JP2012069583A - Semiconductor memory - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable high integration of a circuit constituting a semiconductor memory.SOLUTION: A semiconductor memory comprises a semiconductor substrate and a plurality of memory cell transistors. The plurality of memory cell transistors are connected in series by trench gates embedded in deep tranches provided on the semiconductor substrate. Inversion layers of the opposite conductive type to that of the semiconductor substrate are formed in regions of the semiconductor substrate around and between the trench gates during write operations and read operations of the memory cells.

Description

本発明の実施形態は、半導体記憶装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor memory device.

フラッシュメモリなどの電気的に書き込み、消去可能な不揮発性半導体記憶装置は、デジタルカメラ、移動体端末、携帯オーディオ機器、或いはパーソナルコンピュータ(PC)等の大容量データ記憶媒体として広く採用されている。   An electrically writable and erasable nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory is widely adopted as a large-capacity data storage medium such as a digital camera, a mobile terminal, a portable audio device, or a personal computer (PC).

民生用機器や産業用機器の小型化、低消費電力化の進展に伴い、半導体記憶装置を構成するメモリセルやメモリセルの周辺回路(例えば、デコーダ)に対してより一層の高集積度化が求められている。   With the progress of miniaturization and low power consumption of consumer devices and industrial devices, the higher integration of memory cells and memory cell peripheral circuits (for example, decoders) constituting a semiconductor memory device has been achieved. It has been demanded.

特開2006−319202号公報JP 2006-319202 A

本発明は、回路を高集積度化することができる半導体記憶装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device in which a circuit can be highly integrated.

一つの実施形態によれば、半導体記憶装置は、半導体基板と複数のメモリセルトランジスタを備える複数のメモリセルを有する。前記複数のメモリセルトランジスタは、前記半導体基板に設けられた複数の深溝にトレンチゲートが埋設され、直列接続される。メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、トレンチゲートの周囲及び間の前記半導体基板の領域に、前記半導体基板とは逆導電型の反転層が形成される。   According to one embodiment, a semiconductor memory device has a plurality of memory cells including a semiconductor substrate and a plurality of memory cell transistors. The plurality of memory cell transistors have trench gates embedded in a plurality of deep grooves provided in the semiconductor substrate, and are connected in series. During the write operation and read operation of the memory cell, an inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed in the region of the semiconductor substrate around and between the trench gates.

第一の実施形態に係る半導体記憶装置を示す図、図1(a)は半導体記憶装置を示す回路図、図1(b)は半導体記憶装置を示す平面図である。FIG. 1A is a diagram illustrating a semiconductor memory device according to a first embodiment, FIG. 1A is a circuit diagram illustrating the semiconductor memory device, and FIG. 1B is a plan view illustrating the semiconductor memory device. 第一の実施形態に係る半導体記憶装置を示す拡大平面図である。1 is an enlarged plan view showing a semiconductor memory device according to a first embodiment. 図1(b)のA−A線に沿う半導体記憶装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor memory device which follows the AA line of FIG.1 (b). 第一の実施形態に係る反転層の発生を説明する図、図4(a)はバンド図、図4(b)はゲート電圧と反転層の厚さを説明する図である。FIG. 4A is a band diagram, and FIG. 4B is a diagram illustrating the gate voltage and the thickness of the inversion layer, illustrating generation of the inversion layer according to the first embodiment.

トレンチゲート間隔に対するフリンジ電界の関係を示す図である。
第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 第一の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。 変形例の半導体記憶装置を示す平面図、図12(a)はトレンチゲートを円筒形形状にした平面図、図12(b)はトレンチゲートの間に円筒形形状のダミーを配置した平面図である。 変形例の積層ゲート型の半導体記憶装置を示す断面図である。 第二の実施形態に係る半導体記憶装置を示す図、図14(a)は半導体記憶装置を示す回路図、図14(b)は半導体記憶装置を示す平面図である。 図14(b)のB−B線に沿う半導体記憶装置の断面図である。 変形例の4層の半導体記憶装置を示す断面図である。 第三の実施形態に係る半導体記憶装置を示す図、図17(a)は半導体記憶装置を示す回路図、図17(b)は半導体記憶装置を示す平面図である。 第三の実施形態に係る半導体記憶装置を示す拡大平面図である。 第三の実施形態に係る半導体記憶装置の書き込み動作を説明する図である。 第三の実施形態に係る半導体記憶装置の読み出し動作を説明する図である。 第三の実施形態に係る半導体記憶装置の一括消去動作を説明する図である。 第四の実施形態に係るカラムデコーダを示す図、図22(a)はカラムデコーダを示す回路図、図22(b)はデコーダを示す拡大平面図である。 第四の実施形態に係るカラムデコーダの消去動作を説明する図である。 第四の実施形態に係るカラムデコーダの書き込み動作を説明する図である。 第四の実施形態に係るカラムデコーダの動作を説明する図である。 第五の実施形態に係るカラムデコーダを示す回路図である。 第五の実施形態に係る多値のカラム制御トランジスタを説明する図である。 第五の実施形態に係るカラムデコーダの動作を説明する図である。 第六の実施形態に係る半導体記憶装置を示す回路図である。 第六の実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。 第七の実施形態に係る半導体記憶装置を示す回路図である。 第七の実施形態に係る半導体記憶装置を示す平面図である。 図32のC−C線に沿う断面図である。 図32のD−D線に沿う断面図である。
It is a figure which shows the relationship of the fringe electric field with respect to a trench gate space | interval.
It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device which concerns on 1st embodiment. FIG. 12A is a plan view showing a trench gate in a cylindrical shape, and FIG. 12B is a plan view in which a cylindrical dummy is arranged between the trench gates. is there. It is sectional drawing which shows the laminated gate type semiconductor memory device of a modification. FIG. 14A is a circuit diagram illustrating a semiconductor memory device, and FIG. 14B is a plan view illustrating the semiconductor memory device. It is sectional drawing of the semiconductor memory device which follows the BB line of FIG.14 (b). It is sectional drawing which shows the four-layer semiconductor memory device of a modification. FIG. 17A is a circuit diagram illustrating a semiconductor memory device, and FIG. 17B is a plan view illustrating the semiconductor memory device. It is an enlarged plan view showing a semiconductor memory device according to a third embodiment. It is a figure explaining the write-in operation | movement of the semiconductor memory device concerning 3rd embodiment. It is a figure explaining the read-out operation | movement of the semiconductor memory device concerning 3rd embodiment. It is a figure explaining the batch erase operation | movement of the semiconductor memory device concerning 3rd embodiment. FIG. 22A is a circuit diagram showing a column decoder, FIG. 22B is an enlarged plan view showing the decoder, and FIG. 22A is a diagram showing a column decoder according to the fourth embodiment. It is a figure explaining erase operation of the column decoder concerning a 4th embodiment. It is a figure explaining the write-in operation | movement of the column decoder which concerns on 4th embodiment. It is a figure explaining operation | movement of the column decoder which concerns on 4th embodiment. FIG. 10 is a circuit diagram showing a column decoder according to a fifth embodiment. It is a figure explaining the multi-value column control transistor which concerns on 5th embodiment. It is a figure explaining operation | movement of the column decoder which concerns on 5th embodiment. FIG. 10 is a circuit diagram showing a semiconductor memory device according to a sixth embodiment. It is sectional drawing which shows the semiconductor memory device which concerns on 6th embodiment. FIG. 10 is a circuit diagram showing a semiconductor memory device according to a seventh embodiment. It is a top view which shows the semiconductor memory device which concerns on 7th embodiment. It is sectional drawing which follows the CC line of FIG. It is sectional drawing which follows the DD line | wire of FIG.

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一の実施形態)
まず、本発明の第一の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照して説明する。図1は半導体記憶装置を示す図、図1(a)は半導体記憶装置を示す回路図、図1(b)は半導体記憶装置を示す平面図である。図2は半導体記憶装置を示す拡大平面図である。図3は図1(b)のA−A線に沿う半導体記憶装置の断面図である。本実施形態では、メモリセルを構成する選択トランジスタ及びメモリセルトランジスタのゲートを深溝に埋設されたトレンチゲートとし、トレンチゲートの側面を用いて記憶情報が流れる。
(First embodiment)
First, a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a diagram illustrating a semiconductor memory device, FIG. 1A is a circuit diagram illustrating the semiconductor memory device, and FIG. 1B is a plan view illustrating the semiconductor memory device. FIG. 2 is an enlarged plan view showing the semiconductor memory device. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line AA in FIG. In the present embodiment, the selection transistor constituting the memory cell and the gate of the memory cell transistor are trench gates embedded in the deep groove, and the stored information flows using the side surfaces of the trench gate.

図1(a)に示すように、半導体記憶装置90には、メモリセルMC1を含め複数のメモリセルが設けられる。複数のメモリセルはメモリセルブロックを構成する。半導体記憶装置90は、チャージトラップ型フラッシュ(CTF;Charge Trap Flash)構造のNAND型フラッシュメモリである。チャージトラップ型フラッシュ(CTF)は、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon)、SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Silicon)やTANOS(TaN AlO Nitride Oxide Silicon)と呼称される場合がある。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor memory device 90 is provided with a plurality of memory cells including the memory cell MC1. The plurality of memory cells constitute a memory cell block. The semiconductor memory device 90 is a NAND flash memory having a charge trap flash (CTF) structure. The charge trap flash (CTF) may be called MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Silicon), SONOS (Silicon Oxide Nitride Oxide Silicon), or TANOS (TaN AlO Nitride Oxide Silicon).

メモリセルMC1には、ビット線BL2側に選択トランジスタSGDT1が設けられ、ソース線SL側に選択トランジスタSGST1が設けられ、その間に直列接続される複数のメモリセルトランジスタ(MCT1乃至4)が設けられる。ビット線BL1、BL2、BL3、及びBL4と、選択線SGD、ワード線WL4、ワード線WL3、ワード線WL2、ワード線WL1、選択線SGS、及びソース線SLとは互いに交差する。基板電位としてのプレート線PLは、複数のメモリセルと離間配置される。   In the memory cell MC1, a selection transistor SGDT1 is provided on the bit line BL2 side, a selection transistor SGST1 is provided on the source line SL side, and a plurality of memory cell transistors (MCT1 to MCT1 to MCT4) connected in series are provided therebetween. The bit lines BL1, BL2, BL3, and BL4 and the selection line SGD, the word line WL4, the word line WL3, the word line WL2, the word line WL1, the selection line SGS, and the source line SL cross each other. The plate line PL as the substrate potential is spaced from the plurality of memory cells.

ここで、メモリセルトランジスタは1ビット(2つ)の閾値を有しているが、2ビット以上の閾値を有してもよい。   Here, the memory cell transistor has a threshold value of 1 bit (two), but may have a threshold value of 2 bits or more.

選択線SGDは、ビット線BL1乃至4側の選択トランジスタのゲートに接続される。ワード線WL4は、ビット線BL1乃至4に接続される4番目のメモリセルトランジスタのゲートに接続される。ワード線WL3は、ビット線BL1乃至4に接続される3番目のメモリセルトランジスタのゲートに接続される。ワード線WL2は、ビット線BL1乃至4に接続される2番目のメモリセルトランジスタのゲートに接続される。ワード線WL1は、ビット線BL1乃至4に接続される1番目のメモリセルトランジスタのゲートに接続される。選択線SGSは、ソース線SLに接続されるビット線BL1乃至4側の選択トランジスタのゲートに接続される。   The selection line SGD is connected to the gates of the selection transistors on the bit lines BL1 to BL4 side. The word line WL4 is connected to the gate of the fourth memory cell transistor connected to the bit lines BL1 to BL4. The word line WL3 is connected to the gate of the third memory cell transistor connected to the bit lines BL1 to BL4. The word line WL2 is connected to the gate of the second memory cell transistor connected to the bit lines BL1 to BL4. The word line WL1 is connected to the gate of the first memory cell transistor connected to the bit lines BL1 to BL4. The selection line SGS is connected to the gate of the selection transistor on the bit lines BL1 to BL4 side connected to the source line SL.

図1(b)に示すように、半導体記憶装置90では、プレート線PL、ソース線SL、選択線SGS、ワード線WL1、ワード線WL2、ワード線WL3、ワード線WL4、選択線SGDが上下方向(図中)に互いに離間され並列配置される。ビット線BL1乃至4が横方向(図中)に互いに離間され並列配置される。   As shown in FIG. 1B, in the semiconductor memory device 90, the plate line PL, the source line SL, the selection line SGS, the word line WL1, the word line WL2, the word line WL3, the word line WL4, and the selection line SGD are in the vertical direction. (In the figure) spaced apart from each other and arranged in parallel. Bit lines BL1 to BL4 are spaced apart from each other in the horizontal direction (in the drawing) and arranged in parallel.

プレート線PLは、P型の半導体基板1に設けられたP層のプレート線コンタクトPLCに接続される。ソース線SLは、P型の半導体基板1に設けられ、選択トランジスタSGSTに接するN層のソース線コンタクトSLCに接続される。ビット線BL1乃至4は、互いに離間配置され、P型の半導体基板1に設けられた選択トランジスタSGDTに接するN層のビット線コンタクトBLCにそれぞれ接続される。 The plate line PL is connected to a P + layer plate line contact PLC provided on the P-type semiconductor substrate 1. The source line SL is provided on the P-type semiconductor substrate 1 and is connected to an N + layer source line contact SLC in contact with the selection transistor SGST. Bit lines BL1 to BL4 are spaced apart from each other and are connected to N + layer bit line contacts BLC in contact with a select transistor SGDT provided on a P-type semiconductor substrate 1, respectively.

ワード線と隣接するワード線間隔(図中横方向のピッチ)は設計最小寸法である1Fに設定される。図中上下方向に配置されるトランジスタのピッチは設計最小寸法である1Fに設定される。メモリセルのセルサイズは2Fに設定される。 The interval between the word lines adjacent to the word lines (the horizontal pitch in the figure) is set to 1F, which is the minimum design dimension. The pitch of the transistors arranged in the vertical direction in the figure is set to 1F which is the minimum design dimension. Cell size of the memory cell is set to 2F 2.

図2に示すように、メモリセルMC1には、四角柱形状を有する選択トランジスタSGST1、メモリトセルランジスタMCT1、メモリセルトランジスタMCT2、メモリセルトランジスタMCT3、メモリセルトランジスタMCT4、及び選択トランジスタSGDT1が互いに離間して直列に配置される。   As shown in FIG. 2, in the memory cell MC1, a selection transistor SGST1, a memory cell transistor MCT1, a memory cell transistor MCT2, a memory cell transistor MCT3, a memory cell transistor MCT4, and a selection transistor SGDT1 having a quadrangular prism shape are separated from each other. Arranged in series.

選択トランジスタSGST1は、メモリセルトランジスタMCT1と相対向する側面がN層のソース線コンタクトSLCと接する。選択トランジスタSGST1は、四角柱形状を有する深溝2にトレンチゲート3が埋設される。トレンチゲート3は、ゲート絶縁膜11及びゲート電極膜12から構成される。 Select transistor SGST1 is in contact with N + layer source line contact SLC at the side surface opposite to memory cell transistor MCT1. In the select transistor SGST1, a trench gate 3 is embedded in a deep groove 2 having a quadrangular prism shape. The trench gate 3 includes a gate insulating film 11 and a gate electrode film 12.

選択トランジスタSGDT1は、メモリセルトランジスタMCT4と相対向する側面がN層のビット線コンタクトBLCと接する。選択トランジスタSGDT1は、深溝2にトレンチゲート3が埋設される。選択トランジスタSGDT1のトレンチゲート3は、ゲート絶縁膜11及びゲート電極膜12から構成される。 The selection transistor SGDT1 is in contact with the N + layer bit line contact BLC at the side surface facing the memory cell transistor MCT4. In the select transistor SGDT1, the trench gate 3 is embedded in the deep groove 2. The trench gate 3 of the selection transistor SGDT1 includes a gate insulating film 11 and a gate electrode film 12.

メモリセルトランジスタMCT1乃至4は、深溝2にトレンチゲート4が埋設される。トレンチゲート4は、ゲート絶縁膜21、電荷蓄積膜22、高誘電率絶縁膜23、及びゲート電極膜12から構成される。   In the memory cell transistors MCT1 to MCT4, a trench gate 4 is embedded in the deep groove 2. The trench gate 4 includes a gate insulating film 21, a charge storage film 22, a high dielectric constant insulating film 23, and a gate electrode film 12.

メモリセルトランジスタMCT1乃至4は、ワード線間隔Wwl1のピッチで配置される。メモリセルトランジスタMCT1乃至4は、互いにトレンチゲート間隔Wgp1で離間配置され、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31がトレンチゲート4の周囲及び間に形成される。   Memory cell transistors MCT1 to MCT4 are arranged at a pitch of word line interval Wwl1. The memory cell transistors MCT1 to MCT4 are spaced apart from each other by a trench gate interval Wgp1, and an inversion layer 31 having a reverse conductivity type (N type) with respect to the semiconductor substrate 1 is formed in the trench gate 4 during the write operation and read operation of the memory cell. Formed around and between.

