JP2011066436A - 電荷を非対称に捕獲する多値メモリセル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】NAND型多値メモリセルは、2つのドレイン/ソース領域を基板に有する。2つのドレイン/ソース領域の間における基板の上方には、酸化物−窒化物−酸化物構造体が形成される。このうち窒化物層は、電荷を非対称に捕獲する層として機能する。酸化物−窒化物−酸化物構造体の上方には、制御ゲートが配置される。ドレイン/ソース領域に非対称のバイアスをかけることで、ドレイン/ソース領域に高い電圧が生じ、これによってドレイン/ソース領域の略近傍における電荷捕獲層にGIDL(ゲートに起因するドレインでの電流漏れ)正孔注入処理を行い、正孔を非対称な分布で注入する。
【選択図】図1
Description
以上のように、本発明に係るNAND型多値メモリセルは、非対称に電荷を保持できる電荷捕獲型メモリであり、2つのデータビットを記憶することができる。このメモリセルは、電荷捕獲機能により、高メモリ密度、低電力消費、及び高信頼性が達成される。
Claims (32)
- 第1の導電材料からなる基板と、
前記基板内に形成され、第2の導電材料からなる第1及び第2の活性領域と、
前記第1及び第2の活性領域の中間領域の上方に形成された制御ゲートと、
前記制御ゲート及び前記基板の間に形成された電荷捕獲層と、
を有するNAND型多値メモリセルであって、
前記電荷捕獲層は、第1の誘電体層により前記制御ゲートから絶縁され、且つ第2の誘電体層により前記基板から絶縁され、
前記電荷捕獲層は、前記第1及び第2の活性領域に対する非対称のバイアスに応じて、前記第1の活性領域近傍の第1のデータビット及び前記第2の活性領域近傍の第2のデータビットについて非対称に電荷を捕獲する
ことを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記第1の導電材料は、p型導電材料であることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記第2の導電材料は、n型導電材料であることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記第1の活性領域はドレイン領域であり、前記第2の活性領域はソース領域であることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記第1の誘電体層は、酸化アルミニウムからなることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記第2の誘電体層は、酸化アルミニウムからなることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記電荷捕獲層は、窒化物からなることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記電荷捕獲層は、シリコンナノ結晶からなることを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記電荷捕獲層は、ゲートに起因してドレインで電流漏れを発生させる正孔注入処理により消去処理を実行することを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記電荷捕獲層は、ゲートに起因してドレインで電流漏れを発生させる正孔注入処理により書き込み処理を実行することを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記電荷捕獲層は、電子注入により消去処理を実行することを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項1記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記電荷捕獲層は、電子注入により書き込み処理を実行することを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 第1の導電材料からなる基板と、
前記基板内に形成され、第2の導電材料からなる第1及び第2の活性領域と、
前記第1及び第2の活性領域の中間領域の上方に形成された制御ゲートと、
前記制御ゲート及び前記基板の間に形成された電荷捕獲層と、
を有するNAND型多値メモリセルであって、
前記電荷捕獲層は、前記第1及び第2の活性領域に対する非対称のバイアスに応じて、前記第1の活性領域近傍の第1のデータビット及び前記第2の活性領域近傍の第2のデータビットについて非対称に電荷を捕獲する
ことを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 請求項13記載のNAND型多値メモリセルにおいて、
