JP2013201336A - Semiconductor nonvolatile storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体不揮発性記憶装置に関し、特にMONOS構造に代表される電荷蓄積層に電荷を蓄積することにより閾値電圧を変化させるMIS型メモリトランジスタを含む半導体不揮発性記憶装置の構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory device, and more particularly to a structure of a semiconductor nonvolatile memory device including a MIS type memory transistor that changes a threshold voltage by accumulating charges in a charge accumulation layer typified by a MONOS structure.
MONOS構造に代表されるMIS型メモリトランジスタは、素子分離膜により規定された素子領域に離間して設けるソース領域とドレイン領域とに挟まれたチャネル領域上に、メモリ絶縁膜とメモリゲート電極とを積層して設ける構造であり、メモリ絶縁膜に電荷を蓄積させたときの閾値電圧と、電荷を蓄積していないときの閾値電圧との差を利用して、情報を記憶させている。 An MIS type memory transistor typified by a MONOS structure has a memory insulating film and a memory gate electrode on a channel region sandwiched between a source region and a drain region that are provided apart from an element region defined by an element isolation film. In this structure, the information is stored using a difference between a threshold voltage when charges are accumulated in the memory insulating film and a threshold voltage when charges are not accumulated.
代表的なMIS型メモリトランジスタの構造と書き込み方法とを図を用いて説明する。
まず、MIS型メモリトランジスタの構造について説明する。図11は、MIS型メモリトランジスタの構造を示す断面図であり、101は半導体基板、102は素子分離膜、103は素子領域を示す。104はチャネル領域、105はメモリ絶縁膜、106はメモリゲート電極である。107はソース領域、108はドレイン領域、109は層間絶縁膜、110はコンタクトホール、111は金属配線、120は空乏層をそれぞれ示す。なお、空乏層120は、図中点線でその広がり状態を模式的に示している。
A structure and a writing method of a typical MIS type memory transistor will be described with reference to the drawings.
First, the structure of the MIS type memory transistor will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the MIS type memory transistor, where 101 is a semiconductor substrate, 102 is an element isolation film, and 103 is an element region.
図11に示したMIS型メモリトランジスタは、半導体基板101上に設ける素子分離膜102により規定される素子領域103に、チャネル領域104を挟んでソース領域107とドレイン領域108とを離間して設け、チャネル領域104上にメモリ絶縁膜105を介しメモリゲートゲート電極106を設ける。
In the MIS type memory transistor shown in FIG. 11, a
メモリ絶縁膜105は、例えば、MIS型メモリトランジスタがMONOS構造のメモリトランジスタの場合、トンネル酸化膜である第1の絶縁膜と絶縁膜で構成する電荷蓄積層とトップ酸化膜である第2の絶縁膜とからなる積層膜であり、電荷蓄積層に電荷を蓄積することでメモリトランジスタの閾値を制御するのである。
For example, when the MIS type memory transistor is a memory transistor having a MONOS structure, the
さらに、層間絶縁膜109に設けるコンタクトホール110を介し金属配線111を、メモリゲート電極106、ソース領域107、ドレイン領域108と接続して設ける。
Further, a
次に、図11に示すMIS型メモリトランジスタのデータの書き込み方法について説明する。
図11に示すMIS型メモリトランジスタのデータの書き込みは、メモリゲート電極106にゲート書き込み電圧VG、ドレイン領域108にドレイン書き込み電圧VDを、それぞれ金属配線111を介して印加し、メモリ絶縁膜105に電荷を注入することにより行う。メモリ絶縁膜105に電荷が注入されることで閾値電圧を変化させるのである。ソース領域107と半導体基板101には、電圧は印加されず、ともにグランド電位となっている。
Next, a method for writing data in the MIS type memory transistor shown in FIG. 11 will be described.
In writing data in the MIS type memory transistor shown in FIG. 11, the gate write voltage VG and the drain write voltage VD are applied to the
点線で示す空乏層120の広がり状態は、ソース領域107近傍とドレイン領域108近傍とでは異なる。ソース領域107近傍では、ソース領域107と半導体基板101との間には電位差がないため広がりは小さく、ドレイン領域108近傍では、ドレイン領域108と半導体基板101との間には電位差があるため広がりが大きい。
The spread state of the
以上説明した従来のデータの書込み方法では、電荷の電荷蓄積層への注入効率を高めるために半導体基板101の表面濃度を高くする必要があった。しかしながら、表面濃度を高くすると、MIS型メモリトランジスタの閾値電圧が高くなってしまい、読み出し時に書込みを行っていないMIS型メモリトランジスタを書込まれたと誤認識してしまう問題があった。
In the conventional data writing method described above, it is necessary to increase the surface concentration of the
特に、読み出しに使用する電源電圧が低い(例えば、電源電圧が1.5V)の場合、データが書き込まれたと誤認識する問題の発生が顕著であった。また、書き込み後のMIS型メモリトランジスタの閾値電圧を高くするために、書き込み電圧を高くしなければならないが、MIS型メモリトランジスタのドレイン接合耐圧の制約により、書き込み電圧を高くすることは困難であった。 In particular, when the power supply voltage used for reading is low (for example, the power supply voltage is 1.5 V), the problem of erroneously recognizing that data has been written is remarkable. Further, in order to increase the threshold voltage of the MIS type memory transistor after writing, it is necessary to increase the writing voltage. However, it is difficult to increase the writing voltage due to restrictions on the drain junction breakdown voltage of the MIS type memory transistor. It was.
さらに、ソース領域107近傍では、ソース領域107近傍のチャネル領域104に沿った電界が小さいため、ソース領域107近傍のチャネル領域104からメモリ絶縁膜105中への電荷注入が発生しない。したがって、ドレイン領域108近傍のチャネル領域104からのみ、メモリ絶縁膜105に電荷注入がなされることから、電荷の注入効率が悪く、MIS型メモリトランジスタの閾値電圧を高くすることは困難であった。
Further, in the vicinity of the
そこで、データの書き込み時に、メモリ絶縁膜105に充分な電荷注入を可能とし、MIS型メモリトランジスタの閾値電圧を高くする方法として、MIS型メモリトランジスタのソース領域と接続し、メモリゲート電極と同一の材料であると共にメモリゲート電極の形成時に同時に形成する抵抗手段を設ける構造が発明者により提案されている。
Therefore, as a method of enabling sufficient charge injection into the
その技術は、メモリゲート電極とドレイン領域とに書込み電圧をそれぞれ印加してメモリ絶縁膜に電荷の注入を行うとき、ソース領域と接続する抵抗手段が、ソース領域と半導体基板との間に電位差を発生させ、この電位差によりソース領域近傍からもメモリ絶縁膜に電荷の注入を行うものである(例えば、特許文献1参照。)。 In the technology, when a write voltage is applied to the memory gate electrode and the drain region to inject charges into the memory insulating film, the resistance means connected to the source region causes a potential difference between the source region and the semiconductor substrate. The charge is injected into the memory insulating film from the vicinity of the source region by this potential difference (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に示した従来技術を図12を用いて説明する。
図12は、特許文献1に記載の技術を図11との対比をし易くするために書き直した図であって、半導体不揮発性記憶装置であるMIS型メモリトランジスタの構造を示す断面図である。MIS型メモリトラントランジスタのソース領域と接続する抵抗手段115を備えている。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
The prior art disclosed in
FIG. 12 is a diagram in which the technique described in
抵抗手段115は、メモリゲート電極と同一の材料であると共にメモリゲート電極の形成時に同時に形成するものである。これから行う説明では、NチャネルMIS型メモリトランジスタと導電型がP型の抵抗手段115よりなる構成の半導体不揮発性記憶装置を例にして説明する。 The resistance means 115 is made of the same material as the memory gate electrode and is formed simultaneously with the formation of the memory gate electrode. In the following description, a semiconductor nonvolatile memory device having an N channel MIS type memory transistor and a P type resistance means 115 will be described as an example.
