JP2724150B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP2724150B2
JP2724150B2 JP6138388A JP6138388A JP2724150B2 JP 2724150 B2 JP2724150 B2 JP 2724150B2 JP 6138388 A JP6138388 A JP 6138388A JP 6138388 A JP6138388 A JP 6138388A JP 2724150 B2 JP2724150 B2 JP 2724150B2
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drain
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亮平 桐澤
良三 中山
聡 井上
理一郎 白田
哲郎 遠藤
富士雄 舛岡
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートを有する書替え可
能なメモリセルを用いた不揮発性半導体メモリ装置に関
する。
The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device using a rewritable memory cell having a floating gate and a control gate.

(従来の技術) 不揮発性性メモリの分野で、浮遊ゲートをもつMOSFET
構造のメモリセルを用いた電気的書替え可能な不揮発性
メモリ装置はE2PROMとして知られる。この種のE2PROMの
メモリアレイは、互いに交差する行線と列線の各交点に
メモリセルを配置して構成される。実際のパターン上で
は、二つのメモリセルのドレインを共通にして、ここに
列線がコンタクトするようにしてセル占有面積をできる
だけ小さくしている。しかしこれでも、二つのメモリセ
ルの共通ドレイン毎に列線とのコンタクト部を必要と
し、このコンタクト部がセル占有面積の大きい部分を占
めている。
(Prior art) MOSFETs with floating gates in the field of non-volatile memory
An electrically rewritable nonvolatile memory device using a memory cell having a structure is known as an E 2 PROM. A memory array of this type of E 2 PROM is configured by arranging a memory cell at each intersection of a row line and a column line that cross each other. On the actual pattern, the drains of the two memory cells are made common, and the cell line occupied area is made as small as possible by contacting the column lines. However, even in this case, a contact portion with the column line is required for each common drain of the two memory cells, and this contact portion occupies a large area of the cell.

これに対して最近、メモリセルを直列接続してNANDセ
ルを構成し、コンタクト部を大幅に減らすことを可能と
したE2PROMが提案されている。このNANDセルでは、一括
して浮遊ゲートに電子を注入する全面消去(一括消去)
を行なった後、選択されたメモリセルだけ浮遊ゲートか
ら電子を放出させる書込みを行なう。全面消去時には制
御ゲートを“H"レベルにして、ドレインは“L"レベルに
する。選択書込みでは、ソース側のセルからドレイン側
のセルへと順番に書き込んで行く。その場合、選択され
たセルの電位は、ドレインが“H"レベル、制御ゲートは
“L"レベルとなり、これにより浮遊ゲートからドレイン
へ電子が放出される。選択されたセルよりもドレイン側
にある非選択セルでは、ドレインに印加された電位を選
択されたセルまで伝達するために、制御ゲートの電位を
ドレインに印加する電位と同程度にする必要がある。何
故なら、ドレインに印加された電圧は、制御ゲートに印
加された電圧からセルのしきい値電圧を差引いた電圧ま
でしかソース側に伝達されないからである。
On the other hand, recently, an E 2 PROM has been proposed in which a memory cell is connected in series to form a NAND cell and the number of contacts can be significantly reduced. In this NAND cell, the entire surface is erased by batch injection of electrons into the floating gate (batch erase).
Is performed, writing is performed to discharge electrons from the floating gate only to the selected memory cell. At the time of full erasing, the control gate is set to “H” level and the drain is set to “L” level. In the selective writing, writing is performed in order from the cell on the source side to the cell on the drain side. In this case, the potential of the selected cell is such that the drain is at the “H” level and the control gate is at the “L” level, whereby electrons are emitted from the floating gate to the drain. In an unselected cell that is on the drain side of the selected cell, in order to transfer the potential applied to the drain to the selected cell, the potential of the control gate needs to be approximately equal to the potential applied to the drain. . This is because the voltage applied to the drain is transmitted to the source only up to a voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the cell from the voltage applied to the control gate.