前記基板及び前記制御ゲートから前記電荷捕獲層を絶縁させる複数の誘電体層をさらに有することを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 第1の導電材料からなる基板と、
前記基板内に形成され、第2の導電材料からなる第1及び第2の活性領域と、
前記第1及び第2の活性領域の中間領域の上方に形成された制御ゲートと、
前記制御ゲート及び前記基板の間に形成された不連続な電荷捕獲層と、
を有するNAND型多値メモリセルであって、
前記電荷捕獲層は、第1の誘電体層により前記制御ゲートから絶縁され、且つ第2の誘電体層により前記基板から絶縁され、
前記電荷捕獲層は、前記制御ゲートから延在する少なくとも1つの延在部により複数の部分に分割され、前記複数の部分のそれぞれは、他の部分とは別に電荷を保持可能である
ことを特徴とするNAND型多値メモリセル。 - 列を形成するように配置された複数のNAND型多値メモリセルと、複数の選択ゲートとを有するメモリアレイであって、
前記複数のNAND型多値メモリセルのそれぞれは、ドレイン領域、ソース領域及び電荷捕獲層を有し、
前記電荷捕獲層は、前記ドレイン領域及び前記ソース領域に対する非対称のバイアスに応じて、前記ドレイン領域近傍の第1のデータビット及び前記ソース領域近傍の第2のデータビットについて非対称に電荷を捕獲し、
前記複数の選択ゲートのうち、第1の選択ゲートは、前記列の一端に配置され、第2の選択ゲートは、前記列の他端に配置され、
前記複数のNAND型多値メモリセルのうちの1つのNAND型多値メモリセルの書き込み処理中に、前記第1の選択ゲートを介してドレイン電圧が印加され、且つ前記第2の選択ゲートを介してソース電圧が印加され、
前記ドレイン電圧及び前記ソース電圧は、前記第1及び第2のデータビットの書き込み状態に応じて異なる電圧レベルとされる
ことを特徴とするメモリアレイ。 - 請求項16記載のメモリアレイにおいて、
前記第1データビットが書き込まれるとき、前記ソース電圧は略0Vであり、前記ドレイン電圧は3〜6Vであり、
前記第2データビットが書き込まれるとき、前記ドレイン電圧は略0Vであり、前記ソース電圧は3〜6Vである
ことを特徴とするメモリアレイ。 - 請求項16記載のメモリアレイにおいて、
前記1つのNAND型多値メモリセルの制御ゲートには、略−10〜−20Vの電圧が印加されることを特徴とするメモリアレイ。 - 制御ゲートと、第1及び第2の活性領域と、前記第1及び第2の活性領域それぞれの近傍において非対称に電荷を捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの書き込み方法であって、
前記制御ゲートに負のゲート電圧を印加するステップと、
前記第2の活性領域を接地させるステップと、
前記第1の活性領域に正の電圧を印加し、ゲートに起因してドレインで電流漏れを発生させる正孔注入処理を、前記第1の活性領域の略近傍において、前記電荷捕獲層に対して行うことにより、正孔を非対称な分布で注入するステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの書き込み方法。 - 請求項19記載のNAND型多値メモリセルの書き込み方法において、
前記第1の活性領域を接地するステップと、
前記第2の活性領域に正の電圧を印加し、ゲートに起因してドレインで電流漏れを発生させる正孔注入処理を、前記第2の活性領域の略近傍において、前記電荷捕獲層に対して行うことにより、正孔を非対称な分布で注入するステップと、
をさらに有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの書き込み方法。 - 請求項19記載のNAND型多値メモリセルの書き込み方法において、
前記電荷捕獲層は、前記制御ゲートの延在部により分割された不連続な電荷捕獲層であることを特徴とするNAND型多値メモリセルの書き込み方法。 - 制御ゲートと、第1及び第2の活性領域と、前記第1及び第2の活性領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの消去方法であって、
前記制御ゲートに正の電圧を印加するステップと、
前記第1及び第2の活性領域を接地し、ゲートに起因してドレインで電流漏れを発生させる正孔注入処理を、前記電荷捕獲層に対して行うことにより、前記第1及び第2のデータビットを消去するステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの消去方法。 - 制御ゲートと、第1及び第2の活性領域と、前記第1及び第2の活性領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの消去方法であって、
前記制御ゲートに正の電圧を印加するステップと、
