JP2007123636A - Nonvolatile memory device and its driving method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a split gate cell for which an area per memory cell is further reduced. <P>SOLUTION: A serially arranged memory device is composed by serially arranging one or more memory cell pairs having two memory cells on the side of a first charge storage layer, and on the side of a second charge storage layer. The device comprises as a unit a semiconductor substrate where a first diffusion layer and a second diffusion layer of two impurity diffusion layers are arranged on a surface; the first charge storage layer arranged through a first insulating film and the second charge storage layer arranged through a second insulating film with the semiconductor substrate, which are two charge storage layers arranged in a region between the first diffusion layer and the second diffusion layer; a first control gate electrode arranged adjacently to the first charge storage layer, and capable of controlling the potential of the first charge storage layer; a second control gate electrode arranged adjacently to the second charge storage layer, and capable of controlling the potential of the second charge storage layer; and an auxiliary gate electrode arranged adjacently to the first control gate electrode and the second control gate electrode, and arranged through a third insulating film with the semiconductor substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、不揮発性メモリ装置およびその駆動方法に関し、より詳細には、ホットエレクトロン書き込み可能なNANDアレイ構造を有する不揮発性メモリに関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory device and a driving method thereof, and more particularly to a nonvolatile memory having a NAND array structure capable of hot electron writing.

半導体基板のソース・ドレイン間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して電荷蓄積層を配置し、電荷蓄積層上に絶縁膜を介して制御ゲート電極を配置する一般的な不揮発性メモリ(以下、シングル・ゲートセル)に対して、1対のソース・ドレイン間に制御ゲート(CG)と補助ゲート(AG)を有する不揮発性メモリセル(以下、スプリット・ゲートセル)が知られている(例えば、特許文献1参照)。前記スプリット・ゲートセルは、補助ゲートの働きにより低電流高速書き込みが可能であり、しかも、シングルゲートトランジスタで課題となっている過剰消去が発生しないという利点を有している。   A general nonvolatile memory in which a charge storage layer is disposed on a channel region between a source and a drain of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a control gate electrode is disposed on the charge storage layer via an insulating film (hereinafter, referred to as “nonvolatile memory”). A non-volatile memory cell (hereinafter referred to as a split gate cell) having a control gate (CG) and an auxiliary gate (AG) between a pair of source and drain is known (for example, Patent Document 1). 1). The split gate cell has the advantage that low current and high speed writing is possible by the function of the auxiliary gate, and that over-erasing, which is a problem with a single gate transistor, does not occur.

図15は、従来の不揮発性メモリの模式的な断面構造の一例を示す説明図である。図15(a)は、前記スプリット・ゲートセルの断面構造である。鎖線で囲んだ部分がメモリセルの単位を構成する。図15(a)に示すように、半導体基板101上のソース拡散層129、ドレイン拡散層131の間のチャンネル領域上に、電荷蓄積層(SN)123a、制御ゲート125aがそれぞれ絶縁膜を介して配置される。また、電荷蓄積層(SN)123a、制御ゲート125aの側方に、補助ゲート電極(AG)127aが配置される。ソース拡散層129は、ビット線(BL)135とコンタクトを介して接続されており、隣接メモリセルのソース拡散層133もビット線135に共通接続されている。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of a schematic cross-sectional structure of a conventional nonvolatile memory. FIG. 15A shows a sectional structure of the split gate cell. A portion surrounded by a chain line constitutes a memory cell unit. As shown in FIG. 15A, on the channel region between the source diffusion layer 129 and the drain diffusion layer 131 on the semiconductor substrate 101, a charge storage layer (SN) 123a and a control gate 125a are respectively interposed via insulating films. Be placed. An auxiliary gate electrode (AG) 127a is disposed on the side of the charge storage layer (SN) 123a and the control gate 125a. The source diffusion layer 129 is connected to the bit line (BL) 135 via a contact, and the source diffusion layer 133 of the adjacent memory cell is also commonly connected to the bit line 135.

また、図15(b)は、前述のシングル・ゲートセルの断面構造である。鎖線で囲んだ部分がメモリセルの単位を構成する。図15(b)に示すように、半導体基板101上のソース拡散層109、ドレイン拡散層111の間のチャンネル領域上に、電荷蓄積層(SN)103a、制御ゲート105aがそれぞれ絶縁膜を介して配置される。ソース拡散層109は、ビット線(BL)115とコンタクトを介して接続されており、隣接メモリセルのソース拡散層113もビット線115に共通接続されている。   FIG. 15B shows the cross-sectional structure of the single gate cell described above. A portion surrounded by a chain line constitutes a memory cell unit. As shown in FIG. 15B, on the channel region between the source diffusion layer 109 and the drain diffusion layer 111 on the semiconductor substrate 101, the charge storage layer (SN) 103a and the control gate 105a are respectively interposed via insulating films. Be placed. The source diffusion layer 109 is connected to the bit line (BL) 115 via a contact, and the source diffusion layer 113 of the adjacent memory cell is also commonly connected to the bit line 115.

シングルゲートの不揮発性メモリセルにおいて、一対のソース・ドレインを複数のメモリセルで共有する構成、いわゆるNAND型のメモリセルが知られている。図16は、従来のNANDセルアレイの模式的な構造の一例を示す説明図である。図16に示すように、従来のNAND型メモリセルアレイは、それぞれ異なる選択ゲート電極SG3、SG4を有する選択トランジスタを介してビット線に接続され、それぞれ異なる選択ゲート電極SG1、SG2を有する選択トランジスタを介してソース線SLにそれぞれ接続される。
特許公報第2862434号公報
In a single gate nonvolatile memory cell, a so-called NAND type memory cell in which a pair of source / drain is shared by a plurality of memory cells is known. FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of a schematic structure of a conventional NAND cell array. As shown in FIG. 16, the conventional NAND type memory cell array is connected to the bit line via select transistors having different select gate electrodes SG3 and SG4, and via select transistors having different select gate electrodes SG1 and SG2. Are respectively connected to the source lines SL.
Japanese Patent Publication No. 2862434

しかしながら、シングルゲートで形成されている標準的な不揮発性メモリセルと比較して、補助ゲートの面積が余分に必要であるため、単位メモリセルあたりの面積の更なる縮小が望まれている。この発明は、スプリット・ゲートセルにおいて補助ゲートの形成によって単位メモリセルあたりの面積を増加させることなく一対のソース・ドレインを複数のメモリセルで共有する直列配置メモリ装置と前記直列配置メモリ装置を複数個含んでなるマトリックス配置メモリ装置、前記直列配置メモリ装置ならびにマトリックス配置メモリ装置の駆動方法を提供するものである。   However, as compared with a standard nonvolatile memory cell formed of a single gate, an additional auxiliary gate area is required, and therefore further reduction of the area per unit memory cell is desired. The present invention provides a serially arranged memory device in which a pair of source / drain is shared by a plurality of memory cells without increasing the area per unit memory cell by forming an auxiliary gate in the split gate cell, and a plurality of the serially arranged memory devices. A matrix-arranged memory device, a serially-arranged memory device, and a method for driving the matrix-arranged memory device are provided.

この発明は、
(1)表面部に二つの不純物拡散層である第1拡散層と第2拡散層とが配置された半導体基板と、第1拡散層と第2拡散層との間の領域に配置される二つの電荷蓄積層であって前記半導体基板と第1絶縁膜を介して配置される第1の電荷蓄積層および第2絶縁膜を介して配置される第2の電荷蓄積層と、第1の電荷蓄積層に隣接して配置され第1の電荷蓄積層の電位を制御し得る第1の制御ゲート電極と、第2の電荷蓄積層に隣接して配置され第2の電荷蓄積層の電位を制御し得る第2の制御ゲート電極と、第1の制御ゲート電極と第2の制御ゲート電極とに隣接して配置され前記半導体基板と第3絶縁膜を介して配置される補助ゲート電極とを単位とし第1の電荷蓄積層側と第2の電荷蓄積層側の二つのメモリセルを有するメモリセル対を1以上直列に配置してなることを特徴とする直列配置メモリ装置を提供する。
This invention
(1) A semiconductor substrate in which two impurity diffusion layers, ie, a first diffusion layer and a second diffusion layer are disposed on the surface portion, and a region disposed between the first diffusion layer and the second diffusion layer. A first charge storage layer disposed through the semiconductor substrate and the first insulating film, a second charge storage layer disposed through the second insulating film, and a first charge A first control gate electrode arranged adjacent to the storage layer and capable of controlling the potential of the first charge storage layer, and a potential of the second charge storage layer arranged adjacent to the second charge storage layer A second control gate electrode, and an auxiliary gate electrode disposed adjacent to the first control gate electrode and the second control gate electrode and disposed via the semiconductor substrate and the third insulating film. A memory cell pair having two memory cells on the first charge storage layer side and the second charge storage layer side. Providing series arrangement memory device characterized by being arranged in series above.

さらに、この発明は、
(2)前記(1)の記載のメモリ装置を複数含んでなり、前記メモリ装置の各メモリセルがX方向に直列に配置され、前記X方向と異なるY方向において、互いに異なる前記メモリ装置に含まれるメモリセルの第1の制御ゲート電極が互いに接続された共通第1制御ゲート線と、前記X方向と異なるY方向において、互いに異なる前記メモリ装置に含まれるメモリセルの第2の制御ゲート電極が互いに接続された共通第2制御ゲート線と、前記X方向と異なるY方向において、互いに異なる前記メモリ装置に含まれるメモリセルの補助ゲート電極が互いに接続された共通補助ゲート線とを有することを特徴とするマトリックス配置メモリ装置を提供する。
Furthermore, this invention
(2) A plurality of the memory devices according to (1) are included, and each memory cell of the memory device is arranged in series in the X direction, and is included in the memory devices that are different from each other in the Y direction different from the X direction. A common first control gate line in which the first control gate electrodes of the memory cells to be connected to each other and a second control gate electrode of the memory cell included in the memory device different from each other in the Y direction different from the X direction. A common second control gate line connected to each other and a common auxiliary gate line to which auxiliary gate electrodes of memory cells included in the memory devices different from each other in the Y direction different from the X direction are connected to each other. A matrix arrangement memory device is provided.

さらにまた、この発明は、
(3)直列配置メモリ装置の複数個と、各直列配置メモリ装置の第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に対応して配置される選択トランジスタであって選択ゲートを有する選択トランジスタと、前記第2拡散層側の端のメモリセル対の各第2拡散層に、対応する選択トランジスタを介して接続されるひとつのビット線と、各直列配置メモリ装置の第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層を互いに接続するソース線と各直列配置メモリ装置の対応する補助ゲートがそれぞれ接続される1以上の共通補助ゲート線と、各直列配置メモリ装置の対応する制御ゲートがそれぞれ接続される1以上の共通制御ゲート線とを備える直列配置メモリユニットを単位として構成されるマトリックス配置メモリ装置を提供する。
Furthermore, this invention
(3) A plurality of serially arranged memory devices and select transistors arranged corresponding to the second diffusion layer of the memory cell pair arranged at the second diffusion layer side end of each serially arranged memory device. A selection transistor having a gate; one bit line connected to each second diffusion layer of the memory cell pair at the end of the second diffusion layer side through a corresponding selection transistor; A source line for connecting the first diffusion layers of the memory cell pair arranged at the end of the one diffusion layer side, one or more common auxiliary gate lines to which the corresponding auxiliary gates of the serially arranged memory devices are respectively connected, Provided is a matrix-arranged memory device configured in units of a serially-arranged memory unit including one or more common control gate lines to which corresponding control gates of the serially-arranged memory device are respectively connected. .

また、この発明は、
(4)直列配置メモリ装置の複数個と、各直列配置メモリ装置の第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層を互いに接続するひとつのビット線と、各直列配置メモリ装置の第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に対応してそれぞれ接続される複数のソース線と、各直列配置メモリ装置のひとつの補助ゲートが互いに接続される1以上の共通補助ゲート線と、各直列配置メモリ装置のひとつの制御ゲートが互いに接続される1以上の共通制御ゲート線とを備える直列配置メモリユニットを単位として構成されるマトリックス配置メモリ装置を提供する。
In addition, this invention
(4) A plurality of serially arranged memory devices, one bit line for mutually connecting the second diffusion layers of the memory cell pair arranged at the second diffusion layer side end of each serially arranged memory device, and each serially arranged device A plurality of source lines respectively connected corresponding to the first diffusion layer of the memory cell pair arranged at the first diffusion layer side end of the memory device and one auxiliary gate of each serially arranged memory device are connected to each other. A matrix-arranged memory device configured in units of series-arranged memory units each including one or more common auxiliary gate lines and one or more common control gate lines to which one control gate of each series-arranged memory device is connected to each other provide.

また、異なる観点から、この発明は、
(5)前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の選択メモリセルの読み出し方法であって、第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層をソースとし、第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層にソースへチャネル電流を流し得る電圧を印加してドレインとし、各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、非選択メモリセルの制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように閾値電圧よりも高い電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に選択メモリセルの電荷蓄積層の電荷に応じてチャネル電流を制御し得る電圧を印加する方法を提供する。
ここで、選択メモリセルとは、読み出の対象とする一つのメモリセルであって、直列配置メモリ装置中の一つのメモリセル対の第1拡散層側のメモリセルもしくは第2拡散層側の一方のメモリセルである。当該メモリセルを構成する電荷蓄積層と制御ゲートと補助ゲートからなる。前記補助ゲートは、同一メモリセル対の他方のメモリセルと共有するものである。
From a different point of view, the present invention
(5) A method of reading a selected memory cell in the memory cell pair arranged in the memory device of (1), wherein the first diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end on the first diffusion layer side To the second diffusion layer of the memory cell pair disposed at the end on the second diffusion layer side, a voltage capable of flowing a channel current to the source is applied to the source, and the source or the drain is connected to each auxiliary gate electrode. A voltage is applied so as to extend, a voltage higher than a threshold voltage is applied to the control gate electrode of an unselected memory cell so as to extend the source or the drain, and the control gate electrode of the selected memory cell Provided is a method for applying a voltage capable of controlling a channel current according to the charge of a charge storage layer.
Here, the selected memory cell is one memory cell to be read, and the memory cell on the first diffusion layer side or the second diffusion layer side of one memory cell pair in the serially arranged memory device. One memory cell. The memory cell includes a charge storage layer, a control gate, and an auxiliary gate. The auxiliary gate is shared with the other memory cell of the same memory cell pair.

さらに、この発明は、
(6)前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第1拡散層側に配置された選択メモリセルに書き込みを行う方法であって、第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層をソースとし、第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に書き込み電圧を印加してドレインとし、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に、選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入する電圧を印加し、選択メモリセルの補助ゲート電極に閾値電圧程度の電圧を印加する方法を提供する。
Furthermore, this invention
(6) A method for writing to a selected memory cell arranged on the first diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device of (1), wherein the write is performed at the end on the second diffusion layer side. The second diffusion layer of the arranged memory cell pair is used as a source, a write voltage is applied to the first diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end on the first diffusion layer side, and the drain is used. A voltage is applied to the control gate electrode so as to extend the source or the drain, and a voltage is applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells so as to extend the source or the drain. A method is provided in which a voltage for injecting charges into a charge storage layer of a selected memory cell is applied to a control gate electrode of the cell, and a voltage of about the threshold voltage is applied to an auxiliary gate electrode of the selected memory cell.