ところが従来提案されているNANDセルでは、浮遊ゲー
トがチャネル領域を横切って配設されているため、セル
のしきい値電圧は浮遊ゲートの電位によって一義的に決
定される。従って一括消去を行なうと、メモリセルのし
きい値電圧が正方向に移動するために、選択書込みを行
なう時の選択セルよりドレイン側にある非選択セルでは
制御ゲート電圧をドレイン電圧よりもしきい値電圧分だ
け高く設定しなければならない。このようにメモリセル
のしきい値電圧が浮遊ゲート電位で決定されると、一括
消去を行なった時のしきい値電圧のバラツキの結果、あ
るメモリセルのしきい値電圧が高くなり、選択書込みを
行なう時の非選択セルの制御ゲート電圧ではドレイン電
圧を十分に転送できなくなる可能性が生じる。またデー
タの書替えを行なうと、浮遊ゲートに電子が注入された
ままのセルでは更に一括消去動作が繰返されることにな
り、その結果セルのしきい値電圧は上昇して、選択書込
み時のドレイン電圧の転送ができなくなる。
However, in the conventionally proposed NAND cell, since the floating gate is disposed across the channel region, the threshold voltage of the cell is uniquely determined by the potential of the floating gate. Therefore, when batch erasing is performed, the threshold voltage of the memory cell moves in the positive direction. Therefore, in a non-selected cell on the drain side of the selected cell at the time of selective writing, the control gate voltage is set higher than the drain voltage. It must be set higher by the voltage. When the threshold voltage of the memory cell is determined by the floating gate potential as described above, the threshold voltage of a certain memory cell increases as a result of the variation of the threshold voltage when batch erasing is performed. , The drain voltage may not be sufficiently transferred with the control gate voltage of the non-selected cell. When data is rewritten, batch erase operation is further repeated in a cell in which electrons are injected into the floating gate, and as a result, the threshold voltage of the cell increases, and the drain voltage at the time of selective writing is increased. Cannot be transferred.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来提案されているNANDセルを用いたE2
PROMは、非選択セルがドレイン電圧の伝達を妨げる結
果、選択書込みが確実に行われない、という問題があっ
た。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, E 2 using the conventionally proposed NAND cell
The PROM has a problem that selective writing is not reliably performed as a result of unselected cells preventing transmission of the drain voltage.

本発明は、この様な問題を解決した不揮発性半導体メ
モリ装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device which solves such a problem.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、半導体基板上に電荷蓄積層と制御ゲートが
積層された電気的書替え可能なメモリセルが複数個接続
されてセルユニットを構成し、このセルユニットがマト
リクス状に配列されてメモリアレイが構成される不揮発
性半導体メモリ装置において、前記電荷蓄積層はチャネ
ル領域をチャネル幅方向に関して部分的に覆うように配
設されていることを特徴とする。
According to the present invention, a plurality of electrically rewritable memory cells each having a charge storage layer and a control gate stacked on a semiconductor substrate are connected to form a cell unit. In a nonvolatile semiconductor memory device in which a memory array is formed by arranging the cell units in a matrix, the charge storage layer is provided so as to partially cover a channel region in a channel width direction. And

(作用) 本発明では、メモリセルの正方向のしきい値電圧は、
電荷蓄積層がかかっていないチャネル領域の不純物濃度
だけで決定される。このため、一括消去した後、選択書
込みを行なう際、ドレイン側の非選択セルの制御ゲート
電圧をドレイン電圧よりもそのしきい値電圧分だけ高く
するだけで、ドレイン電圧は転送される。しかもこの場
合、転送されるドレイン電圧は電荷蓄積層電位に左右さ
れないから、一括消去時に起きるしきい値電圧の不均
一、データ書替え時に起きる重複消去によりしきい値電
圧の上昇が生じても、選択書込みが可能になる。データ
読出し時では、選択されたセルの制御ゲート電圧がセル
の電荷蓄積層のかかっていないチャネル領域で決まるし
きい値電圧よりも低く設定されていれば、電荷蓄積層電
位だけで“1",“0"が判定できる。また、データ読出し
時の非選択セルでも選択書込み時同様、ドレイン電圧を
電荷蓄積層電位によらず転送することができる。
(Operation) In the present invention, the positive threshold voltage of the memory cell is:
It is determined only by the impurity concentration of the channel region where the charge storage layer is not applied. Therefore, when performing selective writing after batch erasure, the drain voltage is transferred only by raising the control gate voltage of the drain-side unselected cell by the threshold voltage higher than the drain voltage. In addition, in this case, the transferred drain voltage is not affected by the potential of the charge storage layer. Writing becomes possible. At the time of data reading, if the control gate voltage of the selected cell is set lower than the threshold voltage determined by the channel region where the charge storage layer of the cell is not applied, "1", “0” can be determined. In addition, the drain voltage can be transferred regardless of the potential of the charge storage layer even in the unselected cell at the time of data reading, as in the case of selective writing.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は一実施例のE2PROMのNANDセルを示す平面図で
あり、第2図(a),(b)はそのA−A′,B−B′断
面図である。第3図は同じくそのNANDセルの等価回路で
ある。
FIG. 1 is a plan view showing a NAND cell of an E 2 PROM according to one embodiment, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are sectional views taken along lines AA 'and BB'. FIG. 3 is an equivalent circuit of the NAND cell.

