数の書き込み電圧値に等差的な値を用いることを特徴とする半導体記憶装置。
61. The semiconductor memory device according to claim 60,
A semiconductor memory device, wherein an equal value is used for the plurality of write voltage values.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を有し、
上記半導体記憶素子を複数個行列状に並べる構造を有し、
データ線及びワード線によって上記行列状の半導体記憶素子を制御し、
上記ワード線に印加する書き込みパルス幅に複数の値を用いることで一つの上記半導体記憶素子に2ビット以上の記憶を行なうことを特徴とする半導体記憶装置。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
Having a structure in which a plurality of the semiconductor storage elements are arranged in a matrix,
The matrix-shaped semiconductor storage elements are controlled by data lines and word lines,
A semiconductor memory device wherein two or more bits are stored in one semiconductor memory element by using a plurality of values for a write pulse width applied to the word line.
請求項62に記載の半導体記憶装置において、
上記複数の書き込みパルス幅に等比的な値を用いることを特徴とする半導体記憶装置。
63. The semiconductor memory device according to claim 62,
A semiconductor memory device, wherein an equal value is used for the plurality of write pulse widths.
請求項54、請求項55のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記第一のステップの前に、
上記記憶情報を消去する半導体記憶素子に書き込み電圧を印加するステップを有することを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
55. The method of controlling a semiconductor memory device according to claim 54,
Before the first step above,
Applying a write voltage to a semiconductor memory element from which the stored information is erased.
請求項57から請求項59のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記第二のステップの後、上記第三のステップの前に上記ワード線によって制御される上記半導体記憶素子に対して消去動作を行なうステップを有することを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
The control method of a semiconductor memory device according to any one of claims 57 to 59,
A method of controlling a semiconductor memory device, comprising the step of performing an erase operation on the semiconductor memory element controlled by the word line after the second step and before the third step.
請求項51、請求項53のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記請求項の制御方法の他に、
請求項54、請求項55、請求項64のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法を用いることを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
A control method of a semiconductor memory device according to any one of claims 51 and 53,
In addition to the control method of the above claim,
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising using the method for controlling a semiconductor memory device according to any one of claims 54, 55, and 64.
請求項65に記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記消去動作に請求項54記載の制御方法を用い、
上記請求項65記載の制御方法における読み出し結果を保持する記憶保持手段と、
上記請求項54記載の制御方法における消去するセルリストを保持する記憶保持手段が異なることを特徴とする半導体記憶装置及びその制御方法。
The method for controlling a semiconductor memory device according to claim 65,
Using the control method according to claim 54 for the erasing operation,
A storage unit for storing a read result in the control method according to claim 65;
55. A semiconductor memory device and a control method thereof according to claim 54, wherein storage control means for storing a cell list to be erased in said control method is different.
請求項65に記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記消去動作に請求項54記載の制御方法を用い、
上記請求項54記載の制御方法の第3のステップに相当するステップの前に、 上記請求項65記載の制御方法において読み出し結果を保持した記憶保持手段の内容を他の記憶保持手段に移すことを特徴とする半導体記憶装置及びその制御方法。
The method for controlling a semiconductor memory device according to claim 65,
Using the control method according to claim 54 for the erasing operation,
Before the step corresponding to the third step of the control method according to claim 54, the contents of the storage means holding the read result in the control method according to claim 65 are transferred to another storage means. A semiconductor memory device and a control method thereof.
請求項51、請求項53から請求項55、請求項64、請求項66のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記請求項の制御方法の他に、
請求項57から請求項59、請求項65、請求項67、請求項68のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法を用いることを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
The control method of a semiconductor memory device according to any one of claims 51, 53 to 55, 64, and 66,
In addition to the control method of the above claim,
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising using the method for controlling a semiconductor memory device according to any one of claims 57 to 59, 65, 67, and 68.
請求項51、請求項53から請求項5、請求項64、請求項66、請求項69のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法において、
上記請求項の制御方法の他に、
請求項60から請求項64のいずれかに記載の半導体記憶装置の制御方法を用いることを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。
The control method of a semiconductor memory device according to any one of claims 51, 53 to 5, 64, 66, and 69,
In addition to the control method of the above claim,
A method for controlling a semiconductor memory device, comprising using the method for controlling a semiconductor memory device according to any one of claims 60 to 64.
請求項51から請求項70のいずれかに記載の半導体記憶装置または半導体記憶装置の制御方法において、
上記半導体記憶素子の上記ソース領域及び上記ドレイン領域が平均膜厚8nm以下の半導体を介して互いに接続されていることを特徴とする半導体記憶装置またはその制御方法。
71. The semiconductor memory device or the method for controlling a semiconductor memory device according to claim 51,
A semiconductor memory device or a control method thereof, wherein the source region and the drain region of the semiconductor memory element are connected to each other via a semiconductor having an average thickness of 8 nm or less.