さらにまた、この発明は、
(7)前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第2拡散層側に配置された選択メモリセルに書き込みを行う方法であって、第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層をソースとし、第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に書き込み電圧を印加してドレインとし、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に、選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入する電圧を印加し、選択メモリセルの補助ゲート電極に閾値電圧程度の電圧を印加する方法を提供する。
Furthermore, this invention
(7) A method for writing to a selected memory cell disposed on the second diffusion layer side in the memory cell pair disposed in the memory device of (1), wherein the write operation is performed at an end on the first diffusion layer side. The first diffusion layer of the arranged memory cell pair is used as a source, a write voltage is applied to the second diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end on the second diffusion layer side to form a drain, and each of the unselected memory cells A voltage is applied to the control gate electrode so as to extend the source or the drain, and a voltage is applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells so as to extend the source or the drain. A method is provided in which a voltage for injecting charges into a charge storage layer of a selected memory cell is applied to a control gate electrode of the cell, and a voltage of about the threshold voltage is applied to an auxiliary gate electrode of the selected memory cell.

また、この発明は、
(8)前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中のメモリセルを一括消去する消去方法であって、各制御ゲート電極に対して正の電圧を前記半導体基板に印加して各電荷蓄積層から前記半導体基板へ電子を引き抜く方法を提供する。
In addition, this invention
(8) An erasing method for collectively erasing memory cells in the memory cell pair arranged in the memory device of (1), wherein a positive voltage is applied to the semiconductor substrate with respect to each control gate electrode. A method of extracting electrons from each charge storage layer to the semiconductor substrate.

前記(1)のメモリ装置は、第1拡散層と第2拡散層の間に直列に複数のメモリセル対が配置され、前記メモリセル対内の二つのメモリセルが補助ゲート電極を共有するので補助ゲートを形成するために単位メモリセルあたりの面積が増大することがない。従って、それぞれのメモリセルがソース、ドレインとしての拡散層、制御ゲート電極および補助ゲート電極を有する構成に比べて単位メモリセルあたりの面積を小さくすることができる。
さらに、互いに隣接する前記メモリセル対が、前記不純物拡散層を共有してもよい。前記不純物拡散層を共有することで、さらに単位メモリセルあたりの面積を小さくすることができる。
In the memory device of (1), a plurality of memory cell pairs are arranged in series between the first diffusion layer and the second diffusion layer, and two memory cells in the memory cell pair share an auxiliary gate electrode. Since the gate is formed, the area per unit memory cell does not increase. Therefore, the area per unit memory cell can be reduced as compared with a configuration in which each memory cell has a diffusion layer as a source and a drain, a control gate electrode, and an auxiliary gate electrode.
Further, the memory cell pairs adjacent to each other may share the impurity diffusion layer. By sharing the impurity diffusion layer, the area per unit memory cell can be further reduced.

第1の電荷蓄積層と第1の制御ゲート電極とが第4絶縁膜を介して隣接し、第2の電荷蓄積層と第2の制御ゲート電極とが第5絶縁膜を介して隣接してもよい。
また、第1の電荷蓄積層が第6絶縁膜を介して前記補助ゲート電極と隣接し、第2の電荷蓄積層が第7絶縁膜を介して前記補助ゲート電極と隣接してもよい。
さらに、第1の制御ゲート電極が、第1の電荷蓄積層の上方に隣接して配置され、第2の制御ゲート電極が第2の電荷蓄積層の上方に隣接して配置されてもよい。
The first charge storage layer and the first control gate electrode are adjacent to each other through the fourth insulating film, and the second charge storage layer and the second control gate electrode are adjacent to each other through the fifth insulating film. Also good.
The first charge storage layer may be adjacent to the auxiliary gate electrode via a sixth insulating film, and the second charge storage layer may be adjacent to the auxiliary gate electrode via a seventh insulating film.
Further, the first control gate electrode may be disposed adjacently above the first charge storage layer, and the second control gate electrode may be disposed adjacently above the second charge storage layer.

また、この発明は、メモリ装置に含まれるメモリセル対のうち一端のメモリセル対と共有する不純物拡散層と、前記不純物拡散層と隣接する領域に前記半導体基板と第3絶縁膜を介して配置される第3の電荷蓄積層と、第3の電荷蓄積層に隣接して配置され第3の電荷蓄積層の電位を制御し得る第3の制御ゲート電極と、第3の制御ゲートに隣接して配置され前記半導体基板と第8絶縁膜を介して配置される補助ゲート電極とを含んでなる単独メモリセルを前記メモリセル対の一端または両端に直列に配してなることを特徴とする直列配置メモリ装置を提供する。   According to another aspect of the present invention, an impurity diffusion layer shared with one memory cell pair of memory cell pairs included in the memory device, and a region adjacent to the impurity diffusion layer are disposed via the semiconductor substrate and a third insulating film. A third charge storage layer, a third control gate electrode arranged adjacent to the third charge storage layer and capable of controlling the potential of the third charge storage layer, and adjacent to the third control gate. A single memory cell including the semiconductor substrate and an auxiliary gate electrode disposed via an eighth insulating film is arranged in series at one or both ends of the memory cell pair. A placement memory device is provided.

また、前記(2)のメモリ装置は、前記直列配置メモリ装置を複数個含んでなり、互いに異なる前記直列配置メモリ装置内の前記メモリセルが前記制御ゲート電極と前記補助ゲート電極とをそれぞれ共有するので、単位セルあたりの面積が小さいメモリセルをXY方向にマトリックス状に配列したメモリ装置を実現することができる。   The memory device of (2) includes a plurality of the serially arranged memory devices, and the memory cells in the serially arranged memory devices different from each other share the control gate electrode and the auxiliary gate electrode, respectively. Therefore, it is possible to realize a memory device in which memory cells having a small area per unit cell are arranged in a matrix in the XY direction.

さらにまた、前記(3)および(4)のメモリ装置は、いずれも複数の前記直列配置メモリ装置を含む直列配置メモリユニットを単位として構成されるので、単位セルあたりの面積が小さいメモリセルを直列配置メモリユニットを単位として構成するメモリ装置を実現することができる。   Furthermore, since the memory devices of (3) and (4) are each configured with a serially arranged memory unit including a plurality of serially arranged memory devices, memory cells having a small area per unit cell are connected in series. It is possible to realize a memory device that is configured with a placement memory unit as a unit.

また、前記(5)の読み出し方法は、各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、非選択メモリセルの制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように閾値電圧よりも高い電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に選択メモリセルの電荷蓄積層の電荷に応じてチャネル電流を制御し得る電圧を印加するので、選択メモリセルのチャネル電流を読み出すことによって選択メモリセルの状態を読み出すことができる。
ここで、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に同一の電圧を印加してもよい。あるいは、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に異なる電圧を印加してもよい。いずれの場合であっても、ソースもしくはドレインを延長する電圧であればよい。
また、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に同一の電圧を印加してもよい。あるいは、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に異なる電圧を印加してもよい。いずれの場合であっても、ソースもしくはドレインを延長する電圧であればよい。
また、前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各制御ゲート電極の印加電圧より低い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各制御ゲート電極に印加してもよい。
また、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極において、前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各補助ゲート電極の印加電圧より低い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各補助ゲート電極に印加してもよい。
In the reading method (5), a voltage is applied to each auxiliary gate electrode so as to extend the source or the drain, and the source or the drain is extended to the control gate electrode of the non-selected memory cell. A voltage higher than the threshold voltage is applied, and a voltage capable of controlling the channel current according to the charge in the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the control gate electrode of the selected memory cell, so that the channel current of the selected memory cell is read out As a result, the state of the selected memory cell can be read out.
Here, the same voltage may be applied to each control gate electrode of the non-selected memory cell. Alternatively, a different voltage may be applied to each control gate electrode of an unselected memory cell. In either case, any voltage that extends the source or drain may be used.
Further, the same voltage may be applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells. Alternatively, a different voltage may be applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells. In either case, any voltage that extends the source or drain may be used.
Further, a voltage lower than the applied voltage of each control gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell may be applied to each control gate electrode on the first diffusion layer side of the selected memory cell.
Further, in each auxiliary gate electrode shared between non-selected memory cells, a voltage lower than the voltage applied to each auxiliary gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell is set to be the first diffusion than the selected memory cell. It may be applied to each auxiliary gate electrode on the layer side.

さらにまた、前記(6)の書き込み方法は、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に、選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入する電圧を印加し、選択メモリセルの補助ゲート電極に閾値電圧程度の電圧を印加することによって、選択メモリセルの補助ゲート電極と制御ゲート電極との間のチャネル領域に高電界を発生させるSSI(Source−side Injection)方式を実現し、高い注入効率で選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入することができる。
ここで、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に同一の電圧を印加してもよい。あるいは、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に異なる電圧を印加してもよい。いずれの場合であっても、ソースもしくはドレインを延長する電圧であればよい。
また、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に同一の電圧を印加してもよい。あるいは、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に異なる電圧を印加してもよい。いずれの場合であっても、ソースもしくはドレインを延長する電圧であればよい。
さらにまた、前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各制御ゲート電極の印加電圧より高い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各制御ゲート電極に印加してもよい。
また、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極において、前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各補助ゲート電極の印加電圧より高い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各補助ゲート電極に印加してもよい。
Furthermore, in the writing method of (6), each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells is applied by applying a voltage to each control gate electrode of the unselected memory cell so as to extend the source or the drain. A voltage is applied so as to extend the source or the drain, a voltage for injecting a charge into the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the control gate electrode of the selected memory cell, and an auxiliary gate electrode of the selected memory cell is applied. By applying a voltage of about the threshold voltage, an SSI (Source-Side Injection) system that generates a high electric field in the channel region between the auxiliary gate electrode and the control gate electrode of the selected memory cell is realized, with high injection efficiency. Charges can be injected into the charge storage layer of the selected memory cell.
Here, the same voltage may be applied to each control gate electrode of the non-selected memory cell. Alternatively, a different voltage may be applied to each control gate electrode of an unselected memory cell. In either case, any voltage that extends the source or drain may be used.
Further, the same voltage may be applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells. Alternatively, a different voltage may be applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells. In either case, any voltage that extends the source or drain may be used.
Furthermore, a voltage higher than the voltage applied to each control gate electrode closer to the second diffusion layer than the selected memory cell may be applied to each control gate electrode closer to the first diffusion layer than the selected memory cell.
Further, in each auxiliary gate electrode shared between non-selected memory cells, a voltage higher than the voltage applied to each auxiliary gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell is set to be higher than that of the selected memory cell. It may be applied to each auxiliary gate electrode on the layer side.

あるいは、前記(7)の書き込み方法は、非選択メモリセルの各制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長する電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に、選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入する電圧を印加し、選択メモリセルの補助ゲート電極に閾値電圧程度の電圧を印加することによって、選択メモリセルの補助ゲート電極と制御ゲート電極との間のチャネル領域に高電界を発生させるSSI(Source−side Injection)方式を実現し、高い注入効率で選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入することができる。   Alternatively, in the writing method of (7), a voltage is applied to each control gate electrode of an unselected memory cell so as to extend the source or the drain, and each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells is applied. A voltage for extending the source or the drain is applied, a voltage for injecting charges into the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the control gate electrode of the selected memory cell, and the threshold voltage is about the auxiliary gate electrode of the selected memory cell Is applied to realize a SSI (Source-Side Injection) method in which a high electric field is generated in the channel region between the auxiliary gate electrode and the control gate electrode of the selected memory cell, and the selected memory cell is realized with high injection efficiency. Charge can be injected into the charge storage layer.

また、前記(8)の消去方法は、各制御ゲート電極に対して正の電圧を前記半導体基板に印加するという単純な駆動方法で、前記直列配置メモリ装置内に配置された前記メモリセルを一括消去することができる。
前記(8)の消去方法において、各制御ゲート電極を接地してもよい。あるいは、各制御ゲート電極に負のバイアス電圧を印加してもよい。または、各制御ゲート電極に正のバイアス電圧を印加してもよい。
さらに、補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加してもよい。このようにすれば、さらに効率的に電子を引く抜くことができる。
The erasing method (8) is a simple driving method in which a positive voltage is applied to the semiconductor substrate with respect to each control gate electrode, and the memory cells arranged in the serially arranged memory device are batched. Can be erased.
In the erasing method (8), each control gate electrode may be grounded. Alternatively, a negative bias voltage may be applied to each control gate electrode. Alternatively, a positive bias voltage may be applied to each control gate electrode.
Further, the auxiliary gate electrode may be grounded or a negative voltage may be applied. In this way, electrons can be extracted more efficiently.

さらに、この発明は、前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第1拡散層側の選択メモリセルを消去する消去方法であって、第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に、選択メモリセルの電荷蓄積層から電子を引き抜くための正の電圧を印加してドレインとし、選択メモリセルよりも前記ドレイン側のメモリセルの制御ゲート電極に前記ドレインを延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、前記選択メモリセルより前記ドレイン側のメモリセルの補助ゲート電極に前記ドレインを延長するように電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に前記電荷蓄積層から前記半導体基板へ電子を引き抜く電圧を印加する方法を提供する。この方法によれば、前記(1)のメモリ装置内の内に配置された前記メモリセル対中の第1拡散層側の任意のメモリセルを消去することができる。
前記の消去方法において、選択メモリセルの補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加してもよい。このようにすれば、書き込み効率をさらに高くすることができる。
Furthermore, the present invention provides an erasing method for erasing a selected memory cell on the first diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device of (1), wherein the selected memory cell is at the end on the first diffusion layer side. A positive voltage for extracting electrons from the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the first diffusion layer of the arranged memory cell pair as a drain, and the control gate of the memory cell on the drain side of the selected memory cell A voltage higher than a threshold voltage is applied to the electrode so as to extend the drain, and a voltage is applied so as to extend the drain to the auxiliary gate electrode of the memory cell on the drain side from the selected memory cell. Provided is a method of applying a voltage for extracting electrons from the charge storage layer to the semiconductor substrate to a control gate electrode. According to this method, an arbitrary memory cell on the first diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device of (1) can be erased.
In the erasing method, the auxiliary gate electrode of the selected memory cell may be grounded or a negative voltage may be applied. In this way, the writing efficiency can be further increased.

あるいは、この発明は、前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第2拡散層側の選択メモリセルを消去する消去方法であって、第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に、選択メモリセルの電荷蓄積層から電子を引き抜くための電圧を印加してドレインとし、選択メモリセルよりも前記ドレイン側のメモリセルの制御ゲート電極に前記ドレインを延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、前記選択メモリセルより前記ドレイン側のメモリセルの補助ゲート電極に前記ドレインを延長するように電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に前記電荷蓄積層から前記半導体基板へ電子を引き抜く電圧を印加する方法を提供する。この方法によれば、前記(1)のメモリ装置内の内に配置された前記メモリセル対中の第1拡散層側の任意のメモリセルを消去することができる。
前記の消去方法において、選択メモリセルの補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加してもよい。このようにすれば、書き込み効率をさらに高くすることができる。
Alternatively, the present invention provides an erasing method for erasing a selected memory cell on the second diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device of (1), wherein the selected memory cell is at the end on the second diffusion layer side. A voltage for withdrawing electrons from the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the second diffusion layer of the arranged memory cell pair as a drain, and the control gate electrode of the memory cell on the drain side of the selected memory cell is applied to the drain A voltage higher than a threshold voltage is applied so as to extend the drain, a voltage is applied so as to extend the drain from the selected memory cell to the auxiliary gate electrode of the memory cell on the drain side, and a control gate of the selected memory cell Provided is a method of applying a voltage for extracting electrons from the charge storage layer to the semiconductor substrate. According to this method, an arbitrary memory cell on the first diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device of (1) can be erased.
In the erasing method, the auxiliary gate electrode of the selected memory cell may be grounded or a negative voltage may be applied. In this way, the writing efficiency can be further increased.