この実施例では、4個のメモリセルM1〜M4と2個の選
択MOSトランジスタS1,S2をそれらのソース,ドレイン拡
散層を共用する形で直列接続して、一つのNANDセルを構
成している。この様なNANDセルがマトリクス配列されて
メモリアレイが構成される。NANDセルのドレインは選択
MOSトランジスタS1を介してビット線に接続される。NAN
Dセルのソースは選択MOSトランジスタS2を介して接地線
に接続される。各メモリセルの制御ゲートCG1〜CG4はビ
ット線と交差するワード線WLに接続される。この実施例
では、4個のメモリセルで一つのNANDセルを構成してい
るが一般に2のn乗(n=1,2,…)個のメモリセルで一
つのNANDセルを構成することができる。
In this embodiment, four memory cells M 1 to M 4 and two select MOS transistors S 1 and S 2 are connected in series in such a manner that their source and drain diffusion layers are shared, and one NAND cell is formed. Make up. Such NAND cells are arranged in a matrix to form a memory array. Select NAND cell drain
Is connected to a bit line via a MOS transistor S 1. NAN
The source of the D cell is connected to the ground line via a selection MOS transistor S 2. The control gate CG 1 ~CG 4 of each memory cell is connected to a word line WL intersecting the bit lines. In this embodiment, one NAND cell is composed of four memory cells, but one NAND cell can be generally composed of 2 n (n = 1, 2,...) Memory cells. .

この実施例でのメモリセル構造は、第1図に斜線で示
され、また第2図(a)の断面図から明らかなように、
浮遊ゲート4(41〜44)がその一端が素子分離絶縁膜2
上にかかっていない状態、即ち浮遊ゲート4がチャネル
領域をそのチャネル幅方向に関して部分的に覆う状態と
なっている。この結果等価回路的には第3図に示される
ように、各メモリセルM1〜M4に対して並列に制御トラン
ジスタT1〜T4が接続された状態になる。
The memory cell structure in this embodiment is shown by hatching in FIG. 1 and, as is apparent from the sectional view of FIG.
The floating gate 4 (4 1 to 4 4) at one end thereof the element isolation insulating film 2
In this state, the floating gate 4 partially covers the channel region in the channel width direction. As a result, as shown in FIG. 3, the control transistors T 1 to T 4 are connected in parallel to the memory cells M 1 to M 4 in an equivalent circuit.

