JP3155816B2 - Nonvolatile storage element, nonvolatile storage device using the same, and method of driving nonvolatile storage device - Google Patents

Nonvolatile storage element, nonvolatile storage device using the same, and method of driving nonvolatile storage device

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JP3155816B2
JP3155816B2 JP12776392A JP12776392A JP3155816B2 JP 3155816 B2 JP3155816 B2 JP 3155816B2 JP 12776392 A JP12776392 A JP 12776392A JP 12776392 A JP12776392 A JP 12776392A JP 3155816 B2 JP3155816 B2 JP 3155816B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、不揮発性記憶素子およ
びこれを利用した不揮発性記憶装置、ならびに不揮発性
記憶装置の駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile memory element, a nonvolatile memory device using the same, and a method of driving the nonvolatile memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、強誘電体を用いた不揮発性記
憶装置(以下、不揮発性メモリという)として、図7に
示されるような、1つの強誘電体キャパシタ1と、1つ
のスイッチング用MOS型電界効果トランジスタ(以
下、MOSFET(metal oxide semiconductor feild e
ffect transistor) という)2とを1つの不揮発性記憶
素子(以下、メモリセルとういう)とし、このメモリセ
ルをアレイ状に配置したものが提案されている( 「VLSI
SYSTEM DESIGN」1988 MAY PP117〜123 S.BAKEおよび特
開昭63−201998号公報参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a nonvolatile memory device using a ferroelectric (hereinafter referred to as a nonvolatile memory), one ferroelectric capacitor 1 and one switching MOS as shown in FIG. Field-effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET (metal oxide semiconductor field e
2) as one non-volatile memory element (hereinafter, referred to as a memory cell), and the memory cells are arranged in an array.
SYSTEM DESIGN "1988 MAY PP117-123 S. BAKE and JP-A-63-201998).

【0003】上記不揮発性メモリでは、非破壊読み出し
ではなく破壊読み出しであるため、強誘電体の分極反転
が多く、強誘電体薄膜の疲労が大きくなり、書き換え可
能回数が減少する。また、センス用にDRAMと同等の
電荷量(約30fF)が必要であり、ある程度大きな残
留分極が必要である。そのため、強誘電体材料の選択巾
が小さくなる上、微細化の適性にも限界があり、メモリ
の製造が困難であった。
In the above-mentioned nonvolatile memory, since destructive reading is performed instead of non-destructive reading, the polarization inversion of the ferroelectric material is large, the fatigue of the ferroelectric thin film is increased, and the number of rewritable times is reduced. In addition, a charge amount (about 30 fF) equivalent to that of a DRAM is required for sensing, and a relatively large residual polarization is required. For this reason, the selection range of the ferroelectric material is reduced, and the suitability for miniaturization is limited, so that it is difficult to manufacture a memory.

【0004】これに対処するために、メモリセルに強誘
電体ゲート膜を有する電界効果トランジスタ(以下、M
FS(metal ferroelectric semiconductor) FETとい
う)を用いると、非破壊読み出しが可能となり、図7の
不揮発性メモリよりも書き換え可能回数が向上する。ま
た、センス用に必要になるのは残留分極による電荷量で
はなく電荷密度であるため、MFSFETの微細化が可
能である。さらに、センス用に必要とする残留分極は、
1μC/cm2 以下と比較的小くて済み、材料の選択巾
も大きくなってメモリの製造が簡単となる。
To cope with this, a field effect transistor (hereinafter referred to as M) having a ferroelectric gate film in a memory cell is used.
When an FS (metal ferroelectric semiconductor) FET is used, nondestructive reading becomes possible, and the number of rewritable times is improved as compared with the nonvolatile memory of FIG. In addition, since what is required for sensing is not the amount of charge due to remanent polarization but the charge density, the MFSFET can be miniaturized. Furthermore, the remanent polarization required for sensing is
The memory can be relatively small, 1 μC / cm 2 or less, and the material can be selected in a wide range, so that the memory can be easily manufactured.

【0005】図8にMFSFETの断面図を示す。図に
おいて、AはP型シリコン基板、SDはN型のソース−
ドレイン拡散層、3はゲート電極となる導電性薄膜、4
は強誘電体ゲート膜、5は層間絶縁膜、6はソース−ド
レイン電極であって、導電性薄膜3と強誘電体ゲート膜
4とでMFS構造をとっている。強誘電体材料として
は、主にPZT、PLZT、PbTiO3 、BaTiO
3 等のABO3 型(A,B:金属元素)であるペロブス
カイト構造のものが用いられているが、強誘電性を示す
材料であればその限りではない。他の材料としては、例
えば、BaMgF 4 、NaCaF3 、K2 ZnCl4
のハロゲン化合物、Zn1-X Cdx Te、GeTe、S
2 2 6 等のカルコゲン化合物等が考えられる。た
だし、導電性薄膜3と強誘電体ゲート膜4、または強誘
電体ゲート膜4とソース−ドレイン拡散層SDとの間
に、バッファ層をはめこむことも可能である。
FIG. 8 is a sectional view of an MFSFET. In the figure
Where A is a P-type silicon substrate and SD is an N-type source.
A drain diffusion layer, 3 is a conductive thin film serving as a gate electrode, 4
Is a ferroelectric gate film, 5 is an interlayer insulating film, 6 is a source
A rain electrode, comprising a conductive thin film 3 and a ferroelectric gate film;
4 have an MFS structure. As ferroelectric material
Is mainly PZT, PLZT, PbTiOThree, BaTiO
ThreeABO such asThreePerovs of type (A, B: metal elements)
Kite structure is used, but shows ferroelectricity
If it is a material, that is not the case. Examples of other materials include
For example, BaMgF Four, NaCaFThree, KTwoZnClFouretc
A halogen compound, Zn1-XCdxTe, GeTe, S
nTwoPTwoS6And the like. Was
However, the conductive thin film 3 and the ferroelectric gate film 4 or
Between the electrical gate film 4 and the source-drain diffusion layer SD
In addition, it is possible to insert a buffer layer.

【0006】上記MFSFETの強誘電体は、図9のよ
うなP−Eヒステリシス特性を持っている。図におい
て、強誘電体に電界Esat 以上を与えるような電圧をV
max (>0)とする。ゲートに+Vmax の電圧を印加す
ると、Aの状態まで分極しチャネルが形成される。この
後、ゲートの電圧を0にしても、Bの状態となり分極が
残留し、チャネルが形成されたままとなる。逆に、ゲー
トに−Vmax の電圧(または基板に+Vmax の電圧)を
印加すると、Cの状態まで分極し、電圧を0とするとD
の状態となる。この過程においてはチャネルが形成され
ない。
The ferroelectric material of the MFSFET has a PE hysteresis characteristic as shown in FIG. In the figure, a voltage that gives an electric field E sat or more to the ferroelectric is referred to as V
max (> 0). When a voltage of + V max is applied to the gate, it is polarized to the state of A and a channel is formed. Thereafter, even if the gate voltage is set to 0, the state becomes B, polarization remains, and the channel remains formed. Conversely, when a voltage of -V max (or a voltage of + V max is applied to the substrate) is applied to the gate, polarization is performed to the state of C, and when the voltage is set to 0, D is applied.
State. No channel is formed in this process.