また、この発明は、前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の一方側の選択メモリセルを消去する消去方法であって、前記メモリ装置の前記一方側の端の拡散層に選択メモリセルの電荷蓄積層へホールを供給するための電圧を印加し、選択メモリセルよりも前記一方側の制御ゲート電極に前記一方側の端の拡散層の電位を延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、選択メモリセルより前記一方側の補助ゲート電極に前記一方側の端の拡散層の電位を延長するように電圧を印加し、選択メモリセルの制御ゲート電極に、当該メモリセルの前記電荷蓄積層へホールを注入する電圧を印加する方法を提供する。この方法によれば、前記(1)のメモリ装置内の内に配置された前記メモリセル対中の任意のメモリセルを消去することができる。   The present invention is also an erasing method for erasing a selected memory cell on one side of the memory cell pair arranged in the memory device of (1), wherein diffusion at the one end of the memory device is performed. A voltage is applied to the layer to supply holes to the charge storage layer of the selected memory cell, and the threshold is set so that the potential of the diffusion layer at one end is extended to the control gate electrode on the one side of the selected memory cell. A voltage higher than the voltage is applied, a voltage is applied from the selected memory cell to the auxiliary gate electrode on the one side so as to extend the potential of the diffusion layer at the one end, and the control gate electrode of the selected memory cell A method of applying a voltage for injecting holes into the charge storage layer of a memory cell is provided. According to this method, an arbitrary memory cell in the memory cell pair arranged in the memory device of (1) can be erased.

前記の消去方法において、選択メモリセルの補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加してもよい。このようにすれば、書き込み効率をさらに高くすることができる。   In the erasing method, the auxiliary gate electrode of the selected memory cell may be grounded or a negative voltage may be applied. In this way, the writing efficiency can be further increased.

さらにまた、この発明は、前記(1)のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対のうち選択されたメモリセル対に含まれる第1拡散層側と第2拡散層側のメモリセルを一括消去する方法であって、第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に、選択メモリセル対の第1拡散層側の電荷蓄積層から電子を引き抜くための第1電圧を印加し、第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に、選択メモリセル対の第2拡散層側の電荷蓄積層から電子を引き抜くための第2電圧を印加し、非選択メモリセル対の制御ゲート電極に、第1電圧が印加された第1拡散層もしくは第2電圧が印加された第2拡散層の電位を延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、非選択メモリセル対の補助ゲート電極に、第1電圧が印加された前記第1拡散層もしくは電圧が印加された第2拡散層の電位を延長するように電圧を印加し、選択メモリセル対の各制御ゲート電極に各電荷蓄積層の電荷を前記半導体基板へ引き抜く電圧を印加する方法を提供する。この方法によれば、メモリ装置内の任意のメモリセル対に含まれる第1拡散層側と第2拡散層側のメモリセルを一括消去することができる。   Furthermore, according to the present invention, the memory cells on the first diffusion layer side and the second diffusion layer side included in the selected memory cell pair among the memory cell pairs arranged in the memory device of (1) are collectively collected. An erasing method is a first method for extracting electrons from a charge storage layer on a first diffusion layer side of a selected memory cell pair into a first diffusion layer of a memory cell pair disposed at an end on the first diffusion layer side. A voltage is applied, and a second voltage for extracting electrons from the charge storage layer on the second diffusion layer side of the selected memory cell pair is applied to the second diffusion layer of the memory cell pair disposed at the end on the second diffusion layer side. A voltage higher than the threshold voltage is applied to the control gate electrode of the unselected memory cell pair so as to extend the potential of the first diffusion layer to which the first voltage is applied or the second diffusion layer to which the second voltage is applied. The first voltage is applied to the auxiliary gate electrode of the unselected memory cell pair. A voltage is applied to extend the potential of the applied first diffusion layer or the second diffusion layer to which a voltage is applied, and the charge of each charge storage layer is transferred to each control gate electrode of the selected memory cell pair. A method for applying a voltage to be pulled out is provided. According to this method, the memory cells on the first diffusion layer side and the second diffusion layer side included in an arbitrary memory cell pair in the memory device can be erased collectively.

また、この発明は、前記(1)のメモリ装置内の複数のメモリセル対の各メモリセルに順次書き込みとベリファイ読み出しを行う際に、第1拡散層側のメモリセルから順番に書き込みあるいはベリファイ読み出しとを行う方法を提供する。   According to the present invention, when writing and verify reading are sequentially performed on each memory cell of the plurality of memory cell pairs in the memory device of (1), writing or verify reading is sequentially performed from the memory cells on the first diffusion layer side. And provide a way to do.

さらに、この発明は、前記(1)のメモリ装置内の複数のメモリセル対の各メモリセルに順次消去とベリファイ読み出しを行う際に、第1拡散層側のメモリセルから順番に消去あるいはベリファイ読み出しを行う方法を提供する。   Further, according to the present invention, when erasing and verify reading are sequentially performed on each memory cell of the plurality of memory cell pairs in the memory device of (1), the erasing or verify reading is sequentially performed from the memory cells on the first diffusion layer side. Provide a way to do.

あるいは、この発明は、前記(3)のメモリ装置内の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第2拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、前記ソース線を接地してソースとして機能させ、選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置に対応する選択トランジスタの選択ゲートに当該選択トランジスタをオンする接続電圧を印加してビット線と接続し、前記ビット線に書き込み電圧を印加してドレインとして機能させて書き込みを行う際に、前記接続電圧が選択ゲートに印加された選択トランジスタを除く他の選択トランジスタの選択ゲートに当該選択トランジスタをオフする電圧を印加して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法を提供する。この書き込み阻止方法によれば、選択メモリセルを含まない直列配置メモリ装置内の各非選択メモリセルへの書き込みを阻止することができる。   Alternatively, according to the present invention, when data is written to the selected memory cell on the second diffusion layer side of the memory cell pair in the serially arranged memory unit in the memory device of (3), the other non-serially arranged memory devices A write blocking method for blocking writing to a selected memory cell, wherein the source line is grounded to function as a source, and the selection transistor is connected to a selection gate of a selection transistor corresponding to a serially arranged memory device including the selected memory cell. Applying a connection voltage to turn on and connecting to a bit line, and applying a write voltage to the bit line to cause it to function as a drain, except for a select transistor in which the connection voltage is applied to a select gate A voltage for turning off the selection transistor is applied to the selection gate of the selection transistor to prevent writing to the unselected memory cell. To provide a method for. According to this write blocking method, writing to each unselected memory cell in the serially arranged memory device that does not include the selected memory cell can be blocked.

さらに、この発明は、前記(3)のメモリ装置内の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第1拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置に対応する選択トランジスタの選択ゲートに当該選択トランジスタをオンする電圧を印加してビット線と接続し、前記ビット線を接地してソースとして機能させ、前記ソース線に書き込み電圧を印加してドレインとして機能させて書き込みを行う際に、前記書き込み電圧が印加されたソース線以外のソース線を接地して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法を提供する。この書き込み阻止方法によれば、選択メモリセルを含まない直列配置メモリ装置内の各非選択メモリセルへの書き込みを阻止することができる。   Furthermore, according to the present invention, when data is written to the selected memory cell on the first diffusion layer side of the memory cell pair in the serially arranged memory unit in the memory device of (3), the other non-serially arranged memory devices A write blocking method for blocking writing to a selected memory cell, wherein a voltage for turning on the selected transistor is applied to a selection gate of a selection transistor corresponding to a serially arranged memory device including the selected memory cell and connected to a bit line. The bit line is grounded to function as a source, and when writing is performed by applying a write voltage to the source line and functioning as a drain, source lines other than the source line to which the write voltage is applied are grounded. A method of preventing writing to unselected memory cells. According to this write blocking method, writing to each unselected memory cell in the serially arranged memory device that does not include the selected memory cell can be blocked.

さらにまた、この発明は、前記(4)のメモリ装置の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第2拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置の前記ソース線を接地してソースとし、ビット線に書き込み電圧を印加してドレインとして書き込みを行う際に、前記接地されたソース線以外のソース線にカウンターバイアスとしての電圧を印加して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法を提供する。この書き込み阻止方法によれば、選択メモリセルを含まない直列配置メモリ装置内の各非選択メモリセルへの書き込みを阻止することができる。   Furthermore, according to the present invention, when data is written to the selected memory cell on the second diffusion layer side of the memory cell pair in the serially arranged memory unit of the memory device of (4), the non-serially connected memory device of A write blocking method for blocking writing to a selected memory cell, wherein the source line of a serially arranged memory device including the selected memory cell is grounded as a source, and a write voltage is applied to a bit line to perform writing as a drain. In this case, a method is provided in which a voltage as a counter bias is applied to a source line other than the grounded source line to prevent writing to an unselected memory cell. According to this write blocking method, writing to each unselected memory cell in the serially arranged memory device that does not include the selected memory cell can be blocked.

また、この発明は、前記(4)のメモリ装置の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第1拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、ビット線を接地してソースとし、選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置の前記ソース線に書き込み電圧を印加してドレインとして書き込みを行う際に、前記書き込み電圧が印加されたソース線以外のソース線を接地して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法を提供する。この書き込み阻止方法によれば、選択メモリセルを含まない直列配置メモリ装置内の各非選択メモリセルへの書き込みを阻止することができる。   Further, according to the present invention, when data is written to the selected memory cell on the first diffusion layer side of the memory cell pair in the serially arranged memory unit of the memory device of (4), other serially arranged memory devices are not selected. A write blocking method for blocking writing to a memory cell, wherein a bit line is grounded as a source, and a write voltage is applied to the source line of a serially arranged memory device including a selected memory cell to perform writing as a drain. In addition, a method is provided in which writing to an unselected memory cell is prevented by grounding a source line other than the source line to which the write voltage is applied. According to this write blocking method, writing to each unselected memory cell in the serially arranged memory device that does not include the selected memory cell can be blocked.

前記の半導体基板は、例えば、p型Si基板からなるが、材質はこれに限定されず、例えばGaAsなどの化合物半導体基板を用いることができる。補助ゲート、制御ゲートは、通常電極として用いられる材料を用いることができるが、ポリシリコンが好ましい。電荷蓄積層はSiNやポリシリコン(Poly−Si)を用いて形成することができる。また、半導体基板と補助ゲート電極との間の絶縁膜は、例えばSiO2膜で形成され、その膜厚は、2〜10nm程度が好ましい。第1および第2補助ゲート電極の側壁上の絶縁膜は、例えばSiO2膜で形成され、その膜厚は、2〜10nm程度が好ましい。SiO2膜は公知の方法、例えばSiH4またはSiH2Cl2などを用いるCVD法あるいは熱酸化等の方法により形成することができる。また、絶縁膜の材質はSiO2に限らず、通常絶縁膜として用いられるものを使用することができる。 The semiconductor substrate is made of, for example, a p-type Si substrate, but the material is not limited to this, and a compound semiconductor substrate such as GaAs can be used. For the auxiliary gate and the control gate, materials that are normally used as electrodes can be used, but polysilicon is preferable. The charge storage layer can be formed using SiN or polysilicon (Poly-Si). The insulating film between the semiconductor substrate and the auxiliary gate electrode is formed of, for example, a SiO 2 film, and the film thickness is preferably about 2 to 10 nm. The insulating film on the side walls of the first and second auxiliary gate electrodes is formed of, for example, a SiO 2 film, and the film thickness is preferably about 2 to 10 nm. The SiO 2 film can be formed by a known method such as a CVD method using SiH 4 or SiH 2 Cl 2 or a thermal oxidation method. Further, the material of the insulating film is not limited to SiO 2, and a material normally used as an insulating film can be used.

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。以下の説明により、この発明をよりよく理解することが可能であろう。なお、以下の説明によってこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The following description will provide a better understanding of the present invention. In addition, this invention is not limited by the following description.

(直列配置メモリ装置の構造)
図1は、本発明の直列配置メモリ装置(直列メモリアレイ)の模式的な断面構造の一例を示す説明図である。本発明の直列メモリアレイの構成例のうち、最も単純な構成例は、図1(a)に示すように、2個のメモリセルが直列接続された場合である。まず、図1(a)に基づいて直列メモリアレイの構成を説明する。図1(a)に示す直列メモリアレイ10は、半導体基板1の表面部に第1拡散層9と第2拡散層11とが形成され、前記第1拡散層9と第2拡散層11との間の半導体基板上に第1電荷蓄積層3a、第2電荷蓄積層3b、第1電荷蓄積層3aの電位を制御する第1制御ゲート電極(CG1)5a、第2制御ゲート電極(CG2)5b、補助ゲート電極(AG)7が配置されている。補助ゲート電極は、第1制御ゲート電極5aと第2制御ゲート電極5bとに隣接して配置されている。前述の各部によって、この発明に係るメモリセル対(スプリット・ゲートセル)が構成されている。このうち、第1拡散層側に配置された第1電荷蓄積層3a、第1制御ゲート5aと補助ゲート電極7が一つのメモリセルC1を構成し、第2拡散層側に配置された第2電荷蓄積層3b、第2制御ゲート5bと補助ゲート電極7が一つのメモリセルC2を構成する。補助ゲート電極7は、前記の二つのメモリセルで共有されている。また、前記の二つのメモリセルは、そのいずれか一方がソース、他方がドレインとして機能する第1拡散層9と第2拡散層11とを共有する。このように、一対のソース・ドレイン間に複数個のメモリセルを配置して構成される直列メモリアレイは、その補助ゲート電極7を制御ゲート電極間のスペースに形成することができるので、補助ゲートの形成によるセル面積の増加がない。
(Structure of serially arranged memory device)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a schematic cross-sectional structure of a serially arranged memory device (serial memory array) according to the present invention. Of the configuration examples of the serial memory array of the present invention, the simplest configuration example is a case where two memory cells are connected in series as shown in FIG. First, the configuration of the serial memory array will be described with reference to FIG. In the serial memory array 10 shown in FIG. 1A, a first diffusion layer 9 and a second diffusion layer 11 are formed on the surface portion of the semiconductor substrate 1, and the first diffusion layer 9 and the second diffusion layer 11 are formed. A first control gate electrode (CG1) 5a and a second control gate electrode (CG2) 5b for controlling the potential of the first charge storage layer 3a, the second charge storage layer 3b, the first charge storage layer 3a on the semiconductor substrate. An auxiliary gate electrode (AG) 7 is disposed. The auxiliary gate electrode is disposed adjacent to the first control gate electrode 5a and the second control gate electrode 5b. A memory cell pair (split gate cell) according to the present invention is constituted by the above-described units. Of these, the first charge storage layer 3a, the first control gate 5a, and the auxiliary gate electrode 7 disposed on the first diffusion layer side constitute one memory cell C1, and the second charge layer 3a disposed on the second diffusion layer side. The charge storage layer 3b, the second control gate 5b, and the auxiliary gate electrode 7 constitute one memory cell C2. The auxiliary gate electrode 7 is shared by the two memory cells. The two memory cells share the first diffusion layer 9 and the second diffusion layer 11, one of which functions as a source and the other functions as a drain. Thus, in the serial memory array configured by arranging a plurality of memory cells between a pair of source / drain, the auxiliary gate electrode 7 can be formed in the space between the control gate electrodes. There is no increase in cell area due to the formation of.