まず、図12を用いて構造を説明する。
MIS型メモリトランジスタのソース領域107と接続する抵抗手段115は、導電型がP型の多結晶シリコンよりなり、素子分離膜102上に設けると共に、一方の端子を層間絶縁膜109に設けるコンタクトホール110を介し金属配線112でソース領域107と接続している。図示はしないが他方の端子は書き込み電圧発生源か電源電圧発生源に接続している。
First, the structure will be described with reference to FIG.
The resistance means 115 connected to the
次に、データの書き込み方法について説明する。
図12に記載の特許文献1に示した従来技術において、データを書込む場合、例えば、導電型がN型のメモリゲート電極106 に書き込みゲート電圧VG を9V印加する。同時に、導電型がN型のドレイン領域108に書き込みドレイン電圧VDを9V印加する。
このとき、導電型がP型の半導体基板101およびソース領域107はグランド電位となっている。
Next, a data writing method will be described.
In the prior art shown in
At this time, the P
ソース領域107に電気的に接続した抵抗手段115により、ドレイン領域108からソース領域107に流れ込む電流が制限される。これにより、ソース領域107の電位が半導体基板101よりも高くなる。つまり、ソース領域107と半導体基板101とが逆バイアスされた電位関係になる。
Current flowing from the
したがって、データ書き込み中のソース領域107近傍のチャネル領域104に沿った方向の電界が強まるため、ソース領域107近傍の空乏層121の広がりが増加し、ソース領域107近傍にてインパクトイオン化が生じ、チャネル領域104からメモリ絶縁膜105への電荷の注入が発生することとなる(図11に示した空乏層120に比してソース領域107近辺の広がりが大きいことに注目されたい。)。
Therefore, since the electric field in the direction along the
すなわち、特許文献1に示した従来技術では、ドレイン領域108近傍のチャネル領域104からメモリ絶縁膜105への電荷の注入に加え、ソース領域107近傍でのインパクトイオン化により、ソース領域107近傍のチャネル領域104からもメモリ絶縁膜105に対する電荷の蓄積が発生する。したがって、ソース領域107に接続する抵抗手段115を接続しない従来技術よりも、メモリ絶縁膜105への電荷の注入効率が増加するのである。
That is, in the prior art disclosed in
特許文献1に示した従来技術では、メモリ絶縁膜105への電荷の注入効率を増加させるために、ソース領域107に電気的に接続した抵抗手段115を設けているが、この抵抗手段115は常時接続されていることから、データを書き込む前の初期状態や、データの書き込み時や読み出し時といった状況に関らず、常に所定の抵抗値がソース領域107に付加されている。
In the prior art disclosed in
特許文献1に示した従来技術で示す半導体不揮発性記憶装置は、メモリゲート電極に電圧を印加して閾値電圧を制御する所謂ゲートバイアスタイプである。したがって、データを書き込んでいない初期状態は、メモリゲート電極にMIS型メモリトランジスタの閾値電圧以上の電圧を印加した場合に、ソース領域とドレイン領域との間に電流が流れる。この電流が流れることにより、MIS型メモリトランジスタは、初期状態と認識できる。
よって、ソース領域とドレイン領域との間に流れる電流が大きい方が、初期状態の認識が確実に行われる。このような理由から、初期状態でのMIS型メモリトランジスタのON抵抗は低い方が好ましい。
The semiconductor nonvolatile memory device shown in the prior art disclosed in
Therefore, the initial state is reliably recognized when the current flowing between the source region and the drain region is large. For this reason, it is preferable that the ON resistance of the MIS type memory transistor in the initial state is low.
しかしながら、書き込み後は、MIS型メモリトランジスタの閾値電圧が高くなり、メモリゲート電極に閾値電圧以下の電圧を印加した場合に、ソース領域とドレイン領域との間に電流が流れない。この電流が流れないことにより、MIS型メモリトランジスタは、書き込み状態と認識できる。
よって、ソース領域とドレイン領域との間に流れる電流が小さい方が、書き込み状態の認識が確実に行われる。このような理由から、MIS型メモリトランジスタのON抵抗は高い方が有利となる。
However, after writing, the threshold voltage of the MIS memory transistor becomes high, and no current flows between the source region and the drain region when a voltage lower than the threshold voltage is applied to the memory gate electrode. Since this current does not flow, the MIS type memory transistor can be recognized as a writing state.
Therefore, the smaller the current flowing between the source region and the drain region, the more reliably the writing state is recognized. For this reason, it is advantageous that the ON resistance of the MIS type memory transistor is higher.
MIS型メモリトランジスタが初期状態であることは、ソース領域とドレイン領域との間に電流が流れることにより知ることができる。したがって、この電流が大きいほど、つまりON抵抗が低いほど読み出し動作が安定することとなる。
すなわち、特許文献1に示した従来技術では、データの書き込み信頼性は向上するものの、ON抵抗が高いため、初期状態の読み出し動作が安定せず、読み出しマージンが低下してしまうのである。
The fact that the MIS type memory transistor is in the initial state can be known by the fact that a current flows between the source region and the drain region. Therefore, the larger the current, that is, the lower the ON resistance, the more stable the read operation.
That is, in the prior art disclosed in
本発明の半導体不揮発性記憶装置は、このような課題を解決するためにある。そしてその目的は、読み出しマージンの向上と書き込み信頼性の向上とを両立させた半導体不揮発性記憶装置を提供することである。 The semiconductor nonvolatile memory device of the present invention is to solve such a problem. An object of the present invention is to provide a semiconductor nonvolatile memory device that achieves both improvement in read margin and improvement in write reliability.
上記目的を達成するために、本発明の半導体不揮発性記憶装置は、以下の構造を採用する。 In order to achieve the above object, the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention employs the following structure.
半導体基板に、ソース領域とドレイン領域と、これらに挟まれる部分にチャネル領域を備え、チャネル領域の上部に電荷を蓄積するメモリ絶縁膜を介してゲート電極を有し、ソース領域と電気的に接続する抵抗手段を備え、
ゲート電極とドレイン領域とに書き込み電圧をそれぞれ印加してメモリ絶縁膜に電荷の注入を行うデータ書き込みのとき、抵抗手段は、ソース領域と半導体基板との間に電位差を発生させ、電位差によりソース領域近傍からもメモリ絶縁膜に電荷を蓄積する半導体不揮発性記憶装置において、
抵抗手段は、データ書き込みのときに、データ読み出しのときよりも抵抗値が低くなるようにする可変手段を有することを特徴とする。
A semiconductor substrate has a source region and a drain region, and a channel region between the source region and the drain region, and has a gate electrode through a memory insulating film that accumulates charges on the channel region, and is electrically connected to the source region. Resistance means to
When data writing is performed in which charge voltage is applied to the gate electrode and the drain region to inject charges into the memory insulating film, the resistance means generates a potential difference between the source region and the semiconductor substrate, and the source region is generated by the potential difference. In a semiconductor nonvolatile memory device that accumulates electric charge in the memory insulating film even from the vicinity,
The resistance means has a variable means for making the resistance value lower when data is written than when reading data.
