JP2011076685A - Nonvolatile semiconductor memory device and writing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a writing method thereof.
近時、選択トランジスタとメモリセルトランジスタとによりメモリセルが形成された不揮発性半導体記憶装置が提案されている。 Recently, a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell is formed by a selection transistor and a memory cell transistor has been proposed.
このような不揮発性半導体記憶装置では、ビット線、ワード線、ソース線等を列デコーダや行デコーダにより適宜選択することにより、メモリセルが選択され、選択されたメモリセルに対して情報の読み出し、書き込み、消去等が行われる。 In such a nonvolatile semiconductor memory device, a bit line, a word line, a source line, etc. are appropriately selected by a column decoder or a row decoder, whereby a memory cell is selected, information is read from the selected memory cell, Writing, erasing, etc. are performed.
しかしながら、更なる微細化を図ろうとした場合には、書き込み速度の遅れや書き込み不良等が生じることが考えられる。 However, when further miniaturization is attempted, it is conceivable that a writing speed delay, a writing failure, or the like occurs.
本発明の目的は、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、更なる微細化を実現し得る不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a writing method thereof that can realize further miniaturization without causing a delay in writing speed or a writing failure.
実施形態の一観点によれば、選択トランジスタと、前記選択トランジスタに接続されたメモリセルトランジスタとを有する複数のメモリセルと、前記選択トランジスタのドレインに接続されたビット線と、前記メモリセルトランジスタのコントロールゲートに接続された第1のワード線と、前記選択トランジスタのセレクトゲートに接続された第2のワード線と、前記メモリセルトランジスタのソースに接続されたソース線とを有し、第1の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に第2の電圧をパルス状に印加する第1のステップと、前記第1のステップの後に、前記第1の電圧より高い第3の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第4の電圧をパルス状に印加する第2のステップとを少なくとも実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, a plurality of memory cells having a selection transistor and a memory cell transistor connected to the selection transistor, a bit line connected to a drain of the selection transistor, and the memory cell transistor A first word line connected to the control gate, a second word line connected to the select gate of the select transistor, and a source line connected to the source of the memory cell transistor, A first step of applying a second voltage to the source line while applying a voltage to the first word line; and a third step higher than the first voltage after the first step. The second voltage is applied to the source line in a pulsed manner by applying a fourth voltage lower than the second voltage to the first word line. By performing at least a-up, non-volatile semiconductor memory device and writes the information into said memory cells is provided.
実施形態の他の観点によれば、選択トランジスタと、前記選択トランジスタに接続されたメモリセルトランジスタとを有する複数のメモリセルと;前記選択トランジスタのドレインに接続されたビット線と;前記メモリセルトランジスタのコントロールゲートに接続された第1のワード線と;前記選択トランジスタのセレクトゲートに接続された第2のワード線と;前記メモリセルトランジスタのソースに接続されたソース線とを有する不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法であって、第1の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に第2の電圧をパルス状に印加する第1のステップと、前記第1のステップの後に、前記第1の電圧より高い第3の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第4の電圧をパルス状に印加する第2のステップとを少なくとも実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法が提供される。 According to another aspect of the embodiment, a plurality of memory cells having a selection transistor and a memory cell transistor connected to the selection transistor; a bit line connected to a drain of the selection transistor; and the memory cell transistor A non-volatile semiconductor memory having a first word line connected to the control gate of the memory cell; a second word line connected to the select gate of the select transistor; and a source line connected to the source of the memory cell transistor A writing method of a device, comprising: a first step of applying a second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a first voltage to the first word line; and Later, while applying a third voltage higher than the first voltage to the first word line, the second voltage is applied to the source line. By performing at least a second step of applying a lower fourth voltage pulsed, writing method for a nonvolatile semiconductor memory device and writes the information into said memory cells is provided.
開示の不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法によれば、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさが、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさより高く設定される。閾値電圧が著しく低いメモリセルトランジスタの閾値電圧を所定の判定レベルまで急激に上昇させることが必要となるのは、書き込みの第1ステップである。一方、書き込みの第1ステップにおいては、第1のワード線の電位が比較的低いため、ソース線に印加するパルス状の電圧を比較的高く設定しても、非選択のメモリセルに対して誤書き込みが生じることもない。第1ステップの書き込みにおいてメモリセルトランジスタの閾値電圧が所定の判定レベルを超えるため、書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線に印加するパルス状の電圧を比較的高く設定する必要はない。書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線に印加するパルス状の電圧が比較的高く設定されないため、非選択のメモリセルに対する誤書き込みが生じることはない。従って、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることが可能となる。 According to the disclosed nonvolatile semiconductor memory device and the writing method thereof, the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the first step is equal to the pulse voltage applied to the source line SL in the second step and thereafter. It is set higher than the size. In the first step of writing, it is necessary to rapidly increase the threshold voltage of the memory cell transistor having a significantly low threshold voltage to a predetermined determination level. On the other hand, in the first step of writing, since the potential of the first word line is relatively low, even if the pulse voltage applied to the source line is set to be relatively high, an error occurs in the unselected memory cells. No writing occurs. Since the threshold voltage of the memory cell transistor exceeds a predetermined determination level in the first step writing, it is not necessary to set the pulse voltage applied to the source line to be relatively high in the second step after writing. In the second and subsequent steps of writing, since the pulse voltage applied to the source line is not set to be relatively high, erroneous writing to non-selected memory cells does not occur. Therefore, it is possible to miniaturize the nonvolatile semiconductor memory device without causing a writing speed delay or a writing failure.
図1は、参考例による不揮発性半導体記憶装置を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a reference example.
図1に示すように、選択トランジスタSTと、選択トランジスタSTに接続されたメモリセルトランジスタMTとによりメモリセルMCが形成されている。選択トランジスタSTのソースは、メモリセルトランジスタMTのドレインに接続されている。 As shown in FIG. 1, a memory cell MC is formed by a select transistor ST and a memory cell transistor MT connected to the select transistor ST. The source of the selection transistor ST is connected to the drain of the memory cell transistor MT.
複数のメモリセルMCは、マトリクス状に配列されている。マトリクス状に配列された複数メモリセルMCにより、メモリセルアレイ110が形成されている。 The plurality of memory cells MC are arranged in a matrix. A memory cell array 110 is formed by a plurality of memory cells MC arranged in a matrix.
同一の列に存在する複数の選択トランジスタSTのドレインは、ビット線BLにより共通接続されている。同一の行に存在する複数のメモリセルトランジスタMTのコントロールゲートは、第1のワード線WL1により共通接続されている。同一の行に存在する複数の選択トランジスタSTのセレクトゲートは、第2のワード線WL2により共通接続されている。同一の行に存在する複数のメモリセルトランジスタMTのソースは、ソース線SLにより共通接続されている。互いに隣接する行に存在するメモリセルトランジスタMTのソースは、共通のソース線SLにより接続されている。 The drains of the plurality of select transistors ST present in the same column are commonly connected by a bit line BL. Control gates of a plurality of memory cell transistors MT existing in the same row are commonly connected by a first word line WL1. Select gates of a plurality of select transistors ST present in the same row are commonly connected by a second word line WL2. The sources of the plurality of memory cell transistors MT in the same row are commonly connected by a source line SL. The sources of the memory cell transistors MT present in adjacent rows are connected by a common source line SL.
選択トランジスタSTのドレインを共通接続する複数のビット線BLは、列デコーダ112に接続されている。列デコーダ112には、ビット線BLに流れる電流を検出するためのセンスアンプ113が接続されている。 A plurality of bit lines BL that commonly connect the drains of the selection transistors ST are connected to the column decoder 112. The column decoder 112 is connected to a sense amplifier 113 for detecting a current flowing through the bit line BL.
メモリセルトランジスタMTのコントロールゲートを共通接続する複数の第1のワード線WL1は、第1の行デコーダ114に接続されている。選択トランジスタSTのセレクトゲートを共通接続する複数の第2のワード線WL2は、第2の行デコーダ116に接続されている。メモリセルトランジスタMTのソースを共通接続する複数のソース線SLは、第3の行デコーダ118に接続されている。
The plurality of first word lines WL1 that commonly connect the control gates of the memory cell transistors MT are connected to the
図2は、図1に示す不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの断面を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
図2に示すように、半導体基板120上には、トンネル絶縁膜28aを介してメモリセルトランジスタMTのフローティングゲート(FG)130aが形成されている。フローティングゲート130a上には、絶縁膜132aを介してメモリセルトランジスタMTのコントロールゲート(CG)134aが形成されている。同一の行に存在するメモリセルトランジスタMTのコントロールゲート134aは、共通接続されている。換言すれば、フローティングゲート130a上には、絶縁膜132aを介して、コントロールゲート134aを共通接続する第1のワード線WL1が形成されている。
As shown in FIG. 2, a floating gate (FG) 130a of the memory cell transistor MT is formed on the
半導体基板120上には、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート130aと並行して、選択トランジスタSTのセレクトゲート(SG)130bが形成されている。同一の行に存在する選択トランジスタSTのセレクトゲート130bは、共通接続されている。換言すれば、半導体基板120上には、ゲート絶縁膜128bを介して、セレクトゲート130bを共通接続する第2のワード線WL2が形成されている。セレクトゲート130b上には、絶縁膜132bを介して、ポリシリコン層134bが形成されている。
A select gate (SG) 130b of the select transistor ST is formed on the
フローティングゲート130aの両側の半導体基板120内、及び、セレクトゲート130bの両側の半導体基板120内には、N型の不純物拡散層136a、136b、136cが形成されている。メモリセルトランジスタMTのドレインとなる不純物拡散層136bと選択トランジスタSTのソースとなる不純物拡散層136bとは、同一の不純物拡散層136bにより形成されている。
N-type impurity diffusion layers 136a, 136b, and 136c are formed in the
こうして、フローティングゲート130aとコントロールゲート134aとソース/ドレイン拡散層136a、136bとを有するメモリセルトランジスタMTが形成されている。また、セレクトゲート130bとソース/ドレイン拡散層136b、136cとを有する選択トランジスタSTが形成されている。 Thus, the memory cell transistor MT having the floating gate 130a, the control gate 134a, and the source / drain diffusion layers 136a and 136b is formed. In addition, a select transistor ST having a select gate 130b and source / drain diffusion layers 136b and 136c is formed.
メモリセルトランジスタMTのソース拡散層136aは、ソース線SLに接続されている。選択トランジスタSTのドレイン拡散層136cは、ビット線BLに接続されている。 図1及び図2に示す不揮発性半導体記憶装置では、ホットキャリアを発生させ、発生したホットキャリアをメモリセルトランジスタMTのフローティングゲート130aに注入することにより、メモリセルトランジスタMTに情報が書き込まれる。 The source diffusion layer 136a of the memory cell transistor MT is connected to the source line SL. The drain diffusion layer 136c of the selection transistor ST is connected to the bit line BL. In the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 1 and FIG. 2, information is written in the memory cell transistor MT by generating hot carriers and injecting the generated hot carriers into the floating gate 130a of the memory cell transistor MT.
図3は、図1及び図2に示す不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a writing method of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS.
メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、選択すべきメモリセルMCに接続されているビット線BLの電位を0Vとする。一方、選択されたビット線BL以外のビット線BLの電位をVCCとする。 When writing information to the memory cell transistor MT, the potential of the bit line BL connected to the memory cell MC to be selected is set to 0V. On the other hand, the potentials of the bit lines BL other than the selected bit line BL are set to VCC .
また、選択すべきメモリセルに接続されている第2のワード線WL2の電位をVCCとする。一方、選択された第2のワード線WL2以外の第2のワード線WL2の電位を0V(接地)とする。 Further, the potential of the second word line WL2 is connected to the memory cell to be selected and V CC. On the other hand, the potentials of the second word lines WL2 other than the selected second word line WL2 are set to 0 V (ground).
また、選択すべきメモリセルMCに接続されている第1のワード線WL1に印加する電圧を徐々に上昇させる。第1のワード線WL1に印加する電圧は、例えば3つの段階に分けて徐々に上昇させる。第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧は、例えば3Vとする。第2ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧は、例えば4.5Vとする。第3ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧は、例えば6Vとする。一方、選択された第1のワード線WL1以外の第1のワード線WL1の電位を、0V又はフローティングとする。 Further, the voltage applied to the first word line WL1 connected to the memory cell MC to be selected is gradually increased. The voltage applied to the first word line WL1 is gradually increased, for example, in three stages. The voltage applied to the first word line WL1 in the first step is 3V, for example. In the second step, the voltage applied to the first word line WL1 is, for example, 4.5V. The voltage applied to the first word line WL1 in the third step is, for example, 6V. On the other hand, the potential of the first word line WL1 other than the selected first word line WL1 is set to 0 V or floating.
また、選択すべきメモリセルMCに接続されているソース線SLに、パルス状に電圧を印加する。ソース線SLに印加するパルス状の電圧は、例えば5.5Vとする。一方、選択されたソース線SL以外のソース線SLの電位を、0V又はフローティングとする。 Further, a voltage is applied in a pulse form to the source line SL connected to the memory cell MC to be selected. The pulse voltage applied to the source line SL is, for example, 5.5V. On the other hand, the potentials of the source lines SL other than the selected source line SL are set to 0 V or floating.
このように、選択すべきメモリセルMCに接続された第1のワード線WL1に印加する電圧を除々に上昇させながら、選択すべきメモリセルMCに接続されたソース線SLに電圧をパルス状に印加することにより、メモリセルトランジスタMTに情報が書き込まれる。 As described above, the voltage applied to the first word line WL1 connected to the memory cell MC to be selected is gradually increased, and the voltage is pulsed to the source line SL connected to the memory cell MC to be selected. By applying the voltage, information is written in the memory cell transistor MT.
選択行の第1のワード線WL1に印加する電圧を徐々に上昇させながら、選択行のソース線SLに電圧をパルス状に印加するのは、以下のような理由によるものである。即ち、メモリセルトランジスタMTのコントロールゲート134bに比較的高い電圧を印加した場合には、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間における電気抵抗が小さくなる。そうすると、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間の電気抵抗が、選択トランジスタSTのソース/ドレイン間の電気抵抗と比較して小さくなる。そうすると、選択トランジスタSTのソース/ドレイン間に比較的大きい横方向電界が印加される一方、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間には十分な横方向電界が印加されないこととなる。メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間に十分な横方向電界が印加されないと、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間において電子が加速されず、書き込み速度が遅くなってしまう。 The reason why the voltage is applied in pulses to the source line SL in the selected row while gradually increasing the voltage applied to the first word line WL1 in the selected row is as follows. That is, when a relatively high voltage is applied to the control gate 134b of the memory cell transistor MT, the electrical resistance between the source / drain of the memory cell transistor MT is reduced. As a result, the electrical resistance between the source and the drain of the memory cell transistor MT becomes smaller than the electrical resistance between the source and the drain of the selection transistor ST. As a result, a relatively large lateral electric field is applied between the source / drain of the selection transistor ST, whereas a sufficient lateral electric field is not applied between the source / drain of the memory cell transistor MT. If a sufficient lateral electric field is not applied between the source / drain of the memory cell transistor MT, electrons are not accelerated between the source / drain of the memory cell transistor MT, and the writing speed is reduced.
これに対し、書き込みの初期の段階において、選択行の第1のワード線WL1に比較的低い電圧を印加するようにすれば、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間の電気抵抗が過度に小さくなってしまうことはない。そして、選択行のソース線SLに電圧をパルス状に印加すると、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート130aに電荷が注入される。 On the other hand, if a relatively low voltage is applied to the first word line WL1 in the selected row in the initial stage of writing, the electrical resistance between the source and drain of the memory cell transistor MT becomes excessively small. There is no end to it. Then, when a voltage is applied to the source line SL of the selected row in a pulse shape, charges are injected into the floating gate 130a of the memory cell transistor MT.
選択行の第1のワード線WL1の電圧を徐々に上昇させながら、選択行のソース線SLに電圧をパルス状に印加すれば、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート130aに電荷が徐々に注入されていく。選択行の第1のワード線WL1に印加される電圧は徐々に上昇していくが、フローティングゲート130aに蓄積される電荷も徐々に増加していくため、メモリセルトランジスタMTのソース/ドレイン間における電気抵抗が過度に小さくなってしまうことはない。 If the voltage is applied to the source line SL of the selected row in a pulsed manner while gradually increasing the voltage of the first word line WL1 of the selected row, charges are gradually injected into the floating gate 130a of the memory cell transistor MT. Go. Although the voltage applied to the first word line WL1 in the selected row gradually increases, the charge accumulated in the floating gate 130a also gradually increases. Therefore, the voltage between the source and drain of the memory cell transistor MT is increased. The electrical resistance does not become excessively small.