請求項71に記載の半導体記憶装置または半導体記憶装置の制御方法において、
上記半導体記憶素子の上記ソース領域及び上記ドレイン領域を接続する半導体が多結晶シリコンよりなることを特徴とする半導体記憶装置またはその制御方法。
72. The semiconductor memory device or the method for controlling a semiconductor memory device according to claim 71,
A semiconductor memory device or a control method thereof, wherein a semiconductor connecting the source region and the drain region of the semiconductor memory element is made of polycrystalline silicon.
請求項51から請求項71のいずれかに記載の半導体記憶装置または半導体記憶装置の制御方法において、
上記半導体記憶素子の上記記憶領域と、
上記半導体記憶素子の上記ソース領域及び上記ドレイン領域間をつなぐ半導体が一体に形成されていることを特徴とする半導体記憶装置またはその制御方法。
72. The semiconductor memory device or the method for controlling a semiconductor memory device according to claim 51,
The storage area of the semiconductor storage element,
A semiconductor memory device or a control method thereof, wherein a semiconductor connecting the source region and the drain region of the semiconductor memory element is formed integrally.
第1のソース領域と、第1のドレイン領域を有し、
上記第1のソース領域は第1のチャネル領域を介して上記第1のドレイン領域と接続され、
上記第1のチャネル領域は絶縁膜を介して第1のゲート電極に接続され、
上記第1のチャネル領域の電流経路の近傍には第1のキャリア閉じ込め領域を有し、
上記第1のキャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう第1の半導体記憶素子と、
第2のソース領域と、第2のドレイン領域を有し、
上記第2のソース領域は第2のチャネル領域を介して上記第2のドレイン領域と接続され、
上記第2のチャネル領域は絶縁膜を介して第2のゲート電極に接続され、
上記第2のチャネル領域の電流経路の近傍には第2のキャリア閉じ込め領域を有し、
上記第2のキャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう第2の半導体記憶素子を有し、
上記第1の半導体記憶素子の上記第1のドレイン領域が第1のローカルデータ線に接続され、
上記第2の半導体記憶素子の上記第2のドレイン領域が第2のローカルデータ線に接続され、
上記第1の半導体記憶素子の上記第1のゲート電極と、上記第2の半導体記憶素子の上記第2のゲート電極とが同じワード線に接続された半導体記憶装置において、
上記第1と第2のローカルデータ線が各々異なるゲート電極を有する選択トランジスタを介して共通のグローバルデータ線に接続され、上記選択トランジスタを順次または同時に選択することによって上記第1と第2の半導体記憶素子を駆動することを特徴とする半導体記憶装置。
A first source region and a first drain region;
The first source region is connected to the first drain region via a first channel region;
The first channel region is connected to a first gate electrode via an insulating film,
A first carrier confinement region near the current path of the first channel region;
A first semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the first carrier confinement region;
A second source region and a second drain region;
The second source region is connected to the second drain region via a second channel region;
The second channel region is connected to a second gate electrode via an insulating film,
A second carrier confinement region near the current path of the second channel region;
A second semiconductor storage element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the second carrier confinement region;
The first drain region of the first semiconductor memory element is connected to a first local data line,
The second drain region of the second semiconductor memory element is connected to a second local data line,
In a semiconductor memory device in which the first gate electrode of the first semiconductor memory element and the second gate electrode of the second semiconductor memory element are connected to the same word line,
The first and second local data lines are connected to a common global data line via select transistors each having a different gate electrode, and the first and second semiconductors are sequentially or simultaneously selected by selecting the select transistors. A semiconductor memory device for driving a memory element.
