JP2006236424A - Nonvolatile memory device, and its electron charges injection method - Google Patents

Nonvolatile memory device, and its electron charges injection method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize preventing disturbance of a nonvolatile cell to which drain voltage of a selection cell is applied, with a method being suitable for low voltage operation. <P>SOLUTION: The device has an operation circuit 9 for injecting electron injection and a non-selection word line bias circuit 9A as a function of a peripheral circuit. The operation circuit 9 controls operation injecting high energy electron charges to a local part of its lamination insulation film for data writing or erasing of a selected memory transistor to be operated. The non-selection word line bias circuit 9A applies the prescribed voltage to a non-selection memory transistor whose drain region is connected electrically to a drain region of the selected memory transistor through a nonvolatile word line in the direction where voltage between a drain and a gate is relaxed in injecting electron charges. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、チャネル形成領域とゲート電極の間に形成され、内部に離散トラップを含む積層絶縁膜の局部に、高エネルギー電荷を注入し、データ記憶状態を設定または変化させる不揮発性メモリデバイスと、その電荷注入方法とに関する。   The present invention is a nonvolatile memory device that is formed between a channel formation region and a gate electrode, and injects high energy charges into a local portion of a laminated insulating film including discrete traps therein, and sets or changes a data storage state; It relates to the charge injection method.

不揮発性メモリデバイスは、電荷保持手段が単一の導電層、たとえばポリシリコンからなる、いわゆるFG型と、電荷保持手段(電荷をトラップする手段)がチャネルを形成する半導体領域(チャネル形成領域)に対向した面内および膜厚方向に離散化されている、いわゆるMONOS型などの離散トラップ型に大別できる。
離散トラップ型において、データの書き込み方法は種々存在するが、その一つであるCHE注入方式によって電荷を離散的なトラップの一部に注入できることに着目して、電荷蓄積膜としての窒化膜のソース側とドレイン側に独立に2値データを書き込むことにより1メモリセルあたり2ビットを記録可能な技術が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。
この技術においては、ソースとドレイン間の電圧印加方向を入れ換えて2ビットデータをCHE注入により書き込み、書き込み時と逆方向に所定電圧をソースとドレイン間に印加する、いわゆる“リバースリード”方法によってデータを読み出す。このため書き込み時間が短く蓄積電荷量が少ない場合でも、2ビットデータを確実に読み出すことを可能としている。また、消去はバンド間トンネル電流(band-to-band tunnel current)を利用したホットホール注入によって行っている。
この技術によって、構造がシンプルで2ビット書き込み可能な不揮発性メモリが実現でき、これによりビットコストの大幅な低減が可能である。
Boaz Eitan etc,“Extended Abstract of the 1999 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1999, pp.522-523”
The nonvolatile memory device has a so-called FG type in which the charge holding means is made of a single conductive layer, for example, polysilicon, and a semiconductor region (channel forming area) in which the charge holding means (charge trapping means) forms a channel. It can be broadly classified into discrete trap types such as so-called MONOS type, which are discretized in the opposed in-plane and film thickness directions.
In the discrete trap type, there are various data writing methods, but focusing on the fact that charge can be injected into a part of the discrete trap by the CHE injection method, the source of the nitride film as the charge storage film There is known a technique capable of recording 2 bits per memory cell by writing binary data independently on the side and the drain side (see, for example, Non-Patent Document 1).
In this technique, data is written by a so-called “reverse read” method in which 2-bit data is written by CHE injection by switching the voltage application direction between the source and the drain and a predetermined voltage is applied between the source and the drain in the reverse direction to the writing. Is read. For this reason, even when the writing time is short and the amount of accumulated charge is small, 2-bit data can be reliably read. Erasing is performed by hot hole injection using a band-to-band tunnel current.
With this technology, a non-volatile memory with a simple structure and writable by 2 bits can be realized, which can significantly reduce the bit cost.
Boaz Eitan etc, “Extended Abstract of the 1999 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1999, pp.522-523”

とくにシステムLSIで使用されるロジック混載不揮発性メモリ(logic-embedded nonvolatile memory)では、周辺のロジック回路のスケーリングによる電源電圧の低電圧化にともない、動作電圧の低減および低消費電力化が必要とされている。
ところが、上記非特許文献1に記載の公知例は、CHE注入方式によりメモリトランジスタのチャネルに電流を流して書き込みを行うため、書き込み時にゲートに印加する電圧Vgが9Vと高く、低電圧動作を行うことが困難であるという不利益を有する。
In particular, in logic-embedded nonvolatile memory used in system LSIs, it is necessary to reduce the operating voltage and reduce power consumption as the power supply voltage is lowered by scaling the peripheral logic circuits. ing.
However, in the known example described in Non-Patent Document 1, since writing is performed by flowing a current through the channel of the memory transistor by the CHE injection method, the voltage Vg applied to the gate at the time of writing is as high as 9 V, and low voltage operation is performed. Has the disadvantage of being difficult.

また、書き込みまたは消去時にドレインに印加する電圧Vd(<Vg)も比較的高い。このため、セルアレイ内でドレイン同士、ソース同士が接続されている列(カラム)方向の複数のメモリトランジスタにおいて、動作対象のメモリトランジスタ以外の非選択メモリトランジスタに電圧ストレスがかかる。この電圧ストレスにより、非選択のメモリトランジスタで高い側の閾値電圧が低下する場合があり、このことが原因で、データを何度も書き換えている間に閾値電圧が所望の値からずれることがある。これは「ディスターブ」と称され、高信頼性のデバイスを実現するには、有効なディスターブ防止対策が必要である。   Further, the voltage Vd (<Vg) applied to the drain at the time of writing or erasing is relatively high. For this reason, in a plurality of memory transistors in the column direction in which the drains and the sources are connected in the cell array, voltage stress is applied to the non-selected memory transistors other than the operation target memory transistor. Due to this voltage stress, the threshold voltage on the higher side may decrease in the non-selected memory transistor, and this may cause the threshold voltage to deviate from a desired value while rewriting data many times. . This is called “disturb”, and effective anti-disturbance measures are required to realize a highly reliable device.

本発明が解決しようとする課題は、いわゆるMONOS型など離散化されたキャリアトラップ(dispersed carrier-traps)を含む蓄積絶縁膜を有する不揮発性メモリに関し、蓄積絶縁膜の局部に電荷を注入させてデータ記憶状態を設定または変化させる際に、低電圧動作に適したディスターブ防止、とくに非選択ワード線に接続されたメモリトランジスタのディスターブ防止が可能な不揮発性メモリデバイスと、その電荷注入方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention relates to a nonvolatile memory having a storage insulating film including discrete carrier-traps such as a so-called MONOS type, in which charge is injected into a local portion of the storage insulating film and data To provide a non-volatile memory device capable of preventing disturbance suitable for low-voltage operation, particularly preventing a memory transistor connected to an unselected word line from being disturbed when setting or changing a memory state, and a charge injection method thereof It is.

本発明に係る不揮発性メモリデバイスは、半導体基板に形成されている2つのソース・ドレイン領域と、当該2つのソース・ドレイン領域間のチャネル形成領域とゲート電極との間に積層されている複数の絶縁膜からなり、内部の離散トラップに電荷を保持可能な積層絶縁膜とを各々が備え、行列状に配置されている複数のメモリトランジスタと、一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタで共通なゲート電極として形成され、あるいは、前記一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタを単位として複数のゲート電極を電気的に接続する導電層により形成されている複数のワード線と、動作対象のメモリトランジスタを選択し、選択されたメモリトランジスのデータ記憶状態を設定または変化させるために、その積層絶縁膜の局部に高エネルギー電荷を注入する動作回路と、前記動作回路による電荷注入時に、ソース・ドレイン領域が前記動作対象のメモリトランジスタのソース・ドレイン領域と電気的に接続されている非選択のメモリトランジスタに対し、電荷注入を行う前記局部側のソース・ドレイン領域とゲート電極との間の電圧を緩和する向きに、所定の電圧を非選択のワード線を介して印加する非選択ワード線バイアス回路と、を有する。
前記非選択ワード線バイアス回路は、好適に、前記チャネル形成領域の電位、または、ソースとして機能するソース・ドレイン領域の電位を基準として、前記動作対象のメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域に印加される電圧と同じ極性の前記所定の電圧を、前記非選択のワード線に印加する。
A nonvolatile memory device according to the present invention includes a plurality of source / drain regions formed in a semiconductor substrate, and a plurality of layers stacked between a channel formation region between the two source / drain regions and a gate electrode. A plurality of memory transistors made of an insulating film, each of which includes a stacked insulating film capable of holding charges in internal discrete traps, and arranged in a matrix, and a gate electrode common to the plurality of memory transistors arranged in one direction Or a plurality of word lines formed by a conductive layer that electrically connects a plurality of gate electrodes in units of the plurality of memory transistors arranged in one direction, and a memory transistor to be operated is selected, To set or change the data storage state of the selected memory transistor, high energy is applied locally to the stacked insulating film. Charge injection to an operation circuit that injects a load and a non-selected memory transistor whose source / drain region is electrically connected to the source / drain region of the memory transistor to be operated at the time of charge injection by the operation circuit And a non-selected word line bias circuit for applying a predetermined voltage via a non-selected word line in a direction to relax the voltage between the local source / drain region and the gate electrode.
The unselected word line bias circuit preferably has a source / drain region that functions as a drain of the memory transistor to be operated with reference to a potential of the channel formation region or a potential of a source / drain region that functions as a source. The predetermined voltage having the same polarity as the voltage applied to is applied to the unselected word line.

本発明において、好適に、前記行列状に配列された複数のメモリトランジスタにおいてソース同士、ドレイン同士が共通に接続されているメモリトランジスタ数と、そのうち任意の1つのメモリトランジスタが他のメモリトランジスタの動作時にドレイン電圧ストレスを受けたときに、前記1つのメモリトランジスタの前記記憶状態を規定する2つの閾値電圧の差が変化する、しないを決めるドレイン電圧範囲の限界値とに基づいて、前記非選択ワード線バイアス回路により前記非選択のワード線に印加すべき前記所定の電圧について、その適正範囲の一方の限界値が規定される。
さらに好適に、前記非選択ワード線バイアス回路により前記非選択のワード線に印加される前記所定の電圧について、その適性範囲の他方の限界値が、前記記憶状態を規定する前記2つの閾値電圧の低い方の値に応じて規定される。
この非選択ワード線バイアス回路による非選択のワード線への電圧印加により、非選択のメモリトランジスタからのリーク電流が十分抑制される。
In the present invention, preferably, the number of memory transistors whose sources and drains are connected in common in the plurality of memory transistors arranged in a matrix, and any one of the memory transistors is an operation of another memory transistor. The unselected word is based on a drain voltage range limit value that determines whether or not a difference between two threshold voltages defining the storage state of the one memory transistor changes when a drain voltage stress is applied. One limit value of an appropriate range is defined for the predetermined voltage to be applied to the non-selected word line by the line bias circuit.
More preferably, for the predetermined voltage applied to the non-selected word lines by the non-selected word line bias circuit, the other limit value of the appropriate range is the two threshold voltages defining the storage state. It is specified according to the lower value.
By applying a voltage to the non-selected word line by the non-selected word line bias circuit, the leakage current from the non-selected memory transistor is sufficiently suppressed.

本発明に係る不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法は、半導体基板に形成されている2つのソース・ドレイン領域と、当該2つのソース・ドレイン領域間のチャネル形成領域とゲート電極との間に積層されている複数の絶縁膜からなり、電荷を内部の離散トラップに保持する積層絶縁膜とを各々備えている複数のメモリトランジスタが行列状に配置され、一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタで共通なゲート電極として形成され、あるいは、前記一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタを単位として複数のゲート電極を電気的に接続する導電層により形成されている複数のワード線を有する不揮発性メモリの電荷注入方法であって、動作対象のメモリトランジスタを選択するステップと、ソース・ドレイン領域が前記動作対象のメモリトランジスタのソース・ドレイン領域と電気的に接続されている非選択のメモリトランジスタに対し、電荷注入を行う前記積層絶縁膜の局部側のソース・ドレイン領域とゲート電極との間の電圧を緩和する向きに、所定の電圧を非選択のワード線を介して印加するステップと、前記動作対象のメモリトランジスの前記局部に高エネルギー電荷を注入することによりデータの記憶状態を設定または変化させるステップと、を含む。
前記非選択のメモリトランジスタに前記所定の電圧を印加するステップにおいて、好適に、前記チャネル形成領域の電位、または、ソースとして機能するソース・ドレイン領域の電位を基準として、前記動作対象のメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域に印加される電圧と同じ極性の前記所定の電圧を、前記非選択のワード線に印加する。
According to the nonvolatile memory device charge injection method of the present invention, two source / drain regions formed in a semiconductor substrate and a channel forming region between the two source / drain regions and a gate electrode are stacked. A plurality of memory transistors, each of which includes a plurality of insulating films, each of which includes a stacked insulating film that holds charges in an internal discrete trap, and is arranged in a matrix and has a gate common to the plurality of memory transistors arranged in one direction A charge injection method for a non-volatile memory having a plurality of word lines formed as conductive electrodes electrically connecting a plurality of gate electrodes in units of the plurality of memory transistors arranged in the one direction. A step of selecting a memory transistor to be operated, and a source / drain region of the memory transistor to be operated The direction of relaxing the voltage between the source / drain region and the gate electrode on the local side of the stacked insulating film for charge injection with respect to a non-selected memory transistor electrically connected to the source / drain region of the transistor Applying a predetermined voltage via a non-selected word line, and setting or changing a data storage state by injecting high energy charges into the local part of the memory transistor to be operated. Including.
In the step of applying the predetermined voltage to the non-selected memory transistor, preferably, the potential of the channel formation region or the potential of the source / drain region functioning as a source is used as a reference. The predetermined voltage having the same polarity as the voltage applied to the source / drain region functioning as the drain is applied to the unselected word line.