図1(b)、(c)、(d)は、4個以上の複数セルが直列接続された直列メモリアレイ10の模式的な断面構造を示す説明図である。図1(b)、(c)、(c)で、鎖線で囲んだ部分がメモリセル対の単位を構成する。図1(b)は、n個のスプリット・ゲートセルP1〜Pnが直列接続された直列メモリセルアレイであり、第1拡散層9側の端のスプリット・ゲートセルがP1であり、第2拡散層11側の端のスプリット・ゲートセルがPnである。図1(c)は、n−1個のスプリット・ゲートセルP1〜P(n−1)が直列接続され、その第1拡散層9側の端に単独メモリセルM1が配置され、第2拡散層11側の端に単独メモリセルM2が配置された直列メモリセルアレイである。単独メモリセルは、隣接するスプリット・ゲートセルと拡散層を共有し、共有する拡散層に隣接する電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層の電位を制御し得る制御ゲート電極と、前記制御ゲート電極に隣接する補助ゲート電極と、前記補助ゲート電極に隣接する拡散層とを有している。たとえば、単独メモリセルM1は、拡散層13aを隣接するスプリット・ゲートセルP1と共有し、拡散層13aに隣接して電荷蓄積層3aを有し、電荷蓄積層3aに隣接する上方に電荷蓄積層3aの電位を制御し得る制御ゲート電極7aが配置され、制御ゲート電極7aに隣接して第1拡散層9が配置されている。また、図1(d)は、n−1個のスプリット・ゲートセルP1〜P(n−1)が直列接続され、第2拡散層11側の端に単独メモリセルMが配置された直列メモリセルアレイである。   FIGS. 1B, 1C, and 1D are explanatory views showing a schematic cross-sectional structure of a serial memory array 10 in which four or more cells are connected in series. In FIGS. 1B, 1C, and 1C, a portion surrounded by a chain line constitutes a unit of a memory cell pair. FIG. 1B shows a serial memory cell array in which n split gate cells P1 to Pn are connected in series. The split gate cell at the end on the first diffusion layer 9 side is P1, and the second diffusion layer 11 side is shown. The split gate cell at the end of Pn is Pn. In FIG. 1C, n−1 split gate cells P1 to P (n−1) are connected in series, and a single memory cell M1 is arranged at the end of the first diffusion layer 9 side. 11 is a serial memory cell array in which a single memory cell M2 is arranged at the end on the 11th side. A single memory cell shares a diffusion layer with an adjacent split gate cell, a charge storage layer adjacent to the shared diffusion layer, a control gate electrode capable of controlling the potential of the charge storage layer, and adjacent to the control gate electrode And the diffusion layer adjacent to the auxiliary gate electrode. For example, the single memory cell M1 shares the diffusion layer 13a with the adjacent split gate cell P1, has the charge storage layer 3a adjacent to the diffusion layer 13a, and the charge storage layer 3a above the charge storage layer 3a. A control gate electrode 7a capable of controlling the potential of the first diffusion layer 9 is disposed adjacent to the control gate electrode 7a. FIG. 1D shows a serial memory cell array in which n-1 split gate cells P1 to P (n-1) are connected in series, and a single memory cell M is arranged at the end on the second diffusion layer 11 side. It is.

図1(b)、(c)、(d)のように、複数のスプリット・ゲートセルを直列に配置し、その両端に単独メモリセルを配置するかあるいは配置しないで構成される直列メモリアレイは、その補助ゲート電極7を制御ゲート電極間のスペースに形成することができるので、補助ゲートの形成によるセル面積の増加がない。   As shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D, a series memory array configured by arranging a plurality of split gate cells in series and arranging a single memory cell or no arrangement at both ends thereof, Since the auxiliary gate electrode 7 can be formed in the space between the control gate electrodes, there is no increase in cell area due to the formation of the auxiliary gate.

(メモリセルの読み出し)
図2は、本発明の直列メモリアレイ中の選択メモリセルの読み出しを行う場合の駆動方法を示す説明図である。なお、以下の説明における電圧の値は一例であって、それらの値に限定されるものではない。図2(a)は、図1(b)の直列メモリアレイに対応し、DL1が第1拡散層9に、CG1が第1制御ゲート電極5aに、AG1が補助ゲート電極7aに、CG2が第2制御ゲート電極5bにそれぞれ対応する。図2(b)は、図1(c)の直列メモリアレイに対応し、DL1が単独メモリセルM1の拡散層9に、AG1が単独メモリセルM1の補助ゲート7aに、CG1が単独メモリセルM1の制御ゲート5aに、CG4が単独メモリセルM2の制御ゲート5nに、AG3が単独メモリセルM2の補助ゲート7nに、DL2が単独メモリセルM2の拡散層11にそれぞれ対応する。図2(b)、(c)のいずれについても、直列メモリアレイ中の選択セルC2(制御ゲートCG2を有するメモリセル)を読み出す場合を例示している。例示に基づく他のメモリセルへの適用は当業者にとって容易である。
(Reading memory cells)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a driving method in the case of reading a selected memory cell in the serial memory array of the present invention. Note that the voltage values in the following description are merely examples, and are not limited to these values. 2A corresponds to the serial memory array of FIG. 1B, where DL1 is the first diffusion layer 9, CG1 is the first control gate electrode 5a, AG1 is the auxiliary gate electrode 7a, and CG2 is the first. 2 corresponds to each control gate electrode 5b. 2B corresponds to the serial memory array of FIG. 1C, DL1 is in the diffusion layer 9 of the single memory cell M1, AG1 is in the auxiliary gate 7a of the single memory cell M1, and CG1 is in the single memory cell M1. CG4 corresponds to the control gate 5n of the single memory cell M2, AG3 corresponds to the auxiliary gate 7n of the single memory cell M2, and DL2 corresponds to the diffusion layer 11 of the single memory cell M2. 2B and 2C exemplify the case of reading the selected cell C2 (memory cell having the control gate CG2) in the serial memory array. Application to other memory cells based on the examples is easy for those skilled in the art.

図2(a)について説明すると、選択セルC2を読み出すには、C2のゲートCG2に読み出し電圧として0Vを印加(即ち、接地)し、非選択メモリセルC1、C3、C4の制御ゲートCG1,CG3、CG4には、第3電圧としてしきい値より大きな6Vの電圧を印加し、非選択メモリセルON状態にしておく。また、すべての補助ゲートAG1,AG2には、その下のチャネル領域をON状態にするように第2電圧として5Vの電圧を印加する。このようにすれば、選択メモリセルC2のしきい値が、読み出し電圧より低ければC2はON状態になり、高ければC2はOFF状態となる。そして、ソースとしての第1拡散層DL1に0V、ドレインとしての第2拡散層DL2に第1電圧として2Vの電圧を印加してチャンネル電流を流すように電界をかける。すると、メモリセルC2の電荷蓄積層に蓄積された電荷の状態に応じてチャンネル電流が流れたり、流れなかったりする。チャネル電流を検出することで、メモリセルC2の状態を読み出すことができる。
前述の実施形態においては、非選択メモリセルの制御ゲート電極CG1,CG3,CG4には同一の電圧(第3電圧)を印加しているが、異なる電圧を印加してもよい。ソースもしくはドレインを延長するような電圧であれば、同一の電圧に限定されるものではない。
図2(b)についても、対応する各部への印加電圧は同じである。なお、図1(d)のメモリセルへの読み出し方法への適用は、図2(b)、(c)から容易である。
Referring to FIG. 2A, in order to read the selected cell C2, 0V is applied as a read voltage to the gate CG2 of C2 (that is, grounded), and the control gates CG1 and CG3 of the unselected memory cells C1, C3, and C4. , CG4 is applied with a voltage of 6V, which is larger than the threshold value, as the third voltage, and the non-selected memory cell is turned on. Further, a voltage of 5 V is applied as a second voltage to all the auxiliary gates AG1 and AG2 so as to turn on the channel region below the auxiliary gates AG1 and AG2. In this way, if the threshold value of the selected memory cell C2 is lower than the read voltage, C2 is turned on, and if it is higher, C2 is turned off. An electric field is applied so that a channel current flows by applying a voltage of 0 V to the first diffusion layer DL1 as the source and a voltage of 2 V as the first voltage to the second diffusion layer DL2 as the drain. Then, a channel current may or may not flow depending on the state of the charge accumulated in the charge accumulation layer of the memory cell C2. The state of the memory cell C2 can be read by detecting the channel current.
In the above-described embodiment, the same voltage (third voltage) is applied to the control gate electrodes CG1, CG3, and CG4 of the non-selected memory cells, but different voltages may be applied. The voltage is not limited to the same voltage as long as the voltage extends the source or drain.
Also in FIG. 2B, the applied voltages to the corresponding parts are the same. It should be noted that application to the reading method to the memory cell of FIG. 1D is easy from FIGS. 2B and 2C.

(メモリセルへの書き込み)
図3は、本発明の直列メモリアレイ中の選択メモリセルへ書き込みを行う場合の駆動方法を示す説明図である。図3(a)は、図1(b)の直列メモリアレイに対応し、両端に単独メモリセルを有さない形態である。図3(b)は、図1(c)の直列メモリアレイに対応し、両端に単独メモリセルを有する形態である。図3(b)、(c)のいずれについても、直列メモリアレイ中の選択セルC1へ書き込みを行う場合と、C2へ書き込みを行う場合とを例示している。例示に基づく他のメモリセルへの適用は容易である。
(Write to memory cell)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a driving method when writing to a selected memory cell in the serial memory array of the present invention. FIG. 3A corresponds to the serial memory array of FIG. 1B and does not have a single memory cell at both ends. FIG. 3B corresponds to the serial memory array of FIG. 1C and has a single memory cell at both ends. 3B and 3C exemplify a case where data is written to the selected cell C1 in the serial memory array and a case where data is written to C2. Application to other memory cells based on the example is easy.

図3(a)で、まず、選択セルがスプリット・ゲートセルのうち第1拡散層側のメモリセルである場合の代表例として、セルC1へ書き込みを行う場合について説明する。この場合、第1拡散層9に書き込み電圧(第5電圧)として4.5Vを印加し、第2拡散層DL2を接地する。そして、非選択メモリセルの制御ゲートCG2,CG3、CG4に第6電圧としてしきい値より十分大きな12Vの電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される補助ゲート電極AG2に第7電圧として8Vの電圧を印加してドレインとしての第2拡散層DL2の延長としてはたらくようにする。一方、選択セルC1の制御ゲート電極CG1に電荷を注入する第8電圧として12Vの電圧を印加し、選択セルC1に隣接する補助ゲートAG1には、第9電圧としてしきい値程度の1Vの電圧を印加する。これによって、補助ゲートAG1と制御ゲートCG1との間のチャネル領域に高電圧が発生し、高い注入効率でセルC1への書き込みをおこなうことができる。   In FIG. 3A, a case where data is written to the cell C1 will be described as a typical example when the selected cell is a memory cell on the first diffusion layer side among the split gate cells. In this case, 4.5 V is applied as the write voltage (fifth voltage) to the first diffusion layer 9, and the second diffusion layer DL2 is grounded. Then, a voltage of 12V sufficiently larger than the threshold is applied as the sixth voltage to the control gates CG2, CG3, and CG4 of the unselected memory cells, and the seventh voltage is applied to the auxiliary gate electrode AG2 shared between the unselected memory cells. A voltage of 8V is applied so as to work as an extension of the second diffusion layer DL2 as a drain. On the other hand, a voltage of 12V is applied as the eighth voltage for injecting charges into the control gate electrode CG1 of the selected cell C1, and a voltage of 1V, which is about the threshold value, is applied as the ninth voltage to the auxiliary gate AG1 adjacent to the selected cell C1. Apply. As a result, a high voltage is generated in the channel region between the auxiliary gate AG1 and the control gate CG1, and writing to the cell C1 can be performed with high injection efficiency.

次に、選択セルがスプリット・ゲートセルのうち第1拡散層側のメモリセルである場合の代表例として、セルC2への書き込みを行う場合について説明する。この場合、第2拡散層DL2に書き込み電圧(第5電圧)として4.5Vを印加し、第1拡散層DL1を接地する。そして、非選択メモリセルの制御ゲート電極、即ちCG1、CG3,CG4に第6電圧としてしきい値より十分高い12Vの電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される補助ゲート電極AG2に第7電圧として8Vを印加してソースとしての第1拡散層DL1およびドレインとしての第2拡散層DL2の延長としてはたらくようにする。一方、選択セルC2の制御ゲート電極CG2に電荷を注入する第8電圧として12Vの電圧を印加し、選択セルC2に隣接する補助ゲートAG1には、第9電圧としてしきい値程度の1Vの電圧を印加する。これによって、補助ゲートAG1と制御ゲートCG2との間のチャネル領域に高電圧が発生し、高い注入効率でセルC2への書き込みをおこなうことができる。   Next, as a representative example of the case where the selected cell is a memory cell on the first diffusion layer side among the split gate cells, a case where writing to the cell C2 is performed will be described. In this case, 4.5 V is applied as a write voltage (fifth voltage) to the second diffusion layer DL2, and the first diffusion layer DL1 is grounded. Then, a voltage of 12V, which is sufficiently higher than the threshold, is applied as the sixth voltage to the control gate electrodes of the non-selected memory cells, that is, CG1, CG3, CG4, and the auxiliary gate electrode AG2 shared between the non-selected memory cells is 7V is applied as 8V so that the first diffusion layer DL1 as the source and the second diffusion layer DL2 as the drain are extended. On the other hand, a voltage of 12V is applied as the eighth voltage for injecting charges into the control gate electrode CG2 of the selected cell C2, and a voltage of 1V, which is about the threshold value, is applied as the ninth voltage to the auxiliary gate AG1 adjacent to the selected cell C2. Is applied. As a result, a high voltage is generated in the channel region between the auxiliary gate AG1 and the control gate CG2, and writing to the cell C2 can be performed with high injection efficiency.

続いて、図3(b)の直列メモリアレイ中の選択セルC1およびC2に書き込みを行う場合の駆動方法について説明する。
図3(b)で、まず、選択セルがスプリット・ゲートセルのうち第1拡散層側のメモリセルである場合の代表例として、セルC2へ書き込みを行う場合について説明する。この場合、第1拡散層9に書き込み電圧(第5電圧)として4.5Vを印加し、第2拡散層11を接地する。そして、非選択メモリセルの制御ゲートCG1,CG3、CG4に第6電圧としてしきい値より十分大きな12Vの電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される補助ゲート電極AG1、AG3に第7電圧として8Vの電圧を印加してソースとしての第1拡散層DL1およびドレインとしての第2拡散層DL2の延長としてはたらくようにする。一方、選択セルC1の制御ゲート電極CG1に電荷を注入する第8電圧として12Vの電圧を印加し、選択セルC1に隣接する補助ゲートAG2には、第9電圧としてしきい値程度の1Vの電圧を印加する。これによって、補助ゲートAG2と制御ゲートCG2との間のチャネル領域に高電圧が発生し、高い注入効率でセルC2への書き込みをおこなうことができる。
Next, a driving method in the case where data is written to the selected cells C1 and C2 in the serial memory array of FIG.
In FIG. 3B, a case where data is written to the cell C2 will be described as a typical example when the selected cell is a memory cell on the first diffusion layer side among the split gate cells. In this case, 4.5 V is applied to the first diffusion layer 9 as a write voltage (fifth voltage), and the second diffusion layer 11 is grounded. Then, a voltage of 12V sufficiently larger than the threshold is applied as the sixth voltage to the control gates CG1, CG3, and CG4 of the unselected memory cells, and the seventh voltage is applied to the auxiliary gate electrodes AG1 and AG3 shared between the unselected memory cells. A voltage of 8V is applied as a voltage so that the first diffusion layer DL1 as a source and the second diffusion layer DL2 as a drain are extended. On the other hand, a voltage of 12V is applied as the eighth voltage for injecting charges into the control gate electrode CG1 of the selected cell C1, and a voltage of 1V, which is about the threshold value, is applied as the ninth voltage to the auxiliary gate AG2 adjacent to the selected cell C1. Is applied. As a result, a high voltage is generated in the channel region between the auxiliary gate AG2 and the control gate CG2, and writing to the cell C2 can be performed with high injection efficiency.

