JP2021019029A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(不揮発性半導体記憶装置の回路構成)
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル3の模式的等価回路構成は、図1に示すように表される。本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、複数回の書込み・消去が可能な不揮発性メモリ(MTP)であり、電気的に絶縁されたフローティングゲート(FG)への電子の出し入れによりFGの電気的状態を変え、メモリとして動作させている。
データ消去動作モードにおいては、図2及び図3に示すように、書込みビット線PGにVI(例えば約5V程度の中電圧)、読出しビット線BLにVSS、カップリングゲート線CGにVP、基板電圧線NWにVP、スイッチゲート線RGにVSS、ソース線SLにVSS、イレースゲート線EGにVMが印加される。ここで、各電圧の大小関係は、VP>VI>VDD>VSS=0>VMで表される。
データ書込み動作モードにおいては、図2及び図4に示すように、選択メモリセル3の書込みビット線PGにVP、読出しビット線BLにVSS、カップリングゲート線CGにVM、基板電圧線NWにVP、スイッチゲート線RGにVSS、ソース線SLにVSS、イレースゲート線EGにVSSが印加される。また、非選択メモリセル3の書込みビット線PGにVI、読出しビット線BLにVSS、カップリングゲート線CGにVI、基板電圧線NWにVP、スイッチゲート線RGにVSS、ソース線SLにVSS、イレースゲート線EGにVSSが印加される。ここで、各電圧の大小関係は、VP>VI>VDD>VSS=0>VMで表される。
データ読出し動作モードにおいては、図2及び図5に示すように、選択メモリセル3の書込みビット線PGにVSS、読出しビット線BLにVDD、カップリングゲート線CGにVDD、基板電圧線NWにVDD、スイッチゲート線RGにVDD、ソース線SLにVSS、イレースゲート線EGにVSSが印加される。また、非選択メモリセル3の書込みビット線PGにVSS、読出しビット線BLにVSS、カップリングゲート線CGにVDD、基板電圧線NWにVDD、スイッチゲート線RGにVSS、ソース線SLにVSS、イレースゲート線EGにVSSが印加される。ここで、各電圧の大小関係は、VDD>VSS=0で表される。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置1の模式的平面パターン構成は、図6に示すように表され、図6のI−I線に沿う模式的断面構造は、図7に示すように表される。
また、図6のII−II線に沿う模式的断面構造図であり、隣接するメモリセルの相対的に幅の狭いフローティングゲートFGに隣接してダミーゲートDG構造を備える例は、図8に示すように表される。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置において、隣接するメモリセルの相対的に幅の広いFG間にボイド構造を備える例の模式的断面構造は、図11に示すように表される。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置において、隣接するメモリセルのFG間にボイドを備える構造の断面構造例は、図13に示すように表される。図13の構造例は、相対的に幅の広いFG1、FG2,FG3が互いに隣接して配置される例に対応している。例えば、図15に示すように、隣接するメモリセル31、32、33のパターンにおいて、隣接するFG1、FG2間、隣接するFG2、FG3間にボイドを備える例に対応している。図13に示すように、ボイド38は、基板10の表面方向に次第に広がる構造を備え、しかもFG1、FG2、FG3の厚さの略中間部分で、広がりを停止し、ノッチ部分で引き戻されるような構造を備えている。また、ボイド38の上部先端部分の基板表面からの高さは、FG1、FG2、FG3の上面部分の基板表面からの高さに比べて低く形成されている。また、FG1、FG2、FG3の側壁部に形成される第2絶縁層24の形状は例えば、L字形状若しくはL字の対称構造を備えている。またデバイス表面部分はポリイミドPI等の層間絶縁膜で覆われている。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置において、隣接する3個のメモリセル31、32、33のFG1、FG2、FG3、複数のダミーゲートDG、及び活性領域の模式的平面パターン構成例は、図15に示すように表される。また、図15に対応する回路構成は、図16に示すように表される。図15に示すように、メモリセル31の活性領域には、カップリングキャパシタ51、プログラムトランジスタ61、リードトランジスタ71、スイッチトランジスタ81、及びイレースキャパシタ91が配置されている。詳細な図示は省略されているが、メモリセル32、33の活性領域についても同様に配置されている。
上記のように、いくつかの実施の形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び
図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
3…メモリセル
5…カップリングキャパシタ
6…プログラムトランジスタ
7…リードトランジスタ
8…スイッチトランジスタ
9…イレースキャパシタ
10…半導体基板
18…第1絶縁層
20、22、30、32…ポリシリコン層
24、34…第2絶縁層
26…第3絶縁層
28…第4絶縁層
36、38…ボイド(Air Gap)
150…書込みビット線制御回路
160…読出しビット線制御回路