【0007】図10にMFSFETを用いた不揮発性メ
モリの一例を示す。図10はMFSFETを用いた不揮
発性メモリの等価回路図である。この不揮発性メモリ
は、図10の如く、MFSFET10A,10B,10
C,10Dのソース、ドレインに、スイッチング用MO
SFET11A,11B,11C,11Dおよび12
A,12B,12C,12Dをそれぞれ直列に接続して
なるメモリセル13A,13B,13C,13Dが、所
定の容量(図においては4ビット)をもってマトリクス
状に配列されている。なお、以後の説明において、MF
SFET10A,10B,10C,10を総称するとき
は「MFSFET10」、MOSFET11A,11
B,11C,11Dを総称するときは「MOSFET1
1」、MOSFET12A,12B,12C,12Dを
総称するときは「MOSFET12」という。
FIG. 10 shows an example of a nonvolatile memory using an MFSFET. FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory using an MFSFET. This nonvolatile memory includes MFSFETs 10A, 10B and 10 as shown in FIG.
MO for switching on the source and drain of C and 10D
SFETs 11A, 11B, 11C, 11D and 12
A, 12B, 12C, and 12D are connected in series, and memory cells 13A, 13B, 13C, and 13D are arranged in a matrix with a predetermined capacity (four bits in the figure). In the following description, MF
When the SFETs 10A, 10B, 10C, and 10 are collectively referred to as “MFSFET10”, MOSFETs 11A and 11
B, 11C and 11D are collectively referred to as "MOSFET1".
1 "and MOSFETs 12A, 12B, 12C and 12D are collectively referred to as" MOSFET 12 ".

【0008】各MFSFET10およびMOSFET1
1,12のゲートには、ゲートラインGL1−1,GL
2−1,GL3−1およびGL1−2,GL2−2,G
L3−2がそれぞれ接続されている。また、各MOSF
ET11のドレインには、ビットラインBL1,BL2
がそれぞれ接続されている。さらに、各MOSFET1
2のソースは、グランドにそれぞれ接地されている。
Each MFSFET 10 and MOSFET 1
Gate lines GL1-1 and GL1
2-1, GL3-1 and GL1-2, GL2-2, G
L3-2 are connected respectively. Also, each MOSF
Bit lines BL1 and BL2 are connected to the drain of ET11.
Are connected respectively. Furthermore, each MOSFET 1
The two sources are each grounded to the ground.

【0009】上記不揮発性メモリにおいて、メモリセル
13Aに情報(データ)の書き込みを行う場合には、ゲ
ートラインGL1−1,GL2−1に対して高電圧H
を、ゲートラインGL3−1に対して低電圧Lをそれぞ
れ印加するとともに、ビットラインBL1に対して低電
圧Lをを印加する。なお、ゲートラインGL1−2,G
L2−2,GL3−2に対しては低電圧Lが、ビットラ
インBL2に対しては高電圧Hがそれぞれ印加されてい
る。そうすると、メモリセル13A内のMFSFET1
0Aの強誘電体ゲート膜が所定の電気分極状態になり、
データの書き込みが可能となる。
In the nonvolatile memory, when writing information (data) to the memory cell 13A, a high voltage H is applied to the gate lines GL1-1 and GL2-1.
And a low voltage L is applied to the gate line GL3-1 and a low voltage L is applied to the bit line BL1. The gate lines GL1-2, G
A low voltage L is applied to L2-2 and GL3-2, and a high voltage H is applied to the bit line BL2. Then, the MFSFET1 in the memory cell 13A
0A ferroelectric gate film is in a predetermined electric polarization state,
Data can be written.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体産業の発
展に伴い、不揮発性メモリの集積化が要求されている。
この要求に応えるためには、メモリセルアレイ回路の集
積度を向上させることが考えられる。しかしながら、図
10に示したメモリセルアレイ回路は3トランジスタ/
1セル構造であるため、不揮発性メモリの集積化にあま
り貢献できなかった。
In recent years, with the development of the semiconductor industry, integration of nonvolatile memories has been required.
In order to meet this demand, it is conceivable to improve the degree of integration of the memory cell array circuit. However, the memory cell array circuit shown in FIG.
Because of the one-cell structure, it could not contribute much to the integration of the nonvolatile memory.

【0011】そこで、図11に示すような、1トランジ
スタ/1セル構造を有する不揮発性メモリが提案されて
いる。図11は1トランジスタ/1セル構造を有する不
揮発性メモリの等価回路図である。この不揮発性メモリ
は、図11の如く、MFSFET20A,20B,20
C,20D,20E,20Fからなるメモリセル21
A,21B,21C,21D,21E,21Fが、所定
の容量(図においては6ビット)をもってマトリクス状
に配列されている。なお、以後の説明において、MFS
FET20A,20B,20C,20D,20E,20
Fを総称するときは「MFSFET20」という。
Therefore, a nonvolatile memory having a one-transistor / one-cell structure as shown in FIG. 11 has been proposed. FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory having a one-transistor / one-cell structure. This nonvolatile memory includes MFSFETs 20A, 20B and 20 as shown in FIG.
Memory cell 21 composed of C, 20D, 20E, 20F
A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F are arranged in a matrix with a predetermined capacity (6 bits in the figure). In the following description, MFS
FETs 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20
F is generally referred to as "MFSFET 20".

【0012】各MFSFET20のソースには、ワード
ラインWL1,WL2がそれぞれ接続されている。そし
て、ワードライン毎に隣接するMFSFET20のソー
スとドレインとが接続されており、ソース−ドレイン接
続中間点、両端のMFSFET20A,20C,20
D,20Fのソース、ドレインに、ビットラインBL
1,BL2,BL3,BL4がそれぞれ接続されてい
る。
The source of each MFSFET 20 is connected to a word line WL1, WL2, respectively. The source and drain of the adjacent MFSFET 20 are connected for each word line, and the source-drain connection midpoint and the MFSFETs 20A, 20C, 20B at both ends are connected.
D, 20F source and drain, bit line BL
1, BL2, BL3 and BL4 are connected respectively.

【0013】上記不揮発性メモリにおいて、メモリセル
21Dにデータの書き込みを行う場合には、ワードライ
ンWL2に高電圧Hを印加するとともに、ビットライン
BL1,BL2に対して書込電圧Lを印加する。なお、
ワードラインWL1に対しては低電圧Lが、ビットライ
ンBL3に対しては書込禁止電圧Hがそれぞれ印加され
ており、ビットラインBL4はオープン状態とされてい
る。
In the nonvolatile memory, when writing data to the memory cell 21D, a high voltage H is applied to the word line WL2 and a write voltage L is applied to the bit lines BL1 and BL2. In addition,
The low voltage L is applied to the word line WL1, the write inhibit voltage H is applied to the bit line BL3, and the bit line BL4 is open.