次に、選択セルが第1拡散層側の単独メモリセルである場合の代表例として、セルC1への書き込みを行う場合について説明する。この場合、第2拡散層DL2に書き込み電圧(第5電圧)として4.5Vを印加し、第1拡散層DL1を接地する。そして、非選択メモリセルの制御ゲート電極、即ちCG2、CG3,CG4に第6電圧としてしきい値より十分高い12Vの電圧を印加し、非選択メモリセル間で共有される補助ゲート電極AG2、AG3に第7電圧として8Vを印加してソースおよびドレインの延長としてはたらくようにする。一方、選択セルC1の制御ゲート電極CG1に電荷を注入する第8電圧として12Vの電圧を印加し、選択セルC1に隣接する補助ゲートAG1には、第9電圧としてしきい値程度の1Vの電圧を印加する。これによって、補助ゲートAG1と制御ゲートCG1との間のチャネル領域に高電圧が発生し、高い注入効率でセルC1への書き込みをおこなうことができる。   Next, as a representative example in the case where the selected cell is a single memory cell on the first diffusion layer side, a case where writing to the cell C1 is performed will be described. In this case, 4.5 V is applied as a write voltage (fifth voltage) to the second diffusion layer DL2, and the first diffusion layer DL1 is grounded. Then, a voltage of 12V sufficiently higher than the threshold value is applied as the sixth voltage to the control gate electrodes of the non-selected memory cells, that is, CG2, CG3, CG4, and the auxiliary gate electrodes AG2, AG3 shared between the non-selected memory cells. 8V is applied as a seventh voltage to act as an extension of the source and drain. On the other hand, a voltage of 12V is applied as the eighth voltage for injecting charges into the control gate electrode CG1 of the selected cell C1, and a voltage of 1V, which is about the threshold value, is applied as the ninth voltage to the auxiliary gate AG1 adjacent to the selected cell C1. Is applied. As a result, a high voltage is generated in the channel region between the auxiliary gate AG1 and the control gate CG1, and writing to the cell C1 can be performed with high injection efficiency.

(メモリセルの消去)
図4は、本発明の直列メモリアレイ中のメモリセルを一括消去する場合の駆動方法の一例を示す説明図である。図4(a)、(b)に示すように、メモリセルを一括消去するためには、半導体基板1に20Vの高電圧を印加し、全ての制御ゲートCG1〜CG4、補助ゲートAG1〜AG2を接地する。これによって、電荷蓄積層3a、3b、3c、3dより半導体基板1へ電子を引き抜き、各メモリセルのしきい値を下げることができる。
(Erase memory cells)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a driving method for erasing all the memory cells in the serial memory array of the present invention. As shown in FIGS. 4A and 4B, in order to erase the memory cells all together, a high voltage of 20 V is applied to the semiconductor substrate 1, and all the control gates CG1 to CG4 and auxiliary gates AG1 to AG2 are turned on. Ground. As a result, electrons can be extracted from the charge storage layers 3a, 3b, 3c, and 3d to the semiconductor substrate 1 to lower the threshold value of each memory cell.

図5は、本発明の直列メモリアレイ中のメモリセルを選択的に消去する駆動方法の一例を示す説明図である。例えば、図5(a)で直列メモリアレイ10内のメモリセル対のうち第1拡散層DL1側のメモリセルを消去する場合の一例として、メモリセルC1を消去する場合について説明する。この場合、第1拡散層DL1に第11電圧として5Vを印加し、選択セルC1の制御ゲートCG1に第14電圧として−10Vの電圧を印加して選択セルC1の電荷蓄積層3aから、それに隣接する第1拡散層DL1へ電子を引き抜く。このとき、選択セルC1に隣接する補助ゲート電極AG1にも第15電圧として−10Vの電圧を印加すれば、消去をより効率よく行うことができる。また、選択セルC1より第2拡散層DL2側にある非選択メモリセルの制御ゲート電極CG2,CG3、CG4には、対応する電荷蓄積層から電子が引き抜かれないように抑制する電圧として前記第12電圧を印加する。また、選択セルC1より第2拡散層DL2側にあって非選択メモリセル間で共有される補助ゲート電極AG2には前記第13電圧を印加し、第2拡散層DL2は、接地しておくとよい。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a driving method for selectively erasing memory cells in the serial memory array of the present invention. For example, the case of erasing the memory cell C1 will be described as an example of erasing the memory cell on the first diffusion layer DL1 side in the memory cell pair in the serial memory array 10 in FIG. In this case, 5V is applied as the 11th voltage to the first diffusion layer DL1, and −10V is applied as the 14th voltage to the control gate CG1 of the selected cell C1, and the charge storage layer 3a of the selected cell C1 is adjacent to it. Electrons are extracted to the first diffusion layer DL1. At this time, if a voltage of −10 V is applied as the fifteenth voltage to the auxiliary gate electrode AG1 adjacent to the selected cell C1, erasing can be performed more efficiently. Further, the control gate electrodes CG2, CG3, and CG4 of the non-selected memory cells on the second diffusion layer DL2 side from the selected cell C1 have the twelfth voltage as a voltage that suppresses electrons from being extracted from the corresponding charge storage layer. Apply voltage. Further, when the thirteenth voltage is applied to the auxiliary gate electrode AG2 that is closer to the second diffusion layer DL2 than the selected cell C1 and is shared among the non-selected memory cells, the second diffusion layer DL2 is grounded. Good.

また、図5(a)において、直列メモリアレイ10内のメモリセル対のうち第2拡散層DL2側のメモリセルを消去する場合の代表例として、メモリセルC2を消去する場合について説明する。この場合、第2拡散層DL2に第11電圧としてメモリセルC2の電荷蓄積層から電子を引き抜くための5Vの電圧を印加してドレインとして機能させ、メモリセルC2よりも第2拡散層DL2側のメモリセルの制御ゲート電極CG3、CG4に前記ドレインを延長するように第12電圧として閾値電圧より高い11Vの電圧を印加し、選択メモリセルC2より第2拡散層DL2側のメモリセルの補助ゲート電極AG2に第13電圧として前記ドレインを延長する8Vの電圧を印加する。そして、選択セルC2の制御ゲートCG2に第14電圧として−10Vの電圧を印加して選択セルC2の電荷蓄積層3bから、それに隣接する拡散層13側へ電子を引き抜く。拡散層13は、延長されたドレインとして機能する。このとき、選択セルC2に隣接する補助ゲート電極AG1にも第15電圧として−10Vの電圧を印加すれば、消去をより効率よく行うことができる。また、メモリセルC2よりも第1拡散層DL1側の非選択メモリセルの制御ゲート電極CG1には、対応する電荷蓄積層から電子が引き抜かれないように抑制する電圧として前記第12電圧を印加する。第1拡散層DL1は、接地しておくとよい。   In addition, in FIG. 5A, the case of erasing the memory cell C2 will be described as a representative example of erasing the memory cell on the second diffusion layer DL2 side in the memory cell pair in the serial memory array 10. In this case, a voltage of 5 V for extracting electrons from the charge storage layer of the memory cell C2 is applied to the second diffusion layer DL2 as an eleventh voltage so as to function as a drain, and the second diffusion layer DL2 side of the memory cell C2 A voltage of 11V higher than the threshold voltage is applied as the twelfth voltage to extend the drain to the control gate electrodes CG3 and CG4 of the memory cell, and the auxiliary gate electrode of the memory cell on the second diffusion layer DL2 side from the selected memory cell C2 A voltage of 8V extending the drain is applied as a thirteenth voltage to AG2. Then, a voltage of −10 V is applied as the 14th voltage to the control gate CG2 of the selected cell C2, and electrons are extracted from the charge storage layer 3b of the selected cell C2 to the adjacent diffusion layer 13 side. The diffusion layer 13 functions as an extended drain. At this time, if a voltage of −10 V is applied as the fifteenth voltage to the auxiliary gate electrode AG1 adjacent to the selected cell C2, erasing can be performed more efficiently. The twelfth voltage is applied to the control gate electrode CG1 of the non-selected memory cell on the first diffusion layer DL1 side of the memory cell C2 as a voltage for suppressing electrons from being extracted from the corresponding charge storage layer. . The first diffusion layer DL1 is preferably grounded.

さらに、図5(a)において、同じスプリット・ゲートセル中のメモリセルC1とC2とを一括して消去する場合は、非選択セルの制御ゲートCG3,CG4に11V、非選択セル間で共有される補助ゲートAG2に8Vの電圧を印加して第1拡散層DL1および第2拡散層DL2の延長として働かせ、第1拡散層DL1と第2拡散層DL2とに選択メモリセルの電荷蓄積層から電子を引き抜く5Vの電圧を印加し、選択セルの制御ゲートCG1、CG2と選択セルに隣接する補助ゲートAG1とにそれぞれ−11Vの電圧を印加する。このようにして選択セルC1,C2の電荷蓄積層3aの電子を第1拡散層9へ、電荷蓄積層3bの電子を拡散層13へ引き抜くようにしてもよい。   Further, in FIG. 5A, when the memory cells C1 and C2 in the same split gate cell are erased at once, the control gates CG3 and CG4 of the non-selected cells are shared by 11V and the non-selected cells. A voltage of 8 V is applied to the auxiliary gate AG2 to act as an extension of the first diffusion layer DL1 and the second diffusion layer DL2, and electrons are transferred from the charge storage layer of the selected memory cell to the first diffusion layer DL1 and the second diffusion layer DL2. A voltage of 5 V is applied, and a voltage of -11 V is applied to the control gates CG1 and CG2 of the selected cell and the auxiliary gate AG1 adjacent to the selected cell. In this way, electrons in the charge storage layer 3a of the selected cells C1 and C2 may be extracted to the first diffusion layer 9, and electrons in the charge storage layer 3b may be extracted to the diffusion layer 13.

また、図5(b)は、図1(c)に対応する構造の直列メモリアレイについて、セルC1あるいはC2を選択的に消去する場合の駆動方法およびC1とC2とを同時に消去する場合の駆動方法を示す。たとえば、図5(b)において、図5(a)において、直列メモリアレイ10内のメモリセル対のうち第1拡散層DL1側のメモリセルを消去する場合の代表例として、メモリセルC2を消去する場合について説明する。この場合、第1拡散層DL1に第11電圧としてメモリセルC2の電荷蓄積層から電子を引き抜くための5Vの電圧を印加してドレインとして機能させ、メモリセルC2よりも第1拡散層DL1側のメモリセルの制御ゲート電極CG1に前記ドレインを延長するように第12電圧として閾値電圧より高い11Vの電圧を印加し、選択メモリセルC2より第1拡散層DL1側のメモリセルの補助ゲート電極AG1に第13電圧として前記ドレインを延長する8Vの電圧を印加する。そして、選択セルC2の制御ゲートCG2に第14電圧として−10Vの電圧を印加して選択セルC2の電荷蓄積層3bから、それに隣接する拡散層13a側へ電子を引き抜く。拡散層13aは、延長されたドレインとして機能する。このとき、選択セルC2に隣接する補助ゲート電極AG2は接地しておけばよい。また、メモリセルC2よりも第1拡散層DL1側の非選択メモリセルの制御ゲート電極CG1には、対応する電荷蓄積層から電子が引き抜かれないように抑制する電圧として前記第12電圧を印加する。第1拡散層DL1は、接地しておくとよい。また、AG2を接地するのではなく、第15電圧としてたとえば−10Vの電圧を印加すれば、消去をより効率よく行うことができる。   FIG. 5B shows a driving method for selectively erasing the cell C1 or C2 and driving for simultaneously erasing C1 and C2 in the serial memory array having the structure corresponding to FIG. The method is shown. For example, in FIG. 5B, the memory cell C2 is erased as a representative example of erasing the memory cell on the first diffusion layer DL1 side in the memory cell pair in the serial memory array 10 in FIG. 5A. The case where it does is demonstrated. In this case, a voltage of 5 V for extracting electrons from the charge storage layer of the memory cell C2 is applied to the first diffusion layer DL1 as an eleventh voltage so as to function as a drain, so that the first diffusion layer DL1 side of the memory cell C2 is closer to the first diffusion layer DL1. A voltage of 11V higher than the threshold voltage is applied to the control gate electrode CG1 of the memory cell as the twelfth voltage so as to extend the drain, and the auxiliary gate electrode AG1 of the memory cell on the first diffusion layer DL1 side from the selected memory cell C2 is applied. A voltage of 8V extending the drain is applied as the thirteenth voltage. Then, a voltage of −10 V is applied as the 14th voltage to the control gate CG2 of the selected cell C2, and electrons are extracted from the charge storage layer 3b of the selected cell C2 to the adjacent diffusion layer 13a. The diffusion layer 13a functions as an extended drain. At this time, the auxiliary gate electrode AG2 adjacent to the selected cell C2 may be grounded. The twelfth voltage is applied to the control gate electrode CG1 of the non-selected memory cell on the first diffusion layer DL1 side of the memory cell C2 as a voltage for suppressing electrons from being extracted from the corresponding charge storage layer. . The first diffusion layer DL1 is preferably grounded. Further, if the voltage of −10 V, for example, is applied as the fifteenth voltage instead of grounding AG2, erasing can be performed more efficiently.

図6には、基板上に形成された拡散層にて発生させたホットホールを記憶領域に注入させることにより、しきい値を下げる方法を記載している。電荷蓄積層にSNiなどを用いるメモリセルの場合は、消去のメカニズムが、電荷蓄積層へのホットホールの注入によって説明される。一方、電荷蓄積層がSiO2などを用いたフローティングゲートである場合は、図5で述べたように、電荷蓄積層からの電子の引抜によって消去のメカニズムが説明される。 FIG. 6 shows a method of lowering the threshold value by injecting hot holes generated in the diffusion layer formed on the substrate into the storage area. In the case of a memory cell using SNi or the like for the charge storage layer, the erase mechanism is explained by injection of hot holes into the charge storage layer. On the other hand, when the charge storage layer is a floating gate using SiO 2 or the like, as described in FIG. 5, the erasing mechanism is explained by the extraction of electrons from the charge storage layer.

電子とホールは正負の極性が異なる相補的なものであり、電荷蓄積層から電子を引き抜く駆動方法と電荷蓄積層へホールを注入する駆動方法とは、各端子に印加する電圧が結果的に同じになる。   Electrons and holes have complementary positive and negative polarities, and the driving method for extracting electrons from the charge storage layer and the driving method for injecting holes into the charge storage layer result in the same voltage applied to each terminal. become.

即ち、図6(a)において、第2拡散層11側に補助ゲート電極を有するセルC1を消去する場合は、第1拡散層9に第17電圧として5Vを印加し、選択セルC1の補助ゲートAG1および制御ゲートCG1に第20電圧として−10Vの電圧をそれぞれ印加してソース拡散層9から選択セルC1の電荷蓄積層3aにホールを注入する。このとき、非選択セルの制御ゲート電極CG2,CG3、CG4には、第18電圧として11Vを印加し、非選択セルに隣接する補助ゲート電極AG2には、第19電圧として8Vを印加して第2拡散層11を延長する。
そのほか、選択セルC2を消去する場合、C1とC2を同時に消去する場合の駆動条件を図6に示す。
That is, in FIG. 6A, when erasing the cell C1 having the auxiliary gate electrode on the second diffusion layer 11 side, 5V is applied as the 17th voltage to the first diffusion layer 9, and the auxiliary gate of the selected cell C1 is applied. A voltage of −10V is applied as a 20th voltage to AG1 and control gate CG1, respectively, and holes are injected from the source diffusion layer 9 into the charge storage layer 3a of the selected cell C1. At this time, 11V is applied as the 18th voltage to the control gate electrodes CG2, CG3, and CG4 of the non-selected cells, and 8V is applied as the 19th voltage to the auxiliary gate electrode AG2 adjacent to the non-selected cells. 2 Extend the diffusion layer 11.
In addition, when the selected cell C2 is erased, the driving conditions for simultaneously erasing C1 and C2 are shown in FIG.