このように、選択行の第1のワード線WL1に印加する電圧を徐々に上昇させながら、選択行のソース線SLに電圧をパルス状に印加すれば、メモリセルトランジスタMTへの情報の書き込みを高速化することが可能となる。 As described above, when the voltage applied to the source line SL in the selected row is applied in a pulsed manner while gradually increasing the voltage applied to the first word line WL1 in the selected row, information is written to the memory cell transistor MT. It is possible to increase the speed.
図4は、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODと、閾値電圧のシフト量ΔVthとの関係を示すグラフである。図4(a)、図4(b)における横軸は、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODを示している。図4(a)、図4(b)における縦軸は、閾値電圧のシフト量ΔVthを示している。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage and the threshold voltage shift amount ΔV th . The horizontal axes in FIGS. 4A and 4B indicate the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage. The vertical axes in FIGS. 4A and 4B indicate the threshold voltage shift amount ΔV th .
図4(a)は、選択トランジスタのゲート電圧VSGを変化させた場合を示している。図4(a)における■印のプロットは、選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを1.7Vとした場合を示している。図4(a)における◆印のプロットは、選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを2Vとした場合を示している。図4(a)における○印のプロットは、選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを2.3Vとした場合を示している。図4(a)における▲印のプロットは、選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを2.6Vとした場合を示している。 FIG. 4A shows a case where the gate voltage V SG of the selection transistor is changed. In FIG. 4A, the ▪ marks indicate the case where the gate voltage V SG of the selection transistor ST is 1.7V. In FIG. 4A, the ♦ mark indicates the case where the gate voltage V SG of the selection transistor ST is 2V. A plot with a circle in FIG. 4A shows a case where the gate voltage V SG of the selection transistor ST is 2.3V. In FIG. 4A, the plots indicated by the triangles indicate the case where the gate voltage V SG of the selection transistor ST is 2.6V.
なお、図4(a)に示す電気的特性を取得する際には、以下のような条件に設定した。ソース電圧VSは、5.5Vとした。ドレイン電流IDは、1μAとした。ソース線SLに印加する電圧のパルス幅は、5μsecとした。メモリセルトランジスタMTに書き込まれた情報を予め消去する時間は、400msとした。 In addition, when acquiring the electrical characteristic shown to Fig.4 (a), it set to the following conditions. The source voltage V S was set to 5.5V. The drain current ID was 1 μA. The pulse width of the voltage applied to the source line SL was 5 μsec. The time for erasing information written in the memory cell transistor MT in advance was 400 ms.
図4(b)は、ソース電圧VSを変化させた場合を示している。図4(b)における■印のプロットは、ソース電圧SLにパルス状に印加する電圧を4.75Vとした場合を示している。図4(b)における◆印のプロットは、ソース電圧SLにパルス状に印加する電圧を5Vとした場合を示している。図4(b)における□印のプロットは、ソース電圧SLにパルス状に印加する電圧を5.25Vとした場合を示している。図4(b)における○印のプロットは、ソース電圧SLにパルス状に印加する電圧を5.5Vとした場合を示している。図4(b)における▲印のプロットは、ソース電圧SLにパルス状に印加する電圧を5.75Vとした場合を示している。 FIG. 4B shows a case where the source voltage V S is changed. In FIG. 4B, the ▪ marks indicate the case where the pulse voltage applied to the source voltage SL is 4.75V. The plot with ◆ in FIG. 4B shows the case where the voltage applied to the source voltage SL in a pulsed manner is 5V. In FIG. 4B, the plots with squares indicate the case where the voltage applied in a pulsed manner to the source voltage SL is 5.25V. In FIG. 4B, the circled plots indicate a case where the voltage applied in a pulsed manner to the source voltage SL is 5.5V. In FIG. 4B, the plots indicated by the triangles indicate the case where the voltage applied to the source voltage SL in a pulsed manner is 5.75V.
なお、図4(b)に示す特性を取得する際には、以下のような条件に設定した。選択トランジスタSTのゲート電圧VSGは、VCC、即ち、2.3Vとした。ドレイン電流IDは、1μAとした。ソース線SLに印加する電圧VSのパルス幅は、5μsecとした。メモリセルトランジスタMTに書き込まれた情報を予め消去する時間は、400msとした。 In addition, when acquiring the characteristic shown in FIG.4 (b), it set to the following conditions. The gate voltage V SG of the selection transistor ST is set to V CC , that is, 2.3V. The drain current ID was 1 μA. The pulse width of the voltage V S applied to the source line SL is set to 5 .mu.sec. The time for erasing information written in the memory cell transistor MT in advance was 400 ms.
図4(a)及び図4(b)から分かるように、書き込みの際における閾値電圧のシフト量ΔVthは、メモリセルトランジスタMTのコントロールゲート電圧、選択トランジスタSTのゲート電圧VSG、ソース線SLに印加する電圧VS等により異なる。 As can be seen from FIGS. 4A and 4B, the threshold voltage shift amount ΔV th at the time of writing includes the control gate voltage of the memory cell transistor MT, the gate voltage V SG of the selection transistor ST, and the source line SL. It depends on the voltage V S applied to the.
図5は、メモリセルトランジスタの閾値電圧のばらつきを示すグラフ(その1)である。図5における横軸は、メモリセルトランジスタの閾値電圧Vthを示している。図5における縦軸は、標準正規累積分布の逆関数を示している。 FIG. 5 is a graph (part 1) showing variation in the threshold voltage of the memory cell transistor. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the threshold voltage Vth of the memory cell transistor. The vertical axis in FIG. 5 represents the inverse function of the standard normal cumulative distribution.
図5における◇印のプロットは、消去後、即ち、書き込み前におけるメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布を示している。図5における○印のプロットは、第1ステップの書き込みが完了した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。即ち、第1のワード線WL1の電圧を3Vに上昇させるとともに、ソース線SLに5.5Vのパルス状の電圧を印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 The plot with ◇ in FIG. 5 shows the distribution of the threshold voltage of the memory cell transistor after erasing, that is, before writing. In FIG. 5, the ◯ marks indicate the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT when the first step writing is completed. That is, the distribution of the threshold voltage of the memory cell transistor MT when the voltage of the first word line WL1 is raised to 3V and a pulse voltage of 5.5V is applied to the source line SL is shown.
図5における△印のプロットは、第2ステップの書き込みが完了した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。即ち、第1のワード線WL1の電圧を4.5Vに上昇させるとともに、ソース線SLに5.5Vのパルス状の電圧を印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 A plot indicated by Δ in FIG. 5 shows the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT when the writing in the second step is completed. That is, the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT when the voltage of the first word line WL1 is raised to 4.5 V and a pulse voltage of 5.5 V is applied to the source line SL is shown.
図5における□印のプロットは、第3ステップの書き込みが完了した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。即ち、第1のワード線WL1の電圧を6Vに上昇させるとともに、ソース線SLに5.5Vのパルス状の電圧を印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 The plots indicated by □ in FIG. 5 indicate the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT when the write in the third step is completed. That is, the distribution of the threshold voltage of the memory cell transistor MT when the voltage of the first word line WL1 is raised to 6V and a pulse voltage of 5.5V is applied to the source line SL is shown.
なお、ソース線SLに印加する電圧のパルス幅は、5μsecとした。また、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップの各々において、ソース線SLに印加するパルスの数は、それぞれ1回ずつとした。 Note that the pulse width of the voltage applied to the source line SL was 5 μsec. In each of the first step, the second step, and the third step, the number of pulses applied to the source line SL is set to one each.
各々のステップにおいては、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が各々の判定レベルを超えることが必要である。第1ステップにおいては、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第1の判定レベルを超えることが必要である。また、第2ステップにおいては、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第2の判定レベルを超えることが必要である。また、第3ステップにおいては、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第3の判定レベルを超えることが必要である。第1の判定レベルは、例えば−0.5Vとされる。第2の判定レベルは、例えば1Vとされる。第3の判定レベルは、例えば2.5Vとされる。メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所定の判定レベルを超えたか否かは、所定の判定レベルの電圧を第1のワード線WL1に印加した際にビット線BLに流れる電流を検出することにより、判定することが可能である。 In each step, it is necessary that the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds each determination level. In the first step, the threshold voltage of the memory cell transistor MT needs to exceed the first determination level. In the second step, the threshold voltage of the memory cell transistor MT needs to exceed the second determination level. In the third step, it is necessary that the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the third determination level. The first determination level is, for example, −0.5V. The second determination level is, for example, 1V. The third determination level is, for example, 2.5V. Whether or not the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds a predetermined determination level is determined by detecting a current flowing through the bit line BL when a voltage of a predetermined determination level is applied to the first word line WL1. Is possible.
メモリセルトランジスタMTに情報の書き込みを行う際には、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が各々の判定レベルを超えるまで、ソース線SLにパルス状の電圧が繰り返し印加される。ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加しただけでは、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所定の判定レベルを超えない場合には、1つのステップ内において、ソース線SLにパルス状の電圧が複数回印加される場合もある。なお、図3においては、各々のステップにおいてソース線SLにパルス状の電圧を1回ずつ印加した場合の例を示している。 When information is written to the memory cell transistor MT, a pulsed voltage is repeatedly applied to the source line SL until the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds each determination level. If the threshold voltage of the memory cell transistor MT does not exceed a predetermined determination level only by applying the pulse voltage to the source line SL once, the pulse voltage is applied to the source line SL within one step. It may be applied multiple times. FIG. 3 shows an example in which a pulsed voltage is applied to the source line SL once in each step.
図5の場合には、書き込み前におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧のばらつきが比較的小さく、閾値電圧が極めて低いメモリセルトランジスタMTも存在しない。 In the case of FIG. 5, the variation in the threshold voltage of the memory cell transistor MT before writing is relatively small, and there is no memory cell transistor MT with a very low threshold voltage.
従って、書き込みの第1ステップにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧の印加を1回行っただけで、いずれのメモリセルトランジスタMTの閾値電圧も第1の判定レベルを超える。また、書き込みの第2のステップにおいても、ソース線SLにパルス状の電圧の印加を1回行っただけで、いずれのメモリセルトランジスタMTの閾値電圧も第2の判定レベルを超える。また、書き込みの第3のステップにおいても、ソース線SLにパルス状の電圧の印加を1回行っただけで、いずれのメモリセルトランジスタMTの閾値電圧も第3の判定レベルを超える。 Accordingly, in the first step of writing, the threshold voltage of any memory cell transistor MT exceeds the first determination level only by applying the pulse voltage to the source line SL once. Also in the second step of writing, the threshold voltage of any memory cell transistor MT exceeds the second determination level only by applying the pulse voltage to the source line SL once. Also in the third step of writing, the threshold voltage of any memory cell transistor MT exceeds the third determination level only by applying the pulse voltage to the source line SL once.
しかしながら、不揮発性半導体記憶装置の微細化を進めていくと、メモリセルトランジスタMTの消去特性のばらつきが大きくなり、書き込みを行う前におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧のばらつきが大きくなる虞がある。そして、メモリセルMCの各部に印加される印加電圧の変動等の様々な条件を考慮した場合には、図6のようなばらつきが生じることが考えられる。 However, if the nonvolatile semiconductor memory device is further miniaturized, the variation in the erase characteristic of the memory cell transistor MT increases, and the variation in the threshold voltage of the memory cell transistor MT before writing may increase. Then, when various conditions such as a change in applied voltage applied to each part of the memory cell MC are taken into consideration, it is considered that variations as shown in FIG. 6 occur.
図6は、メモリセルトランジスタの閾値電圧のばらつきを示すグラフ(その2)である。図6における横軸は、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧Vthを示している。図6における縦軸は、標準正規累積分布の逆関数を示している。 FIG. 6 is a graph (part 2) showing variation in the threshold voltage of the memory cell transistor. The horizontal axis in FIG. 6 shows the threshold voltage Vth of the memory cell transistor MT. The vertical axis in FIG. 6 represents the inverse function of the standard normal cumulative distribution.
図6における◇印のプロットは、消去後、即ち、書き込み前におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 The plot with ◇ in FIG. 6 shows the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT after erasing, that is, before writing.
図6における大きな●印のプロット、大きな○印のプロット、小さな●印のプロット及び小さな○印のプロットは、第1ステップの書き込みを行った際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。図6における大きな●印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第1ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 The large ● mark plot, large ○ mark plot, small ● mark plot, and small ○ mark plot in FIG. 6 indicate the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT when writing in the first step. Yes. In FIG. 6, a large mark ● indicates that the threshold of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the first step and a pulse voltage is applied to the source line SL once. The voltage distribution is shown.
図6における大きな○印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第1ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を6回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 In FIG. 6, the large circled plots indicate that the threshold of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the first step and a pulse voltage is applied to the source line SL six times. The voltage distribution is shown.
図6における小さな●印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第1ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を12回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 In FIG. 6, the small ● mark plots the threshold of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the first step and a pulse voltage is applied 12 times to the source line SL. The voltage distribution is shown.
図6における小さな○印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第1ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を19回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 In FIG. 6, the small circled plots indicate that the threshold of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the first step and a pulsed voltage is applied 19 times to the source line SL. The voltage distribution is shown.
なお、第1ステップにおける第1のワード線WL1の電位は3.0Vとした。また、ソース線SLに印加される電圧がばらつく場合を考慮し、ソース線SLに印加する電圧は定格値より5%低い値とした。また、選択トランジスタSTのゲート電圧がばらつく場合を考慮し、選択トランジスタSTのゲート電圧は、定格値である2.3Vより10%低い値である2.07Vとした。 Note that the potential of the first word line WL1 in the first step was set to 3.0V. In consideration of the case where the voltage applied to the source line SL varies, the voltage applied to the source line SL is set to a value 5% lower than the rated value. Further, considering the case where the gate voltage of the selection transistor ST varies, the gate voltage of the selection transistor ST is set to 2.07 V which is 10% lower than the rated value 2.3V.
図6における▲印のプロット及び△印のプロットは、第2ステップの書き込みを行った際におけるメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布を示している。図6における▲印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第2ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 In FIG. 6, the plots indicated by ▲ and △ indicate the threshold voltage distribution of the memory cell transistor when the second step writing is performed. In FIG. 6, a plot indicated by a triangle mark shows that the threshold voltage of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the second step and a pulse voltage is applied to the source line SL once. The distribution of is shown.
図6における△印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第2ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を2回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 The plot of Δ in FIG. 6 shows the threshold voltage of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the second step and a pulse voltage is applied twice to the source line SL. The distribution of is shown.
なお、第2ステップにおける第1のワード線WL1の電位は4.5Vとした。また、ソース線SLに印加される電圧がばらつく場合を考慮し、ソース線SLに印加する電圧は定格値より5%低い値とした。また、選択トランジスタSTのゲート電圧がばらつく場合を考慮し、選択トランジスタSTのゲート電圧は、定格値である2.3Vより10%低い値である2.07Vとした。 Note that the potential of the first word line WL1 in the second step was set to 4.5V. In consideration of the case where the voltage applied to the source line SL varies, the voltage applied to the source line SL is set to a value 5% lower than the rated value. Further, considering the case where the gate voltage of the selection transistor ST varies, the gate voltage of the selection transistor ST is set to 2.07 V which is 10% lower than the rated value 2.3V.
図6における■印のプロットは、第3ステップの書き込みを行った際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。図6における■印のプロットは、第1のワード線WL1の電位を第3ステップの電位まで上昇させるとともに、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加した際におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧の分布を示している。 In FIG. 6, the ▪ marks indicate the threshold voltage distribution of the memory cell transistor MT when the third step writing is performed. In FIG. 6, the ■ mark plots the threshold voltage of the memory cell transistor MT when the potential of the first word line WL1 is raised to the potential of the third step and a pulse voltage is applied to the source line SL once. The distribution of is shown.
なお、第3ステップにおける第1のワード線WL1の電位は6.0Vとした。また、ソース線SLに印加される電圧がばらつく場合を考慮し、ソース線SLに印加する電圧は定格値より5%低い値とした。また、選択トランジスタSTのゲート電圧がばらつく場合を考慮し、選択トランジスタSTのゲート電圧は、定格値である2.3Vより10%低い値である2.07Vとした。 Note that the potential of the first word line WL1 in the third step was 6.0V. In consideration of the case where the voltage applied to the source line SL varies, the voltage applied to the source line SL is set to a value 5% lower than the rated value. Further, considering the case where the gate voltage of the selection transistor ST varies, the gate voltage of the selection transistor ST is set to 2.07 V which is 10% lower than the rated value 2.3V.