このような構成にすることによって、データの読み出しマージンの向上と書き込み信頼性の向上とを両立することができる。 With such a configuration, it is possible to improve both the data read margin and the write reliability.
抵抗手段は、複数の抵抗素子よりなり、
可変手段は、抵抗素子同士を切り離すことで抵抗値を変えることを特徴とする。
The resistance means comprises a plurality of resistance elements,
The variable means is characterized in that the resistance value is changed by separating the resistance elements from each other.
このような構成にすることによって、高い抵抗値を有する抵抗手段を実現することができる。 By adopting such a configuration, a resistance means having a high resistance value can be realized.
抵抗手段は、複数の抵抗素子よりなり、
可変手段は、抵抗素子同士を接続することで抵抗値を変えることを特徴とする。
The resistance means comprises a plurality of resistance elements,
The variable means is characterized in that the resistance value is changed by connecting the resistance elements to each other.
このような構成にすることによって、低い抵抗値を有する抵抗手段を実現することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to realize a resistance means having a low resistance value.
データ書き込みのときの抵抗値は、データを一度も書き込んでいないときの抵抗値と同じであることを特徴とする。 The resistance value when data is written is the same as the resistance value when data is never written.
このような構成にすることによって、データの書き込み時の信頼性を向上することができる。 With such a configuration, reliability at the time of data writing can be improved.
データ書き込みのときの抵抗値は、データを一度も書き込んでいないときの抵抗値よりも低いことを特徴とする。 The resistance value when data is written is lower than the resistance value when data is never written.
このような構成にすることによって、データの読み出しマージンを向上することができ
る。
With such a configuration, a data read margin can be improved.
本発明によれば、初期状態でのMIS型メモリトランジスタのON抵抗を低くすると同時に、書き込み後のON抵抗を高くすることを実現する。すなわち、読み出しマージンの向上と書き込み信頼性の向上とを両立した半導体不揮発性記憶装置を提供することができる。このため従来技術より信頼性の高い半導体不揮発性記憶装置を実現できるのである。
According to the present invention, it is possible to reduce the ON resistance of the MIS type memory transistor in the initial state and simultaneously increase the ON resistance after writing. In other words, it is possible to provide a semiconductor nonvolatile memory device that achieves both improved read margin and improved write reliability. Therefore, it is possible to realize a semiconductor nonvolatile memory device that is more reliable than the prior art.
本発明の半導体不揮発性記憶装置は、ソース領域と電気的に接続する抵抗手段を備えるMIS型メモリトランジスタを有しており、この抵抗手段に、抵抗手段の抵抗値を可変する可変手段を有する点が特徴である。
可変手段により、抵抗手段の抵抗値が、データ書き込みのときの方がデータ読み出しのときよりも低くなるようになっている。
The semiconductor nonvolatile memory device of the present invention has a MIS type memory transistor having a resistance means electrically connected to the source region, and the resistance means has a variable means for changing the resistance value of the resistance means. Is a feature.
Due to the variable means, the resistance value of the resistance means is lower when data is written than when data is read.
まず、図1を用いて半導体不揮発性記憶装置の概要を説明する。次に、図2から図7を用いて実施例1を説明する。次に、図8から図10を用いて実施例2を説明する。
実施例1には、抵抗手段の可変手段により、抵抗手段の抵抗値を構成する要素を切り離すことで全体の抵抗値を可変する場合を示す。切り離し方の違いにより2つの実施形態があり、それぞれ説明する。
実施例2には、抵抗手段の可変手段により、抵抗手段の抵抗値を構成する要素を接続することで全体の抵抗値を可変する場合を示す。
First, the outline of the semiconductor nonvolatile memory device will be described with reference to FIG. Next, Example 1 will be described with reference to FIGS. Next, Example 2 will be described with reference to FIGS.
The first embodiment shows a case where the entire resistance value is varied by separating the elements constituting the resistance value of the resistance means by the variable means of the resistance means. There are two embodiments depending on how they are separated, and each will be described.
The second embodiment shows a case where the entire resistance value is varied by connecting elements constituting the resistance value of the resistance means by the variable means of the resistance means.
[概要説明:図1]
まず、図1を用いて本発明の半導体不揮発性記憶装置の概要を説明する。
図1は、半導体不揮発性記憶装置の回路図であり、説明に必要ない構成を省き模式的に表した図である。この回路図は、MIS型メモリトランジスタ、制御用トランジスタ、および抵抗手段より構成されたメモリセル構造であり、回路内における代表的な接続状態を示している。
この回路図において、抵抗手段は、メモリ絶縁膜の電荷蓄積状況(書き込み前か、書き込み後か)に応じて抵抗値を変化させる可変手段を有している。
[Overview: Fig. 1]
First, the outline of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor nonvolatile memory device, and schematically shows a configuration that is not necessary for explanation. This circuit diagram shows a memory cell structure including a MIS type memory transistor, a control transistor, and a resistance means, and shows a typical connection state in the circuit.
In this circuit diagram, the resistance means has variable means for changing the resistance value according to the charge accumulation state (before writing or after writing) of the memory insulating film.
図1において、13はMIS型メモリトランジスタであるMONOSメモリトランジスタ、14は制御用トランジスタである。15は抵抗手段である。150a、150bは抵
抗手段15の端子である。
In FIG. 1, 13 is a MONOS memory transistor which is a MIS type memory transistor, and 14 is a control transistor.
MONOSメモリトランジスタ13は、導電型がN型(所謂、Nチャネル型)のメモリトランジスタである。図1では、単にMONOSと表記している。
制御用トランジスタ14は、導電型がP型(所謂、Pチャネル型)のMISトランジスタであり、そのドレイン領域をMONOSメモリトランジスタ13のドレイン領域と接続する。図1では、P−MOSと表記している。
The
The
抵抗手段15は、後に詳述するが、複数の負荷抵抗とそれと接続する金属配線よりなる。抵抗値を調整する可変手段を有しており、抵抗手段15の一方の端子150bをMONOSメモリトランジスタ13のソース領域と接続し、他方の端子150aを書き込み電圧(Vpp)発生源に接続している。
て設ける。
The resistance means 15 is composed of a plurality of load resistors and metal wiring connected thereto, as will be described in detail later. The variable means for adjusting the resistance value is provided. One terminal 150b of the resistor means 15 is connected to the source region of the
Provide.