(書き込みベリファイの順序)
図3に示す書き込み方法によってメモリセルへの書き込みを順次行うことができる。このとき、第1拡散層9側のメモリセルより順番に書き込みをおこなえばしよい。例えば、図3(a)の直列メモリアレイに対して、メモリセルC1、C2、C3、C4の順に書き込み、また書き込み後のベリファイ読み出しも前記のように第1拡散層9側のメモリセルから順次おこなうことによって、書き込み対象のセルに対して第1拡散層9側にある隣接セルの影響を抑制することができる。従って、書き込み後のしきい値のばらつきを抑制することができる。
(Write verification order)
Writing to the memory cells can be sequentially performed by the writing method shown in FIG. At this time, writing may be performed in order from the memory cell on the first diffusion layer 9 side. For example, the serial memory array of FIG. 3A is written in the order of the memory cells C1, C2, C3, and C4, and the verify read after the write is sequentially performed from the memory cells on the first diffusion layer 9 side as described above. By doing so, it is possible to suppress the influence of the adjacent cell on the first diffusion layer 9 side with respect to the write target cell. Therefore, variation in threshold after writing can be suppressed.

あるいは、消去の場合も、消去と、消去後のベリファイ読み出しを第1拡散層9側のメモリセルから順次おこなうことによって、消去対象のセルに対して第1拡散層9側にある隣接セルの影響を抑制することができる。従って、消去後のしきい値のばらつきを抑制することができる。   Alternatively, also in the case of erasing, by performing erasing and verify reading after erasing sequentially from the memory cell on the first diffusion layer 9 side, the influence of the adjacent cell on the first diffusion layer 9 side with respect to the cell to be erased Can be suppressed. Therefore, variation in threshold after erasing can be suppressed.

(メモリ装置の構成)
図7〜図9は、この発明の前記直列メモリアレイを複数個含んでなるマトリックス配置メモリ装置(XYメモリアレイ)の構成と、そのXYメモリアレイの構造及びXYメモリアレイ内の選択メモリセルに書き込む場合の駆動条件を示す説明図である。図7に示すように、前記XYメモリアレイは、X方向及びY方向にマトリクス状に配列されるメモリからなり、X方向に前記直列メモリアレイがそれぞれ配列されている。また、Y方向には、各直列メモリアレイ内のメモリセルの制御ゲート電極および補助ゲート電極がそれぞれ共有接続されている。
(Configuration of memory device)
7 to 9 show the configuration of a matrix arrangement memory device (XY memory array) including a plurality of the serial memory arrays of the present invention, the structure of the XY memory array, and writing to selected memory cells in the XY memory array. It is explanatory drawing which shows the drive condition in a case. As shown in FIG. 7, the XY memory array includes memories arranged in a matrix in the X direction and the Y direction, and the serial memory arrays are arranged in the X direction. In the Y direction, the control gate electrode and the auxiliary gate electrode of the memory cells in each serial memory array are connected in common.

図7に示すXYメモリアレイは、図7(a)に示すように、互いに異なる直列メモリアレイが、選択ゲート電極SG1、SG2をそれぞれ有する2つの選択トランジスタを介してビット線BL1あるいはBL2にそれぞれ接続され、直列配置メモリユニットを構成している。そして、全ての直列メモリアレイが1本のソース線にSLに接続さされている。図7(a)に示すXYメモリアレイ内のセルC11およびC21に書き込む場合の駆動条件を図7(b)に示す。まず、セルC11へ書き込む場合は、ソース線SLに書き込み電圧の4.5Vを印加する。選択ビット線BL1に接続される選択トランジスタのゲートSG1にしきい値より十分高い8Vの電圧を印加し、非選択ビット線BL2の選択トランジスタのゲートSG2は0Vの電圧を印加する。また、非選択ビット線BL2には誤書き込み防止のために2Vの電圧を印加する。他の印加電圧については、図3(a)でセルC1への書き込みを行う場合と同様であり、具体的な印加電圧は図7(b)に示すとおりである。   In the XY memory array shown in FIG. 7, as shown in FIG. 7A, different serial memory arrays are connected to the bit line BL1 or BL2 through two selection transistors each having selection gate electrodes SG1 and SG2. Thus, a serially arranged memory unit is configured. All serial memory arrays are connected to one source line SL. FIG. 7B shows driving conditions for writing to the cells C11 and C21 in the XY memory array shown in FIG. First, when writing to the cell C11, a writing voltage of 4.5 V is applied to the source line SL. A voltage of 8V, which is sufficiently higher than the threshold, is applied to the gate SG1 of the selection transistor connected to the selected bit line BL1, and a voltage of 0V is applied to the gate SG2 of the selection transistor of the unselected bit line BL2. Further, a voltage of 2V is applied to the unselected bit line BL2 to prevent erroneous writing. Other applied voltages are the same as in the case of writing to the cell C1 in FIG. 3A, and specific applied voltages are as shown in FIG. 7B.

また、セルC21へ書き込む場合は、選択ビット線BL1に4.5Vの書き込み電圧を、SG1にしきい値より十分高い8Vの電圧を印加し、SG2及びSLを接地する。他の印加電圧については、図3(a)でセルC2への書き込みを行う場合と同様であり、具体的な印加電圧は図7(b)に示すとおりである。   When writing to the cell C21, a 4.5V write voltage is applied to the selected bit line BL1, an 8V voltage sufficiently higher than the threshold is applied to SG1, and SG2 and SL are grounded. Other applied voltages are the same as in the case of writing to the cell C2 in FIG. 3A, and specific applied voltages are as shown in FIG. 7B.

図8は、一本のビット線BL1あるいはBL2が、同一選択ゲート電極SGを有する選択トランジスタを介して前記直列メモリアレイのドレインに接続され、互いに同一ビット線に接続されて直列配置メモリユニットを構成する各直列メモリアレイのソースにそれぞれ異なる電圧を印加し得るようにした場合の構成の一例と書き込みの条件を示す説明図である。まず、セルC11へ書き込む場合は、選択セルC11を含む直列メモリアレイのソース線SL1に4.5Vの書き込み電圧を印加し、選択セルC11を含む直列メモリアレイに共通接続されるビット線BL1を接地する。一方、非選択ビット線BL2には誤書き込み防止のために2Vの電圧を印加する。また、非選択ソース線SL2を接地する。そして、選択トランジスタのゲートSGにしきい値より十分高い8Vの電圧を印加する。その他の各部への印加電圧は、図8(b)に示すとおりである。
また、セルC21へ書き込む場合、BL1に4.5Vの書き込み電圧を、SL2には誤書き込み防止のために2Vの電圧を印加し、SL1を接地する。
In FIG. 8, one bit line BL1 or BL2 is connected to the drain of the serial memory array via a selection transistor having the same selection gate electrode SG, and connected to the same bit line to constitute a serially arranged memory unit. It is explanatory drawing which shows an example of a structure at the time of enabling it to apply a different voltage to the source of each serial memory array to perform, and write conditions. First, when writing to the cell C11, a write voltage of 4.5V is applied to the source line SL1 of the serial memory array including the selected cell C11, and the bit line BL1 commonly connected to the serial memory array including the selected cell C11 is grounded. To do. On the other hand, a voltage of 2V is applied to the unselected bit line BL2 to prevent erroneous writing. Further, the unselected source line SL2 is grounded. Then, a voltage of 8V sufficiently higher than the threshold is applied to the gate SG of the selection transistor. The voltages applied to the other parts are as shown in FIG.
When writing to the cell C21, a 4.5V write voltage is applied to BL1, a 2V voltage is applied to SL2 to prevent erroneous writing, and SL1 is grounded.

図9は、前記XYメモリアレイが、図1(c)の直列メモリアレイに対応する構造を有する場合の構成と、メモリセルの読み出し及び書き込みの駆動条件を示す説明図である。図9に示すXYメモリアレイは、選択ゲートをAGと同時に形成したものである。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration when the XY memory array has a structure corresponding to the serial memory array of FIG. 1C, and driving conditions for reading and writing of memory cells. In the XY memory array shown in FIG. 9, the selection gate is formed simultaneously with AG.

(メモリ装置の製造方法)
次に、この発明の直列メモリアレイからなるXYメモリアレイの製造方法の一例について説明する。
(Method for manufacturing memory device)
Next, an example of a method for manufacturing an XY memory array comprising the serial memory array of the present invention will be described.

≪第1の実施形態≫
図10は、図1(a)の直列メモリアレイを例に、複数の前記直列メモリアレイをY−Y’方向に複数配列してなるXYメモリアレイの模式的な構造を示す平面図、X−X’、Y−Y’方向の各断面図である。図10(a)は平面図、図10(b)は図1(a)に対応する断面図であり制御ゲートCG1、CG2に直角なX−X’方向に配列される直列メモリアレイの断面図、図10(c)は、図10(a)で制御ゲートに沿うY−Y’方向の断面図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 10 is a plan view showing a schematic structure of an XY memory array in which a plurality of the serial memory arrays are arranged in the YY ′ direction, taking the serial memory array of FIG. It is each sectional drawing of a X ', YY' direction. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1A, and is a cross-sectional view of a serial memory array arranged in the XX ′ direction perpendicular to the control gates CG1 and CG2. FIG. 10C is a cross-sectional view in the YY ′ direction along the control gate in FIG.

図11、9−2は、この発明に係るXYメモリアレイを製造する工程の順序を示す製造工程図である。図11、9−2で、左側の列の各図面はX−X’断面を示し、右側の列の各図面はY−Y’断面を示す。   11 and 9-2 are manufacturing process diagrams showing the order of processes for manufacturing the XY memory array according to the present invention. 11 and 9-2, each drawing in the left column shows an X-X 'cross section, and each drawing in the right column shows a Y-Y' cross section.

まず、図11(a)、(b)に示すように、第1導電型(ここではp型とする)のSiからなる半導体基板1上にトレンチ素子分離領域21a、21b、21cを形成した後、熱酸化を行い、5〜15nm程度の厚さの第5絶縁膜(ゲート絶縁膜)9を形成した後、50nm程度の厚さの第1ポリシリコン膜22、厚さ50nm程度のシリコン膣化膜(SiN膜)3を順次堆積する。ここで、XYメモリアレイの電荷蓄積層はSiNからなるものとする。しかし、電荷蓄積層は他のトラッピング膜あるいはポリシリコン等のフローティングゲート等であってもかまわない。   First, as shown in FIGS. 11A and 11B, after the trench element isolation regions 21a, 21b, and 21c are formed on the semiconductor substrate 1 made of Si of the first conductivity type (here, p-type). Then, thermal oxidation is performed to form a fifth insulating film (gate insulating film) 9 having a thickness of about 5 to 15 nm, a first polysilicon film 22 having a thickness of about 50 nm, and a silicon vagina having a thickness of about 50 nm. A film (SiN film) 3 is sequentially deposited. Here, the charge storage layer of the XY memory array is made of SiN. However, the charge storage layer may be another trapping film or a floating gate such as polysilicon.

続いて、SiN膜3の上にさらに酸化膜からなる第6絶縁膜23及び制御電極5となるポリシリコン膜を堆積し、その上にレジストを塗布した後リソグラフィー技術を用いてレジストをパターニングしてレジストパターン27を形成する。そして、パターニングによりレジスト27を除去した部分の制御電極5、第6絶縁膜23、第1シリコン膣化膜3および第1ポリシリコン膜22をエッチング除去し、その後レジストパターン27を剥離する。これによって、図11(c)、(d)に示すように、Y−Y’方向に沿って伸びる複数の電荷蓄積層3及び制御ゲート電極5を形成する。   Subsequently, a sixth insulating film 23 made of an oxide film and a polysilicon film to be the control electrode 5 are further deposited on the SiN film 3, and a resist is applied thereon, followed by patterning the resist using a lithography technique. A resist pattern 27 is formed. Then, the portions of the control electrode 5, the sixth insulating film 23, the first silicon vaginaization film 3 and the first polysilicon film 22 where the resist 27 is removed by patterning are removed by etching, and then the resist pattern 27 is peeled off. Thus, as shown in FIGS. 11C and 11D, a plurality of charge storage layers 3 and control gate electrodes 5 extending along the Y-Y ′ direction are formed.

次に、補助ゲートAGを形成するチャンネル領域をレジスト29で覆い、イオン注入を行って拡散層9、11を形成する(図11(e))。
続いて、第2電極であるポリシリコンを堆積し、エッチバック技術により、制御ゲートCG1とCG2との間に補助ゲートAG7を埋め込む(図11(g))。
なお、前記の製造工程の説明においては、シリコン膣化膜3と半導体基板1の間あるいはシリコン膣化膜3と制御電極5の間に絶縁膜を形成しているが、異なる態様として、いずれか一方もしくは両方の絶縁膜を形成しない場合がある。
Next, the channel region for forming the auxiliary gate AG is covered with a resist 29, and ion implantation is performed to form the diffusion layers 9 and 11 (FIG. 11E).
Subsequently, polysilicon as the second electrode is deposited, and the auxiliary gate AG7 is embedded between the control gates CG1 and CG2 by an etch back technique (FIG. 11 (g)).
In the above description of the manufacturing process, an insulating film is formed between the silicon vagina film 3 and the semiconductor substrate 1 or between the silicon vagina film 3 and the control electrode 5. One or both insulating films may not be formed.

≪第2の実施形態≫
図13、10−2は、XYメモリアレイの製造工程の異なる例を示す製造工程図である。図13、10−2で、左側の列の各図面はX−X’断面を示し、右側の列の各図面はY−Y’断面を示す。
<< Second Embodiment >>
13 and 10-2 are manufacturing process diagrams illustrating different examples of the manufacturing process of the XY memory array. In FIGS. 13 and 10-2, each drawing in the left column shows an XX ′ section, and each drawing in the right column shows a YY ′ section.

この実施形態では、まず、図13(a)、(b)に示すように、第1導電型(ここではp型とする)のSiからなる半導体基板1上にトレンチ素子分離領域21a、21b、21cを形成した後、熱酸化を行い、5〜15nm程度の厚さの第5絶縁膜(ゲート絶縁膜)9を形成した後、厚さ50nm程度のポリシリコン膜3を順次堆積する。   In this embodiment, first, as shown in FIGS. 13A and 13B, trench element isolation regions 21a and 21b are formed on a semiconductor substrate 1 made of Si of a first conductivity type (here, p-type). After forming 21c, thermal oxidation is performed to form a fifth insulating film (gate insulating film) 9 having a thickness of about 5 to 15 nm, and then a polysilicon film 3 having a thickness of about 50 nm is sequentially deposited.

続いて、ポリシリコン膜3の上にレジストを塗布した後リソグラフィー技術を用いてレジストをパターニングしてレジストパターン31を形成する。そして、パターニングによりレジスト31を除去した部分のポリシリコン膜3をエッチング除去し、その後レジストパターン31を剥離する。これによって、図13(c)、(d)に示すように、X−X’方向およびY−Y’方向にそれぞれ分離された電荷蓄積層3を形成する。   Subsequently, a resist is applied on the polysilicon film 3 and then patterned using a lithography technique to form a resist pattern 31. Then, the portion of the polysilicon film 3 from which the resist 31 has been removed by patterning is removed by etching, and then the resist pattern 31 is peeled off. As a result, as shown in FIGS. 13C and 13D, the charge storage layers 3 separated in the X-X ′ direction and the Y-Y ′ direction are formed.

