JP2008071454A - Semiconductor storage device and writing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体記憶装置およびその書き込み方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device and a writing method thereof.
近年、同一半導体基板上に演算処理等を行なうロジック回路と電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリとを作り込む、所謂不揮発性メモリ混載プロセスが行なわれるようになっている。 In recent years, a so-called nonvolatile memory mixed process has been performed in which a logic circuit that performs arithmetic processing and the like and an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory are formed on the same semiconductor substrate.
ところで、上記電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリの書換えには、通常、上記ロジック回路の動作に必要な電圧以上に高い電圧が必要である。そして、上記半導体不揮発性メモリ書換えのための高電圧は、昇圧回路によってチップ内で作られる。 By the way, rewriting of the electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory usually requires a voltage higher than the voltage necessary for the operation of the logic circuit. The high voltage for rewriting the semiconductor nonvolatile memory is generated in the chip by the booster circuit.
図8に、チャージポンプ型の昇圧回路を示す。また、図9に、図8に示す昇圧回路のキャパシタンスに与える電圧波形を示す。 FIG. 8 shows a charge pump type booster circuit. FIG. 9 shows voltage waveforms applied to the capacitance of the booster circuit shown in FIG.
図8において、T0〜T4はN型MOSトランジスタであり、C1〜C4はキャパシタンスであり、N1〜N4はノード名である。N型MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと言う場合もある)T0〜トランジスタT4は直列に接続されており、夫々のN型MOSトランジスタのゲートは、夫々のN型MOSトランジスタの(つまり、自らの)ソースに接続されている。また、ノードN1〜ノードN4にはキャパシタンスC1〜キャパシタンスC4が接続されており、ノードN1〜ノードN4には、キャパシタンスC1〜キャパシタンスC4を通して、図9に示すパルス電圧PAおよびパルス電圧PBの何れか一方が印加されるようになっている。N型MOSトランジスタT0は逆流防止用のトランジスタである。ここで、キャパシタンスCとN型MOSトランジスタTとの組み合わせは昇圧回路の基本構成単位であり、図8に示す昇圧回路は4段構成となっている。 In FIG. 8, T0 to T4 are N-type MOS transistors, C1 to C4 are capacitances, and N1 to N4 are node names. N-type MOS transistors (hereinafter also simply referred to as transistors) T0 to T4 are connected in series, and the gates of the respective N-type MOS transistors are the respective N-type MOS transistors (that is, their own). Connected to the source. Capacitances C1 to C4 are connected to the nodes N1 to N4, and either the pulse voltage PA or the pulse voltage PB shown in FIG. 9 is connected to the nodes N1 to N4 through the capacitances C1 to C4. Is applied. The N-type MOS transistor T0 is a backflow prevention transistor. Here, the combination of the capacitance C and the N-type MOS transistor T is a basic structural unit of the booster circuit, and the booster circuit shown in FIG. 8 has a four-stage configuration.
以下に、図8に示すチャージポンプ型の昇圧回路の動作について説明する。ここで、トランジスタT0〜トランジスタT4の閾値はVthであるとする。 The operation of the charge pump type booster circuit shown in FIG. 8 will be described below. Here, the threshold value of the transistors T0 to T4 is assumed to be Vth.
先ず、上記パルス電圧PAをGndにする一方、パルス電圧PBをVddにすると、オンとなったトランジスタT0を通してキャリアが電源から流れ込み、ノードN1の電圧は電源電圧VddからトランジスタT0の閾値を引いた(Vdd−Vth)となる。次に、パルス電圧PAをVddにする一方、パルス電圧PBをGndにすると、トランジスタT0はオフし、オンとなったトランジスタT1を通してノードN1のキャリアがノードN2に移動する。上述のことを繰り返すことによって、パルス電圧PAが電源電圧Vddの場合には、最終的に、ノードN1の電位は(2*Vdd−Vth)まで上昇し、ノードN2の電位は(2*Vdd−2*Vth)まで上昇する。すなわち、上記昇圧回路における1段当たり(Vdd−Vth)の昇圧が可能となり、図8に示す昇圧回路の最大出力電圧Voutは、5*(Vdd−Vth)となるのである。 First, when the pulse voltage PA is set to Gnd and the pulse voltage PB is set to Vdd, carriers flow from the power supply through the transistor T0 that is turned on, and the voltage at the node N1 subtracts the threshold value of the transistor T0 from the power supply voltage Vdd ( Vdd-Vth). Next, when the pulse voltage PA is set to Vdd and the pulse voltage PB is set to Gnd, the transistor T0 is turned off, and the carrier at the node N1 moves to the node N2 through the transistor T1 that is turned on. By repeating the above, when the pulse voltage PA is the power supply voltage Vdd, the potential of the node N1 finally rises to (2 * Vdd−Vth) and the potential of the node N2 becomes (2 * Vdd− 2 * Vth). That is, (Vdd−Vth) can be boosted per stage in the booster circuit, and the maximum output voltage Vout of the booster circuit shown in FIG. 8 is 5 * (Vdd−Vth).
ところで、上記昇圧回路で発生させた高電圧を実際にメモリセルに与えるためには、通常、メモリセルアレイ中の所望のメモリセルを選ぶためのメモリセル選択回路等の幾つかのトランジスタを通過する必要がある。その場合、上記昇圧回路で発生された高電圧は、上記幾つかのトランジスタを経る毎にそのトランジスタの閾値分だけ電圧が低下し、さらに、メモリセルに到達するまでのトランジスタの抵抗や配線の抵抗等によっても電圧が低下するという問題がある。そして、上記昇圧回路は、上記メモリセル選択回路と上記メモリセルアレイの間の場所ではなく、それ以外の場所に配置されている。 By the way, in order to actually apply the high voltage generated by the booster circuit to the memory cell, it is usually necessary to pass through several transistors such as a memory cell selection circuit for selecting a desired memory cell in the memory cell array. There is. In that case, the high voltage generated in the booster circuit decreases by the threshold value of the transistor every time it passes through the several transistors, and further, the resistance of the transistor and the resistance of the wiring until reaching the memory cell. There is also a problem that the voltage decreases due to the like. The booster circuit is arranged not at a location between the memory cell selection circuit and the memory cell array, but at a location other than that.
したがって、上記昇圧回路においては、発生された高電圧はメモリセルに到達するまでに下がってしまうため、メモリセルに書き込む際に必要な書き込み電圧に上記電圧降下分の予測値を加えた高い電圧を発生させる必要があるという問題がある。 Therefore, in the booster circuit, since the generated high voltage decreases until it reaches the memory cell, a high voltage obtained by adding the predicted value corresponding to the voltage drop to the write voltage necessary for writing to the memory cell is set. There is a problem that needs to be generated.