抵抗手段15をMONOSメモリトランジスタ13のソース領域と接続して設けることにより、ゲート電極とドレイン領域とに書き込み電圧をそれぞれ印加してメモリ絶縁膜に電荷の注入を行うデータ書き込みのとき、ソース領域と半導体基板との間に電位差が発生し、ソース領域近傍の空乏層の広がりが増加する。空乏層の広がりが増加することによって、ソース領域近傍でのインパクトイオン化が顕著となり、ドレイン領域からだけではなく、ソース領域からもMONOSメモリトランジスタ13の電荷蓄積層に電荷を注入することができるのである。
By providing the resistance means 15 in connection with the source region of the
メモリゲート電極に電圧を印加して閾値電圧を制御する所謂ゲートバイアスタイプのMIS型メモリトランスタは、初期状態(書き込み前)ではメモリゲート電極に電圧を印加しなくてもソース領域とドレイン領域との間に電流が流れるノーマリーON状態である。このことから、MONOSメモリトランジスタ13のON抵抗は、低い方が好ましい。
A so-called gate bias type MIS memory translator that controls a threshold voltage by applying a voltage to a memory gate electrode is a source region and a drain region without applying a voltage to the memory gate electrode in an initial state (before writing). It is a normally ON state in which current flows during Therefore, it is preferable that the ON resistance of the
しかしながら、書き込み後は、メモリゲート電極に電圧を印加しない状態ではソース領域とドレイン領域との間に電流が流れないノーマリーOFF状態となる。このことから、MONOSメモリトランジスタ13のON抵抗は、高い方が有利となる。
However, after writing, in a state where no voltage is applied to the memory gate electrode, a normally OFF state in which no current flows between the source region and the drain region is obtained. Therefore, it is advantageous that the ON resistance of the
抵抗手段15は、MONOSメモリトランジスタ13の電荷蓄積状況(書き込み前か、書き込み後か)に対して、可変手段により、その抵抗値を変化させるのである。データを書き込む前(半導体装置の製造後など)の状態では、抵抗値は所定の値を有している。そして、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込み、その後に可変手段により抵抗手段15の抵抗値を高くするのである。
The resistance means 15 changes the resistance value of the
これにより、MONOSメモリトランジスタ13のソース領域とドレイン領域との間に流れる電流量が変るから、実質的にMONOSメモリトランジスタ13のON抵抗が変化したことになり、データ書き込みのときがデータ読み出しのときよりも抵抗値が低くなるようにすることができる。
As a result, the amount of current flowing between the source region and the drain region of the
[抵抗を切り離すことで抵抗値を可変する構造の説明1:図1、図2から図5]
実施例1の第1実施形態として、抵抗手段を構成する抵抗素子を切り離すことでその抵抗値を可変する可変手段について説明する。
説明にあっては、特に、導電型がN型(所謂、Nチャネル型)のMONOSメモリであるMIS型メモリトランジスタと、導電型がP型(所謂、Pチャネル型)のMOSトランジスタである制御用トランンジスタと、複数個並列に離間して設ける抵抗素子と個別に接続する金属配線を切断することにより抵抗値を可変する抵抗手段、とからなる構成を例と
して説明する。
[Explanation of structure in which resistance value is varied by separating resistor 1: FIGS. 1, 2 to 5]
As a first embodiment of the first embodiment, a variable means for changing the resistance value by separating a resistance element constituting the resistance means will be described.
In the description, in particular, the MIS type memory transistor that is an N-type (so-called N-channel type) MONOS memory and the control transistor that is a P-type (so-called P-channel type) MOS transistor. A description will be given by taking as an example a configuration including a transistor and a plurality of resistance elements provided in parallel and separated from each other and resistance means that varies the resistance value by cutting a metal wiring individually connected.
[実施例1の第1実施形態の概念説明:図1、図2]
まず、図1を参照しつつ主に図2を用いて実施例1の概念を説明する。
図2は、抵抗手段15を構成する抵抗素子が切り離される様子を模式的に示した平面図である。図2において、15a、15bは抵抗素子である。11a、11b、11cは金属配線である。この例の場合、金属配線11aが可変手段となる。符号Aは金属配線を切り離す部分である。
[Conceptual Explanation of First Embodiment of Example 1: FIGS. 1 and 2]
First, the concept of the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 and mainly using FIG.
FIG. 2 is a plan view schematically showing a state in which the resistance elements constituting the resistance means 15 are separated. In FIG. 2,
図2に示すように、抵抗素子15a、15bは、例えば、多結晶シリコン膜より形成する抵抗素子である。双方が並列に配置されており、一方の端子に金属配線11a、11bが接続され、これらは端子150aと接続するか、金属配線を延長した端部そのものが端子150aとなっている。他方の端子は金属配線11cが接続され、端子150bと接続するか、同様にこの金属配線を延長した端部そのものが端子150bとなっている。金属配線11a〜11cは、例えば、アルミニウムを用いることができる。
As shown in FIG. 2, the
図2に示す「初期状態」とは、半導体不揮発性記憶装置を製造した直後の状態や、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込む前の状態を言う。
「書き込み開始直後」とは、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込み始めた直後の状態を言う。
「書き込み後」は、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込んだ後の状態を言い、「読み出し時」は、MONOSメモリトランジスタ13からデータを読み出すときの状態を言う。
The “initial state” shown in FIG. 2 refers to a state immediately after manufacturing the semiconductor nonvolatile memory device or a state before writing data to the
“Immediately after starting writing” refers to a state immediately after starting to write data to the
“After writing” means a state after data is written to the
図2に示すように、「初期状態」では、抵抗素子15a、15bは並列接続されており、抵抗手段としての抵抗値は、これら2つの抵抗素子の並列合成抵抗となっている。このときの抵抗値をR0とする。
As shown in FIG. 2, in the “initial state”, the
「書き込み開始直後」の状態では、抵抗素子15a、15bの状態は変わらない。書き込み開始直後の抵抗値をRwとすると、Rwは初期状態の抵抗値R0と等しい(Rw=R0)。
In the state “immediately after the start of writing”, the states of the
データを書き込んだ後の「書き込み後」やデータの読み出しを行う「読み出し時」は、金属配線11aを切断することで抵抗素子15aが部分Aにて切り離されて抵抗素子15bのみとなる。
「書き込み後」や「読み出し時」の抵抗値をReとすると、抵抗値Reは初期状態の抵抗値R0、あるいは初期状態の抵抗値R0と等しいデータの書き込み開始直後の抵抗値Rwより大きな抵抗値となるのである(Re>R0、Re>Rw)。
In “after reading” after data is written or “when reading” in which data is read, the
When the resistance value “after writing” or “when reading” is Re, the resistance value Re is a resistance value R0 in the initial state or a resistance value larger than the resistance value Rw immediately after the start of data writing equal to the resistance value R0 in the initial state. (Re> R0, Re> Rw).
金属配線11aを切断するときは、通電により電気的に切断する場合と、物理的に切断する場合とがある。前者は、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込むときの電圧を利用して、抵抗手段15の抵抗値を可変する。後者は、例えば、レーザー光線を使った配線切断装置であるレーザーカッターなどを用いることができる。
なお、上述の例では、金属配線11aが可変手段となるが、もちろん、金属配線11bを切断してもよく、その場合は金属配線11bが可変手段となる。
When cutting the
In the above-described example, the
[実施例1の第1実施形態の詳細説明:図2、図3から図5]
次に、図2及び図3から図5を参照して実施例1の第1の実施形態の詳細を説明する。
実施例1の第1実施形態の特徴は、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き
込むときの電圧を利用して、抵抗手段15の抵抗値を可変する点である。
[Detailed Description of First Embodiment of Example 1: FIGS. 2, 3 to 5]
Next, details of the first embodiment of Example 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 to 5.