選択トランジスタSGST1とメモリセルトランジスタMCT1は、トレンチゲート間隔Wgp2で離間配置される。選択トランジスタSGST1は、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31がトレンチゲート3の周囲に形成される。選択トランジスタSGST1とメモリセルトランジスタMCT1の間には、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31が形成される。   Select transistor SGST1 and memory cell transistor MCT1 are spaced apart by a trench gate interval Wgp2. In the select transistor SGST1, an inversion layer 31 having a conductivity type (N-type) opposite to that of the semiconductor substrate 1 is formed around the trench gate 3 during a write operation and a read operation of the memory cell. Between the select transistor SGST1 and the memory cell transistor MCT1, an inversion layer 31 having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 (N-type) is formed during a memory cell write operation and read operation.

選択トランジスタSGDT1とメモリセルトランジスタMCT4は、トレンチゲート間隔Wgp3で離間配置される。選択トランジスタSGDT1は、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31がトレンチゲート3の周囲に形成される。選択トランジスタSGDT1とメモリセルトランジスタMCT4の間には、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31が形成される。なお、反転層の形成については詳細を後述する。   Select transistor SGDT1 and memory cell transistor MCT4 are spaced apart by a trench gate interval Wgp3. In the select transistor SGDT1, an inversion layer 31 having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 (N-type) is formed around the trench gate 3 during a memory cell write operation and read operation. Between the select transistor SGDT1 and the memory cell transistor MCT4, an inversion layer 31 having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 (N-type) is formed in the memory cell write operation and read operation. Details of the formation of the inversion layer will be described later.

メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、選択トランジスタSGST1、メモリセルトランジスタMCT1乃至4、及び選択トランジスタSGDT1の周囲と、各トランジスタ間にそれぞれ反転層31が形成される。メモリセルの読み出し動作のとき、メモリセルトランジスタの記憶情報がソース線SLからビット線BL方向に流れる(ビット線BLから情報が読み出される)。   During the write operation and read operation of the memory cell, the inversion layer 31 is formed around the select transistor SGST1, the memory cell transistors MCT1 to MCT4, the select transistor SGDT1, and between the transistors. During the memory cell read operation, the memory information of the memory cell transistor flows from the source line SL in the direction of the bit line BL (information is read from the bit line BL).

図3に示すように、半導体記憶装置90には、P型の半導体基板1にプレート線PLに接続されるプレート線コンタクトとしてのP層34、ソース線SLに接続されるソース線コンタクトとしてのN層5、ビット線BLに接続されるビット線コンタクトとしてのN層5が設けられる。ソース線SLに接続されるN層5とビット線BLに接続されるN層5の間には、P層34及びN層5よりも深さの浅い深溝2が複数設けられる。 As shown in FIG. 3, the semiconductor memory device 90 includes a P + layer 34 as a plate line contact connected to the plate line PL on the P-type semiconductor substrate 1 and a source line contact connected to the source line SL. An N + layer 5 is provided as a bit line contact connected to the N + layer 5 and the bit line BL. Between the N + layer 5 which is connected to the N + layer 5 and the bit lines BL connected to the source line SL, and shallow deep groove 2 depths are plurality than the P + layer 34 and the N + layer 5.

ソース線SLに接続されるN層5に接する深溝2には、トレンチゲート3が埋設される。ビット線BLに接続されるN層5に接する深溝2には、トレンチゲート3が埋設される。トレンチゲート3が埋設された深溝2の間には、トレンチゲート4が埋設される深溝2が複数設けられる。 A trench gate 3 is buried in the deep groove 2 in contact with the N + layer 5 connected to the source line SL. A trench gate 3 is buried in the deep groove 2 in contact with the N + layer 5 connected to the bit line BL. A plurality of deep grooves 2 in which the trench gates 4 are embedded are provided between the deep grooves 2 in which the trench gates 3 are embedded.

ここで、メモリセルトランジスタMCT1乃至4には、ソース或いはドレインとなるN層が設けられていない。選択トランジスタSGST1には、反転層31が形成される領域にソース或いはドレインとなるN層が設けられていない。選択トランジスタSGDT1には、反転層31が形成される領域にソース或いはドレインとなるN層が設けられていない。 Here, the memory cell transistors MCT1 to MCT4 are not provided with an N + layer serving as a source or a drain. The select transistor SGST1 is not provided with an N + layer serving as a source or a drain in a region where the inversion layer 31 is formed. The selection transistor SGDT1 is not provided with an N + layer serving as a source or a drain in a region where the inversion layer 31 is formed.

この反転層31は、選択線SGSに接続される選択トランジスタSGST1及び選択線SGDに接続される選択トランジスタSGDT1のソース或いはドレイン層からの電荷転送の機能を果たし、ソース或いはドレインとなるN層がなくともメモリセルトランジスタの書き込み及び読み出し動作が行われる。 The inversion layer 31 is N + layers serve charge transfer, the source or drain of the source or the drain layer of the selection transistor SGDT1 connected to the selected transistor SGST1 and select line SGD is connected to select line SGS At least the write and read operations of the memory cell transistor are performed.

次に、反転層31の生成について図4を参照して説明する。図4は反転層の発生を説明する図、図4(a)はバンド図、図4(b)はゲート電圧と反転層の厚さを説明する図である。ここでは、選択トランジスタやメモリセルトランジスタなどのMOSFETの動作を説明する。このMOSFETはEタイプのNチャネルMOSFETとし、半導体基板をP型とし、ソース及びドレインを0Vとしている。   Next, generation of the inversion layer 31 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the generation of the inversion layer, FIG. 4 (a) is a band diagram, and FIG. 4 (b) is a diagram for explaining the gate voltage and the thickness of the inversion layer. Here, the operation of MOSFETs such as selection transistors and memory cell transistors will be described. This MOSFET is an E-type N-channel MOSFET, the semiconductor substrate is P-type, and the source and drain are 0V.

図4(a)に示すように、ゲートにゲート電圧Vgを印加すると、P型半導体基板の表面に空乏層が形成される。ゲート電圧Vgを上昇させ、表面ポテンシャルΦs(コンダクションバンドの落ち込み分)がΦp(アクセプターポテンシャル)以上になると反転層がP型半導体基板の表面に生成される。ゲート電圧Vgを上昇させ、表面ポテンシャルΦsが2×Φpになったときが閾値電圧Vthとなる。閾値電圧Vth以下のΦp<Φs<2×Φpの領域が弱反転領域となる。ゲート電圧Vgを上昇させ、表面ポテンシャルΦsが2×Φp以上となるとP型半導体基板の内部側まで反転層が生成される。Φs>2×Φpの領域が強反転領域となる。   As shown in FIG. 4A, when a gate voltage Vg is applied to the gate, a depletion layer is formed on the surface of the P-type semiconductor substrate. When the gate voltage Vg is increased and the surface potential Φs (conduction band drop) becomes equal to or higher than Φp (acceptor potential), an inversion layer is generated on the surface of the P-type semiconductor substrate. When the gate voltage Vg is raised and the surface potential Φs becomes 2 × Φp, the threshold voltage Vth is obtained. A region of Φp <Φs <2 × Φp that is equal to or lower than the threshold voltage Vth is a weak inversion region. When the gate voltage Vg is increased and the surface potential Φs becomes 2 × Φp or more, an inversion layer is generated up to the inner side of the P-type semiconductor substrate. A region of Φs> 2 × Φp is a strong inversion region.

図4(b)に示すように、ゲートにゲート電圧Vgを印加し、Φs<Φpの領域では反転層が生成されない。ゲート電圧Vgを上昇させ、ΦsがΦp以上になると反転層が生成される。ゲート電圧Vgを更に上昇させると反転層の厚さが増大する。所定のゲート電圧以上になると空乏幅が最大値となり、反転層の厚さは一定の値となり飽和する。なお、反転層の厚さの最大値は、P型半導体基板濃度に依存し、低濃度の方が大きくなる。   As shown in FIG. 4B, the gate voltage Vg is applied to the gate, and no inversion layer is generated in the region where Φs <Φp. When the gate voltage Vg is raised and Φs becomes Φp or more, an inversion layer is generated. When the gate voltage Vg is further increased, the thickness of the inversion layer increases. When the voltage exceeds a predetermined gate voltage, the depletion width becomes the maximum value, and the thickness of the inversion layer becomes a constant value and becomes saturated. Note that the maximum value of the thickness of the inversion layer depends on the concentration of the P-type semiconductor substrate, and becomes lower at a lower concentration.

図4で示した結果、隣接するメモリセルトランジスタMCTの閾値電圧、隣接するメモリセルトランジスタMCTに印加される電圧、半導体基板1の濃度等を考慮してトレンチゲート間隔Wgp1が設定される。   As a result shown in FIG. 4, the trench gate interval Wgp1 is set in consideration of the threshold voltage of the adjacent memory cell transistor MCT, the voltage applied to the adjacent memory cell transistor MCT, the concentration of the semiconductor substrate 1, and the like.

また、図4で示した結果、選択トランジスタSGST1とメモリセルトランジスタMCT1の閾値電圧、選択トランジスタSGST1とメモリセルトランジスタMCT1に印加される電圧、半導体基板1の濃度等を考慮してトレンチゲート間隔Wgp2が設定される。   In addition, as a result shown in FIG. 4, the trench gate interval Wgp2 is set in consideration of the threshold voltage of the selection transistor SGST1 and the memory cell transistor MCT1, the voltage applied to the selection transistor SGST1 and the memory cell transistor MCT1, the concentration of the semiconductor substrate 1, and the like. Is set.

また、図4で示した結果、選択トランジスタSGDT1とメモリセルトランジスタMCT4の閾値電圧、選択トランジスタSGDT1とメモリセルトランジスタMCT4に印加される電圧、半導体基板1の濃度等を考慮してトレンチゲート間隔Wgp3が設定される。   In addition, as a result shown in FIG. 4, the trench gate interval Wgp3 is set in consideration of the threshold voltage of the selection transistor SGDT1 and the memory cell transistor MCT4, the voltage applied to the selection transistor SGDT1 and the memory cell transistor MCT4, the concentration of the semiconductor substrate 1, and the like. Is set.

なお、メモリセルの消去動作では、N層を導入していないため、トレンチゲートの直下及び側面の半導体基板1でホールの蓄積層が形成され、このホールが電荷蓄積層に注入されることによりメモリセルの記憶情報が消去される。 In the erase operation of the memory cell, since the N + layer is not introduced, a hole accumulation layer is formed in the semiconductor substrate 1 immediately below and on the side surface of the trench gate, and this hole is injected into the charge accumulation layer. The stored information in the memory cell is erased.

次に、半導体記憶装置の製造方法について、図5乃至11を参照して説明する。図5乃至11は半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing a semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. 5 to 11 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor memory device.

図5に示すように、まず、P型シリコンである半導体基板1に、P層34、N層5を形成する。P層34、N層5は、例えば比較的高加速なイオン注入法と高温熱処理を用いて形成される。 As shown in FIG. 5, first, a P + layer 34 and an N + layer 5 are formed on a semiconductor substrate 1 made of P-type silicon. The P + layer 34 and the N + layer 5 are formed using, for example, a relatively high acceleration ion implantation method and high-temperature heat treatment.

層34、N層5形成後、半導体基板1上にマスク材6を堆積する。周知のリソグラフィー法を用いて、図示しないレジスト膜を形成する。このレジスト膜をマスクとしてマスク材6をエッチング除去し、所定の領域にマスク材6を形成する。ここで、メモリセルトランジスタが形成される領域のマスク材6の幅(ソース線SLからビット線BL方向での幅)は、例えば1Fに形成される。マスク材6のピッチは、例えば2Fに形成される。 After forming the P + layer 34 and the N + layer 5, a mask material 6 is deposited on the semiconductor substrate 1. A resist film (not shown) is formed using a known lithography method. Using this resist film as a mask, the mask material 6 is removed by etching to form a mask material 6 in a predetermined region. Here, the width of the mask material 6 in the region where the memory cell transistor is formed (the width in the direction from the source line SL to the bit line BL) is, for example, 1F. The pitch of the mask material 6 is 2F, for example.

次に、図6に示すように、マスク材6の上面及び側面をエッチングしてマスク材6の幅を狭くする。   Next, as shown in FIG. 6, the upper surface and side surfaces of the mask material 6 are etched to reduce the width of the mask material 6.

続いて、図7に示すように、マスク材6及び半導体基板1上にマスク材7を堆積する。マスク材7の堆積後、半導体基板1表面が露呈するまでマスク材7をエッチングし、マスク材6の上面及び側面にマスク材7を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7, a mask material 7 is deposited on the mask material 6 and the semiconductor substrate 1. After the mask material 7 is deposited, the mask material 7 is etched until the surface of the semiconductor substrate 1 is exposed, and the mask material 7 is formed on the upper surface and side surfaces of the mask material 6.

そして、図8に示すように、マスク材6の表面が露呈するまでマスク材7を平坦研磨する。平坦研磨は、例えばCMP(chemical mechanical polishing)法を用いて行う。   Then, as shown in FIG. 8, the mask material 7 is flatly polished until the surface of the mask material 6 is exposed. The flat polishing is performed using, for example, a CMP (chemical mechanical polishing) method.

次に、図9に示すように、選択的にマスク材6をエッチングしてマスク材7のみ残置する。この結果、マスク材6のピッチは1F寸法となる。   Next, as shown in FIG. 9, the mask material 6 is selectively etched to leave only the mask material 7. As a result, the pitch of the mask material 6 is 1F.

続いて、図10に示すように、両端のマスク材7上と両端の半導体基板1上にマスク材8を形成する。マスク材8の形成後、マスク材7及び8をマスクとして、例えばRIE(reactive ion etching)法を用いて半導体基板1を垂直にエッチングして深溝2を形成する。深溝2形成後、RIE後処理を行い表面ダメージ層を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 10, a mask material 8 is formed on the mask material 7 at both ends and the semiconductor substrate 1 at both ends. After the mask material 8 is formed, the deep groove 2 is formed by vertically etching the semiconductor substrate 1 using, for example, the RIE (reactive ion etching) method using the mask materials 7 and 8 as a mask. After the deep groove 2 is formed, a post-RIE treatment is performed to remove the surface damage layer.

そして、図11に示すように、等方性エッチングにより、深溝2の幅及び深さを拡大させる。この結果、垂直方向に板状のトレンチゲート間隔Wgp1乃至3を有する半導体基板1領域が深溝2の間に形成される。   Then, as shown in FIG. 11, the width and depth of the deep groove 2 are expanded by isotropic etching. As a result, a region of the semiconductor substrate 1 having plate-like trench gate intervals Wgp 1 to 3 in the vertical direction is formed between the deep grooves 2.

マスク材7及び8をエッチング除去後、N層5に隣接する深溝2にゲート絶縁膜11を形成し、メモリセルトランジスタ形成予定の深溝2にゲート絶縁膜21、電荷蓄積膜22、及び高誘電率絶縁膜23を積層形成する。その後、ゲート電極膜12を深溝2に形成し、トレンチゲート3及び4を深溝に埋設する。 After the mask materials 7 and 8 are removed by etching, the gate insulating film 11 is formed in the deep groove 2 adjacent to the N + layer 5, the gate insulating film 21, the charge storage film 22, and the high dielectric are formed in the deep groove 2 where the memory cell transistor is to be formed. A rate insulating film 23 is stacked. Thereafter, the gate electrode film 12 is formed in the deep groove 2, and the trench gates 3 and 4 are embedded in the deep groove.

ここで、マスク材6及び8には、例えばシリコン酸化膜を用いている。マスク材7には、例えばSiN膜(シリコン窒化膜)を用いている。   Here, for example, silicon oxide films are used for the mask materials 6 and 8. For the mask material 7, for example, a SiN film (silicon nitride film) is used.

ゲート絶縁膜11にはSiO膜(シリコン酸化膜)を用いている。ゲート絶縁膜21には、トンネル酸化膜として厚さ0.5〜10nmの範囲のSiO膜(シリコン酸化膜)を用いているが、代わりにEOT(Equivalent Oxide Thickness)換算で同じ厚さのSiN膜/SiO膜の積層膜(SiOが半導体基板1側)、SiO膜/SiN膜/SiOの積層膜、SiO膜/高誘電率絶縁膜/SiO膜の積層膜、或いは高誘電率絶縁膜/SiO膜の積層膜などを用いてもよい。 As the gate insulating film 11, a SiO 2 film (silicon oxide film) is used. The gate insulating film 21 uses a SiO 2 film (silicon oxide film) having a thickness in the range of 0.5 to 10 nm as a tunnel oxide film. Instead, SiN having the same thickness in terms of EOT (Equivalent Oxide Thickness) is used. Film / SiO 2 film laminate film (SiO 2 is the semiconductor substrate 1 side), SiO 2 film / SiN film / SiO 2 laminate film, SiO 2 film / high dielectric constant insulating film / SiO 2 film laminate film, or high A laminated film of a dielectric constant insulating film / SiO 2 film may be used.

