JP2011523158A - 不揮発性メモリセルを含む電子デバイス用の回路および電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
不揮発性メモリセルの有するトランジスタ構造は、トランジスタ−トランジスタ論理において用いられるトランジスタ構造(通常、比較的高周波で動作するように設計されている)とは、相当異なることがある。例えば、不揮発性メモリセルは、ソース領域と基板との間の接合部の故障の尤度を減少させるための段階的なソース領域、プログラミング効率を改良するためにドレイン領域付近の電場を強めるためのハロー領域、別の適切なフィーチャ構造、またはそれらの組み合わせを有することがある。
静電容量が大きくなると、読出動作が遅れることがある。ハロー領域は、ハロー領域の代わりに軽ドープドレインまたは拡張領域が用いられる場合より、不揮発性メモリセルに関する読出ディスターブの問題を引き起こす可能性が高いことがある。
このようにして、メモリセルの読出性能を犠牲にすることなく、不揮発性メモリセルの良好なプログラミングおよび消去性能を達成することができる。読出性能を、プログラミングおよび消去性能に有意に影響を与えることなく改良することができ、また反対に、読出性能に有意に影響を与えることなくプログラミングおよび消去性能を改良することができる。
特定の一実施形態では、不揮発性メモリセル用の回路は、電荷変更端子と、不揮発性メモリセルを読み出すときにメモリセルの状態に対応する信号を供給するように構成された出力端子と、電気的に浮遊しているゲート電極と、電流伝達電極を含む活性領域とを含む第1のトランジスタと、第1の電極と第2の電極とを含む第2のトランジスタと、を備える。電流伝達電極は出力端子に結合されており、第1の電極は第1のトランジスタのゲート電極に結合され、第2の電極は電荷変更端子に結合されている。この回路は、メモリセルの状態を変化させるとき、第2のトランジスタが活性となり、第1のトランジスタのゲート電極と第1のトランジスタの活性領域との間において有意な量の電荷キャリアが移動しないように設計されている。他の実施形態には、電子デバイス自体、および電子デバイスを製造する方法が含まれる。
以下、本明細書において、用語「S/D領域」は、電流伝達電極が、回路の正常動作中(バイアス条件に応じて)、単にソース領域であるか、単にドレイン領域であるか、またはドレイン領域もしくはソース領域であるかにかかわらず、電界効果トランジスタの電流伝達電極を指して用いられる。図には特定の実施形態が示されているが、本明細書の読了語、当業者には、本明細書に記載の不揮発性メモリセルの機能を達成するために多くの他の回路が設計可能であることが認識される。
トランジスタ94のゲート電極は選択ライン994に結合されている。特定の一実施形態では、トランジスタ91,92,94はp−チャネルトランジスタであり、トランジスタ93はn−チャネルトランジスタである。
図10に示す実施形態には、フローティングノードと、ラッチとして作用するトランジスタの組み合わせとが含まれる。図10には、端子1006に結合された電流伝達電極を有するトランジスタ1021を含む不揮発性メモリセル100の回路図が含まれる。また、不揮発性メモリセル100は、フローティングノード1029においてトランジスタ1021のゲート電極に結合されたゲート電極を有する、トランジスタ1022も備える。トランジスタ1022の電流伝達電極は端子1004に結合されている。不揮発性メモリセル100は、さらに、トランジスタ1024を備える。トランジスタ1024は、端子1002に結合された電流伝達電極と、トランジスタ1022の別の電流伝達電極に結合された別の電流伝達電極とを有する。トランジスタ1024のゲート電極は選択ライン1044に結合されている。不揮発性メモリセル100は、さらにまた、トランジスタ1023を備える。トランジスタ1023は、端子1012に結合された電流伝達電極と、トランジスタ1021の別の電流伝達電極に結合された別の電流伝達電極とを有する。また、不揮発性メモリセル100はトランジスタ1025も備える。トランジスタ1025の1つの電流伝達電極は端子1010に結合されており、ゲート電極はトランジスタ1021,1023の他の電流伝達電極に結合されている。また、不揮発性メモリセル100は、さらに、トランジスタ1026を備える。トランジスタ1026の1つの電流伝達電極は端子1014に結合されており、ゲート電極はトランジスタ1021,1023の他の電流伝達電極とトランジスタ1025のゲート電極とに結合されている。トランジスタ1025,1026の他の電流伝達電極は、トランジスタ1023のゲート電極と出力端子1008とに結合されている。特定の一実施形態では、トランジスタ1021,1022,1024,1025はp−チャネルトランジスタであり、トランジスタ1023,1026はn−チャネルトランジスタである。