本発明において、好適に、前記行列状に配列された複数のメモリトランジスタにおいてソース同士、ドレイン同士が共通に接続されているメモリトランジスタ数と、そのうち任意の1つのメモリトランジスタが他のメモリトランジスタの動作時にドレイン電圧ストレスを受けたときに、前記1つのメモリトランジスタの前記記憶状態を規定する2つの閾値電圧の差が変化する、しないを決めるドレイン電圧範囲の限界値とに基づいて、前記非選択のワード線に印加すべき前記所定の電圧について、その適正範囲の一方の限界値が規定されている。
さらに好適に、前記非選択のワード線に印加される前記所定の電圧について、その適性範囲の他方の限界値が、前記記憶状態を規定する前記2つの閾値電圧の低い方の値に応じて規定されている。
この非選択ワード線への電圧印加により、非選択のメモリトランジスタからのリーク電流が十分抑制される。
In the present invention, preferably, the number of memory transistors whose sources and drains are connected in common in the plurality of memory transistors arranged in a matrix, and any one of the memory transistors is an operation of another memory transistor. When the drain voltage stress is sometimes applied, the difference between the two threshold voltages defining the memory state of the one memory transistor changes, based on the limit value of the drain voltage range that determines whether or not the non-selected One limit value of the appropriate range is defined for the predetermined voltage to be applied to the word line.
More preferably, for the predetermined voltage applied to the non-selected word line, the other limit value of the appropriate range is defined according to the lower value of the two threshold voltages defining the storage state. Has been.
By applying a voltage to the unselected word line, the leakage current from the unselected memory transistor is sufficiently suppressed.

本発明によれば、ソース・ドレイン領域が動作対象のメモリトランジスタのソース・ドレイン領域と共通に接続されている非選択行のメモリトランジスタにおいて、たとえば高い側の閾値電圧が低下する向きの電圧ストレスが緩和され、ディスターブが有効に防止される。このディスターブ防止方法は、ソース・ドレイン領域が共通に接続されているメモリトランジスタの並びにおける非選択行のメモリトランジスタに対し、ディスターブ防止を特化したものである。このため、ソースとドレイン間に電界を与えチャネル電流を流し、そのチャネルに走行する電荷を加速させるCHE電荷注入よりゲート電圧が低い電荷注入方法を採用した場合において、ディスターブ防止のために取りうる電圧範囲を比較的広くでき、より有効なディスターブ防止が可能である。
以上より、本発明によって、ディスターブを有効に防止しながら低電圧動作により電荷保持層の局部に電荷を注入するデバイス、すなわち低電圧、低ビットコストで信頼性が高い不揮発性メモリデバイスの実現できる。
According to the present invention, in a memory transistor in a non-selected row in which the source / drain region is connected in common with the source / drain region of the memory transistor to be operated, for example, the voltage stress in the direction in which the threshold voltage on the high side decreases is reduced. It is mitigated and disturb is effectively prevented. This disturb prevention method specializes the prevention of disturbance for the memory transistors in the non-selected rows in the memory transistor array in which the source and drain regions are commonly connected. For this reason, when a charge injection method having a gate voltage lower than that of CHE charge injection that applies an electric field between the source and the drain to flow a channel current and accelerates the charge traveling through the channel is adopted, a voltage that can be taken to prevent disturbance. The range can be made relatively wide, and more effective disturbance prevention can be achieved.
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a device that injects charges into the local area of the charge retention layer by a low voltage operation while effectively preventing disturbance, that is, a low voltage, low bit cost, and highly reliable nonvolatile memory device.

以下、本発明の実施形態について、Nチャネル型のメモリトランジスタを有する場合を例に図面を参照しながら説明する。なお、Pチャネル型のメモリトランジスタを有する場合は、不純物領域の導電型を逆にし、幾つかの印加電圧の極性を反転して動作させることによって以下の説明が類推適用できる。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, taking as an example the case of having an N-channel type memory transistor. In the case of having a P-channel memory transistor, the following explanation can be applied by analogy by operating with the conductivity type of the impurity region reversed and inverting the polarity of several applied voltages.

図1に、不揮発性メモリデバイスの概略構成を示す。
図1に図解した不揮発性メモリデバイスは、マトリックス状に配置されているメモリトランジスタを有するメモリセルアレイ(MCA)1と、メモリセルアレイ1の動作を制御するメモリ周辺回路とからなる。
メモリ周辺回路は、カラムバッファ2a、ロウバッファ2b、プリロウデコーダ(PR.DEC)3、メインロウデコーダ(MR.DEC)4、カラムデコーダ(C.DEC)5、入出力回路(I/O)6、カラム選択ゲートアレイ(C.SEL)7、および、ウェル充放電回路(W.C/DC)8を有する。なお、ウェルバイアスを行わない場合、ウェル充放電回路8は省略可能である。メモリ周辺回路は、とくに図解していないが、必要に応じて電源電圧を若干昇圧して、当該昇圧後の電圧をメインロウデコーダ4またはウェル充放電回路8に供給する電源回路、および、これらの各部を制御する制御回路を含む。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a nonvolatile memory device.
The nonvolatile memory device illustrated in FIG. 1 includes a memory cell array (MCA) 1 having memory transistors arranged in a matrix and a memory peripheral circuit that controls the operation of the memory cell array 1.
The memory peripheral circuit includes a column buffer 2a, a row buffer 2b, a pre-row decoder (PR.DEC) 3, a main row decoder (MR.DEC) 4, a column decoder (C.DEC) 5, and an input / output circuit (I / O). 6, a column selection gate array (C.SEL) 7, and a well charge / discharge circuit (WC / DC) 8. When no well bias is performed, the well charge / discharge circuit 8 can be omitted. Although not specifically illustrated, the memory peripheral circuit slightly increases the power supply voltage as necessary, and supplies the boosted voltage to the main row decoder 4 or the well charge / discharge circuit 8, and these A control circuit for controlling each unit is included.

本実施の形態において、このようなメモリ周辺回路からメモリセルアレイ1に供給される電源電圧が単一電源の電圧であり、メモリセルに印加される電圧の最大値が6V以下、さらに望ましくは5V以下となっている。
したがってメモリ周辺回路のトランジスタは、その耐圧が5〜6V程度の仕様となっており、これは通常のロジック回路の、たとえば入出力段のトランジスタの耐圧と同程度である。つまり、図1に示す構成をロジック回路と同じ集積回路に混載する場合、高耐圧トランジスタを含まないことからプロセスの共通性を極めて高いものとすることができる。
なお、メモリ周辺回路の各部の基本動作は通常の不揮発性メモリデバイスと同じであることから、ここでの説明を省略する。
In the present embodiment, the power supply voltage supplied from the memory peripheral circuit to the memory cell array 1 is a single power supply voltage, and the maximum value of the voltage applied to the memory cell is 6 V or less, more preferably 5 V or less. It has become.
Therefore, the transistor of the memory peripheral circuit has a withstand voltage of about 5 to 6 V, which is about the same as the withstand voltage of a normal logic circuit, for example, an input / output stage transistor. That is, when the configuration shown in FIG. 1 is embedded in the same integrated circuit as the logic circuit, the commonality of the process can be made extremely high because the high breakdown voltage transistor is not included.
Since the basic operation of each part of the memory peripheral circuit is the same as that of a normal nonvolatile memory device, description thereof is omitted here.

図2に、MONOS型メモリトランジスタの断面図を示す。
図2に示すメモリトランジスタ10において、P型半導体からなる半導体基板またはウェルの一部が、チャネルが形成される半導体領域、すなわち活性領域11Aである。ここで活性領域11Aの形態は、P型半導体基板の一部、半導体基板に必要に応じて他のウェルを介して形成されているP型ウェル、あるいは、基板(半導体以外の材料も可能)に支持されているP型半導体層(たとえばSOI(Silicon-On-Insulator)層)などがある。以下、半導体基板11および活性領域11Aというとき、シリコンウェハのほかに、基板に形成されているウェルまたはSOI層、それらの一部の領域を、意味としては含むものとする。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a MONOS type memory transistor.
In the memory transistor 10 shown in FIG. 2, a part of a semiconductor substrate or well made of a P-type semiconductor is a semiconductor region in which a channel is formed, that is, an active region 11A. Here, the active region 11A is formed in a part of a P-type semiconductor substrate, a P-type well formed in the semiconductor substrate through another well as necessary, or a substrate (material other than a semiconductor is also possible). There are supported P-type semiconductor layers (for example, SOI (Silicon-On-Insulator) layers). Hereinafter, the semiconductor substrate 11 and the active region 11A include, in addition to a silicon wafer, wells or SOI layers formed in the substrate and a partial region thereof.

活性領域11Aの表面に、第1酸化膜12A、電荷保持層としての窒化膜12B、および、第2酸化膜12Cからなる積層絶縁膜12が形成され、その上にゲート電極13が形成されている。なお、通常、第1酸化膜12Aをボトム酸化膜、第2酸化膜12Cをトップ酸化膜と称する。   A laminated insulating film 12 including a first oxide film 12A, a nitride film 12B as a charge retention layer, and a second oxide film 12C is formed on the surface of the active region 11A, and a gate electrode 13 is formed thereon. . In general, the first oxide film 12A is referred to as a bottom oxide film, and the second oxide film 12C is referred to as a top oxide film.

窒化膜12Bは、第1および第2酸化膜12A,12Cより電荷トラップ密度が高い材料からなり、電荷注入時に電荷保持層として機能する。本例における窒化膜12Bは、たとえば8.0nmの窒化シリコン(Si(0<x<1,0<y<1))膜から構成されている。この窒化膜12Bは、たとえば減圧CVD(LP−CVD)により作製され、膜中にキャリアトラップが多く含まれている。窒化膜12Bは、プールフレンケル型(PF型)の電気伝導特性を示す。なお、厳密には第1および第2酸化膜12A,12Cにも電荷が捕獲される場合があるが、その絶対量が窒化膜12Bに比べ極めて少ないことから窒化膜12Bを電荷保持層と称している。 The nitride film 12B is made of a material having a charge trap density higher than that of the first and second oxide films 12A and 12C, and functions as a charge holding layer during charge injection. The nitride film 12B in this example is formed of, for example, an 8.0 nm silicon nitride (Si x N y (0 <x <1, 0 <y <1)) film. The nitride film 12B is produced, for example, by low pressure CVD (LP-CVD), and contains many carrier traps. The nitride film 12B exhibits a Pool Frenkel type (PF type) electric conduction characteristic. Strictly speaking, charges may be trapped in the first and second oxide films 12A and 12C, but since the absolute amount thereof is extremely smaller than that of the nitride film 12B, the nitride film 12B is referred to as a charge holding layer. Yes.

第1および第2酸化膜12A,12Cは、活性領域11Aあるいはゲート電極13から窒化膜12Bを電気的に分離し、電荷保持のために窒化膜12B中に電荷を閉じ込める役割を果す。第1および第2酸化膜12A,12Cは、窒化膜12Bに対し十分な電荷トラップ密度差を有し電位障壁として機能するならば他の膜、たとえば酸化窒化(oxynitride)膜などにより置き換え可能である。
本例における第1酸化膜12Aは、たとえば、シリコン酸化膜を形成し、これを窒化処理している。第1酸化膜12Aの膜厚は、使用用途に応じて2.0nmから10.0nmの範囲内で決めることができ、ここでは7nmに設定されている。
第2酸化膜12Cは、窒化膜12Bとの界面近傍に深いキャリアトラップを高密度に形成する必要があり、このため、本例では成膜後の窒化膜を熱酸化して形成している。第2酸化膜12CをHTO(High Temperature chemical vapor deposited Oxide)法により形成したSiO膜としてもよい。第2酸化膜12CがCVDで形成された場合は熱処理によりこのトラップが形成される。第2酸化膜12Cの膜厚は、ゲート電極(ワード線WL)からのホールの注入を有効に阻止してデータ書き換え可能な回数の低下防止を図るために、最低でも3.5nm、好ましくは5nm以上が必要である。
The first and second oxide films 12A and 12C serve to electrically isolate the nitride film 12B from the active region 11A or the gate electrode 13 and confine charges in the nitride film 12B for charge retention. The first and second oxide films 12A and 12C can be replaced with other films such as an oxynitride film if they have a sufficient charge trap density difference with respect to the nitride film 12B and function as a potential barrier. .
As the first oxide film 12A in this example, for example, a silicon oxide film is formed and subjected to nitriding treatment. The film thickness of the first oxide film 12A can be determined within the range of 2.0 nm to 10.0 nm according to the intended use, and is set to 7 nm here.
The second oxide film 12C needs to be formed with high density of deep carrier traps in the vicinity of the interface with the nitride film 12B. For this reason, in this example, the formed nitride film is formed by thermal oxidation. The second oxide film 12C may be a SiO 2 film formed by HTO (High Temperature chemical vapor deposited Oxide) method. When the second oxide film 12C is formed by CVD, this trap is formed by heat treatment. The thickness of the second oxide film 12C is at least 3.5 nm, preferably 5 nm, in order to effectively prevent the hole injection from the gate electrode (word line WL) and prevent the number of times data can be rewritten. The above is necessary.