一方において、通常のロジック回路で使用される通常のトランジスタは高速動作が要求されるため、上述のような高い電圧に耐え得るようには設計されていない。したがって、メモリセルに書き込む際に必要な書き込み電圧以上の高い電圧を発生させる昇圧回路に使用されるトランジスタや、発生された高電圧を所望のメモリセルへ与えるためのメモリ選択回路中に使用されるトランジスタとしては、上記通常のトランジスタ以上に高い耐圧を有する高耐圧トランジスタが別途必要となる。 On the other hand, a normal transistor used in a normal logic circuit is required to operate at high speed, and is not designed to withstand the high voltage as described above. Therefore, it is used in a transistor used in a booster circuit for generating a voltage higher than a write voltage necessary for writing in a memory cell, or in a memory selection circuit for supplying the generated high voltage to a desired memory cell. As the transistor, a high breakdown voltage transistor having a breakdown voltage higher than that of the normal transistor is separately required.
以下において、例えば、特開平7‐94734号公報(特許文献1)に開示されている高耐圧トランジスタの製造方法のごとく、高耐圧トランジスタと通常トランジスタとを同一チップに作成する従来の方法について、図10〜図12に従って説明する。図10〜図12において、右側部分が高耐圧トランジスタ部を示し、左側部分が通常トランジスタ部を示している。 In the following, for example, a conventional method for forming a high voltage transistor and a normal transistor on the same chip as in the method of manufacturing a high voltage transistor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-94734 (Patent Document 1) will be described. 10 to FIG. 10 to 12, the right side portion shows a high voltage transistor portion, and the left side portion shows a normal transistor portion.
先ず、図10に示すように、半導体基板1上に素子分離領域2を形成する。その後、高耐圧トランジスタ部分をレジスト(図示せず)でパターニングした後、イオン注入を行なうことによって高耐圧トランジスタ用のウエル3bを形成する。次に、上記レジストを除去した後、通常トランジスタ部分を新たなレジスト(図示せず)でパターニングした後、イオン注入を行なうことによって通常トランジスタ用のウエル3aを形成する。
First, as shown in FIG. 10, the
その後、上記半導体基板1の表面に、ゲート絶縁膜4およびポリシリコン膜を順次形成する。そして、レジスト(図示せず)を用いたパターニングを行った後にエッチングを行うことによって、通常トランジスタ用と高耐圧トランジスタ用とのゲート絶縁膜4およびゲート電極5を作成する。
Thereafter, a gate insulating film 4 and a polysilicon film are sequentially formed on the surface of the semiconductor substrate 1. Then, after patterning using a resist (not shown), etching is performed to form the gate insulating film 4 and the
その後、レジスト6を用いて、通常トランジスタ用のソース領域とドレイン領域および高耐圧トランジスタ用のソース領域のみを露出させるパターニングを行なう。その後、イオン注入を行ってLDD(Lightly Doped Drain)構造用の低濃度不純物拡散領域7を形成する。
Thereafter, using the
その後、上記半導体基板1の全面に絶縁膜を堆積し、RIE(反応性イオンエッチング)によってエッチバックすることによって、図11に示すように、通常トランジスタおよび高耐圧トランジスタのゲート電極5の側壁に、高濃度不純物拡散領域形成時のスペーサーとなるサイドウォール8を形成する。その後に、レジスト9を用いたパターニングによって、高耐圧トランジスタのドレイン側のみを露出させ、イオン注入を行なって高耐圧トランジスタ用のオフセット部としての低濃度不純物拡散領域10を形成する。
After that, an insulating film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 and etched back by RIE (reactive ion etching), so that as shown in FIG.
次に、図12に示すように、レジスト11をパターニングした後、イオン注入を行なうことによって、通常トランジスタおよび高耐圧トランジスタの高濃度不純物拡散領域12を形成する。その後、公知の工程を施すことによって、高耐圧トランジスタと通常トランジスタとが同一チップ上に形成された半導体装置が完成される。
Next, as shown in FIG. 12, after patterning the
しかしながら、上記従来の演算処理等を行なうロジック回路と電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリとを同一半導体基板上に形成した半導体記憶装置には、以下のような問題がある。 However, there are the following problems in a semiconductor memory device in which a logic circuit that performs the above-described conventional arithmetic processing and an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory are formed on the same semiconductor substrate.
すなわち、上述したように、演算処理等を行なうロジック回路と電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリとを同一半導体基板上に形成するためには、通常トランジスタ以外に、高い耐圧を有する高耐圧トランジスタが必要となる。これは、上記昇圧回路で発生された高電圧は、メモリセルに達するまでにメモリ選択回路等を経ることによって電圧が低下するため、上記昇圧回路では、上記電圧低下を見越してメモリセルに書き込む際に必要な書き込み電圧以上の高電圧を発生させる必要があるためである。 That is, as described above, in order to form a logic circuit for performing arithmetic processing and the like and an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory on the same semiconductor substrate, in addition to the normal transistor, a high breakdown voltage transistor having a high breakdown voltage. Is required. This is because the high voltage generated in the booster circuit is lowered by passing through a memory selection circuit or the like before reaching the memory cell, so that the booster circuit expects the voltage drop and writes to the memory cell. This is because it is necessary to generate a high voltage that is higher than the write voltage required for.
ところが、上記演算処理等を行なうロジック回路と電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリとを同一半導体基板上に形成して成る半導体記憶装置に、上記特許文献1に開示された高耐圧トランジスタの製造方法を適用して、通常トランジスタと高耐圧トランジスタとを同一チップ上に形成する場合には、高耐圧トランジスタ用のウエル3bおよび高耐圧トランジスタ用の低濃度不純物拡散領域10が別途必要となるため、通常トランジスタをのみを製造する場合に比して製造工程が増加し、製造コストが増大するという問題がある。
そこで、この発明の課題は、同一半導体基板上に演算処理等を行なうロジック回路と電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリとを作成する際に、上記ロジック回路のみを作成する場合に比して製造工程が増加することがなく安価に作成することができる半導体記憶装置、および、その半導体記憶装置の書き込み方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to create a logic circuit that performs arithmetic processing and the like and an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory on the same semiconductor substrate, as compared with the case where only the logic circuit is created. It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device that can be manufactured at low cost without increasing the number of manufacturing steps, and a writing method for the semiconductor memory device.
上記課題を解決するため、この発明の半導体記憶装置は、
電気的に書換え可能なメモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、
電源電圧を少なくとも上記メモリセルへの書き込み電圧である所定電圧まで昇圧する第1昇圧回路と、
上記第1昇圧回路からの出力を受けると共に、上記メモリセルアレイの中からデータの書き込み,データの読み出しおよびデータの消去の対象となる所望のメモリセルを選択するメモリセル選択回路と、
上記メモリセル選択回路と上記メモリセルアレイとの間に配置されると共に、上記メモリセル選択回路からの出力電圧を上記所定電圧まで昇圧して、上記メモリセル選択回路によって選択された所望のメモリセルに供給する第2昇圧回路と
を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a semiconductor memory device according to the present invention provides:
A memory cell array in which electrically rewritable memory cells are arranged in a matrix;
A first booster circuit that boosts a power supply voltage to at least a predetermined voltage that is a write voltage to the memory cell;
A memory cell selection circuit that receives an output from the first booster circuit and selects a desired memory cell that is a target of data writing, data reading, and data erasing from the memory cell array;
The memory cell selection circuit is arranged between the memory cell selection circuit and the memory cell selection circuit, and the output voltage from the memory cell selection circuit is boosted to the predetermined voltage to obtain a desired memory cell selected by the memory cell selection circuit. And a second booster circuit to be supplied.