ゲート電極142は電気的に浮遊するとともに、n型の活性領域123およびp型の活性領域124の一部を覆っている。したがって、ゲート電極142は、図2に示すようにフローティングノード29を含む。なお、電荷は、図14の最も左にあるように示すn型の活性領域123を介し、ゲート電極142へ導入され、またゲート電極142から除去される。ゲート電極144は、ゲート電極142内の電荷を変更するために用いられる選択ゲートとして働くことが可能である。ゲート電極144は、続いて選択ラインに接続される。ゲート電極146,148は、それぞれパストランジスタ26,25に対するパスゲートとして働くことが可能である。ゲート電極146,148は、続いて異なるパスラインに接続される。ゲート電極142,144,146,148を形成するためのゲート電極層134のパターニングは、従来のまたは専用のマスクおよびエッチングシーケンスを用いて実行可能である。
したがって図11〜17のレイアウトは単に例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
不揮発性メモリセル20あるいは上記の他の回路のために他の電圧を使用することもできる。ある実施形態では、メモリアレイは、本質的に不揮発性メモリセル20に関して上記に例示および記載されるものの鏡像である不揮発性メモリセル20および他のメモリセルを含むことができる。
表1 プログラミング、消去および読み出しのための信号の例
したがって、コントロールゲート電極を有するか、あるいは選択/コントロールゲート電極に重ねたフローティング・ゲート電極を有する不揮発性メモリセルと比較して、より少数の層が必要とする。作業工程の数を減らすことは、スループットおよび歩留まりを向上し、コストを削減させる。さらに、成長させ、および除去する酸化膜の数が増加すると、基板表面の粗さは増長する可能性がある。不揮発性メモリは、形成され、および除去される酸化膜をより少ない数だけ使用することが可能である。したがって、表面の粗さは比較的に少なく、ブレークダウンが生じる前に、酸化物を横切る、より高い電場の形成を可能とする。
Claims (20)
- 不揮発性メモリセル用の回路であって、
電荷変更端子と、
不揮発性メモリセルを読み取るときにメモリセルの状態に対応する信号を供給するように構成された出力端子と、
電気的に浮遊しているゲート電極と、電流伝達電極を含む活性領域とを含む第1のトランジスタと、電流伝達電極は出力端子に結合されていることと、
第1の電極と第2の電極とを含む第2のトランジスタと、第1の電極は第1のトランジスタのゲート電極に結合され、第2の電極は電荷変更端子に結合されていることと、
を含み、
メモリセルの状態を変化させるとき、第2のトランジスタが活性となり、第1のトランジスタのゲート電極と第1のトランジスタの活性領域との間において有意な量の電荷キャリアが移動しないように設計されている回路。 - 電流伝達電極を含む第3のトランジスタをさらに含み、
第1のトランジスタの電流伝達電極および第3のトランジスタの電流伝達電極は導通するように互いに結合されている、請求項1に記載の回路。 - 第2のトランジスタの第1の電極はゲート電極を含む、請求項2に記載の回路。
- 第3のトランジスタは、第1のトランジスタのゲート電極に対し導通するように結合されているゲート電極を含む、請求項3に記載の回路。
- 第1の電流伝達電極と、第2の電流伝達電極と、ゲート電極とを含む、第4のトランジスタをさらに含み、
第4のトランジスタの第1の電流伝達電極は、第1のトランジスタの電流伝達電極および第3のトランジスタの電流伝達電極に結合されており、
第4のトランジスタの第2の電流伝達電極は出力端子に結合されており、
第4のトランジスタのゲート電極は第1のパスラインに結合されている、請求項3に記載の回路。 - 第1の電流伝達電極と、第2の電流伝達電極と、ゲート電極とを含む、第5のトランジスタをさらに含み、
第5のトランジスタの第1の電流伝達電極は、第1のトランジスタの電流伝達電極、第3のトランジスタの電流伝達電極、および第4のトランジスタの第1の電流伝達電極に結合されており、
第5のトランジスタの第2の電流伝達電極は、第4のトランジスタ第2の電流伝達電極と、出力端子とに結合されており、
第5のトランジスタのゲート電極は第2のパスラインに結合されている、請求項5に記載の回路。 - 第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、および第5のトランジスタは、p−チャネルトランジスタであり、第3のトランジスタおよび第4のトランジスタはn−チャネルトランジスタである、請求項6に記載の回路。
- 第1の電流伝達電極と、第2の電流伝達電極と、ゲート電極とを含む、第4のトランジスタをさらに含み、
第4のトランジスタの第1の電流伝達電極は電荷変更端子に結合されており、
第4のトランジスタの第2の電流伝達電極は第2のトランジスタの第2の電極に結合されており、