ゲート電極13に一部重なる2つのN型のLDD(lightly doped drain)領域14Sおよび14Dが、活性領域11A内で互いに離れて形成されている。また、ドレイン側のLLD領域14Dの端部付近からソース側に張り出してP型不純物領域からなるポケット領域15が形成されている。ポケット領域15は斜めイオン注入などによりP型不純物を注入することにより形成される。このときのイオン注入ドーズを最適化して、最終的にポケット領域15のP型不純物濃度が、活性領域11AのP型不純物濃度より必要なだけ高くなるように調整される。このようなポケット領域15が存在すると、ドレイン側のLDD領域14Dの端部でP型不純物濃度が局所的に高くなることから、動作電圧印加時に、その部分での空乏層の伸びが抑えられ、その結果として横方向電界の集中性が高まる。
このことは電荷注入効率の向上に寄与するためポケット領域15の形成は望ましいことであるが、本発明ではポケット領域15を設けることが必須の要件ではないことから、その省略も可能である。なお、本実施の形態のように5〜6V以下の動作電圧のMONOSトランジスタでは、ポケット領域16の濃度が、従来のチャネルホットエレクトロン(CHE)注入型のMONOSトランジスタより高いことも一つの特徴となっている。
Two N-type LDD (lightly doped drain) regions 14S and 14D that partially overlap the gate electrode 13 are formed apart from each other in the active region 11A. Further, a pocket region 15 made of a P-type impurity region is formed so as to protrude from the vicinity of the end of the LLD region 14D on the drain side to the source side. The pocket region 15 is formed by implanting P-type impurities by oblique ion implantation or the like. The ion implantation dose at this time is optimized, and finally the P-type impurity concentration in the pocket region 15 is adjusted to be as high as necessary than the P-type impurity concentration in the active region 11A. If such a pocket region 15 is present, the P-type impurity concentration locally increases at the end of the LDD region 14D on the drain side, so that when the operating voltage is applied, the depletion layer can be prevented from growing at that portion. As a result, the concentration of the lateral electric field is increased.
Since this contributes to the improvement of the charge injection efficiency, the formation of the pocket region 15 is desirable. However, in the present invention, the provision of the pocket region 15 is not an essential requirement, and can be omitted. Note that one of the features of the MONOS transistor having an operating voltage of 5 to 6 V or less as in this embodiment is that the concentration of the pocket region 16 is higher than that of the conventional channel hot electron (CHE) injection type MONOS transistor. ing.

ゲート電極13の両側壁に、絶縁体からなるスペーサ(サイドウォール・スペーサ)16Sおよび16Dが形成されている。サイドウォール・スペーサ16Sにより位置が規定される活性領域11Aの表面側部分に、N型不純物領域からなるソース領域17Sが形成され、同様に、サイドウォール・スペーサ16Dにより位置が規定される活性領域11Aの表面側部分に、N型不純物領域からなるドレイン領域17Dが形成されている。   Spacers (sidewall spacers) 16S and 16D made of an insulator are formed on both side walls of the gate electrode 13. A source region 17S made of an N-type impurity region is formed on the surface side portion of the active region 11A whose position is defined by the sidewall spacer 16S. Similarly, the active region 11A whose position is defined by the sidewall spacer 16D is formed. A drain region 17D made of an N-type impurity region is formed in the surface side portion of the semiconductor layer.

ソース領域17Sおよびドレイン領域17Dは、N型不純物を比較的高濃度にイオン注入することにより形成される。このときサイドウォール・スペーサ16S,16Dおよびゲート電極13が自己整合マスクとして機能し、ソース領域17Sおよびドレイン領域17Dの位置が決まる。また、LDD領域14Sおよび14Dは、サイドウォール・スペーサ16S,16Dを形成する前にN型不純物をイオン注入することにより形成され、その濃度は通常、ソース領域17Sやドレイン領域17Dより低く設定される。さらに、LDD領域14Sおよび14Dの各パターンは、それぞれゲート電極13のパターン端部と重なっている。これは、正孔を注入する場合、ゲートの電界がドレインにおよびやすくして、低いドレイン電圧で正孔の発生を可能にするためである。   The source region 17S and the drain region 17D are formed by ion implantation of N-type impurities at a relatively high concentration. At this time, the side wall spacers 16S and 16D and the gate electrode 13 function as a self-alignment mask, and the positions of the source region 17S and the drain region 17D are determined. The LDD regions 14S and 14D are formed by ion-implanting N-type impurities before the sidewall spacers 16S and 16D are formed, and their concentrations are usually set lower than those of the source region 17S and the drain region 17D. . Further, each pattern of the LDD regions 14S and 14D overlaps with a pattern end of the gate electrode 13, respectively. This is because when holes are injected, the electric field of the gate easily reaches the drain, and holes can be generated at a low drain voltage.

なお、ゲートの電界がドレインにおよびやすくするために、LDD領域14Dはドレイン領域17Dからゲート電極端部の直下に張り出していればよく、その意味では、濃度の大小関係を示唆しない「エクステンション領域」と称してもよい。この場合、エクステンション領域のN型不純物濃度がドレイン領域17DのN型不純物濃度より低い必要は必ずしもない。   In order to make the electric field of the gate easily reach the drain, the LDD region 14D only needs to protrude from the drain region 17D directly below the end of the gate electrode. In this sense, the “extension region” that does not suggest a concentration relationship May be called. In this case, the N-type impurity concentration in the extension region is not necessarily lower than the N-type impurity concentration in the drain region 17D.

これらソース領域17S、ドレイン領域17D、ゲート電極13および活性領域11Aのそれぞれは、不図示のコンタクト部および配線を介して、それぞれの動作に適した電圧Vs(ソース電圧),Vd(ドレイン電圧),Vg(ゲート電圧),および必要に応じてVb(バックバイアス電圧)が印加可能となっている。   Each of the source region 17S, the drain region 17D, the gate electrode 13 and the active region 11A is supplied with voltages Vs (source voltage), Vd (drain voltage), Vd (drain voltage), suitable for respective operations, via a contact portion and a wiring not shown. Vg (gate voltage) and, if necessary, Vb (back bias voltage) can be applied.

このような構造のメモリトランジスタ10が行列状に多数配置されて、当該不揮発性メモリデバイスのメモリセルアレイ(MCA)1(図1参照)が構成されている。
以下、メモリセルアレイの構造例を、図面を参照して説明する。
A large number of memory transistors 10 having such a structure are arranged in a matrix to constitute a memory cell array (MCA) 1 (see FIG. 1) of the nonvolatile memory device.
Hereinafter, a structural example of the memory cell array will be described with reference to the drawings.

図3は、NOR型のメモリセルアレイの等価回路図である。図4は、自己整合技術を用いて形成可能な微細NOR型セルアレイの概略平面図である。図5は、図4のA−A'線に沿った断面側から見た斜視図である。
本例の不揮発性メモリデバイスにおいて、NOR型メモリセルアレイの各メモリセルが、メモリトランジスタ1個で構成されている。図3に示すように、メモリセルを各々構成するメモリトランジスタM11〜M33が行列状に配置され、これらトランジスタがワード線WL1〜WL3、ビット線BL1〜BL3および分離ソース線(separated source line)SL1〜SL3によって接続されている。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a NOR type memory cell array. FIG. 4 is a schematic plan view of a fine NOR type cell array that can be formed using the self-alignment technique. FIG. 5 is a perspective view seen from the cross-sectional side along the line AA ′ in FIG. 4.
In the nonvolatile memory device of this example, each memory cell of the NOR type memory cell array is composed of one memory transistor. As shown in FIG. 3, memory transistors M11 to M33, each constituting a memory cell, are arranged in a matrix, and these transistors include word lines WL1 to WL3, bit lines BL1 to BL3, and separated source lines SL1 to SL1. Connected by SL3.

列(COLUMN)方向に沿って配置されているメモリトランジスタM11、M12およびM13の各ソースがビット線BL1に接続され、各ドレインがソース線SL1に接続されている。列方向に沿って配置されているメモリトランジスタM21、M22およびM23の各ソースがビット線BL2に接続され、各ドレインがソース線SL2に接続されている。列方向沿って配置されているメモリトランジスタM31、M32およびM33の各ソースがビット線BL3に接続され、各ドレインがソース線SL3に接続されている。
行(ROW)方向に沿って配置されているメモリトランジスタM11、M21およびM31の各ゲートがワード線WL1に接続されている。行方向に沿って配置されているメモリトランジスタM12、M22およびM32の各ゲートがワード線WL2に接続されている。行方向に沿って配置されているメモリトランジスタM13、M23およびM33の各ゲートがワード線WL3に接続されている。
メモリセルアレイ全体では、図2に図解したセル配置およびセル間接続が繰り返されている。
Each source of the memory transistors M11, M12, and M13 arranged along the column (COLUMN) direction is connected to the bit line BL1, and each drain is connected to the source line SL1. Each source of the memory transistors M21, M22, and M23 arranged along the column direction is connected to the bit line BL2, and each drain is connected to the source line SL2. Each source of the memory transistors M31, M32, and M33 arranged along the column direction is connected to the bit line BL3, and each drain is connected to the source line SL3.
The gates of the memory transistors M11, M21, and M31 arranged along the row (ROW) direction are connected to the word line WL1. Each gate of the memory transistors M12, M22 and M32 arranged along the row direction is connected to the word line WL2. Each gate of the memory transistors M13, M23 and M33 arranged along the row direction is connected to the word line WL3.
In the entire memory cell array, the cell arrangement and inter-cell connection illustrated in FIG. 2 are repeated.

微細NOR型セルアレイにおいて、図5に示すように、P型の半導体基板11(またはPウェル)の表面領域に絶縁性トレンチまたはLOCOSなどからなる素子分離絶縁層ISOが形成されている。素子分離絶縁層ISOは、図4に示すように、列(COLUMN)方向に長い平行ライン形状を有する。ワード線WL1,WL2,WL3,WL4が等間隔に形成され、それぞれのワード線が素子分離絶縁層ISOにほぼ直交している。   In the fine NOR type cell array, as shown in FIG. 5, an element isolation insulating layer ISO made of an insulating trench or LOCOS is formed in a surface region of a P type semiconductor substrate 11 (or P well). As shown in FIG. 4, the element isolation insulating layer ISO has a parallel line shape that is long in the column (COLUMN) direction. Word lines WL1, WL2, WL3, WL4 are formed at equal intervals, and each word line is substantially orthogonal to the element isolation insulating layer ISO.

図5に示すように、ワード線WL1〜WL4と半導体基板11の活性領域11A(図2参照)との間に、前述したメモリトランジスタの積層絶縁膜12が形成されている。
なお、図5においては、図2において活性領域11に形成されているLDD領域14Sおよび14D、ならびに、ポケット領域15の図示を省略している。また、図4および図5におけるワード線WL1〜WL3は、図2に示すゲート電極13に相当する。本例では、ワード線WL1〜WL4の幅(ゲート長)が0.18μm以下、たとえば0.13μmに微細化されている。
As shown in FIG. 5, the stacked insulating film 12 of the memory transistor described above is formed between the word lines WL1 to WL4 and the active region 11A (see FIG. 2) of the semiconductor substrate 11.
In FIG. 5, the LDD regions 14S and 14D formed in the active region 11 and the pocket region 15 are not shown in FIG. 4 and FIG. 5 correspond to the gate electrode 13 shown in FIG. In this example, the width (gate length) of the word lines WL1 to WL4 is reduced to 0.18 μm or less, for example, 0.13 μm.

図4および図5に示すように、素子分離絶縁層ISOにより領域が規定される活性領域の表面部において、N型不純物が高濃度に導入されてソース領域17Sとドレイン領域17Dとが、列(COLUMN)方向に沿って交互に形成されている。ソース領域17Sとドレイン領域17Dの行(ROW)方向の寸法は、素子分離絶縁層ISOの間隔で規定される。ソース領域17Sとドレイン領域17Dの列方向の寸法は、ワード線WL1〜WL4の間隔で規定される。ソース領域17Sとドレイン領域17Dは、その寸法と配置のばらつきに関しマスク合わせの誤差が殆ど導入されないことから、極めて均一に形成されている。   As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the source region 17S and the drain region 17D are arranged in a column (at the surface portion of the active region where the region is defined by the element isolation insulating layer ISO). It is formed alternately along the (COLUMN) direction. The dimension in the row (ROW) direction of the source region 17S and the drain region 17D is defined by the distance between the element isolation insulating layers ISO. The dimension in the column direction of the source region 17S and the drain region 17D is defined by the interval between the word lines WL1 to WL4. The source region 17S and the drain region 17D are formed to be extremely uniform because almost no mask alignment error is introduced with respect to variations in dimensions and arrangement.