上記構成によれば、メモリセル選択回路とメモリセルアレイとの間に、上記メモリセル選択回路からの出力電圧を上記メモリセルへの書き込み電圧である所定電圧まで昇圧する第2昇圧回路を配置している。そのために、上記メモリセル選択回路の前段に配置されると共に、電源電圧を昇圧して上記メモリセル選択回路に供給する第1昇圧回路では、少なくとも上記メモリセルへの書き込み電圧である上記所定電圧まで昇圧すればよく、上記所定電圧以上の高圧まで昇圧する必要はない。したがって、上記第1昇圧回路,上記メモリセル選択回路および上記第2昇圧回路を構成するトランジスタとして、耐圧が上記所定電圧を少し超える電圧に設定された通常トランジスタを使用することができ、製造工程の増加に繋がる高耐圧トランジスタを別途作成する必要がなくなる。 According to the above configuration, the second booster circuit that boosts the output voltage from the memory cell selection circuit to a predetermined voltage that is a write voltage to the memory cell is disposed between the memory cell selection circuit and the memory cell array. Yes. For this purpose, in the first booster circuit which is arranged before the memory cell selection circuit and boosts the power supply voltage and supplies the boosted power supply voltage to the memory cell selection circuit, at least up to the predetermined voltage which is a write voltage to the memory cell. The voltage may be boosted, and it is not necessary to boost the voltage to a high voltage that is equal to or higher than the predetermined voltage. Therefore, as the transistors constituting the first booster circuit, the memory cell selection circuit, and the second booster circuit, normal transistors having a withstand voltage set slightly higher than the predetermined voltage can be used. There is no need to separately create a high voltage transistor that leads to an increase.
すなわち、この発明によれば、半導体記憶装置の製造工程を簡略化して、低コストで作成することが可能になるのである。 That is, according to the present invention, the manufacturing process of the semiconductor memory device can be simplified and can be produced at low cost.
また、1実施の形態の半導体記憶装置では、
上記第2昇圧回路は、インバーターとキャパシタンスとから構成されている。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The second booster circuit is composed of an inverter and a capacitance.
この実施の形態によれば、上記第2昇圧回路がインバーターとキャパシタンスとから構成されているため、容易に製造することが可能である。 According to this embodiment, since the second booster circuit is composed of an inverter and a capacitance, it can be easily manufactured.
また、1実施の形態の半導体記憶装置では、
当該半導体記憶装置は、上記メモリセルアレイに対する選択動作,書き込み動作,読み出し動作および消去動作の各動作を行う機能以外の機能を有するロジック回路と、同一チップ上に混載されている。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The semiconductor memory device is mounted on the same chip with a logic circuit having a function other than the function of performing each of a selection operation, a write operation, a read operation, and an erase operation for the memory cell array.
この実施の形態によれば、同一チップに、上記メモリセルアレイに対する選択動作,書き込み動作,読み出し動作および消去動作の各動作を行う機能以外の機能を有して、通常トランジスタで形成されているロジック回路と混載されている半導体記憶装置は、上記メモリセルへの書き込み電圧である上記所定電圧を少し超える耐圧に設定された通常トランジスタを使用することができる。したがって、上記半導体記憶装置と上記ロジック回路とを同一チップ上に混載してロジック混載メモリを作成する際に、高耐圧トランジスタを別途作成する必要がなく工程が増加しないため、安価に作成することができる。 According to this embodiment, a logic circuit that is normally formed of transistors and has functions other than the function of performing the selection operation, the write operation, the read operation, and the erase operation for the memory cell array on the same chip. Can use a normal transistor set to a withstand voltage that slightly exceeds the predetermined voltage, which is a write voltage to the memory cell. Therefore, when the logic memory is produced by embedding the semiconductor memory device and the logic circuit on the same chip, it is not necessary to separately create a high breakdown voltage transistor and the number of processes does not increase. it can.
また、1実施の形態の半導体記憶装置では、
上記メモリセルアレイを構成する上記各メモリセルは、
半導体基板と、
上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
上記ゲート電極の側壁に形成された電荷蓄積領域と、
上記半導体基板中における上記ゲート絶縁膜の直下に形成されたチャネル領域と、
上記半導体基板中における上記チャネル領域の両端に隣接して形成された拡散領域と
を備えている。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
Each of the memory cells constituting the memory cell array is
A semiconductor substrate;
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A charge storage region formed on the sidewall of the gate electrode;
A channel region formed immediately below the gate insulating film in the semiconductor substrate;
And a diffusion region formed adjacent to both ends of the channel region in the semiconductor substrate.
この実施の形態によれば、ゲート電極の側壁に形成された電荷蓄積領域に電荷を蓄積させるタイプのメモリセルは、上記通常トランジスタと略同じ構造を有している。そのために、上記ロジック回路のみを作成する場合に比べて工程を増加させることなく、上記ロジック回路と当該半導体記憶装置とを同一チップ上に混載することができるのである。 According to this embodiment, a memory cell of a type that accumulates charges in the charge accumulation region formed on the side wall of the gate electrode has substantially the same structure as the normal transistor. Therefore, the logic circuit and the semiconductor memory device can be mixedly mounted on the same chip without increasing the number of processes compared to the case where only the logic circuit is created.
また、1実施の形態の半導体記憶装置では、
上記メモリセルにおける上記チャネル領域の両端に隣接して形成された2つの拡散領域のうち、一方は上記ゲート電極とオーバーラップして形成されており、他方は上記ゲート電極とオーバーラップすることなく形成されている。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
Of the two diffusion regions formed adjacent to both ends of the channel region in the memory cell, one is formed so as to overlap the gate electrode, and the other is formed without overlapping the gate electrode. Has been.
この実施の形態によれば、上記メモリセルにおける上記チャネル領域の両端に隣接して形成された2つの拡散領域のうち、一方は上記ゲート電極とオーバーラップして形成されており、他方は上記ゲート電極とオーバーラップすることなく形成されているので、上記チャネル領域の両端に隣接して形成された2つの拡散領域が共に上記ゲート電極とオーバーラップしていないメモリセルに比較して、低電圧で書き込みを行うことが可能になる。したがって、上記第2昇圧回路中の容量成分の面積を小さく形成することが可能になり、より高集積な半導体記憶装置を実現することができる。 According to this embodiment, one of the two diffusion regions formed adjacent to both ends of the channel region in the memory cell overlaps with the gate electrode, and the other is the gate. Since it is formed without overlapping with the electrode, the two diffusion regions formed adjacent to both ends of the channel region have a lower voltage than the memory cell that does not overlap with the gate electrode. It becomes possible to perform writing. Therefore, the area of the capacitance component in the second booster circuit can be reduced, and a more highly integrated semiconductor memory device can be realized.