電荷蓄積膜22には、厚さ3〜50nmの範囲のSiN膜(シリコン窒化膜)を用いているが、代わりにHfAlO膜を用いてもよい。また、シリコン酸化膜よりも誘電率の高いAl膜、MgO膜、SrO膜、BaO膜、TiO膜、Ta膜、BaTiO膜、BaZrO膜、ZrO膜、HfO膜、Y膜、ZrSiO膜、HSiO膜、或いはLaAlO膜などの高誘電率の絶縁膜を含む積層膜を用いてもよい。その場合の積層膜は、SiN膜/高誘電率の絶縁膜/SiN膜、HfAlO膜/高誘電率の絶縁膜/SiN膜(ゲート絶縁膜2側がSiN膜)、SiN膜/高誘電率の絶縁膜/HfAlO膜、或いはHfAlO膜/高誘電率の絶縁膜/HfAlO膜などである。 As the charge storage film 22, a SiN film (silicon nitride film) having a thickness in the range of 3 to 50 nm is used, but an HfAlO film may be used instead. Further, Al 2 O 3 film, MgO film, SrO film, BaO film, TiO film, Ta 2 O 5 film, BaTiO 3 film, BaZrO film, ZrO 2 film, HfO 2 film, dielectric constant higher than silicon oxide film, A stacked film including a high dielectric constant insulating film such as a Y 2 O 3 film, a ZrSiO film, an HSiO film, or a LaAlO film may be used. In this case, the laminated film is SiN film / insulating film with high dielectric constant / SiN film, HfAlO film / insulating film with high dielectric constant / SiN film (SiN film on the gate insulating film 2 side), SiN film / insulating with high dielectric constant. Film / HfAlO film or HfAlO film / high dielectric constant insulating film / HfAlO film.

ブロック膜としての高誘電率絶縁膜23には、厚さ5〜30nmの範囲のAl膜(アルミナ膜)を用いているが、代わりにシリコン酸化膜よりも誘電率の高いMgO膜、SrO膜、SiN膜、BaO膜、TiO膜、Ta膜、BaTiO膜、BaZrO膜、ZrO膜、HfO膜、Y膜、ZrSiO膜、HfSiO膜、或いはLaAlO膜などの高誘電率絶縁膜又はその積層膜(Al膜(アルミナ膜)の積層膜も含む)を用いてもよい。その場合の積層膜は、SiO膜/高誘電率絶縁膜/SiO膜、SiO膜/高誘電率絶縁膜、高誘電率絶縁膜/SiO膜、或いは高誘電率絶縁膜/SiO膜/高誘電率絶縁膜などである。 The Al 2 O 3 film (alumina film) having a thickness in the range of 5 to 30 nm is used for the high dielectric constant insulating film 23 as the block film, but instead, an MgO film having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film, SrO film, SiN film, BaO film, TiO film, Ta 2 O 5 film, BaTiO 3 film, BaZrO film, ZrO 2 film, HfO 2 film, Y 2 O 3 film, ZrSiO film, HfSiO film, LaAlO film, etc. A high dielectric constant insulating film or a laminated film thereof (including a laminated film of an Al 2 O 3 film (alumina film)) may be used. In that case, the laminated film is SiO 2 film / high dielectric constant insulating film / SiO 2 film, SiO 2 film / high dielectric constant insulating film, high dielectric constant insulating film / SiO 2 film, or high dielectric constant insulating film / SiO 2. Film / high dielectric constant insulating film.

ゲート電極膜12には、P型不純物が高濃度にドープされたP多結晶シリコン膜と金属シリサイドの積層膜を用いているが、代わりにP多結晶シリコン膜やN型不純物が高濃度にドープされたN多結晶シリコン膜を用いてもよい。また、金属膜/多結晶シリコンの積層膜、或いは金属膜/窒化金属膜の積層膜などを用いてもよい。この場合、金属シリサイドとしては、CoSi、NiSi、WSi、MoSi、TiSiなどであり、金属としてはWなどであり、窒化金属としてはWN、TaN、TiNなどであり、炭化金属としてTaCなどである。 The gate electrode film 12 is a stacked film of a P + polycrystalline silicon film doped with a high concentration of P-type impurities and a metal silicide. Instead, a P + polycrystalline silicon film or an N-type impurity is highly concentrated. Alternatively, an N + polycrystalline silicon film doped may be used. Alternatively, a metal film / polycrystalline silicon laminated film or a metal film / metal nitride laminated film may be used. In this case, the metal silicide is CoSi, NiSi, WSi, MoSi, TiSi or the like, the metal is W or the like, the metal nitride is WN, TaN, TiN or the like, and the carbide metal is TaC or the like.

トレンチゲート3及び4形成後、周知の技術を用いて層間絶縁膜や配線層形成などを行い、チャージトラップ型フラッシュ(CTF;Charge Trap Flash)メモリ構造のNAND型フラッシュメモリとしての半導体記憶装置90が完成する。   After forming the trench gates 3 and 4, an interlayer insulating film and a wiring layer are formed using a known technique, and a semiconductor memory device 90 as a NAND flash memory having a charge trap flash (CTF) memory structure is formed. Complete.

本実施の形態では、単層ゲートであるトレンチゲートの形状を四角形形状にしているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図12(a)、図12(b)、及び図13に示すような構造にしてもよい。図12(a)はトレンチゲートを円筒形形状にした平面図である。図12(b)はトレンチゲートの間に円筒形形状のダミーを配置した平面図である。   In this embodiment, the shape of the trench gate which is a single-layer gate is a quadrangular shape, but it is not necessarily limited to this. For example, a structure as shown in FIGS. 12A, 12B, and 13 may be used. FIG. 12A is a plan view of a trench gate having a cylindrical shape. FIG. 12B is a plan view in which a cylindrical dummy is arranged between the trench gates.

図12(a)に示すように、半導体記憶装置90aでは、円筒形形状の選択トランジスタSGST1をソースコンタクトSLCに接触させ、円筒形形状の選択トランジスタSGDT1をビットコンタクトBLCに接触させている。円筒形形状のメモリセルトランジスタMCT1乃至4は、選択トランジスタSGST1と選択トランジスタSGDT1の間に直列に配置される。選択トランジスタSGST1、メモリセルトランジスタMCT1乃至4、選択トランジスタSGDT1の周囲及び間には図示しない反転層が形成される。   As shown in FIG. 12A, in the semiconductor memory device 90a, the cylindrical selection transistor SGST1 is in contact with the source contact SLC, and the cylindrical selection transistor SGDT1 is in contact with the bit contact BLC. The cylindrical memory cell transistors MCT1 to MCT4 are arranged in series between the selection transistor SGST1 and the selection transistor SGDT1. An inversion layer (not shown) is formed around and between the selection transistor SGST1, the memory cell transistors MCT1 to MCT4, and the selection transistor SGDT1.

図12(b)に示すように、半導体記憶装置90bでは、円筒形形状の選択トランジスタSGST1をソースコンタクトSLCに接触させ、円筒形形状の選択トランジスタSGDT1をビットコンタクトBLCに接触させている。選択トランジスタSGST1と選択トランジスタSGDT1の間には、ダミーDM1、メモリセルトランジスタMCT1、ダミーDM2、メモリセルトランジスタMCT2、及びダミーDM3が直列に配置される。   As shown in FIG. 12B, in the semiconductor memory device 90b, the cylindrical selection transistor SGST1 is in contact with the source contact SLC, and the cylindrical selection transistor SGDT1 is in contact with the bit contact BLC. A dummy DM1, a memory cell transistor MCT1, a dummy DM2, a memory cell transistor MCT2, and a dummy DM3 are arranged in series between the selection transistor SGST1 and the selection transistor SGDT1.

選択トランジスタSGST1、ダミーDM1、メモリセルトランジスタMCT1、ダミーDM2、メモリセルトランジスタMCT2、ダミーDM3、及び選択トランジスタSGDT1の周囲及び間には、図示しない反転層で接続される。トランジスタの間にダミーを設けているのは機械的強度を高めるためである。   The selection transistor SGST1, the dummy DM1, the memory cell transistor MCT1, the dummy DM2, the memory cell transistor MCT2, the dummy DM3, and the periphery of and between the selection transistor SGDT1 are connected by an inversion layer (not shown). The reason why the dummy is provided between the transistors is to increase the mechanical strength.

図13に示すように、半導体記憶装置90cでは、メモリセルトランジスタMCT1乃至4を積層ゲート構造にしている。具体的には、深溝2にトレンチ積層ゲート9が埋設される。トレンチ積層ゲート9は、フローティングゲート絶縁膜及び第一のゲート電極膜42から構成されるフローティングゲート(FG)とコントロールゲート絶縁膜43及び第二のゲート電極膜44から構成されるコントロールゲート(CG)からなる。他は本実施形態の半導体記憶装置90と同じである。   As shown in FIG. 13, in the semiconductor memory device 90c, the memory cell transistors MCT1 to MCT4 have a stacked gate structure. Specifically, a trench stacked gate 9 is embedded in the deep groove 2. The trench stacked gate 9 includes a floating gate (FG) composed of a floating gate insulating film and a first gate electrode film 42, and a control gate (CG) composed of a control gate insulating film 43 and a second gate electrode film 44. Consists of. Others are the same as the semiconductor memory device 90 of this embodiment.

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置では、四角柱形状を有する選択トランジスタSGST1、メモリトセルランジスタMCT1、メモリセルトランジスタMCT2、メモリセルトランジスタMCT3、メモリセルトランジスタMCT4、及び選択トランジスタSGDT1が互いに離間して直列に配置されるメモリセルMC1を有する。選択トランジスタSGST1及び選択トランジスタSGDT1は、深溝2にトレンチゲート3が埋設される。メモリトセルランジスタMCT1乃至4は、深溝2にトレンチゲート4が埋設される。ワード線間隔Wwl1は設計最小寸法である1Fに設定される。   As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the selection transistor SGST1, the memory cell transistor MCT1, the memory cell transistor MCT2, the memory cell transistor MCT3, the memory cell transistor MCT4, and the selection transistor SGDT1 having a quadrangular prism shape are separated from each other. The memory cells MC1 are arranged in series. In the selection transistor SGST1 and the selection transistor SGDT1, the trench gate 3 is embedded in the deep groove 2. In the memory cell transistors MCT 1 to MCT 4, the trench gate 4 is embedded in the deep groove 2. The word line interval Wwl1 is set to 1F which is the minimum design dimension.

このため、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタから構成されるメモリセルを高集積度化することができる。また、メモリセルのセルサイズを2Fにすることができる。したがって、ビット当たりのコストを低減でき、製造単価の安い半導体記憶装置90を提供することができる。 For this reason, the memory cell comprised of the memory cell transistor and the selection transistor can be highly integrated. In addition, the cell size of the memory cell can be 2F 2 . Therefore, the cost per bit can be reduced, and the semiconductor memory device 90 with a low manufacturing unit price can be provided.

なお、本実施形態では、メモリセルトランジスタを4個直列に接続しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。メモリセルトランジスタの数を適宜変更してもよい。   In the present embodiment, four memory cell transistors are connected in series, but the present invention is not necessarily limited to this. The number of memory cell transistors may be changed as appropriate.

(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照して説明する。図14は半導体記憶装置を示す図、図14(a)は半導体記憶装置を示す回路図、図14(b)は半導体記憶装置を示す平面図である。図15は図14(b)のB−B線に沿う半導体記憶装置の断面図である。本実施形態では、P層及び埋め込み絶縁膜が繰り返し形成される基板を用い、メモリセルを構成する選択トランジスタ及びメモリセルトランジスタのゲートを基板の形成された深溝に埋設されたトレンチゲートとし、基板に対して垂直方向に複数のトランジスタを形成している。
(Second embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a diagram illustrating a semiconductor memory device, FIG. 14A is a circuit diagram illustrating the semiconductor memory device, and FIG. 14B is a plan view illustrating the semiconductor memory device. FIG. 15 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line BB in FIG. In the present embodiment, a substrate in which a P layer and a buried insulating film are repeatedly formed is used, and the gate of the selection transistor and the memory cell transistor constituting the memory cell is a trench gate buried in a deep groove in which the substrate is formed. On the other hand, a plurality of transistors are formed in the vertical direction.

以下、第一の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。   Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different portions will be described.

図14(a)に示すように、半導体記憶装置91には、メモリセルMC1a及びMC1bを含め複数のメモリセルが設けられる。複数のメモリセルはメモリセルブロックを構成する。半導体記憶装置91は、チャージトラップ型フラッシュ(CTF;Charge Trap Flash)構造のNAND型フラッシュメモリである。   As shown in FIG. 14A, the semiconductor memory device 91 is provided with a plurality of memory cells including the memory cells MC1a and MC1b. The plurality of memory cells constitute a memory cell block. The semiconductor memory device 91 is a NAND flash memory having a charge trap flash (CTF) structure.

メモリセルMC1aには、ビット線BL3側に選択トランジスタSGDT1aが設けられ、ソース線SL側に選択トランジスタSGST1aが設けられ、その間に直列接続される複数のメモリセルトランジスタ(MCT1a乃至4a)が設けられる。   The memory cell MC1a is provided with a selection transistor SGDT1a on the bit line BL3 side, a selection transistor SGST1a on the source line SL side, and a plurality of memory cell transistors (MCT1a to 4a) connected in series therebetween.

メモリセルMC1bには、ビット線BL4側に選択トランジスタSGDT1bが設けられ、ソース線SL側に選択トランジスタSGST1bが設けられ、その間に直列接続される複数のメモリセルトランジスタ(MCT1b乃至4b)が設けられる。   In the memory cell MC1b, a selection transistor SGDT1b is provided on the bit line BL4 side, a selection transistor SGST1b is provided on the source line SL side, and a plurality of memory cell transistors (MCT1b to 4b) connected in series are provided therebetween.

図14(b)に示すように、半導体記憶装置91では、例えばメモリセルMC1aとメモリセルMC1bが基板201に対して垂直方向に積層形成されているので、基板210表面から見て重なってように図示される。メモリセルトランジスタMCT1a乃至4a、メモリセルトランジスタMCT1b乃至4b、選択トランジスタSGST1a、選択トランジスタSGST1b、選択トランジスタSGDT1a、及び選択トランジスタSGDT1bは第一の実施形態と同様に四角柱形状を有し、互いに離間して直列に配置される。   As shown in FIG. 14B, in the semiconductor memory device 91, for example, the memory cells MC1a and the memory cells MC1b are stacked in a direction perpendicular to the substrate 201, so that they overlap when viewed from the surface of the substrate 210. Illustrated. The memory cell transistors MCT1a to 4a, the memory cell transistors MCT1b to 4b, the selection transistor SGST1a, the selection transistor SGST1b, the selection transistor SGDT1a, and the selection transistor SGDT1b have a rectangular column shape as in the first embodiment, and are separated from each other. Arranged in series.

ワード線間隔(図中横方向のピッチ)は設計最小寸法である1Fに設定される。図中上下方向に配置されるトランジスタのピッチは2Fに設定される。メモリセルのセルサイズは2Fに設定される。 The word line interval (lateral pitch in the figure) is set to 1F which is the minimum design dimension. The pitch of the transistors arranged in the vertical direction in the figure is set to 2F. Cell size of the memory cell is set to 2F 2.

図15に示すように、半導体記憶装置91では、P層202a、埋め込み絶縁膜BOX1、P層202b、埋め込み絶縁膜BOX2、及びP層202cから構成される基板201にP層34、N層5が設けられる。P層34は、プレート線PLに接続され、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202b、及び埋め込み絶縁膜BOX1を貫通してP層202aに達するように形成される。N層5は、ソース線SLに接続され、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202b、及び埋め込み絶縁膜BOX1を貫通してP層202aに達するように形成される。 As shown in FIG. 15, in the semiconductor memory device 91, a P + layer 34 and an N + layer are formed on a substrate 201 composed of a P layer 202a, a buried insulating film BOX1, a P layer 202b, a buried insulating film BOX2, and a P layer 202c. 5 is provided. The P + layer 34 is connected to the plate line PL, and is formed so as to penetrate the P layer 202c, the buried insulating film BOX2, the P layer 202b, and the buried insulating film BOX1 to reach the P layer 202a. The N + layer 5 is connected to the source line SL, and is formed so as to penetrate the P layer 202c, the buried insulating film BOX2, the P layer 202b, and the buried insulating film BOX1 to reach the P layer 202a.

層5bは、埋め込み絶縁膜BOX1と埋め込み絶縁膜BOX2の間のP層202bの領域と、P層202c及び埋め込み絶縁膜BOX2を貫通した領域に設けられ、ビット線BL4に接続される。N層5aは、P層202cの領域に設けられ、ビット線BL3に接続される。 The N + layer 5b is provided in a region of the P layer 202b between the buried insulating film BOX1 and the buried insulating film BOX2, and a region penetrating the P layer 202c and the buried insulating film BOX2, and is connected to the bit line BL4. The N + layer 5a is provided in the region of the P layer 202c and connected to the bit line BL3.

深溝2は、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202b、及び埋め込み絶縁膜BOX1を貫通してP層202aに達するように形成される。深溝2は、P層34、N層5よりも浅く形成される。 The deep groove 2 is formed so as to penetrate the P layer 202c, the buried insulating film BOX2, the P layer 202b, and the buried insulating film BOX1 and reach the P layer 202a. The deep groove 2 is formed shallower than the P + layer 34 and the N + layer 5.