前記第1及び第2の活性領域を接地し、前記電荷捕獲層に対して電子注入を行うことにより、前記第1及び第2のデータビットを消去するステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの消去方法。 - 制御ゲートと、第1及び第2の活性領域と、前記第1及び第2の活性領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの読み出し方法であって、
前記制御ゲートに正の読み出し電圧を印加するステップと、
前記第2の活性領域に正のドレイン電圧を印加するステップと、
前記第1の活性領域を接地し、前記第1のデータビットを読み出すステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの読み出し方法。 - 請求項24記載のNAND型多値メモリセルの読み出し方法において、
前記第1の活性領域に前記正のドレイン電圧を印加するステップと、
前記第2の活性領域を接地し、前記第2のデータビットを読み出すステップと、
をさらに有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの読み出し方法。 - 請求項24記載のNAND型多値メモリセルの読み出し方法において、
前記正の読み出し電圧は略3〜6Vであり、前記正のドレイン電圧は略4〜6Vである
ことを特徴とするNAND型多値メモリセルの読み出し方法。 - プロセッサ及びNAND型フラッシュメモリデバイスを有する電子システムであって、
前記プロセッサは、前記電子システムの動作を制御し、
前記NAND型フラッシュメモリデバイスは、複数のメモリセルを有し、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
第1の導電材料からなる基板と、
前記基板内に形成され、第2の導電材料からなる第1及び第2の活性領域と、
前記第1及び第2の活性領域の中間領域の上方に形成された制御ゲートと、
前記制御ゲート及び前記基板の間に形成された電荷捕獲層と、
を有し、
前記電荷捕獲層は、前記第1及び第2の活性領域に対する非対称のバイアスに応じて、前記第1の活性領域近傍の第1のデータビット及び前記第2の活性領域近傍の第2のデータビットについて非対称に電荷を捕獲する
ことを特徴とする電子システム。 - 制御ゲートと、第1及び第2のソース/ドレイン領域と、前記第1及び第2のソース/ドレイン領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの消去方法であって、
前記制御ゲートに電圧を印加するステップと、
前記第1及び第2のソース/ドレイン領域に非対称の電圧を印加し、前記第1及び第2のデータビットを消去するステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの消去方法。 - 制御ゲートと、第1及び第2のソース/ドレイン領域と、前記第1及び第2のソース/ドレイン領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの書き込み方法であって、
前記制御ゲートに電圧を印加するステップと、
前記第1及び第2のソース/ドレイン領域に非対称の電圧を印加し、前記第1及び第2のデータビットに書き込み処理をするステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの書き込み方法。 - 制御ゲートと、第1及び第2のソース/ドレイン領域と、前記第1及び第2のソース/ドレイン領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、をそれぞれが有する複数のNAND型多値メモリセルからなる列アレイの読み出し方法であって、
前記制御ゲートに読み出し電圧を印加するステップと、
前記第2のソース/ドレイン領域に第1のドレイン電圧を印加し、且つ前記第1のソース/ドレイン領域を接地することで、前記第1のデータビットを読み出すステップと、
前記第1のソース/ドレイン領域に第2のドレイン電圧を印加し、且つ前記第2のソース/ドレイン領域を接地することで、前記第2のデータビットを読み出すステップと、
を有することを特徴とする列アレイの読み出し方法。 - 請求項30記載の列アレイの読み出し方法において、
前記第1及び第2のドレイン電圧は、略同一であることを特徴とする列アレイの読み出し方法。 - 制御ゲートと、第1及び第2のソース/ドレイン領域と、前記第1及び第2のソース/ドレイン領域それぞれの近傍において、第1及び第2のデータビットを示す電荷を非対称に捕獲する電荷捕獲層と、を有するNAND型多値メモリセルの消去方法であって、
前記制御ゲートに電圧を印加するステップと、
ゲートに起因してドレインで電流漏れを発生させる正孔注入処理を、前記第1及び第2のソース/ドレイン領域から行うのと略同時に、前記第1及び第2のデータビットを消去するステップと、
を有することを特徴とするNAND型多値メモリセルの消去方法。
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