なお、ソース線SLに印加する電圧のパルス幅は、いずれも5μsecとした。 Note that the pulse width of the voltage applied to the source line SL was 5 μsec.
不揮発性半導体記憶装置の更なる微細化等を行った場合には、図6から分かるように、消去後、即ち、書き込み前におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧のばらつきが比較的大きくなる。そして、書き込み前における閾値電圧が例えば−4.5V程度と著しく低いメモリセルトランジスタMTも生じ得る。 When the nonvolatile semiconductor memory device is further miniaturized, as can be seen from FIG. 6, the variation in threshold voltage of the memory cell transistor MT after erasure, that is, before writing becomes relatively large. Further, a memory cell transistor MT whose threshold voltage before writing is as low as about −4.5 V, for example, may occur.
図6から分かるように、書き込み前における閾値電圧が著しく低いメモリセルトランジスタMTの場合には、ソース線SLにパルス状の電圧を例えば19回印加しても、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第1の判定レベルを超えない場合がある。このように閾値電圧が著しく低いメモリセルトランジスタMTは、第2ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧が上昇すると、更に書き込みが進行しにくくなり、最終的に書き込み不良が生じてしまう。 As can be seen from FIG. 6, in the case of the memory cell transistor MT having a remarkably low threshold voltage before writing, the threshold voltage of the memory cell transistor MT is the same even when a pulse voltage is applied to the source line SL, for example, 19 times. The determination level of 1 may not be exceeded. As described above, when the voltage applied to the first word line WL1 in the second step increases in the memory cell transistor MT having a remarkably low threshold voltage, the writing becomes more difficult to proceed, and finally a writing failure occurs.
書き込み不良を防止するための手法としては、選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを上昇させることが考えられる。選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを高く設定するほど、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧のシフト量ΔVthが大きくなる傾向があるためである(図4(a)参照)。 As a technique for preventing the writing failure, it is conceivable to increase the gate voltage V SG of the selection transistor ST. This is because the threshold voltage shift amount ΔV th of the memory cell transistor MT tends to increase as the gate voltage V SG of the selection transistor ST is set higher (see FIG. 4A).
しかしながら、選択トランジスタSTのゲート電圧VSGを上昇させた場合には、ビット線BLのリーク電流が増加してしまう虞がある。 However, when the gate voltage V SG of the select transistor ST is increased, the leakage current of the bit line BL may increase.
また、ソース線SLに印加する電圧VSを上昇させることにより、書き込み不良を防止することが考えられる。ソース線SLに印加する電圧VSを高く設定するほど、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧のシフト量ΔVthが大きくなる傾向があるためである(図4(b)参照)。 Further, by increasing the voltage V S applied to the source line SL, and it is conceivable to prevent the write failure. The higher set voltage V S applied to the source line SL, and because the shift amount [Delta] V th of the threshold voltage of the memory cell transistor MT tends to increase (see Figure 4 (b)).
しかしながら、ソース線SLに印加する電圧VSを単に高くした場合には、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じる虞がある。 However, when simply increasing the voltage V S applied to the source line SL, there is a possibility that erroneous writing with respect to the non-selected memory cell MC is caused.
即ち、図1を用いて上述したように、同一の行に存在する複数のメモリセルトランジスタMTのソースは、ソース線SLにより共通接続されている。このため、選択されたメモリセルMCと同じ行に存在する非選択のメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTのソースにも、選択されたメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTのソース電圧と同じ電圧が印加される。このため、ソース線SLに印加する電圧VSが高くなるほど、非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みが生じやすくなる。 That is, as described above with reference to FIG. 1, the sources of the plurality of memory cell transistors MT in the same row are commonly connected by the source line SL. For this reason, the same voltage as the source voltage of the memory cell transistor MT of the selected memory cell MC is applied to the source of the memory cell transistor MT of the non-selected memory cell MC existing in the same row as the selected memory cell MC. Is done. Therefore, as the voltage V S applied to the source line SL is high, erroneous writing is likely to occur with respect to the non-selected memory cell MC.
なお、第1のワード線WL1の電圧が高くなるほど、非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みは生じやすくなる。第1のワード線WL1の電圧が高くなるほど、非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みが生じやすくなるのは、第1のワード線WL1の電圧を高くするほど、ホットキャリアがフローティングゲート130aに注入されやすくなるためである。 Note that, as the voltage of the first word line WL1 is higher, erroneous writing to the non-selected memory cell MC is more likely to occur. The higher the voltage of the first word line WL1, the more likely that erroneous writing to unselected memory cells MC occurs. The higher the voltage of the first word line WL1, the more hot carriers are injected into the floating gate 130a. This is because it becomes easier.
本願発明者は、鋭意検討した結果、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさを、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさより高くすることに想到した(図7参照)。図7は、不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示すフローチャートである。 As a result of intensive studies, the inventors of the present application have made the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the first step higher than the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the second step and thereafter. (See FIG. 7). FIG. 7 is a flowchart showing a writing method of the nonvolatile semiconductor memory device.
書き込みの第1ステップにおいては、第1のワード線WL1の電圧は例えば3Vとなる(図3参照)。閾値電圧が例えば−4VのメモリセルトランジスタMTに対して、第1ステップの書き込みを行う際には、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODは7Vとなる。ソース線SLに印加する電圧VSを5.75V(図7参照)とした場合において、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODが7Vである場合には、図4(b)から分かるように、閾値電圧のシフト量ΔVthは4V程度となる。従って、この場合には、第1ステップの書き込みにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧を0Vにまで上昇させることができる。第1の判定レベルが例えば−0.5Vである場合には、5.75Vのパルス状の電圧をソース線SLに1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第1の判定レベルを超える。 In the first writing step, the voltage of the first word line WL1 is 3 V, for example (see FIG. 3). When writing in the first step to the memory cell transistor MT having a threshold voltage of −4V, for example, the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 7V. When the voltage V S applied to the source line SL is 5.75 V (see FIG. 7) and the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 7 V, it can be seen from FIG. 4B. In addition, the threshold voltage shift amount ΔV th is about 4V. Therefore, in this case, the threshold voltage of the memory cell transistor MT can be raised to 0 V by simply applying a pulse voltage to the source line SL once in the first step writing. When the first determination level is −0.5 V, for example, the threshold voltage of the memory cell transistor MT is set to the first determination level only by applying a pulse voltage of 5.75 V to the source line SL once. Over.
なお、書き込み前におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が例えば−4.5V程度と著しく低い場合には、ソース線SLに5.75Vのパルス状の電圧を1回印加しただけでは、第1の判定レベルを超えないこともあり得る。 If the threshold voltage of the memory cell transistor MT before writing is as low as about −4.5 V, for example, the first determination is made only by applying a pulse voltage of 5.75 V to the source line SL once. It may not exceed the level.
しかし、5.75Vのパルス状の電圧をソース線SLに例えば2回印加すれば、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第1の判定レベルを超える。 However, if a pulse voltage of 5.75 V is applied to the source line SL, for example, twice, the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the first determination level.
従って、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が例えば−4.5V程度と極めて低い場合であっても、特段の問題は生じない。 Therefore, even if the threshold voltage of the memory cell transistor MT is as low as about −4.5 V, for example, no particular problem occurs.
なお、書き込みの第1のステップにおいては、第1のワード線WL1に印加する電圧が3Vと比較的低いため、ソース線SLに印加するパルス状の電圧が5.75Vと比較的高いにもかかわらず、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることはない。 Note that in the first step of writing, the voltage applied to the first word line WL1 is relatively low at 3V, so the pulse voltage applied to the source line SL is relatively high at 5.75V. In other words, no erroneous writing occurs in the non-selected memory cells MC.
書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLに印加する電圧を例えば5.5Vとする。書き込みの第2ステップにおいては、第1のワード線WL1には例えば4.5Vの電圧が印加される(図3参照)。閾値電圧が0Vにまで上昇したメモリセルトランジスタMTに対して、第2ステップの書き込みを行う際には、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODは4.5Vとなる。ソース線SLに印加する電圧VSを5.5Vとした場合において、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODが4.5Vである場合には、図4(b)から分かるように、閾値電圧のシフト量ΔVthは2V程度となる。従って、この場合には、第2ステップの書き込みにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧Vthが2Vにまで上昇する。第2の判定レベルが例えば1Vである場合には、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第2の判定レベルを超える。 In the second step of writing, the voltage applied to the source line SL is set to 5.5 V, for example. In the second writing step, for example, a voltage of 4.5 V is applied to the first word line WL1 (see FIG. 3). When writing in the second step to the memory cell transistor MT whose threshold voltage has increased to 0V, the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 4.5V. When the voltage V S applied to the source line SL is 5.5 V and the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 4.5 V, as can be seen from FIG. The voltage shift amount ΔV th is about 2V. Therefore, in this case, the threshold voltage Vth of the memory cell transistor MT rises to 2V just by applying a pulse voltage once to the source line SL in the second step writing. When the second determination level is 1 V, for example, the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the second determination level only by applying a pulse voltage once to the source line SL.
なお、書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLに印加する電圧が例えば5.5Vと比較的低いため、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることもない。 Note that in the second step of writing, the voltage applied to the source line SL is relatively low, for example, 5.5 V, so that erroneous writing does not occur in the non-selected memory cells MC.
書き込みの第3ステップにおいても、ソース線SLに印加する電圧を例えば5.5Vとする。書き込みの第3ステップにおいては、第1のワード線WL1には例えば6Vの電圧が印加される(図3参照)。閾値電圧が2Vにまで上昇したメモリセルトランジスタMTに対して、第3ステップの書き込みを行う際には、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODは4Vとなる。ソース線SLに印加する電圧を5.5Vとした場合において、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODが4Vである場合には、図4(b)から分かるように、閾値電圧のシフト量ΔVthは1.7V程度となる。この場合には、第3ステップの書き込みにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧Vthが例えば3.7Vにまで上昇する。第3の判定レベルが例えば2.5Vである場合には、ソース線SLにパルス状の電圧を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第3の判定レベルを超える。 Also in the third step of writing, the voltage applied to the source line SL is set to 5.5 V, for example. In the third step of writing, for example, a voltage of 6 V is applied to the first word line WL1 (see FIG. 3). When writing in the third step for the memory cell transistor MT whose threshold voltage has risen to 2V, the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 4V. When the voltage applied to the source line SL is 5.5V and the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 4V, as can be seen from FIG. 4B, the threshold voltage shift amount. ΔV th is about 1.7V. In this case, in the third step writing, the threshold voltage Vth of the memory cell transistor MT rises to 3.7 V, for example, by applying a pulse voltage once to the source line SL. When the third determination level is 2.5 V, for example, the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the third determination level only by applying a pulse voltage once to the source line SL.
書き込みの第3ステップにおいても、ソース線SLに印加する電圧VSが5.5Vと比較的低いため、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることはない。 In the third step of the writing, the voltage V S applied to the source line SL is relatively low and 5.5V, does not write error occurs for unselected memory cell MC.
このように、本願発明者は、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさを、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさより高くすることに想到した。閾値電圧が著しく低いメモリセルトランジスタMTの閾値電圧を第1の判定レベルまで急激に上昇させることが必要となるのは、書き込みの第1ステップである。一方、書き込みの第1ステップにおいては、第1のワード線WL1の電位が比較的低いため、ソース線SLに印加するパルス状の電圧を比較的高く設定しても、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることもない。第1ステップの書き込みにおいてメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第1の判定レベルを超えるため、書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線SLに印加するパルス状の電圧を比較的高く設定する必要はない。書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線SLに印加するパルス状の電圧が比較的高く設定されないため、非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みが生じることはない。従って、本願発明者が想到した方法によれば、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることが可能となる。 Thus, the inventor of the present application makes the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the first step higher than the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the second step and thereafter. I came up with it. In the first step of writing, it is necessary to rapidly increase the threshold voltage of the memory cell transistor MT having a significantly low threshold voltage to the first determination level. On the other hand, in the first writing step, since the potential of the first word line WL1 is relatively low, even if the pulse voltage applied to the source line SL is set relatively high, the non-selected memory cell MC On the other hand, no erroneous writing occurs. Since the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the first determination level in the first step writing, it is necessary to set the pulse voltage applied to the source line SL relatively high after the second step of writing. Absent. In the second and subsequent steps of writing, since the pulse voltage applied to the source line SL is not set to be relatively high, erroneous writing to non-selected memory cells MC does not occur. Therefore, according to the method conceived by the inventor of the present application, it is possible to miniaturize the nonvolatile semiconductor memory device without causing a delay in writing speed or a writing failure.
[一実施形態]
第1実施形態による不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法、読み出し方法、消去方法、並びに、その不揮発性半導体記憶装置の製造方法を図8乃至図30を用いて説明する。
[One Embodiment]
A nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, a writing method, a reading method, an erasing method, and a manufacturing method of the nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to FIGS.
(不揮発性半導体記憶装置)
まず、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置について図8乃至図12を用いて説明する。図8は、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置を示す回路図である。
(Nonvolatile semiconductor memory device)
First, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit diagram showing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment.
図8に示すように、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置は、選択トランジスタSTと、選択トランジスタSTに接続されたメモリセルトランジスタMTとによりメモリセルMCが形成されている。選択トランジスタSTのソースは、メモリセルトランジスタMTのドレインに接続されている。より具体的には、選択トランジスタSTのソースとメモリセルトランジスタMTのドレインとは、1つの不純物拡散層により一体に形成されている。 As shown in FIG. 8, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, a memory cell MC is formed by a select transistor ST and a memory cell transistor MT connected to the select transistor ST. The source of the selection transistor ST is connected to the drain of the memory cell transistor MT. More specifically, the source of the selection transistor ST and the drain of the memory cell transistor MT are integrally formed by one impurity diffusion layer.
複数のメモリセルMCは、マトリクス状に配列されている。マトリクス状に配列された複数メモリセルMCにより、メモリセルアレイ10が形成されている。
The plurality of memory cells MC are arranged in a matrix. A
同一の列に存在する複数の選択トランジスタSTのドレインは、ビット線BLにより共通接続されている。同一の行に存在する複数のメモリセルトランジスタMTのコントロールゲートは、第1のワード線WL1により共通接続されている。同一の行に存在する複数の選択トランジスタSTのセレクトゲートは、第2のワード線WL2により共通接続されている。 The drains of the plurality of select transistors ST present in the same column are commonly connected by a bit line BL. Control gates of a plurality of memory cell transistors MT existing in the same row are commonly connected by a first word line WL1. Select gates of a plurality of select transistors ST present in the same row are commonly connected by a second word line WL2.
同一の行に存在する複数のメモリセルトランジスタMTのソースは、ソース線SLにより共通接続されている。互いに隣接する行に存在するメモリセルトランジスタMTのソースは、共通のソース線SLにより接続されている。 The sources of the plurality of memory cell transistors MT in the same row are commonly connected by a source line SL. The sources of the memory cell transistors MT present in adjacent rows are connected by a common source line SL.
選択トランジスタSTのドレインを共通接続する複数のビット線BLは、列デコーダ12に接続されている。列デコーダ12は、選択トランジスタSTのドレインを共通接続する複数のビット線BLの電位を制御するためのものである。列デコーダ12には、ビット線BLに流れる電流を検出するためのセンスアンプ13が接続されている。列デコーダ12は、比較的低い電圧で動作する低電圧回路により形成されている。 A plurality of bit lines BL that commonly connect the drains of the select transistors ST are connected to the column decoder 12. The column decoder 12 is for controlling the potentials of a plurality of bit lines BL that commonly connect the drains of the selection transistors ST. The column decoder 12 is connected to a sense amplifier 13 for detecting a current flowing through the bit line BL. The column decoder 12 is formed by a low voltage circuit that operates at a relatively low voltage.