The feature of the first embodiment of Example 1 is that the resistance value of the resistance means 15 is varied using the voltage when data is written to the
図3は、第1実施形態を説明する回路図である(なお、この図3は第2実施形態でも用いる。)。図4は、図3において破線に囲まれた領域について、実際の半導体不揮発性記憶装置の構成を模して示す平面図である。図5は、図4に示す破断線A−A´に位置する断面を示す断面図である。 FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the first embodiment (note that FIG. 3 is also used in the second embodiment). FIG. 4 is a plan view simulating the configuration of an actual semiconductor nonvolatile memory device in the region surrounded by a broken line in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross section located at the breaking line AA ′ shown in FIG. 4.
図3から図5において、その符号は、1は半導体基板、2は素子分離膜を示し、3は素子分離膜により規定される素子領域である。5はメモリ絶縁膜、6はメモリゲート電極、7はソース領域、8はドレイン領域をそれぞれ示す。9は層間絶縁膜であり、10は層間絶縁膜に設けるコンタクトホールである。151、152、153は抵抗素子である。11、111a、111b、111c、111dは金属配線を示し、特に111a、111b、111cは抵抗手段である抵抗素子と個別に接続する金属配線、111dは全ての抵抗素子と接続する共通の金属配線を示す。12a、12b、12cは金属配線111a、111b、111cにそれぞれ設ける狭幅部を示す。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
3 to 5, the
図3に示す導電型がN型のMIS型メモリトランジスタであるMONOSメモリトランジスタ13は、図4及び図5に示すように、導電型がP型の半導体基板1表面に素子分離膜2により規定された素子領域3に設ける。素子分離膜2は一般的な素子分離法であるLOCOS(Local−Oxidation−Silicon)法により形成したシリコン酸化膜であり、膜厚は、例えば、400nmである。
The
素子領域3に導電型がN型の不純物よりなるソース領域7とドレイン領域8とを離間して設け、この離間した領域にメモリ絶縁膜5とメモリゲート電極6とを積層して設ける。
図示しないがメモリ絶縁膜5は、トンネル酸化膜として機能するシリコン酸化膜である第1の絶縁膜と、シリコン窒化膜である電荷蓄積層と、トップ酸化膜として機能するシリコン酸化膜である第2の絶縁膜、とを積層した構造である。膜厚は、例えば、第1の絶縁膜が2nm、電荷蓄積層が10nm、第2の絶縁膜が3nm程度である。
In the
Although not shown, the
メモリゲート電極6は、導電型がN型の多結晶シリコン膜であり、既知の化学気相成長法(以後、CVD;Chemical−Vapor−Deposition法と記載する)により形成した多結晶シリコン膜に導電型がN型の不純物を選択的に添加して形成する。膜厚は、例えば、350nmである。
The
さらに表面に層間絶縁膜9を設ける。層間絶縁膜9は例えば既知のCVD法により形成するシリコン酸化膜である。さらにまた、層間絶縁膜9の所定の領域に設けるコンタクトホール10を介し、電圧を印加する金属配線11、111a〜111dを設ける。特に、金属配線111dは、一方をMONOSメモリトランジスタ13のソース領域7と接続する金属配線であり、他方は抵抗手段15を構成する複数の抵抗素子と共通に接続する。金属配線11、111a〜111dは、例えば既知スパッタリング法により形成するアルミニウム材よりなる。
Further, an
図3から図5に示すように、抵抗手段15は、3つの抵抗素子151、152、153を、素子分離膜2上に並列に離間して設ける。抵抗素子151、152、153は、導電型がP型の多結晶シリコン膜であり、既知のCVD法により形成した多結晶シリコン膜に導電型がP型の不純物を選択的に添加して形成する。膜厚は、例えば、350nmであり、メモリゲート電極6を構成する多結晶シリコン膜の形成と同一の工程で形成できる。
As shown in FIGS. 3 to 5, the resistance means 15 is provided with three
並列に離間して設ける3つの抵抗素子151、152、153はそれぞれ片方の端部を
コンタクトホール10を介して共通の金属配線111dで接続し、この共通の金属配線111dはMONOSメモリトランジスタ13のソース領域7と接続する。3つの抵抗素子151、152、153を並列に接続する構成とすることにより、抵抗手段15そのものの抵抗値は3つの抵抗素子の並列合成抵抗となるから小さくなるので、データ書き込み時のMONOSメモリトランジスタ13のON抵抗を低くすることができる。
The three
さらに3つの抵抗素子151、152、153の、共通の金属配線111dと接続するのとは反対側の端部には、コンタクトホール10を介して金属配線111a、111b、111cがそれぞれ個別に接続されている。
Furthermore, the
抵抗素子151、152、153と個別に接続する金属配線111a、111b、111cは、MONOSメモリトランジスタ13へのデータ書き込み時に印加する電圧にて切断が可能となるように任意の金属配線の、任意の箇所を局所的に細くした狭幅部12a、12b、12cをそれぞれ設けている。
The
図4に示す例では、狭幅部12a、12b、12cは、それぞれ金属配線111a、111b、111cの一部において、その線幅が漸次細くなるような形状とすることで構成している。
In the example shown in FIG. 4, the
狭幅部12a、12b、12cを有することによって、MONOSメモリトランジスタ13へデータの書き込みを行う際に金属配線111a、111b、111cを介して電圧を印加すると、電流が集中することにより局所的に細くなった狭幅部が溶断される。印加電圧に応じてどの狭幅部を溶断するかを予め決めておき、それに準じて狭幅部の線幅を設定しておけば、任意の狭幅部12a、12b、12cを溶断することができる。つまり、金属配線111a、111b、111cのいずれかを切断することができる。
By having the
溶断された金属配線と接続する抵抗素子は、データ書き込み後は電圧を印加することができなくなるので、抵抗手段として機能することはない。したがって、抵抗手段15全体の抵抗が大きくなることから、データ読み出し時のMONOSメモリトランジスタのON抵抗は、初期状態より高くなるのである。 The resistance element connected to the melted metal wiring cannot function as a resistance means because a voltage cannot be applied after data writing. Accordingly, since the resistance of the entire resistance means 15 is increased, the ON resistance of the MONOS memory transistor at the time of data reading is higher than that in the initial state.