この実施例のNANDセルの製造工程例を次に、第4図及
び第5図を参照して説明する。第4図は第2図(a)の
断面に対応し、第5図は第2図(b)の断面に対応す
る。但し第5図では、第2図(b)のうち左側の部分、
即ちドレイン側選択MOSトランジスタS1とメモリセルM1
の部分のみを示している。まずp型Si基板1に素子分離
絶縁膜2を形成した後、300〜400Åの熱酸化膜からなる
第1ゲート絶縁膜31を形成する。この第1ゲート絶縁膜
31のうちメモリセルのチャネル領域となる部分をフッ酸
溶液または反応性インオンエッチングにより選択的に除
去し、その部分に熱酸化膜からなる50〜200Åの第2ゲ
ート絶縁膜32を形成する。次いで全面に浮遊ゲートを形
成するための500〜4000Åの第1層多結晶シリコン膜4
を堆積する。この第1層多結晶シリコン膜4上に熱酸化
膜からなる80〜200Åの第3ゲート絶縁膜33を形成した
後、CVDによりシリコン窒化膜5を80〜200Å堆積する
(第4図(a),第5図(a))。次に反応性イオンエ
ッチングにより窒化膜5,第3ゲート絶縁膜33,第1層多
結晶シリコン膜4を選択エッチングし、隣接するNANDセ
ル間の浮遊ゲートを分離するスリットを形成する。同時
にスリットは、一部素子領域にかかるようにパターン形
成し、チャネル領域上の一部が露出されるようにする
(第4図(b),第5図(b))。この段階では未だ第
1層多結晶シリコン膜4は、メモリセルM1〜M4間では分
離されていない。この後、熱酸化によりチャネル領域上
に300〜400Åの第4ゲート絶縁膜34を形成する(第4図
(c),第5図(c))。このとき同時に第1層多結晶
シリコン膜4上の窒化膜5の表面も酸化され、耐圧の高
い酸化膜−窒化膜−酸化膜の3層構造の層間絶縁膜が形
成される。窒化膜5上での酸化速度は遅いため、第1層
多結晶シリコン膜4上の絶縁膜厚が必要以上に厚くなる
ことはない。これは各ゲート間の容量比を最適値に設定
し、書込み特性を劣化させないために意味がある。次に
制御ゲートを形成するための第2層多結晶シリコン膜6
を1000〜4000Å堆積し、これを反応性イオンエッチング
によりパターニングしてセルの制御ゲート61〜64及び選
択ゲート65,66を形成する。このとき同時に下の第1層
多結晶シリコン膜4まで同じマスクでパターニングして
浮遊ゲート41〜44を分離形成する。その後これらのゲー
ト電極をマスクとしてイオン注入してソース,ドレイン
拡散層であるn型層7を形成し、全面をCVD絶縁膜8で
覆って、ドレイン領域にコンタクト孔を開ける。このコ
ンタクト孔を介して再度イオン注入してn+型層9を形成
する(第4図(d),第5図(d))。最後にAlの蒸
着,パターニングによりビット線等の配線を形成して完
成する。
Next, an example of the manufacturing process of the NAND cell of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 corresponds to the cross section of FIG. 2 (a), and FIG. 5 corresponds to the cross section of FIG. 2 (b). However, in FIG. 5, the left part of FIG.
That is, the drain-side selection MOS transistor S 1 and the memory cell M 1
Is shown only. First after forming an isolation insulating film 2 on p-type Si substrate 1, to form a first gate insulating film 3 1 made of a thermal oxide film of 300~400A. This first gate insulating film
3 a portion to be the channel region of the memory cell of 1 is selectively removed by hydrofluoric acid solution or reactive Inn on etching, forming a second gate insulating film 3 and second 50~200Å of a thermally oxidized film on the portion I do. Next, a first-layer polycrystalline silicon film 4 of 500 to 4000 Å for forming a floating gate on the entire surface
Is deposited. After forming the third gate insulating film 3 3 80~200A comprising the first layer polycrystalline silicon film 4 thermal oxide film on, 80~200A depositing a silicon nitride film 5 by CVD (FIG. 4 (a ), FIG. 5 (a)). Then the nitride film 5 by reactive ion etching, the third gate insulating film 3 3, by selectively etching the first layer polycrystalline silicon film 4 is formed a slit which separates the floating gate between adjacent NAND cells. At the same time, the slit is patterned so as to partially cover the element region so that a part of the channel region is exposed (FIGS. 4 (b) and 5 (b)). The first-layer polycrystalline silicon film 4 still at this stage, is between memory cells M 1 ~M 4 are not separated. Thereafter, by thermal oxidation to form a fourth gate insulating film 3 4 300~400Å on the channel region (FIG. 4 (c), FIG. 5 (c)). At this time, the surface of the nitride film 5 on the first-layer polycrystalline silicon film 4 is also oxidized at the same time, and an interlayer insulating film having a three-layer structure of an oxide film-nitride film-oxide film with high withstand voltage is formed. Since the oxidation rate on the nitride film 5 is low, the thickness of the insulating film on the first-layer polycrystalline silicon film 4 is not increased more than necessary. This is meaningful in that the capacitance ratio between the gates is set to an optimum value and the write characteristics are not deteriorated. Next, a second polycrystalline silicon film 6 for forming a control gate
It was 1000~4000Å deposition, which forms the control gate 61 through 4 and the selection gate 6 5, 6 6 cell is patterned by reactive ion etching. At this time by patterning the first layer polycrystalline silicon film same mask to 4 below separating form the floating gate 41 to 4 at the same time. Thereafter, ion implantation is performed using these gate electrodes as a mask to form an n-type layer 7 serving as a source / drain diffusion layer. The entire surface is covered with a CVD insulating film 8, and a contact hole is formed in the drain region. Ions are again implanted through the contact holes to form the n + -type layer 9 (FIGS. 4D and 5D). Finally, wiring such as a bit line is formed by vapor deposition and patterning of Al to complete the process.

このように構成されたE2PROMの動作を次に、第6図及
び第7図を用いて説明する。第6図は隣接する二つのビ
ット線BL1,BL2に沿った二つのNANDセル部分を示し、第
7図は各動作モードでの端子の電位関係を示している。
この実施例では、浮遊ゲートに電子を注入してしきい値
電圧を正方向に移動させる動作が「消去」であり、浮遊
ゲートの電子を放出させてしきい値電圧を負方向に移動
させる動作が「書込み」である。消去動作は、全NANDセ
ルを同時に行なう一括消去方式を用いる。
The operation of the E 2 PROM thus configured will now be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 shows two NAND cell portions along two adjacent bit lines BL 1 and BL 2, and FIG. 7 shows the potential relationship of the terminals in each operation mode.
In this embodiment, the operation of injecting electrons into the floating gate to move the threshold voltage in the positive direction is "erasing", and the operation of discharging electrons from the floating gate to move the threshold voltage in the negative direction. Is “write”. The erasing operation uses a batch erasing method in which all NAND cells are simultaneously performed.