180…カップリングゲート線制御回路(CG制御回路)
190…基板電圧線制御回路(NW制御回路)
200…イレースゲート線制御回路(EG制御回路)
CG…カップリングゲート線
NW…基板電圧線
PG…書込みビット線
EG…イレースゲート線
FG…フローティングゲート
BL…読出しビット線
RG(WL)…スイッチゲート線(ワード線)
PW、PW1、PW2…Pウェル
NW2…Nウェル
Claims (12)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に配置され、互いに隣接するメモリセルの一方の第1フローティングゲートを構成する第1導電層と、
前記第1絶縁層上に配置され、互いに隣接するメモリセルの他方の第2フローティングゲートを構成する第2導電層と、
前記第1導電層及び前記第2導電層を被覆する第3絶縁層と、
前記第3絶縁層上に配置された第4絶縁層と
を備え、前記第4絶縁層と前記第1導電層及び前記第2導電層との間の距離を離隔して、電気的に絶縁された前記第1導電層と前記第2導電層にそれぞれ電荷を保持する、不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1導電層及び前記第2導電層の側壁部に配置された第2絶縁層を更に備える、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記メモリセルは、
プログラムトランジスタと、
カップリングキャパシタと、
リードトランジスタと、
イレースキャパシタと、
ソースドレインの一方が前記リードトランジスタのソースドレインの一方に接続され、前記リードトランジスタに直列接続されたスイッチトランジスタと
を備え、前記プログラムトランジスタ、前記カップリングキャパシタ、前記リードトランジスタ、及び前記イレースキャパシタはフローティングゲートを共有する、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1導電層は第1ポリシリコン層を備え、前記第2導電層は第2ポリシリコン層を備え、前記第1絶縁層はゲート酸化膜を備え、前記第2絶縁層はシリコン窒化膜を備え、第4絶縁層は、コンタクトエッチストップ窒化膜を備え、前記第3絶縁層はサリサイドブロック酸化膜を備える、請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 平面視において、前記第1ポリシリコン層の長手方向に直行する方向に隣接して配置された第3ポリシリコン層を備え、
前記第3ポリシリコン層は、前記第1絶縁層上に配置され、前記第3絶縁層及び前記第3絶縁層上に配置された前記第4絶縁層により被覆される、請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 平面視において、前記第1ポリシリコン層の長手方向に直行する方向に隣接して配置され、前記第1ポリシリコン層を挟んで前記第3ポリシリコン層と対向して配置された第4ポリシリコン層を備え、
前記第4ポリシリコン層は、前記第1絶縁層上に配置され、前記第3絶縁層及び前記第3絶縁層上に配置された前記第4絶縁層により被覆される、請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1ポリシリコン層と前記第2ポリシリコン層との間にエアギャップ領域を備える、請求項4〜6のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記エアギャップ領域は、前記第1ポリシリコン層と前記第2ポリシリコン層との間に配置される前記第4絶縁層上に配置される、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記エアギャップ領域は、前記第1ポリシリコン層と前記第2ポリシリコン層との間に配置される前記第3絶縁層と前記第4絶縁層との間に配置される、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記カップリングキャパシタに接続されたカップリングゲート線と、
前記プログラムトランジスタの基板に接続された基板電圧線と、
前記スイッチトランジスタのソースドレインに接続されたビット線と、
前記スイッチトランジスタのゲートに接続されたスイッチゲート線と、
前記リードトランジスタのソースドレインに接続されたソース線と、
前記イレースキャパシタのソースドレインに接続されたイレースゲート線と
を備える、請求項3〜9のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 列方向に延伸された複数の書込みビット線と、
列方向に延伸された複数の読出しビット線と、
行方向に延伸された複数のスイッチゲート線と
を備え、
前記メモリセルは、前記書込みビット線及び前記読出しビット線間に配置され、前記プログラムトランジスタのソースドレインには前記書込みビット線が接続され、前記スイッチトランジスタのソースドレインの他方には前記読出しビット線が接続される、請求項10に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記読出しビット線に接続される読出しビット線制御回路と、
前記書込みビット線に接続される書込みビット線制御回路と、
前記基板電圧線に接続される基板電圧線制御回路と、
前記カップリングゲート線に接続されるカップリングゲート線制御回路と、
前記イレースゲート線に接続されるイレースゲート線制御回路と
を備える、請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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