例えば、データ書きこみ前後の抵抗手段15の抵抗値の変化を鑑みて、抵抗素子151ひとつ分の抵抗値を可変させればよいとする。その場合、データ書き込み時に抵抗手段15に対し、抵抗素子151と接続する金属配線111aの狭幅部12aのみが溶断される程度の電圧を印加する。
For example, in view of the change in the resistance value of the resistance means 15 before and after data writing, the resistance value for one
狭幅部12aが完全に溶断されるまでは、抵抗手段15の抵抗値は、3つの抵抗素子151、152、153を並列に離間して設けた構造での抵抗値となる。しかしながら、狭幅部12aの溶断後は、抵抗素子151は抵抗として機能しなくなるため、抵抗手段15の抵抗値は抵抗素子152、153を2つ並列に離間して設けた構造での抵抗値となり、データ書き込み時の抵抗値より高くなる。
Until the
金属配線はアルミニウム材よりなることから、多結晶シリコン膜よりなる抵抗素子に比べて抵抗値が非常に低い。したがって、金属配線111aの狭幅部12aが完全に溶断に至るまでには抵抗素子151は抵抗として機能することから、抵抗手段の抵抗値は初期状態の値をほぼ維持することができる。
Since the metal wiring is made of an aluminum material, the resistance value is very low compared to a resistance element made of a polycrystalline silicon film. Therefore, since the
つまり、抵抗手段15は、データを一度も書き込んでいないとき、すなわち図2に示す「初期状態」の抵抗値をR0、データ書き込みが開始された後、すなわち図2に示す「書き込み開始直後」の抵抗値をRw、データ読み出し時、すなわち図2に示す「読み出し時
(書き込み後)」の抵抗値をReを比べると、データ書き込み開始直後から狭幅部12aが溶断されるまでの間については、その抵抗値の関係は、Rw=R0であるが、データ書き込みが終了した段階では、狭幅部12aは溶断され抵抗素子151が抵抗として機能しなくなることから、抵抗手段15の抵抗値は初期状態、あるいはデータ書き込み直後より大きくなる。すなわち、データ読み出し時を含め、抵抗値の関係は、Re>R0、Re>Rwとなるのである。
That is, the resistance means 15 has set the resistance value in the “initial state” shown in FIG. 2 to R0 when data has never been written, that is, after data writing is started, that is, “immediately after the start of writing” shown in FIG. When the resistance value is Rw and the resistance value at the time of data reading, that is, “at the time of reading (after writing)” shown in FIG. 2 is compared with Re, from the start of data writing until the
[実施例1の第2実施形態の説明:図2、図3、図6、図7]
次に、図2及び図3、図6、図7を参照して実施例1の第2の実施形態の詳細を説明する。
実施例1の第2実施形態の特徴は、MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込んだ後、任意の金属配線を切断手段を用いて切断し、抵抗手段15の抵抗値を可変する点である。
[Explanation of Second Embodiment of Example 1: FIGS. 2, 3, 6, and 7]
Next, details of the second embodiment of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 3, 6, and 7.
A feature of the second embodiment of the first embodiment is that after writing data into the
第1実施形態で説明した図3の回路図は、この第2実施形態でも同じであるので、これを参照して説明する。図6は、その図3において破線に囲まれた領域について、実際の半導体不揮発性記憶装置の構成を模して示す平面図である。図7は、図6に示す破断線B−B´に位置する断面を示す図である。 The circuit diagram of FIG. 3 described in the first embodiment is the same in the second embodiment, and will be described with reference to this. FIG. 6 is a plan view simulating the configuration of an actual semiconductor nonvolatile memory device in the region surrounded by the broken line in FIG. FIG. 7 is a view showing a cross section located at the breaking line BB ′ shown in FIG. 6.
図6において、12d、12e、12fは、金属配線111a、111b、111cにそれぞれ対応して設ける切断部である。また、図6及び図7において、16はパッシベーション膜、17はパッシベーション膜16に設ける開口部を示す。なお、すでに説明した同一の構成には同一の番号を付与している。
In FIG. 6, 12d, 12e, and 12f are cutting portions provided corresponding to the
第1実施形態と同様に、図6及び図7に示すように、抵抗手段15を構成する3つの抵抗素子151、152、153は、素子分離膜2上に並列に離間して設けている。抵抗素子151、152、153に接続する金属配線111a、111b、111cには、それぞれ切断部12d、12e、12fを設けている。これら切断部は金属配線の線幅を細くした形状を一例として示している。
Similar to the first embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the three
金属配線111a、111b、111cにそれぞれ設ける切断部12d、12e、12fに対応する部分のパッシベーション膜16には開口部17がそれぞれ設けてある。つまり、保護膜であるパッシベーション膜が開口して切断部が平面的に露出している。パッシベーション膜16は、既知のCVD法による形成するシリコン窒化膜である。
第1の実施形態では、金属配線111a、111b、111cにそれぞれ設ける狭幅部12a、12b、12cを、データ書きこみの際に印加する電圧により溶断していた。つまり、データ書き込み時に溶断させるのであるが、この第2実施形態では、データ書き込み後に切断部12d、12e、12fを任意に切断する。
In the first embodiment, the
パッシベーション膜16には開口部17が設けられているため、平面的に露出した切断部12d、12e、12fに、例えばレーザー光線等を照射して溶断する。これらは、レーザーカッターなどを用いることにより実施することができる。
Since the
図6に示す例では、切断部は金属配線よりもその線幅が狭い例を示しているが、第1の実施形態とは異なり、通電により溶断するものではないから、切断する部分の金属配線の線幅は特に制限を設ける必要がない。レーザーカッターを用いるとき、金属配線111a、111b、111cは容易に切断することができる。このような事情から切断部12d、12e、12fのように線幅を細くする必要はないが、この切断部の形状を他の部分とは異なるようにすれば、レーザー光線の照射位置の目印ともなるため、図6の例は望まし
い形状の1つといえる。
In the example shown in FIG. 6, the cutting portion shows an example in which the line width is narrower than that of the metal wiring. Unlike the first embodiment, the cutting portion is not melted by energization. There is no particular limitation on the line width. When a laser cutter is used, the
この切断部12d、12e、12f溶断は、半導体不揮発性記憶装置を載せた移動可能なステージを組み込んだ自動制御システムで行うことができる。その際、光の反射などを利用して光学的に切断部の場所(座標)を見つけることもできるから、このようなシステムを用いるレーザーカッターを使用する場合は、切断部12d、12e、12fの線幅を細くすることは、光学的にその位置を読み取り易くできるので好ましい形状と言えよう。
The cutting
金属配線111a、111b、111cは、データ書き込み時の電圧に対し十分に耐性があるので、第1実施形態と異なり、データ書き込み後の抵抗手段15の抵抗値は、「初期状態」と同じ3つの抵抗素子151、152、153の並列合成抵抗の抵抗値となる。
Since the
MONOSメモリトランジスタ13へのデータ書き込み後、データ読出し前に、パッシベーション膜16に形成した任意の開口部17からレーザー光線を照射することにより、例えば、金属配線111cの切断部12fを切断する。切断された金属配線111cと接続する抵抗素子153とは抵抗手段15として機能しなくなるため、抵抗手段15の抵抗値は2つの抵抗素子151、152の並列合成抵抗値となり、データ書き込み時の抵抗値より高くなる。
After writing data to the
つまり、抵抗手段15は、データを一度も書き込んでいないとき、すなわち図2に示す「初期状態」の抵抗値をR0、データ書き込みが開始された後、すなわち図2に示す「書き込み開始直後」の抵抗値をRw、データ読み出し時、すなわち図2に示す「読み出し時(書き込み後)」の抵抗値をReを比べると、データ書き込み開始後から任意の金属配線を切断するまでの間については、その抵抗値の関係は、Rw=R0であるが、データ書き込みが終了した段階では、切断部12fが切断され抵抗素子153が抵抗として機能しなくなることから、抵抗手段15の抵抗値は初期状態、あるいはデータ書き込み直後より大きくなる。すなわち、データ読み出し時を含め、抵抗値の関係は、Re>R0、Re>Rwとなるのである。
That is, the resistance means 15 has set the resistance value in the “initial state” shown in FIG. 2 to R0 when data has never been written, that is, after data writing is started, that is, “immediately after the start of writing” shown in FIG. When the resistance value is Rw and the resistance value at the time of data reading, that is, “at the time of reading (after writing)” shown in FIG. 2 is compared with Re, The relationship between the resistance values is Rw = R0. However, when the data writing is completed, the
以上、実施例1の第1実施形態と第2実施形態とを説明した。説明にあっては、狭幅部12a、12b、12cと切断部12d、12e、12fは、金属配線111a、111b、111cよりもその線幅が狭くなるような例を説明したが、金属配線の膜厚を薄くするようにしてもよい。この場合は、線幅を変えずに膜厚だけを薄くしてもよい。
The first embodiment and the second embodiment of Example 1 have been described above. In the description, the
また、抵抗素子として多結晶シリコン膜より形成した配線抵抗を示したが、もちろんこれに限定するものではない。素子分離膜に囲まれた任意の領域の半導体基板に選択的に不純物を導入し、活性化することで設ける拡散配線を用いてもよいことは無論である。 Moreover, although the wiring resistance formed from the polycrystalline silicon film is shown as the resistance element, it is of course not limited to this. Of course, a diffusion wiring provided by selectively introducing and activating impurities in a semiconductor substrate in an arbitrary region surrounded by the element isolation film may be used.