ソース線SLに接続されるN層5に接する深溝2には、トレンチゲート3が埋設される。N層5a及び5bに接する深溝2には、トレンチゲート3が埋設される。トレンチゲート3が埋設された深溝2の間には、トレンチゲート4が埋設される深溝2が複数設けられる。深溝2と深溝2間の基板1の領域と、深溝2の底部には、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、P層202a乃至cとは逆導電型の反転層31が形成される。 A trench gate 3 is buried in the deep groove 2 in contact with the N + layer 5 connected to the source line SL. A trench gate 3 is buried in the deep groove 2 in contact with the N + layers 5a and 5b. A plurality of deep grooves 2 in which the trench gates 4 are embedded are provided between the deep grooves 2 in which the trench gates 3 are embedded. An inversion layer 31 having a conductivity type opposite to that of the P layers 202a to 202c is formed in the region of the substrate 1 between the deep groove 2 and the deep groove 2 and in the bottom of the deep groove 2 in the memory cell write operation and read operation.

ここで、P層202cとトレンチゲート3が接する領域が選択トランジスタSGST1a、選択トランジスタSGDT1aとなる。P層202cとトレンチゲート4が接する領域がメモリセルトランジスタMCT1a乃至4aとなる。P層202bとトレンチゲート3が接する領域が選択トランジスタSGST1b、選択トランジスタSGDT1bとなる。P層202bとトレンチゲート4が接する領域がメモリセルトランジスタMCT1b乃至4bとなる。   Here, the region where the P layer 202c and the trench gate 3 are in contact with each other becomes the selection transistor SGST1a and the selection transistor SGDT1a. Regions where the P layer 202c and the trench gate 4 are in contact are the memory cell transistors MCT1a to 4a. The region where the P layer 202b and the trench gate 3 are in contact with each other becomes the selection transistor SGST1b and the selection transistor SGDT1b. Regions where the P layer 202b and the trench gate 4 are in contact are the memory cell transistors MCT1b to 4b.

半導体記憶装置91では、基板201に対して垂直方向にトランジスタを2段構成としているので、第一の実施形態の半導体記憶装置90よりも集積度を2倍にすることができる。   Since the semiconductor memory device 91 has two transistors in the direction perpendicular to the substrate 201, the degree of integration can be doubled compared to the semiconductor memory device 90 of the first embodiment.

本実施の形態では、基板201に対して垂直方向にトランジスタを2段攻勢にしているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図16に示すように基板に対して垂直方向にトランジスタを4段構成にしてもよい。図16は半導体記憶装置を示す断面図である。   In this embodiment mode, the transistor is two-stage offensive in a direction perpendicular to the substrate 201, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 16, a four-stage transistor may be configured in a direction perpendicular to the substrate. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a semiconductor memory device.

図16に示すように、半導体記憶装置91aでは、P層202a、埋め込み絶縁膜BOX1、P層202b、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX3、P層202d、埋め込み絶縁膜BOX4、及びP層202eから構成される基板201aにP層34、N層5が設けられる。 As shown in FIG. 16, in the semiconductor memory device 91a, a P layer 202a, a buried insulating film BOX1, a P layer 202b, a buried insulating film BOX2, a P layer 202c, a buried insulating film BOX3, a P layer 202d, a buried insulating film BOX4, and The P + layer 34 and the N + layer 5 are provided on the substrate 201a formed of the P layer 202e.

層34は、プレート線PLに接続され、P層202e、埋め込み絶縁膜BOX4、P層202d、埋め込み絶縁膜BOX3、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202b、埋め込み絶縁膜BOX1を貫通してP層202aに達するように形成される。 The P + layer 34 is connected to the plate line PL and penetrates the P layer 202e, the buried insulating film BOX4, the P layer 202d, the buried insulating film BOX3, the P layer 202c, the buried insulating film BOX2, the P layer 202b, and the buried insulating film BOX1. Thus, the P layer 202a is formed.

層5は、ソース線SLに接続され、P層202e、埋め込み絶縁膜BOX4、P層202d、埋め込み絶縁膜BOX3、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202b、埋め込み絶縁膜BOX1を貫通してP層202aに達するように形成される。 The N + layer 5 is connected to the source line SL and penetrates the P layer 202e, the buried insulating film BOX4, the P layer 202d, the buried insulating film BOX3, the P layer 202c, the buried insulating film BOX2, the P layer 202b, and the buried insulating film BOX1. Thus, the P layer 202a is formed.

層5dは、埋め込み絶縁膜BOX1と埋め込み絶縁膜BOX2の間のP層202bの領域と、P層202e、埋め込み絶縁膜BOX4、P層202d、埋め込み絶縁膜BOX3、P層202c、及び埋め込み絶縁膜BOX2を貫通した領域に設けられ、ビット線BL4に接続される。 The N + layer 5d includes a region of the P layer 202b between the buried insulating film BOX1 and the buried insulating film BOX2, a P layer 202e, a buried insulating film BOX4, a P layer 202d, a buried insulating film BOX3, a P layer 202c, and a buried insulating film. It is provided in a region penetrating the film BOX2 and connected to the bit line BL4.

層5cは、埋め込み絶縁膜BOX2と埋め込み絶縁膜BOX3の間のP層202cの領域と、P層202e、埋め込み絶縁膜BOX4、P層202d、及び埋め込み絶縁膜BOX3を貫通した領域に設けられ、ビット線BL3に接続される。 The N + layer 5c is provided in a region of the P layer 202c between the buried insulating film BOX2 and the buried insulating film BOX3, and a region penetrating the P layer 202e, the buried insulating film BOX4, the P layer 202d, and the buried insulating film BOX3. Are connected to the bit line BL3.

層5bは、埋め込み絶縁膜BOX3と埋め込み絶縁膜BOX4の間のP層202dの領域と、P層202e及び埋め込み絶縁膜BOX4を貫通した領域に設けられ、ビット線BL2に接続される。N層5aは、P層202eの領域に設けられ、ビット線BL1に接続される。 The N + layer 5b is provided in a region of the P layer 202d between the buried insulating film BOX3 and the buried insulating film BOX4, and a region penetrating the P layer 202e and the buried insulating film BOX4, and is connected to the bit line BL2. The N + layer 5a is provided in the region of the P layer 202e and is connected to the bit line BL1.

深溝2は、P層202e、埋め込み絶縁膜BOX4、P層202d、埋め込み絶縁膜BOX3、P層202c、埋め込み絶縁膜BOX2、P層202b、埋め込み絶縁膜BOX1を貫通してP層202aに達するように形成される。深溝2は、P層34、N層5よりも浅く形成される。 The deep groove 2 penetrates the P layer 202e, the buried insulating film BOX4, the P layer 202d, the buried insulating film BOX3, the P layer 202c, the buried insulating film BOX2, the P layer 202b, and the buried insulating film BOX1, and reaches the P layer 202a. It is formed. The deep groove 2 is formed shallower than the P + layer 34 and the N + layer 5.

ソース線SLに接続されるN層5に接する深溝2には、トレンチゲート3が埋設される。N層5a乃至5dに接する深溝2には、トレンチゲート3が埋設される。トレンチゲート3が埋設された深溝2の間には、トレンチゲート4が埋設される深溝2が複数設けられる。深溝2と深溝2間の基板1の領域には、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、P層202e、P層202d、P層202c、P層202bを逆導電型に反転した反転層31が形成される。 A trench gate 3 is buried in the deep groove 2 in contact with the N + layer 5 connected to the source line SL. A trench gate 3 is buried in the deep groove 2 in contact with the N + layers 5a to 5d. A plurality of deep grooves 2 in which the trench gates 4 are embedded are provided between the deep grooves 2 in which the trench gates 3 are embedded. In the region of the substrate 1 between the deep groove 2 and the deep groove 2, an inversion layer 31 in which the P layer 202 e, the P layer 202 d, the P layer 202 c, and the P layer 202 b are inverted to a reverse conductivity type during a memory cell write operation and read operation. Is formed.

半導体記憶装置91aでは、基板201aに対して垂直方向にトランジスタを4段構成としているので、第一の実施形態の半導体記憶装置90よりも集積度を4倍にすることができる。   Since the semiconductor memory device 91a has four transistors in the direction perpendicular to the substrate 201a, the degree of integration can be quadrupled compared to the semiconductor memory device 90 of the first embodiment.

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置ではメモリセルMC1aとメモリセルMC1bが基板201に対して垂直方向に積層形成されている。ワード線間隔は設計最小寸法である1Fに設定される。   As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the memory cells MC1a and the memory cells MC1b are stacked in the direction perpendicular to the substrate 201. The word line interval is set to 1F which is the minimum design dimension.

このため、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタから構成されるメモリセルを第一の実施形態よりも2倍高集積度化することができる。また、メモリセルのセルサイズを2Fにすることができる。したがって、ビット当たりのコストを低減でき、製造単価の安い半導体記憶装置91を提供することができる。 Therefore, the memory cell composed of the memory cell transistor and the selection transistor can be twice as highly integrated as in the first embodiment. In addition, the cell size of the memory cell can be 2F 2 . Therefore, the cost per bit can be reduced and the semiconductor memory device 91 with a low manufacturing unit price can be provided.

なお、本実施形態では、深溝2を基板201に対して垂直方向に形成しているが、深溝と基板を斜め方向に回転して形成してもよい。この場合、ビット線BLの取り出しが容易となる。なお、斜め方向の深溝は、斜め方向異方性エッチング技術を用いるのが好ましい。   In this embodiment, the deep groove 2 is formed in a direction perpendicular to the substrate 201, but the deep groove and the substrate may be formed by rotating in an oblique direction. In this case, the bit line BL can be easily taken out. In addition, it is preferable to use an oblique anisotropic etching technique for the oblique deep grooves.

(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照して説明する。
(Third embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図17は半導体記憶装置を示す図、図17(a)は半導体記憶装置を示す回路図、図17(b)は半導体記憶装置を示す平面図である。図18は半導体記憶装置を示す拡大平面図である。本実施形態では、分離溝に埋設される絶縁膜を半導体基板に設け、メモリセルを構成する選択トランジスタ及びメモリセルトランジスタのゲートを、分離溝を跨いで形成される深溝に埋設されたトレンチゲートとし、分離溝で分離されるトレンチゲートの両端部に2つのトランジスタを形成している。   17 is a diagram illustrating a semiconductor memory device, FIG. 17A is a circuit diagram illustrating the semiconductor memory device, and FIG. 17B is a plan view illustrating the semiconductor memory device. FIG. 18 is an enlarged plan view showing the semiconductor memory device. In this embodiment, an insulating film embedded in the isolation trench is provided on the semiconductor substrate, and the selection transistor and the gate of the memory cell transistor constituting the memory cell are trench gates embedded in the deep trench formed across the isolation trench. Two transistors are formed at both ends of the trench gate separated by the isolation trench.

以下、第一の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。   Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different portions will be described.

図17(a)に示すように、半導体記憶装置92には、メモリセルMC11及びMC12を含め複数のメモリセルが設けられる。複数のメモリセルはメモリセルブロックを構成する。半導体記憶装置92は、チャージトラップ型フラッシュ(CTF;Charge Trap Flash)構造のNAND型フラッシュメモリである。   As shown in FIG. 17A, the semiconductor memory device 92 is provided with a plurality of memory cells including the memory cells MC11 and MC12. The plurality of memory cells constitute a memory cell block. The semiconductor memory device 92 is a NAND flash memory having a charge trap flash (CTF) structure.

メモリセルMC11には、ビット線BL3側に選択トランジスタSGDT1aが設けられ、ソース線SL側に選択トランジスタSGST1aが設けられ、その間に直列接続される複数のメモリセルトランジスタ(MCT1a乃至4a)が設けられる。   The memory cell MC11 is provided with a selection transistor SGDT1a on the bit line BL3 side, a selection transistor SGST1a on the source line SL side, and a plurality of memory cell transistors (MCT1a to 4a) connected in series therebetween.

メモリセルMC12には、ビット線BL4側に選択トランジスタSGDT1bが設けられ、ソース線SL側に選択トランジスタSGST1bが設けられ、その間に直列接続される複数のメモリセルトランジスタ(MCT1b乃至4b)が設けられる。   The memory cell MC12 is provided with a selection transistor SGDT1b on the bit line BL4 side, a selection transistor SGST1b on the source line SL side, and a plurality of memory cell transistors (MCT1b to 4b) connected in series therebetween.

図17(b)に示すように、半導体記憶装置92では、メモリセルが図中水平方向に直列接続され、例えばメモリセルMC11とメモリセルMC12を構成するトランジスタがゲートを共有している。   As shown in FIG. 17B, in the semiconductor memory device 92, the memory cells are connected in series in the horizontal direction in the figure, and for example, the transistors constituting the memory cell MC11 and the memory cell MC12 share the gate.

具体的には、選択トランジスタSGST1aと選択トランジスタSGST1bが同一のトレンチゲート3aを共有し、選択トランジスタSGDT1aと選択トランジスタSGDT1bが同一のトレンチゲート3aを共有している。メモリセルトランジスタMCT1aとメモリセルトランジスタMCT1b、メモリセルトランジスタMCT2aとメモリセルトランジスタMCT2b、メモリセルトランジスタMCT3aとメモリセルトランジスタMCT3b、メモリセルトランジスタMCT4aとメモリセルトランジスタMCT4bがそれぞれ同一のトレンチゲート4aを共有している。トレンチゲート3aとトレンチゲート4aは四角柱形状を有している。   Specifically, the selection transistor SGST1a and the selection transistor SGST1b share the same trench gate 3a, and the selection transistor SGDT1a and the selection transistor SGDT1b share the same trench gate 3a. Memory cell transistor MCT1a and memory cell transistor MCT1b, memory cell transistor MCT2a and memory cell transistor MCT2b, memory cell transistor MCT3a and memory cell transistor MCT3b, and memory cell transistor MCT4a and memory cell transistor MCT4b share the same trench gate 4a. Yes. The trench gate 3a and the trench gate 4a have a quadrangular prism shape.

図18に示すように、深溝2aは四角柱形状を有し、図中水平方向が長く四角柱形状を有する分離溝51に埋設された絶縁膜52(分離溝絶縁膜)を跨ぐように半導体基板1に設けられる。深溝2aは、絶縁膜52(分離溝絶縁膜)よりも浅く形成されている。   As shown in FIG. 18, the deep groove 2a has a quadrangular prism shape, and the semiconductor substrate is disposed so as to straddle the insulating film 52 (isolating groove insulating film) embedded in the isolating groove 51 having a long horizontal direction in the figure and having the quadrangular prism shape. 1 is provided. The deep groove 2a is formed shallower than the insulating film 52 (isolation groove insulating film).

ソース線コンタクトSLCと接する深溝2aにはトレンチゲート3aが埋設される。ビット線コンタクトBLCと接する深溝2aにはトレンチゲート3aが埋設される。トレンチゲート3aは第一の実施形態のトレンチゲート3と同様な構造を有する。ソース線コンタクトSLCと接する深溝2aとビット線コンタクトBLCと接する深溝2aの間の複数の深溝2aには、トレンチゲート4aが埋設される。トレンチゲート4aは第一の実施形態のトレンチゲート4と同様な構造を有する。   A trench gate 3a is buried in the deep groove 2a in contact with the source line contact SLC. A trench gate 3a is buried in the deep groove 2a in contact with the bit line contact BLC. The trench gate 3a has the same structure as the trench gate 3 of the first embodiment. Trench gates 4a are embedded in the plurality of deep grooves 2a between the deep groove 2a in contact with the source line contact SLC and the deep groove 2a in contact with the bit line contact BLC. The trench gate 4a has the same structure as the trench gate 4 of the first embodiment.

選択トランジスタSGST1aと選択トランジスタSGST1bは、絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断される。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲート3aの一方端(図中上端)と半導体基板1が接する領域が選択トランジスタSGST1aとなる。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲート3aの他方端(図中下端)と半導体基板1が接する領域が選択トランジスタSGST1bとなる。   The selection transistor SGST1a and the selection transistor SGST1b are separated by an insulating film 52 (isolation groove insulating film). A region where the semiconductor substrate 1 is in contact with one end (upper end in the drawing) of the trench gate 3a divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film) is the select transistor SGST1a. A region where the semiconductor substrate 1 is in contact with the other end (lower end in the figure) of the trench gate 3a divided by the insulating film 52 (isolation trench insulating film) is the select transistor SGST1b.

選択トランジスタSGDT1aと選択トランジスタSGDT1bは、絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断される。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲート3aの一方端(図中上端)と半導体基板1が接する領域が選択トランジスタSGDT1aとなる。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲート3aの他方端(図中下端)と半導体基板1が接する領域が選択トランジスタSGDT1bとなる。   The selection transistor SGDT1a and the selection transistor SGDT1b are separated by an insulating film 52 (isolation groove insulating film). A region where the semiconductor substrate 1 is in contact with one end (upper end in the figure) of the trench gate 3a divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film) is the selection transistor SGDT1a. A region where the semiconductor substrate 1 is in contact with the other end (lower end in the figure) of the trench gate 3a divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film) is the select transistor SGDT1b.