また、この発明の半導体記憶装置の書き込み方法は、
上記半導体記憶装置における上記メモリセルへの書き込みの際には、上記メモリセル選択回路から上記第2昇圧回路に上記出力電圧としてパルス電圧を出力する
ことを特徴としている。
Further, a writing method of the semiconductor memory device of the present invention is as follows:
In writing to the memory cell in the semiconductor memory device, a pulse voltage is output as the output voltage from the memory cell selection circuit to the second booster circuit.
上記構成によれば、上記半導体記憶装置における上記メモリセル選択回路から上記第2昇圧回路への出力電圧をパルス電圧にすることによって、データの書き込み,データの読み出しおよびデータの消去の対象となる所望のメモリセルにおいて電流が消費されるために上記第2昇圧回路で昇圧された電圧が下がってしまう場合であっても、上記メモリセル選択回路からの入力電圧まで低下する前に上記所定電圧に昇圧することが可能になる。 According to the above configuration, by setting the output voltage from the memory cell selection circuit to the second booster circuit in the semiconductor memory device as a pulse voltage, a desired data write, data read, and data erase target are obtained. Even if the voltage boosted by the second booster circuit drops due to current consumption in the memory cell, the voltage is boosted to the predetermined voltage before dropping to the input voltage from the memory cell selection circuit. It becomes possible to do.
したがって、上記メモリセルにおいて電流が消費されるために上記第2昇圧回路で昇圧された電圧が下がってしまう場合であっても、安定して上記メモリセルに上記所定電圧を供給することができる。 Therefore, even when the voltage boosted by the second booster circuit drops because current is consumed in the memory cell, the predetermined voltage can be stably supplied to the memory cell.
以上より明らかなように、この発明の半導体記憶装置は、メモリセル選択回路とメモリセルアレイとの間に、上記メモリセル選択回路からの出力電圧を上記メモリセルへの書き込み電圧である所定電圧まで昇圧する第2昇圧回路を配置したので、電源電圧を昇圧して上記メモリセル選択回路に供給する第1昇圧回路は、少なくとも上記所定電圧まで昇圧すればよく、上記所定電圧以上の高圧まで昇圧する必要はない。したがって、上記第1昇圧回路,上記メモリセル選択回路および上記第2昇圧回路を構成するトランジスタとして、耐圧が上記所定電圧を少し超える電圧に設定された通常トランジスタを使用することができ、製造工程の増加に繋がる高耐圧トランジスタを別途作成する必要はない。 As apparent from the above, the semiconductor memory device of the present invention boosts the output voltage from the memory cell selection circuit to a predetermined voltage which is a write voltage to the memory cell, between the memory cell selection circuit and the memory cell array. Since the second booster circuit is arranged, the first booster circuit that boosts the power supply voltage and supplies it to the memory cell selection circuit only needs to boost the voltage to at least the predetermined voltage, and needs to boost the voltage to a voltage higher than the predetermined voltage. There is no. Therefore, as the transistors constituting the first booster circuit, the memory cell selection circuit, and the second booster circuit, normal transistors having a withstand voltage set slightly higher than the predetermined voltage can be used. There is no need to separately create a high voltage transistor that leads to an increase.
すなわち、この発明によれば、半導体記憶装置の製造工程を簡略化して、製造コストを低減することができる。 That is, according to the present invention, the manufacturing process of the semiconductor memory device can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
さらに、演算処理等を行なうロジック回路と同一チップ上に混載してロジック混載メモリを作成する際に、高耐圧トランジスタを別途作成する必要がなく、上記ロジック回路のみを作成する場合に比べて工程が増加しない。したがって、上記ロジック混載メモリを安価に作成することができる。 Furthermore, when a logic embedded memory is created on the same chip as a logic circuit that performs arithmetic processing or the like, there is no need to separately create a high voltage transistor, and the process is compared to the case where only the above logic circuit is created. Does not increase. Therefore, the logic embedded memory can be created at a low cost.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の半導体記憶装置における概略構成を示す図である。図1において、T0〜T3はN型MOSトランジスタであり、C1〜C3はキャパシタンスであり、21はメモリセル選択回路であり、22はメモリセルアレイであり、23,24はインバーターである。そして、N型MOSトランジスタT0〜T2およびキャパシタンスC1,C2は第1昇圧回路25を構成しており、インバーター23,24,キャパシタンスC3およびN型MOSトランジスタT3は第2昇圧回路26を構成している。
First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor memory device according to the present embodiment. In FIG. 1, T0 to T3 are N-type MOS transistors, C1 to C3 are capacitances, 21 is a memory cell selection circuit, 22 is a memory cell array, and 23 and 24 are inverters. The N-type MOS transistors T0 to T2 and the capacitances C1 and C2 constitute a
上記第1昇圧回路25において、N型MOSトランジスタT0〜T2は直列に接続されており、夫々のN型MOSトランジスタT0〜T2のゲートは、夫々のN型MOSトランジスタT0〜T2の(つまり、自らの)ソースに接続されている。また、ノードN1,N2にはキャパシタンスC1,C2が接続されており、ノードN1,ノードN2には、キャパシタンスC1,C2を通して、図9に示すパルス電圧PAおよびパルス電圧PBが印加されるようになっている。また、N型MOSトランジスタT0は逆流防止用のトランジスタである。ここで、キャパシタンスCとN型MOSトランジスタTとの組み合わせは第1昇圧回路25の基本構成単位となっており、図1に示す第1昇圧回路25は2段構成となっている。
In the
上記第1昇圧回路25からの出力は、メモリセルアレイ22中から所望のメモリセルを選択するメモリセル選択回路21に入力される。そして、メモリセル選択回路21の出力は、第2昇圧回路26を介してメモリセルアレイ22における上記選択されたメモリセルに印加される。ここで、第2昇圧回路26は、上述したように、2つのインバーター23,24と、キャパシタンスC3と、N型MOSトランジスタT3とによって構成されている。第2昇圧回路26は、上述の構成をとることによって、メモリセルアレイ22中の印加すべきメモリセルの直前で電圧を昇圧することが可能になる。
The output from the
以下、図1に示す本実施の形態における半導体記憶装置の動作について説明する。ここで、N型MOSトランジスタT0〜T2の閾値をVthとする。 The operation of the semiconductor memory device in the present embodiment shown in FIG. 1 will be described below. Here, the threshold value of the N-type MOS transistors T0 to T2 is Vth.