一括消去動作は、第7図に示すように、選択ゲートSG
1,SG2、制御ゲートCG1〜CG4に昇圧電位Vpp(例えば、20
V)を印加し、ビット線BL1,BL2及びソース電位Vssは0V
とする。このとき、全てのメモリセルにおいて基板から
浮遊ゲートに電子が注入され、しきい値電圧は正方向に
移動する。
The batch erasing operation is performed, as shown in FIG.
1, SG 2, boosted potential Vpp to the control gate CG 1 ~CG 4 (e.g., 20
V), and the bit lines BL 1 and BL 2 and the source potential Vss are 0 V
And At this time, in all the memory cells, electrons are injected from the substrate to the floating gate, and the threshold voltage moves in the positive direction.

次にデータ書込みを、NANDセルのソース側から順番に
行なう。第7図では、第6図の破線で囲んだ選択セルA
に書込みを行なう場合の電圧条件を示している。即ち、
BL1をVpp=20V、BL2を(1/2)Vpp=10V、SG1とCG1,CG2
を20V、SG2とCG3,CG4を0Vとする。この条件でセルAの
ドレインには、選択トランジスタS1のしきい値電圧と各
メモリセルに等価的に並列接続された制御トランジスタ
T1,T2のしきい値電圧分だけ減少したVppが印加される。
例えば、S1,T1〜T4のしきい値電圧を1Vとすると、選択
トランジスタS1で約1V減少した電圧19Vは選択トランジ
スタT1,T2での電圧降下が少なく伝達されるから、選択
セルAのドレインには約19Vが印加されることになる。
このドレイン電圧は、先に一括消去動作で浮遊ゲートに
注入された電子量には左右されない。通常Vpp=20Vで一
括消去を行なうと、メモリセルM1,M2,…のしきい値電圧
は1V以上になり、並列接続された制御トランジスタT1,T
2,…のそれより高くなるため、Vppは制御トランジスタT
1,T2,…を転送されるからである。こうしてドレインに
約19Vが印加された選択セルAでは、浮遊ゲートから電
子が放出される。また書込みが始まる時は、セルAはカ
ットオフされており、浮遊ゲートから電子が放出される
とオン状態になる。しかし、書込み時に選択トランジス
タS2はカットオフされており、電流はソース側に流れな
い。この書込み時、非選択ビット線BL2には中間電位(1
/2)Vpp=10Vが印加されている。これは、非選択のビッ
ト線BL2に沿うメモリセルに既に書込みが行われている
場合に、それらのうち、制御ゲートCG3よりドレイン側
のメモリセルについて、即ち制御ゲートCG1,CG2により
制御されるメモリセルでの誤消去を防止するためであ
る。選択ゲートSG1,SG2、制御ゲートCG1〜CG4は横方向
に配置された複数のNANDセルに連続的に配設されてお
り、前述のようにセルAへの込み時CG1,CG2にはVppが印
加されるから、もし非選択ビット線BL2を0としておく
と、この非選択ビット線BL2に沿うメモリセルのうちC
G1,CG2で制御されるセルで誤消去が生じてしまう。BL2
を中間電位に設定することにより、これらのセルでのゲ
ート絶縁膜には弱電界しかかからず、誤消去が起こらな
い。選択ビット線BL1のNANDセル内の既に書込みが行わ
れたセルM4では、選択セルAの制御ゲートCG4を0Vとす
るため、ドレイン電圧が転送されず、誤消去は生じな
い。
Next, data writing is performed sequentially from the source side of the NAND cell. In FIG. 7, the selected cell A surrounded by the broken line in FIG.
Shows the voltage conditions when writing is performed. That is,
The BL 1 Vpp = 20V, the BL 2 (1/2) Vpp = 10V , SG 1 and CG 1, CG 2
The 20V, the SG 2 and CG 3, CG 4 and 0V. The drain of the cell A is in this condition, equivalently parallel connected control transistor threshold voltage and the memory cell selection transistors S 1
Vpp reduced by the threshold voltages of T 1 and T 2 is applied.
For example, assuming that the threshold voltage of S 1 , T 1 to T 4 is 1 V, the voltage 19 V reduced by about 1 V in the selection transistor S 1 is transmitted with a small voltage drop in the selection transistors T 1 , T 2 , About 19 V is applied to the drain of the selected cell A.
This drain voltage does not depend on the amount of electrons previously injected into the floating gate in the batch erase operation. Normally, when batch erase is performed at Vpp = 20 V, the threshold voltages of the memory cells M 1 , M 2 ,... Become 1 V or more, and the control transistors T 1 , T connected in parallel
2, to become higher than ... it's, Vpp control transistor T
1 , T 2 ,... Are transferred. In this way, in the selected cell A to which about 19 V is applied to the drain, electrons are emitted from the floating gate. When writing starts, the cell A is cut off, and is turned on when electrons are emitted from the floating gate. However, the selection transistor S 2 the time of writing are cut off, no current flows to the source side. During this writing, the intermediate potential to the unselected bit line BL 2 (1
/ 2) Vpp = 10V is applied. This is because when the already written to the memory cells along the the non-selected bit lines BL 2 is being performed, among them, the drain side of the memory cell from the control gate CG 3, i.e. the control gates CG 1, CG 2 This is to prevent erroneous erasure in the controlled memory cell. Select gates SG 1, SG 2, the control gate CG 1 ~CG 4 are continuously disposed in a plurality of NAND cells arranged in the lateral direction, write time CG 1, CG of the cell A as described above Since Vpp is applied to 2 , if the unselected bit line BL 2 is set to 0, C of the memory cells along this unselected bit line BL 2
Erroneous erasure occurs in cells controlled by G 1 and CG 2 . BL 2
Is set to an intermediate potential, only a weak electric field is applied to the gate insulating films in these cells, and erroneous erasure does not occur. In cell M 4 already has been written in the NAND cell of the selected bit line BL 1, to the control gate CG 4 of the selected cell A and 0V, the drain voltage is not transferred, there is no erroneous erasure.