メモリセルトランジスタMTのコントロールゲートを共通接続する複数の第1のワード線WL1は、第1の行デコーダ14に接続されている。第1の行デコーダ14は、メモリセルトランジスタMTのコントロールゲートを共通接続する複数の第1のワード線WL1の電位をそれぞれ制御するためのものである。第1の行デコーダ14は、高電圧回路(高耐圧回路)により形成されている。
The plurality of first word lines WL1 that commonly connect the control gates of the memory cell transistors MT are connected to the
第1の行デコーダ14には、図示しない第1の電圧印加手段が接続されている。第1の電圧印加手段は、出力電圧を適宜変化させ得るものである。従って、本実施形態では、第1のワード線WL1に印加する電圧を適宜変化させることができる。
The
選択トランジスタSTのセレクトゲートを共通接続する複数の第2のワード線WL2は、第2の行デコーダ16に接続されている。第2の行デコーダ16は、選択トランジスタSTのセレクトゲートを共通接続する複数の第2のワード線WL2の電位を制御するためのものである。第2の行デコーダ16は、低電圧回路(低耐圧回路)により形成されている。
A plurality of second word lines WL2 that commonly connect the select gates of the select transistors ST are connected to the
メモリセルトランジスタMTのソースを共通接続する複数のソース線SLは、第3の行デコーダ18に接続されている。第3の行デコーダ18は、メモリセルトランジスタMTのソースを共通接続する複数のソース線SLの電位を制御するためのものである。第3の行デコーダ18は、高電圧回路(高耐圧回路)により形成されている。
A plurality of source lines SL that commonly connect the sources of the memory cell transistors MT are connected to the
第3の行デコーダ18には、図示しない第2の電圧印加手段が接続されている。第2の電圧印加手段は、出力電圧を適宜変化させ得るものである。従って、本実施形態では、ソース線SLに印加する電圧の大きさを適宜変化させることができる。
The
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの構造を図9乃至図12を用いて説明する。図9は、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図である。図10は、図9のA−A′断面図である。図11は、図9のB−B′断面図である。図12は、図9のC−C′断面図である。 Next, the structure of the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 9 is a plan view of the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
半導体基板20には、素子領域21を画定する素子分離領域22が形成されている。半導体基板20としては、例えばP型のシリコン基板が用いられている。素子分離領域22は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により形成されている。
In the
素子分離領域22が形成された半導体基板20内には、N型の埋め込み拡散層24が形成されている。N型の埋め込み拡散層24の上側の部分は、P型ウェル26となっている。
An N-type buried
半導体基板20上には、トンネル絶縁膜28aを介してフローティングゲート30aが形成されている。フローティングゲート30aは、各々の素子領域21毎に電気的に分離されている。
A floating
フローティングゲート30a上には、絶縁膜32aを介してコントロールゲート34aが形成されている。同一の行に存在するメモリセルトランジスタMTのコントロールゲート34aは、共通接続されている。換言すれば、フローティングゲート30上には、絶縁膜32aを介して、コントロールゲート34aを共通接続する第1のワード線WL1が形成されている。
A
半導体基板20上には、フローティングゲート30aと並行して、選択トランジスタSTのセレクトゲート30bが形成されている。同一の行に存在する選択トランジスタSTのセレクトゲート30bは、共通接続されている。換言すれば、半導体基板20上には、ゲート絶縁膜28bを介して、セレクトゲート30bを共通接続する第2のワード線WL2が形成されている。選択トランジスタSTのゲート絶縁膜28bの膜厚は、メモリセルトランジスタMTのトンネル絶縁膜28aの膜厚と等しくなっている。
A
セレクトゲート30b上には、絶縁膜32bを介して、ポリシリコン層34bが形成されている。
A
フローティングゲート30aの両側の半導体基板20内、及び、セレクトゲート30bの両側の半導体基板20内には、N型の不純物拡散層36a、36b、36cが形成されている。
N-type
メモリセルトランジスタMTのドレインとなる不純物拡散層36bと選択トランジスタSTのソースとなる不純物拡散層36bとは、同一の不純物拡散層36bにより形成されている。
The
フローティングゲート30aとコントロールゲート34aとを有する積層体の側壁部分には、サイドウォール絶縁膜37が形成されている。
A
また、セレクトゲート30bとポリシリコン層34bとを有する積層体の側壁部分には、サイドウォール絶縁膜37が形成されている。
A
メモリセルトランジスタMTのソース領域36a上、選択トランジスタSTのドレイン領域36c上、コントロールゲート34aの上部、及び、ポリシリコン層34bの上部には、例えばコバルトシリサイドより成るシリサイド層38a〜38dがそれぞれ形成されている。ソース電極36a上のシリサイド層38aは、ソース電極として機能する。ドレイン電極36c上のシリサイド層38cは、ドレイン電極として機能する。
Silicide layers 38a to 38d made of, for example, cobalt silicide are formed on the
こうして、フローティングゲート30aとコントロールゲート34aとソース/ドレイン拡散層36a、36bとを有するメモリセルトランジスタMTが形成されている。
Thus, the memory cell transistor MT having the floating
また、セレクトゲート30bとソース/ドレイン拡散層36b、36cとを有する選択トランジスタSTが形成されている。
Further, a selection transistor ST having a
メモリセルトランジスタMT及び選択トランジスタSTが形成された半導体基板20上には、シリコン窒化膜(図示せず)とシリコン酸化膜(図示せず)とから成る層間絶縁膜40が形成されている。
On the
層間絶縁膜40には、ソース電極38a、ドレイン電極38bにそれぞれ達するコンタクトホール42が形成されている。
In the
コンタクトホール42内には、例えばタングステンより成る導体プラグ44が埋め込まれている。
A
導体プラグ44が埋め込まれた層間絶縁膜40上には、配線(第1金属配線層)46が形成されている。
A wiring (first metal wiring layer) 46 is formed on the
配線46が形成された層間絶縁膜40上には、層間絶縁膜48が形成されている。
An interlayer insulating
層間絶縁膜48には、配線46に達するコンタクトホール50が形成されている。
A
コンタクトホール50内には、例えばタングステンより成る導体プラグ52が埋め込まれている。
A
導体プラグ52が埋め込まれた層間絶縁膜48上には、配線(第2金属配線層)54が形成されている。
A wiring (second metal wiring layer) 54 is formed on the
配線54が形成された層間絶縁膜48上には、層間絶縁膜56が形成されている。
An interlayer insulating
層間絶縁膜56には、配線54に達するコンタクトホール58が形成されている。
A
コンタクトホール58内には、例えばタングステンより成る導体プラグ60が埋め込まれている。
A
導体プラグ60が埋め込まれた層間絶縁膜56上には、配線(第3金属配線層)62が形成されている。
A wiring (third metal wiring layer) 62 is formed on the
こうして、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイ10(図8参照)が形成されている。 Thus, the memory cell array 10 (see FIG. 8) of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment is formed.
(不揮発性半導体記憶装置の動作)
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の動作方法を図13及び図14を用いて説明する。図13は、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し方法、書き込み方法及び消去方法を示す図である。図13において括弧内は非選択線の電位を示している。また、図13においてFはフローティングを示している。図14は、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示すタイムチャートである。
(Operation of nonvolatile semiconductor memory device)
Next, the operation method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 13 is a diagram illustrating a read method, a write method, and an erase method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment. In FIG. 13, the parentheses indicate the potential of the non-selected line. In FIG. 13, F indicates floating. FIG. 14 is a time chart showing the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment.
(書き込み方法)
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法について図13及び図14を用いて説明する。
(Writing method)
Next, the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、各部の電位を以下のように設定する。 When writing information to the memory cell transistor MT, the potential of each part is set as follows.
即ち、メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、選択すべきメモリセルMCに接続されているビット線BLの電位を0Vとする。一方、選択されたビット線BL以外のビット線BLの電位をVCCとする。 That is, when writing information to the memory cell transistor MT, the potential of the bit line BL connected to the memory cell MC to be selected is set to 0V. On the other hand, the potentials of the bit lines BL other than the selected bit line BL are set to VCC .
また、選択すべきメモリセルに接続されている第2のワード線WL2の電位をVCCとする。一方、選択された第2のワード線WL2以外の第2のワード線WL2の電位を0V(接地)とする。 Further, the potential of the second word line WL2 is connected to the memory cell to be selected and V CC. On the other hand, the potentials of the second word lines WL2 other than the selected second word line WL2 are set to 0 V (ground).
また、選択すべきメモリセルMCに接続されている第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを徐々に上昇させる。第1のワード線WL1に印加する電圧は、例えば3つの段階に分けて徐々に上昇させる。 Further, the voltage V step applied to the first word line WL1 connected to the memory cell MC to be selected is gradually increased. The voltage applied to the first word line WL1 is gradually increased, for example, in three stages.
書き込みの第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)は、例えば3Vとする。なお、第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)は、3Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)を適宜設定すればよい。 The voltage V step (1) applied to the first word line WL1 in the first step of writing is, for example, 3V. Note that the voltage Vstep (1) applied to the first word line WL1 in the first step is not limited to 3V. The voltage V step (1) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
書き込みの第2ステップにおいては、書き込みの第1のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)より高い電圧Vstep(2)を、第1のワード線WL1に印加する。書き込みの第2ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)は、例えば4.5Vとする。なお、書き込みの第2のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)は、4.5Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)を適宜設定すればよい。 In the second writing step, a voltage V step (2) higher than the voltage V step (1) applied to the first word line WL1 in the first writing step is applied to the first word line WL1. The voltage V step (2) applied to the first word line WL1 in the second step of writing is, for example, 4.5V. Note that the voltage Vstep (2) applied to the first word line WL1 in the second step of writing is not limited to 4.5V. The voltage V step (2) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
書き込みの第3ステップにおいては、書き込みの第2のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧より高い電圧Vstep(3)を、第1のワード線WL1に印加する。書き込みの第3ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(3)は、例えば6Vとする。なお、書き込みの第3のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(3)は、6Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(3)を適宜設定すればよい。 In the third step of writing, a voltage V step (3) higher than the voltage applied to the first word line WL1 in the second step of writing is applied to the first word line WL1. The voltage V step (3) applied to the first word line WL1 in the third step of writing is, for example, 6V. Note that the voltage V step (3) applied to the first word line WL1 in the third step of writing is not limited to 6V. The voltage V step (3) to be applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
なお、選択された第1のワード線WL1以外の第1のワード線WL1の電位を、0V又はフローティングとする。 Note that the potentials of the first word lines WL1 other than the selected first word line WL1 are set to 0 V or floating.
また、選択すべきメモリセルMCに接続されているソース線SLに、パルス状に電圧Vpulseを印加する。書き込みの第1ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(1)を例えば5.8Vとする。書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(2)を例えば5.5Vとする。書き込みの第3ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(3)を例えば5.5Vとする。ソース線SLに印加する電圧Vpulseのパルス幅は、例えば5μsecとする。 Further, the voltage V pulse is applied in a pulse form to the source line SL connected to the memory cell MC to be selected. In the first writing step, the voltage V pulse (1) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to, for example, 5.8V. In the second writing step, the voltage V pulse (2) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to 5.5 V, for example. In the third step of writing, the voltage V pulse (3) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to, for example, 5.5V. The pulse width of the voltage V pulse applied to the source line SL is, for example, 5 μsec.
なお、本実施形態において、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を例えば5.8Vとするのは、以下のような理由によるものである。即ち、図7においては、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧を5.75Vとしたが、ソース線SLに印加する電圧を5.8Vとした場合にも、ほぼ同様の特性が得られる。また、ソース線SLに印加する電圧を高くすれば、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧のシフト量の向上に寄与し得る。従って、本実施形態においては、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を例えば5.8Vとしている。 In the present embodiment, the reason why the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing is set to 5.8 V, for example, is as follows. That is, in FIG. 7, the voltage applied to the source line SL in the first step of writing is set to 5.75V. However, when the voltage applied to the source line SL is set to 5.8V, substantially the same characteristics are obtained. can get. Further, if the voltage applied to the source line SL is increased, it can contribute to the improvement of the shift amount of the threshold voltage of the memory cell transistor MT. Therefore, in the present embodiment, the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first writing step is set to, for example, 5.8V.
なお、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)は、5.8Vに限定されるものではない。書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、5.8Vより高く設定してもよいし、5.8Vより低く設定してもよい。例えば、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、図7と同様に、5.75Vとしてもよい。第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、少なくとも、第2ステップにおいてソース線SLに印加する電圧より高く設定すれば、第1のステップにおける書き込みの進行を促進させることが可能である。 Note that the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing is not limited to 5.8V. The voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing may be set higher than 5.8V or lower than 5.8V. For example, the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first writing step may be 5.75 V as in FIG. If the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is set at least higher than the voltage applied to the source line SL in the second step, the progress of writing in the first step can be promoted. Is possible.
メモリセルトランジスタMTに情報の書き込みを行う際には、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が各々の判定レベルを超えるまで、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を繰り返し印加する。ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回印加しただけでは、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所定の判定レベルを超えない場合には、1つのステップ内において、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)が複数回印加される。なお、図14においては、各々のステップにおいてソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回ずつ印加した場合の例を示している。 When writing information to the memory cell transistor MT, the pulsed voltage V pulse (1) is repeatedly applied to the source line SL until the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds each determination level. If the threshold voltage of the memory cell transistor MT does not exceed a predetermined determination level only by applying the pulse voltage V pulse (1) once to the source line SL, the source line SL is applied to the source line SL within one step. The pulsed voltage V pulse (1) is applied a plurality of times. FIG. 14 shows an example in which a pulsed voltage V pulse (1) is applied to the source line SL once in each step.
書き込みの第2のステップ以降においてソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)は、5.5Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)を適宜設定すればよい。 The voltages V pulse (2) and V pulse (3) applied to the source line SL after the second step of writing are not limited to 5.5V. The voltages V pulse (2) and V pulse (3) to be applied to the source line SL may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the unselected memory cells MC.
また、書き込みの第3のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)は、書き込みの第2のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)と等しくてもよいし、電圧Vpulse(2)と異なっていてもよい。ただし、書き込みの第3のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)は、書き込みの第1のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)より低く設定することが好ましい。 Further, the voltage V pulse (3) applied to the source line SL in the third step of writing may be equal to the voltage V pulse (2) applied to the source line SL in the second step of writing. It may be different from V pulse (2) . However, the voltage V pulse (3) applied to the source line SL in the third step of writing is preferably set lower than the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing.
第1のステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさは、第2のステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)の大きさより大きく設定される。 The magnitude of the pulse voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is equal to the pulse voltage V pulse (2) , V pulse ( 2) applied to the source line SL in the second step and thereafter. It is set larger than the size of 3) .
なお、ウェル26の電位は常に0V(接地)とする。 The potential of the well 26 is always 0 V (ground).
このように、本実施形態では、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさを、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)の大きさより大きくする。 Thus, in the present embodiment, the magnitude of the pulse voltage V pulse applied to the source line SL (1) in a first step, a pulsed voltage V pulse applied to the source line SL in the second and subsequent step (2) It is made larger than the size of V pulse (3) .
書き込みの第1ステップにおいては、第1のワード線WL1の電圧Vstep(1)は例えば3Vとなる(図14参照)。閾値電圧が例えば−4VのメモリセルトランジスタMTに対して、第1ステップの書き込みを行う際には、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODは7Vとなる。ソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を5.8Vとした場合において、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODが7Vである場合には、閾値電圧のシフト量ΔVthは4V程度となる(図4(b)参照)。ソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を5.8Vとした場合のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧のシフト量は、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を5.75Vとした場合のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧のシフト量とほぼ同等だからである。従って、この場合には、第1ステップの書き込みにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧を0Vにまで上昇させることができる。第1の判定レベルが例えば−0.5Vである場合には、5.8Vのパルス状の電圧Vpulse(1)をソース線SLに1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第1の判定レベルを超える。 In the first writing step, the voltage V step (1) of the first word line WL1 is, for example, 3 V (see FIG. 14). When writing in the first step to the memory cell transistor MT having a threshold voltage of −4V, for example, the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 7V. When the voltage V pulse (1) applied to the source line SL is 5.8 V, and the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 7 V, the threshold voltage shift amount ΔV th is about 4 V. (See FIG. 4B). When the voltage V pulse (1) applied to the source line SL is 5.8 V, the threshold voltage shift amount of the memory cell transistor MT is set to 5.75 V for the voltage V pulse (1) applied to the source line SL. This is because the threshold voltage shift amount of the memory cell transistor MT in this case is almost the same. Therefore, in this case, the threshold voltage of the memory cell transistor MT can be raised to 0 V by applying the pulse voltage V pulse (1) once to the source line SL in the first step writing. it can. When the first determination level is −0.5 V, for example, the threshold voltage of the memory cell transistor MT can be obtained by applying the pulse voltage V pulse (1) of 5.8 V once to the source line SL. The first determination level is exceeded.