請求項74に記載の半導体記憶装置において、上記第1と第2のローカルデータ線が上下方向に積層されていることを特徴とする半導体記憶装置。   75. The semiconductor memory device according to claim 74, wherein said first and second local data lines are vertically stacked. 請求項74に記載の半導体記憶装置において、上記第1と第2のローカルデータ線が平面に並べられていることを特徴とする半導体記憶装置。   75. The semiconductor memory device according to claim 74, wherein said first and second local data lines are arranged in a plane. 第1のソース領域と、第1のドレイン領域を有し、
上記第1のソース領域は第1のチャネル領域を介して上記第1のドレイン領域と接続され、
上記第1のチャネル領域は絶縁膜を介して第1のゲート電極に接続され、
上記第1のチャネル領域の電流経路の近傍には第1のキャリア閉じ込め領域を有し、
上記第1のキャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう第1の半導体記憶素子と、
第2のソース領域と、第2のドレイン領域を有し、
上記第2のソース領域は第2のチャネル領域を介して上記第2のドレイン領域と接続され、
上記第2のチャネル領域は絶縁膜を介して第2のゲート電極に接続され、
上記第2のチャネル領域の電流経路の近傍には第2のキャリア閉じ込め領域を有し、
上記第2のキャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう第2の半導体記憶素子と、
差動増幅器を有し、
上記第1の半導体記憶素子の上記第1のドレイン領域が第1のローカルデータ線に接続され、
上記第2の半導体記憶素子の上記第2のドレイン領域が第2のローカルデータ線に接続され、
上記第1のローカルデータ線が第1の選択トランジスタを介して第1のグローバルデータ線に接続され、
上記第2のローカルデータ線が第2の選択トランジスタを介して第2のグローバルデータ線に接続され、
上記第1のグローバルデータ線が上記差動増幅器の第1の入力端子を駆動し、 上記第2のグローバルデータ線が上記差動増幅器の第2の入力端子を駆動し、 上記差動増幅器の出力信号を読み出すことにより上記半導体記憶素子の情報を読み出す半導体記憶装置において、
上記第1の半導体記憶素子の上記第1のゲート電極と上記第2の半導体記憶素子の上記第2のゲート電極が同じワード線に接続され、上記第1と第2の選択トランジスタを順次または同時に選択することによって上記第1と第2の半導体記憶素子を駆動することを特徴とする半導体記憶装置。
A first source region and a first drain region;
The first source region is connected to the first drain region via a first channel region;
The first channel region is connected to a first gate electrode via an insulating film,
A first carrier confinement region near the current path of the first channel region;
A first semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the first carrier confinement region;
A second source region and a second drain region;
The second source region is connected to the second drain region via a second channel region;
The second channel region is connected to a second gate electrode via an insulating film,
A second carrier confinement region near the current path of the second channel region;
A second semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the second carrier confinement region;
Having a differential amplifier,
The first drain region of the first semiconductor memory element is connected to a first local data line,
The second drain region of the second semiconductor memory element is connected to a second local data line,
The first local data line is connected to a first global data line via a first selection transistor;
The second local data line is connected to a second global data line via a second selection transistor;
The first global data line drives a first input terminal of the differential amplifier; the second global data line drives a second input terminal of the differential amplifier; In a semiconductor memory device for reading information of the semiconductor memory element by reading a signal,
The first gate electrode of the first semiconductor storage element and the second gate electrode of the second semiconductor storage element are connected to the same word line, and the first and second selection transistors are sequentially or simultaneously connected. A semiconductor memory device wherein the first and second semiconductor memory elements are driven by selection.
第1のソース領域と、第1のドレイン領域を有し、
上記第1のソース領域は第1のチャネル領域を介して上記第1のドレイン領域と接続され、
上記第1のチャネル領域は絶縁膜を介して第1のゲート電極に接続され、
上記第1のチャネル領域の電流経路の近傍には第1のキャリア閉じ込め領域を有し、
上記第1のキャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子と、
第2のソース領域と、第2のドレイン領域を有し、
上記第2のソース領域は第2のチャネル領域を介して上記第2のドレイン領域と接続され、
上記第2のチャネル領域は絶縁膜を介して第2のゲート電極に接続され、
上記第2のチャネル領域の電流経路の近傍には第2のキャリア閉じ込め領域を有し、
上記第2のキャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なうダミー半導体記憶素子と、
差動増幅器を有し、
上記第1のドレイン領域が第1のデータ線に接続され、
上記第2のドレイン領域が第2のデータ線に接続され、
上記第1のデータ線が上記差動増幅器の第1の入力端子を駆動し、
上記第2のデータ線が上記差動増幅器の第2の入力端子を駆動し、
上記差動増幅器の出力信号を読み出すことにより上記半導体記憶素子の情報を読み出す半導体記憶装置において、
上記半導体記憶素子の情報を読み出す場合と、
上記半導体記憶素子に書き込み動作を行った後に書き込みが完了したか否かを判定する場合と、
上記半導体記憶素子に消去動作を行った後に消去が完了したか否かを判定する場合のいずれにも、上記ダミー半導体記憶素子のしきい電圧を基準とすることを特徴とする半導体記憶装置。
A first source region and a first drain region;
The first source region is connected to the first drain region via a first channel region;
The first channel region is connected to a first gate electrode via an insulating film,
A first carrier confinement region near the current path of the first channel region;
A semiconductor memory element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the first carrier confinement region;
A second source region and a second drain region;
The second source region is connected to the second drain region via a second channel region;