その後、ポリシリコン膜3の上にさらに酸化膜からなる第6絶縁膜23及び制御電極5となるポリシリコン膜を堆積し、その上にレジストを塗布した後リソグラフィー技術を用いてレジストをパターニングしてレジストパターン27を形成する。そして、パターニングによりレジスト27を除去した部分の制御電極5をエッチング除去し、その後レジストパターン27を剥離する。これによって、図13(c)、(d)に示すように、Y−Y’方向に沿って伸びる複数の制御ゲート5を形成する。   Thereafter, a sixth insulating film 23 made of an oxide film and a polysilicon film to be the control electrode 5 are further deposited on the polysilicon film 3, and a resist is applied thereon, followed by patterning the resist using a lithography technique. A resist pattern 27 is formed. Then, the portion of the control electrode 5 where the resist 27 is removed by patterning is removed by etching, and then the resist pattern 27 is peeled off. Thus, as shown in FIGS. 13C and 13D, a plurality of control gates 5 extending along the Y-Y ′ direction are formed.

次に、補助ゲートAGを形成するチャンネル領域をレジスト29で覆い、イオン注入を行って拡散層9、11を形成する(図13(e))。
続いて、第2電極であるポリシリコンを堆積し、エッチバック技術により、制御ゲートCG1とCG2との間に補助ゲートAG7を埋め込む(図13(g))。
Next, the channel region for forming the auxiliary gate AG is covered with a resist 29, and ion implantation is performed to form the diffusion layers 9 and 11 (FIG. 13E).
Subsequently, polysilicon as the second electrode is deposited, and an auxiliary gate AG7 is embedded between the control gates CG1 and CG2 by an etch back technique (FIG. 13G).

前述の実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得ることは明らかである。そのような変形例は、この発明の特徴及び範囲に属さないと解釈されるべきものではない。そのような変形例が、この発明の特許請求の範囲に含まれることを意図したものであることは、この技術分野の通常の知識を有するものにとって明らかである。   In addition to the above-described embodiments, it is apparent that there can be various modifications of the present invention. Such variations are not to be construed as not belonging to the features and scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that such variations are intended to be included within the scope of the claims of this invention.

本発明の直列メモリアレイの模式的な断面構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the typical cross-section of the serial memory array of this invention. 本発明の直列メモリアレイ中の選択メモリセルの読み出しを行う場合の駆動方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the drive method in the case of performing reading of the selection memory cell in the serial memory array of this invention. 本発明の直列メモリアレイ中の選択メモリセルへ書き込みを行う場合の駆動方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the drive method in the case of writing in the selection memory cell in the serial memory array of this invention. 本発明の直列メモリアレイ中のメモリセルを一括消去する場合の駆動方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the drive method in the case of batch-erasing the memory cell in the serial memory array of this invention. 本発明の直列メモリアレイ中のメモリセルC1を選択的に消去する駆動方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the drive method which selectively erases the memory cell C1 in the serial memory array of this invention. 本発明の直列メモリアレイ中の選択セルC2を消去する場合、C1とC2を同時に消去する場合の駆動条件を示す説明図である。When erasing the selected cell C2 in the serial memory array of this invention, it is explanatory drawing which shows the drive conditions in the case of erasing C1 and C2 simultaneously. この発明の直列メモリアレイを複数個含んでなるXYメモリアレイの構成と、駆動条件の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the XY memory array which contains multiple serial memory arrays of this invention, and the example of drive conditions. この発明の直列メモリアレイを複数個含んでなるXYメモリアレイの構成と、駆動条件の異なる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example from which the structure of the XY memory array which contains multiple serial memory arrays of this invention, and a drive condition differ. この発明の直列メモリアレイを複数個含んでなるXYメモリアレイの構成と、駆動条件のさらに異なる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the further different example of the structure of the XY memory array which contains multiple serial memory arrays of this invention, and a drive condition. この発明のXYメモリアレイの模式的な構造を示す平面図、X−X’、Y−Y’方向の各断面図である。1 is a plan view showing a schematic structure of an XY memory array according to the present invention, and sectional views in X-X ′ and Y-Y ′ directions. この発明に係るXYメモリアレイを製造する工程の例を示す製造工程図である。(その1)It is a manufacturing process figure which shows the example of the process of manufacturing XY memory array based on this invention. (Part 1) この発明に係るXYメモリアレイを製造する工程の例を示す製造工程図である。(その2)It is a manufacturing process figure which shows the example of the process of manufacturing XY memory array based on this invention. (Part 2) この発明に係るXYメモリアレイを製造する工程の異なる例を示す製造工程図である。(その1)It is a manufacturing process figure which shows the example from which the process of manufacturing XY memory array which concerns on this invention differs. (Part 1) この発明に係るXYメモリアレイを製造する工程の異なる例を示す製造工程図である。(その2)It is a manufacturing process figure which shows the example from which the process of manufacturing XY memory array which concerns on this invention differs. (Part 2) 従来の不揮発性メモリの模式的な断面構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of typical sectional structure of the conventional non-volatile memory. 従来のNANDセルアレイの模式的な構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the typical structure of the conventional NAND cell array.

符号の説明Explanation of symbols

1,101,121 半導体基板
3,3a、3b、3c、3d、3n 電荷蓄積層
5、5a、5b、5c、5d、5n 制御ゲート電極
7、7a、7c、7e、7n 補助ゲート電極
9 第1拡散層
10 直列メモリアレイ
11 第2拡散層
13、13a、13c、13n 拡散層
21a、21b、21c トレンチ素子分離領域
22 第1ポリシリコン膜
23 第6絶縁膜
27、29、31 レジストパターン
109、113、129、133 ソース拡散層
111、131 ドレイン拡散層
115、135 ビット線
1, 101, 121 Semiconductor substrate 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3n Charge storage layer 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5n Control gate electrode 7, 7a, 7c, 7e, 7n Auxiliary gate electrode 9 1st Diffusion layer 10 Serial memory array 11 Second diffusion layer 13, 13a, 13c, 13n Diffusion layer 21a, 21b, 21c Trench element isolation region 22 First polysilicon film 23 Sixth insulating film 27, 29, 31 Resist pattern 109, 113 129, 133 Source diffusion layer 111, 131 Drain diffusion layer 115, 135 Bit line

Claims (37)