メモリトセルランジスタMCT1aとメモリセルトランジスタMCT1b、メモリトセルランジスタMCT2aとメモリセルトランジスタMCT2b、メモリトセルランジスタMCT3aとメモリセルトランジスタMCT3b、メモリトセルランジスタMCT4aとメモリセルトランジスタMCT4bは、それぞれ絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断される。   The memory cell transistor MCT1a and the memory cell transistor MCT1b, the memory cell transistor MCT2a and the memory cell transistor MCT2b, the memory cell transistor MCT3a and the memory cell transistor MCT3b, the memory cell transistor MCT4a and the memory cell transistor MCT4b, respectively, have an insulating film 52 (isolation groove insulating film). ).

絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲート4aの一方端(図中上端)と半導体基板1が接する領域がメモリトセルランジスタMCT1a、メモリトセルランジスタMCT2a、メモリトセルランジスタMCT3a、メモリトセルランジスタMCT4aとなる。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲート4aの他方端(図中下端)と半導体基板1が接する領域がメモリトセルランジスタMCT1b、メモリトセルランジスタMCT2b、メモリトセルランジスタMCT3b、メモリトセルランジスタMCT4bとなる。   A region where the semiconductor substrate 1 is in contact with one end (upper end in the figure) of the trench gate 4a divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film) is the memory cell transistor MCT1a, the memory cell transistor MCT2a, the memory cell transistor MCT3a, and the memory cell transistor. It becomes MCT4a. A region where the semiconductor substrate 1 is in contact with the other end (lower end in the figure) of the trench gate 4a divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film) is a memory cell transistor MCT1b, a memory cell transistor MCT2b, a memory cell transistor MCT3b, a memory cell transistor. It becomes MCT4b.

メモリセルトランジスタMCT1a乃至4a、メモリセルトランジスタMCT1b乃至4bは、ワード線間隔Wwl1のピッチで配置される。メモリセルトランジスタMCT1a乃至4a、メモリセルトランジスタMCT1b乃至4bは、互いにトレンチゲート間隔Wgp1で離間配置され、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31が形成される。   Memory cell transistors MCT1a to 4a and memory cell transistors MCT1b to 4b are arranged at a pitch of word line interval Wwl1. The memory cell transistors MCT1a to 4a and the memory cell transistors MCT1b to 4b are spaced apart from each other by a trench gate interval Wgp1, and are inverted in a conductivity type (N type) opposite to that of the semiconductor substrate 1 during the write operation and read operation of the memory cell. Layer 31 is formed.

選択トランジスタSGST1aとメモリセルトランジスタMCT1a、選択トランジスタSGST1bとメモリセルトランジスタMCT1bは、トレンチゲート間隔Wgp2で離間配置され、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31が形成される。   The selection transistor SGST1a and the memory cell transistor MCT1a, the selection transistor SGST1b and the memory cell transistor MCT1b are spaced apart by a trench gate interval Wgp2, and have a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 (N-type) during a write operation and a read operation of the memory cell. ) Inversion layer 31 is formed.

選択トランジスタSGDT1aとメモリセルトランジスタMCT4a、選択トランジスタSGDT1bとメモリセルトランジスタMCT4bは、トレンチゲート間隔Wgp3で離間配置され、メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のときに半導体基板1とは逆導電型(N型)の反転層31が形成される。   The selection transistor SGDT1a and the memory cell transistor MCT4a, and the selection transistor SGDT1b and the memory cell transistor MCT4b are spaced apart by a trench gate interval Wgp3, and have a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 (N-type) during a write operation and a read operation of the memory cell. ) Inversion layer 31 is formed.

メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、選択トランジスタSGST1a、メモリセルトランジスタMCT1a乃至4a、及び選択トランジスタSGDT1aにそれぞれ反転層31が形成される。メモリセルの読み出し動作のとき、メモリセルトランジスタの記憶情報がソース線SLからビット線BL方向に流れる(ビット線BL3から情報が読み出される)。   During the write operation and read operation of the memory cell, the inversion layer 31 is formed in each of the selection transistor SGST1a, the memory cell transistors MCT1a to 4a, and the selection transistor SGDT1a. In the memory cell read operation, the memory information of the memory cell transistor flows from the source line SL in the bit line BL direction (information is read from the bit line BL3).

メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、選択トランジスタSGST1b、メモリセルトランジスタMCT1b乃至4b、及び選択トランジスタSGDT1bにそれぞれ反転層31が形成される。メモリセルの読み出し動作のとき、メモリセルトランジスタの記憶情報がソース線SLからビット線BL方向に流れる(ビット線BL4から情報が読み出される)。   During the write operation and the read operation of the memory cell, the inversion layer 31 is formed in each of the selection transistor SGST1b, the memory cell transistors MCT1b to 4b, and the selection transistor SGDT1b. In the memory cell read operation, the memory information of the memory cell transistor flows from the source line SL in the direction of the bit line BL (information is read from the bit line BL4).

次に、半導体記憶装置の動作について、図19乃至21を参照して説明する。図19は半導体記憶装置の書き込み動作を説明する図である。   Next, the operation of the semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. FIG. 19 illustrates a write operation of the semiconductor memory device.

図19に示すように、メモリセルブロックのワード線WL2とビット線BL3で選択される選択メモリセルトランジスタ(MCT2a)に書き込み動作を行う場合、選択メモリセルトランジスタ(MCT2a)に“0(ゼロ)”を書き込むとき、対応するビット線BLを“0V”にし、選択トランジスタに“1”を書き込むとき、対応するビット線BLを昇圧された高電位側電源電圧Vddにする。ソース線SLを0Vにする。プレート線PLを0Vにする。選択線SGDを(+)電圧である制御電圧Vsg1にし、選択線SGSに(+)電圧である制御電圧Vsg2を印加して選択トランジスタ(SGST1a、SGDT1a)を“ON”させる。選択されたワード線WL2を書き込み電圧Vpgmにし、非選択のワード線WLを中間電圧Vmにしている。   As shown in FIG. 19, when a write operation is performed on the selected memory cell transistor (MCT2a) selected by the word line WL2 and the bit line BL3 of the memory cell block, “0 (zero)” is applied to the selected memory cell transistor (MCT2a). Is written, the corresponding bit line BL is set to “0V”, and when “1” is written to the selection transistor, the corresponding bit line BL is set to the boosted high potential side power supply voltage Vdd. The source line SL is set to 0V. The plate line PL is set to 0V. The selection line SGD is set to the control voltage Vsg1 that is the (+) voltage, and the control voltage Vsg2 that is the (+) voltage is applied to the selection line SGS to turn on the selection transistors (SGST1a, SGDT1a). The selected word line WL2 is set to the write voltage Vpgm, and the non-selected word line WL is set to the intermediate voltage Vm.

ここで、書き込み電圧Vpgmを、例えば20Vに設定し、中間電圧Vmを、例えば6Vに設定している。このため、メモリセルトランジスタの周囲及び間、メモリセルトランジスタと選択トランジスタの周囲及び間の半導体基板1に反転層が形成され、ソース或いはドレインとなるN層がなくともメモリセルトランジスタの書き込み動作が可能となる。 Here, the write voltage Vpgm is set to 20 V, for example, and the intermediate voltage Vm is set to 6 V, for example. Therefore, an inversion layer is formed on the semiconductor substrate 1 around and between the memory cell transistors and around and between the memory cell transistors and the selection transistor, and the memory cell transistor can perform a write operation without an N + layer serving as a source or drain. It becomes possible.

図20は半導体記憶装置の読み出し動作を説明する図である。図20に示すように、メモリセルブロックのワード線WL2とビット線BL3で選択される選択メモリセルトランジスタ(MCT2a)の読み出し動作を行う場合、対応するビット線BLを(+)電圧のプリチャージ電圧Vblにし、ソース線SLを0Vにする。プレート線PLを0Vにする。選択線SGDを(+)電圧である制御電圧Vsg1にし、選択線SGSに(+)電圧である制御電圧Vsg2を印加して選択トランジスタ(SGST1a、SGDT1a)を“ON”させる。選択されたワード線WL2を0Vにし、非選択のワード線WLをパス電圧Vreadにしている。   FIG. 20 is a diagram for explaining the read operation of the semiconductor memory device. As shown in FIG. 20, when the read operation of the selected memory cell transistor (MCT2a) selected by the word line WL2 and the bit line BL3 of the memory cell block is performed, the corresponding bit line BL is set to the (+) voltage precharge voltage. Vbl and the source line SL are set to 0V. The plate line PL is set to 0V. The selection line SGD is set to the control voltage Vsg1 that is the (+) voltage, and the control voltage Vsg2 that is the (+) voltage is applied to the selection line SGS to turn on the selection transistors (SGST1a, SGDT1a). The selected word line WL2 is set to 0V, and the non-selected word line WL is set to the pass voltage Vread.

ここで、パス電圧Vreadを、例えば5.5Vに設定している。このため、メモリセルトランジスタのトレンチゲートの周囲及び間、メモリセルトランジスタと選択トランジスタの周囲及び間の半導体基板1に反転層が形成され、ソース或いはドレインとなるN層がなくともメモリセルトランジスタの読み出し動作が可能となる。 Here, the pass voltage Vread is set to 5.5 V, for example. Therefore, an inversion layer is formed in the semiconductor substrate 1 around and between the trench gates of the memory cell transistor and around and between the memory cell transistor and the selection transistor, and the memory cell transistor can be formed without an N + layer serving as a source or a drain. A read operation is possible.

図21は半導体記憶装置の一括消去動作を説明する図である。図21に示すように、メモリセルブロックの一括消去動作を行う場合、例えば対応するビット線BL、選択線SGD、ソース線SL、及び選択線SGSをフローティングにし、プレート線PL(半導体基板1)を消去電圧Veraにし、ワード線WLを0Vにする。なお、プレート線PLをPウエル層に形成している場合には、このPウエル層に消去電圧Veraを加える。   FIG. 21 is a diagram for explaining the batch erase operation of the semiconductor memory device. As shown in FIG. 21, when performing the batch erase operation of the memory cell block, for example, the corresponding bit line BL, selection line SGD, source line SL, and selection line SGS are floated, and the plate line PL (semiconductor substrate 1) is set. The erase voltage is set to Vera, and the word line WL is set to 0V. When the plate line PL is formed in the P well layer, the erase voltage Vera is applied to the P well layer.

ここで、消去電圧Veraを、例えば20Vに設定している。このため、メモリセルブロックのメモリセルトランジスタに格納される情報は一括消去される。選択線SGD、選択線SGSをフローティングにしているが、消去電圧Veraに設定する場合もある。   Here, the erase voltage Vera is set to 20 V, for example. For this reason, the information stored in the memory cell transistors of the memory cell block is erased collectively. Although the selection line SGD and the selection line SGS are in a floating state, they may be set to the erase voltage Vera.

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置では、分離溝51に埋設された絶縁膜52を跨ぐように半導体基板1に深溝2aが形成される。メモリセルMC11とメモリセルMC12を構成するトランジスタが深溝2aに埋設されたトレンチゲートを共有している。   As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the deep groove 2 a is formed in the semiconductor substrate 1 so as to straddle the insulating film 52 embedded in the isolation groove 51. Transistors constituting the memory cell MC11 and the memory cell MC12 share a trench gate embedded in the deep groove 2a.

このため、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタから構成されるメモリセルを第一の実施形態よりも高集積度化することができる。したがって、ビット当たりのコストを低減でき、製造単価の安い半導体記憶装置92を提供することができる。   For this reason, the memory cell composed of the memory cell transistor and the selection transistor can be more highly integrated than in the first embodiment. Therefore, the cost per bit can be reduced, and the semiconductor memory device 92 with a low manufacturing unit price can be provided.

なお、本実施形態では、分離溝51に埋設された絶縁膜52を跨ぐように半導体基板1に深溝2aが形成しているが、半導体基板1の代わりに半導体層と埋め込み絶縁膜から構成される基板を用いてもよい。   In the present embodiment, the deep groove 2a is formed in the semiconductor substrate 1 so as to straddle the insulating film 52 embedded in the isolation groove 51. However, instead of the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 includes a semiconductor layer and a buried insulating film. A substrate may be used.

(第四の実施形態)
次に、本発明の第四の実施形態に係る半導体記憶装置のデコーダについて、図面を参照して説明する。図22はカラムデコーダを示す図、図22(a)はカラムデコーダを示す回路図、図22(b)はカラムデコーダを示す拡大平面図である。本実施形態では、周囲をNウエルで分離されたP層に、第一の実施形態と同様に深溝に埋設されたトレンチゲートを形成し、カラム制御トランジスタ及びカラム選択トランジスタから構成されるカラムデコーダを設けている。
(Fourth embodiment)
Next, a decoder of the semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 22 is a diagram showing the column decoder, FIG. 22A is a circuit diagram showing the column decoder, and FIG. 22B is an enlarged plan view showing the column decoder. In this embodiment, a trench gate embedded in a deep groove is formed in a P layer separated by an N well around the periphery, and a column decoder including a column control transistor and a column selection transistor is formed. Provided.

図22(a)に示すように、カラムデコーダ100は、例えば半導体記憶装置のメモリセルのビット線情報が入力され、書き込み動作や読み出し動作のときに、必要なビット線を選択するセレクト回路として機能する。   As shown in FIG. 22A, the column decoder 100 functions as a select circuit that receives, for example, bit line information of a memory cell of a semiconductor memory device and selects a necessary bit line during a write operation or a read operation. To do.

カラムデコーダ100には、ビット線とデコード線DCLの間にデコーダユニット110が図中水平方向にm個並列配置される。デコーダユニット110は、直列接続されるカラム選択トランジスタSCDDT、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)、及びカラム選択トランジスタSCDSTから構成される。デコーダユニット110には、カラムプレート線CPLが設けられる。   In the column decoder 100, m decoder units 110 are arranged in parallel in the horizontal direction in the figure between the bit line and the decode line DCL. The decoder unit 110 includes a column selection transistor SCDDT connected in series, n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn), and a column selection transistor SCDST. The decoder unit 110 is provided with a column plate line CPL.

カラム選択トランジスタSCDDTは、ゲートがカラム選択線SCDDに接続される。カラム選択トランジスタSCDSTは、ゲートがカラム選択線SCDSに接続される。カラム制御トランジスタCST1は、ゲートがカラム制御線CS1に接続される。カラム制御トランジスタCST2は、ゲートがカラム制御線CS2に接続される。カラム制御トランジスタCST3は、ゲートがカラム制御線CS3に接続される。カラム制御トランジスタCSTnは、ゲートがカラム制御線CSnに接続される。   The column selection transistor SCDDT has a gate connected to the column selection line SCDD. Column select transistor SCDST has a gate connected to column select line SCDS. The column control transistor CST1 has a gate connected to the column control line CS1. The column control transistor CST2 has a gate connected to the column control line CS2. The column control transistor CST3 has a gate connected to the column control line CS3. The column control transistor CSTn has a gate connected to the column control line CSn.

カラムデコーダ100は、これまで半導体記憶装置に使用されているカラムデコーダよりも高集積度化が可能である。詳細は後述する。   The column decoder 100 can be more highly integrated than the column decoders used so far in semiconductor memory devices. Details will be described later.

図22(b)に示すように、デコーダユニット110には、周囲をNウエル層60で分離されたP層61が設けられ、P層61にはカラムプレート線CPLmに接続されるP層が設けられる。直列接続されるカラム選択トランジスタSCDDT、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)、及びカラム選択トランジスタSCDSTは、周囲をNウエル層60で分離されたP層61に設けられる。カラム選択トランジスタSCDDT、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)、及びカラム選択トランジスタSCDSTは、第一の実施形態のメモリセルと同様な配置及び構造を有する。 As shown in FIG. 22 (b), the decoder unit 110 is provided with a P layer 61, the periphery of which is separated by an N well layer 60. The P layer 61 has a P + layer connected to the column plate line CPLm. Provided. The column selection transistor SCDDT, the n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn) and the column selection transistor SCDST that are connected in series are connected to the P layer 61 separated by the N-well layer 60. Provided. The column selection transistor SCDDT, the n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn), and the column selection transistor SCDST have the same arrangement and structure as the memory cell of the first embodiment.

カラム選択トランジスタSCDDTは、ビット線に接続され、ビット線情報が入力されるN層と接している。カラム選択トランジスタSCDDTは、四角柱形状のトレンチゲートを有し、第一の実施形態の選択トランジスタSGDT1と同様な構造を有する。 The column selection transistor SCDDT is connected to a bit line and is in contact with an N + layer to which bit line information is input. The column selection transistor SCDDT has a quadrangular prism-shaped trench gate and has the same structure as the selection transistor SGDT1 of the first embodiment.

カラム選択トランジスタSCDSTは、デコード線DCLmに接続され、N層と接している。カラム選択トランジスタSCDSTは、四角柱形状のトレンチゲートを有し、第一の実施形態の選択トランジスタSGST1と同様な構造を有する。 Column select transistor SCDST is connected to decode line DCLm and is in contact with the N + layer. The column selection transistor SCDST has a quadrangular prism-shaped trench gate and has the same structure as the selection transistor SGST1 of the first embodiment.