図5において、ワード線WL1〜WL4の上部および側壁は、絶縁層で覆われている。ワード線WL1,WL2,…の上部に、ワード線と同じパターンを有するオフセット絶縁層OFが形成されている。
オフセット絶縁層OF、その下のゲート電極(ワード線)および積層絶縁膜12からなる積層パターンの両側壁に、サイドウォール・スペーサ16Sおよび16Dが形成されている。
In FIG. 5, the upper and side walls of the word lines WL1 to WL4 are covered with an insulating layer. Over the word lines WL1, WL2,..., An offset insulating layer OF having the same pattern as the word lines is formed.
Sidewall spacers 16 </ b> S and 16 </ b> D are formed on both side walls of the laminated pattern composed of the offset insulating layer OF, the gate electrode (word line) thereunder, and the laminated insulating film 12.

隣接する2本のワード線の間で、ワード線に沿って細長い自己整合コンタクト部SACが開口されている。自己整合コンタクト部SAC内において、オフセット絶縁層OFおよびサイドウォール・スペーサ16Sおよび16Dによりワード線が被覆されている。
ソース領域17Sまたはドレイン領域17Dに一部重なるように、自己整合コンタクト部SAC内に導電性材料が互い違いに埋め込まれ、これによりビットコンタクト・プラグBCおよびソースコンタクト・プラグSCが形成されている。ビットコンタクト・プラグBCは、ソース領域17Sに対し行(ROW)方向の一方端部に重なっている。ソースコンタクト・プラグSCは、ドレイン領域17Dに対し行方向の他方端部に重なっている。その結果、ビットコンタクト・プラグBCとソースコンタクト・プラグSCは、図4に示すように、互い違いに形成されている。
図示しない絶縁膜でコンタクト・プラグ周囲の凹部が埋め込まれている。この絶縁膜上を、ビットコンタクト・プラグBC上に接触するビット線BL1,BL2,…と、ソースコンタクト・プラグSC上に接触するソース線SL1,DL2,…が交互に形成されている。ビット線とソース線は、列(COLUMN)方向に長い平行ラインの形状を有している。
Between the two adjacent word lines, an elongated self-aligned contact portion SAC is opened along the word line. In the self-aligned contact portion SAC, the word line is covered with the offset insulating layer OF and the sidewall spacers 16S and 16D.
Conductive materials are alternately buried in the self-aligned contact portions SAC so as to partially overlap the source region 17S or the drain region 17D, thereby forming the bit contact plug BC and the source contact plug SC. The bit contact plug BC overlaps one end portion in the row (ROW) direction with respect to the source region 17S. The source contact plug SC overlaps the other end portion in the row direction with respect to the drain region 17D. As a result, the bit contact plug BC and the source contact plug SC are alternately formed as shown in FIG.
A recess around the contact plug is filled with an insulating film (not shown). Bit lines BL1, BL2,... Contacting the bit contact plug BC and source lines SL1, DL2,... Contacting the source contact plug SC are alternately formed on the insulating film. The bit line and the source line have a parallel line shape that is long in the column (COLUMN) direction.

つぎに、この微細NOR型セルアレイの製造方法を説明する。
まず、用意した半導体基板11に対し素子分離絶縁層ISOおよびPウェルを形成した後に、ソース領域17Sおよびドレイン領域17Dをイオン注入法により形成する。また、しきい値電圧調整用のイオン注入等を必要に応じて行う。
Next, a method for manufacturing this fine NOR cell array will be described.
First, after forming the element isolation insulating layer ISO and P well on the prepared semiconductor substrate 11, the source region 17S and the drain region 17D are formed by ion implantation. Further, ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed as necessary.

つぎに、半導体基板(またはPウェル)11上に積層絶縁膜12を成膜する。
具体的に、たとえば、高温熱酸化法により、酸化シリコン膜(第1酸化膜12A)を形成する。
つぎに、第1酸化膜12A上にLP−CVD法により窒化シリコン膜(窒化膜12B)を、最終膜厚が8nmとなるように、これより厚めに堆積する。このCVDは、たとえば、ジクロロシラン(DCS)とアンモニアを混合したガスを用い、基板温度730℃で行う。
形成した窒化シリコン膜(窒化膜12B)の表面を熱酸化法により酸化して、たとえば5nmの酸化シリコン膜(第2酸化膜12C)を形成する。このとき、たとえばHO雰囲気中の炉内を温度950℃に保ち、その炉内で熱酸化を40分程度行う。これにより、トラップレベル(窒化膜12Bの伝導帯からのエネルギー差)が2.0eV以下の程度の深いキャリアトラップが約1〜2×1013/cmの密度で形成される。また、窒化膜12Bが1nmに対し熱酸化シリコン膜(第2酸化膜12C)が1.5nm形成され、この割合で下地の窒化膜厚が減少し、窒化膜12Bの最終膜厚が8nmとなる。
Next, a laminated insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate (or P well) 11.
Specifically, for example, a silicon oxide film (first oxide film 12A) is formed by a high temperature thermal oxidation method.
Next, a silicon nitride film (nitride film 12B) is deposited on the first oxide film 12A by LP-CVD so as to have a final film thickness of 8 nm. This CVD is performed at a substrate temperature of 730 ° C. using a gas in which dichlorosilane (DCS) and ammonia are mixed, for example.
The surface of the formed silicon nitride film (nitride film 12B) is oxidized by a thermal oxidation method to form, for example, a 5 nm silicon oxide film (second oxide film 12C). At this time, for example, the inside of the furnace in the H 2 O atmosphere is maintained at a temperature of 950 ° C., and thermal oxidation is performed in the furnace for about 40 minutes. As a result, deep carrier traps having a trap level (energy difference from the conduction band of the nitride film 12B) of 2.0 eV or less are formed at a density of about 1 to 2 × 10 13 / cm 2 . Further, a thermal silicon oxide film (second oxide film 12C) is formed to a thickness of 1.5 nm with respect to 1 nm of the nitride film 12B, and the underlying nitride film thickness decreases at this ratio, and the final film thickness of the nitride film 12B becomes 8 nm. .

ゲート電極13(ワード線WL)となる導電膜とオフセット絶縁層OFとの積層膜を積層させ、この積層膜を一括して同一パターンにて加工する。
続いて、DLDD領域14Sおよび14D、ならびに、ポケット領域15を順次、イオン注入法により形成し、アニールを行って不純物を活性化する。
A laminated film of a conductive film to be the gate electrode 13 (word line WL) and the offset insulating layer OF is laminated, and the laminated film is processed in the same pattern all together.
Subsequently, the DLDD regions 14S and 14D and the pocket region 15 are sequentially formed by an ion implantation method, and annealing is performed to activate the impurities.

絶縁膜の形成と全面エッチング(エッチバック)を行う。これによりサイドウォール・スペーサ16Sおよび16Dが、ワード線WLとオフセット絶縁層OFの幅方向両側に形成される。また、基板表面を露出させる自己整合コンタクト部SACが、ワード線間に形成される。この自己整合コンタクト部SACにおいて、ワード線の周囲の絶縁膜による被覆が、オフセット絶縁層OFとサイドウォール・スペーサ16Sおよび16Dにより達成されていることから、そのソース領域17Sまたはドレイン領域17Dの表出面の面積が均一になる利点がある。   An insulating film is formed and the entire surface is etched (etched back). Thus, sidewall spacers 16S and 16D are formed on both sides of the word line WL and the offset insulating layer OF in the width direction. A self-aligned contact portion SAC that exposes the substrate surface is formed between the word lines. In this self-aligned contact portion SAC, the covering with the insulating film around the word line is achieved by the offset insulating layer OF and the side wall spacers 16S and 16D. Therefore, the exposed surface of the source region 17S or the drain region 17D There is an advantage that the area is uniform.

自己整合コンタクト部SAC内を導電層で埋め込み、それを所定の間隔で分離する。これにより、自己整合コンタクト部SACにより表出するソース領域17S上にソースコンタクト・プラグSCが形成され、これと同時に、ドレイン領域17D上にビットコンタクト・プラグBCが形成される。   The self-aligned contact portion SAC is filled with a conductive layer and separated at a predetermined interval. As a result, the source contact plug SC is formed on the source region 17S exposed by the self-aligned contact portion SAC, and at the same time, the bit contact plug BC is formed on the drain region 17D.

その後、これらプラグ周囲を層間絶縁膜で埋め込み、層間絶縁膜上にビット線BLおよびソース線SLを形成した後、必要に応じて行う層間絶縁層を介した上層配線の形成およびオーバーコート成膜とパッド開口工程等を経て、当該不揮発性メモリセルアレイが完成する。   Thereafter, the periphery of these plugs is filled with an interlayer insulating film, the bit line BL and the source line SL are formed on the interlayer insulating film, and then the upper layer wiring and the overcoat film formation through the interlayer insulating layer are performed as necessary. The nonvolatile memory cell array is completed through a pad opening process and the like.

このように、本例の微細NOR型セルアレイは、ビット線BLまたはソース線SLに対するコンタクト形成が、自己整合コンタクト部SACの形成と、ビットコンタクト・プラグBCおよびソースコンタクト・プラグSCの同時形成により達成される。
このとき、各プラグの接触面について、その列(COLUMN)方向のサイズが自己整合コンタクト部SACの幅により決められ、コンタクト面積のバラツキが小さい。また、ビットコンタクト・プラグBCまたはソースコンタクト・プラグSCと、ワード線との絶縁分離が容易である。さらに、ビットコンタクト・プラグBCとソースコンタクト・プラグSC、ビット線とソース線は、それぞれ同一階層の導電層をパターンニングして形成される。
このため、配線構造が極めて簡素であり、工程数も少なく、製造コストを低く抑えるのに有利な構造となっている。
As described above, in the fine NOR type cell array of this example, the contact formation with respect to the bit line BL or the source line SL is achieved by the formation of the self-aligned contact portion SAC and the simultaneous formation of the bit contact plug BC and the source contact plug SC. Is done.
At this time, the size of the contact surface of each plug in the column (COLUMN) direction is determined by the width of the self-aligned contact portion SAC, and the variation in the contact area is small. In addition, the bit contact plug BC or the source contact plug SC can be easily isolated from the word line. Further, the bit contact plug BC and the source contact plug SC, and the bit line and the source line are formed by patterning conductive layers in the same level.
For this reason, the wiring structure is very simple, the number of processes is small, and the structure is advantageous for keeping the manufacturing cost low.

また、個々のメモリトランジスタにおいて、ビットコンタクト・プラグBCとソースコンタクト・プラグSCを、それぞれビット線または分離されたソース線に直接接続した構造になっていることから、寄生抵抗が小さく、読み出し電流を大きくでき、高速読み出しが可能である。   In addition, each memory transistor has a structure in which the bit contact plug BC and the source contact plug SC are directly connected to the bit line or the separated source line, respectively, so that the parasitic resistance is small and the read current is reduced. It can be enlarged and high-speed reading is possible.

つぎに、当該不揮発性メモリの動作について説明する。   Next, the operation of the nonvolatile memory will be described.

図2に示すメモリトランジスタ10において、電荷保持層としての窒化膜12Bは、第2酸化膜12Cとの界面付近でとくに電荷トラップ密度が高い。その界面付近の電荷トラップ、あるいは、窒化膜12Bのバルク層の電荷トラップに電子を注入して捕獲させた状態と、捕獲されている電子を消去した状態とでは、当該メモリトランジスタ10の閾値電圧が変化する。このため、その閾値電圧の変化をデータの2値状態に対応させて、当該メモリトランジスタ10にデータの記憶が可能である。   In the memory transistor 10 shown in FIG. 2, the nitride film 12B as the charge retention layer has a particularly high charge trap density near the interface with the second oxide film 12C. The threshold voltage of the memory transistor 10 is in a state where electrons are injected and trapped in the charge trap near the interface or in the bulk trap of the nitride film 12B and in a state where the trapped electrons are erased. Change. Therefore, data can be stored in the memory transistor 10 by making the change in the threshold voltage correspond to the binary state of the data.

ただし、閾値電圧の相対的変化が検出できれば2値または多値の記憶データの読み出しは可能である。本発明において、どのような状態を書き込み状態とし、どのような状態を消去状態とするかは定義上の問題である。したがって、書き込みまたは消去において、電子を注入するか、正孔を注入するかは任意である。また、書き込みまたは消去において、保持電荷を抜き取るか、保持電荷と逆極性の電荷を注入するかも任意である。   However, if a relative change in threshold voltage can be detected, binary or multi-valued stored data can be read. In the present invention, what state is a writing state and what state is an erasing state is a definitional problem. Therefore, in writing or erasing, it is optional to inject electrons or holes. Further, in writing or erasing, it is optional to extract the retained charge or inject a charge having a polarity opposite to the retained charge.