なお、書き込み前におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が例えば−4.5V程度と著しく低い場合には、ソース線SLに5.75Vのパルス状の電圧Vpulse(1)を1回印加しただけでは、第1の判定レベルを超えないこともあり得る。 In addition, when the threshold voltage of the memory cell transistor MT before writing is remarkably low, for example, about −4.5 V, the pulse voltage V pulse (1) of 5.75 V is simply applied once to the source line SL. The first determination level may not be exceeded.
しかし、5.8Vのパルス状の電圧Vpulse(1)をソース線SLに例えば2回印加すれば、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第1の判定レベルを超える。 However, if the pulse voltage V pulse (1) of 5.8 V is applied to the source line SL, for example, twice, the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the first determination level.
従って、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が例えば−4.5V程度と極めて低い場合であっても、特段の問題は生じない。 Therefore, even if the threshold voltage of the memory cell transistor MT is as low as about −4.5 V, for example, no particular problem occurs.
なお、第1のステップにおいては、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)が比較的低いため、ソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)が比較的高いにもかかわらず、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることはない。 In the first step, since the voltage V step (1) applied to the first word line WL1 is relatively low, the pulsed voltage V pulse (1) applied to the source line SL is relatively high. Nevertheless, no erroneous writing occurs in the non-selected memory cell MC.
書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)を例えば5.5Vとする。書き込みの第2ステップにおいては、第1のワード線WL1には例えば4.5Vの電圧Vstep(2)が印加される(図14参照)。閾値電圧が0Vにまで上昇したメモリセルトランジスタMTに対して、第2ステップの書き込みを行う際には、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODは4.5Vとなる。ソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)を5.5Vとした場合において、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODが4.5Vである場合には、図4(b)から分かるように、閾値電圧のシフト量ΔVthは2V程度となる。従って、この場合には、第2ステップの書き込みにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(2)を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧Vthが2Vにまで上昇する。第2の判定レベルが例えば1Vである場合には、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(2)を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第2の判定レベルを超える。 In the second step of writing, the voltage V pulse (2) applied to the source line SL is set to, for example, 5.5V. In the second step of writing, for example, a voltage V step (2) of 4.5 V is applied to the first word line WL1 (see FIG. 14). When writing in the second step to the memory cell transistor MT whose threshold voltage has increased to 0V, the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 4.5V. When the voltage V pulse (2) applied to the source line SL is 5.5 V and the difference V OD between the control gate voltage and the threshold voltage is 4.5 V, it can be seen from FIG. In addition, the threshold voltage shift amount ΔV th is about 2V. Therefore, in this case, the threshold voltage Vth of the memory cell transistor MT rises to 2V just by applying the pulsed voltage Vpulse (2) once to the source line SL in the second step writing. . When the second determination level is 1 V, for example, the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the second determination level just by applying the pulse voltage V pulse (2) once to the source line SL. .
なお、書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)が例えば5.5Vと比較的低いため、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることもない。 In the second step of writing, the voltage V pulse (2) applied to the source line SL is relatively low, for example, 5.5 V, so that no erroneous writing occurs in the non-selected memory cells MC.
書き込みの第3ステップにおいても、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)を例えば5.5Vとする。書き込みの第3ステップにおいては、第1のワード線WL1には例えば6Vの電圧Vstep(3)が印加される(図14参照)。閾値電圧が2Vにまで上昇したメモリセルトランジスタMTに対して、第3ステップの書き込みを行う際には、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODは4Vとなる。ソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)を5.5Vとした場合において、コントロールゲート電圧と閾値電圧との差VODが4Vである場合には、図4(b)から分かるように、閾値電圧のシフト量ΔVthは1.7V程度となる。この場合には、第3ステップの書き込みにおいて、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(3)を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧Vthが例えば3.7Vにまで上昇する。第3の判定レベルが例えば2.5Vである場合には、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(3)を1回印加しただけで、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧は第3の判定レベルを超える。
Also in the third step of writing, the voltage V pulse (3) applied to the source line SL is set to 5.5 V, for example. In the third step of writing, for example, a
書き込みの第3ステップにおいても、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)が比較的低いため、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることはない。 Even in the third step of writing, since the voltage V pulse (3) applied to the source line SL is relatively low, no erroneous writing occurs in the non-selected memory cells MC.
このように、本実施形態では、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさを、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)の大きさより高く設定する。即ち、本実施形態では、書き込みの第1のステップにおいては、第1の電圧Vstep(1)を第1のワード線WL1に印加しながら、ソース線SLに第2の電圧Vpulse(1)をパルス状に印加する。そして、書き込みの第2のステップにおいては、第1の電圧Vstep(1)より高い第3の電圧Vstep(2)を第1のワード線WL1に選択的に印加しながら、ソース線SLに第2の電圧Vpulse(1)より低い第4の電圧Vpulse(2)をパルス状に印加する。そして、書き込みの第3のステップにおいては、第3の電圧Vstep(2)より高い第5の電圧Vstep(3)を第1のワード線WL1に選択的に印加しながら、ソース線SLに第2の電圧Vpulse(1)より低い第6の電圧Vpulse(3)を印加する。閾値電圧が著しく低いメモリセルトランジスタMTの閾値電圧を第1の判定レベルまで急激に上昇させることが必要となるのは、書き込みの第1ステップである。一方、書き込みの第1ステップにおいては、第1のワード線WL1の電位Vstep(1)が比較的低いため、ソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)を比較的高く設定しても、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることもない。第1ステップの書き込みにおいてメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第1の判定レベルを超えるため、書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)を高めに設定する必要はない。書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)が比較的低いため、非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みが生じることはない。従って、本実施形態によれば、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることが可能となる。 Thus, in the present embodiment, the magnitude of the pulse voltage V pulse applied to the source line SL (1) in a first step, a pulsed voltage V pulse applied to the source line SL in the second and subsequent step (2) Set higher than the magnitude of V pulse (3) . That is, in the present embodiment, in the first step of writing, the second voltage V pulse (1) is applied to the source line SL while applying the first voltage V step (1) to the first word line WL1. Is applied in pulses. In the second step of writing, the third voltage V step (2) higher than the first voltage V step (1) is selectively applied to the first word line WL1, while being applied to the source line SL. A fourth voltage V pulse (2) lower than the second voltage V pulse (1) is applied in a pulse shape. In the third step of writing, the fifth voltage V step (3) higher than the third voltage V step (2) is selectively applied to the first word line WL1, and the source line SL is applied. A sixth voltage V pulse (3) lower than the second voltage V pulse (1 ) is applied. In the first step of writing, it is necessary to rapidly increase the threshold voltage of the memory cell transistor MT having a significantly low threshold voltage to the first determination level. On the other hand, in the first step of writing, since the potential V step (1) of the first word line WL1 is relatively low, the pulse voltage V pulse (1) applied to the source line SL is set to be relatively high. However, no erroneous writing occurs in the non-selected memory cells MC. Since the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the first determination level in the first step writing, the pulsed voltages V pulse (2) and V pulse applied to the source line SL in the second and subsequent steps of the writing. (3) need not be set higher. In the second and subsequent steps of writing, since the pulse voltages V pulse (2) and V pulse (3) applied to the source line SL are relatively low, erroneous writing to the non-selected memory cells MC does not occur. . Therefore, according to the present embodiment, it is possible to miniaturize the nonvolatile semiconductor memory device without causing a write speed delay or a write failure.
(読み出し方法)
まず、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の読み出し方法について図13を用いて説明する。
(Reading method)
First, the read method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
メモリセルアレイ10に書き込まれた情報を読み出す際には、各部の電位を以下のように設定する。
When reading the information written in the
即ち、選択すべきメモリセルMCに接続されているビット線BLの電位をVCCとする。一方、選択されたビット線以外のビット線BLの電位を0Vとする。ソース線SLの電位は、いずれも0Vとする。第1のワード線WL1の電位は、読み出し待機時において、いずれも常時VCCとする。選択すべきメモリセルMCに接続されている第2のワード線WL2の電位をVCCとする。一方、選択された第2のワード線WL2以外の第2のワード線WL2の電位を0Vとする。ウェル26の電位はいずれも0Vとする。
That is, the potential of the bit line BL connected to the memory cell MC to be selected is set to VCC . On the other hand, the potentials of the bit lines BL other than the selected bit line are set to 0V. The potentials of the source lines SL are all 0V. Potential of the first word line WL1 is in a read operation standby, both of which always V CC. The potential of the second word line WL2 is connected to the memory cell MC to be selected to V CC. On the other hand, the potentials of the second word lines WL2 other than the selected second word line WL2 are set to 0V. The potentials of the
ソース線SLの電位が読み出し待機時において0Vに設定されており、第1のワード線WL1の電位が読み出し待機時において常時VCCに設定されているため、ビット線BLの電位と第2のワード線WL2の電位とを制御するだけで、情報の読み出しを行い得る。 Since the potential of the source line SL is set to 0V during the read standby and the potential of the first word line WL1 is always set to VCC during the read standby, the potential of the bit line BL and the second word Information can be read only by controlling the potential of the line WL2.
本実施形態では、ビット線BLの電位を制御する列デコーダ12が低電圧回路により形成されているため、ビット線BLが高速で制御される。また、第2のワード線WL2の電位を制御する第2の行デコーダ16が低電圧回路により形成されているため、第2のワード線WL2が高速で制御される。このため、本実施形態によれば、メモリセルトランジスタMTに書き込まれた情報を高速で読み出すことができる。
In this embodiment, since the column decoder 12 that controls the potential of the bit line BL is formed by a low voltage circuit, the bit line BL is controlled at high speed. In addition, since the
メモリセルトランジスタMTに情報が書き込まれている場合、即ち、メモリセルトランジスタMTの情報が0”の場合には、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート30aに電荷が蓄積されている。この場合には、メモリセルトランジスタMTのソース拡散層36aと選択トランジスタSTのドレイン拡散層36cとの間に電流が流れず、選択された一のビット線BLには電流が流れない。この場合には、メモリセルトランジスタMTの情報は“0”であると判断される。
When information is written in the memory cell transistor MT, that is, when the information in the memory cell transistor MT is 0 ″, charges are accumulated in the floating
一方、メモリセルトランジスタMTに書き込まれた情報が消去されている場合、即ち、メモリセルの情報が“1”の場合には、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート30aに電荷が蓄積されていない。この場合には、メモリセルトランジスタMTのソース拡散層36aと選択トランジスタSTのドレイン拡散層36cとの間に電流が流れ、選択された一のビット線BLに電流が流れる。選択された一のビット線BLに流れる電流は、センスアンプ13により検出される。この場合には、メモリセルトランジスタMTの情報が“1”であると判断される。
On the other hand, when the information written in the memory cell transistor MT is erased, that is, when the information of the memory cell is “1”, no charge is accumulated in the floating
(消去方法)
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の消去方法について図13を用いて説明する。
(Erase method)
Next, the erasing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
メモリセルアレイ10に書き込まれた情報を消去する際には、各部の電位を以下のように設定する。
When erasing information written in the
即ち、ビット線BLの電位はいずれもフローティングとする。ソース線SLの電位はいずれもフローティングとする。第1のワード線WL1の電位は、いずれも例えば−9Vとする。第2のワード線WL2の電位は、いずれもフローティングとする。ウェル26の電位は、いずれも例えば+9Vとする。 That is, the potentials of the bit lines BL are all floating. The potentials of the source lines SL are all floating. The potential of the first word line WL1 is set to −9 V, for example. The potential of the second word line WL2 is all floating. The potential of the well 26 is, for example, + 9V.
各部の電位を上記のように設定すると、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート30aから電荷が引き抜かれる。これにより、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート30aに電荷が蓄積されていない状態となり、メモリセルトランジスタMTの情報が消去されることとなる。
When the potential of each part is set as described above, charges are extracted from the floating
(不揮発性半導体記憶装置の製造方法)
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を図15乃至図30を用いて説明する。図15乃至図30は、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す工程断面図である。
(Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device)
Next, the method for fabricating the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. 15 to 30 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment.
図15(a)、図16(a)、図17(a)、図18(a)、図19(a)、図20(a)、図21(a)、図22(a)、図23(a)及び図24(a)、図25、図27及び図29は、メモリセルアレイ領域(コア領域)2を示している。図15(a)、図16(a)、図17(a)、図18(a)、図19(a)、図20(a)、図21(a)、図22(a)、図23(a)及び図24(a)、図25、図27及び図29の紙面左側の図は、図9のC−C′断面に対応している。図15(a)、図16(a)、図17(a)、図18(a)、図19(a)、図20(a)、図21(a)、図22(a)、図23(a)及び図24(a)、図25、図27及び図29の紙面右側の図は、図9のA−A′断面に対応している。 15 (a), 16 (a), 17 (a), 18 (a), 19 (a), 20 (a), 21 (a), 22 (a), and 23. FIGS. 24A, 24A, 25, 27, and 29 show the memory cell array region (core region) 2. FIG. 15 (a), 16 (a), 17 (a), 18 (a), 19 (a), 20 (a), 21 (a), 22 (a), and 23. FIGS. 24A, 24 </ b> A, 25, 27, and 29 correspond to the CC ′ cross section of FIG. 9. 15 (a), 16 (a), 17 (a), 18 (a), 19 (a), 20 (a), 21 (a), 22 (a), and 23. FIGS. 24A, 24A, 25, 27 and 29 on the right side of the drawing correspond to the AA ′ cross section of FIG.
図15(b)、図16(b)、図17(b)、図18(b)、図19(b)、図20(b)、図21(b)、図22(b)、図23(b)及び図24(b)、図26、図28及び図30は、周辺回路領域4を示している。図15(b)、図16(b)、図17(b)、図18(b)、図19(b)、図20(b)、図21(b)、図22(b)、図23(b)及び図24(b)、図26、図28及び図30の紙面左側は、高耐圧トランジスタが形成される領域6を示している。高耐圧トランジスタが形成される領域6のうちの紙面左側は高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nを示している。高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nの紙面右側は、高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域6Pを示している。高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域6Pの紙面右側は、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nを示している。
15 (b), FIG. 16 (b), FIG. 17 (b), FIG. 18 (b), FIG. 19 (b), FIG. 20 (b), FIG. 21 (b), FIG. 22 (b), FIG. FIGS. 24B, 24 </ b> B, 26, 28, and 30 illustrate the
図15(b)、図16(b)、図17(b)、図18(b)、図19(b)、図20(b)、図21(b)、図22(b)、図23(b)及び図24(b)、図26、図28及び図30の紙面右側は、低電圧トランジスタが形成される領域8を示している。低電圧トランジスタが形成される領域8のうちの紙面左側は低電圧Nチャネルトランジスタが形成される領域8Nを示しており、低電圧トランジスタが形成される領域8のうちの紙面右側は低電圧Pチャネルトランジスタが形成される領域8Pを示している。
15 (b), FIG. 16 (b), FIG. 17 (b), FIG. 18 (b), FIG. 19 (b), FIG. 20 (b), FIG. 21 (b), FIG. 22 (b), FIG. The right side of FIG. 24B, FIG. 24B, FIG. 26, FIG. 28, and FIG. 30 shows the
まず、半導体基板20を用意する。かかる半導体基板20としては、例えばP型のシリコン基板を用意する。
First, the
次に、全面に、例えば熱酸化法により、膜厚15nmの熱酸化膜64を形成する。
Next, a 15 nm-thickness
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚150nmのシリコン窒化膜66を形成する。
Next, a
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by, eg, spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、シリコン窒化膜66をパターニングするためのものである。
Next, an opening (not shown) is formed in the photoresist film using a photolithography technique. The opening is for patterning the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、シリコン窒化膜66をパターニングする。これにより、シリコン窒化膜より成るハードマスク66が形成される。
Next, the
次に、ドライエッチングにより、ハードマスク66をマスクとして、半導体基板20をエッチングする。これにより、半導体基板20に溝68が形成される(図15参照)。半導体基板20に形成する溝68の深さは、半導体基板20の表面から例えば400nmとする。
Next, the
次に、熱酸化法により、半導体基板20のうちの露出している部分を酸化する。これにより、半導体基板20のうちの露出している部分にシリコン酸化膜(図示せず)が形成される。
Next, the exposed portion of the
次に、図16に示すように、全面に、高密度プラズマCVD法により、膜厚700nmのシリコン酸化膜22を形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a 700 nm-thickness
次に、図17に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨)法により、シリコン窒化膜66の表面が露出するまでシリコン酸化膜22を研磨する。こうして、シリコン酸化膜より成る素子分離領域22が形成される。
Next, as shown in FIG. 17, the
次に、素子分離領域22を硬化させるための熱処理を行う。熱処理条件は、例えば窒素雰囲気中で900℃、30分とする。
Next, a heat treatment for curing the
次に、ウエットエッチングにより、シリコン窒化膜66を除去する。
Next, the
次に、図18に示すように、熱酸化法により、半導体基板20の表面に犠牲酸化膜69を成長する。
Next, as shown in FIG. 18, a
次に、図19に示すように、メモリセルアレイ領域2に、N型のドーパント不純物を深く注入することにより、N型の埋め込み拡散層24を形成する。この際、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nにも、N型のドーパント不純物を深く注入することにより、N型の埋め込み拡散層24を形成する。また、メモリセルアレイ領域2に、埋め込み拡散層24よりも浅くP型のドーパント不純物を注入することにより、P型のウェル26を形成する。また、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nに、埋め込み拡散層24よりも浅くP型のドーパント不純物を注入することにより、P型のウェル72Pを形成する。
Next, as shown in FIG. 19, an N type buried
次に、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nに、N型の拡散層70を枠状に形成する。かかる枠状の拡散層70は、半導体基板20の表面から埋め込み拡散層24の周縁部に至るように形成する。P型のウェル72Pは、埋め込み拡散層24と拡散層70とにより囲まれた状態となる。また、図示しないが、メモリセルアレイ領域2のP型のウェル26も、埋め込み拡散層24と枠状の拡散層70により囲まれた状態となる。
Next, an N-
次に、高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域6Pに、N型のドーパント不純物を導入することにより、N型のウェル72Nを形成する。
Next, an N-
次に、メモリセルアレイ領域2に、チャネルドーピングを行う(図示せず)。 Next, channel doping is performed on the memory cell array region 2 (not shown).