The second channel region is connected to a second gate electrode via an insulating film,
A second carrier confinement region near the current path of the second channel region;
A dummy semiconductor storage element that performs storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the second carrier confinement region;
Having a differential amplifier,
The first drain region is connected to a first data line,
The second drain region is connected to a second data line,
The first data line drives a first input terminal of the differential amplifier;
The second data line drives a second input terminal of the differential amplifier;
In a semiconductor memory device for reading information of the semiconductor memory element by reading an output signal of the differential amplifier,
When reading information from the semiconductor storage element,
Determining whether or not the writing has been completed after performing the writing operation on the semiconductor storage element;
A semiconductor memory device characterized in that a threshold voltage of the dummy semiconductor memory element is used as a reference in any case of determining whether erasure is completed after performing an erase operation on the semiconductor memory element.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を複数有し、
上記半導体記憶素子に記憶されている情報を消去する第1の動作と、
上記第1の動作の後に消去が不十分な上記半導体素子に対して再度消去を行う第2の動作と、
上記半導体記憶素子に情報“1”または情報“0”を書き込む第3の動作と、 上記第3の動作の後に書き込みが不十分な上記半導体素子に対して再度書き込みを行う第4の動作と、
上記半導体素子に記憶されている情報を読み出す第5の動作を有する半導体記憶装置において、
上記半導体記憶装置の外部に情報“1”または情報“0”を保持するレジスタを有し、
上記第1の動作後に消去が不十分な上記半導体記憶素子のリストまたは消去が終了した上記半導体記憶素子のリストを保持する手段と、
上記第3の動作の際に上記半導体記憶素子に書き込む情報を保持する手段と、 上記第3の動作後に書き込みが不十分な上記半導体記憶素子のリストまたは書き込みが終了した上記半導体記憶素子のリストを保持する手段と、
上記第5の動作の際に上記半導体記憶素子から読み出した情報を保持する手段に同一の上記レジスタを使用することを特徴とする半導体記憶装置。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A plurality of semiconductor storage elements that perform storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
A first operation of erasing information stored in the semiconductor storage element;
A second operation of performing erasure again on the semiconductor element which has been insufficiently erased after the first operation;
A third operation of writing information "1" or information "0" to the semiconductor storage element, a fourth operation of writing again to the semiconductor element having insufficient writing after the third operation,
In a semiconductor memory device having a fifth operation of reading information stored in the semiconductor element,
A register for holding information “1” or information “0” outside the semiconductor memory device;
Means for holding a list of the semiconductor storage elements that are insufficiently erased after the first operation or a list of the semiconductor storage elements that have been erased,
Means for holding information to be written to the semiconductor storage element at the time of the third operation; and a list of the semiconductor storage elements for which writing is insufficient after the third operation or a list of the semiconductor storage elements for which writing has been completed. Means for holding;
A semiconductor memory device, wherein the same register is used as a means for holding information read from the semiconductor memory element at the time of the fifth operation.
ソース領域と、ドレイン領域を有し、
上記ソース領域はチャネル領域を介して上記ドレイン領域と接続され、
上記チャネル領域は絶縁膜を介してゲート電極に接続され、
上記チャネル領域の電流経路の近傍にはキャリア閉じ込め領域を有し、
上記キャリア閉じこめ領域にキャリアを保持することによりしきい電圧を変化させることで記憶を行なう半導体記憶素子を複数有し、
上記半導体記憶素子に情報“1”または情報“0”を書き込む第1の動作と、 上記第1の動作の後に書き込みが不十分な上記半導体素子に対して再度書き込みを行う第2の動作を有し、
上記第1の動作後に書き込みが不十分な上記半導体記憶素子のリストまたは書き込みが終了した上記半導体記憶素子のリストを保持するレジスタを有する半導体記憶装置について、
書き込みが終了した上記半導体記憶素子について上記レジスタの値を更新する手段を有することを特徴とする半導体記憶回路。
A source region and a drain region,
The source region is connected to the drain region via a channel region,
The channel region is connected to a gate electrode via an insulating film,
A carrier confinement region near the current path in the channel region;
A plurality of semiconductor storage elements that perform storage by changing a threshold voltage by holding carriers in the carrier confinement region;
A first operation of writing information “1” or information “0” to the semiconductor memory element; and a second operation of writing again to the insufficiently written semiconductor element after the first operation. And
A semiconductor memory device having a register that holds a list of the semiconductor memory elements that are insufficiently written after the first operation or a list of the semiconductor memory elements that have been written.