先ず、上記パルス電圧PAをGndにする一方、パルス電圧PBをVddにすると、オンとなったトランジスタT0を通してキャリアが電源から流れ込み、ノードN1の電圧は電源電圧VddからN型MOSトランジスタT0の閾値を引いた(Vdd−Vth)となる。次に、パルス電圧PAをVddにする一方、パルス電圧PBをGndにすると、N型MOSトランジスタT0はオフし、オンとなったN型MOSトランジスタT1を通してノードN1のキャリアがノードN2に移動する。上述のことを繰り返すことによって、パルス電圧PAが電源電圧Vddの場合には、最終的には、ノードN1の電位は(2*Vdd−Vth)まで上昇し、ノードN2の電位は(2*Vdd−2*Vth)まで上昇する。すなわち、上記昇圧回路における1段当たり(Vdd−Vth)の昇圧が可能となり、図1に示す第1昇圧回路25の最大出力電圧Voutは、3*(Vdd−Vth)となるのである。
First, when the pulse voltage PA is set to Gnd and the pulse voltage PB is set to Vdd, carriers flow from the power supply through the transistor T0 that is turned on, and the voltage at the node N1 is changed from the power supply voltage Vdd to the threshold of the N-type MOS transistor T0. Subtracted (Vdd-Vth). Next, when the pulse voltage PA is set to Vdd while the pulse voltage PB is set to Gnd, the N-type MOS transistor T0 is turned off, and the carrier at the node N1 moves to the node N2 through the turned-on N-type MOS transistor T1. By repeating the above, when the pulse voltage PA is the power supply voltage Vdd, the potential of the node N1 finally rises to (2 * Vdd-Vth), and the potential of the node N2 is (2 * Vdd). -2 * Vth). That is, the boosting circuit can boost (Vdd−Vth) per stage, and the maximum output voltage Vout of the first boosting
次に、上記メモリセル選択回路21によって、上記第1昇圧回路25からの出力を受けてメモリセルアレイ22の中から所望のメモリセルが選択された後、メモリセル選択回路21からの出力電圧はN型MOSトランジスタT3を通ってノードN4に印加される。そして、ノードN4に印加され電圧はインバーター23,24とキャパシタンスC3とを通してさらに昇圧され、メモリセル書き換えに必要な電圧まで引き上げられる。
Next, after the memory
ここで、上記メモリセル選択回路21と上記選択された所望のメモリセルとの間に第2昇圧回路26を有していない従来の半導体記憶装置の場合には、上記所望のメモリセルに到達するまでに電圧が下がってしまうために、メモリセルの書換えに例えば5Vが必要であるとすると、昇圧回路では7V程度の高電圧を発生させる必要がある。そのため、通常トランジスタ以外に7V以上の電圧に耐えることができる高耐圧トランジスタが必要なのである。
Here, in the case of a conventional semiconductor memory device that does not have the
これに対して、本実施の形態の半導体記憶装置の場合には、上記メモリセル選択回路21とメモリセルアレイ22との間に第2昇圧回路26が存在するため、第1昇圧回路25によって5V程度まで電源電圧Vddから昇圧させた後に、メモリセル選択回路21を通過すること等によって電圧が下がっても、第2昇圧回路26によってメモリセルアレイ22の直前で再度5Vに昇圧することができる。したがって、各N型MOSトランジスタに掛る最大電圧は5V程度となるのである。
On the other hand, in the semiconductor memory device of the present embodiment, since the
その結果、通常トランジスタの耐圧を5Vを少し越える程度に設定すれば、製造工程の増加に繋がる高耐圧トランジスタを上記通常トランジスタとは別に作成する必要がなくなり、製造工程が簡略化できると共に、低コストで本半導体記憶装置を作成することが可能になるのである。 As a result, if the breakdown voltage of the normal transistor is set slightly higher than 5V, it is not necessary to create a high breakdown voltage transistor separately from the normal transistor, which leads to an increase in the manufacturing process, and the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. Thus, the semiconductor memory device can be created.
ここで、本半導体記憶装置におけるメモリセルアレイ22中のメモリセルは、導電性の電荷蓄積領域に電荷を保持する所謂フローティングゲート構造の不揮発性メモリであっても良いし、例えばシリコン窒化膜等の絶縁性の電荷蓄積領域に電荷を蓄積する所謂MONOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)構造の不揮発性メモリであっても良い。
Here, the memory cells in the
・第2実施の形態
本実施の形態においては、上記第1実施の形態において図1に示す半導体記憶装置の書き込み方法について述べる。
Second Embodiment In this embodiment, a writing method of the semiconductor memory device shown in FIG. 1 in the first embodiment will be described.
図2に、図1に示す半導体記憶装置におけるノードN3,N4での電圧波形を示す。図2において、VN3はノードN3での電圧を示し、VN4a,VN4bはノードN4での電圧を示す。 FIG. 2 shows voltage waveforms at nodes N3 and N4 in the semiconductor memory device shown in FIG. In FIG. 2, VN3 indicates a voltage at the node N3, and VN4a and VN4b indicate voltages at the node N4.
図1に示す半導体記憶装置におけるメモリセルアレイ22のメモリセルでは、書換えの際において、昇圧された電圧が電流を消費しない場合、例えば昇圧された電圧がメモリセルのゲートに印加される場合には、図2におけるVN4aのように、昇圧された電圧が減少することはない。ところが、昇圧された電圧がメモリセルのドレインに印加される場合には、電流を消費するため、昇圧された電圧が図2におけるVN4bのようにVN3まで減少してしまう。
In the memory cell of the
そこで、本実施の形態の半導体記憶装置における書き込み方法においては、発生させた高電圧が電流を消費する場合には、メモリセル選択回路21を制御して、図3に示すように、ノードN3に与える電圧波形をパルス状にするのである。このようにメモリセル選択回路21を制御することによって、ノードN4の電圧は、図3にVN4で示すように、VN3まで減少する前に直ぐに所望の電圧(例えば上記5V)まで再昇圧されることになる。したがって、昇圧された高電圧が電流を消費する場合であっても、メモリセル書換えに必要な電圧を確保することができるのである。
Therefore, in the writing method in the semiconductor memory device of the present embodiment, when the generated high voltage consumes current, the memory
・第3実施の形態
図4は、本実施の形態の半導体記憶装置における第1昇圧回路,メモリセル選択回路および第2昇圧回路に使用される通常トランジスタと、メモリセルアレイのメモリセルに使用されるゲート電極の側壁に電荷蓄積領域を備えたトランジスタとを、同一半導体基板上に形成した状態の断面図である。尚、上記第1昇圧回路,メモリセル選択回路および第2昇圧回路は、上記第1実施の形態における第1昇圧回路25,メモリセル選択回路21および第2昇圧回路26と同じであり、詳細な説明は省略する。
Third Embodiment FIG. 4 shows a normal transistor used for the first booster circuit, the memory cell selection circuit, and the second booster circuit in the semiconductor memory device of the present embodiment, and a memory cell of the memory cell array. It is sectional drawing of the state which formed the transistor provided with the charge storage area | region in the side wall of the gate electrode on the same semiconductor substrate. The first booster circuit, the memory cell selector circuit, and the second booster circuit are the same as the