次に、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nと、高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域6Pとに、チャネルドーピングを行う(図示せず)。
Next, channel doping is performed on the
次に、半導体基板20の表面に存在する犠牲酸化膜69をエッチング除去する。
Next, the
次に、全面に、熱酸化法により、膜厚10nmのトンネル絶縁膜28を形成する。
Next, a
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚90nmのポリシリコン膜30を形成する。かかるポリシリコン膜30としては、不純物がドープされたポリシリコン膜を形成する。
Next, a
次に、周辺回路領域4に存在するポリシリコン膜30をエッチング除去する。
Next, the
次に、全面に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを順次積層して成る絶縁膜(ONO膜)32を形成する。かかる絶縁膜32は、フローティングゲート30aとコントロールゲート34aとを絶縁するためのものである。
Next, an insulating film (ONO film) 32 formed by sequentially laminating a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film is formed on the entire surface. The insulating
次に、図20に示すように、低電圧Nチャネルトランジスタが形成される領域8Nに、P型のドーパント不純物を導入することにより、P型のウェル74Pを形成する。
Next, as shown in FIG. 20, a P-
次に、低電圧Pチャネルトランジスタが形成される領域8Pに、N型のドーパント不純物を導入することにより、N型のウェル74Nを形成する。
Next, an N-
次に、低電圧Nチャネルトランジスタが形成される領域8Nと、低電圧Pチャネルトランジスタが形成される領域8Pとに、チャネルドーピングを行う(図示せず)。
Next, channel doping is performed on the
次に、周辺回路領域4に存在する絶縁膜(ONO膜)32をエッチング除去する。
Next, the insulating film (ONO film) 32 present in the
次に、全面に、熱酸化法により、例えば膜厚15nmのゲート絶縁膜76を形成する。
Next, a
次に、ウエットエッチングにより、低電圧トランジスタが形成される領域8に存在するゲート絶縁膜76を除去する。
Next, the
次に、全面に、熱酸化法により、例えば膜厚3nmのゲート絶縁膜78を形成する。これにより、低電圧トランジスタが形成される領域8においては、例えば膜厚3nmのゲート絶縁膜が形成される。一方、高耐圧トランジスタが形成される領域6においては、ゲート絶縁膜76の膜厚は例えば16nm程度となる。
Next, a
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚180nmのポリシリコン膜34を形成する。
Next, a
次に、全面に、反射防止膜80を形成する。
Next, an
次に、図21に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、反射防止膜80、ポリシリコン膜34、絶縁膜32及びポリシリコン膜30をドライエッチングする。これにより、ポリシリコンより成るフローティングゲート30aと、ポリシリコンより成るコントロールゲート34aとを有する積層体が、メモリセルアレイ領域2内に形成される。また、ポリシリコンより成るセレクトゲート30bと、ポリシリコン膜34bとを有する積層体がメモリセルアレイ領域2内に形成される。
Next, as shown in FIG. 21, the
次に、配線(第1金属配線)46とセレクトゲート30bとを接続すべき領域において、ポリシリコン膜34bをエッチング除去する(図示せず)。
Next, the
次に、図22に示すように、熱酸化法により、フローティングゲート30aの側壁部分、コントロールゲート34aの側壁部分、セレクトゲート30bの側壁部分及びポリシリコン膜34bの側壁部分に、シリコン酸化膜(図示せず)を形成する。
Next, as shown in FIG. 22, a silicon oxide film (FIG. 22) is formed on the sidewall portion of the floating
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、メモリセルアレイ領域2を露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, an opening (not shown) that exposes the memory
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、フローティングゲート30aの両側の半導体基板20内、及び、セレクトゲート30bの両側の半導体基板20内に、不純物拡散層36a〜36cが形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, N-type dopant impurities are introduced into the
こうして、フローティングゲート30aとコントロールゲート34aとソース/ドレイン拡散層36a、36bとを有するメモリセルトランジスタMTが形成される。また、コントロールゲート30bとソース/ドレイン拡散層36b、36cとを有する選択トランジスタSTが形成される。
Thus, the memory cell transistor MT having the floating
次に、熱酸化法により、フローティングゲート30aの側壁部分、コントロールゲート34bの側壁部分、セレクトゲート30bの側壁部分及びポリシリコン膜34bの側壁部分に、シリコン酸化膜82を形成する。
Next, a
次に、例えばCVD法により、膜厚50nmのシリコン窒化膜84を形成する。
Next, a 50 nm-thickness
次に、ドライエッチングにより、シリコン窒化膜84を異方性エッチングすることにより、シリコン窒化膜より成るサイドウォール絶縁膜84を形成する。この際、反射防止膜80がエッチング除去されることとなる。
Next, by performing anisotropic etching on the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、高耐圧トランジスタが形成される領域6と低電圧トランジスタが形成される領域8のポリシリコン膜34をパターニングする。これにより、ポリシリコン膜34より成る高耐圧トランジスタのゲート電極34cが形成される。また、ポリシリコン34より成る低電圧トランジスタのゲート電極34dが形成される。
Next, the photolithography technique is used to pattern the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、高耐圧Nチャネルトランジスタのゲート電極34cの両側の半導体基板20内に、N型の低濃度拡散層86が形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, N-type dopant impurities are introduced into the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域6Pを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、高耐圧Pチャネルトランジスタのゲート電極34cの両側の半導体基板20内に、P型の低濃度拡散層88が形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, a P-type dopant impurity is introduced into the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、低電圧Nチャネルトランジスタが形成される領域8Nを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、低電圧Nチャネルトランジスタのゲート電極34dの両側の半導体基板20内に、N型の低濃度拡散層90が形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, N-type dopant impurities are introduced into the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、低電圧Pチャネルトランジスタが形成される領域8Pを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、低電圧Pチャネルトランジスタのゲート電極34dの両側の半導体基板20内に、P型の低濃度拡散層92が形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, a P-type dopant impurity is introduced into the
次に、例えばCVD法により、膜厚100nmのシリコン酸化膜93を形成する。
Next, a 100 nm-thickness
次に、ドライエッチングにより、シリコン酸化膜93を異方性エッチングする。これにより、フローティングゲート30aとコントロールゲート34aとを有する積層体の側壁部分に、シリコン酸化膜より成るサイドウォール絶縁膜93が形成される(図23参照)。また、セレクトゲート30bとポリシリコン膜34bとを有する積層体の側壁部分に、シリコン酸化膜より成るサイドウォール絶縁膜93が形成される。また、ゲート電極34cの側壁部分にシリコン酸化膜より成るサイドウォール絶縁膜93が形成される。また、ゲート電極34dの側壁部分にシリコン酸化膜より成るサイドウォール絶縁膜93が形成される。
Next, the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域6Nを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、高耐圧Nチャネルトランジスタのゲート電極34cの両側の半導体基板20内に、N型の高濃度拡散層94が形成される。N型の低濃度拡散層86とN型の高濃度拡散層94とにより、LDD構造のN型のソース/ドレイン拡散層96が形成される。こうして、ゲート電極34cとソース/ドレイン拡散層96とを有する高耐圧Nチャネルトランジスタ110Nが形成される。高耐圧Nチャネルトランジスタ110Nは、高電圧回路(高耐圧回路)に用いられる。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, N-type dopant impurities are introduced into the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域6Pを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、高耐圧Pチャネルトランジスタのゲート電極34cの両側の半導体基板20内に、P型の高濃度拡散層98が形成される。P型の低濃度拡散層88とP型の高濃度拡散層98とにより、LDD構造のP型のソース/ドレイン拡散層100が形成される。こうして、ゲート電極34cとソース/ドレイン拡散層100とを有する高耐圧Pチャネルトランジスタ110Pが形成される。高耐圧Pチャネルトランジスタ110Pは、高電圧回路(高耐圧回路)に用いられる。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, a P-type dopant impurity is introduced into the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、低電圧Nチャネルトランジスタが形成される領域8Nを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, using a photolithography technique, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、N型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、低電圧Nチャネルトランジスタのゲート電極34dの両側の半導体基板20内に、N型の高濃度拡散層102が形成される。N型の低濃度拡散層90とN型の高濃度拡散層102とにより、LDD構造のN型のソース/ドレイン拡散層104が形成される。こうして、ゲート電極34dとソース/ドレイン拡散層104とを有する低電圧Nチャネルトランジスタ112Nが形成される。低電圧Nチャネルトランジスタ112Nは、低電圧回路に用いられる。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, N-type dopant impurities are introduced into the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface by spin coating.
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、低電圧Pチャネルトランジスタが形成される領域8Pを露出する開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, an opening (not shown) exposing the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、P型のドーパント不純物を半導体基板20内に導入する。これにより、低電圧Pチャネルトランジスタのゲート電極34dの両側の半導体基板20内に、P型の高濃度拡散層106が形成される。P型の低濃度拡散層92とP型の高濃度拡散層106とにより、LDD構造のP型のソース/ドレイン拡散層108が形成される。こうして、ゲート電極34dとソース/ドレイン拡散層108とを有する低電圧Pチャネルトランジスタ112Pが形成される。低電圧Pチャネルトランジスタ112Pは、低電圧回路に用いられる。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
Next, a P-type dopant impurity is introduced into the
次に、例えばスパッタリング法により、全面に、膜厚10nmのコバルト膜を形成する。 Next, a cobalt film having a thickness of 10 nm is formed on the entire surface by, eg, sputtering.
次に、熱処理を行うことにより、半導体基板20の表面のシリコン原子とコバルト膜中のコバルト原子とを反応させる。また、コントロールゲート34cの表面のシリコン原子とコバルト膜中のコバルト原子とを反応させる。また、ポリシリコン膜34dの表面のシリコン原子とコバルト膜中のコバルト原子とを反応させる。また、ゲート電極34c、34dの表面のシリコン原子とコバルト膜中のコバルト原子とを反応させる。こうして、ソース/ドレイン拡散層36a、36c上にコバルトシリサイド膜38a、38bが形成される(図24参照)。また、コントロールゲート34a上にコバルトシリサイド膜38cが形成される。また、ポリシリコン膜34b上にコバルトシリサイド膜38dが形成される。また、ソース/ドレイン拡散層96、100、104、108上にコバルトシリサイド膜38eが形成される。また、ゲート電極34c、34d上にコバルトシリサイド膜38fが形成される。
Next, heat treatment is performed to react silicon atoms on the surface of the
次に、未反応のコバルト膜をエッチング除去する。 Next, the unreacted cobalt film is removed by etching.
選択トランジスタSTのドレイン拡散層36c上に形成されたコバルトシリサイド膜38bは、ドレイン電極として機能する。
The
メモリセルトランジスタMTのソース拡散層36a上に形成されたコバルトシリサイド膜38aは、ソース電極として機能する。
The
高耐圧トランジスタ110N、110Pのソース/ドレイン拡散層96、100上に形成されたコバルトシリサイド膜38eは、ソース/ドレイン電極として機能する。
The
低電圧トランジスタ112N、112Pのソース/ドレイン拡散層104、108上に形成されたコバルトシリサイド膜38eは、ソース/ドレイン電極として機能する。
The
次に、図25及び図26に示すように、全面に、例えばCVD法により、膜厚100nmのシリコン窒化膜114を形成する。シリコン窒化膜114は、エッチングストッパとして機能するものである。
Next, as shown in FIGS. 25 and 26, a 100 nm-thickness
次に、全面に、CVD法により、膜厚1.6μmのシリコン酸化膜116を形成する。こうして、シリコン窒化膜114とシリコン酸化膜116とから成る層間絶縁膜40が形成される。
Next, a 1.6 μm-thickness
次に、CMP法により、層間絶縁膜40の表面を平坦化する。
Next, the surface of the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース/ドレイン電極38a、38bに達するコンタクトホール42、コバルトシリサイド膜38eに達するコンタクトホール42、及び、コバルトシリサイド膜38fに達するコンタクトホール42を形成する(図27、図28参照)。
Next, a
次に、全面に、スパッタリング法により、Ti膜とTiN膜とから成るバリア層(図示せず)を全面に形成する。 Next, a barrier layer (not shown) composed of a Ti film and a TiN film is formed on the entire surface by sputtering.
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚300nmのタングステン膜44を形成する。
Next, a 300 nm-
次に、CMP法により、層間絶縁膜40の表面が露出するまでタングステン膜44及びバリア膜を研磨する。こうして、コンタクトホール42内に、例えばタングステンより成る導体プラグ44が埋め込まれる。
Next, the
次に、例えばスパッタリング法により、導体プラグ44が埋め込まれた層間絶縁膜40上に、Ti膜、TiN膜、Al膜、Ti膜及びTiN膜を順次積層して成る積層膜46を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜46をパターニングする。これにより、積層膜より成る配線(第1金属配線層)46が形成される。
Next, the
次に、図29及び図30に示すように、例えば高密度プラズマCVD法により、膜厚700nmのシリコン酸化膜118を形成する。
Next, as shown in FIGS. 29 and 30, a 700 nm-thickness
次に、TEOSCVD法により、シリコン酸化膜120を形成する。シリコン酸化膜118とシリコン酸化膜120とにより層間絶縁膜48が形成される。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、配線46に達するコンタクトホール50を層間絶縁膜48に形成する。
Next, a
次に、全面に、スパッタリング法により、Ti膜とTiN膜とから成るバリア層(図示せず)を全面に形成する。 Next, a barrier layer (not shown) composed of a Ti film and a TiN film is formed on the entire surface by sputtering.
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚300nmのタングステン膜52を形成する。
Next, a 300 nm-
次に、CMP法により、層間絶縁膜48の表面が露出するまでタングステン膜52及びバリア膜を研磨する。こうして、コンタクトホール50内に、例えばタングステンより成る導体プラグ52が埋め込まれる。
Next, the
次に、例えばスパッタリング法により、導体プラグ52が埋め込まれた層間絶縁膜48上に、Ti膜、TiN膜、Al膜、Ti膜及びTiN膜を順次積層して成る積層膜54を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜54をパターニングする。これにより、積層膜より成る配線(第2金属配線層)54が形成される。
Next, the
次に、例えば高密度プラズマCVD法により、シリコン酸化膜122を形成する。
Next, a
次に、TEOSCVD法により、シリコン酸化膜124を形成する。シリコン酸化膜122とシリコン酸化膜124とにより層間絶縁膜56が形成される。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、配線54に達するコンタクトホール58を層間絶縁膜56に形成する。
Next, a
次に、全面に、スパッタリング法により、Ti膜とTiN膜とから成るバリア層(図示せず)を全面に形成する。 Next, a barrier layer (not shown) composed of a Ti film and a TiN film is formed on the entire surface by sputtering.