このようにして選択されたビット線について、NANDセ
ルのソース側に位置するセルからドレイン側へ順にデー
タの書込みが行われる。この選択書込み時、ソース側の
選択トランジスタS2のゲートSG2をカッチオフにしてい
るのは、メモリセルがパンチスルーを起こして電流が多
量に流れ、昇圧電圧Vppが低下するのを防止するためで
ある。
Data is sequentially written from the cell located on the source side of the NAND cell to the drain side for the bit line selected in this manner. At the time of this selective writing, the gate SG 2 of the source-side selection transistor S 2 is cut off in order to prevent a large amount of current from flowing through the memory cell due to punch-through and a drop in the boosted voltage Vpp. is there.

データの選択読出し動作は、セルAについて第7図に
示したように、選択セルA以外の制御ゲートCG1,CG2,CG
4と非選択ビット線BL1及び選択トランジスタのゲートSG
1,SG2を5Vとし、選択された制御ゲートCG3及び選択ビッ
ト線BL1を0Vとする。これにより、選択セルAのしきい
値電圧に応じて、電流がオン,オフし、“1",“0"の検
出が行われる。メモリセルに並列接続された制御トラン
ジスタT1〜T4はそのしきい値電圧が1Vに設定されてい
る。従ってこの選択読出し時、制御ゲートCG3を0Vとす
ることによって、この選択セルAに並列接続された制御
トランジスタT3はカットオフし、電流が流れるか否かは
メモリセルの浮遊ゲート電位だけで決定される。このた
め、制御トランジスタT1〜T4の存在に関わらず、データ
読出しが可能になる。そしてこの場合も、選択書込み時
と同様、選択されたセルのドレイン電圧は非選択セルの
浮遊ゲート電位に左右されないため、確実なデータ読出
しができる。
As shown in FIG. 7 for the cell A, the selective read operation of the data is performed by the control gates CG 1 , CG 2 , CG other than the selected cell A.
4 and unselected bit line BL 1 and selection transistor gate SG
1, the SG 2 and 5V, to the selected control gate CG 3 and select the bit lines BL 1 and 0V. Thus, the current is turned on and off according to the threshold voltage of the selected cell A, and "1" and "0" are detected. The control transistors T 1 to T 4 connected in parallel to the memory cells have their threshold voltages set to 1V. Thus when the selection read by the control gate CG 3 and 0V, the control transistor T 3 which is connected in parallel to the selected cell A is cut off, whether or not a current flows only the floating gate potential of memory cells It is determined. Therefore, despite the presence of the control transistor T 1 through T 4, allowing data read. Also in this case, as in the case of the selective writing, the drain voltage of the selected cell is not affected by the floating gate potential of the non-selected cell, so that reliable data reading can be performed.