カラム選択トランジスタSCDDTとカラム選択トランジスタSCDSTに設けられるn個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)は、それぞれ四角柱形状のトレンチゲートを有し、第一の実施形態のメモリセルトランジスタと同様な構造を有する。ここでは、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)は、1ビット(2つ)の閾値を有するが2ビット以上の閾値を有してもよい。   The n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn) provided in the column selection transistor SCDDT and the column selection transistor SCDST each have a quadrangular prism-shaped trench gate. It has the same structure as the memory cell transistor. Here, the n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn) have a threshold of 1 bit (two), but may have a threshold of 2 bits or more.

次に、カラムデコーダの動作について図23乃至25を参照して説明する。図23はカラムデコーダの消去動作を説明する図である。   Next, the operation of the column decoder will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is a diagram for explaining the erase operation of the column decoder.

図23に示すように、カラムデコーダ100の消去動作では、ビット線側のカラム選択線SCDD、デコード線DCL、及びカラムプレート線CPLを0Vにし、カラム制御線CSを消去電圧Vbacにし、カラム選択線SCDSを制御電圧Vsc1にする。例えば、消去電圧Vbacを20V、制御電圧Vsc1を11Vに設定し、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)に4Vから5Vの間の閾値を書き込む。この結果、バック一括消去がなされる。   As shown in FIG. 23, in the erase operation of the column decoder 100, the column select line SCDD, the decode line DCL, and the column plate line CPL on the bit line side are set to 0V, the column control line CS is set to the erase voltage Vbac, and the column select line SCDS is set to the control voltage Vsc1. For example, the erase voltage Vbac is set to 20V, the control voltage Vsc1 is set to 11V, and a threshold value between 4V and 5V is written to n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn). As a result, back batch erasure is performed.

図24はカラムデコーダの書き込み動作を説明する図である。図24に示すように、カラム制御線CS1、デコード線DCL2、カラムプレート線CPL2で選択されたカラム制御トランジスタCST1bに書き込み動作を行う場合、カラム選択線SCDD及びSCDSを制御電圧Vsc1にし、デコード線DCLをフローティングにする。選択されたカラム制御線CS1を0Vにし、非選択のカラム制御線CSを書き込み電圧Vreadcsにし、選択されたカラムプレート線CPL2を書き込み電圧Vwrにする。例えば、書き込み電圧Vwrを20V、書き込み電圧Vreadcsを9V、制御電圧Vsc1を11Vに設定し、選択されたカラム制御トランジスタCST1bに0Vよりも低い閾値を書き込む。この結果、バック書き込みがなされる。   FIG. 24 is a diagram for explaining the write operation of the column decoder. As shown in FIG. 24, when a write operation is performed on the column control transistor CST1b selected by the column control line CS1, the decode line DCL2, and the column plate line CPL2, the column select lines SCDD and SCDS are set to the control voltage Vsc1, and the decode line DCL is set. To float. The selected column control line CS1 is set to 0V, the non-selected column control line CS is set to the write voltage Vreadcs, and the selected column plate line CPL2 is set to the write voltage Vwr. For example, the write voltage Vwr is set to 20V, the write voltage Vreadcs is set to 9V, and the control voltage Vsc1 is set to 11V, and a threshold value lower than 0V is written to the selected column control transistor CST1b. As a result, back writing is performed.

図25はカラムデコーダの動作を説明する図である。図25は、図24のように書き込み動作された状態でのカラムデコードの動作である。   FIG. 25 is a diagram for explaining the operation of the column decoder. FIG. 25 shows the column decoding operation in a state where the write operation is performed as shown in FIG.

図25に示すように、選択されたデコード線DCL2をアクティブにする場合、カラム選択線SCDD及びSCDSを制御電圧Vsc2にし、カラムプレート線CPLを0Vにする。選択されたカラム制御線CS1を0Vにし、非選択のカラム制御線CSを制御電圧Vacにする。例えば、制御電圧Vsc2及び制御電圧Vacを5Vに設定する。この設定により、カラム制御線CS1に接続されるカラム制御トランジスタCST1bがオンし、他のカラム制御トランジスタCST1がオフするので、選択されたデコード線DCL2がアクティブとなり、非選択のデコード線DCLがノンアクティブとなる。   As shown in FIG. 25, when the selected decode line DCL2 is activated, the column select lines SCDD and SCDS are set to the control voltage Vsc2, and the column plate line CPL is set to 0V. The selected column control line CS1 is set to 0V, and the non-selected column control line CS is set to the control voltage Vac. For example, the control voltage Vsc2 and the control voltage Vac are set to 5V. With this setting, the column control transistor CST1b connected to the column control line CS1 is turned on and the other column control transistors CST1 are turned off, so that the selected decode line DCL2 becomes active and the unselected decode line DCL becomes non-active. It becomes.

上述したように、本実施形態のデコーダでは、直列接続されるカラム選択トランジスタSCDDT、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)、及びカラム選択トランジスタSCDSTから構成されるデコーダユニット110が設けられる。デコーダユニット110には、カラムプレート線CPLが設けられる。カラム選択トランジスタSCDDT、n個のカラム制御トランジスタ(CST1、CST2、CST3、・・・、CSTn)、及びカラム選択トランジスタSCDSTは第一の実施形態のメモリセルと同様な配置及び形状を有する。   As described above, the decoder of this embodiment includes the column selection transistor SCDDT, n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn) connected in series, and the column selection transistor SCDST. A decoder unit 110 is provided. The decoder unit 110 is provided with a column plate line CPL. The column selection transistor SCDDT, the n column control transistors (CST1, CST2, CST3,..., CSTn), and the column selection transistor SCDST have the same arrangement and shape as the memory cell of the first embodiment.

このため、出荷段階で1回のデータ書き込みで対応できるので設計の自由度が向上することができる。また従来よりも高集積度化することができる。したがって、製造単価の安いカラムデコーダ100を提供することができる。   For this reason, since it can respond by one time data writing at the shipping stage, the degree of freedom in design can be improved. Further, the degree of integration can be increased as compared with the conventional case. Therefore, it is possible to provide the column decoder 100 with a low manufacturing unit price.

なお、本実施形態では、カラムデコーダ100を半導体記憶装置に適用しているが必ずしもこれに限定されるものではない。半導体集積回路や半導体集計回路モジュールなどに使用されるデコーダにも適用することができる。   In this embodiment, the column decoder 100 is applied to a semiconductor memory device, but is not necessarily limited to this. The present invention can also be applied to a decoder used for a semiconductor integrated circuit, a semiconductor total circuit module, or the like.

(第五の実施形態)
次に、本発明の第五の実施形態に係る半導体記憶装置のデコーダについて、図面を参照して説明する。図26はカラムデコーダを示す図である。本実施形態では、第三の実施形態と同様に深溝に埋設されたトレンチゲートを形成し、カラム制御トランジスタ及びカラム選択トランジスタから構成されるカラムデコーダを設けている。
(Fifth embodiment)
Next, a decoder of the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 26 shows a column decoder. In this embodiment, a trench gate embedded in a deep groove is formed as in the third embodiment, and a column decoder including a column control transistor and a column selection transistor is provided.

図26に示すように、カラムデコーダ101は、例えば半導体記憶装置のメモリセルのビット線情報が入力され、書き込み動作や読み出し動作のときに、必要なビット線を選択するセレクト回路として機能する。   As shown in FIG. 26, the column decoder 101 receives, for example, bit line information of a memory cell of a semiconductor memory device, and functions as a select circuit that selects a necessary bit line during a write operation or a read operation.

カラムデコーダ101には、ビット線とデコード線DCLの間にデコーダユニット110aと、デコーダユニット110aとカラムプレート線CPLを共有し、デコーダユニット110aに隣接配置されるデコーダユニット110bとが図中水平方向にm個並列配置される。   The column decoder 101 includes a decoder unit 110a between the bit line and the decode line DCL, and a decoder unit 110b that shares the column plate line CPL with the decoder unit 110a and is arranged adjacent to the decoder unit 110a in the horizontal direction in the figure. m are arranged in parallel.

デコーダユニット110aは、直列接続されるカラム選択トランジスタSCDDTa、n個のカラム制御トランジスタ(CST1a、CST2a、CST3a、・・・、CSTna)、及びカラム選択トランジスタSCDSTaから構成される。カラム選択トランジスタSCDDTaは、ゲートがカラム選択線SCDD1に接続される。カラム選択トランジスタSCDSTaは、ゲートがカラム選択線SCDS1に接続される。   The decoder unit 110a includes a column select transistor SCDDTa connected in series, n column control transistors (CST1a, CST2a, CST3a,..., CSTna), and a column select transistor SCDSTa. The column selection transistor SCDDTa has a gate connected to the column selection line SCDD1. Column select transistor SCDSTa has a gate connected to column select line SCDS1.

デコーダユニット110bは、直列接続されるカラム選択トランジスタSCDDTb、n個のカラム制御トランジスタ(CST1b、CST2b、CST3b、・・・、CSTnb)、及びカラム選択トランジスタSCDSTbから構成される。カラム選択トランジスタSCDDTbは、ゲートがカラム選択線SCDD2に接続される。カラム選択トランジスタSCDSTbは、ゲートがカラム選択線SCDS2に接続される。   The decoder unit 110b includes a column selection transistor SCDDTb connected in series, n column control transistors (CST1b, CST2b, CST3b,..., CSTnb), and a column selection transistor SCDSTb. The column selection transistor SCDDTb has a gate connected to the column selection line SCDD2. Column select transistor SCDSTb has a gate connected to column select line SCDS2.

次に、デコード線本数に対してトランジスタの数を最小化したカラムデコーダについて図27及び図28を参照して説明する。ここでは、デコード線DCLが4本で、各デコード線DCLに対して2つのカラム制御トランジスタを設けている。   Next, a column decoder in which the number of transistors is minimized with respect to the number of decode lines will be described with reference to FIGS. Here, there are four decode lines DCL, and two column control transistors are provided for each decode line DCL.

図27は多値のカラム制御トランジスタを説明する図である。図28はカラムデコーダの動作を説明する図である。   FIG. 27 is a diagram illustrating a multi-value column control transistor. FIG. 28 is a diagram for explaining the operation of the column decoder.

図27に示すように、カラム制御トランジスタは2ビット(4つ)の閾値有する。具体的には、0Vよりも低い閾値Vth“11”、0Vよりも高い閾値Vth“10”、閾値Vth“10”よりも高い閾値Vth“01”、閾値Vth“01”よりも高い閾値Vth“00”の4種類である。閾値Vth“11”、閾値Vth“10”、閾値Vth“01”、及び閾値Vth“00”は、互いに離間して分布しており、オーバーラップしない。   As shown in FIG. 27, the column control transistor has a threshold of 2 bits (4). Specifically, the threshold Vth “11” lower than 0V, the threshold Vth “10” higher than 0V, the threshold Vth “01” higher than the threshold Vth “10”, and the threshold Vth “higher than the threshold Vth“ 01 ”. 00 ”. The threshold Vth “11”, the threshold Vth “10”, the threshold Vth “01”, and the threshold Vth “00” are distributed apart from each other and do not overlap.

図28に示すように、第四の実施形態でのカラムデコーダの書き込み(図24)と同様な方法で、多値のカラム制御トランジスタにデータを書き込む。   As shown in FIG. 28, data is written to the multi-value column control transistor by the same method as the column decoder write (FIG. 24) in the fourth embodiment.

例えば、カラム制御トランジスタCST11aに閾値Vth“10”、カラム制御トランジスタCST21aに閾値Vth“01”、カラム制御トランジスタCST11bに閾値Vth“10”、カラム制御トランジスタCST21bに閾値Vth“01”、カラム制御トランジスタCST12aに閾値Vth“00”、カラム制御トランジスタCST22aに閾値Vth“11”、カラム制御トランジスタCST12bに閾値Vth“00”、カラム制御トランジスタCST22bに閾値Vth“11”を書き込む。   For example, the column control transistor CST11a has a threshold value Vth “10”, the column control transistor CST21a has a threshold value Vth “01”, the column control transistor CST11b has a threshold value Vth “10”, the column control transistor CST21b has a threshold value Vth “01”, and the column control transistor CST12a , Threshold value Vth “00” is written in the column control transistor CST22a, threshold value Vth “00” is written in the column control transistor CST12b, and threshold value Vth “11” is written in the column control transistor CST22b.

カラムデコーダの動作(デコード線DCLの選択動作)では、デコード線DCL1を選択する場合、カラム選択線SCDD1及びSCDS1を制御電圧Vsc2にし、カラム選択線SCDD2及びSCDS2を0Vにする。カラム制御線CS1及びCS2を制御電圧Vcs01に設定する。   In the operation of the column decoder (decoding line DCL selection operation), when selecting the decoding line DCL1, the column selection lines SCDD1 and SCDS1 are set to the control voltage Vsc2, and the column selection lines SCDD2 and SCDS2 are set to 0V. The column control lines CS1 and CS2 are set to the control voltage Vcs01.

この設定により、カラム選択トランジスタSCDDT1a、カラム制御トランジスタCST11a、カラム制御トランジスタCST21a、及びカラム選択トランジスタSCDST1aがオンしてデコード線DCL1がアクティブとなる。   With this setting, the column selection transistor SCDDT1a, the column control transistor CST11a, the column control transistor CST21a, and the column selection transistor SCDST1a are turned on and the decode line DCL1 is activated.

デコード線DCL2を選択する場合、カラム選択線SCDD1及びSCDS1を0Vにし、カラム選択線SCDD2及びSCDS2を制御電圧Vsc2にする。カラム制御線CS1及びCS2を制御電圧Vcs01に設定する。   When selecting the decode line DCL2, the column selection lines SCDD1 and SCDS1 are set to 0V, and the column selection lines SCDD2 and SCDS2 are set to the control voltage Vsc2. The column control lines CS1 and CS2 are set to the control voltage Vcs01.

この設定により、カラム選択トランジスタSCDDT1b、カラム制御トランジスタCST11b、カラム制御トランジスタCST21b、及びカラム選択トランジスタSCDST1bがオンしてデコード線DCL2がアクティブとなる。   With this setting, the column selection transistor SCDDT1b, the column control transistor CST11b, the column control transistor CST21b, and the column selection transistor SCDST1b are turned on and the decode line DCL2 is activated.

デコード線DCL3を選択する場合、カラム選択線SCDD1及びSCDS1を0Vにし、カラム選択線SCDD2及びSCDS2を制御電圧Vsc2にする。カラム制御線CS1を制御電圧Vcs00に設定し、カラム制御線CS2を制御電圧Vcs11に設定する。   When selecting the decode line DCL3, the column selection lines SCDD1 and SCDS1 are set to 0V, and the column selection lines SCDD2 and SCDS2 are set to the control voltage Vsc2. The column control line CS1 is set to the control voltage Vcs00, and the column control line CS2 is set to the control voltage Vcs11.

この設定により、カラム選択トランジスタSCDDT2a、カラム制御トランジスタCST12a、カラム制御トランジスタCST22a、及びカラム選択トランジスタSCDST2aがオンしてデコード線DCL3がアクティブとなる。   With this setting, the column selection transistor SCDDT2a, the column control transistor CST12a, the column control transistor CST22a, and the column selection transistor SCDST2a are turned on and the decode line DCL3 is activated.

デコード線DCL4を選択する場合、カラム選択線SCDD1及びSCDS1を制御電圧Vsc2にし、カラム選択線SCDD2及びSCDS2を0Vにする。カラム制御線CS1を制御電圧Vcs00に設定し、カラム制御線CS2を制御電圧Vcs11に設定する。   When selecting the decode line DCL4, the column selection lines SCDD1 and SCDS1 are set to the control voltage Vsc2, and the column selection lines SCDD2 and SCDS2 are set to 0V. The column control line CS1 is set to the control voltage Vcs00, and the column control line CS2 is set to the control voltage Vcs11.

この設定により、カラム選択トランジスタSCDDT2b、カラム制御トランジスタCST12b、カラム制御トランジスタCST22b、及びカラム選択トランジスタSCDST2bがオンしてデコード線DCL4がアクティブとなる。   With this setting, the column selection transistor SCDDT2b, the column control transistor CST12b, the column control transistor CST22b, and the column selection transistor SCDST2b are turned on and the decode line DCL4 is activated.

2ビット(4つ)の閾値を有するカラム制御トランジスタでは、例えば、カラム制御線CSの本数を4本、即ち直列接続されるカラム制御トランジスタの数を4つにすると16本(2本)のデコード線DCLのいずれか1本をアクティブにすることができる。 The column control transistor having a threshold of 2 bits (4), for example, four the number of column control lines CS, i.e. connected in series as a column control number four to the sixteen transistors of (2 4) Any one of the decode lines DCL can be activated.

上述したように、本実施形態のデコーダでは、デコーダユニット110aとデコーダユニット110bが隣接配置され、カラムプレート線CPLを共有する。デコーダユニット110aとデコーダユニット110bを構成するトランジスタは、第一の実施形態のメモリセルと同様な配置及び形状を有する。   As described above, in the decoder of this embodiment, the decoder unit 110a and the decoder unit 110b are arranged adjacent to each other and share the column plate line CPL. The transistors constituting the decoder unit 110a and the decoder unit 110b have the same arrangement and shape as the memory cell of the first embodiment.