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚300nmのタングステン膜60を形成する。
Next, a 300 nm-
次に、CMP法により、層間絶縁膜56の表面が露出するまでタングステン膜60及びバリア膜を研磨する。こうして、コンタクトホール58内に、例えばタングステンより成る導体プラグ60(図30参照)が埋め込まれる。
Next, the
次に、例えばスパッタリング法により、導体プラグ60が埋め込まれた層間絶縁膜56上に、積層膜62を形成する。
Next, the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜62をパターニングする。これにより、積層膜より成る配線(第3金属配線層)62が形成される。
Next, the
次に、例えば高密度プラズマCVD法により、シリコン酸化膜126を形成する。
Next, a
次に、TEOSCVD法により、シリコン酸化膜128を形成する。シリコン酸化膜126とシリコン酸化膜128とにより層間絶縁膜130が形成される。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、配線62に達するコンタクトホール132を層間絶縁膜130に形成する。
Next, a
次に、全面に、スパッタリング法により、Ti膜とTiN膜とから成るバリア層(図示せず)を全面に形成する。 Next, a barrier layer (not shown) composed of a Ti film and a TiN film is formed on the entire surface by sputtering.
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚300nmのタングステン膜134を形成する。
Next, a 300 nm-
次に、CMP法により、層間絶縁膜130の表面が露出するまでタングステン膜134及びバリア膜を研磨する。こうして、コンタクトホール132内に、例えばタングステンより成る導体プラグ(図示せず)134が埋め込まれる。
Next, the
次に、例えばスパッタリング法により、導体プラグ134が埋め込まれた層間絶縁膜130上に、積層膜136を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜136をパターニングする。これにより、積層膜より成る配線(第4金属配線層)136が形成される。
Next, the
次に、例えば高密度プラズマCVD法により、シリコン酸化膜138を形成する。
Next, a
次に、TEOSCVD法により、シリコン酸化膜140を形成する。シリコン酸化膜138とシリコン酸化膜140とにより層間絶縁膜142が形成される。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、配線136に達するコンタクトホール143を層間絶縁膜142に形成する。
Next, a contact hole 143 reaching the
次に、全面に、スパッタリング法により、Ti膜とTiN膜とから成るバリア層(図示せず)を全面に形成する。 Next, a barrier layer (not shown) composed of a Ti film and a TiN film is formed on the entire surface by sputtering.
次に、全面に、例えばCVD法により、膜厚300nmのタングステン膜146を形成する。
Next, a 300 nm-
次に、CMP法により、層間絶縁膜142の表面が露出するまでタングステン膜146及びバリア膜を研磨する。こうして、コンタクトホール143内に、例えばタングステンより成る導体プラグ144が埋め込まれる。
Next, the
次に、例えばスパッタリング法により、導体プラグ144が埋め込まれた層間絶縁膜142上に、積層膜145を形成する。
Next, the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜145をパターニングする。これにより、積層膜より成る配線(第5金属配線層)145が形成される。
Next, the
次に、例えば高密度プラズマCVD法により、シリコン酸化膜146を形成する。
Next, a
次に、プラズマCVD法により、膜厚1μmのシリコン窒化膜148を形成する。
Next, a
こうして本実施形態による不揮発性半導体記憶装置が製造される。 Thus, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment is manufactured.
このように、本実施形態では、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさが、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさより高く設定される。閾値電圧が著しく低いメモリセルトランジスタMTの閾値電圧を第1の判定レベルまで急激に上昇させることが必要となるのは、書き込みの第1ステップである。一方、書き込みの第1ステップにおいては、第1のワード線WL1の電位が比較的低いため、ソース線SLに印加するパルス状の電圧を比較的高く設定しても、非選択のメモリセルMCに対して誤書き込みが生じることもない。第1ステップの書き込みにおいてメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が第1の判定レベルを超えるため、書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線SLに印加するパルス状の電圧を比較的高く設定する必要はない。書き込みの第2ステップ以降においては、ソース線SLに印加するパルス状の電圧が比較的高く設定されないため、非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みが生じることはない。従って、本実施形態によれば、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることが可能となる。 As described above, in this embodiment, the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the first step is set higher than the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the second step and thereafter. . In the first step of writing, it is necessary to rapidly increase the threshold voltage of the memory cell transistor MT having a significantly low threshold voltage to the first determination level. On the other hand, in the first writing step, since the potential of the first word line WL1 is relatively low, even if the pulse voltage applied to the source line SL is set relatively high, the non-selected memory cell MC On the other hand, no erroneous writing occurs. Since the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds the first determination level in the first step writing, it is necessary to set the pulse voltage applied to the source line SL relatively high after the second step of writing. Absent. In the second and subsequent steps of writing, since the pulse voltage applied to the source line SL is not set to be relatively high, erroneous writing to non-selected memory cells MC does not occur. Therefore, according to the present embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device can be miniaturized without causing a delay in writing speed or a writing failure.
(変形例(その1))
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法の変形例(その1)について図31を用いて説明する。図31は本変形例による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示すタイムチャートである。
(Modification (Part 1))
Next, a modification (No. 1) of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 31 is a time chart showing a writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to this modification.
メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、各部の電位を以下のように設定する。 When writing information to the memory cell transistor MT, the potential of each part is set as follows.
即ち、メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、選択すべきメモリセルMCに接続されているビット線BLの電位を0Vとする。一方、選択されたビット線BL以外のビット線BLの電位をVCCとする。 That is, when writing information to the memory cell transistor MT, the potential of the bit line BL connected to the memory cell MC to be selected is set to 0V. On the other hand, the potentials of the bit lines BL other than the selected bit line BL are set to VCC .
また、選択すべきメモリセルに接続されている第2のワード線WL2の電位をVCCとする。一方、選択された第2のワード線WL2以外の第2のワード線WL2の電位を0V(接地)とする。 Further, the potential of the second word line WL2 is connected to the memory cell to be selected and V CC. On the other hand, the potentials of the second word lines WL2 other than the selected second word line WL2 are set to 0 V (ground).
また、選択すべきメモリセルMCに接続されている第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを徐々に上昇させる。ここでは、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを、例えば4段階で徐々に上昇させる。 Further, the voltage V step applied to the first word line WL1 connected to the memory cell MC to be selected is gradually increased. Here, the voltage V step applied to the first word line WL1 is gradually increased, for example, in four stages.
書き込みの第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)は、例えば1.0Vとする。なお、第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)は、1.0Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)を適宜設定すればよい。 The voltage V step (1) applied to the first word line WL1 in the first writing step is set to 1.0 V, for example. Note that the voltage Vstep (1) applied to the first word line WL1 in the first step is not limited to 1.0V. The voltage V step (1) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
書き込みの第2ステップにおいては、書き込みの第1のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)より高い電圧Vstep(2)を、第1のワード線WL1に印加する。書き込みの第2ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)は、例えば3.0Vとする。なお、書き込みの第2のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)は、3.0Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)を適宜設定すればよい。 In the second writing step, a voltage V step (2) higher than the voltage V step (1) applied to the first word line WL1 in the first writing step is applied to the first word line WL1. The voltage V step (2) applied to the first word line WL1 in the second step of writing is, for example, 3.0V. Note that the voltage Vstep (2) applied to the first word line WL1 in the second step of writing is not limited to 3.0V. The voltage V step (2) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
書き込みの第3ステップにおいては、書き込みの第2のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧より高い電圧Vstep(3)を、第1のワード線WL1に印加する。書き込みの第3ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(3)は、例えば4.5Vとする。なお、書き込みの第3のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(3)は、4.5Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(3)を適宜設定すればよい。 In the third step of writing, a voltage V step (3) higher than the voltage applied to the first word line WL1 in the second step of writing is applied to the first word line WL1. The voltage V step (3) applied to the first word line WL1 in the third step of writing is, for example, 4.5V. Note that the voltage V step (3) applied to the first word line WL1 in the third step of writing is not limited to 4.5V. The voltage V step (3) to be applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
書き込みの第4ステップにおいては、書き込みの第2のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧より高い電圧Vstep(4)を、第1のワード線WL1に印加する。書き込みの第4ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(4)は、例えば6.0Vとする。なお、書き込みの第4のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(4)は、6.0Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(4)を適宜設定すればよい。 In the fourth step of writing, a voltage V step (4) higher than the voltage applied to the first word line WL1 in the second step of writing is applied to the first word line WL1. The voltage V step (4) applied to the first word line WL1 in the fourth step of writing is set to 6.0 V, for example. Note that the voltage Vstep (4) applied to the first word line WL1 in the fourth step of writing is not limited to 6.0V. The voltage V step (4) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the unselected memory cells MC.
なお、選択された第1のワード線WL1以外の第1のワード線WL1の電位を、0V又はフローティングとする。 Note that the potentials of the first word lines WL1 other than the selected first word line WL1 are set to 0 V or floating.
また、選択すべきメモリセルMCに接続されているソース線SLに、パルス状に電圧Vpulseを印加する。書き込みの第1ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(1)を例えば5.8Vとする。書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(2)を例えば5.5Vとする。書き込みの第3ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(3)を例えば5.5Vとする。書き込みの第4ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(4)を例えば5.5Vとする。ソース線SLに印加する電圧Vpulseのパルス幅は、例えば5μsecとする。 Further, the voltage V pulse is applied in a pulse form to the source line SL connected to the memory cell MC to be selected. In the first writing step, the voltage V pulse (1) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to, for example, 5.8V. In the second writing step, the voltage V pulse (2) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to 5.5 V, for example. In the third step of writing, the voltage V pulse (3) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to, for example, 5.5V. In the fourth step of writing, the voltage V pulse (4) applied to the source line SL in a pulsed manner is set to 5.5 V, for example. The pulse width of the voltage V pulse applied to the source line SL is, for example, 5 μsec.
なお、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)は、5.8Vに限定されるものではない。書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、5.8Vより高く設定してもよいし、5.8Vより低く設定してもよい。例えば、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、図7と同様に、5.75Vとしてもよい。第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、少なくとも、第2ステップにおいてソース線SLに印加する電圧より高く設定すれば、第1のステップにおける書き込みの進行を促進させることが可能である。 Note that the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing is not limited to 5.8V. The voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing may be set higher than 5.8V or lower than 5.8V. For example, the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first writing step may be 5.75 V as in FIG. If the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is set at least higher than the voltage applied to the source line SL in the second step, the progress of writing in the first step can be promoted. Is possible.
メモリセルトランジスタMTに情報の書き込みを行う際には、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が各々の判定レベルを超えるまで、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を繰り返し印加する。ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回印加しただけでは、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所定の判定レベルを超えない場合には、1つのステップ内において、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)が複数回印加される。なお、図31においては、各々のステップにおいてソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回ずつ印加した場合の例を示している。 When writing information to the memory cell transistor MT, the pulsed voltage V pulse (1) is repeatedly applied to the source line SL until the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds each determination level. If the threshold voltage of the memory cell transistor MT does not exceed a predetermined determination level only by applying the pulse voltage V pulse (1) once to the source line SL, the source line SL is applied to the source line SL within one step. The pulsed voltage V pulse (1) is applied a plurality of times. FIG. 31 shows an example in which a pulsed voltage V pulse (1) is applied once to the source line SL in each step.
書き込みの第2のステップ以降においてソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)、Vpulse(4)は、5.5Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)、Vpulse(4)を適宜設定すればよい。 The voltages V pulse (2) , V pulse (3) , and V pulse (4) applied to the source line SL after the second step of writing are not limited to 5.5V. The voltages V pulse (2) , V pulse (3) , and V pulse (4) applied to the source line SL are appropriately set so that writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC. You only have to set it.
また、書き込みの第3のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)は、書き込みの第2のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)と等しくてもよいし、電圧Vpulse(2)と異なっていてもよい。ただし、書き込みの第3のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(3)は、書き込みの第1のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)より低く設定することが好ましい。 Further, the voltage V pulse (3) applied to the source line SL in the third step of writing may be equal to the voltage V pulse (2) applied to the source line SL in the second step of writing. It may be different from V pulse (2) . However, the voltage V pulse (3) applied to the source line SL in the third step of writing is preferably set lower than the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing.
また、第4のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(4)は、第2のステップや第3のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)と等しくてもよいし、電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)と異なっていてもよい。ただし、書き込みの第4のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(4)は、書き込みの第1のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)より低く設定することが好ましい。 In addition, the voltage V pulse (4) applied to the source line SL in the fourth step is equal to the voltages V pulse (2) and V pulse (3) applied to the source line SL in the second step and the third step. They may be equal or different from the voltages V pulse (2) and V pulse (3) . However, the voltage V pulse (4) applied to the source line SL in the fourth step of writing is preferably set lower than the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing.
上述したように、第1のステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさは、第2のステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)、Vpulse(4)の大きさより大きく設定される。 As described above, the magnitude of the pulse voltage V pulse applied to the source line SL in the first step (1), the pulse shaped voltage V pulse applied to the source line SL in the subsequent second step (2 ) , V pulse (3) , and V pulse (4) .
なお、ウェル26の電位は常に0V(接地)とする。 The potential of the well 26 is always 0 V (ground).
このように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを、4段階で徐々に上昇させるようにしてもよい。この場合にも、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさを、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)、Vpulse(3)、Vpulse(4)の大きさより大きく設定する。本変形例によっても、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることができる。 In this way, the voltage V step applied to the first word line WL1 may be gradually increased in four steps. Also in this case, the magnitude of the pulse-like voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is set to be equal to the pulse-like voltage V pulse (2) applied to the source line SL in the second step and thereafter. It is set larger than the magnitudes of V pulse (3) and V pulse (4) . Also according to the present modification, the nonvolatile semiconductor memory device can be miniaturized without causing a delay in writing speed or a writing failure.
(変形例(その2))
次に、本実施形態による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法の変形例(その2)について図32を用いて説明する。図32は本変形例による不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法を示すタイムチャートである。
(Modification (Part 2))
Next, a modification (No. 2) of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 32 is a time chart showing a writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present modification.
メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、各部の電位を以下のように設定する。 When writing information to the memory cell transistor MT, the potential of each part is set as follows.
即ち、メモリセルトランジスタMTに情報を書き込む際には、選択すべきメモリセルMCに接続されているビット線BLの電位を0Vとする。一方、選択されたビット線BL以外のビット線BLの電位をVCCとする。 That is, when writing information to the memory cell transistor MT, the potential of the bit line BL connected to the memory cell MC to be selected is set to 0V. On the other hand, the potentials of the bit lines BL other than the selected bit line BL are set to VCC .
また、選択すべきメモリセルに接続されている第2のワード線WL2の電位をVCCとする。一方、選択された第2のワード線WL2以外の第2のワード線WL2の電位を0V(接地)とする。 Further, the potential of the second word line WL2 is connected to the memory cell to be selected and V CC. On the other hand, the potentials of the second word lines WL2 other than the selected second word line WL2 are set to 0 V (ground).
また、選択すべきメモリセルMCに接続されている第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを徐々に上昇させる。ここでは、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを、例えば2段階で徐々に上昇させる。 Further, the voltage V step applied to the first word line WL1 connected to the memory cell MC to be selected is gradually increased. Here, the voltage V step applied to the first word line WL1 is gradually increased, for example, in two stages.
書き込みの第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)は、例えば3.0Vとする。なお、第1ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)は、3.0Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)を適宜設定すればよい。 The voltage V step (1) applied to the first word line WL1 in the first writing step is set to 3.0 V, for example. Note that the voltage Vstep (1) applied to the first word line WL1 in the first step is not limited to 3.0V. The voltage V step (1) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
書き込みの第2ステップにおいては、書き込みの第1のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(1)より高い電圧Vstep(2)を、第1のワード線WL1に印加する。書き込みの第2ステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)は、例えば6.0Vとする。なお、書き込みの第2のステップにおいて第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)は、6.0Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstep(2)を適宜設定すればよい。 In the second writing step, a voltage V step (2) higher than the voltage V step (1) applied to the first word line WL1 in the first writing step is applied to the first word line WL1. The voltage V step (2) applied to the first word line WL1 in the second step of writing is set to 6.0 V, for example. Note that the voltage V step (2) applied to the first word line WL1 in the second writing step is not limited to 6.0V. The voltage V step (2) applied to the first word line WL1 may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
なお、選択された第1のワード線WL1以外の第1のワード線WL1の電位を、0V又はフローティングとする。 Note that the potentials of the first word lines WL1 other than the selected first word line WL1 are set to 0 V or floating.