【0014】そうすると、メモリセル21D内のMFS
FET20Dのゲート−ドレイン間に電位差が生じ、M
FSFET20Dの強誘電体ゲート膜が分極するので、
データの書き込みが可能となる。一方、書き込みを行わ
ないメモリセル21Eにあっては、MFSFET20E
のゲート−ドレイン間に電位差が生じず、MFSFET
20Eの強誘電体ゲート膜が分極しないので、データの
書き込みは行われない。
Then, the MFS in the memory cell 21D
A potential difference occurs between the gate and the drain of the FET 20D, and M
Since the ferroelectric gate film of the FSFET 20D is polarized,
Data can be written. On the other hand, in the memory cell 21E where writing is not performed, the MFSFET 20E
No potential difference occurs between the gate and drain of the MFSFET
Since the ferroelectric gate film of 20E is not polarized, no data is written.

【0015】しかしながら、図11に示した不揮発性メ
モリにあっては、上記のように、メモリセル21Dにデ
ータの書き込みを行う際、メモリセル21Dとビットラ
インBL1を共有しているメモリセル21B内のMFS
FET20Bのゲートに低電圧Lが、ドレインに書込禁
止電圧Hがそれぞれ印加されるため、MFSFET20
Bのゲート−ドレイン間にも電位差が生じてしまい、こ
の電位差により、MFSFET20Bの強誘電体ゲート
膜の分極状態に変化が生じる場合がある。そのため、メ
モリセル21Bに記憶されているデータが破壊される恐
れがあった。
However, in the nonvolatile memory shown in FIG. 11, when writing data to the memory cell 21D, as described above, the memory cell 21B sharing the bit line BL1 with the memory cell 21D is used. MFS
Since the low voltage L is applied to the gate of the FET 20B and the write inhibit voltage H is applied to the drain of the MFSFET 20B,
A potential difference also occurs between the gate and the drain of B, and this potential difference may cause a change in the polarization state of the ferroelectric gate film of the MFSFET 20B. Therefore, data stored in the memory cell 21B may be destroyed.

【0016】本発明は、上記に鑑み、高集積化を図りつ
つ、情報の書き込み時において、非選択の不揮発性記憶
素子に記憶されている情報を破壊しないで済む不揮発性
記憶素子およびこれを利用した不揮発性記憶装置、なら
びに不揮発性記憶装置の駆動方法の提供を目的とする
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention provides a nonvolatile storage element which does not need to destroy information stored in a non-selected nonvolatile storage element at the time of writing information while achieving high integration. It is an object of the present invention to provide a nonvolatile storage device and a method for driving the nonvolatile storage device .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するための本発明の不揮発性記憶素子は、チャネル領
域を挟んでソース領域およびドレイン領域が形成された
半導体基板と、上記チャネル領域上に形成された強誘電
体ゲート膜と、上記強誘電体ゲート膜上に形成されたゲ
ート電極と、上記ゲート電極上に形成されたゲート配線
と、上記ゲート電極のドレイン領域側に、ゲート電極、
強誘電体ゲート膜および半導体基板に対して絶縁状態で
形成された導電性物質からなる書込用サイドウォール
と、上記ゲート電極のソース領域側に、ゲート電極、強
誘電体ゲート膜および半導体基板に対して絶縁状態で形
成された導電性物質からなる読出用サイドウォールとを
備え、上記書込用サイドウォールは、ゲート配線に接続
されているものである。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile memory device comprising: a semiconductor substrate having a source region and a drain region sandwiching a channel region; A formed ferroelectric gate film, a gate electrode formed on the ferroelectric gate film, a gate wiring formed on the gate electrode, and a gate electrode on a drain region side of the gate electrode,
A writing sidewall made of a conductive material formed in an insulating state with respect to the ferroelectric gate film and the semiconductor substrate; and a gate electrode, a ferroelectric gate film and a semiconductor substrate on the source region side of the gate electrode. On the other hand, there is provided a read sidewall made of a conductive material formed in an insulating state, and the write sidewall is connected to a gate wiring.

【0018】そして、上記不揮発性記憶素子を利用した
不揮発性記憶装置は、上記不揮発性記憶素子がマトリク
ス状に配列され、上記各不揮発性記憶素子のゲートに、
ワードラインがそれぞれ接続され、上記ワードライン毎
に隣接する不揮発性記憶素子のソースとドレインとが接
続され、上記各ソース−ドレイン接続中間点、両端の不
揮発性記憶素子のソース、ドレインおよび各読出用サイ
ドウォールに、ビットラインがそれぞれ接続されている
ものである。
In the nonvolatile memory device using the nonvolatile memory element, the nonvolatile memory elements are arranged in a matrix, and the gate of each nonvolatile memory element is
The word lines are connected to each other, the sources and drains of the adjacent nonvolatile memory elements are connected to each word line, the source-drain connection intermediate points, the sources and drains of the nonvolatile memory elements at both ends, and The bit lines are connected to the sidewalls.

【0019】この不揮発性記憶装置は、1タランジスタ
/1セル構造を有しているので、高集積化に貢献する。
上記不揮発性記憶装置の駆動方法は、情報の書き込み時
に、書き込みを行う不揮発性記憶素子に接続されている
ワードラインに対して第1高電圧を印加し、書き込みを
行う不揮発性記憶素子を選択するため、当該不揮発性記
憶素子のドレインに接続されているビットラインに対し
て書込電圧を印加し、非選択の不揮発性記憶素子のドレ
インに接続されているビットラインに対して書込禁止電
圧を印加し、他のワードラインおよびビットラインに対
して上記第1高電圧よりも低い第1低電圧をそれぞれ印
加し、情報の読み出し時に、読み出しを行う不揮発性記
憶素子に接続されているワードラインに対して、当該不
揮発性素子にデータが書き込まれているときにそのソー
ス−ドレイン間にチャネルを形成するための高電圧を印
加し、読み出しを行う不揮発性記憶素子を選択するた
め、当該不揮発性記憶素子の読出用サイドウォールに接
続されているビットラインに対して読出電圧を印加し、
ソースに接続されているビットラインをグランドに接地
し、ドレインに接続されているビットラインに対して、
ソース−ドレイン間の導通をセンシングするための高電
圧を印加し、情報の消去時に、半導体基板に対して第2
高電圧を印加し、消去を行う不揮発性記憶素子に接続さ
れているワードラインに対して上記第2高電圧よりも低
い第2低電圧を印加するものである。
Since this nonvolatile memory device has a one-transistor / one-cell structure, it contributes to high integration.
In the method for driving a nonvolatile memory device, at the time of writing information, a first high voltage is applied to a word line connected to the nonvolatile memory element to be written, and the nonvolatile memory element to be written is selected. Therefore, a write voltage is applied to the bit line connected to the drain of the nonvolatile storage element, and a write inhibit voltage is applied to the bit line connected to the drain of the non-selected nonvolatile storage element. And applying a first low voltage lower than the first high voltage to the other word lines and bit lines, and when reading information, to a word line connected to a nonvolatile memory element for reading. in contrast, the non
When data is written to the volatile element, the source
A high voltage for forming a channel between the drain and the drain is applied to select a nonvolatile memory element from which data is read, so that a bit line connected to a read sidewall of the nonvolatile memory element is read. Apply voltage,
The bit line connected to the source is grounded to ground, and the bit line connected to the drain is
A high voltage for sensing conduction between a source and a drain is applied, and when erasing information, a second voltage is applied to the semiconductor substrate .
A low voltage is applied to a word line connected to a nonvolatile memory element for erasing by applying a high voltage.
The second low voltage is applied.