表面部に二つの不純物拡散層である第1拡散層と第2拡散層とが配置された半導体基板と、
第1拡散層と第2拡散層との間の領域に配置される二つの電荷蓄積層であって前記半導体基板と第1絶縁膜を介して配置される第1の電荷蓄積層および第2絶縁膜を介して配置される第2の電荷蓄積層と、
第1の電荷蓄積層に隣接して配置され第1の電荷蓄積層の電位を制御し得る第1の制御ゲート電極と、
第2の電荷蓄積層に隣接して配置され第2の電荷蓄積層の電位を制御し得る第2の制御ゲート電極と、
第1の制御ゲート電極と第2の制御ゲート電極とに隣接して配置され前記半導体基板と第3絶縁膜を介して配置される補助ゲート電極とを単位とし
第1の電荷蓄積層側と第2の電荷蓄積層側の二つのメモリセルを有するメモリセル対を1以上直列に配置してなることを特徴とする直列配置メモリ装置。
A semiconductor substrate in which a first diffusion layer and a second diffusion layer, which are two impurity diffusion layers, are disposed on a surface portion;
Two charge storage layers disposed in a region between the first diffusion layer and the second diffusion layer, wherein the first charge storage layer and the second insulation are disposed via the semiconductor substrate and the first insulating film. A second charge storage layer disposed through the film;
A first control gate electrode disposed adjacent to the first charge storage layer and capable of controlling the potential of the first charge storage layer;
A second control gate electrode disposed adjacent to the second charge storage layer and capable of controlling the potential of the second charge storage layer;
The first charge storage layer side and the first control gate electrode are arranged adjacent to the first control gate electrode and the second control gate electrode, and the auxiliary gate electrode is disposed through the semiconductor substrate and the third insulating film. A serially arranged memory device comprising one or more memory cell pairs each having two memory cells on the side of two charge storage layers.
互いに隣接する前記メモリセル対が、前記不純物拡散層を共有する請求項1記載のメモリ装置。   The memory device according to claim 1, wherein the memory cell pairs adjacent to each other share the impurity diffusion layer. 第1の電荷蓄積層と第1の制御ゲート電極とが第4絶縁膜を介して隣接し、
第2の電荷蓄積層と第2の制御ゲート電極とが第5絶縁膜を介して隣接する請求項1記載のメモリ装置。
The first charge storage layer and the first control gate electrode are adjacent to each other through the fourth insulating film;
The memory device according to claim 1, wherein the second charge storage layer and the second control gate electrode are adjacent to each other via a fifth insulating film.
第1の電荷蓄積層が第6絶縁膜を介して前記補助ゲート電極と隣接し、第2の電荷蓄積層が第7絶縁膜を介して前記補助ゲート電極と隣接する請求項1記載のメモリ装置。   2. The memory device according to claim 1, wherein the first charge storage layer is adjacent to the auxiliary gate electrode via a sixth insulating film, and the second charge storage layer is adjacent to the auxiliary gate electrode via a seventh insulating film. . 第1の制御ゲート電極が、第1の電荷蓄積層の上方に隣接して配置され、
第2の制御ゲート電極が第2の電荷蓄積層の上方に隣接して配置される請求項1記載のメモリ装置。
A first control gate electrode is disposed adjacent to and above the first charge storage layer;
The memory device according to claim 1, wherein the second control gate electrode is disposed adjacent to and above the second charge storage layer.
請求項1記載のメモリ装置に含まれるメモリセル対のうち一端のメモリセル対と共有する不純物拡散層と、
前記不純物拡散層と隣接する領域に前記半導体基板と第3絶縁膜を介して配置される第3の電荷蓄積層と、
第3の電荷蓄積層に隣接して配置され第3の電荷蓄積層の電位を制御し得る第3の制御ゲート電極と、
第3の制御ゲートに隣接して配置され前記半導体基板と第8絶縁膜を介して配置される補助ゲート電極とを含んでなる単独メモリセル
を前記メモリセル対の一端または両端に直列に配してなることを特徴とする直列配置メモリ装置。
An impurity diffusion layer shared with a memory cell pair at one end of the memory cell pair included in the memory device according to claim 1;
A third charge storage layer disposed in a region adjacent to the impurity diffusion layer via the semiconductor substrate and a third insulating film;
A third control gate electrode disposed adjacent to the third charge storage layer and capable of controlling the potential of the third charge storage layer;
A single memory cell, which is disposed adjacent to the third control gate and includes the semiconductor substrate and an auxiliary gate electrode disposed via an eighth insulating film, is arranged in series at one or both ends of the memory cell pair. A serially arranged memory device characterized by comprising:
請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の選択メモリセルの読み出し方法であって、
第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層をソースとし、
第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層にソースへチャネル電流を流し得る電圧を印加してドレインとし、
全てのメモリセルの補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
非選択メモリセルの制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように閾値電圧よりも高い電圧を印加し、
選択メモリセルの制御ゲート電極に選択メモリセルの電荷蓄積層の電荷に応じてチャネル電流を制御し得る電圧を印加する方法。
A method for reading a selected memory cell in the memory cell pair disposed in the memory device according to claim 1,
Using the first diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end of the first diffusion layer side as a source,
Applying a voltage capable of causing a channel current to flow to the source to the second diffusion layer of the memory cell pair disposed at the end on the second diffusion layer side, to form a drain,
A voltage is applied to the auxiliary gate electrode of all memory cells so as to extend the source or the drain,
A voltage higher than a threshold voltage is applied to the control gate electrode of an unselected memory cell so as to extend the source or the drain,
A method of applying a voltage capable of controlling a channel current to a control gate electrode of a selected memory cell in accordance with a charge in a charge storage layer of the selected memory cell.
非選択メモリセルの各制御ゲート電極に同一の電圧を印加する請求項7記載の方法。   8. The method according to claim 7, wherein the same voltage is applied to each control gate electrode of an unselected memory cell. 非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に同一の電圧を印加する請求項7記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the same voltage is applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells. 前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各制御ゲート電極の印加電圧より低い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各制御ゲート電極に印加する請求項7記載の読み出し方法。   8. The read method according to claim 7, wherein a voltage lower than an applied voltage of each control gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell is applied to each control gate electrode on the first diffusion layer side than the selected memory cell. . 非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極において、前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各補助ゲート電極の印加電圧より低い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各補助ゲート電極に印加する請求項7記載の読み出し方法。   In each auxiliary gate electrode shared between non-selected memory cells, a voltage lower than the applied voltage of each auxiliary gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell is set to the first diffusion layer side than the selected memory cell. The readout method according to claim 7, wherein the readout is applied to each auxiliary gate electrode. 請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第1拡散層側に配置された選択メモリセルに書き込みを行う方法であって、
第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層をソースとし、
第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に書き込み電圧を印加してドレインとし、
非選択メモリセルの各制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
選択メモリセルの制御ゲート電極に、選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入する電圧を印加し、
選択メモリセルの補助ゲート電極に閾値電圧程度の電圧を印加する方法。
A method for writing to a selected memory cell arranged on the first diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device according to claim 1,
Using the second diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end on the second diffusion layer side as a source,
Applying a write voltage to the first diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end on the first diffusion layer side to form a drain;
A voltage is applied to each control gate electrode of an unselected memory cell so as to extend the source or the drain,
A voltage is applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells so as to extend the source or the drain,
A voltage for injecting charges into the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the control gate electrode of the selected memory cell,
A method of applying a voltage about the threshold voltage to the auxiliary gate electrode of the selected memory cell.
非選択メモリセルの各制御ゲート電極に同一の電圧を印加する請求項12記載の書き込み方法。   13. The writing method according to claim 12, wherein the same voltage is applied to each control gate electrode of an unselected memory cell. 非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に同一の電圧を印加する請求項12記載の書き込み方法。   13. The writing method according to claim 12, wherein the same voltage is applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells. 前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各制御ゲート電極の印加電圧より高い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各制御ゲート電極に印加する請求項12記載の書き込み方法。   13. The writing method according to claim 12, wherein a voltage higher than a voltage applied to each control gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell is applied to each control gate electrode on the first diffusion layer side relative to the selected memory cell. . 非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極において、前記選択メモリセルよりも第2拡散層側の各補助ゲート電極の印加電圧より高い電圧を、前記選択メモリセルよりも第1拡散層側の各補助ゲート電極に印加する請求項12記載の書き込み方法。   In each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells, a voltage higher than the applied voltage of each auxiliary gate electrode on the second diffusion layer side than the selected memory cell is set on the first diffusion layer side than the selected memory cell. The writing method according to claim 12, wherein the writing is applied to each auxiliary gate electrode. 請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第2拡散層側に配置された選択メモリセルに書き込みを行う方法であって、
第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層をソースとし、
第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に書き込み電圧を印加してドレインとし、
非選択メモリセルの各制御ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
非選択メモリセル間で共有される各補助ゲート電極に前記ソースもしくは前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
選択メモリセルの制御ゲート電極に、選択メモリセルの電荷蓄積層に電荷を注入する電圧を印加し、
選択メモリセルの補助ゲート電極に閾値電圧程度の電圧を印加する方法。
A method for writing to a selected memory cell arranged on the second diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device according to claim 1,
Using the first diffusion layer of the memory cell pair arranged at the end of the first diffusion layer side as a source,
A write voltage is applied to the second diffusion layer of the memory cell pair disposed at the end on the second diffusion layer side to form a drain,
A voltage is applied to each control gate electrode of an unselected memory cell so as to extend the source or the drain,
A voltage is applied to each auxiliary gate electrode shared between unselected memory cells so as to extend the source or the drain,
A voltage for injecting charges into the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the control gate electrode of the selected memory cell,
A method of applying a voltage about the threshold voltage to the auxiliary gate electrode of the selected memory cell.
請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中のメモリセルを一括消去する消去方法であって、
各制御ゲート電極に対して正の電圧を前記半導体基板に印加して各電荷蓄積層から前記半導体基板へ電子を引き抜く方法。
An erasing method for collectively erasing memory cells in the memory cell pair arranged in the memory device according to claim 1,
A method in which a positive voltage is applied to the semiconductor substrate with respect to each control gate electrode to extract electrons from each charge storage layer to the semiconductor substrate.
各制御ゲート電極を接地する請求項18記載の消去方法。   19. The erasing method according to claim 18, wherein each control gate electrode is grounded. 各制御ゲート電極に負のバイアス電圧を印加する請求項18記載の消去方法。   19. The erase method according to claim 18, wherein a negative bias voltage is applied to each control gate electrode. 各制御ゲート電極に正のバイアス電圧を印加する請求項18記載の消去方法。   19. The erasing method according to claim 18, wherein a positive bias voltage is applied to each control gate electrode. 各補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加する請求項18記載の消去方法。   19. The erasing method according to claim 18, wherein each auxiliary gate electrode is grounded or a negative voltage is applied. 請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第1拡散層側の選択メモリセルを消去する消去方法であって、
第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に、選択メモリセルの電荷蓄積層から電子を引き抜くための電圧を印加してドレインとし、
選択メモリセルよりも前記ドレイン側の制御ゲート電極に前記ドレインを延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、
前記選択メモリセルより前記ドレイン側の補助ゲート電極に前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
選択メモリセルの制御ゲート電極に前記電荷蓄積層から前記半導体基板へ電子を引き抜く電圧を印加する方法。
An erasing method for erasing selected memory cells on the first diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device according to claim 1,
Applying a voltage for extracting electrons from the charge storage layer of the selected memory cell to the first diffusion layer of the memory cell pair disposed at the end of the first diffusion layer side to form a drain;
A voltage higher than a threshold voltage is applied so as to extend the drain to the control gate electrode on the drain side of the selected memory cell;
A voltage is applied to extend the drain from the selected memory cell to the auxiliary gate electrode on the drain side,
A method of applying a voltage for extracting electrons from the charge storage layer to the semiconductor substrate to a control gate electrode of a selected memory cell.
選択メモリセルの補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加する請求項23記載の消去方法。   The erase method according to claim 23, wherein the auxiliary gate electrode of the selected memory cell is grounded or a negative voltage is applied. 請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の第2拡散層側の選択メモリセルを消去する消去方法であって、
第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に、選択メモリセルの電荷蓄積層から電子を引き抜くための電圧を印加してドレインとし、
選択メモリセルよりも前記ドレイン側のメモリセルの制御ゲート電極に前記ドレインを延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、
前記選択メモリセルより前記ドレイン側のメモリセルの補助ゲート電極に前記ドレインを延長するように電圧を印加し、
選択メモリセルの制御ゲート電極に前記電荷蓄積層から前記半導体基板へ電子を引き抜く電圧を印加する方法。
An erasing method for erasing a selected memory cell on the second diffusion layer side in the memory cell pair arranged in the memory device according to claim 1,
A voltage for extracting electrons from the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the second diffusion layer of the memory cell pair disposed at the end on the second diffusion layer side to form a drain,
Applying a voltage higher than a threshold voltage to extend the drain to the control gate electrode of the memory cell on the drain side than the selected memory cell,
A voltage is applied so as to extend the drain to the auxiliary gate electrode of the memory cell on the drain side from the selected memory cell,
A method of applying a voltage for extracting electrons from the charge storage layer to the semiconductor substrate to a control gate electrode of a selected memory cell.
請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対中の一方側の選択メモリセルを消去する消去方法であって、
前記メモリ装置の前記一方側の端の拡散層に選択メモリセルの電荷蓄積層へホールを供給するための電圧を印加し、
選択メモリセルよりも前記一方側の制御ゲート電極に前記一方側の端の拡散層の電位を延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、
選択メモリセルより前記一方側の補助ゲート電極に前記一方側の端の拡散層の電位を延長するように電圧を印加し、
選択メモリセルの制御ゲート電極に、当該メモリセルの前記電荷蓄積層へホールを注入する電圧を印加する方法。
An erasing method for erasing a selected memory cell on one side of the memory cell pair arranged in the memory device according to claim 1,
A voltage for supplying holes to the charge storage layer of the selected memory cell is applied to the diffusion layer on one end of the memory device;
A voltage higher than a threshold voltage is applied to the control gate electrode on one side of the selected memory cell so as to extend the potential of the diffusion layer on the one side end,
A voltage is applied to the auxiliary gate electrode on the one side from the selected memory cell so as to extend the potential of the diffusion layer on the one side,
A method of applying a voltage for injecting holes into the charge storage layer of the memory cell to the control gate electrode of the selected memory cell.
選択メモリセルの補助ゲート電極を接地するか、あるいは負の電圧を印加する請求項26記載の消去方法。   27. The erasing method according to claim 26, wherein the auxiliary gate electrode of the selected memory cell is grounded or a negative voltage is applied. 請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内に配置された前記メモリセル対のうち選択されたメモリセル対に含まれる第1拡散層側と第2拡散層側のメモリセルを一括消去する方法であって、
第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に、選択メモリセル対の第1拡散層側の電荷蓄積層から電子を引き抜くための第1電圧を印加し、
第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に、選択メモリセル対の第2拡散層側の電荷蓄積層から電子を引き抜くための第2電圧を印加し、
非選択メモリセル対の制御ゲート電極に、第1電圧が印加された第1拡散層もしくは第2電圧が印加された第2拡散層の電位を延長するように閾値電圧より高い電圧を印加し、
非選択メモリセル対の補助ゲート電極に、第1電圧が印加された前記第1拡散層もしくは電圧が印加された第2拡散層の電位を延長するように電圧を印加し、
選択メモリセル対の各制御ゲート電極に各電荷蓄積層の電荷を前記半導体基板へ引き抜く電圧を印加する方法。
A memory cell on a first diffusion layer side and a second diffusion layer side included in a selected memory cell pair among the memory cell pairs arranged in the memory device according to claim 1. A method of batch erasing,
Applying a first voltage for extracting electrons from the charge storage layer on the first diffusion layer side of the selected memory cell pair to the first diffusion layer of the memory cell pair disposed on the end of the first diffusion layer side;
Applying a second voltage for extracting electrons from the charge storage layer on the second diffusion layer side of the selected memory cell pair to the second diffusion layer of the memory cell pair disposed on the end of the second diffusion layer side;
A voltage higher than a threshold voltage is applied to the control gate electrode of the unselected memory cell pair so as to extend the potential of the first diffusion layer to which the first voltage is applied or the second diffusion layer to which the second voltage is applied,
A voltage is applied to the auxiliary gate electrode of the unselected memory cell pair so as to extend the potential of the first diffusion layer to which the first voltage is applied or the second diffusion layer to which the voltage is applied,
A method of applying a voltage for extracting the charge of each charge storage layer to the semiconductor substrate to each control gate electrode of the selected memory cell pair.
請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内の複数のメモリセル対の各メモリセルに順次書き込みとベリファイ読み出しを行う際に、
第1拡散層側のメモリセルから順番に書き込みあるいはベリファイ読み出しを行う方法。
When performing sequential writing and verify reading to each memory cell of the plurality of memory cell pairs in the memory device according to claim 1,
A method of performing writing or verify reading sequentially from the memory cells on the first diffusion layer side.
請求項1〜6の何れか一つに記載のメモリ装置内の複数のメモリセル対の各メモリセルに順次消去とベリファイ読み出しを行う際に、
第1拡散層側のメモリセルから順番に消去あるいはベリファイ読み出しを行う方法。
When sequentially performing erase and verify read on each memory cell of the plurality of memory cell pairs in the memory device according to claim 1,
A method of performing erasing or verify reading sequentially from the memory cells on the first diffusion layer side.
請求項1または6に記載のメモリ装置を複数含んでなり、
前記メモリ装置の各メモリセルがX方向に直列に配置され、
前記X方向と異なるY方向において、互いに異なる前記メモリ装置に含まれるメモリセルの第1の制御ゲート電極が互いに接続された共通第1制御ゲート線と、
前記X方向と異なるY方向において、互いに異なる前記メモリ装置に含まれるメモリセルの第2の制御ゲート電極が互いに接続された共通第2制御ゲート線と、
前記X方向と異なるY方向において、互いに異なる前記メモリ装置に含まれるメモリセルの補助ゲート電極が互いに接続された共通補助ゲート線と
を有することを特徴とするマトリックス配置メモリ装置。
Comprising a plurality of memory devices according to claim 1 or 6;
Each memory cell of the memory device is arranged in series in the X direction,
A common first control gate line in which first control gate electrodes of memory cells included in the memory devices different from each other in the Y direction different from the X direction are connected to each other;
A common second control gate line in which second control gate electrodes of memory cells included in the memory devices different from each other in the Y direction different from the X direction are connected to each other;
A matrix-arranged memory device comprising: a common auxiliary gate line in which auxiliary gate electrodes of memory cells included in the memory devices different from each other in the Y direction different from the X direction are connected to each other.
請求項1〜6のいずれか一つに記載の直列配置メモリ装置の複数個と、
各直列配置メモリ装置の第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層に対応して配置される選択トランジスタであって選択ゲートを有する選択トランジスタと、
前記第2拡散層側の端のメモリセル対の各第2拡散層に、対応する選択トランジスタを介して接続されるひとつのビット線と、
各直列配置メモリ装置の第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層を互いに接続するソース線と
各直列配置メモリ装置の対応する補助ゲートがそれぞれ接続される1以上の共通補助ゲート線と、
各直列配置メモリ装置の対応する制御ゲートがそれぞれ接続される1以上の共通制御ゲート線と
を備える直列配置メモリユニットを単位として構成されるマトリックス配置メモリ装置。
A plurality of serially arranged memory devices according to any one of claims 1 to 6;
A select transistor having a select gate, the select transistor being arranged corresponding to the second diffusion layer of the memory cell pair arranged at the second diffusion layer side end of each serially arranged memory device;
One bit line connected to each second diffusion layer of the memory cell pair at the end on the second diffusion layer side via a corresponding selection transistor;
One or more source lines connecting the first diffusion layers of the memory cell pairs arranged at the first diffusion layer side end of each serially arranged memory device and the corresponding auxiliary gates of each serially arranged memory device are respectively connected. A common auxiliary gate line;
A matrix-arranged memory device configured as a unit of a serially-arranged memory unit including at least one common control gate line to which a corresponding control gate of each serially-arranged memory device is connected
請求項32に記載のメモリ装置の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第2拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、
前記ソース線を接地してソースとして機能させ、
選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置に対応する選択トランジスタの選択ゲートに当該選択トランジスタをオンする接続電圧を印加してビット線と接続し、
前記ビット線に書き込み電圧を印加してドレインとして機能させて書き込みを行う際に、
前記接続電圧が選択ゲートに印加された選択トランジスタを除く他の選択トランジスタの選択ゲートに当該選択トランジスタをオフする電圧を印加して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法。
33. When writing to a selected memory cell on the second diffusion layer side of a memory cell pair in a serially arranged memory unit of a memory device according to claim 32, writing to an unselected memory cell of another serially arranged memory device A method of blocking writing,
The source line is grounded to function as a source,
A connection voltage for turning on the selection transistor is applied to a selection gate of the selection transistor corresponding to the serially arranged memory device including the selection memory cell, and connected to the bit line;
When writing by applying a write voltage to the bit line to function as a drain,
A method of preventing writing to an unselected memory cell by applying a voltage for turning off the selection transistor to a selection gate of another selection transistor other than the selection transistor to which the connection voltage is applied to the selection gate.
請求項32に記載のメモリ装置の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第1拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、
選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置に対応する選択トランジスタの選択ゲートに当該選択トランジスタをオンする電圧を印加してビット線と接続し、
前記ビット線を接地してソースとして機能させ、
前記ソース線に書き込み電圧を印加してドレインとして機能させて書き込みを行う際に、
前記書き込み電圧が印加されたソース線以外のソース線を接地して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法。
33. When writing to a selected memory cell on the first diffusion layer side of a memory cell pair in a serially arranged memory unit of the memory device according to claim 32, writing to an unselected memory cell of another serially arranged memory device A method of blocking writing,
Applying a voltage for turning on the selection transistor to the selection gate of the selection transistor corresponding to the serially arranged memory device including the selection memory cell, and connecting to the bit line,
Ground the bit line to function as a source,
When writing by applying a write voltage to the source line to function as a drain,
A method of preventing writing to an unselected memory cell by grounding a source line other than the source line to which the write voltage is applied.
請求項1〜6のいずれか一つに記載の直列配置メモリ装置の複数個と、
各直列配置メモリ装置の第2拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第2拡散層を互いに接続するひとつのビット線と、
各直列配置メモリ装置の第1拡散層側の端に配置されたメモリセル対の第1拡散層に対応してそれぞれ接続される複数のソース線と、
各直列配置メモリ装置のひとつの補助ゲートが互いに接続される1以上の共通補助ゲート線と、
各直列配置メモリ装置のひとつの制御ゲートが互いに接続される1以上の共通制御ゲート線と
を備える直列配置メモリユニットを単位として構成されるマトリックス配置メモリ装置。
A plurality of serially arranged memory devices according to any one of claims 1 to 6;
One bit line for connecting the second diffusion layers of the memory cell pair disposed at the end of the serially arranged memory device on the second diffusion layer side;
A plurality of source lines respectively connected corresponding to the first diffusion layer of the memory cell pair disposed on the first diffusion layer side end of each serially arranged memory device;
One or more common auxiliary gate lines to which one auxiliary gate of each serially arranged memory device is connected to each other;
A matrix-arranged memory device configured in units of a serially-arranged memory unit including one or more common control gate lines to which one control gate of each serially-arranged memory device is connected.
請求項35に記載のメモリ装置の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第2拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、
選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置の前記ソース線を接地してソースとし、
ビット線に書き込み電圧を印加してドレインとして書き込みを行う際に、
前記接地されたソース線以外のソース線にカウンターバイアスとしての電圧を印加して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法。
36. When writing to a selected memory cell on the second diffusion layer side of a memory cell pair in the serially arranged memory unit of the memory device according to claim 35, writing to an unselected memory cell of another serially arranged memory device A method of blocking writing,
The source line of the serially arranged memory device including the selected memory cell is grounded as a source,
When writing as a drain by applying a write voltage to the bit line,
A method of applying a voltage as a counter bias to a source line other than the grounded source line to prevent writing to an unselected memory cell.
請求項35に記載のメモリ装置の直列配置メモリユニット中のメモリセル対の第1拡散層側にある選択メモリセルへ書き込みを行う際に、他の直列配置メモリ装置の非選択メモリセルへの書き込みを阻止する書き込み阻止方法であって、
ビット線を接地してソースとし、
選択メモリセルを含む直列配置メモリ装置の前記ソース線に書き込み電圧を印加してドレインとして書き込みを行う際に、
前記書き込み電圧が印加されたソース線以外のソース線を接地して非選択メモリセルへの書き込みを阻止する方法。
36. When writing to a selected memory cell on the first diffusion layer side of a memory cell pair in a serially arranged memory unit of a memory device according to claim 35, writing to an unselected memory cell of another serially arranged memory device A method of blocking writing,
Ground the bit line as the source,
When writing as a drain by applying a write voltage to the source line of a serially arranged memory device including a selected memory cell,
A method of preventing writing to an unselected memory cell by grounding a source line other than the source line to which the write voltage is applied.
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