このため、出荷段階で1回のデータ書き込みで対応できるので設計の自由度が向上することができる。また第四の実施形態よりも高集積度化することができる。したがって、製造単価の安いカラムデコーダ101を提供することができる。   For this reason, since it can respond by one time data writing at the shipping stage, the degree of freedom in design can be improved. Further, the degree of integration can be increased as compared with the fourth embodiment. Therefore, it is possible to provide the column decoder 101 with a low manufacturing unit price.

なお、本実施形態では、カラムデコーダ101を半導体記憶装置に適用しているが必ずしもこれに限定されるものではない。半導体集積回路や半導体集計回路モジュールなどに使用されるデコーダにも適用することができる。   In this embodiment, the column decoder 101 is applied to a semiconductor memory device, but is not necessarily limited to this. The present invention can also be applied to a decoder used for a semiconductor integrated circuit, a semiconductor total circuit module, or the like.

(第六の実施形態)
次に、本発明の第六の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照して説明する。図29は半導体記憶装置を示す回路図である。図30は半導体記憶装置を示す断面図である。本実施形態では、深溝に埋設されたトレンチゲートを形成し、選択トランジスタ及びメモリセルトランジスタから構成されるメモリセルブロックと、周囲をNウエルで分離されたP層に、深溝に埋設されたトレンチゲートを形成し、カラム制御トランジスタ及びカラム選択トランジスタから構成されるカラムデコーダとを同一基板上に形成している。
(Sixth embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 29 is a circuit diagram showing a semiconductor memory device. FIG. 30 is a cross-sectional view showing a semiconductor memory device. In the present embodiment, a trench gate embedded in a deep groove is formed, a memory cell block composed of a select transistor and a memory cell transistor, and a trench gate embedded in a deep groove in a P layer separated by an N well around the periphery. And a column decoder composed of a column control transistor and a column selection transistor is formed on the same substrate.

図29に示すように、半導体記憶装置93には、メモリセルブロックMCB1とカラムデコーダ100が設けられる。半導体記憶装置93は、チャージトラップ型フラッシュ(CTF;Charge Trap Flash)構造のNAND型フラッシュメモリである。   As shown in FIG. 29, the semiconductor memory device 93 is provided with a memory cell block MCB1 and a column decoder 100. The semiconductor memory device 93 is a NAND flash memory having a charge trap flash (CTF) structure.

メモリセルブロックMCB1は、ソース線SLとビット線BLの間に設けられるメモリセルが複数並列配置される。このメモリセルは、直列接続されるn個のメモリセルトランジスタを有し、第一の実施例と同様な配置及び構造を有する。メモリセルブロックMCB1は、n本のワード線が設けられる。   In the memory cell block MCB1, a plurality of memory cells provided between the source line SL and the bit line BL are arranged in parallel. This memory cell has n memory cell transistors connected in series, and has the same arrangement and structure as the first embodiment. The memory cell block MCB1 is provided with n word lines.

カラムデコーダ100は、メモリセルブロックMCB1に隣接配置され、メモリセルブロックMCB1のワード線WL本数よりも少ないk本のカラム制御線CSが設けられる。ビット線BL1のビット線情報は、デコード線DCL1に伝達される。ビット線BL2のビット線情報は、デコード線DCL2に伝達される。ビット線BL3のビット線情報は、デコード線DCL3に伝達される。ビット線BLmのビット線情報は、デコード線DCLmに伝達される。   The column decoder 100 is arranged adjacent to the memory cell block MCB1, and is provided with k column control lines CS smaller than the number of word lines WL of the memory cell block MCB1. Bit line information of the bit line BL1 is transmitted to the decode line DCL1. Bit line information of the bit line BL2 is transmitted to the decode line DCL2. Bit line information of the bit line BL3 is transmitted to the decode line DCL3. Bit line information of the bit line BLm is transmitted to the decode line DCLm.

図30に示すように、半導体記憶装置93では、メモリセルブロックMCB1がP型の半導体基板1に設けられる。P型の半導体基板1にNウエル200が設けられる。Nウエル200にPウエル203が設けられる。カラムデコーダ100を構成するデコーダブロック110は、Nウエル200によりP型の半導体基板1と分離されたPウエル203に設けられる。   As shown in FIG. 30, in the semiconductor memory device 93, the memory cell block MCB <b> 1 is provided on the P-type semiconductor substrate 1. An N well 200 is provided in a P-type semiconductor substrate 1. A P well 203 is provided in the N well 200. The decoder block 110 constituting the column decoder 100 is provided in a P well 203 separated from the P type semiconductor substrate 1 by an N well 200.

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置では、メモリセルブロックMCB1と、メモリセルブロックMCB1に隣接配置されるカラムデコーダ100が設けられる。メモリセルとカラムデコーダ100を構成するトランジスタはトレンチゲートを有し、同様な配置及び構造を有する。デコーダブロック110は、半導体基板1とはNウエル200により分離される。   As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the memory cell block MCB1 and the column decoder 100 disposed adjacent to the memory cell block MCB1 are provided. Transistors constituting the memory cell and the column decoder 100 have trench gates and have the same arrangement and structure. The decoder block 110 is separated from the semiconductor substrate 1 by an N well 200.

このため、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタから構成されるメモリセルを高集積度化することができる。また、出荷段階で1回のデータ書き込みで対応できるのでカラムデコーダ100を設計の自由度が向上することができる。また、従来よりもカラムデコーダ100を高集積度化することができる。したがって、ビット当たりのコストを低減でき、メモリセルの周辺回路のコストを低減でき、製造単価の安い半導体記憶装置93を提供することができる。   For this reason, the memory cell comprised of the memory cell transistor and the selection transistor can be highly integrated. In addition, since the data can be handled once in the shipment stage, the degree of freedom in designing the column decoder 100 can be improved. Further, the degree of integration of the column decoder 100 can be increased as compared with the conventional case. Therefore, the cost per bit can be reduced, the cost of the peripheral circuit of the memory cell can be reduced, and the semiconductor memory device 93 with a low manufacturing unit price can be provided.

(第七の実施形態)
次に、本発明の第七の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照して説明する。図31は半導体記憶装置を示す回路図である。図32は半導体記憶装置を示す拡大平面図である。図33は図32のC−C線に沿う断面図である。図34は図32のD−D線に沿う断面図である。本実施形態では、分離溝に埋設される絶縁膜を跨ぐ深溝に埋設されたトレンチゲートを形成し、選択トランジスタ及びメモリセルトランジスタから構成されるメモリセルブロックと、分離溝に埋設される絶縁膜を跨ぐ深溝に埋設されたトレンチゲートを形成し、カラム制御トランジスタ及びカラム選択トランジスタから構成されるカラムデコーダとを同一基板上に形成している。
(Seventh embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 31 is a circuit diagram showing a semiconductor memory device. FIG. 32 is an enlarged plan view showing the semiconductor memory device. 33 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 34 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. In the present embodiment, a trench gate embedded in a deep groove straddling the insulating film embedded in the isolation trench is formed, and a memory cell block including a selection transistor and a memory cell transistor and an insulating film embedded in the isolation trench are provided. A trench gate embedded in a straddling deep groove is formed, and a column decoder including a column control transistor and a column selection transistor is formed on the same substrate.

図31に示すように、半導体記憶装置94には、メモリセルブロックMCB2とカラムデコーダ101が設けられる。半導体記憶装置94は、チャージトラップ型フラッシュ(CTF;Charge Trap Flash)構造のNAND型フラッシュメモリである。   As shown in FIG. 31, the semiconductor memory device 94 is provided with a memory cell block MCB2 and a column decoder 101. The semiconductor memory device 94 is a NAND flash memory having a charge trap flash (CTF) structure.

メモリセルブロックMCB2は、ソース線SLとビット線BLの間に設けられ、選択線SGS1、ワード線WL1乃至n、選択線SGD1に接続される第一のメモリセルと、ソース線SLとビット線BLの間に設けられ、選択線SGS2、ワード線WL1乃至n、選択線SGD2に接続される第二のメモリセルとが交互に複数並列配置される。   The memory cell block MCB2 is provided between the source line SL and the bit line BL, and includes the first memory cell connected to the selection line SGS1, the word lines WL1 to WLn, and the selection line SGD1, the source line SL, and the bit line BL. A plurality of selection memory lines SGS2, word lines WL1 to WLn, and second memory cells connected to the selection line SGD2 are alternately arranged in parallel.

カラムデコーダ101は、メモリセルブロックMCB2に隣接配置され、メモリセルブロックMCB2のワード線WL本数よりも少ないk本のカラム制御線CSが設けられる。   The column decoder 101 is disposed adjacent to the memory cell block MCB2, and is provided with k column control lines CS smaller than the number of word lines WL of the memory cell block MCB2.

ビット線BL1のビット線情報は、デコード線DCL1に伝達される。ビット線BL2のビット線情報は、デコード線DCL2に伝達される。ビット線BL3のビット線情報は、デコード線DCL3に伝達される。ビット線BL4のビット線情報は、デコード線DCL4に伝達される。ビット線BLm−1のビット線情報は、デコード線DCLm−1に伝達される。ビット線BLmのビット線情報は、デコード線DCLmに伝達される。   Bit line information of the bit line BL1 is transmitted to the decode line DCL1. Bit line information of the bit line BL2 is transmitted to the decode line DCL2. Bit line information of the bit line BL3 is transmitted to the decode line DCL3. Bit line information of the bit line BL4 is transmitted to the decode line DCL4. Bit line information of the bit line BLm-1 is transmitted to the decode line DCLm-1. Bit line information of the bit line BLm is transmitted to the decode line DCLm.

図32に示すように、メモリセルブロックMCB2を構成するメモリセルは、半導体基板1に設けられ、第三の実施形態と同様に、選択トランジスタSGST、メモリトセルランジスタMCT、選択トランジスタSGDTのトレンチゲートが分離溝51に埋設された絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されている。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲートの一方端(図中上側)と他方端(図中下側)にそれぞれメモリセルが設けられる。なお、図34に示すように、絶縁膜52(分離溝絶縁膜)は、トレンチゲートよりも深い。   As shown in FIG. 32, the memory cells constituting the memory cell block MCB2 are provided on the semiconductor substrate 1, and the select transistor SGST, the memory cell transistor MCT, and the trench gates of the select transistor SGDT are provided as in the third embodiment. It is divided by an insulating film 52 (separation groove insulating film) embedded in the separation groove 51. Memory cells are respectively provided at one end (upper side in the figure) and the other end (lower side in the figure) of the trench gate divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film). As shown in FIG. 34, the insulating film 52 (isolation groove insulating film) is deeper than the trench gate.

選択線SGS1と選択線SGD1は図中上部の選択トランジスタに接続され、選択線SGS2と選択線SGD2は図中上部の選択トランジスタに接続される。   The selection line SGS1 and the selection line SGD1 are connected to the upper selection transistor in the drawing, and the selection line SGS2 and the selection line SGD2 are connected to the upper selection transistor in the drawing.

カラムデコーダ101を構成するデコーダユニットは、Nウエル200により半導体基板1と分離されるPウエル203に設けられる。第三の実施形態と同様に、カラム選択トランジスタSCDDT、カラム制御トランジスタ、カラム選択トランジスタSCDSTのトレンチゲートが分離溝51に埋設された絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されている。絶縁膜52(分離溝絶縁膜)で分断されるトレンチゲートの一方端(図中上側)と他方端(図中下側)にデコーダユニットがそれぞれ設けられる。なお、図33に示すように、Nウエル200はPウエル203及び絶縁膜52(分離溝絶縁膜)よりも深く、Pウエル203は絶縁膜52(分離溝絶縁膜)よりも深い。   A decoder unit constituting the column decoder 101 is provided in a P well 203 separated from the semiconductor substrate 1 by an N well 200. Similar to the third embodiment, the column selection transistor SCDDT, the column control transistor, and the column selection transistor SCDST have their trench gates separated by an insulating film 52 (isolation groove insulating film) embedded in the isolation groove 51. Decoder units are respectively provided at one end (upper side in the figure) and the other end (lower side in the figure) of the trench gate divided by the insulating film 52 (isolation groove insulating film). 33, the N well 200 is deeper than the P well 203 and the insulating film 52 (isolation groove insulating film), and the P well 203 is deeper than the insulating film 52 (isolation groove insulating film).

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置では、メモリセルブロックMCB2と、メモリセルブロックMCB2に隣接配置されるカラムデコーダ101が設けられる。メモリセルとカラムデコーダ101を構成するトランジスタはトレンチゲートを有し、同様な配置及び構造を有する。デコーダブロックは、半導体基板1とはNウエル200により分離される。   As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the memory cell block MCB2 and the column decoder 101 arranged adjacent to the memory cell block MCB2 are provided. Transistors constituting the memory cell and the column decoder 101 have trench gates and have a similar arrangement and structure. The decoder block is separated from the semiconductor substrate 1 by an N well 200.

このため、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタから構成されるメモリセルを高集積度化することができる。また、出荷段階で1回のデータ書き込みで対応できるのでカラムデコーダ101を設計の自由度が向上することができる。また、従来よりもカラムデコーダ101を高集積度化することができる。したがって、ビット当たりのコストを低減でき、メモリセルの周辺回路のコストを低減でき、製造単価の安い半導体記憶装置94を提供することができる。   For this reason, the memory cell comprised of the memory cell transistor and the selection transistor can be highly integrated. In addition, since data can be written once in the shipping stage, the degree of freedom in designing the column decoder 101 can be improved. Further, the degree of integration of the column decoder 101 can be increased as compared with the conventional case. Therefore, the cost per bit can be reduced, the cost of the peripheral circuit of the memory cell can be reduced, and the semiconductor memory device 94 with a low manufacturing unit price can be provided.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.

実施形態では、CTF構造のNAND型フラッシュメモリに適用しているが、CTF構造或いは積層ゲート構造のAND型フラッシュメモリやCTF構造或いは積層ゲート構造のNOR型フラッシュメモリなどにも適用することができる。   In the embodiment, the present invention is applied to a NAND flash memory having a CTF structure, but can also be applied to an AND flash memory having a CTF structure or a stacked gate structure, a NOR flash memory having a CTF structure or a stacked gate structure, and the like.

以上、幾つかの実施形態について述べたが、これらの実施形態は単に例として示したもので、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、ここにおいて述べた新規な半導体記憶装置、デコーダは、種々の他の形態に具体化されても良いし、更に、本発明の主旨或いはスピリットから逸脱することなく、ここにおいて述べた半導体記憶装置、デコーダの形態における種々の省略、置き換え及び変更を行ってもよい。付随する請求項及びそれらの均等物は、本発明の範囲及び主旨或いはスピリットに入るようにそのような形態或いは変形を含むことを意図している。   Although several embodiments have been described above, these embodiments are merely shown as examples and are not intended to limit the scope of the present invention. In fact, the novel semiconductor memory device and decoder described herein may be embodied in various other forms, and further, without departing from the spirit or spirit of the present invention. Various omissions, substitutions and changes in the form of the decoder may be made. The appended claims and their equivalents are intended to include such forms or modifications as would fall within the scope and spirit or spirit of the present invention.