【0020】上記駆動方法において、情報の書き込み時
に選択された不揮発性記憶素子のゲート−ドレイン間に
電位差が生じ、強誘電体ゲート膜に分極が生じ、データ
が書き込まれる。このとき、読出用サイドウォールは、
ゲート電極、強誘電体ゲート膜および半導体基板に対し
て絶縁状態で形成されているため、当該サイドウォール
のトランジスタ部はONせず、読出用サイドウォールの
下方は常にオフセット領域となっており、ソース側のオ
フセット領域を除くチャネル領域に電子が整列する。
In the above driving method, a potential difference occurs between the gate and the drain of the nonvolatile memory element selected at the time of writing information, polarization occurs in the ferroelectric gate film, and data is written. At this time, the reading sidewall is
Since the gate electrode, the ferroelectric gate film, and the semiconductor substrate are formed in an insulated state, the transistor portion of the sidewall is not turned on, and the area below the reading sidewall is always an offset region, The electrons are aligned in the channel region excluding the side offset region.

【0021】一方、書き込み時において、ゲートに低電
圧が印加されている非選択の不揮発性記憶素子のドレイ
ンには、書込禁止電圧が印加されるが、書込用サイドウ
ォールは、ゲート電極、強誘電体ゲート膜および半導体
基板に対して絶縁状態で形成されているとともに、ゲー
ト配線に接続されているため、当該サイドウォールのト
ランジスタ部はONせず、書込用サイドウォールの下方
は常にオフセット領域となっており、ドレインの書込禁
止電圧は、ドレイン側のオフセット領域により遮断され
るので、当該非選択の不揮発性記憶素子の強誘電体ゲー
ト膜の分極が変化しないで済み、情報が破壊されること
はない。
On the other hand, at the time of writing, a write inhibit voltage is applied to the drain of an unselected nonvolatile memory element to which a low voltage is applied to the gate. Since it is formed insulated from the ferroelectric gate film and the semiconductor substrate and is connected to the gate wiring, the transistor portion of the side wall is not turned on, and the area below the write side wall is always offset. Since the write inhibit voltage of the drain is cut off by the offset region on the drain side, the polarization of the ferroelectric gate film of the non-selected nonvolatile memory element does not need to be changed, and information is destroyed. It will not be done.

【0022】そして、情報の読み出し時には、読出用サ
イドウォールのトランジスタ部がONする。このとき、
不揮発性記憶素子に情報が書き込まれていれば、ソース
領域とドレイン領域との間に電子が整列してチャネルが
形成され、情報が読み出される。また、情報の消去
は、書き込み時の逆バイアスがかかり、1つのワードラ
インに接続されている全ての不揮発性記憶素子の強誘電
体ゲート膜が分極反転するので、情報がライン一括消去
される。
At the time of reading information, the transistor portion of the reading sidewall is turned on. At this time,
If information is written in the nonvolatile memory element, electrons are aligned between the source region and the drain region to form a channel, and the information is read. Also, when erasing information, a reverse bias is applied at the time of writing, and the ferroelectric gate films of all the non-volatile memory elements connected to one word line undergo polarization reversal. All lines are erased.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図6に
基づいて詳述する。本実施例に係る不揮発性記憶装置
(以下、不揮発性メモリという)の電気的構成につい
て、図1を参照しつつ説明する。図1は本発明の一実施
例に係る不揮発性メモリの等価回路図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. An electrical configuration of the nonvolatile memory device (hereinafter, referred to as a nonvolatile memory) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory according to one embodiment of the present invention.

【0024】本実施例の不揮発性メモリは、図1の如
く、1トランジスタ/1セル構造を有しており、強誘電
体ゲート膜を備えた電界効果トランジスタ(以下、MF
SFET(metal ferroelectric semiconductor field e
ffect transistor) という)30A,30B,30C,
30D,30E,30F,30G,30Hからなる不揮
発性記憶素子(以下、不揮発性メモリセルという)31
A,31B,31C,31D,31E,31F,31
G,31Hが、所定の容量(図において8ビット)でマ
トリクス状に配列されている。なお、以下の説明におい
て、MFSFET30A,30B,30C,30D,3
0E,30F,30G,30Hを総称するときは「MF
SFET30」という。
As shown in FIG. 1, the nonvolatile memory of this embodiment has a one-transistor / one-cell structure, and a field-effect transistor (hereinafter, referred to as an MF) having a ferroelectric gate film.
SFET (metal ferroelectric semiconductor field e
ffect transistor)) 30A, 30B, 30C,
A nonvolatile memory element (hereinafter, referred to as a nonvolatile memory cell) 31 including 30D, 30E, 30F, 30G, and 30H
A, 31B, 31C, 31D, 31E, 31F, 31
G and 31H are arranged in a matrix with a predetermined capacity (8 bits in the figure). In the following description, MFSFETs 30A, 30B, 30C, 30D, 3
0E, 30F, 30G, and 30H are collectively referred to as "MF
SFET 30 ".

【0025】そして、MFSFET30A,30B,3
0C,30Dおよび30E,30F,30G,30Hの
ゲートに、ワードラインWL1,WL2がそれぞれ接続
されており、ワードラインWL1,WL2毎に隣接する
MFSFET30A,30B,30C,30Dおよび3
0E,30F,30G,30Hのソースとドレインとが
接続されている。さらに、上記ソース−ドレイン接続中
間点、両端のMFSFET30A,30Dおよび30
E,30Hのソース、ドレインおよび後述するMFSF
ET30の読出用サイドウォールに、ビットラインBL
1,BL2,BL3,BL4,BL5,BL6,BL
7,BL8,BL9がそれぞれ接続されている。
The MFSFETs 30A, 30B, 3
The word lines WL1 and WL2 are connected to the gates of 0C, 30D and 30E, 30F, 30G, and 30H, respectively, and the adjacent MFSFETs 30A, 30B, 30C, 30D, and 3 are connected to each of the word lines WL1 and WL2.
Sources and drains of 0E, 30F, 30G, and 30H are connected. Furthermore, the MFSFETs 30A, 30D and 30D at the source-drain connection midpoint and both ends
E, source and drain of 30H and MFSF to be described later
The bit line BL is placed on the reading side wall of the ET30.
1, BL2, BL3, BL4, BL5, BL6, BL
7, BL8 and BL9 are respectively connected.

【0026】上記不揮発性メモリにおける情報(デー
タ)の書き込み、読み出し、消去の動作について説明す
る。 <書き込み>データの書き込みは、ワードライン毎にシ
リアルに行われる。例えば、ワードラインWL1が接続
されている不揮発性メモリセル31A,31B,31
C,31Dにデータの書き込みを行うとする。
The operation of writing, reading, and erasing information (data) in the nonvolatile memory will be described. <Write> Data write is performed serially for each word line. For example, the nonvolatile memory cells 31A, 31B, 31 to which the word line WL1 is connected
It is assumed that data is written to C and 31D.

