JP3251699B2 - Non-volatile storage device - Google Patents

Non-volatile storage device

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JP3251699B2
JP3251699B2 JP8988193A JP8988193A JP3251699B2 JP 3251699 B2 JP3251699 B2 JP 3251699B2 JP 8988193 A JP8988193 A JP 8988193A JP 8988193 A JP8988193 A JP 8988193A JP 3251699 B2 JP3251699 B2 JP 3251699B2
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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、フラシュEEPROM(Elect
rically Erasable Programable Read Only Memory)等
の、半導体基板上に、電荷を注入したり、取り出したり
することで情報の記憶を行う、メモリトランジスタのみ
からなる複数のメモリセルが、行方向及び列方向に沿っ
てマトリクス状に配列形成されている不揮発性記憶装置
に関する。
The present invention relates to a flash EEPROM (Electric
rically Erasable Programable Read On ly Memory) etc., on a semiconductor substrate, or by injecting the charge, it performs storage of information by taking out a plurality of memory cells consisting of only the memory transistor, the row and column directions The present invention relates to a nonvolatile memory device which is arranged in a matrix along the line.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体産業の発展に伴い、情報を
半永久的に記憶する不揮発性記憶装置の集積化及び低電
圧駆動化が要望されている。この要求に応える不揮発性
記憶装置は、例えば「1993年 IEDM 」等で開示されてい
る。図7は上記不揮発性記憶装置の構成を示しており、
同図(a)はパッシベーション膜を剥がした状態を示す
平面図、同図(b)は同図(a)のI−I線断面図であ
る。この不揮発性記憶装置は、図7(a)に示すよう
に、P型シリコン基板10上に、メモリトランジスタ1
A,1B,1C,1Dのみからなるメモリセル2A,2
B,2C,2Dが、行方向X及び列方向Yに沿ってマト
リクス状に配列形成されている。つまり、1トランジス
タ/1セル構造を有している。
2. Description of the Related Art With the recent development of the semiconductor industry, there is a demand for integration of a nonvolatile memory device for semi-permanently storing information and low-voltage driving. A nonvolatile storage device that meets this demand is disclosed in, for example, "1993 IEDM". FIG. 7 shows a configuration of the nonvolatile storage device,
FIG. 3A is a plan view showing a state in which the passivation film is peeled off, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line II of FIG. As shown in FIG. 7A, this nonvolatile memory device includes a memory transistor 1 on a P-type silicon substrate 10.
A, 1B, 1C, 1D
B, 2C and 2D are arranged in a matrix along the row direction X and the column direction Y. That is, it has a one-transistor / one-cell structure.

【0003】各メモリトランジスタ1A,1B,1C,
1Dは、図7(b)(メモリセル2A,2Cのみ現れて
いる。)に示すように、シリコン基板10の表面層に所
定の間隔をあけて形成されたN+ 型ソース領域11及び
N型ドレイン領域12と、ソース領域11及びドレイン
領域12で挟まれるように生じるチャネル領域13上に
形成されたトンネル酸化膜14と、トンネル酸化膜14
上に形成されたフローティングゲート15と、フローテ
ィングゲート15上に形成されたONO (oxide-nitrid
e-oxide)膜16と、ONO膜16上に形成されたコント
ロールゲート17とを備えている。
Each of the memory transistors 1A, 1B, 1C,
1D, as shown in FIG. 7B (only the memory cells 2A and 2C appear), the N + -type source region 11 and the N-type source region 11 formed on the surface layer of the silicon substrate 10 at predetermined intervals. A drain region 12, a tunnel oxide film 14 formed on a channel region 13 formed between the source region 11 and the drain region 12, and a tunnel oxide film 14.
A floating gate 15 formed on the floating gate 15 and an ONO (oxide-nitrid
The semiconductor device includes an e-oxide film 16 and a control gate 17 formed on the ONO film 16.

【0004】全面は層間絶縁膜18で覆われており、層
間絶縁膜18のドレイン領域12と対応する部分には、
コンタクトホール19が開口されている。それゆえ、フ
ローティングゲート15は、トンネル酸化膜14、ON
O膜15及び層間絶縁膜18で囲まれ、外部と接続がと
られていない。コントロールゲート17は、図7(a)
に示すように、行方向Xに沿って延ばされており、行方
向Xに配列するメモリセル2A,2B及び2C,2Dで
共有されてワードラインWL1,WL2となっている。
[0004] The entire surface is covered with an interlayer insulating film 18, and a portion of the interlayer insulating film 18 corresponding to the drain region 12 includes:
A contact hole 19 is opened. Therefore, the floating gate 15 is connected to the tunnel oxide film 14, ON
It is surrounded by the O film 15 and the interlayer insulating film 18 and is not connected to the outside. The control gate 17 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the memory cells 2A, 2B and 2C, 2D arranged in the row direction X are shared by the memory cells 2A, 2B and 2D to form word lines WL1, WL2.