図4において、左側に通常トランジスタ31を示し、右側にメモリセル32を示している。
In FIG. 4, the
上記通常トランジスタ31は、素子分離領域34およびウエル35が形成されている半導体基板33上に、ゲート絶縁膜36、ゲート電極37、酸化膜38/電荷蓄積膜39a/酸化膜40から成るサイドウォール41a、酸化膜38/電荷蓄積膜39b/酸化膜40から成るサイドウォール41b、低濃度不純物拡散領域42a、低濃度不純物拡散領域42b、高濃度不純物拡散領域43a、および、高濃度不純物拡散領域43bが形成されて構成されている。
The
また、上記メモリセル32は、素子分離領域34およびウエル35が形成されている半導体基板33上に、ゲート絶縁膜36、ゲート電極37、酸化膜38/電荷蓄積膜39a/酸化膜40から成るサイドウォール41a、酸化膜38/電荷蓄積膜39b/酸化膜40から成るサイドウォール41b、高濃度不純物拡散領域43a、および、高濃度不純物拡散領域43bが形成されて構成されている。
The
上記ゲート絶縁膜36は、通常の半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、例えばシリコン酸化膜,シリコン窒化膜,シリコン酸窒化膜,酸化アルミニウム膜および酸化ハフニウム膜等を用いることができる。その中でも、上記シリコン酸化膜が好ましい。ゲート絶縁膜36の膜厚は1nm〜10nm程度の膜厚にするのが好ましい。ここで、本実施の形態においては、通常トランジスタ31とメモリセル32とのゲート絶縁膜36の膜厚を同一にしているが、異なっていてもよい。
The
上記ゲート電極37は、通常の半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、例えばポリシリコン膜,コバルトシリサイド膜,チタンシリサイド膜,ニッケルシリサイド膜およびそれらの複合膜等を用いることができる。また、電荷蓄積膜39aおよび電荷蓄積膜39bは、電荷を内部に蓄積する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばシリコン窒化膜および絶縁膜中にドット状の電荷蓄積領域を有する膜等を用いることができる。
The
ここで、上記通常トランジスタ31のサイドウォール41a下およびサイドウォール41b下の半導体基板33には、低濃度不純物拡散領域42aおよび低濃度不純物拡散領域42bが存在する。したがって、通常トランジスタ31のサイドウォール41a中およびサイドウォール41b中の電荷蓄積膜39aまたは電荷蓄積膜39bに電子が入っても、通常トランジスタ31の閾値は変化しない。
Here, the low concentration
これに対して、上記メモリセル32のサイドウォール41a下およびサイドウォール41b下の半導体基板33には低濃度不純物拡散領域が存在しない。したがって、メモリセル32のサイドウォール41a中およびサイドウォール41b中の電荷蓄積膜39aあるいは電荷蓄積膜39bに電子が入ると、メモリセル32の閾値が変化する。その結果、メモリセル32は、不揮発性メモリとして機能することができるのである。
On the other hand, the low concentration impurity diffusion region does not exist in the
上記構成のメモリセル32の動作は以下の通りである。ここで、データの書き込み状態とは、電荷蓄積膜39a中あるいは電荷蓄積膜39b中に電子が保持されている状態、つまり、メモリセル32を構成するメモリトランジスタの閾値が高い状態であるとする。これに対して、データの消去状態とは、電荷蓄積膜39a中および電荷蓄積膜39b中に電子が無い状態、つまり、メモリセル32を構成するメモリトランジスタの閾値が低い状態であるとする。
The operation of the
また、上記メモリセル32は、電荷保持層として、その内部にトラップ準位を含む絶縁膜である電荷蓄積膜39aおよび電荷蓄積膜39bを有しているため、ゲート電極37の左右に在る2つのサイドウォール41a,41bの夫々に独立してデータを記憶させることができる。つまり、メモリセル32(1つのメモリトランジスタ)は、2ビットを記憶することが可能なのである。
The
先ず、上記メモリセル32を構成するメモリトランジスタの電荷蓄積膜39aへのデータの書き込みは、高濃度不純物拡散領域43aに5[V]を、高濃度不純物拡散領域43bに0[V]を、ゲート電極37に5[V]を、半導体基板33に0[V]を、印加することによって、高濃度不純物拡散領域43a付近のチャネル領域に発生するホットエレクトロンを電荷蓄積膜39aにトラップさせることによって行う。
First, data is written to the
これに対して、上記電荷蓄積膜39aに書き込まれたデータの読み出しは、所謂リバースリードにより行う。すなわち、ゲート電極37に約3[V]を、高濃度不純物拡散領域43bに1.5[V]を、高濃度不純物拡散領域43aおよび半導体基板33に0[V]を、印加することによって、ソースドレイン間に流れる電流量の大小によりデータを判別する。つまり、電荷蓄積膜39a中に電子が一定以上存在すると、電荷蓄積膜39a下のチャネル領域の閾値が上昇し、ソースドレイン間に流れる電流量が少なくなるため、書き込み状態であると判別することができる。その場合、書き込まれた電荷蓄積膜39aとは逆側の電荷蓄積膜39b中に電子が有っても無くても、上記読み出し時の電圧によれば、電荷蓄積膜39b下のチャネル領域はピンチオフしているために、ソースドレイン間の電流量は電荷蓄積膜39bの影響を受けない。つまり、1つのメモリセル32(1つのメモリトランジスタ)から、2ビットを独立に読み出すことが可能になるのである。
On the other hand, reading of data written in the
尚、上記電荷蓄積膜39bに対するデータの書き込みおよび読み出しは、上述した電荷蓄積膜39aへの書き込みおよび読み出しの場合と、高濃度不純物拡散領域43aと高濃度不純物拡散領域43bとへの印加電圧を逆にすることによって、上述と全く同じ方法によって実現することができる。
The data writing and reading to the
次に、上記電荷蓄積膜39aあるいは電荷蓄積膜39bに書き込まれたデータの消去は、バンド間トンネリングによるホットホールを電荷蓄積膜39aおよび電荷蓄積膜39bに注入することによって行う。具体的には、ゲート電極37に−5[V]を、高濃度不純物拡散領域43aおよび高濃度不純物拡散領域43bに5[V]を、半導体基板33に0[V]を、印加することによって、高濃度不純物拡散領域43aおよび高濃度不純物拡散領域43bの付近に発生するホットホールを電荷蓄積膜39aおよび電荷蓄積膜39bに注入して、トラップされている電子を中和することによって行う。
Next, the data written in the
以上、上記ゲート電極37の側壁に電荷蓄積領域を備えるタイプのメモリセル32の構造および動作を説明したが、図4から分かるように、通常トランジスタ31とメモリセル32との違いは、メモリセル32には低濃度不純物拡散領域42aおよび低濃度不純物拡散領域42bが無いことのみである。したがって、通常トランジスタ31に低濃度不純物拡散領域形成用の不純物を注入する際に、メモリセル32部分をレジストマスクによってマスクしておくだけで通常トランジスタ31と同じプロセスでメモリセル32を作成することが可能になる。
The structure and operation of the
したがって、上記通常トランジスタ31の耐圧を5Vを少し超える程度に設定すれば、メモリ書き換えに必要な高耐圧トランジスタが不要になる。然も、メモリセル32を、通常トランジスタ31のみを作成する場合に比して、工程の増加を伴うことなく作成することができる。そのために、本半導体記憶装置を通常トランジスタ31とメモリセル32とによって形成することができ、通常トランジスタ31で構成されるロジック回路と同一チップ上に混載してロジック混載不揮発性メモリを作成する際に、通常トランジスタ31から構成されるロジック回路のみを作成する場合に比較して、工程の増加がなく安価に作成することができるのである。
Therefore, if the breakdown voltage of the
・第4実施の形態
図7は、本実施の形態の半導体記憶装置における第1昇圧回路,メモリセル選択回路および第2昇圧回路に使用される通常トランジスタと、メモリセルアレイのメモリセルに使用されるゲート電極の側壁に電荷蓄積領域を備えたトランジスタとを、同一半導体基板上に形成した状態の断面図である。尚、上記第1昇圧回路,メモリセル選択回路および第2昇圧回路は、上記第1実施の形態における第1昇圧回路25,メモリセル選択回路21および第2昇圧回路26と同じであり、詳細な説明は省略する。
Fourth Embodiment FIG. 7 shows a normal transistor used in the first booster circuit, the memory cell selection circuit, and the second booster circuit in the semiconductor memory device of the present embodiment, and a memory cell of the memory cell array. It is sectional drawing of the state which formed the transistor provided with the charge storage area | region in the side wall of the gate electrode on the same semiconductor substrate. The first booster circuit, the memory cell selector circuit, and the second booster circuit are the same as the