【0027】まず、ワードラインWL1に対して高電圧
Hを印加し、不揮発性メモリセル31Aを選択するた
め、当該メモリセル31AのMFSFET30Aのドレ
インに接続されているビットラインBL3に対して書込
電圧Lを印加し、非選択の不揮発性メモリセル31B,
31C,31DのMFSFET30B,30C,30D
のドレインに接続されているビットラインBL5,BL
7,BL9に対して書込禁止電圧Hを印加し、他のワー
ドラインWL2およびビットラインBL1,BL2,B
L4,BL6,BL8に対して低電圧Lをそれぞれ印加
する。
First, in order to apply a high voltage H to the word line WL1 and select the nonvolatile memory cell 31A, a write voltage is applied to the bit line BL3 connected to the drain of the MFSFET 30A of the memory cell 31A. L is applied to the non-selected nonvolatile memory cells 31B,
31C, 31D MFSFETs 30B, 30C, 30D
Bit lines BL5 and BL connected to the drains of
7, BL9 is applied to the other word lines WL2 and bit lines BL1, BL2, B
A low voltage L is applied to L4, BL6 and BL8, respectively.

【0028】そうすると、後述するMFSFET30の
動作原理により、MFSFET30Aのゲート−ドレイ
ン間に電位差が発生し、MFSFET30Aの強誘電体
ゲート膜が分極するので、メモリセル31Aにデータが
書き込まれる。一方、MFSFET30B,30C,3
0Dのゲート−ドレイン間に電位差が発生せず、MFS
FET30B,30C,30Dの強誘電体ゲート膜が分
極しないので、メモリセル31B,31C,31Dにデ
ータの書き込みが行われない。
Then, a potential difference is generated between the gate and the drain of the MFSFET 30A according to the operation principle of the MFSFET 30 described later, and the ferroelectric gate film of the MFSFET 30A is polarized, so that data is written to the memory cell 31A. On the other hand, MFSFETs 30B, 30C, 3
No potential difference occurs between the gate and the drain of 0D, and MFS
Since the ferroelectric gate films of the FETs 30B, 30C, and 30D are not polarized, data is not written in the memory cells 31B, 31C, and 31D.

【0029】次に、ビットラインBL3に対しては低電
圧Lを印加し、不揮発性メモリセル31Bを選択するた
め、当該メモリセル31BのMFSFET30Bのドレ
インに接続されているビットラインBL5に対して書込
電圧Lを印加すると、メモリセル31Bにデータが書き
込まれる。以後、順次図1に示す矢印X方向に向かっ
て、ビットラインBL5およびBL7に対しては低電圧
Lを印加し、書き込みを行う不揮発性メモリセル31
C,31Dを選択するため、当該メモリセル31C,3
1DのMFSFET30C,30Dのドレインに接続さ
れているビットラインBL7およびBL9に対して書込
電圧Lをそれぞれ印加すれば、メモリセル31C,31
Dにそれぞれデータが書き込まれる。 <読み出し>例えば、不揮発性メモリセル31Aに記憶
されているデータの読み出しを行うとする。メモリセル
31Aに接続されているワードラインWL1に対して高
電圧Hを印加し、メモリセル31Aを選択するため、当
該メモリセル31AのMFSFET30Aの読出用サイ
ドウォールに接続されているビットラインBL2に対し
て読出禁止電圧Lまたは読出電圧Hを印加し、ソースに
接続されているビットラインBL1をグランドに接地
し、ドレインに接続されているビットラインBL3に対
して高電圧Hを印加する。
Next, in order to apply a low voltage L to the bit line BL3 and select the nonvolatile memory cell 31B, write to the bit line BL5 connected to the drain of the MFSFET 30B of the memory cell 31B. When the input voltage L is applied, data is written to the memory cell 31B. Thereafter, the low voltage L is sequentially applied to the bit lines BL5 and BL7 in the direction of arrow X shown in FIG.
C, 31D, the memory cells 31C, 3
By applying the write voltage L to the bit lines BL7 and BL9 connected to the drains of the 1D MFSFETs 30C and 30D, respectively, the memory cells 31C and 31
D is written with data. <Read> For example, it is assumed that data stored in the nonvolatile memory cell 31A is read. In order to apply a high voltage H to the word line WL1 connected to the memory cell 31A and select the memory cell 31A, the high voltage H is applied to the bit line BL2 connected to the reading sidewall of the MFSFET 30A of the memory cell 31A. A read inhibit voltage L or a read voltage H is applied, the bit line BL1 connected to the source is grounded, and a high voltage H is applied to the bit line BL3 connected to the drain.

【0030】ビットラインBL2に対して読出禁止電圧
Lを印加すると、読出用サイドウォールのトランジスタ
部がONせず、データの読み出しが禁止される。一方、
ビットラインBL2に対して読出電圧Hを印加すると、
読出用サイドウォールのトランジスタ部がONし、デー
タの読み出しが可能となる。このとき、メモリセル31
Aにデータが書き込まれておれば、MFSFET30A
のソース−ドレイン間が導通し、チャネルが形成され
る。この状態を、外部に接続したデコーダおよびセンス
アンプ(図示せず)によってセンシングすることで、メ
モリセル31Aに記憶されているデータが読み出され
る。 <消去> データの消去は、ワードライン毎にライン一括消去され
る。例えば、ワードラインWL1が接続されている不揮
発性メモリセル31A,31B,31C,31Dのデー
タの消去を行うとする。半導体基板に対して高電圧H
を、ワードラインWL1に対して低電圧Lをそれぞれ印
加する。そすると、メモリセル31A,31B,31
C,31DのMFSFET30A,30B,30C,3
0Dのゲートに、データの書き込み時の逆バイアスがか
かり、MFSFET30A,30B,30C,30Dの
強誘電体ゲート膜が分極反転するので、メモリセル31
A,31B,31C,31Dに記憶されているデータが
ライン一括消去される。
When the read inhibit voltage L is applied to the bit line BL2, the transistor portion of the read sidewall is not turned on, and the data read is inhibited. on the other hand,
When a read voltage H is applied to the bit line BL2,
The transistor portion of the read side wall is turned on, and data can be read. At this time, the memory cell 31
If data is written to A, MFSFET 30A
And the channel is formed. By sensing this state with a decoder and a sense amplifier (not shown) connected to the outside, data stored in the memory cell 31A is read. <Erase> Data is erased collectively for each word line. For example, it is assumed that data is erased from the nonvolatile memory cells 31A, 31B, 31C, and 31D to which the word line WL1 is connected. High voltage H for semiconductor substrate
And a low voltage L is applied to the word line WL1. Its will Then, the memory cell 31A, 31B, 31
C, 31D MFSFETs 30A, 30B, 30C, 3
Since a reverse bias is applied to the gate of 0D when data is written and the ferroelectric gate films of the MFSFETs 30A, 30B, 30C, and 30D are inverted, the memory cell 31
The data stored in A, 31B, 31C, and 31D are collectively erased.