また、本発明において、電荷の注入方法も任意である。
本実施の形態においては、高エネルギー電子を局部的に注入することによりデータ書き込みを行うものとし、とくに、ホットエレクトロン(HE)注入方法の一種であり、比較的低電圧で発生するインパクトイオン化によるドレインアバランシェ現象を用いる方法を例示する。
なお、他の高エネルギー電荷の注入方法としては、チャネルホットエレクトロン(CHE)注入方法、他のHE注入方法、あるいは、バンド間(band-to-band)のトンネリング現象を用いる方法の採用も可能である。
また、本実施の形態における消去方法は、バンド間のトンネリング現象を用いてホットホール(HH)を注入し、保持電子の一部または全部を電気的に相殺することによりデータの消去を行う場合を例示する。
他の消去方法としては、FNトンネリングによって電荷を引き抜く方法も採用可能である。
In the present invention, the charge injection method is also arbitrary.
In the present embodiment, data writing is performed by locally injecting high-energy electrons. In particular, this is a kind of hot electron (HE) injection method, which is a drain by impact ionization generated at a relatively low voltage. A method using an avalanche phenomenon is illustrated.
As another high energy charge injection method, a channel hot electron (CHE) injection method, another HE injection method, or a method using a band-to-band tunneling phenomenon can be adopted. is there.
In the erasing method in this embodiment, data is erased by injecting hot holes (HH) using a tunneling phenomenon between bands and electrically canceling part or all of retained electrons. Illustrate.
As another erasing method, a method of extracting charges by FN tunneling can be employed.

本実施の形態における電荷注入方法は、列(カラム)方向に並ぶ複数のメモリトランジスタを単位として、その中の非選択のメモリトランジスタが接続されている非選択のワード線に、そのゲートとドレイン間の電圧を緩和する向きの電圧を印加して、ディスターブを防止する点に特徴がある。
より特定的には、このときチャネル形成領域(活性領域11A)の電位、または、ソースとして機能するソース・ドレイン領域17Sの電位を基準として、動作対象のメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域17Dに印加される電圧と同じ極性の電圧を、非選択のワード線に印加するとよい。
The charge injection method according to the present embodiment uses a plurality of memory transistors arranged in the column direction as a unit, and a non-selected word line connected to the non-selected memory transistors is connected between the gate and the drain. It is characterized in that the disturbance is prevented by applying a voltage in a direction that relaxes the voltage.
More specifically, the source / drain region functioning as the drain of the memory transistor to be operated with reference to the potential of the channel formation region (active region 11A) or the potential of the source / drain region 17S functioning as the source at this time. A voltage having the same polarity as the voltage applied to 17D may be applied to the unselected word line.

望ましくは、非選択のワード線に印加する電圧の最適範囲について、その一方の限界値(本例では最小値)が、メモリトランジスタの記憶状態を規定する2つの閾値電圧の差(ウインドウ幅)が、当該メモリトランジスタのドレインディスターブ特性で変化する/しないを決めるドレイン電圧範囲の限界値に基づいて規定される。ここで「ドレインディスターブ特性」とは、メモリセルアレイ内で行列状に配列された複数のメモリトランジスタにおいてソース同士、ドレイン同士が共通に接続されているメモリトランジスタの列において、任意の1つのメモリトランジスタが他のメモリトランジスタの動作時にドレイン電圧ストレスを受けたときのディスターブ特性である。
さらに望ましくは、上記電圧の最適範囲について、その他方の限界値(本例では最大値)が、記憶状態を規定する上記2つの閾値電圧の低い方の値に応じて、当該メモリトランジスタがオンしないことを条件として規定される。
Preferably, one limit value (minimum value in this example) of the optimum range of the voltage applied to the unselected word line is the difference between the two threshold voltages (window width) that defines the storage state of the memory transistor. , Based on the limit value of the drain voltage range that determines whether or not to change according to the drain disturb characteristic of the memory transistor. Here, the “drain disturb characteristic” means that any one memory transistor in a column of memory transistors in which the sources and drains are commonly connected in a plurality of memory transistors arranged in a matrix in the memory cell array. This is a disturb characteristic when drain voltage stress is applied during the operation of other memory transistors.
More preferably, in the optimum range of the voltage, the other limit value (maximum value in this example) does not turn on the memory transistor according to the lower value of the two threshold voltages defining the storage state. It is prescribed on condition that.

図6に、図1に示すブロック図を機能的に書き直したブロック図を示す。
図6に示すように、本実施の形態の不揮発性メモリデバイスは、メモリセルアレイ(MCA)1と、その周辺回路(PER.C)9とに大別される。周辺回路9は、既に述べたように、図1に示す各種デコーダ、バッファ、選択回路、I/O回路などを含むメモリセルアレイ1以外の回路であり、本発明の「動作回路」の例として機能する。
FIG. 6 is a block diagram obtained by functionally rewriting the block diagram shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the nonvolatile memory device of the present embodiment is roughly divided into a memory cell array (MCA) 1 and its peripheral circuit (PER.C) 9. As already described, the peripheral circuit 9 is a circuit other than the memory cell array 1 including the various decoders, buffers, selection circuits, I / O circuits, and the like shown in FIG. 1, and functions as an example of the “operation circuit” of the present invention. To do.

周辺回路(動作回路)9内に、非選択ワード線バイアス回路(BIAS)9Aと、読み出し動作回路(READ)9Bを含む。
なお、「動作回路」は、狭義では電荷注入の動作、すなわち、メモリトランジスタを選択し、この選択されたメモリトランジスタに電荷を注入する回路の機能のみを行うものとすることができる。その場合、非選択ワード線バイアス回路(BIAS)9Aと読み出し動作回路(READ)9Bは、動作回路とは別に設けられる。ただし、通常のメモリ周辺回路では、バイアスを発生し供給する構成は一元化、あるいは、ロウ方向とカラム方向で分けている場合が多いことから、図6においては、これらを図示のように全体の動作回路に含ませている。
このうち非選択ワード線バイアス回路9Aが、本実施の形態で新たに付加した構成である。
The peripheral circuit (operation circuit) 9 includes a non-selected word line bias circuit (BIAS) 9A and a read operation circuit (READ) 9B.
In the narrow sense, the “operation circuit” may be a charge injection operation, that is, a function of a circuit that selects a memory transistor and injects a charge into the selected memory transistor. In that case, the unselected word line bias circuit (BIAS) 9A and the read operation circuit (READ) 9B are provided separately from the operation circuit. However, in a normal memory peripheral circuit, a configuration for generating and supplying a bias is often unified or divided into a row direction and a column direction. Therefore, in FIG. It is included in the circuit.
Of these, the unselected word line bias circuit 9A is newly added in the present embodiment.

以下、このような構成を前提とした電荷注入方法の一例を、図面を参照して説明する。
図7は、書き込み動作時の電圧値と、その印加対象との関係を示すメモリセルアレイの一部の等価回路図である。
Hereinafter, an example of a charge injection method based on such a configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a part of the memory cell array showing the relationship between the voltage value during the write operation and the application target.

本発明における書き込み動作においては、セルを選択する第1ステップと、インヒビット電圧を設定する第2ステップと、実際に書き込み動作を行う第3ステップとを有する。
第1ステップでは、図7に示すメモリセルアレイにおいて、図6に示す動作回路9が書き込み対象のメモリトランジスタM21を選択する。
第2ステップでは、選択されたメモリトランジスタM21が接続されたワード線WL1以外の非選択のワード線WL2およびWL3に、図6に示す非選択ワード線バイアス回路9Aが所定のインビット電圧Vinhを印加する。
第3ステップでは、図6に示す動作回路が、選択されたワード線WL1に所定の書き込み電圧Vgwを印加し、そのドレインとして機能するソース・ドレイン領域(ドレイン領域17D)に、所定の書き込みドレイン電圧Vdwを印加する。
The write operation according to the present invention includes a first step of selecting a cell, a second step of setting an inhibit voltage, and a third step of actually performing a write operation.
In the first step, in the memory cell array shown in FIG. 7, the operation circuit 9 shown in FIG. 6 selects the memory transistor M21 to be written.
In the second step, a non-selected word line bias circuit 9A shown in FIG. 6 applies a predetermined in-bit voltage Vinh to non-selected word lines WL2 and WL3 other than the word line WL1 to which the selected memory transistor M21 is connected. To do.
In the third step, the operation circuit shown in FIG. 6 applies a predetermined write voltage Vgw to the selected word line WL1, and a predetermined write drain voltage is applied to the source / drain region (drain region 17D) functioning as its drain. Vdw is applied.

以下、この書き込み動作を、図8に示す具体的な印加電圧値と、図9(A)〜図9(E)のタイミングチャートに示す電圧の印加タイミングをも参照しながら、さらに詳しく述べる。
ここではドレインアバランシェモードを使用することから、書き込み時のゲート電圧をVgw、ドレイン電圧をVdw、データ記憶状態を規定する2つの閾値電圧のうち、より低い方の閾値電圧をVthlにより表記すると、動作回路からメモリトランジスタに供給される複数の電圧において、その最大電圧が6V以下、Vg≦Vd、Vg−Vthl≦Vdの何れかの関係が満たされることが望ましい。なお、「ドレインアバランシェモード」とは、チャネルホットエレクトロン(CHE)による注入モードが皆無ではないが、そのモードよりも、インパクトイオン化によるドレインアバランシェ現象による注入モードが支配的になる動作モードのことであり、上記電圧関係の下で生じやすい。
Hereinafter, this write operation will be described in more detail with reference to the specific applied voltage values shown in FIG. 8 and the voltage application timings shown in the timing charts of FIGS. 9A to 9E.
Here, since the drain avalanche mode is used, if the gate voltage at the time of writing is expressed as Vgw, the drain voltage is expressed as Vdw, and the lower threshold voltage among the two threshold voltages defining the data storage state is expressed as Vthl, Of the plurality of voltages supplied from the circuit to the memory transistor, it is desirable that the maximum voltage is 6 V or less, and any relationship of Vg ≦ Vd and Vg−Vthl ≦ Vd is satisfied. The “drain avalanche mode” is an operation mode in which an injection mode by a drain avalanche phenomenon by impact ionization is dominant rather than an injection mode by channel hot electrons (CHE). This is likely to occur under the above voltage relationship.

本例では、単一電源での動作が可能なように、書き込みゲート電圧Vgwは5V、書き込みドレイン電圧Vdwは5Vまたは4.5Vである。以下、書き込みドレイン電圧が5Vの場合を説明する。
このとき選択されたメモリトランジスタM21(図7参照)が接続されたソース線SL2に0Vを印加する。非選択のソース線SL1およびSL3と非選択のビット線BL1およびBL3については、同様に0Vを印加するか、または、オープンとする。
In this example, the write gate voltage Vgw is 5V and the write drain voltage Vdw is 5V or 4.5V so that the operation with a single power supply is possible. Hereinafter, a case where the write drain voltage is 5 V will be described.
At this time, 0 V is applied to the source line SL2 to which the selected memory transistor M21 (see FIG. 7) is connected. Similarly, 0 V is applied to the non-selected source lines SL1 and SL3 and the non-selected bit lines BL1 and BL3, or they are left open.

これらの電圧の印加タイミングに関し、図9(A)および図9(B)に示す時点t1において、まず、選択されたワード線WL1および非選択のワード線WL1,WL3を、インヒビット電圧Vinhまでチャージする。
つぎに、図9(A)に示す時点t2において、選択されたワード線WL1のみ、書き込みゲート電圧Vgw(=5V)まで昇圧する。
その後、図9(E)に示す時点t3において、書き込み対象のメモリトランジスタM21のドレインに接続されたビット線BL2の電位を、書き込みドレイン電圧Vdw(=5V)まで昇圧し、その後に時点t4で、この書き込みドレイン電圧Vdwの印加を終了する。
なお、この書き込み動作期間中、図9(C)および図9(D)に示すように、選択ソース線SL2ならびに非選択のソース線SL1,SL3および非選択のビット線BL1,BL3は0Vで保持する。
Regarding the application timing of these voltages, at time t1 shown in FIGS. 9A and 9B, first, the selected word line WL1 and the unselected word lines WL1 and WL3 are charged up to the inhibit voltage Vinh. .
Next, at time t2 shown in FIG. 9A, only the selected word line WL1 is boosted to the write gate voltage Vgw (= 5 V).
Thereafter, at time t3 shown in FIG. 9E, the potential of the bit line BL2 connected to the drain of the memory transistor M21 to be written is boosted to the write drain voltage Vdw (= 5 V), and then at time t4. The application of the write drain voltage Vdw is terminated.
During this write operation period, as shown in FIGS. 9C and 9D, the selected source line SL2, the unselected source lines SL1 and SL3, and the unselected bit lines BL1 and BL3 are held at 0V. To do.