ここで、上記第3実施の形態の場合との違いは、上記第3実施の形態におけるメモリセル32は、チャネルの両端に隣接して低濃度不純物拡散領域が形成されていないのに対して、本実施の形態におけるメモリセルでは、チャネルの片側のみに隣接して低濃度不純物拡散領域42aが形成されていることである。尚、本実施の形態の上記メモリセルにおける低濃度不純物拡散領域42a以外の構成は、上記第3実施の形態の場合と同様であり、同じ番号を付している。
Here, the difference from the case of the third embodiment is that, in the
図7において、左側に通常トランジスタ31を示し、右側にメモリセル32を示している。
In FIG. 7, a
上記通常トランジスタ31は、素子分離領域34およびウエル35が形成されている半導体基板33上に、ゲート絶縁膜36、ゲート電極37、酸化膜38/電荷蓄積膜39a/酸化膜40から成るサイドウォール41a、酸化膜38/電荷蓄積膜39b/酸化膜40から成るサイドウォール41b、低濃度不純物拡散領域42a、低濃度不純物拡散領域42b、高濃度不純物拡散領域43a、および、高濃度不純物拡散領域43bが形成されて構成されている。
The
また、上記メモリセル32は、素子分離領域34およびウエル35が形成されている半導体基板33上に、ゲート絶縁膜36、ゲート電極37、酸化膜38/電荷蓄積膜39a/酸化膜40から成るサイドウォール41a、酸化膜38/電荷蓄積膜39b/酸化膜40から成るサイドウォール41b、低濃度不純物拡散領域42a、高濃度不純物拡散領域43a、および、高濃度不純物拡散領域43bが形成されて構成されている。
The
上記ゲート絶縁膜36は、通常の半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、例えばシリコン酸化膜,シリコン窒化膜,シリコン酸窒化膜,酸化アルミニウム膜および酸化ハフニウム膜等を用いることができる。その中でも、上記シリコン酸化膜が好ましい。ゲート絶縁膜36の膜厚は1nm〜10nm程度の膜厚にするのが好ましい。ここで、本実施の形態においては、通常トランジスタ31とメモリセル32とのゲート絶縁膜の膜厚を同一にしているが、異なっていてもよい。
The
上記ゲート電極37は、通常の半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、例えばポリシリコン膜,コバルトシリサイド膜,チタンシリサイド膜,ニッケルシリサイド膜およびそれらの複合膜等を用いることができる。また、電荷蓄積膜39aおよび電荷蓄積膜39bは、電荷を内部に蓄積する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばシリコン窒化膜および絶縁膜中にドット状の電荷蓄積領域を有する膜等を用いることができる。
The
本実施の形態のように、上記メモリセル32中におけるチャネルの片側に隣接して低濃度不純物拡散領域42aが存在することによって、上記第3実施の形態のごとくメモリセル32の両側に低濃度不純物拡散領域が存在しない場合に比較して、低電圧での書き込み動作が可能になる。これは、メモリセル32におけるチャネルの片側に隣接して低濃度不純物拡散領域42aが存在すると、メモリセル32におけるチャネルの両側に低濃度不純物拡散領域が存在しない構造に比較して、メモリセル32の書き込み時におけるメモリセル32内での電圧降下を低く抑えることができるからである。
As in the present embodiment, the presence of the low concentration
そのために、昇圧電圧量を低くすることができ、上記メモリセル選択回路と上記メモリセルアレイとの間に存在する上記第2昇圧回路中のキャパシタンスの容量を、小さく抑えることが可能になるのである。 Therefore, the amount of boosted voltage can be reduced, and the capacitance of the capacitance in the second booster circuit existing between the memory cell selection circuit and the memory cell array can be kept small.
以下、本実施の形態の半導体記憶装置の製造方法について、図5〜図7に従って詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor memory device of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
先ず、図5に示すように、半導体基板33上に素子分離領域34を形成する。尚、素子分離領域34は、例えば酸化シリコン膜で構成され、LOCOS(Local Oxidization of Silicon)法やSTI(Shallow Tranch Isoration)法等によって形成される。その後、N型通常トランジスタ用およびメモリセル用のP型ウエル35が形成される。P型ウエル35は、フォトリソグラフィー法あるいはイオン注入法によって、ボロン等のP型不純物を半導体基板33中に注入することによって形成される。
First, as shown in FIG. 5, the
その後、図6に示すように、上記ゲート絶縁膜36を形成する。ゲート絶縁膜36は、例えば熱酸化法によって形成された膜厚1nm〜10nm程度のシリコン酸化膜等で構成される。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the
次に、上記ゲート絶縁膜36上にゲート電極37を形成する。このゲート電極37は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によって形成されたポリシリコン膜等から成る。その後、レジストをフォトグラフィー法によってパターニングした後、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法等によってエッチングを行って、ゲート電極37を形成する。
Next, a
次に、図6に示すように、レジスト44をフォトリソグラフィー法によってパターニングし、メモリセル32のゲート電極37を境界として片側をレジスト44で覆う。そうした後、イオン注入法によって、砒素等のN型不純物を、注入エネルギー5keV〜30keV、注入量1E13[l/cm2]〜1E15[l/cm2]程度で半導体基板33中に注入して、低濃度不純物拡散領域42a,42bを形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the resist 44 is patterned by photolithography, and one side is covered with the resist 44 with the
次に、図7に示すように、上記レジスト44を除去した後、例えば熱酸化法によって酸化膜38を形成する。その後、例えばCVD法によって、例えばシリコン窒化膜等で電荷蓄積膜39を形成する。その後、例えばCVD法によって酸化膜40を形成する。そうした後、エッチバック法によって酸化膜38,電荷蓄積膜39および酸化膜40からなる積層膜をエッチバックすることにより、サイドウォール41aおよびサイドウォール41bを形成する。
Next, as shown in FIG. 7, after removing the resist 44, an
その後、イオン注入法等によって、砒素等のN型の不純物を、注入エネルギー10keV〜50keV、注入量1E14[l/cm2]〜1E16[l/cm2]程度で半導体基板33中に注入することによって、高濃度不純物拡散領域43aおよび高濃度不純物拡散領域43bを形成する。その後、活性化アニール工程等の公知の工程を経ることによって、通常トランジスタ31およびメモリセル32が形成される。
Thereafter, an N-type impurity such as arsenic is implanted into the
ここで、上記メモリセル32におけるチャネル領域の両端に隣接して形成されている拡散領域のうち、一方はゲート電極32とオーバーラップしており、もう一方はゲート電極32とオーバーラップしていない。そのために、上記第3実施の形態のごとく、チャネル領域の両端に隣接して形成されている拡散領域がゲート電極32とオーバーラップしていないメモリセル32に対して、低電圧で書き込みを行うことが可能になる。
Here, one of the diffusion regions formed adjacent to both ends of the channel region in the
したがって、上記第2昇圧回路中のキャパシタンス(図1における第2昇圧回路26中のキャパシタンスC3に相当)の面積を小さく形成することが可能になり、より高集積な半導体記憶装置を実現することができるのである。
Therefore, the area of the capacitance in the second booster circuit (corresponding to the capacitance C3 in the
以上のごとく、上記各実施の形態によれば、通常、不揮発性メモリの書き込み消去の際に必要であった高耐圧トランジスタが不要となり、製造工程が大幅に少なくなる。したがって、低コストでロジック混載不揮発性メモリ装置を製造することが可能になる。 As described above, according to each of the above embodiments, the high-breakdown-voltage transistor normally required for writing and erasing the nonvolatile memory becomes unnecessary, and the manufacturing process is greatly reduced. Therefore, it is possible to manufacture a logic mixed nonvolatile memory device at low cost.