【0005】ドレイン領域12は、図7(b)に示すよ
うに、N+ 層12aと、N+ 層12aを囲むN- 層12
bとからなる、いわゆる二重拡散構造を有しており、図
7(a)に示すように、列方向Yに隣接するメモリトラ
ンジスタ1A,1C及び1B,1D同士で共有されてい
る。N+ 層12aには、図7(b)に示すように、コン
タクトホール19を通してビットラインBL1,BL2
が接触している。ビットラインBL1,BL2は、図7
(a)に示すように、列方向Yに沿って延ばされてお
り、列方向Yに配列するメモリセル2A,2C及び2
B,2Dで共有されている。
As shown in FIG. 7B, the drain region 12 includes an N + layer 12a and an N layer 12 surrounding the N + layer 12a.
b, which is a so-called double diffusion structure, and is shared by the memory transistors 1A, 1C and 1B , 1D adjacent in the column direction Y as shown in FIG. As shown in FIG. 7B, the bit lines BL1 and BL2 are formed through the contact holes 19 in the N + layer 12a.
Are in contact. Bit lines BL1 and BL2 are shown in FIG.
As shown in (a), the memory cells 2A, 2C, and 2 are extended in the column direction Y and arranged in the column direction Y.
B, 2D.

【0006】図8は上記不揮発性記憶装置の電気的構成
を示す等価回路図である。同図を参照して、行方向Xに
沿って配列するメモリトランジスタ1A,1Bのコント
ロールゲートCGには、ワードラインWL1が接続され
ており、同様に、行方向Xに沿って配列するメモリトラ
ンジスタ1C,1DのコントロールゲートCGには、ワ
ードラインWL2が接続されている。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the nonvolatile memory device. Referring to FIG. 7, a word line WL1 is connected to control gates CG of memory transistors 1A and 1B arranged along row direction X. Similarly, memory transistors 1C arranged along row direction X are similarly connected. , 1D is connected to a word line WL2.

【0007】列方向Yに隣接するメモリトランジスタ1
A,1CのドレインD同士が接続されており、同様に、
列方向Yに隣接するメモリトランジスタ1B,1Dのド
レインD同士が接続されている。メモリトランジスタ1
A,1Cのドレイン接続中間点には、ビットラインBL
1が接続されており、メモリトランジスタ1B,1Dの
ドレイン接続中間点には、ビットラインBL2が接続さ
れている。
Memory transistor 1 adjacent in column direction Y
A, the drains D of 1C are connected to each other.
The drains D of the memory transistors 1B and 1D adjacent in the column direction Y are connected to each other. Memory transistor 1
The bit line BL is located at the midpoint of the drain connection between A and 1C.
1 is connected, and a bit line BL2 is connected to a drain connection middle point of the memory transistors 1B and 1D.

【0008】各メモリトランジスタ1A,1B,1C,
1DのソースSには、ソースラインSLが共通接続され
ている。ここで、図8及び表1を参照しつつ、上記不揮
発性記憶装置における情報の書込、消去及び読出の各動
作について説明する。
Each of the memory transistors 1A, 1B, 1C,
A source line SL is commonly connected to the 1D source S. Here, with reference to FIG. 8 and Table 1, each operation of writing, erasing, and reading information in the nonvolatile storage device will be described.

【0009】[0009]

【表1】 [Table 1]