また、選択すべきメモリセルMCに接続されているソース線SLに、パルス状に電圧Vpulseを印加する。書き込みの第1ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(1)を例えば5.8Vとする。書き込みの第2ステップにおいては、ソース線SLにパルス状に印加する電圧Vpulse(2)を例えば5.5Vとする。ソース線SLに印加する電圧Vpulseのパルス幅は、例えば5μsecとする。 Further, the voltage V pulse is applied in a pulse form to the source line SL connected to the memory cell MC to be selected. In the first writing step, the voltage V pulse (1) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to, for example, 5.8V. In the second writing step, the voltage V pulse (2) applied in a pulsed manner to the source line SL is set to 5.5 V, for example. The pulse width of the voltage V pulse applied to the source line SL is, for example, 5 μsec.
なお、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)は、5.8Vに限定されるものではない。書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、5.8Vより高く設定してもよいし、5.8Vより低く設定してもよい。例えば、書き込みの第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、図7と同様に、5.75Vとしてもよい。第1ステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(1)を、少なくとも、第2ステップにおいてソース線SLに印加する電圧より高く設定すれば、第1のステップにおける書き込みの進行を促進させることが可能である。 Note that the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing is not limited to 5.8V. The voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step of writing may be set higher than 5.8V or lower than 5.8V. For example, the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first writing step may be 5.75 V as in FIG. If the voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is set at least higher than the voltage applied to the source line SL in the second step, the progress of writing in the first step can be promoted. Is possible.
メモリセルトランジスタMTに情報の書き込みを行う際には、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が各々の判定レベルを超えるまで、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を繰り返し印加する。ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回印加しただけでは、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が所定の判定レベルを超えない場合には、1つのステップ内において、ソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)が複数回印加される。なお、図32においては、各々のステップにおいてソース線SLにパルス状の電圧Vpulse(1)を1回ずつ印加した場合の例を示している。 When writing information to the memory cell transistor MT, the pulsed voltage V pulse (1) is repeatedly applied to the source line SL until the threshold voltage of the memory cell transistor MT exceeds each determination level. If the threshold voltage of the memory cell transistor MT does not exceed a predetermined determination level only by applying the pulse voltage V pulse (1) once to the source line SL, the source line SL is applied to the source line SL within one step. The pulsed voltage V pulse (1) is applied a plurality of times. FIG. 32 shows an example in which a pulsed voltage V pulse (1) is applied to the source line SL once in each step.
書き込みの第2のステップにおいてソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)は、5.5Vに限定されるものではない。非選択のメモリセルMCに対する誤書き込みを生ずることなく、書き込みが効率的に進行するように、ソース線SLに印加する電圧Vpulse(2)を適宜設定すればよい。 The voltage V pulse (2) applied to the source line SL in the second step of writing is not limited to 5.5V. The voltage V pulse (2) to be applied to the source line SL may be set as appropriate so that the writing proceeds efficiently without causing erroneous writing to the non-selected memory cells MC.
上述したように、第1のステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさは、第2のステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)の大きさより大きく設定される。 As described above, the magnitude of the pulse voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is equal to the pulse voltage V pulse (2) applied to the source line SL in the second step. It is set larger than the size of.
なお、ウェル26の電位は常に0V(接地)とする。 The potential of the well 26 is always 0 V (ground).
このように、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを、2段階で徐々に上昇させるようにしてもよい。この場合にも、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(1)の大きさを、第2ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧Vpulse(2)の大きさより大きく設定する。本変形例によっても、書き込み速度の遅れや書き込み不良等を招くことなく、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることができる。 As described above, the voltage V step applied to the first word line WL1 may be gradually increased in two stages. Also in this case, the magnitude of the pulsed voltage V pulse (1) applied to the source line SL in the first step is equal to the magnitude of the pulsed voltage V pulse (2) applied to the source line SL in the second step. Set larger than this. Also according to the present modification, the nonvolatile semiconductor memory device can be miniaturized without causing a delay in writing speed or a writing failure.
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを2段階、段階又は4段階で徐々に上昇させる場合を例に説明したが、第1のワード線WL1に印加する電圧Vstepを5段階以上で徐々に上昇させるようにてもよい。この場合にも、第1ステップにおいてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさを、第2ステップ以降においてソース線SLに印加するパルス状の電圧の大きさより大きく設定すればよい。 For example, in the above embodiment, the case where the voltage V step applied to the first word line WL1 is gradually increased in two steps, steps, or four steps has been described as an example. However, the voltage applied to the first word line WL1 is described as an example. V step may be gradually increased in five steps or more. Also in this case, the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the first step may be set larger than the magnitude of the pulse voltage applied to the source line SL in the second step and thereafter.
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(付記1)
選択トランジスタと、前記選択トランジスタに接続されたメモリセルトランジスタとを有する複数のメモリセルと、
前記選択トランジスタのドレインに接続されたビット線と、
前記メモリセルトランジスタのコントロールゲートに接続された第1のワード線と、
前記選択トランジスタのセレクトゲートに接続された第2のワード線と、
前記メモリセルトランジスタのソースに接続されたソース線とを有し、
第1の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に第2の電圧をパルス状に印加する第1のステップと、前記第1のステップの後に、前記第1の電圧より高い第3の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第4の電圧をパルス状に印加する第2のステップとを少なくとも実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
(付記2)
付記1記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記第2のステップの後に、前記第3の電圧より高い第5の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第6の電圧をパルス状に印加する第3のステップを更に実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
(付記3)
付記2記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記第6の電圧は、前記第4の電圧と等しい
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
(付記4)
付記1乃至3のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記メモリセルに情報を書き込む際には、前記第2のワード線に第7の電圧を印加し、前記ビット線を接地する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
(付記5)
付記1乃至4のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記メモリセルトランジスタは、半導体基板上にトンネル絶縁膜を介して形成されたフローティングゲートと、前記フローティングゲート上に絶縁膜を介して形成された前記ゲート電極と、前記フローティングゲートの一方の側の前記半導体基板内に形成され、前記ソースである第1の不純物拡散層と、前記フローティングゲートの他方の側の前記半導体基板内に形成された第2の不純物拡散層とを有する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
(付記6)
選択トランジスタと、前記選択トランジスタに接続されたメモリセルトランジスタとを有する複数のメモリセルと;前記選択トランジスタのドレインに接続されたビット線と;前記メモリセルトランジスタのコントロールゲートに接続された第1のワード線と;前記選択トランジスタのセレクトゲートに接続された第2のワード線と;前記メモリセルトランジスタのソースに接続されたソース線とを有する不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法であって、
第1の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に第2の電圧をパルス状に印加する第1のステップと、前記第1のステップの後に、前記第1の電圧より高い第3の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第4の電圧をパルス状に印加する第2のステップとを少なくとも実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記7)
付記6記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記第2のステップの後に、前記第3の電圧より高い第5の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第6の電圧をパルス状に印加する第3のステップを更に実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記8)
付記7記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記第6の電圧は、前記第4の電圧と等しい
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記9)
付記6乃至8のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記メモリセルに情報を書き込む際には、前記第2のワード線に第7の電圧を印加し、前記ビット線を接地する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
(Appendix 1)
A plurality of memory cells having a selection transistor and a memory cell transistor connected to the selection transistor;
A bit line connected to the drain of the select transistor;
A first word line connected to a control gate of the memory cell transistor;
A second word line connected to the select gate of the select transistor;
A source line connected to the source of the memory cell transistor,
A first step of applying a second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a first voltage to the first word line; and after the first step, from the first voltage Performing at least a second step of applying a fourth voltage lower than the second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a high third voltage to the first word line, A nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written into the memory cell.
(Appendix 2)
In the nonvolatile semiconductor memory device according to
After the second step, while applying a fifth voltage higher than the third voltage to the first word line, a sixth voltage lower than the second voltage is pulsed to the source line. A nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written to the memory cell by further executing a third step of applying.
(Appendix 3)
In the nonvolatile semiconductor memory device according to
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the sixth voltage is equal to the fourth voltage.
(Appendix 4)
In the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of
A nonvolatile semiconductor memory device, wherein when writing information to the memory cell, a seventh voltage is applied to the second word line and the bit line is grounded.
(Appendix 5)
In the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of
The memory cell transistor includes a floating gate formed on a semiconductor substrate through a tunnel insulating film, the gate electrode formed on the floating gate through an insulating film, and the floating gate on one side of the floating gate. A non-volatile semiconductor device, comprising: a first impurity diffusion layer that is formed in a semiconductor substrate and serves as the source; and a second impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the other side of the floating gate. Semiconductor memory device.
(Appendix 6)
A plurality of memory cells having a selection transistor and a memory cell transistor connected to the selection transistor; a bit line connected to a drain of the selection transistor; a first connected to a control gate of the memory cell transistor; A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a word line; a second word line connected to a select gate of the selection transistor; and a source line connected to a source of the memory cell transistor,
A first step of applying a second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a first voltage to the first word line; and after the first step, from the first voltage Performing at least a second step of applying a fourth voltage lower than the second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a high third voltage to the first word line, Information is written in the memory cell. A writing method of a nonvolatile semiconductor memory device.
(Appendix 7)
In the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to
After the second step, while applying a fifth voltage higher than the third voltage to the first word line, a sixth voltage lower than the second voltage is pulsed to the source line. A method for writing into a nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written into the memory cell by further executing a third step of applying.
(Appendix 8)
In the nonvolatile semiconductor memory device writing method according to appendix 7,
The sixth voltage is equal to the fourth voltage. A writing method of a nonvolatile semiconductor memory device, wherein:
(Appendix 9)
In the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of
When writing information to the memory cell, a seventh voltage is applied to the second word line, and the bit line is grounded. A writing method of a nonvolatile semiconductor memory device,
2…メモリセルアレイ領域
4…周辺回路領域
6…高耐圧トランジスタが形成される領域
6N…高耐圧Nチャネルトランジスタが形成される領域
6P…高耐圧Pチャネルトランジスタが形成される領域
8…低電圧トランジスタが形成される領域
8N…低電圧Nチャネルトランジスタが形成される領域
8P…低電圧Pチャネルトランジスタが形成される領域
10…メモリセルアレイ
12…列デコーダ
13…センスアンプ
14…第1の行デコーダ
16…第2の行デコーダ
18…第3の行デコーダ
20…半導体基板
21…素子領域
22…素子分離領域
24…埋め込み拡散層
26…ウェル
28…トンネル絶縁膜
28a…トンネル絶縁膜
28b…ゲート絶縁膜
30a…フローティングゲート
30b…セレクトゲート
32a、32b…絶縁膜
34a…コントロールゲート
34b…ポリシリコン膜
34c、34d…ゲート電極
36a…不純物拡散層、ソース拡散層
36b…不純物拡散層、ソース/ドレイン拡散層
36c…不純物拡散層、ドレイン拡散層
37…サイドウォール絶縁膜
38a…シリサイド層、ソース電極
38b…シリサイド層、ドレイン電極
38c〜38f…シリサイド層
39…サイドウォール絶縁膜
40…層間絶縁膜
42…コンタクトホール
44…導体プラグ
46…配線(第1金属配線層)
48…層間絶縁膜
50…コンタクトホール
52…導体プラグ
54…配線(第2金属配線層)
56…層間絶縁膜
58…コンタクトホール
60…導体プラグ
62…配線(第3金属配線層)
64…熱酸化膜
66…シリコン窒化膜
68…溝
69…犠牲酸化膜
70…埋め込み拡散層
72P…P型ウェル
72N…N型ウェル
74P…P型ウェル
74N…N型ウェル
76…ゲート絶縁膜
78…ゲート絶縁膜
80…反射防止膜
82…シリコン酸化膜
84…シリコン窒化膜、サイドウォール絶縁膜
86…低濃度拡散層
88…低濃度拡散層
90…低濃度拡散層
92…低濃度拡散層
93…シリコン酸化膜、サイドウォール絶縁膜
94…高濃度拡散層
96…ソース/ドレイン拡散層
98…高濃度拡散層
100…ソース/ドレイン拡散層
102…高濃度拡散層
104…ソース/ドレイン拡散層
106…高濃度拡散層
108…ソース/ドレイン拡散層
110N…高耐圧Nチャネルトランジスタ
110P…高耐圧Pチャネルトランジスタ
112N…低電圧Nチャネルトランジスタ
112P…低電圧Pチャネルトランジスタ
114…シリコン窒化膜
116…シリコン酸化膜
118…シリコン酸化膜
120…シリコン酸化膜
122…シリコン酸化膜
124…シリコン酸化膜
126…シリコン酸化膜
128…シリコン酸化膜
130…層間絶縁膜
132…コンタクトホール
134…導体プラグ
136…配線(第4金属配線層)
138…シリコン酸化膜
140…シリコン酸化膜
142…層間絶縁膜
143…コンタクトホール
144…導体プラグ
145…配線
146…シリコン酸化膜
148…シリコン窒化膜
ST…選択トランジスタ
MT…メモリセルトランジスタ
MC…メモリセル
BL…ビット線
WL1…第1のワード線
WL2…第2のワード線
SL…ソース線
210…メモリセルアレイ
212…列デコーダ
213…センスアンプ
214…第1の行デコーダ
216…第2の行デコーダ
218…第3の行デコーダ
220…半導体基板
228a…トンネル絶縁膜
228b…ゲート絶縁膜
230a…フローティングゲート
230b…セレクトゲート
232a、232b…絶縁膜
234a…コントロールゲート
234b…ポリシリコン膜
236a…不純物拡散層、ソース拡散層
236b…不純物拡散層、ソース/ドレイン拡散層
236c…不純物拡散層、ドレイン拡散層
2 ... Memory
48 ...
56 ...
64 ...
138 ...
Claims (5)
前記選択トランジスタのドレインに接続されたビット線と、
前記メモリセルトランジスタのコントロールゲートに接続された第1のワード線と、
前記選択トランジスタのセレクトゲートに接続された第2のワード線と、
前記メモリセルトランジスタのソースに接続されたソース線とを有し、
第1の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に第2の電圧をパルス状に印加する第1のステップと、前記第1のステップの後に、前記第1の電圧より高い第3の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第4の電圧をパルス状に印加する第2のステップとを少なくとも実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of memory cells having a selection transistor and a memory cell transistor connected to the selection transistor;
A bit line connected to the drain of the select transistor;
A first word line connected to a control gate of the memory cell transistor;
A second word line connected to the select gate of the select transistor;
A source line connected to the source of the memory cell transistor,
A first step of applying a second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a first voltage to the first word line; and after the first step, from the first voltage Performing at least a second step of applying a fourth voltage lower than the second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a high third voltage to the first word line, A nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written into the memory cell.
前記第2のステップの後に、前記第3の電圧より高い第5の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第6の電圧をパルス状に印加する第3のステップを更に実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1,
After the second step, while applying a fifth voltage higher than the third voltage to the first word line, a sixth voltage lower than the second voltage is pulsed to the source line. A nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written to the memory cell by further executing a third step of applying.
前記第6の電圧は、前記第4の電圧と等しい
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2.
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the sixth voltage is equal to the fourth voltage.
第1の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に第2の電圧をパルス状に印加する第1のステップと、前記第1のステップの後に、前記第1の電圧より高い第3の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第4の電圧をパルス状に印加する第2のステップとを少なくとも実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 A plurality of memory cells having a selection transistor and a memory cell transistor connected to the selection transistor; a bit line connected to a drain of the selection transistor; a first connected to a control gate of the memory cell transistor; A writing method for a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a word line; a second word line connected to a select gate of the selection transistor; and a source line connected to a source of the memory cell transistor,
A first step of applying a second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a first voltage to the first word line; and after the first step, from the first voltage Performing at least a second step of applying a fourth voltage lower than the second voltage to the source line in a pulsed manner while applying a high third voltage to the first word line, A method for writing into a nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written into the memory cell.
前記第2のステップの後に、前記第3の電圧より高い第5の電圧を前記第1のワード線に印加しながら、前記ソース線に前記第2の電圧より低い第6の電圧をパルス状に印加する第3のステップを更に実行することにより、前記メモリセルに情報を書き込む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。 5. The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4,
After the second step, while applying a fifth voltage higher than the third voltage to the first word line, a sixth voltage lower than the second voltage is pulsed to the source line. A method for writing into a nonvolatile semiconductor memory device, wherein information is written into the memory cell by further executing a third step of applying.
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