第4のトランジスタのゲート電極は選択ラインに結合されている、請求項3に記載の回路。 - 第2のトランジスタおよび第4のトランジスタはp−チャネルトランジスタである、請求項8に記載の回路。
- 第1のトランジスタおよび第3のトランジスタは、n−チャネルトランジスタまたはp−チャネルトランジスタである、請求項2に記載の回路。
- 第2のトランジスタの第1の電極はゲート電極を含み、
第2のトランジスタの第2の電極は電流伝達電極を含み、
前記回路は、電流伝達電極およびゲート電極を含む第4のトランジスタを含み、
第4のトランジスタの電流伝達電極および第2のトランジスタの電流伝達電極は、第1のトランジスタのゲート電極に結合されており、
第4のトランジスタのゲート電極は選択ラインに結合されている、請求項2に記載の回路。 - 電流伝達電極およびゲート電極を含む第5のトランジスタと、
電流伝達電極およびゲート電極を含む第6のトランジスタとをさらに含み、
第1のトランジスタの電流伝達電極および第3のトランジスタの電流伝達電極は、第5のトランジスタのゲート電極および第6のトランジスタのゲート電極に結合されており、
第6のトランジスタの電流伝達電極および第5のトランジスタの電流伝達電極は互いに結合されている、請求項11に記載の回路。 - 第1のトランジスタはp−チャネルトランジスタであり、第3のトランジスタはn−チャネルトランジスタである、請求項1に記載の回路。
- 不揮発性メモリセルを含む電子デバイスにおいて、
不揮発性メモリセルは、
第1の活性領域と、
第1の活性領域から離間した第2の活性領域と、
第1の部分および第2の部分を含むフローティング・ゲート電極であって、
第1のトランジスタは、フローティング・ゲート電極の第1の部分と、第1の活性領域とを含み、
第2のトランジスタは、フローティング・ゲート電極の第2の部分と、第2の活性領域とを含み、
他のゲート電極はフローティング・ゲート電極に重なっていない、フローティング・ゲート電極と、
第1のトランジスタに結合されている出力端子と、
第2のトランジスタに結合されている電荷変更端子とを備える電子デバイス。 - 第3の活性領域をさらに含み、
第3のトランジスタは、フローティング・ゲート電極の第3の部分と、第3の活性領域とを含み、
第1および第3の活性領域は各々、出力端子に結合されている電流伝達電極を含む、
請求項14に記載の電子デバイス。 - 第2のトランジスタと電荷変更端子とに結合されている第4のトランジスタと、
第1および第3のトランジスタと出力端子とに結合されている第5のトランジスタと、
をさらに備える、請求項15に記載の電子デバイス。 - 第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、および第5のトランジスタは、p−チャネルトランジスタであり、
第3および第4のトランジスタは、n−チャネルトランジスタである、請求項16に記載の電子デバイス。 - 不揮発性メモリセルを含む電子デバイスを製造する方法において、
第1の活性領域および第2の活性領域を画定するためにフィールド分離領域を形成する工程と、
第1の部分および第2の部分を含むフローティング・ゲート電極を形成する工程であって、
フローティング・ゲート電極の第1の部分は第1の活性領域に重なり、
フローティング・ゲート電極の第2の部分は第2の活性領域に重なり、
他のゲート電極はフローティング・ゲート電極に重なっていない、
フローティング・ゲート電極を形成する工程と、
第1の活性領域および第2の活性領域内にソース/ドレイン領域を形成する工程であって、
第1のトランジスタは、第1の活性領域およびフローティング・ゲート電極の第1の部分内に、第1の離間したソース/ドレイン領域の対を含み、
第2のトランジスタは、第2の活性領域およびフローティング・ゲート電極の第2の部分内に、第2の離間したソース/ドレイン領域の対を含み、
メモリセルは第1の活性領域ではなく第2の活性領域を介してフローティング・ゲート電極の電荷を変更するように構成されている、第1の活性領域および第2の活性領域内にソース/ドレイン領域を形成する工程とを含む方法。 - フローティング・ゲート電極を形成する工程は、
フィールド分離領域の上方の第1の層と、第1の活性領域および第2の活性領域とを形成する工程と、第1の層は半導体材料を含むことと、
フローティング・ゲート電極および他のゲート電極を形成するために第1の層のパターニングを行う工程と、メモリセル内のゲート電極はすべて第1の層を含むことと、
を含む請求項18に記載の方法。 - 第1の層のパターニングは、前記他のゲート電極が第1のゲート電極および第2のゲート電極を含むように行われることと、
第1のゲート電極は第1のトランジスタに結合されているパストランジスタの一部であることと、
第2のゲート電極は第2のトランジスタに結合されている選択トランジスタの一部であることと、
を含む請求項19に記載の方法。
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