[抵抗を接続することで抵抗値を可変する構造の説明:図1、図8から図10]
実施例2として、抵抗手段の抵抗値を接続することで全体の抵抗値を可変する可変手段について説明する。
[Description of structure in which resistance value is variable by connecting resistor: FIGS. 1, 8 to 10]
As Example 2, variable means for changing the entire resistance value by connecting the resistance values of the resistance means will be described.
実施例2の特徴は、抵抗手段の可変手段は、抵抗素子として拡散抵抗を用い、並列に複数個離間して配置すると共に、必要に応じ隣り合う拡散抵抗同士を電気的に接続する(もちろん、切り離しもできる)ことでその抵抗値を変化させるものである。 The feature of the second embodiment is that the variable means of the resistance means uses a diffused resistor as a resistance element, and a plurality of spaced apart resistors are arranged in parallel, and adjacent diffused resistors are electrically connected if necessary (of course, It can also be separated) to change its resistance value.
まず、図1を参照しつつ主に図8を用いて実施例2の概念を説明する。
図8は、抵抗手段15を構成する抵抗素子が電気的に接続される様子を模式的に示した平面図である。図8において、15cは抵抗素子である。15d、15eは電気的にフロ
ーティング状態の抵抗素子である。11dは金属配線である。11e、11fは抵抗素子15d、15eを抵抗素子15cに接続するための金属電極である。
First, the concept of the second embodiment will be described with reference to FIG. 1 and mainly using FIG.
FIG. 8 is a plan view schematically showing how the resistance elements constituting the resistance means 15 are electrically connected. In FIG. 8, 15c is a resistance element.
抵抗素子15c、15d、15eは、半導体基板の任意の場所に設ける拡散抵抗で構成する。それぞれ所定の間隔を空けて離間して並列に配置されている。これら抵抗素子は、半導体基板と逆導電型である。抵抗素子15cの一方の端子に金属配線11dが接続され、これらは端子150aとなっている。他方の端子は金属配線11cが接続され、端子150bとなっている。金属配線11d、11cは、例えば、アルミニウムを用いることができる。
The
拡散抵抗である抵抗素子15cと抵抗素子15dとの間と、抵抗素子15dと抵抗素子15eとの間の上部には、それぞれ金属電極11e、11fを設けている。これら2つの金属電極は、図8に示す例では、平面的に両側に位置する拡散抵抗の長辺側短部と若干オーバーラップするように設けている。
金属電極11e、11fは、離間して設ける拡散抵抗である抵抗素子の間に、例えば、素子分離膜を介して設けており、金属電極11eには信号線ss1が、金属電極11fには信号線ss2がそれぞれ接続している。
The
信号線ss1、ss2を介して、図示しない制御回路からの信号S1、S2が、それぞれ金属電極11e、11fに印加される。信号S1、S2は、半導体基板を反転させるに十分な電位を有する信号レベルである。これにより、必要に応じ金属電極11e、11fに電圧を印加することで、離間する抵抗素子15c、15d、15e間の半導体基板表面の導電型を反転させ反転層を形成し、隣り合う抵抗素子同士を電気的に接続したり、切り離したりする。このようにすることで、抵抗手段15の抵抗値を可変するのである。
Signals S1 and S2 from a control circuit (not shown) are applied to the
まず、「初期状態」は、金属電極11e、11fには電圧を印加していない状態であり、抵抗手段15の抵抗値は、金属配線11c、11dと接続する抵抗素子15cのみの抵抗値で決定される。このときの抵抗値をR0とする。
First, the “initial state” is a state in which no voltage is applied to the
MONOSメモリトランジスタ13へのデータの「書き込み時」には、信号線ss1、ss2により所定の信号レベルの信号S1、S2が金属電極11e、11fに印加される。なお、ここでいう「書き込み時」は、実施例1で説明した「書き込み開始直後」に相当する状態である。MONOSメモリトランジスタ13にデータを書き込み始めた直後の状態である。
When data is written to the
印加される信号S1、S2により金属電極11e、11fの下部に電界が発生し、抵抗素子15cと抵抗素子15dとの間の領域と、抵抗素子15dと抵抗素子15eとの間の領域と、の半導体基板表面の導電型を反転させ反転層を形成する。この反転層により、隣り合う抵抗素子同士を接続する。
An electric field is generated below the
図8の例(「書き込み時」の例)では、3つの抵抗素子15c、15d、15eがすべて電気的に接続する例を示している。こうすると、抵抗長が変らずに抵抗幅が大きくなるので、結果として抵抗手段15の抵抗値は小さくなる。したがって、「データ書き込み時」の抵抗手段の抵抗値をRwとすると、Rwは「初期状態」に比べ小さくなる(Rw<R0)。
The example of FIG. 8 (example of “when writing”) shows an example in which all three
MONOSメモリトランジスタ13からのデータの「読み出し時」は、信号線ss1、ss2により信号S1、S2が金属電極11e、11fに印加されない場合(状態1)か、信号S2のみ金属電極11fを介して印加する場合(状態2)かがある。
At the time of “reading” data from the
金属電極11e、11fのどちらにも信号S1、S2を印加しない場合(状態1)、データの「読み出し時」の抵抗手段15の抵抗値をReとすると、抵抗手段15の抵抗値は、抵抗素子15cのみ抵抗値となり、「初期状態」の抵抗値R0と等しく、データの「書き込み時」の抵抗値Rwより大きくなる(Re=R0、Re>Rw)。
When the signals S1 and S2 are not applied to either of the
一方、金属電極11fに信号S2を印加する場合(状態2)、抵抗手段15の抵抗値は、抵抗素子15cと反転層と抵抗素子15dとを加えた抵抗幅となる。この抵抗値Reは、データの「書き込み時」の抵抗値Rwに比べると抵抗値としては大きくなるが、「初期状態」の抵抗値R0よりも小さくなる(Re<R0、Re>Rw)。
On the other hand, when the signal S2 is applied to the
[実施例2の構造の説明:図8、図9、図10]
以下、実施例2における半導体不揮発性記憶装置の構造を、主に図9、図10を用いて詳述する。
図9は、実際の半導体不揮発性記憶装置の主要部の構成を模して示す平面図である。図10は、図9に示す破断線C−C´に位置する断面を示す図である。
[Description of Structure of Embodiment 2: FIGS. 8, 9, and 10]
Hereinafter, the structure of the semiconductor nonvolatile memory device according to the second embodiment will be described in detail mainly with reference to FIGS.