以上のようにこの実施例によれば、NANDセルの浮遊ゲ
ートの一端部が素子分離領域にかからないようにして、
等価的にメモリセルに制御トランジスタが並列接続され
た状態を作っている。そしてこの制御トランジスタを、
そのしきい値電圧が消去状態の浮遊ゲート下のそれより
低い正の値をもつようにすることにより、ドレイン電圧
がNANDセルを構成する複数のメモリセルを電圧降下を生
じることなく確実に転送され、選択書込み及び読出しの
信頼性が向上する。
As described above, according to this embodiment, one end of the floating gate of the NAND cell does not touch the element isolation region,
Equivalently, a state is created in which the control transistor is connected in parallel to the memory cell. And this control transistor,
By ensuring that the threshold voltage has a lower positive value than that below the erased floating gate, the drain voltage is reliably transferred through the memory cells constituting the NAND cell without causing a voltage drop. The reliability of selective writing and reading is improved.

第8図及び第9図は、本発明の他の実施例のNANDセル
を示す平面図である。先の実施例では、浮遊ゲート4下
のチャネル領域全体に薄い第2ゲート絶縁膜を形成して
ここを書替え領域即ちトンネル領域としているたが、こ
れらの実施例では、チャネル領域21,31の中でかつ浮遊
ゲート4下のドレイン側端部に部分的にトンネル領域2
2,32を形成している。この場合、トンネル領域下はソー
ス,ドレイン拡散層と接続をとるために、破線で示す開
口23,33をもつマスクを用いて、浮遊ゲート用の第1層
多結晶シリコン膜形成前にヒ素或いはリンなどのイオン
注入をしておく。第8図は、薄いトンネル酸化膜形成用
のマスクとイオン注入用のマスクを共用した場合であ
り、第9図はこれらのマスクを別々に形成した場合を示
している。第8図の場合は、マスク開口23が、浮遊ゲー
ト4及び制御ゲート6が形成された時にチャネル長方向
の各ゲート端部よりはみ出していることが必要である。
これらの実施例によっても先の実施例と同様の効果が得
られる。
8 and 9 are plan views showing a NAND cell according to another embodiment of the present invention. In the above embodiments, a thin second gate insulating film is formed over the entire channel region below the floating gate 4 and is used as a rewrite region, that is, a tunnel region. And a tunnel region 2 partially at the drain side end under the floating gate 4.
2,32. In this case, a mask having openings 23 and 33 indicated by broken lines is used to form a connection between the source and drain diffusion layers under the tunnel region before forming the first-layer polysilicon film for the floating gate. Ion implantation is performed. FIG. 8 shows a case where a mask for forming a thin tunnel oxide film and a mask for ion implantation are shared, and FIG. 9 shows a case where these masks are separately formed. In the case of FIG. 8, it is necessary that the mask opening 23 protrudes from each gate end in the channel length direction when the floating gate 4 and the control gate 6 are formed.
According to these embodiments, effects similar to those of the previous embodiments can be obtained.

第10図は更に他の実施例のNANDセルの平面図である。
先の実施例では浮遊ゲートの一端部が素子分離領域にか
からないようにしたが、この実施例では、浮遊ゲート4
はその両端ともに素子分離領域上にかからないようにし
ている。この実施例によっても、先の実施例と同様の効
果が得られる。
FIG. 10 is a plan view of a NAND cell according to still another embodiment.
In the above embodiment, one end of the floating gate is prevented from overlapping the element isolation region.
Are arranged so that both ends do not cover the element isolation region. According to this embodiment, the same effect as that of the previous embodiment can be obtained.

本発明は、上記実施例に限られない。例えば上記実施
例では、一括して浮遊ゲートに電子を注入することによ
り消去を行なったが、一括して浮遊ゲートから電子を放
出させるのを消去動作とし、選択的に電子を浮遊ゲート
に注入してデータ書込みを行なう、という方式を採用し
た場合にも本発明は有効である。この方式では、選択書
込み時、非選択セルのしきい値電圧は負方向に移動した
状態であるため、ドレイン電圧の転送にはもともと問題
はないが、データ読出し時に上記実施例と同様の効果が
得られる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, erasing was performed by collectively injecting electrons into the floating gate, but erasing is performed by collectively discharging electrons from the floating gate, and electrons are selectively injected into the floating gate. The present invention is also effective when adopting a method of performing data writing by using a method. In this method, the threshold voltage of the non-selected cell is shifted in the negative direction at the time of selective writing, so that there is no problem in the transfer of the drain voltage from the beginning, but the same effect as in the above embodiment can be obtained at the time of data reading. can get.