また、上述したように、上記メモリセル32として、ゲート電極37のサイドウォール41a,41bに電荷蓄積膜39a,39bを有するメモリセルを用いることによって、通常トランジスタ31のみを製造する場合に比べて工程を増加させることなく、第1昇圧回路25および第2昇圧回路26を含む本半導体記憶装置を、演算処理等を行うロジック回路と同一チップ上に混載することが可能になるのである。
Further, as described above, by using the memory cell having the
以上の実施の形態は一例に過ぎず、半導体記憶装置の具体的な構成および動作についても、総ての点で例示であって、制限的なものではないと考慮されるべきである。この発明の範囲は、上記各実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での総ての修正や変形を含むものである。 The above embodiment is merely an example, and the specific configuration and operation of the semiconductor memory device are also examples in all respects and should be considered as not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiments but by the scope of claims, and includes all modifications and variations within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.
T0〜T3…N型MOSトランジスタ、
C1〜C3…キャパシタンス、
21…メモリセル選択回路、
22…メモリセルアレイ、
23,24…インバーター、
25…第1昇圧回路、
26…第2昇圧回路、
31…通常トランジスタ、
32…メモリセル、
33…半導体基板、
34…素子分離領域、
35…ウエル、
36…ゲート絶縁膜、
37…ゲート電極、
38…酸化膜、
39a,39b…電荷蓄積膜、
40…酸化膜、
41a,41b…サイドウォール、
42a,42b…低濃度不純物拡散領域、
43a,43b…高濃度不純物拡散領域、
44…レジスト。
T0 to T3 ... N-type MOS transistor,
C1 to C3 ... capacitance,
21 ... Memory cell selection circuit,
22: Memory cell array,
23, 24 ... Inverter,
25. First booster circuit,
26: second booster circuit,
31 ... Normal transistor,
32 ... memory cells,
33 ... Semiconductor substrate,
34 ... element isolation region,
35 ... Well,
36. Gate insulating film,
37 ... Gate electrode,
38 ... Oxide film,
39a, 39b ... charge storage film,
40 ... oxide film,
41a, 41b ... sidewalls,
42a, 42b ... low concentration impurity diffusion regions,
43a, 43b ... high concentration impurity diffusion regions,
44. Resist.
Claims (6)
電源電圧を少なくとも上記メモリセルへの書き込み電圧である所定電圧まで昇圧する第1昇圧回路と、
上記第1昇圧回路からの出力を受けると共に、上記メモリセルアレイの中からデータの書き込み,データの読み出しおよびデータの消去の対象となる所望のメモリセルを選択するメモリセル選択回路と、
上記メモリセル選択回路と上記メモリセルアレイとの間に配置されると共に、上記メモリセル選択回路からの出力電圧を上記所定電圧まで昇圧して、上記メモリセル選択回路によって選択された所望のメモリセルに供給する第2昇圧回路と
を備えたことを特徴とする半導体記憶装置。 A memory cell array in which electrically rewritable memory cells are arranged in a matrix;
A first booster circuit that boosts a power supply voltage to at least a predetermined voltage that is a write voltage to the memory cell;
A memory cell selection circuit that receives an output from the first booster circuit and selects a desired memory cell that is a target of data writing, data reading, and data erasing from the memory cell array;
The memory cell selection circuit is arranged between the memory cell selection circuit and the memory cell selection circuit, and the output voltage from the memory cell selection circuit is boosted to the predetermined voltage to obtain a desired memory cell selected by the memory cell selection circuit. A semiconductor memory device comprising: a second booster circuit for supplying the semiconductor memory device.
上記第2昇圧回路は、インバーターとキャパシタンスとから構成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The semiconductor memory device, wherein the second booster circuit includes an inverter and a capacitance.
当該半導体記憶装置は、上記メモリセルアレイに対する選択動作,書き込み動作,読み出し動作および消去動作の各動作を行う機能以外の機能を有するロジック回路と、同一チップ上に混載されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The semiconductor memory device is characterized in that it is mounted on the same chip with a logic circuit having a function other than the function of performing each of a selection operation, a write operation, a read operation and an erase operation for the memory cell array. Storage device.
上記メモリセルアレイを構成する上記各メモリセルは、
半導体基板と、
上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
上記ゲート電極の側壁に形成された電荷蓄積領域と、
上記半導体基板中における上記ゲート絶縁膜の直下に形成されたチャネル領域と、
上記半導体基板中における上記チャネル領域の両端に隣接して形成された拡散領域と
を備えていることを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
Each of the memory cells constituting the memory cell array is
A semiconductor substrate;
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A charge storage region formed on the sidewall of the gate electrode;
A channel region formed immediately below the gate insulating film in the semiconductor substrate;
A semiconductor memory device comprising: a diffusion region formed adjacent to both ends of the channel region in the semiconductor substrate.
上記メモリセルにおける上記チャネル領域の両端に隣接して形成された2つの拡散領域のうち、一方は上記ゲート電極とオーバーラップして形成されており、他方は上記ゲート電極とオーバーラップすることなく形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 4.
Of the two diffusion regions formed adjacent to both ends of the channel region in the memory cell, one is formed so as to overlap the gate electrode, and the other is formed without overlapping the gate electrode. A semiconductor memory device.
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein when writing into the memory cell, a pulse voltage is output as the output voltage from the memory cell selection circuit to the second booster circuit. Writing method.
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