FIG. 9 is a plan view illustrating the configuration of the main part of an actual semiconductor nonvolatile memory device. FIG. 10 is a view showing a cross section located at the breaking line CC ′ shown in FIG. 9.
図9及び図10において、その符号は、18はウェル領域である。154、155,156は抵抗手段を構成する抵抗素子を示し、図8に示す抵抗素子15c、15d、15eにそれぞれ対応する。
111e、111f、111g、111hは金属配線である。金属配線111e、111fは、図8に示す端子150b、150aにそれぞれ対応する。金属配線111g、111hは、同じく、信号線ss1、ss2にそれぞれ対応する。
111i、111jは金属電極であり、図8に示す金属電極11e、11fにそれぞれ対応する。
130a、130bは、抵抗手段間の反転領域である。図8に示す反転層が形成される領域である。
9 and 10, the
111e, 111f, 111g, and 111h are metal wirings. The
111i and 111j are metal electrodes, which correspond to the
図9及び図10に示すように、抵抗手段15を構成する3つの抵抗素子154、155、156は、ウェル領域18表面で、素子分離膜2で囲まれた領域に不純物を電気的に活性化して設ける拡散抵抗である。例えば、ウェル領域18は、導電型がP型の半導体基板1に設ける導電型がN型のウェルであり、拡散抵抗である抵抗素子154、155、156を構成する不純物の導電型はP型である。
As shown in FIGS. 9 and 10, the three
3つの抵抗素子154、155、156はそれぞれ平面的には並列に離間して設け、抵抗素子154の端部には、層間絶縁膜9に設けるコンタクトホール10を介し金属配線111e、111fが接続している。特に、金属配線111eはMONOSメモリトランジスタ13のソース領域7とコンタクトホール10を介して接続する。
The three
抵抗素子154と抵抗素子155、抵抗素子155と抵抗素子156が、それぞれの平面的に離間する領域には金属電極111iと金属電極111jとを設けており、それぞれ平面的に隣り合う抵抗素子の長辺側短部と若干オーバーラップするように設け、抵抗素子の離間した領域に上部から電圧(信号S1、S2)を印加することができる。この領域の半導体基板内部には、図8に示す反転層が形成されるため、この部分を反転領域130a、130bとしている。
The
以上説明し例では、信号S1、S2は、半導体基板を反転させるに十分な電位を有する信号レベルである例である。しかしながら、信号S1、S2はその電圧レベルに限定しない。
信号S1、S2は、離間する抵抗素子15c、15d、15e間の半導体基板表面の導
電型を弱反転させるような弱反転層を形成するような電圧レベルであってもよい。
In the example described above, the signals S1 and S2 are examples of signal levels having a potential sufficient to invert the semiconductor substrate. However, the signals S1 and S2 are not limited to the voltage level.
The signals S1 and S2 may be at a voltage level that forms a weak inversion layer that weakly inverts the conductivity type of the semiconductor substrate surface between the
こうすることで、抵抗素子15c、15d、15e間は弱反転層により、抵抗長方向だけでなく抵抗幅方向にも抵抗値を付加させることができるようになる。
このように、抵抗素子15c、15d、15e間を、反転層や弱反転層のどちらで接続するかの選択は、欲する抵抗値により任意に決めることができる。
By doing so, a resistance value can be added not only in the resistance length direction but also in the resistance width direction by the weak inversion layer between the
As described above, the selection of whether the inversion layer or the weak inversion layer connects the
本発明は、データ書き込み時と、データの読み出し時とでのMIS型メモリトランジスタのON抵抗を制御することができるため、高い制御性を必要とする半導体不揮発性記憶装置に好適である。 The present invention can control the ON resistance of the MIS type memory transistor at the time of data writing and at the time of data reading, and thus is suitable for a semiconductor nonvolatile memory device that requires high controllability.
1、101 半導体基板
2、102 素子分離膜
3、103 素子領域
104 チャネル領域
5、105 メモリ絶縁膜
6、106 メモリゲート電極
7、107 ソース領域
8、108 ドレイン領域
9、109 層間絶縁膜
10、110 コンタクトホール
11、11a、11b、11c、11d、111、111a、111b、111c、111d、111e、111f、111g、111h 金属配線
111i、111j 金属電極
12a、12b、12c 狭幅部
12d、12e、12f 切断部
120、121 空乏層
130a、130b 反転領域
13 MIS型メモリトランジスタ
14 制御用トランジスタ
15、115 抵抗手段
15a、15b、151、152、153 抵抗素子
16 パッシベーション膜
17 開口部
18 ウェル領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Semiconductor substrate 2,102 Element isolation film 3,103
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ゲート電極と前記ドレイン領域とに書込み電圧をそれぞれ印加して前記メモリ絶縁膜に電荷の注入を行うデータ書き込みのとき、前記抵抗手段は、前記ソース領域と前記半導体基板との間に電位差を発生させ、該電位差により前記ソース領域近傍からも前記メモリ絶縁膜に電荷を蓄積する半導体不揮発性記憶装置において、
前記抵抗手段は、前記データ書き込みのときに、データ読み出しのときよりも抵抗値が低くなるようにする可変手段を有することを特徴とする半導体不揮発性記憶装置。 A semiconductor substrate includes a source region and a drain region, and a channel region between the source region and the drain region, and a gate electrode interposed between the channel region and a memory insulating film for accumulating charges, and electrically connected to the source region. Having resistance means to connect to
The resistance means generates a potential difference between the source region and the semiconductor substrate during data writing in which a write voltage is applied to the gate electrode and the drain region to inject charges into the memory insulating film. In the semiconductor nonvolatile memory device that accumulates charges in the memory insulating film even from the vicinity of the source region due to the potential difference,
2. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein said resistance means has variable means for making the resistance value lower during data writing than during data reading.
前記可変手段は、前記抵抗素子同士を切り離すことで抵抗値を変えることを特徴とする請求項1に記載の半導体不揮発性記憶装置。 The resistance means comprises a plurality of resistance elements,
The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the variable unit changes a resistance value by separating the resistance elements.
前記可変手段は、前記抵抗素子同士を接続することで抵抗値を変えることを特徴とする請求項1に記載の半導体不揮発性記憶装置。 The resistance means comprises a plurality of resistance elements,
The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the variable unit changes a resistance value by connecting the resistance elements to each other.
4. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein a resistance value at the time of data writing is lower than a resistance value when data has never been written. 5.
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Citations (4)
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2012
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