1 半導体基板
2、2a 深溝
3、3a、4、4a トレンチゲート
5、5a〜d N
6〜8 マスク材
9 トレンチ積層ゲート
11、21 ゲート絶縁膜
12 ゲート電極膜
22 電荷蓄積膜
23 高誘電率絶縁膜
34 P
41 フローティングゲート絶縁膜
42 第一のゲート電極膜
43 コントロールゲート絶縁膜
44 第二のゲート電極膜
51 分離溝
52 絶縁膜
60、200 Nウエル
61、202a〜e P層
203 Pウエル
90、90a〜c、91、91a、92、93、94 半導体記憶装置
100、101 カラムデコーダ
110、110a、110b デコーダユニット
201 基板
BL1〜4 ビット線
BLC ビット線コンタクト
BOX1〜4 埋め込み絶縁膜
CPL1、CPL2、CPL3、CPLm カラムプレート線
CS1、CS2、CS3、CSn カラム制御線
CST1、CST2、CST3、CSTn、CST1a、CST2a、CST3a、CSTna、CST1b、CST2b、CST3b、CSTnb、CST11a、CST11b、CST12a、CST12b、CST21a、CST21b、CST22a、CST22b カラム制御トランジスタ
DCL1〜4、DCLm−1、DCLm デコード線
DM1〜3 ダミー
MC1、MC1a、MC1b、MC11、MC12 メモリセル
MCB1、MCB2 メモリセルブロック
MCT1〜5、MCT1a〜4a、MCT1b〜4b メモリセルトランジスタ
PL プレート線
PLC プレート線コンタクト
SCDD、SCDS、SCDD1、SCDS1、SCDD2、SCDS2 カラム選択線
SCDDT、SCDST、SCDDTa、SCDSTa、SCDDTb、SCDSTb、SCDDT1a、SCDDT1b、SCDDT2a、SCDDT2b、SCDST1a、SCDST1b、SCDST2a、SCDST2b カラム選択トランジスタ
SGD、SGS 選択線
SGDT1、SGST1、SGDT1a、SGST1a、SGDT1b、SGST1b 選択トランジスタ
SL ソース線
SLC ソース線コンタクト
Vbl プリチャージ電圧
Vdd 高電位側電源電圧
Vbac、Vera 消去電圧
Vm 中間電圧
Vprgm、Vreadcs、Vwr 書き込み電圧
Vread パス電圧
Vac、Vcs00、Vcs01、Vcs10、Vcs11、Vsc1、Vsc2、Vsg1、Vsg2 制御電圧
Wgp1〜3 トレンチゲート間隔
WL1〜4 ワード線
Wwl1 ワード線間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2, 2a Deep groove 3, 3a, 4, 4a Trench gate 5, 5a-dN + layer 6-8 Mask material 9 Trench laminated gates 11, 21 Gate insulating film 12 Gate electrode film 22 Charge storage film 23 High dielectric Rate insulating film 34 P + layer 41 Floating gate insulating film 42 First gate electrode film 43 Control gate insulating film 44 Second gate electrode film 51 Separation groove 52 Insulating film 60, 200 N well 61, 202a to e P layer 203 P well 90, 90a-c, 91, 91a, 92, 93, 94 Semiconductor memory device 100, 101 Column decoder 110, 110a, 110b Decoder unit 201 Substrate BL1-4 Bit line BLC Bit line contact BOX1-4 Buried insulating film CPL1 , CPL2, CPL3, CPLm Column plate lines CS1, CS2, S3, CSn Column control lines CST1, CST2, CST3, CSTn, CST1a, CST2a, CST3a, CSTna, CST1b, CST2b, CST3b, CSTnb, CST11a, CST11b, CST12a, CST12b, CST21a, CST21c, CST21b, CST21b, CST21b 4, DCLm-1, DCLm decode line DM1-3 dummy MC1, MC1a, MC1b, MC11, MC12 memory cell MCB1, MCB2 memory cell block MCT1-5, MCT1a-4a, MCT1b-4b memory cell transistor PL plate line PLC plate line Contacts SCDD, SCDS, SCDD1, SCDS1, SCDD2, SCDS2 Column selection lines SCDDT, SCDST, CDDTa, SCDSTa, SCDDTb, SCDSTb, SCDDT1a, SCDDT1b, SCDDT2a, SCDDT2b, SCDST1a, SCDST1b, SCDST2a, SCDST2b Column selection transistor SGD, SGS Selection line SGDT1, SGST1 SGST1, SGDT1SGST Contact Vbl Precharge voltage Vdd High side power supply voltage Vbac, Vera Erase voltage Vm Intermediate voltage Vprgm, Vreadcs, Vwr Write voltage Vread Pass voltage Vac, Vcs00, Vcs01, Vcs10, Vcs11, Vsc1, Vsc2, Vsg1, Vsg2 Control voltage Wgg1 3 Trench gate interval WL1-4 Word line Wwl1 Word line spacing

Claims (7)

半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた複数の深溝にトレンチゲートが埋設され、直列に配置される複数のメモリセルトランジスタを有する複数のメモリセルと、
を具備し、前記メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、前記トレンチゲートの周囲に前記半導体基板とは逆導電型の反転層が形成され、前記反転層により前記複数のメモリセルトランジスタが直列接続されることを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A plurality of memory cells having a plurality of memory cell transistors arranged in series with trench gates embedded in a plurality of deep grooves provided in the semiconductor substrate;
And an inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed around the trench gate during the write operation and the read operation of the memory cell, and the plurality of memory cell transistors are connected in series by the inversion layer. A semiconductor memory device.
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた第一の深溝に第一のトレンチゲートが埋設された第一の選択トランジスタと、
前記半導体基板に設けられた第二の深溝に第二のトレンチゲートが埋設され、前記第一の選択トランジスタと離間配置される第二の選択トランジスタと、
前記第一及び第二の選択トランジスタの間に設けられ、前記半導体基板に設けられた複数の第三の深溝に第三のトレンチゲートが埋設され、直列に配置される複数のメモリセルトランジスタと、
前記第一の選択トランジスタ、前記第二の選択トランジスタ、及び前記複数のメモリセルトランジスタから構成される複数のメモリセルと、
を具備し、前記メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、前記第一乃至三のトレンチゲートの周囲に前記半導体基板とは逆導電型の反転層が形成され、前記反転層により前記第一の選択トランジスタ、前記複数のメモリセルトランジスタ、及び前記第二の選択トランジスタが直列接続されることを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
A first select transistor in which a first trench gate is embedded in a first deep groove provided in the semiconductor substrate;
A second select transistor embedded in a second trench formed in the semiconductor substrate and spaced apart from the first select transistor;
A plurality of memory cell transistors provided between the first and second select transistors, a third trench gate embedded in a plurality of third deep grooves provided in the semiconductor substrate, and a plurality of memory cell transistors arranged in series;
A plurality of memory cells including the first selection transistor, the second selection transistor, and the plurality of memory cell transistors;
And an inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed around the first to third trench gates during the write operation and the read operation of the memory cell. A semiconductor memory device, wherein a selection transistor, the plurality of memory cell transistors, and the second selection transistor are connected in series.
第一導電型の第一の半導体層、第一の埋め込み絶縁膜、第一導電型の第二の半導体層、第二の埋め込み絶縁膜、及び第一導電型の第三の半導体層が積層形成される基板と、
少なくとも第一の埋め込み絶縁膜まで達するように前記基板に設けられた第一の深溝に埋設され、第一の選択線に接続される第一のトレンチゲートと、
少なくとも第一の埋め込み絶縁膜まで達するように前記基板に設けられた第二の深溝に埋設され、第二の選択線に接続され、前記第一のトレンチゲートと離間配置される第二のトレンチゲートと、
前記第一のトレンチゲートと第二のトレンチゲートの間に設けられ、少なくとも第一の埋め込み絶縁膜まで達するように前記基板に設けられた複数の第三の深溝に埋設され、ワード線に接続され、直列に配置される複数の第三のトレンチゲートと、
前記第三の半導体層と前記第一のトレンチゲートの交差する領域に設けられる第一の選択トランジスタと、
前記第三の半導体層と前記第二のトレンチゲートの交差する領域に設けられる第二の選択トランジスタと、
前記第三の半導体層と前記第三のトレンチゲートの交差する領域に設けられる複数の第一のメモリセルトランジスタと、
前記第二の半導体層と前記第一のトレンチゲートの交差する領域に設けられる第三の選択トランジスタと、
前記第二の半導体層と前記第二のトレンチゲートの交差する領域に設けられる第四の選択トランジスタと、
前記第二の半導体層と前記第三のトレンチゲートの交差する領域に設けられる複数の第二のメモリセルトランジスタと、
前記第一の選択トランジスタ、前記第二の選択トランジスタ、及び前記複数の第一のメモリセルトランジスタから構成される第一のメモリセルと、
前記第三の選択トランジスタ、前記第四の選択トランジスタ、前記複数の第二のメモリセルトランジスタから構成される第二のメモリセルと、
を具備し、前記メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、前記第一乃至三のトレンチゲートの周囲に前記半導体基板とは逆導電型の反転層が形成され、前記反転層により前記第一の選択トランジスタ、前記複数の第一のメモリセルトランジスタ、及び前記第二の選択トランジスタが直列接続され、前記反転層により前記第三の選択トランジスタ、前記複数の第二のメモリセルトランジスタ、及び前記第四の選択トランジスタが直列接続されることを特徴とする半導体記憶装置。
First conductive type first semiconductor layer, first buried insulating film, first conductive type second semiconductor layer, second buried insulating film, and first conductive type third semiconductor layer are stacked. A substrate to be
A first trench gate embedded in a first deep groove provided in the substrate so as to reach at least a first buried insulating film and connected to a first selection line;
A second trench gate embedded in a second deep groove provided in the substrate so as to reach at least the first buried insulating film, connected to a second selection line, and spaced apart from the first trench gate When,
Provided between the first trench gate and the second trench gate, embedded in a plurality of third deep grooves provided in the substrate so as to reach at least the first buried insulating film, and connected to a word line A plurality of third trench gates arranged in series;
A first select transistor provided in a region where the third semiconductor layer and the first trench gate intersect;
A second select transistor provided in a region where the third semiconductor layer and the second trench gate intersect;
A plurality of first memory cell transistors provided in a region where the third semiconductor layer and the third trench gate intersect;
A third select transistor provided in a region where the second semiconductor layer and the first trench gate intersect;
A fourth select transistor provided in a region where the second semiconductor layer and the second trench gate intersect;
A plurality of second memory cell transistors provided in a region where the second semiconductor layer and the third trench gate intersect;
A first memory cell comprising the first selection transistor, the second selection transistor, and the plurality of first memory cell transistors;
A second memory cell comprising the third selection transistor, the fourth selection transistor, and the plurality of second memory cell transistors;
And an inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed around the first to third trench gates during the write operation and the read operation of the memory cell. A selection transistor, the plurality of first memory cell transistors, and the second selection transistor are connected in series, and the third selection transistor, the plurality of second memory cell transistors, and the fourth are connected by the inversion layer. The select transistors are connected in series.
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた分離溝に埋設された分離溝絶縁膜と、
前記分離溝絶縁膜を跨いで前記分離溝絶縁膜よりも浅い第一の深溝に埋設され、第一の制御線に接続される第一のトレンチゲートと、
前記分離溝絶縁膜を跨いで前記分離溝絶縁膜よりも浅い第二の深溝に埋設され、第二の制御線に接続され、前記第一のトレンチゲートと離間配置される第二のトレンチゲートと、
前記第一のトレンチゲートと第二のトレンチゲートの間に設けられ、前記分離溝絶縁膜を跨いで前記分離溝絶縁膜よりも浅い複数の第三の深溝に埋設され、ワード線に接続され、直列に配置される複数の第三のトレンチゲートと、
前記分離溝絶縁膜で分断された第一のトレンチゲートの一端側領域に形成される第一の選択トランジスタ、前記分離溝絶縁膜で分断された第二のトレンチゲートの一端側領域に形成される第二の選択トランジスタ、及び前記分離溝絶縁膜で分断された第三のトレンチゲートの一端側領域に形成される複数の第一のメモリセルトランジスから構成される第一のメモリセルと、
前記分離溝絶縁膜で分断された第一のトレンチゲートの他端側領域に形成される第三の選択トランジスタ、前記分離溝絶縁膜で分断された第二のトレンチゲートの他端側領域に形成される第四の選択トランジスタ、及び前記分離溝絶縁膜で分断された第三のトレンチゲートの他端側領域に形成される複数の第二のメモリセルトランジスから構成される第二のメモリセルと、
を具備し、前記メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、前記半導体基板と接する前記第一乃至三のトレンチゲートの周囲に前記半導体基板とは逆導電型の反転層が形成され、前記反転層により前記第一の選択トランジスタ、前記複数の第一のメモリセルトランジスタ、及び前記第二の選択トランジスタが直列接続され、前記反転層により前記第三の選択トランジスタ、前記複数の第二のメモリセルトランジスタ、及び前記第四の選択トランジスタが直列接続されることを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor substrate;
An isolation trench insulating film embedded in the isolation trench provided in the semiconductor substrate;
A first trench gate that is buried in a first deep groove shallower than the isolation trench insulating film across the isolation trench insulating film and connected to a first control line;
A second trench gate embedded in a second deep groove shallower than the isolation trench insulating film across the isolation trench insulating film, connected to a second control line, and spaced apart from the first trench gate; ,
Provided between the first trench gate and the second trench gate, embedded in a plurality of third deep grooves shallower than the isolation trench insulating film across the isolation trench insulating film, and connected to a word line; A plurality of third trench gates arranged in series;
A first selection transistor formed in one end side region of the first trench gate divided by the isolation trench insulating film, and formed in one end side region of the second trench gate divided by the isolation trench insulating film A first memory cell including a second select transistor and a plurality of first memory cell transistors formed in one end side region of the third trench gate divided by the isolation trench insulating film;
A third select transistor formed in the other end region of the first trench gate divided by the isolation trench insulating film, and formed in the other end region of the second trench gate divided by the isolation trench insulating film And a second memory cell comprising a plurality of second memory cell transistors formed in the other end side region of the third trench gate divided by the isolation trench insulating film. ,
And an inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed around the first to third trench gates in contact with the semiconductor substrate during a write operation and a read operation of the memory cell. The first selection transistor, the plurality of first memory cell transistors, and the second selection transistor are connected in series by the inversion layer, and the third selection transistor, the plurality of second memory cell transistors And a fourth select transistor connected in series.
前記メモリセルトランジスタは、チャージトラップ型構造、或いはフローティングゲート及びコントロールゲートから構成される積層ゲート構造を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。   5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the memory cell transistor has a charge trap structure or a stacked gate structure including a floating gate and a control gate. 6. 前記第一のトレンチゲートの前記第三のトレンチゲートと相対向する側面には、ソース線に接続される前記半導体基板とは逆導電型の第1の半導体層が設けられ、
前記第二のトレンチゲートの前記第三のトレンチゲートと相対向する側面には、ビット線に接続される前記半導体基板とは逆導電型の第2の半導体層が設けられることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
A side surface of the first trench gate opposite to the third trench gate is provided with a first semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate connected to a source line,
2. A second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate connected to a bit line is provided on a side surface of the second trench gate opposite to the third trench gate. Item 3. The semiconductor memory device according to Item 2.
ソース線とビット線の間に設けられるメモリセルと、前記ビット線とデコード線の間に設けられるデコーダとを有する半導体記憶装置であって、
前記メモリセルは、
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた第一の深溝に第一のトレンチゲートが埋設され、前記ソース線に接続される第一の選択トランジスタと、
前記半導体基板に設けられた第二の深溝に第二のトレンチゲートが埋設され、前記第一の選択トランジスタと離間配置され、前記ビット線に接続される第二の選択トランジスタと、
前記第一及び第二の選択トランジスタの間に設けられ、前記半導体基板に設けられた複数の第三の深溝に第三のトレンチゲートが埋設され、直列に配置される複数のメモリセルトランジスタと、
を具備し、前記メモリセルの書き込み動作及び読み出し動作のとき、前記第一乃至三のトレンチゲートの周囲に前記半導体基板とは逆導電型の第一の反転層が形成され、前記第一の反転層により前記第一の選択トランジスタ、前記複数のメモリセルトランジスタ、及び前記第二の選択トランジスタが直列接続され、
前記デコーダは、
分離領域を介して前記半導体基板に設けられた半導体層と、
前記半導体層に設けられ、前記半導体層に設けられた第四の深溝に第四のトレンチゲートが埋設され、前記ビット線に接続される第三の選択トランジスタと、
前記半導体層に設けられ、前記半導体層に設けられた第五の深溝に第五のトレンチゲートが埋設され、前記第三の選択トランジスタと離間配置され、前記デコード線に接続される第四の選択トランジスタと、
前記第三及び第四の選択トランジスタの間に設けられ、前記半導体層に設けられた複数の第六の深溝に第六のトレンチゲートが埋設され、1ビット以上の閾値電圧を有し、直列に配置される複数の制御トランジスタと、
を具備し、前記デコーダの書き込み動作及びデコーダ動作のとき、前記第四乃至六のトレンチゲートの周囲に前記半導体層とは逆導電型の第2の反転層が形成され、前記第二の反転層により前記第三の選択トランジスタ、前記複数の制御トランジスタ、及び前記第四の選択トランジスタが直列接続される
ことを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor memory device having a memory cell provided between a source line and a bit line, and a decoder provided between the bit line and the decode line,
The memory cell is
A semiconductor substrate;
A first select gate embedded in a first deep groove provided in the semiconductor substrate and connected to the source line;
A second trench gate embedded in a second deep groove provided in the semiconductor substrate, spaced apart from the first select transistor, and connected to the bit line;
A plurality of memory cell transistors provided between the first and second select transistors, a third trench gate embedded in a plurality of third deep grooves provided in the semiconductor substrate, and a plurality of memory cell transistors arranged in series;
And a first inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed around the first to third trench gates during the write operation and the read operation of the memory cell. The first selection transistor, the plurality of memory cell transistors, and the second selection transistor are connected in series by a layer,
The decoder
A semiconductor layer provided on the semiconductor substrate via an isolation region;
A third select transistor provided in the semiconductor layer, a fourth trench gate embedded in a fourth deep groove provided in the semiconductor layer, and connected to the bit line;
A fourth selection is provided in the semiconductor layer, a fifth trench gate is embedded in a fifth deep groove provided in the semiconductor layer, spaced apart from the third selection transistor, and connected to the decode line. A transistor,
A sixth trench gate is embedded in the plurality of sixth deep grooves provided between the third and fourth selection transistors and provided in the semiconductor layer, and has a threshold voltage of 1 bit or more, and is connected in series. A plurality of control transistors disposed;
And a second inversion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor layer is formed around the fourth to sixth trench gates during the write operation and the decoder operation of the decoder. The semiconductor memory device, wherein the third selection transistor, the plurality of control transistors, and the fourth selection transistor are connected in series.
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