図2および図3を参照すると、このバイアス電圧印加により、メモリトランジスタM21において、主にドレイン領域17D側で、このドレイン領域17Dとゲート電極13(ワード線WL1)との間の電界により、ドレインアバランシェ現象が生じ、それにより生じた電荷のうち、ゲート電圧と逆極性の高エネルギー電荷(電子)が、第1酸化膜12Aのエネルギー障壁を乗り越えて、窒化膜12Bのドレイン側局部に注入され、そこで保持される。
逆のソース側局部に電子を注入する場合は、上記とソースとドレインの電圧関係を入れ替えて再度書き込み動作を実行する。あるいは、上記ドレイン側局部の書き込み動作同時に、ソース領域17Sに対し、書き込みデータに応じてドレイン電圧Vdwを印加するか否かを規定すると、2ビットデータの同時書き込みが可能である。
2 and 3, by applying this bias voltage, in the memory transistor M21, a drain avalanche is formed mainly on the drain region 17D side by an electric field between the drain region 17D and the gate electrode 13 (word line WL1). Among the charges generated by the phenomenon, high-energy charges (electrons) having a polarity opposite to the gate voltage overcome the energy barrier of the first oxide film 12A and are injected into the drain side local portion of the nitride film 12B. Retained.
In the case of injecting electrons into the opposite source side local part, the write operation is executed again by switching the voltage relationship between the above and the source and drain. Alternatively, if the drain voltage Vdw is applied to the source region 17S at the same time as the write operation of the drain side local area according to the write data, 2-bit data can be simultaneously written.

このとき、図7を参照すると、メモリトランジスタM21と同一列の非選択のメモリトランジスタM22およびM23に弱い書き込みが行われるような電圧ストレスが印加されるが、これが上記した非選択ワード線バイアスにより緩和されている(ディスターブ防止)。このディスターブ防止に有効なインヒビット電圧Vinhには最適範囲が存在する。   At this time, referring to FIG. 7, a voltage stress is applied to the non-selected memory transistors M22 and M23 in the same column as the memory transistor M21 so that weak writing is performed, but this is alleviated by the above-mentioned non-selected word line bias. (Disturbance prevention). There is an optimum range for the inhibit voltage Vinh effective for preventing the disturbance.

上記の書き込み動作においては、図9(E)に示すように、時点t3と時点t4とにより規定される書き込みドレイン電圧Vdwの印加時間により、書き込み時間tpが決められる。
この書き込み時間の規定の仕方は必須ではないが、図9(E)に示すように書き込み時間tpをドレイン電圧の印加時間で規定すると、同じドレイン電圧が供給される非選択のメモリトランジスタがディスターブを受ける時間(以下、ディスターブ時間という)が最小となることから、望ましい。
In the above write operation, as shown in FIG. 9E, the write time tp is determined by the application time of the write drain voltage Vdw defined by the time t3 and the time t4.
Although the method of defining the writing time is not essential, if the writing time tp is defined by the application time of the drain voltage as shown in FIG. 9E, unselected memory transistors to which the same drain voltage is supplied are disturbed. This is desirable because the time taken (hereinafter referred to as disturb time) is minimized.

本発明者は、本発明を考案するにあたり、このインヒビット電圧Vinhの最適範囲を求めるための実験を行った。
この実験の結果をつぎに示す。
The present inventor conducted an experiment for determining the optimum range of the inhibit voltage Vinh in devising the present invention.
The results of this experiment are shown below.

図10は、閾値電圧Vthが6V付近の書き込み状態のMONOSメモリトランジスタに対してドレイン電圧Vdwを印加したときに、その閾値電圧Vthの時間推移を示すグラフである。
この実験では、書き込み時のドレイン電圧Vdwを4.2V〜5.2Vまで0.2Vステップで変えたサンプルを6つ用意し、同一の試験を行った。
FIG. 10 is a graph showing the time transition of the threshold voltage Vth when the drain voltage Vdw is applied to the MONOS memory transistor in the written state where the threshold voltage Vth is around 6V.
In this experiment, six samples were prepared in which the drain voltage Vdw at the time of writing was changed in a 0.2 V step from 4.2 V to 5.2 V, and the same test was performed.

図10に示すように、初期の閾値電圧Vthは約6V付近で多少ばらついているが、ドレイン電圧ストレスの印加時間を長くすると、そのドレイン電圧Vdwが高いほど、閾値電圧Vthの時間に対する減少量ΔVthが増大することがわかった。これは書き込み状態の蓄積電子がドレイン側に引き抜かれる、または、ドレイン接合表面で、ホットホールが形成され、電荷保持層である窒化膜12Bに注入され、電子と再結合しているためである。   As shown in FIG. 10, the initial threshold voltage Vth varies somewhat in the vicinity of about 6V. However, when the drain voltage stress application time is increased, the amount of decrease ΔVth with respect to the time of the threshold voltage Vth increases as the drain voltage Vdw increases. Was found to increase. This is because stored electrons in the written state are drawn out to the drain side, or hot holes are formed on the drain junction surface and injected into the nitride film 12B, which is the charge retention layer, and recombine with the electrons.

この実験結果により、書き込みドレイン電圧Vdwが増大した場合に、これと同じ電圧がドレインに印加される書き込み状態(Vth=約6V)の非選択セルのVthが時間とともに減少し、セルアレイ動作としては、書き込み時にディスターブが発生していることが分かる。
しかも、この閾値電圧の減少量ΔVthは書き込みドレイン電圧Vdwが大きいほど、増大することが分かる。
As a result of this experiment, when the write drain voltage Vdw increases, the Vth of the non-selected cell in the write state (Vth = about 6 V) in which the same voltage is applied to the drain decreases with time. It can be seen that disturbance occurs during writing.
In addition, it can be seen that the decrease amount ΔVth of the threshold voltage increases as the write drain voltage Vdw increases.

本発明では、この観点から非選択ワード線に印加するインヒビット電圧Vinhの適正範囲を、以下のように規定することが望ましい。   In the present invention, from this viewpoint, it is desirable to define the appropriate range of the inhibit voltage Vinh applied to the unselected word lines as follows.

図11に、書き込み状態でのメモリトランジスタにおけるディスターブ時間tdを1秒とした場合、閾値電圧の減少量ΔVthの、書き込みドレイン電圧Vdwの依存性を示す。
ここで言うディスターブ時間tdは、メモリセルアレイ全体にデータを書き込むまでに、1つのメモリトランジスタがディスターブを受ける時間(=(単位書き込み時間tp):図9(E)参照)の累計である。このディスターブ時間は、メモリセルアレイの規模が大きく、とくにワード線の本数に比例して増加する。
図11で想定したディスターブ時間1秒は、1つのメモリトランジスタに対する書き込み時間tpを数msとした場合、ワード線100本以上のセルアレイ規模が実現可能な現実的な値である。
FIG. 11 shows the dependence of the threshold voltage decrease amount ΔVth on the write drain voltage Vdw when the disturb time td in the memory transistor in the write state is 1 second.
The disturb time td referred to here is the total of the time during which one memory transistor is disturbed (= (unit write time tp): see FIG. 9E) until data is written to the entire memory cell array. This disturb time is large in proportion to the size of the memory cell array, and increases particularly in proportion to the number of word lines.
The disturb time of 1 second assumed in FIG. 11 is a realistic value that can realize a cell array scale of 100 word lines or more when the write time tp for one memory transistor is several ms.

図11に示すように、閾値電圧の減少量ΔVthは、書き込みドレイン電圧Vdwが増大するにつれて、単調に増加していることが分かる。
また、書き込みドレイン電圧Vdwが4.2V以下で、書き込み状態での閾値電圧の減少が殆ど生じていない。
As shown in FIG. 11, it can be seen that the threshold voltage decrease amount ΔVth monotonously increases as the write drain voltage Vdw increases.
Further, when the write drain voltage Vdw is 4.2 V or less, there is almost no decrease in the threshold voltage in the write state.

上記知見を踏まえて、本例では非選択のメモリトランジスタのドレインとゲート間に印加されるディスターブ電圧を4.2V以下にするために、非選択のワード線に、ディスターブ電圧を緩和する(絶対値で減少させる)向きのインヒビット電圧Vinhを印加する。本例におけるインヒビット電圧Vinhは、書き込みドレイン電圧Vdwが5Vであることから、これより値が低い正電圧である。
ディスターブ電圧の下限が4.2Vの上記例において動作電圧としてVgw=Vdw=5Vの場合、非選択ワード線に印加するインヒビット電圧Vinhは0.8V以上となる。
また、ドレイン電圧Vdwが6Vの場合、1.8V以上のインヒビット電圧Vinhを非選択ワード線に印加すれば、実効的にドレインとゲート間に4.2V印加したことになる。
このように、インヒビット電圧Vinhの下限値は、書き込みドレイン電圧Vdwに応じて規定される。
Based on the above knowledge, in this example, in order to make the disturb voltage applied between the drain and gate of the non-selected memory transistor 4.2 V or less, the disturb voltage is relaxed on the non-selected word line (absolute value). The inhibit voltage Vinh is applied in the direction that is decreased by. The inhibit voltage Vinh in this example is a positive voltage having a value lower than this because the write drain voltage Vdw is 5V.
In the above example where the lower limit of the disturb voltage is 4.2V, when the operating voltage is Vgw = Vdw = 5V, the inhibit voltage Vinh applied to the unselected word line is 0.8V or more.
When the drain voltage Vdw is 6V, if an inhibit voltage Vinh of 1.8V or higher is applied to the unselected word line, 4.2V is effectively applied between the drain and the gate.
Thus, the lower limit value of the inhibit voltage Vinh is defined according to the write drain voltage Vdw.

一方、インヒビット電圧Vinhの上限値は、消去状態でのメモリトランジスタがオンしない状態を維持することである。たとえば、消去状態の閾値電圧Vthの分布下限値が2.4Vであるとすると、それから電圧余裕として、たとえば0.4Vだけ低い2Vを、非選択ワード線に印加すべきインヒビット電圧Vinhの上限値として設定できる。   On the other hand, the upper limit value of the inhibit voltage Vinh is to maintain a state in which the memory transistor in the erased state is not turned on. For example, if the distribution lower limit value of the threshold voltage Vth in the erased state is 2.4 V, then, as a voltage margin, for example, 2 V lower by 0.4 V is used as the upper limit value of the inhibit voltage Vinh to be applied to the unselected word line. Can be set.

以上より、動作電圧としてVgw=Vdw=5Vの場合、本例におけるインヒビット電圧Vinhの適正範囲は、0.8V以上で2V以下となる。
なお、ドレイン電圧Vdwが6Vの場合、インヒビット電圧Vinhの適正範囲は、1.8V以上で2V以下となり狭いことから、この意味でも前述した電圧関係:Vg≦Vdを満たすことが望まれる。
From the above, when Vgw = Vdw = 5V as the operating voltage, the appropriate range of the inhibit voltage Vinh in this example is 0.8V or more and 2V or less.
Note that when the drain voltage Vdw is 6V, the appropriate range of the inhibit voltage Vinh is narrower to 1.8V or more and 2V or less. Therefore, in this sense as well, it is desirable to satisfy the above-described voltage relationship: Vg ≦ Vd.

これまで、データの書き込み方法につき、説明してきたが、読み出しについて、いわゆるフォワードリードでも、リバースリードのどちらの方式でも可能である。
また、消去方法に関しても、バンド間ホットホール電流消去でも、トンネル電子引き抜き消去でも可能である。
Up to this point, the data writing method has been described. However, reading can be performed by either a so-called forward read method or a reverse read method.
As for the erasing method, inter-band hot hole current erasing or tunnel electron drawing erasing can be used.

図12は、消去時動作時の電圧値と、その印加対象との関係を示すメモリセルアレイの一部の等価回路図である。また、図13(A)〜図13(D)は、消去動作時の電圧の印加タイミングを示すタイミングチャートである。
ここでは、ワード線WL1に接続された3つのメモリトランジスタM11,M21およびM31を一括して消去する場合を例示する。また、バンド間トンネル電流に起因して発生するホットホール(HH)を、電子が注入されたドレイン側およびソース側の局部に一括して注入する方法を例示する。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a part of the memory cell array showing the relationship between the voltage value during the erase operation and the application target. FIGS. 13A to 13D are timing charts showing voltage application timings during the erase operation.
Here, a case where the three memory transistors M11, M21 and M31 connected to the word line WL1 are erased at once is illustrated. Further, a method of injecting hot holes (HH) generated due to the band-to-band tunnel current into the drain side and source side local regions where electrons have been injected will be exemplified.

図12に示すように、選択されたワード線WLに消去ゲート電圧(負電圧:−Vge)を印加し、非選択のワード線WL2およびWL3に、インヒビット電圧Vinh(e)を印加し、全てのビット線と全てのソース線に消去ドレイン電圧Vde(正電圧)を印加する。
このようにバンド間トンネル電流を利用したホットホール注入モードにおいては、ゲートとドレインとの電圧を10V近く(本例では11V)に設定する必要がある。
なお、バイト単位の消去を行う場合、選択されたワード線WLに接続されたメモリトランジスタであっても、消去対象としないバイトに対応するメモリトランジスタについては、そのソース線およびビット線を0V印加またはオープンとする。
As shown in FIG. 12, the erase gate voltage (negative voltage: -Vge) is applied to the selected word line WL, the inhibit voltage Vinh (e) is applied to the unselected word lines WL2 and WL3, An erase drain voltage Vde (positive voltage) is applied to the bit line and all source lines.
Thus, in the hot hole injection mode using the band-to-band tunnel current, it is necessary to set the voltage between the gate and the drain close to 10 V (11 V in this example).
When erasing byte by byte, even if the memory transistor is connected to the selected word line WL, the source line and bit line of the memory transistor corresponding to the byte not to be erased are applied with 0V. Open.