【0031】MFSFET30の構造について、図2、
3を参照しつつ説明する。図2はMFSFETの構造を
示す断面図、図3は同じくその平面図である。MFSF
ET30は、図2の如く、チャネル領域40を挟んでN
型ソース領域41およびN型ドレイン領域42が形成さ
れた面方位(100)のP型シリコン基板43と、チャ
ネル領域40上に形成された強誘電体ゲート膜44と、
強誘電体ゲート膜44上に形成されたゲート電極45
と、ゲート電極45上に形成されたゲート配線46とを
備え、いわゆるMFS構造を有している。
The structure of the MFSFET 30 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the MFSFET, and FIG. 3 is a plan view thereof. MFSF
As shown in FIG. 2, the ET 30 has N
A P-type silicon substrate 43 having a (100) plane orientation on which a type source region 41 and an N-type drain region 42 are formed; a ferroelectric gate film 44 formed on a channel region 40;
Gate electrode 45 formed on ferroelectric gate film 44
And a gate wiring 46 formed on the gate electrode 45, and has a so-called MFS structure.

【0032】ソース領域41およびドレイン領域42の
直上部には、LOCOS(local oxidation of silicon)
法により厚膜に形成されたフィールド酸化膜47が設け
られている。そして、フィールド酸化膜47上には、S
iO2 膜48が形成されている。ゲート電極45のドレ
イン領域42側には、SiO2 膜48を介して書込用サ
イドウォール49が、ゲート電極45、強誘電体ゲート
膜44および半導体基板43に対して絶縁状態で形成さ
れており、ソース領域41側には、SiO2 膜48を介
して読出用サイドウォール50が、ゲート電極45、強
誘電体ゲート膜44および半導体基板43に対して絶縁
状態で形成されている。
Immediately above the source region 41 and the drain region 42, LOCOS (local oxidation of silicon)
There is provided a field oxide film 47 formed in a thick film by the method. Then, on the field oxide film 47, S
An iO 2 film 48 is formed. On the drain region 42 side of the gate electrode 45, a writing sidewall 49 is formed via a SiO 2 film 48 in an insulating state with respect to the gate electrode 45, the ferroelectric gate film 44 and the semiconductor substrate 43. On the source region 41 side, a reading sidewall 50 is formed via a SiO 2 film 48 in an insulated state with respect to the gate electrode 45, the ferroelectric gate film 44 and the semiconductor substrate 43.

【0033】サイドウォール49,50は、導電性物質
からなり、その幅Dは、0.2〜0.3μmに設定され
ている。そして、書込用サイドウォール49は、ゲート
配線46に接続されており、読出用サイドウォール50
は、SiO2 膜48で囲まれている。また、ゲート配線
46は、図3の如く、読出用サイドウォール50と直交
するかたちで引き回されている。
The side walls 49 and 50 are made of a conductive material, and the width D is set to 0.2 to 0.3 μm. The write side wall 49 is connected to the gate wiring 46 and the read side wall 50
Are surrounded by a SiO 2 film 48. Further, as shown in FIG. 3, the gate wiring 46 is routed in a direction orthogonal to the reading side wall 50.

【0034】MFSFET30の製造方法について、図
4を参照しつつ説明する。図4はMFSFETの製造方
法を工程順に示す断面図である。図4(a)のように、
熱酸化により、P型シリコン基板43上にSiO2 膜6
0を形成した後、SiO2 膜60上にSi3 4 膜61
を形成する。図4(b)のように、フォソリソグラフィ
ー技術により、Si3 4 膜61上にレジストを塗布
し、エッチングにより、トランジスタ動作領域を残して
Si34 膜61を除去し、SiO2 膜60を露出させ
る。
A method for manufacturing the MFSFET 30 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the MFSFET in the order of steps. As shown in FIG.
The SiO 2 film 6 is formed on the P-type silicon substrate 43 by thermal oxidation.
After the formation of the Si 3 N 4 film 61 on the SiO 2 film 60,
To form As in FIG. 4 (b), the follower Seo lithography, a resist is coated on the Si 3 N 4 film 61 by etching the Si 3 N 4 film 61 is removed, leaving the transistor operation region, SiO 2 film Expose 60.

【0035】図4(c)のように、Si3 4 膜61を
マスクとして、例えばインプラ(implant) により、リン
イオンをドーピングし、P型シリコン基板43の表層部
にチャネル領域40を挟んでN型ソース領域41および
N型ドレイン領域42を形成する。図4(d)のよう
に、例えば水蒸気酸化等のLOCOS法により、ソース
領域41、ドレイン領域42上のSiO2 膜60を成長
させて厚いフィールド酸化膜47を形成する。このと
き、ソース領域41、ドレイン領域42の深さは、Si
2 膜60の成長により浸食されて浅くなる。
As shown in FIG. 4C, the Si 3 N 4 film 61 is used as a mask, and phosphorus ions are doped by, for example, an implant, and the N region is formed on the surface layer of the P-type silicon substrate 43 with the channel region 40 interposed therebetween. Form source region 41 and N-type drain region 42 are formed. As shown in FIG. 4D, a thick field oxide film 47 is formed by growing the SiO 2 film 60 on the source region 41 and the drain region 42 by a LOCOS method such as steam oxidation. At this time, the depth of the source region 41 and the drain region 42 is
The O 2 film 60 grows and becomes shallow due to erosion.

【0036】図4(e)のように、エッチングにより、
Si3 4 膜61およびチャネル領域上のSiO2 膜を
除去した後、例えばCVD(chemical vapor depositio
n) 法により、全面に強誘電体62、ポリシリコン63
を順次堆積させる。図4(f)のように、フォソリソグ
ラフィー技術により、ポリシリコン63上にレジストを
塗布した後、エッチングにより、強誘電体62、ポリシ
リコン63の一部を除去して、強誘電体ゲート膜44、
ゲート電極45を形成する。
As shown in FIG. 4E, by etching,
After removing the Si 3 N 4 film 61 and the SiO 2 film on the channel region, for example, CVD (chemical vapor deposition)
n) Ferroelectric 62, polysilicon 63
Are sequentially deposited. As shown in FIG. 4F, after a resist is applied on the polysilicon 63 by the phosolithography technique, a part of the ferroelectric 62 and the polysilicon 63 is removed by etching to form a ferroelectric gate film. 44,
A gate electrode 45 is formed.

【0037】図4(g)のように、熱酸化により、全面
にSiO2 膜48を形成する。図4(h)のように、例
えばCVD法により、SiO2 膜48上に、例えばポリ
シリコン等の導電性物質64を堆積させる。図4(i)
のように、エッチングにより、ポリシリコン64を除去
してゲート電極45の両側(ソース領域41、ドレイン
領域42側)にそれぞれサイドウォール49,50を形
成する。。
As shown in FIG. 4G, an SiO 2 film 48 is formed on the entire surface by thermal oxidation. As shown in FIG. 4H, a conductive material 64 such as polysilicon is deposited on the SiO 2 film 48 by, eg, CVD. FIG. 4 (i)
As described above, the polysilicon 64 is removed by etching to form sidewalls 49 and 50 on both sides of the gate electrode 45 (on the side of the source region 41 and the drain region 42). .

【0038】図4(j)のように、例えばCVD法によ
り、SiO2 膜48で全面を覆う。図4(k)のよう
に、読出用サイドウォール50を覆うよう、SiO2
48上にレジスト65を塗布してマスクを施した後、選
択的にHFエッチングにより、SiO2 膜48を除去
し、ゲート電極45の一部および書込用サイドウォール
49を露出させる。
As shown in FIG. 4J, the entire surface is covered with the SiO 2 film 48 by, for example, the CVD method. As shown in FIG. 4K, a resist 65 is applied on the SiO 2 film 48 so as to cover the reading side wall 50 and a mask is applied. Then, the SiO 2 film 48 is selectively removed by HF etching. Then, a part of the gate electrode 45 and the write sidewall 49 are exposed.