その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、NANDセルを用いた
E2PROMにおいて、浮遊ゲートがチャネル領域を部分的に
覆うようにすることによって、選択書込み時または読み
出し時に必要なドレイン電圧を確実に選択セルまで転送
することが可能になり、書込み及び読出しの信頼性向上
を図ることができる。
[Effect of the Invention] As described above, according to the present invention, a NAND cell is used.
In the E 2 PROM, by allowing the floating gate to partially cover the channel region, it is possible to reliably transfer the drain voltage required at the time of selective writing or reading to the selected cell, and to improve the reliability of writing and reading. Performance can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例のE2PROMのNANDセルを示す
平面図、第2図(a)(b)は第1図のそれぞれA−
A′,B−B′断面図、第3図はそのNANDセルの等価回路
図、第4図(a)〜(d)はその製造工程を示す第2図
(a)に対応する断面図、第5図(a)〜(d)は同じ
くその製造工程を示す第2図(a)に対応する断面図、
第6図はそのE2PROMの動作を説明するための隣接する2
つのNANDセル部を示す等価回路図、第7図は動作条件を
示す図、第8図〜第10図は本発明の他の実施例のNANDセ
ルを示す平面図である。 1……シリコン基板、2……素子分離絶縁膜、31……ゲ
ート絶縁膜、4……第1層多結晶シリコン膜(浮遊ゲー
ト)、5……シリコン窒化膜、6……第2層多結晶シリ
コン膜(制御ゲート)、7……n型層(ソース,ドレイ
ン拡散層)、8……CVD酸化膜、9……n+型層、10……
ビット線、M1〜M4……メモリセル、T1〜T4……制御トラ
ンジスタ、S1,S2……選択トランジスタ。
FIG. 1 is a plan view showing a NAND cell of an E 2 PROM according to one embodiment of the present invention, and FIGS.
A ', BB' sectional view, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the NAND cell, FIGS. 4 (a) to 4 (d) are sectional views corresponding to FIG. 5 (a) to 5 (d) are cross-sectional views corresponding to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the operation of the adjacent 2 for explaining the operation of the E 2 PROM.
FIG. 7 is a diagram showing operating conditions, and FIGS. 8 to 10 are plan views showing NAND cells according to another embodiment of the present invention. 1 ...... silicon substrate, 2 ...... isolation insulating film, 3 1 ...... gate insulating film, 4 ...... first layer polycrystalline silicon film (floating gate), 5 ...... silicon nitride film, 6 ...... second layer Polycrystalline silicon film (control gate), 7 ... n-type layer (source / drain diffusion layer), 8 ... CVD oxide film, 9 ... n + type layer, 10 ...
Bit lines, M 1 ~M 4 ...... memory cells, T 1 ~T 4 ...... control transistors, S 1, S 2 ...... selection transistor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白田 理一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 遠藤 哲郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 舛岡 富士雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Riichiro Shirata 1 Toshiba-cho, Komukai, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Tetsuro Endo 1 Toshiba-cho, Komukai-Toshiba-cho, Saitama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Address: Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor: Fujio Masuoka 1 Toshiba, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に電荷蓄積層と制御ゲートが
積層された電気的書替え可能なメモリセルが複数個接続
されてセルユニットを構成し、このセルユニットがマト
リクス状に配列されてメモリアレイが構成される不揮発
性半導体メモリ装置において、前記電荷蓄積層はチャネ
ル領域をチャネル幅方向に関して部分的に覆うように配
設されていることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装
置。
A plurality of electrically rewritable memory cells each having a charge storage layer and a control gate laminated on a semiconductor substrate to form a cell unit; and the cell units are arranged in a matrix to form a memory array. Wherein the charge storage layer is provided so as to partially cover the channel region in the channel width direction.
【請求項2】電荷蓄積層で覆われていないチャネル領域
のゲート絶縁膜は電荷蓄積層下のゲート絶縁膜に比べて
厚いことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体メ
モリ装置。
2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a gate insulating film in a channel region not covered with the charge storage layer is thicker than a gate insulating film below the charge storage layer.
【請求項3】前記電荷蓄積層が前記メモリセルのチャネ
ル領域をチャネル幅方向に関して部分的に覆うように配
設され、前記制御ゲートが前記電荷蓄積層で覆われるチ
ャネル領域の両側を挟むように配設されることを特徴と
する請求項1記載の不揮発性半導体メモリ装置。
3. The charge storage layer is provided so as to partially cover a channel region of the memory cell in a channel width direction, and the control gate sandwiches both sides of the channel region covered by the charge storage layer. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is provided.
【請求項4】前記セルユニットは、メモリセルが複数個
直列に接続されたものである請求項1記載の不揮発性半
導体メモリ装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said cell unit comprises a plurality of memory cells connected in series.
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