これらの電圧の印加タイミングに関し、図13(B)に示す時点t1において、まず、非選択のワード線WL2およびWL3を、インヒビット電圧Vinh(e)までチャージする。
つぎに、図13(A)に示す時点t2において、選択されたワード線WL1に、消去ゲート電圧−Vge(=−5V)を印加する。
その後、図13(C)および図13(D)に示す時点t3において、消去対象のバイトに対応したメモリトランジスタの全てのビット線BL1〜BL3および全てのソース線SL1〜SL3の電位を、消去ドレイン電圧Vde(=6V)まで昇圧し、その後に時点t4で、この消去ドレイン電圧Vdeの印加を終了する。
Regarding the application timing of these voltages, at a time t1 shown in FIG. 13B, first, the unselected word lines WL2 and WL3 are charged to the inhibit voltage Vinh (e).
Next, at the time t2 shown in FIG. 13A, the erase gate voltage −Vge (= −5V) is applied to the selected word line WL1.
After that, at time t3 shown in FIGS. 13C and 13D, the potentials of all the bit lines BL1 to BL3 and all the source lines SL1 to SL3 of the memory transistor corresponding to the byte to be erased are erased. The voltage is boosted to the voltage Vde (= 6V), and then the application of the erase drain voltage Vde is finished at time t4.

図2および図3を参照すると、このバイアス電圧印加により、メモリトランジスタM11〜M31において、ソース領域17Sおよびドレイン領域17Dの表面に少数キャリア(正孔)の蓄積層が形成され、その部分でエネルギーバンドの曲がりが急峻となって、その結果、バンド間トンネル電流が生じる。これによって発生した電子と正孔のペアのうち、正孔がゲート電極13に引き寄せられて加速され、高エネルギー電荷(ホットホール)になり、積層絶縁膜12内に注入される。このため、保持電子が、このホットホールにより電気的に相殺され、データが消去される。   Referring to FIGS. 2 and 3, by this bias voltage application, in the memory transistors M11 to M31, a minority carrier (hole) accumulation layer is formed on the surface of the source region 17S and the drain region 17D, and an energy band is formed in that portion. As a result, a band-to-band tunneling current is generated. Of the pair of electrons and holes generated thereby, the holes are attracted to the gate electrode 13 and accelerated to become high energy charges (hot holes), which are injected into the laminated insulating film 12. For this reason, retained electrons are electrically offset by the hot holes, and data is erased.

上記の消去動作においては、図13(C)に示すように、時点t3と時点t4とにより規定される消去ドレイン電圧Vdeの印加時間により、消去時間teが決められる。
この消去時間の規定の仕方は必須ではないが、図13(C)に示すように消去時間teをドレイン電圧の印加時間で規定すると、同じドレイン電圧が供給される非選択のメモリトランジスタがディスターブを受ける時間(消去ディスターブ時間)が最小となることから、望ましい。
なお、消去ディスターブを防止するために、非選択のワード線WL2およびWL3に印加する消去インヒビット電圧Vinh(e)にも最適範囲がある。その導出は、上述した書き込み時のインヒビット電圧Vinhと同様に行えることから、ここでの説明を省略する。
In the above erase operation, as shown in FIG. 13C, the erase time te is determined by the application time of the erase drain voltage Vde defined by the time t3 and the time t4.
This method of defining the erase time is not essential, but if the erase time te is defined by the application time of the drain voltage as shown in FIG. 13C, non-selected memory transistors to which the same drain voltage is supplied are disturbed. This is desirable because the time it takes (erase disturb time) is minimized.
In order to prevent erase disturb, the erase inhibit voltage Vinh (e) applied to the unselected word lines WL2 and WL3 also has an optimum range. Since the derivation can be performed in the same manner as the above-described inhibit voltage Vinh at the time of writing, a description thereof is omitted here.

本実施の形態によれば、たとえばドレインアバランシェ電荷注入など、低い電圧での電荷注入モードに適した非選択のメモリトランジスタのディスターブ防止が有効、かつ、容易に実現できる。   According to the present embodiment, it is possible to effectively and easily realize the prevention of disturbance of a non-selected memory transistor suitable for a charge injection mode at a low voltage such as drain avalanche charge injection.

なお、本発明が適用可能なメモリトランジスタとして、図2に示す1ビット/セル記憶が可能なMONOSメモリトランジスタに限定されない。2ビット/セル記憶が可能なMONOSメモリトランジスタにも本発明が適用可能である。
また、図2において破線で囲まれたA部の構成は、ONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜に限定されず、NO(Nitride-Oxide) 膜等の窒化膜バルクのキャリアトラップを主に離散化トラップとして利用する場合、さらには、シリコン等からなり粒径が10ナノメータ(nm)オーダまたはそれ以下の互いに絶縁されたナノ結晶、ポリシリコン等からなり微細なドット状に分割され互いに絶縁された微細分割フローティングゲート等など、他の形態の離散化トラップを有するものであってもよい。
また、メモリセルアレイ構成は、図3に示す分離ソースを有するものに限定されず、たとえば、他のNOR型、NAND型などの各種セル方式の不揮発性メモリに広く適用可能である。他のNOR型には、ビット線ないしソース線が階層化されたセル構成、例えばAND型,DINOR型等を含む。
The memory transistor to which the present invention is applicable is not limited to the MONOS memory transistor capable of storing 1 bit / cell shown in FIG. The present invention can also be applied to a MONOS memory transistor capable of storing 2 bits / cell.
2 is not limited to the ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film, and the structure of the nitride film bulk trap such as the NO (Nitride-Oxide) film is mainly discretized. When used as a trap, it is further divided into fine dots that are made of silicon or the like and made of nanocrystals, polysilicon, etc. that are insulated from each other with a particle size of the order of 10 nanometers (nm) or less. It may have other types of discretization traps such as a split floating gate.
Further, the memory cell array configuration is not limited to the one having the isolation source shown in FIG. 3, and can be widely applied to various cell type nonvolatile memories such as other NOR type and NAND type, for example. Other NOR types include cell configurations in which bit lines or source lines are hierarchized, for example, AND type, DINOR type, and the like.

また、不揮発性メモリに、そのメモリ機能を活用してある機能を実現するロジック回路を混載しているか否かを問わない。また、その機能の種類、使用する用途およびアプリケーションを問わない。   It does not matter whether a non-volatile memory is mixed with a logic circuit that realizes a function by utilizing the memory function. Moreover, the kind of function, the use to be used, and an application are not ask | required.

一般に、現在主流の汎用の不揮発性半導体メモリデバイスは、書き換え回数10万回を保証する場合が多い。しかし、不揮発性半導体メモリデバイスがあらゆる書き換え可能なデータの記録媒体として広く用いられてきていることから、適当なアプリケーションに限れば、書き換え回数は数回から多くても数10回という場合も増えている。
たとえば、著作権者の利益を護るため書き換え回数が制限される場合がある。あるいは、システムLSIなどの分野では、顧客の要望に応じて一部の機能を電気的に選択し、あるいは、所定の特性値(たとえば供給電圧値)を顧客の要望に応じて変更するように構成され、そのために電気的にデータの書き換えが可能な不揮発性メモリセルアレイがICの一部に埋め込まれている場合がある。これらの用途では、入力されるデータのビット数M、あるいは、その最大の書き換え回数Nが予め決められていることが多い。
In general, general-purpose nonvolatile semiconductor memory devices that are currently mainstream often guarantee 100,000 rewrites. However, since the nonvolatile semiconductor memory device has been widely used as a recording medium for all rewritable data, the number of times of rewriting increases from several times to several tens times as long as it is limited to an appropriate application. Yes.
For example, the number of rewrites may be limited to protect the interests of the copyright holder. Alternatively, in the field of system LSIs, etc., some functions are electrically selected according to the customer's request, or a predetermined characteristic value (for example, supply voltage value) is changed according to the customer's request. Therefore, there is a case where a nonvolatile memory cell array capable of electrically rewriting data is embedded in a part of the IC. In these applications, the number of input data bits M or the maximum number of rewrites N is often determined in advance.

たとえば、適用可能なアプリケーションとして、供給電圧値を変更するために抵抗を調整するようなアナログトリミング用途がある。このような用途では、データの書き換え回数は最大でも10回程度で十分であることが分かっている。このロジック混載メモリ装置は、メモリブロックと、抵抗値を設定するための論理回路ブロックとを有する。
このようなアナログトリミング用途、さらには他の用途でも、上述した、低い電圧での電荷注入モードに適した非選択のメモリトランジスタのディスターブ防止が有効、かつ、容易に実現できるという利益が得られる。
For example, applicable applications include analog trimming applications where the resistance is adjusted to change the supply voltage value. In such applications, it has been found that a maximum number of data rewrites of about 10 is sufficient. This logic embedded memory device has a memory block and a logic circuit block for setting a resistance value.
Even in such analog trimming applications and other applications, the above-described advantage can be obtained that the disturbance prevention of the non-selected memory transistor suitable for the charge injection mode at a low voltage is effective and can be easily realized.

本実施の形態における不揮発性メモリデバイスの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the non-volatile memory device in this Embodiment. MONOS型メモリトランジスタの断面図である。It is sectional drawing of a MONOS type | mold memory transistor. NOR型のメモリセルアレイの等価回路図である。2 is an equivalent circuit diagram of a NOR type memory cell array. FIG. 自己整合技術を用いて形成可能な微細NOR型セルアレイの概略平面図である。It is a schematic plan view of a fine NOR type cell array that can be formed using a self-alignment technique. 図4のA−A'線に沿った断面側から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the cross section side along the AA 'line of FIG. 図1に示すブロック図を機能的に書き直した機能ブロック図である。It is the functional block diagram which functionally rewrote the block diagram shown in FIG. 書き込み動作時の電圧値と、その印加対象との関係を示すメモリセルアレイの一部の等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a part of a memory cell array showing a relationship between a voltage value during a write operation and an application target thereof. 具体的な印加電圧値を示す図表である。It is a graph which shows a specific applied voltage value. (A)〜(E)は、書き込み動作時の電圧印加タイミングを示すタイミングチャートである。(A)-(E) is a timing chart which shows the voltage application timing at the time of write-in operation | movement. MONOSメモリトランジスタに対して高温保持による加速寿命試験を行ったときに、その書き込み状態での閾値電圧の時間推移を示すグラフである。It is a graph which shows the time transition of the threshold voltage in the writing state, when the accelerated life test by high temperature holding | maintenance is performed with respect to the MONOS memory transistor. 書き込み状態でのメモリトランジスタにおけるディスターブ時間を1秒とした場合に、閾値電圧の減少量の、書き込みドレイン電圧依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the write drain voltage dependence of the decrease amount of a threshold voltage when the disturb time in the memory transistor in a write state is 1 second. 消去時動作時の電圧値と、その印加対象との関係を示すメモリセルアレイの一部の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a part of a memory cell array showing a relationship between a voltage value during an erasing operation and an application target thereof. (A)〜(D)は、消去動作時の電圧印加タイミングを示すタイミングチャートである。(A)-(D) is a timing chart which shows the voltage application timing at the time of erase operation.

符号の説明Explanation of symbols

1…メモリセルアレイ、9…動作回路、9A…非選択ワード線バイアス回路、9B…読み出し動作回路、10…メモリトランジスタ、11…半導体基板またはウェル、11A…活性領域、12…積層絶縁膜、12B…第1の酸化膜、12C…第2の酸化膜、13…ゲート電極、17S…ソース領域、17D…ドレイン領域、OF…オフセット絶縁層、SW…サイドウォール・スペーサ、BL1等…ビット線、M11等…メモリトランジスタ、SL1等…ソース線、WL1等…ワード線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Memory cell array, 9 ... Operation circuit, 9A ... Unselected word line bias circuit, 9B ... Read operation circuit, 10 ... Memory transistor, 11 ... Semiconductor substrate or well, 11A ... Active region, 12 ... Multilayer insulation film, 12B ... First oxide film, 12C ... second oxide film, 13 ... gate electrode, 17S ... source region, 17D ... drain region, OF ... offset insulating layer, SW ... side wall spacer, BL1, etc. bit line, M11, etc. ... Memory transistor, SL1, etc .... Source line, WL1, etc .... Word line

Claims (16)