【0039】図4(l)のように、レジスト65を除去
した後、ゲート電極45上にポリシリコンを堆積して、
書込用サイドウォール49と接続するよう、ゲート配線
46を形成する。上記図4(i)のサイドウォール形成
工程においては、ポリシリコン64の膜厚とサイドウォ
ール49,50の幅とがほぼ等しくなるので、サイドウ
ォール49,50の幅の制御をポリシリコン64の膜厚
を制御することで行える。よって、サイドウォール4
9,50は、フォソリソグラフィー技術に関係なく、小
さいものが形成できるので、それほどゲート長を増大さ
せなくて済み、高集積化に対しては影響を与えない。
As shown in FIG. 4 (l), after removing the resist 65, polysilicon is deposited on the gate electrode 45,
The gate wiring 46 is formed so as to be connected to the write sidewall 49. In the sidewall forming step shown in FIG. 4I, the thickness of the polysilicon 64 and the width of the sidewalls 49 and 50 are substantially equal. This can be done by controlling the thickness. Therefore, the side wall 4
In Nos. 9, 50, regardless of the phosolithography technology, a small one can be formed, so that the gate length does not need to be increased so much and does not affect high integration.

【0040】FET30の動作原理について、図5、6
を参照しつつ説明する。図5はFETの動作原理を示す
図、図6はFETの等価回路図であって、両図(a)は
書き込み状態を、両図(b)は読み出し状態をそれぞれ
示している。 <書き込み> 図6(a)のように、データの書き込み時に、MFSF
ET30のゲートに高電圧Hを、ソースおよび読出用サ
イドウォール50に低電圧Lを、ドレインに書込電圧L
をそれぞれ印加すると、ゲート−ドレイン間に電位差が
生じ、図5(a)のように、強誘電体ゲート膜に分極が
生じ、データが書き込まれる。
The operation principle of the FET 30 will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the operation principle of the FET, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the FET. FIG. 5A shows a write state, and FIG. 6B shows a read state. <Write> As shown in FIG. 6A, the MFSF
The high voltage H is applied to the gate of the ET 30, the low voltage L is applied to the source and the reading side wall 50 , and the write voltage L is applied to the drain.
Is applied, a potential difference is generated between the gate and the drain, and as shown in FIG. 5A, polarization occurs in the ferroelectric gate film, and data is written.

【0041】このとき、読出用サイドウォール50は、
ゲート電極45、強誘電体ゲート膜44および半導体基
板43に対して絶縁状態で形成されているので、読出用
サイドウォール50のトランジスタ部はONせず、読出
用サイドウォール50の下方は常にオフセット領域OS
となる。したがって、このオフセット領域OSを除くチ
ャネル領域に電子が整列する。
At this time, the read sidewall 50 is
Since the gate electrode 45, the ferroelectric gate film 44, and the semiconductor substrate 43 are formed in an insulated state, the transistor portion of the reading side wall 50 is not turned on, and the area below the reading side wall 50 is always an offset region. OS
Becomes Therefore, the electrons are aligned in the channel region excluding the offset region OS.

【0042】一方、書き込み時において、ゲートに低電
圧Lが印加されているMFSFET(例えば、図1に示
すMFSFET30Aを選択した場合にはMFSFET
30F,30G,30Hをいう)のドレインには、上述
の如く、書込禁止電圧Hが印加されているが、書込用サ
イドウォール49は、ゲート電極45、強誘電体ゲート
膜44および半導体基板43に対して絶縁状態で形成さ
れ、かつゲート配線46に接続されているので、書込用
サイドウォール49のトランジスタ部はONせず、書込
用サイドウォール49の下方は常にオフセット領域とな
る。
On the other hand, at the time of writing, an MFSFET in which a low voltage L is applied to the gate (for example, when the MFSFET 30A shown in FIG.
The write inhibit voltage H is applied to the drains 30F, 30G, and 30H as described above. However, the write sidewall 49 includes the gate electrode 45, the ferroelectric gate film 44, and the semiconductor substrate. Since it is formed in an insulated state with respect to 43 and is connected to the gate wiring 46, the transistor portion of the write sidewall 49 is not turned on, and the area below the write sidewall 49 is always an offset region.

【0043】したがって、ドレインの書込禁止電圧H
は、ドレイン側のオフセット領域により遮断されるの
で、当該MFSFETの強誘電体ゲート膜の分極が変化
することはない。よって、当該MFSFETの情報が破
壊されることはない。 <読み出し>図6(b)のように、データの読み出し時
に、MFSFETFET30のゲートに高電圧Hを印加
し、ソースをグランドに接地し、ドレインに高電圧Hを
印加し、読出用サイドウォール50に読出電圧Hを印加
すると、読出用サイドウォール50のトランジスタ部が
ONする。
Therefore, the write inhibit voltage H of the drain
Is blocked by the drain-side offset region, so that the polarization of the ferroelectric gate film of the MFSFET does not change. Therefore, the information of the MFSFET is not destroyed. <Reading> As shown in FIG. 6B, at the time of reading data, a high voltage H is applied to the gate of the MFSFET, a source is grounded to the ground, a high voltage H is applied to the drain, and When the read voltage H is applied, the transistor portion of the read sidewall 50 is turned on.

【0044】このとき、強誘電体ゲート膜が分極してい
ない、すなわちデータが書き込まれていなければ、ソー
ス領域41とドレイン領域42との間にチャネルが形成
されず、MFSFETFET30が導通しない。一方、
強誘電体ゲート膜が分極している、すなわちデータが書
き込まれていれば、図5(b)のように、ソース領域4
1とドレイン領域42との間に電子が整列してチャネル
が形成され、MFSFETFET30が導通しデータが
読み出される。
At this time, if the ferroelectric gate film is not polarized, that is, if no data is written, no channel is formed between the source region 41 and the drain region 42, and the MFSFET 30 does not conduct. on the other hand,
If the ferroelectric gate film is polarized, that is, if data is written, as shown in FIG.
The electrons are aligned between the first and drain regions 42 to form a channel, and the MFSFETFET 30 is turned on to read data.

【0045】このように、本実施例によると、高集積化
に貢献するとともに、データの書き込み時において、非
選択のメモリセルに記憶されているデータ情報を破壊し
ないで済む。よって、FACE(Flash Array Contactle
ss EPROM) に十分適用させることができる。なお、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範
囲内で多くの修正および変更を加え得ることは勿論であ
る。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to contribute to the high integration and not to destroy the data information stored in the non-selected memory cells when writing data. Therefore, FACE (Flash Array Contactle
ss EPROM). It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that many modifications and changes can be made within the scope of the present invention.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項1ないし3によると、高集積化を図りつつ、情報の
書き込み時において、非選択の不揮発性記憶素子に記憶
されている情報を破壊しないで済むといった優れた効果
がある。
As is clear from the above description, according to the first to third aspects of the present invention, at the time of writing information, the information stored in the non-selected non-volatile memory element is written while achieving high integration. It has an excellent effect that it does not need to be destroyed.