A semiconductor memory circuit having means for updating the value of the register for the semiconductor memory element for which writing has been completed.
請求項80に記載の半導体記憶装置において、
上記書き込みが終了したことを示す情報を高レベルの電圧で表すとき、
上記レジスタの値を更新する手段が1個のp型MOSトランジスタと1個のn型MOSトランジスタからなり、
上記p型MOSトランジスタのソースが高レベルの電源に接続され、
上記p型MOSトランジスタのドレインが上記n型MOSトランジスタのドレインに接続され、
上記n型MOSトランジスタのゲートに上記書き込みが終了したことを示す情報が入力され、
上記n型MOSトランジスタのソースが上記書き込みが終了したことを示す情報を保持するレジスタの入力端子に接続され、
上記p型MOSトランジスタのゲートに制御信号が入力されていることを特徴とした半導体記憶装置。
81. The semiconductor memory device according to claim 80,
When the information indicating that the writing is completed is represented by a high-level voltage,
The means for updating the value of the register includes one p-type MOS transistor and one n-type MOS transistor,
The source of the p-type MOS transistor is connected to a high-level power supply,
A drain of the p-type MOS transistor is connected to a drain of the n-type MOS transistor,
Information indicating that the writing has been completed is input to the gate of the n-type MOS transistor,
A source of the n-type MOS transistor is connected to an input terminal of a register that holds information indicating that the writing is completed;
A semiconductor memory device, wherein a control signal is input to a gate of the p-type MOS transistor.
請求項80に記載の半導体記憶装置において、
上記書き込みが終了したことを示す情報を低レベルの電圧で表すとき、
上記レジスタの値を更新する手段が1個のn型MOSトランジスタと1個のp型MOSトランジスタからなり、
上記n型MOSトランジスタのソースが低レベルの電源に接続され、
上記n型MOSトランジスタのドレインが上記p型MOSトランジスタのドレインに接続され、
上記p型MOSトランジスタのゲートに上記書き込みが終了したことを示す情報が入力され、
上記p型MOSトランジスタのソースが上記書き込みが終了したことを示す情報を保持するレジスタの入力端子に接続され、
上記n型MOSトランジスタのゲートに制御信号が入力されていることを特徴とした半導体記憶装置。
81. The semiconductor memory device according to claim 80,
When the information indicating that the writing is completed is represented by a low-level voltage,
The means for updating the value of the register includes one n-type MOS transistor and one p-type MOS transistor,
The source of the n-type MOS transistor is connected to a low-level power supply,
A drain of the n-type MOS transistor is connected to a drain of the p-type MOS transistor;
Information indicating that the writing has been completed is input to the gate of the p-type MOS transistor,
A source of the p-type MOS transistor is connected to an input terminal of a register that holds information indicating that the writing is completed;
A semiconductor memory device, wherein a control signal is input to a gate of the n-type MOS transistor.
請求項74から請求項82に記載の半導体記憶装置において、上記キャリアを閉じ込める領域が10nm以下の半導体または金属の微粒子からなることを特徴とする半導体記憶装置。   83. The semiconductor memory device according to claim 74, wherein the region for confining the carrier is made of semiconductor or metal fine particles of 10 nm or less. 電荷を蓄積または放出することにより情報を記憶するメモリセルを複数備え、基板上に形成された半導体記憶装置であって、上記メモリセルは上記基板に垂直方向に2個組になって配置され、上記複数のメモリセルはそれぞれデータ線及びワード線に接続され、複数のメモリセルの少なくとも一つを選択する際には、アドレス信号をアドレスプリデコーダとローカルデータ線デコーダに入力し、アドレスプリデコーダからの信号により1本のワード線が選択され、ローカルデータ線デコーダからの信号によりデータ線が選択され、該データ線の選択は、垂直方向に2個組になって配置されるメモリセルのデータ線を同時に選択する場合と、別々に選択する場合があることを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor memory device including a plurality of memory cells that store information by accumulating or discharging electric charges, and is formed on a substrate, wherein the memory cells are arranged in pairs in a direction perpendicular to the substrate, The plurality of memory cells are respectively connected to a data line and a word line, and when selecting at least one of the plurality of memory cells, an address signal is input to an address pre-decoder and a local data line decoder, , One word line is selected by a signal from the local data line decoder, and a data line is selected by a signal from the local data line decoder. The selection of the data line is performed by selecting the data lines of the memory cells arranged in pairs in the vertical direction. Are selected simultaneously or separately.
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