半導体基板に形成されている2つのソース・ドレイン領域と、当該2つのソース・ドレイン領域間のチャネル形成領域とゲート電極との間に積層されている複数の絶縁膜からなり、内部の離散トラップに電荷を保持可能な積層絶縁膜とを各々が備え、行列状に配置されている複数のメモリトランジスタと、
一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタで共通なゲート電極として形成され、あるいは、前記一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタを単位として複数のゲート電極を電気的に接続する導電層により形成されている複数のワード線と、
動作対象のメモリトランジスタを選択し、選択されたメモリトランジスのデータ記憶状態を設定または変化させるために、その積層絶縁膜の局部に高エネルギー電荷を注入する動作回路と、
前記動作回路による電荷注入時に、ソース・ドレイン領域が前記動作対象のメモリトランジスタのソース・ドレイン領域と電気的に接続されている非選択のメモリトランジスタに対し、電荷注入を行う前記局部側のソース・ドレイン領域とゲート電極との間の電圧を緩和する向きに、所定の電圧を非選択のワード線を介して印加する非選択ワード線バイアス回路と、
を有する不揮発性メモリデバイス。
It consists of two source / drain regions formed on the semiconductor substrate and a plurality of insulating films stacked between the channel forming region and the gate electrode between the two source / drain regions, and serves as an internal discrete trap. A plurality of memory transistors each including a stacked insulating film capable of holding charge, and arranged in a matrix;
A plurality of memory transistors arranged in one direction as a common gate electrode, or a plurality of conductive layers electrically connecting the plurality of gate electrodes in units of the plurality of memory transistors arranged in the one direction. A word line,
An operation circuit that selects a memory transistor to be operated and injects high-energy charges into the local portion of the stacked insulating film in order to set or change the data storage state of the selected memory transistor;
At the time of charge injection by the operation circuit, the local source / drain region that performs charge injection to a non-selected memory transistor whose source / drain region is electrically connected to the source / drain region of the memory transistor to be operated. A non-selected word line bias circuit for applying a predetermined voltage via a non-selected word line in a direction to relax the voltage between the drain region and the gate electrode;
A non-volatile memory device.
前記動作回路は、前記高エネルギー電荷の注入時に、前記2つのソース・ドレイン領域および前記ゲート電極に各々印加する電圧の最大値が6V以下、前記ゲート電極に印加するゲート電圧が前記2つのソース・ドレイン領域間に印加するドレイン電圧以下、前記データ記憶状態を規定する2つの閾値電圧の低い方の閾値電圧と前記ゲート電圧との電圧差が前記ドレイン電圧以下、という3つの電圧条件の何れかを満足するように、前記ゲート電圧および前記ドレイン電圧を含む複数の電圧を前記メモリトランジスタに供給する
請求項1に記載の不揮発性メモリデバイス。
The operating circuit has a maximum voltage applied to the two source / drain regions and the gate electrode of 6 V or less and a gate voltage applied to the gate electrode when the high energy charge is injected. One of three voltage conditions: a drain voltage applied between the drain regions, a voltage difference between the lower threshold voltage of the two threshold voltages defining the data storage state and the gate voltage is the drain voltage or less. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein a plurality of voltages including the gate voltage and the drain voltage are supplied to the memory transistor so as to satisfy the requirements.
前記非選択ワード線バイアス回路は、前記チャネル形成領域の電位、または、ソースとして機能するソース・ドレイン領域の電位を基準として、前記動作対象のメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域に印加される電圧と同じ極性の前記所定の電圧を、前記非選択のワード線に印加する
請求項1に記載の不揮発性メモリデバイス。
The unselected word line bias circuit is applied to the source / drain region functioning as the drain of the memory transistor to be operated with reference to the potential of the channel formation region or the potential of the source / drain region functioning as the source. The non-volatile memory device according to claim 1, wherein the predetermined voltage having the same polarity as a voltage to be applied is applied to the non-selected word line.
前記行列状に配列された複数のメモリトランジスタにおいてソース同士、ドレイン同士が共通に接続されているメモリトランジスタ数と、そのうち任意の1つのメモリトランジスタが他のメモリトランジスタの動作時にドレイン電圧ストレスを受けたときに、前記1つのメモリトランジスタの前記記憶状態を規定する2つの閾値電圧の差が変化する、しないを決めるドレイン電圧範囲の限界値とに基づいて、前記非選択ワード線バイアス回路により前記非選択のワード線に印加すべき前記所定の電圧について、その適正範囲の一方の限界値が規定されている
請求項1に記載の不揮発性メモリデバイス。
Among the plurality of memory transistors arranged in a matrix, the number of memory transistors whose sources and drains are commonly connected, and any one of the memory transistors is subjected to drain voltage stress during the operation of another memory transistor. When the non-selected word line bias circuit performs the non-selection based on the limit value of the drain voltage range that determines whether or not the difference between two threshold voltages defining the storage state of the one memory transistor changes or not The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein one limit value of an appropriate range is defined for the predetermined voltage to be applied to the word line.
前記2つの閾値電圧の間に読み出しゲート電圧を設定し、前記記憶状態を読み出す読み出し動作回路をさらに有し、
前記非選択ワード線バイアス回路により前記非選択のワード線に印加される前記所定の電圧について、その適性範囲の他方の限界値が、前記記憶状態を規定する前記2つの閾値電圧の低い方の値に応じて規定されている
請求項3に記載の不揮発性メモリデバイス。
A read operation circuit for setting a read gate voltage between the two threshold voltages and reading the storage state;
For the predetermined voltage applied to the non-selected word lines by the non-selected word line bias circuit, the other limit value of the appropriate range is the lower value of the two threshold voltages defining the memory state The non-volatile memory device according to claim 3, wherein the non-volatile memory device is defined according to.
前記動作回路は、前記選択されたメモリトランジスタの前記積層絶縁膜の局部に、ドレインアバランシュ電荷注入により電荷を注入する動作モードを含み、
前記非選択ワード線バイアス回路は、少なくとも、前記ドレインアバランシュ電荷注入に先立って、予め、前記非選択のワード線に前記所定の電圧を印加する
請求項1に記載の不揮発性メモリデバイス。
The operation circuit includes an operation mode in which charge is injected into the local part of the stacked insulating film of the selected memory transistor by drain avalanche charge injection,
2. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the non-selected word line bias circuit applies the predetermined voltage to the non-selected word line in advance prior to at least the drain avalanche charge injection.
前記動作回路は、前記電荷を注入する動作時に前記書き込み対象のメモリトランジスを選択し、選択されたメモリトランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加し、当該選択されたメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域に、前記3つの電圧条件のいずれかを満足するドレイン電圧を印加する
請求項2に記載の不揮発性メモリデバイス。
The operation circuit selects the memory transistor to be written during the operation of injecting the charge, applies a gate voltage to the gate electrode of the selected memory transistor, and functions as a drain of the selected memory transistor. The nonvolatile memory device according to claim 2, wherein a drain voltage that satisfies any of the three voltage conditions is applied to the drain region.
前記積層絶縁膜は、
前記チャネル形成領域上の絶縁膜と、
当該絶縁膜上の窒化膜または酸化窒化膜と、
を含む請求項1に記載の不揮発性メモリデバイス。
The laminated insulating film is
An insulating film on the channel formation region;
A nitride film or an oxynitride film on the insulating film;
The nonvolatile memory device according to claim 1, comprising:
前記積層絶縁膜は、
前記チャネル形成領域上の絶縁膜と、
当該絶縁膜上に前記電荷トラップとして形成され、粒径が10ナノメータオーダ以下で互いに絶縁された小粒径導電体と、
を含む請求項1に記載の不揮発性メモリデバイス。
The laminated insulating film is
An insulating film on the channel formation region;
A small particle conductor formed as the charge trap on the insulating film and insulated from each other with a particle size of 10 nanometers or less;
The nonvolatile memory device according to claim 1, comprising:
半導体基板に形成されている2つのソース・ドレイン領域と、当該2つのソース・ドレイン領域間のチャネル形成領域とゲート電極との間に積層されている複数の絶縁膜からなり、電荷を内部の離散トラップに保持する積層絶縁膜とを各々備えている複数のメモリトランジスタが行列状に配置され、一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタで共通なゲート電極として形成され、あるいは、前記一方向に並ぶ複数のメモリトランジスタを単位として複数のゲート電極を電気的に接続する導電層により形成されている複数のワード線を有する不揮発性メモリの電荷注入方法であって、
動作対象のメモリトランジスタを選択するステップと、
ソース・ドレイン領域が前記動作対象のメモリトランジスタのソース・ドレイン領域と電気的に接続されている非選択のメモリトランジスタに対し、電荷注入を行う前記積層絶縁膜の局部側のソース・ドレイン領域とゲート電極との間の電圧を緩和する向きに、所定の電圧を非選択のワード線を介して印加するステップと、
前記動作対象のメモリトランジスの前記局部に高エネルギー電荷を注入することによりデータの記憶状態を設定または変化させるステップと、
を含む不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
Consists of two source / drain regions formed on a semiconductor substrate, and a plurality of insulating films stacked between a channel formation region and a gate electrode between the two source / drain regions, and charges are dispersed internally. A plurality of memory transistors each having a stacked insulating film held in a trap are arranged in a matrix and formed as a gate electrode common to a plurality of memory transistors arranged in one direction, or a plurality of memory transistors arranged in one direction A charge injection method for a non-volatile memory having a plurality of word lines formed by a conductive layer electrically connecting a plurality of gate electrodes in units of memory transistors,
Selecting a memory transistor to be operated; and
A source / drain region and a gate on the local side of the stacked insulating film for injecting charge into a non-selected memory transistor whose source / drain region is electrically connected to the source / drain region of the memory transistor to be operated Applying a predetermined voltage via a non-selected word line in a direction to relax the voltage between the electrodes;
Setting or changing the storage state of data by injecting high energy charges into the local of the memory transistor to be operated; and
A method for injecting charges in a nonvolatile memory device comprising:
前記動作回路は、前記高エネルギー電荷の注入時に、前記2つのソース・ドレイン領域および前記ゲート電極に各々印加する電圧の最大値が6V以下、前記ゲート電極に印加するゲート電圧が前記2つのソース・ドレイン領域間に印加するドレイン電圧以下、前記データ記憶状態を規定する2つの閾値電圧の低い方の閾値電圧と前記ゲート電圧との電圧差が前記ドレイン電圧以下、という3つの電圧条件の何れかを満足するように、前記ゲート電圧および前記ドレイン電圧を含む複数の電圧を前記メモリトランジスタに供給する
請求項10に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
The operating circuit has a maximum voltage applied to the two source / drain regions and the gate electrode of 6 V or less and a gate voltage applied to the gate electrode when the high energy charge is injected. One of three voltage conditions: a drain voltage applied between the drain regions, a voltage difference between the lower threshold voltage of the two threshold voltages defining the data storage state and the gate voltage is the drain voltage or less. The method of claim 10, wherein a plurality of voltages including the gate voltage and the drain voltage are supplied to the memory transistor to satisfy the requirement.
前記非選択のメモリトランジスタに前記所定の電圧を印加するステップにおいて、前記チャネル形成領域の電位、または、ソースとして機能するソース・ドレイン領域の電位を基準として、前記動作対象のメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域に印加される電圧と同じ極性の前記所定の電圧を、前記非選択のワード線に印加する
請求項10に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
In the step of applying the predetermined voltage to the non-selected memory transistor, it functions as the drain of the memory transistor to be operated with reference to the potential of the channel formation region or the potential of the source / drain region that functions as a source. The charge injection method for a nonvolatile memory device according to claim 10, wherein the predetermined voltage having the same polarity as a voltage applied to a source / drain region to be applied is applied to the non-selected word line.
前記行列状に配列された複数のメモリトランジスタにおいてソース同士、ドレイン同士が共通に接続されているメモリトランジスタ数と、そのうち任意の1つのメモリトランジスタが他のメモリトランジスタの動作時にドレイン電圧ストレスを受けたときに、前記1つのメモリトランジスタの前記記憶状態を規定する2つの閾値電圧の差が変化する、しないを決めるドレイン電圧範囲の限界値とに基づいて、前記非選択のワード線に印加すべき前記所定の電圧について、その適正範囲の一方の限界値を規定する
請求項10に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
Among the plurality of memory transistors arranged in a matrix, the number of memory transistors whose sources and drains are commonly connected, and any one of the memory transistors is subjected to drain voltage stress during the operation of another memory transistor. Sometimes, the difference between two threshold voltages defining the storage state of the one memory transistor changes or does not change based on the limit value of the drain voltage range to be applied to the unselected word line The charge injection method for a nonvolatile memory device according to claim 10, wherein one limit value of an appropriate range of the predetermined voltage is defined.
前記非選択のワード線に印加される前記所定の電圧について、その適性範囲の他方の限界値を、前記記憶状態を規定する前記2つの閾値電圧の低い方の値に応じて規定する
請求項10に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
11. The other limit value of the appropriate range of the predetermined voltage applied to the non-selected word line is defined according to the lower value of the two threshold voltages that define the storage state. A charge injection method for a nonvolatile memory device according to claim 1.
前記選択されたメモリトランジスタの前記積層絶縁膜の局部に、ドレインアバランシュ電荷注入により電荷を注入する動作モードを含み、
前記ドレインアバランシュ電荷注入に先立って、予め、前記非選択のワード線に前記所定の電圧を印加する
請求項10に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
An operation mode in which a charge is injected by drain avalanche charge injection into a local part of the stacked insulating film of the selected memory transistor;
11. The method of injecting charge into a non-volatile memory device according to claim 10, wherein the predetermined voltage is applied in advance to the non-selected word lines prior to the drain avalanche charge injection.
前記高エネルギー電荷を注入するステップが、
前記選択されたメモリトランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加するステップと、
当該選択されたメモリトランジスタのドレインとして機能するソース・ドレイン領域に、前記3つの電圧条件のいずれかを満足するドレイン電圧を印加するステップと
を含む請求項11に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
Injecting the high energy charge comprises:
Applying a gate voltage to the gate electrode of the selected memory transistor;
And applying a drain voltage that satisfies any of the three voltage conditions to a source / drain region that functions as a drain of the selected memory transistor. Method.
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