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

【図1】本発明の一実施例に係る不揮発性メモリの等価
回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory according to one embodiment of the present invention.

【図2】MFSFETの構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of an MFSFET.

【図3】同じくその平面図である。FIG. 3 is a plan view of the same.

【図4】MFSFETの製造方法を工程順に示す断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the MFSFET in the order of steps.

【図5】MFSFETの動作原理を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an operation principle of the MFSFET.

【図6】MFSFETの等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the MFSFET.

【図7】従来の強誘電体キャパシタを用いたメモリセル
の電気回路図である。
FIG. 7 is an electric circuit diagram of a memory cell using a conventional ferroelectric capacitor.

【図8】従来のMFSFETの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional MFSFET.

【図9】強誘電体のP−Eヒステリシス特性を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing PE hysteresis characteristics of a ferroelectric substance.

【図10】従来の3トランジスタ/1セル構造を有する
不揮発性メモリの等価回路図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a conventional nonvolatile memory having a three-transistor / 1-cell structure.

【図11】従来の1トランジスタ/1セル構造を有する
不揮発性メモリの等価回路図である。
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a conventional nonvolatile memory having a one-transistor / one-cell structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30,30A,30B,30C,30D,30E,30
F,30G,30HMFSFET 31,31A,31B,31C,31D,31E,31
F,30G,30Hメモリセル 40 チャネル領域 41 ソース領域 42 ドレイン領域 43 シリコン基板 44 強誘電体ゲート膜 45 ゲート電極 46 ゲート配線 49 書込用サイドウォール 50 読出用サイドウォール WL1,WL2 ワードライン BL1,BL2,BL3,BL4,BL5,BL6,B
L7,BL8,BL9ビットライン
30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30
F, 30G, 30HMFSFET 31, 31A, 31B, 31C, 31D, 31E, 31
F, 30G, 30H memory cell 40 channel region 41 source region 42 drain region 43 silicon substrate 44 ferroelectric gate film 45 gate electrode 46 gate wiring 49 write sidewall 50 read sidewall WL1, WL2 word line BL1, BL2 , BL3, BL4, BL5, BL6, B
L7, BL8, BL9 bit line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 G11C 11/401 H01L 27/105 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/792 (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 G11C 11/401 H01L 27/105 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】チャネル領域を挟んでソース領域およびド
レイン領域が形成された半導体基板と、 上記チャネル領域上に形成された強誘電体ゲート膜と、 上記強誘電体ゲート膜上に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極上に形成されたゲート配線と、 上記ゲート電極のドレイン領域側に、ゲート電極、強誘
電体ゲート膜および半導体基板に対して絶縁状態で形成
された導電性物質からなる書込用サイドウォールと、 上記ゲート電極のソース領域側に、ゲート電極、強誘電
体ゲート膜および半導体基板に対して絶縁状態で形成さ
れた導電性物質からなる読出用サイドウォールとを備
え、 上記書込用サイドウォールは、ゲート配線に接続されて
いることを特徴とする不揮発性記憶素子。
1. A semiconductor substrate having a source region and a drain region formed with a channel region interposed therebetween, a ferroelectric gate film formed on the channel region, and a gate formed on the ferroelectric gate film. An electrode, a gate wiring formed on the gate electrode, and a conductive material formed on the drain region side of the gate electrode in a state insulated from the gate electrode, the ferroelectric gate film, and the semiconductor substrate. A gate electrode, a ferroelectric gate film, and a read sidewall made of a conductive material formed in an insulating state with respect to the semiconductor substrate on the source region side of the gate electrode. The non-volatile memory element, wherein the embedded sidewall is connected to a gate wiring.
【請求項2】請求項1記載の不揮発性記憶素子がマトリ
クス状に配列され、 上記各不揮発性記憶素子のゲートに、ワードラインがそ
れぞれ接続され、 上記ワードライン毎に隣接する不揮発性記憶素子のソー
スとドレインとが接続され、 上記各ソース−ドレイン接続中間点、両端の不揮発性記
憶素子のソース、ドレインおよび各読出用サイドウォー
ルに、ビットラインがそれぞれ接続されていることを特
徴とする不揮発性記憶装置。
2. The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein said nonvolatile memory elements are arranged in a matrix, word lines are respectively connected to gates of said nonvolatile memory elements, and said nonvolatile memory elements are adjacent to each other for each word line. A source and a drain are connected, and a bit line is connected to each of the source-drain connection midpoints, the source and the drain of each of the nonvolatile storage elements at both ends, and each of the read sidewalls. Storage device.
【請求項3】請求項2記載の不揮発性記憶装置におい
て、 情報の書き込み時に、書き込みを行う不揮発性記憶素子
に接続されているワードラインに対して第1高電圧を印
加し、書き込みを行う不揮発性記憶素子を選択するた
め、当該不揮発性記憶素子のドレインに接続されている
ビットラインに対して書込電圧を印加し、非選択の不揮
発性記憶素子のドレインに接続されているビットライン
に対して書込禁止電圧を印加し、他のワードラインおよ
びビットラインに対して上記第1高電圧よりも低い第1
低電圧をそれぞれ印加し、 情報の読み出し時に、読み出しを行う不揮発性記憶素子
に接続されているワードラインに対して、当該不揮発性
素子にデータが書き込まれているときにそのソース−ド
レイン間にチャネルを形成するための高電圧を印加し、
読み出しを行う不揮発性記憶素子を選択するため、当該
不揮発性記憶素子の読出用サイドウォールに接続されて
いるビットラインに対して読出電圧を印加し、ソースに
接続されているビットラインをグランドに接地し、ドレ
インに接続されているビットラインに対して、ソース−
ドレイン間の導通をセンシングするための高電圧を印加
し、 情報の消去時に、半導体基板に対して第2高電圧を印加
し、消去を行う不揮発性記憶素子に接続されているワー
ドラインに対して上記第2高電圧よりも低い第2低電圧
を印加することを特徴とする不揮発性記憶装置の駆動方
法。
3. The nonvolatile memory device according to claim 2, wherein at the time of writing information, a first high voltage is applied to a word line connected to the nonvolatile memory element to which writing is performed. In order to select a nonvolatile memory element, a write voltage is applied to the bit line connected to the drain of the nonvolatile memory element, and the write voltage is applied to the bit line connected to the drain of the non-selected nonvolatile memory element. the write inhibit voltage is applied Te, first lower than the first high voltage to the other word lines and bit lines
At the time of reading information, a low voltage is applied to the word line connected to the nonvolatile memory element to be read .
When data is written to the device, the source
Apply a high voltage to form a channel between the rain ,
In order to select a nonvolatile memory element from which data is to be read, a read voltage is applied to a bit line connected to a read sidewall of the nonvolatile memory element, and a bit line connected to a source is grounded to ground. And the source line is connected to the bit line connected to the drain.
A high voltage for sensing conduction between drains is applied. When erasing information, a second high voltage is applied to the semiconductor substrate to apply a high voltage to a word line connected to a non-volatile memory element for erasing. A method for driving a nonvolatile memory device, wherein a second low voltage lower than the second high voltage is applied.
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