【0010】<書込(WRITE)>図8において、メ
モリセル2Aに情報の書込を行うとする。まず、情報の
書込に際し、予め全てのメモリセル2A,2B,2C,
2D内のメモリトランジスタ1A,1B,1C,1Dの
フローティングゲートFGに、エレクトロンを一括注入
して消去状態とする。そして、ソースラインSLを開放
(open)状態とすると共に、基板SUBに対して0Vを印
加しておく。メモリセル2Aが接続されているワードラ
インWL1に対して−7Vを印加し、メモリセル2Aを
選択するため、メモリセル2Aが接続されているビット
ラインBL1に対して5Vを印加する。また、非選択の
メモリセル2B,2Dが接続されているワードラインW
L2、及び非選択のメモリセル2C,2Dが接続されて
いるビットラインBL2に対して0Vをそれぞれ印加す
る。
<Write> In FIG. 8, it is assumed that information is written to memory cell 2A. First, when writing information, all memory cells 2A, 2B, 2C,
Electrons are collectively injected into the floating gates FG of the memory transistors 1A, 1B, 1C, and 1D in the 2D to be in an erased state. Then, open the source line SL
In addition to the (open) state, 0 V is applied to the substrate SUB. A voltage of -7 V is applied to the word line WL1 to which the memory cell 2A is connected, and 5 V is applied to the bit line BL1 to which the memory cell 2A is connected to select the memory cell 2A. Further, the word line W to which the unselected memory cells 2B and 2D are connected.
0 V is applied to L2 and the bit line BL2 to which the unselected memory cells 2C and 2D are connected.

【0011】そうすると、選択されたメモリセル2Aに
あっては、そのメモリトランジスタ1Aのフローティン
グゲートFGに蓄積されているエレクトロンが、FN(F
owler-Nordheim) トンネリングによりドレインD側に引
き抜かれる。その結果、メモリセル2Aは、情報の書込
状態となる。 <消去(ERASE)>情報の消去は一括して行われ
る。すなわち、全てのビットラインBL1,BL2及び
ソースラインSL、基板SUBに対して0Vをそれぞれ
印加すると共に、全てのワードラインWL1,WL2に
対して20Vを印加する。
Then, in the selected memory cell 2A, the electrons accumulated in the floating gate FG of the memory transistor 1A are converted to FN (F
owler-Nordheim) It is pulled out to the drain D side by tunneling. As a result, the memory cell 2A enters a state where information is written. <Erase (ERASE)> Information is erased collectively. That is, 0V is applied to all the bit lines BL1 and BL2, the source line SL, and the substrate SUB, and 20V is applied to all the word lines WL1 and WL2.

【0012】そうすると、全てのメモリセル2A,2
B,2C,2Dでは、メモリトランジスタ1A,1B,
1C,1DのコントロールゲートCG−基板間にFNト
ンネル電流が発生し、このFNトンネル電流によりフロ
ーティングゲートFG内にエレクトロンが注入される。
その結果、全てのメモリセル2A,2B,2C,2D
は、情報の消去状態となる。 <読出(READ)>図8において、メモリセル2Aに
記憶されている情報の読出を行うとする。まず、ソース
ラインSL及び基板SUBに対して0Vを印加してお
く。メモリセル2Aが接続されているワードラインWL
1に対して3Vを印加し、メモリセル2Aを選択するた
め、メモリセル2Aが接続されているビットラインBL
1に対して1Vを印加する。また、非選択のメモリセル
2C,2Dが接続されているワードラインWL2に対し
て0Vを印加し、非選択のメモリセル2B,2Dが接続
されているビットラインBL2を開放状態とする。
Then, all memory cells 2A, 2A
In B, 2C and 2D, the memory transistors 1A, 1B,
An FN tunnel current is generated between the control gates CG of the 1C and 1D and the substrate, and electrons are injected into the floating gate FG by the FN tunnel current.
As a result, all the memory cells 2A, 2B, 2C, 2D
Becomes an information erasing state. <Reading (READ)> In FIG. 8, it is assumed that information stored in the memory cell 2A is read. First, 0 V is applied to the source line SL and the substrate SUB. Word line WL to which memory cell 2A is connected
In order to apply 3V to 1 and select the memory cell 2A, the bit line BL to which the memory cell 2A is connected is
1V is applied to one. Also, 0V is applied to the word line WL2 to which the unselected memory cells 2C and 2D are connected, and the bit line BL2 to which the unselected memory cells 2B and 2D are connected is opened.

【0013】そうすると、メモリセル2Aにあっては、
そのメモリトランジスタ1AのフローティングゲートF
Gにエレクトロンが蓄積されていない書込状態にある
と、メモリトランジスタ1AのソースS−ドレインDが
導通し、チャネルが形成される。つまり、メモリセル2
A内に電流が流れる。一方、メモリトランジスタ1Aの
フローティングゲートFGにエレクトロンが蓄積されて
いる消去状態にあると、メモリトランジスタ1Aのソー
スS−ドレインDが導通せず、チャネルが形成されな
い。つまり、メモリセル2A内に電流が流れない。この
状態をセンシングすることにより、メモリセル2Aに記
憶されている情報の読出が達成される。
Then, in the memory cell 2A,
The floating gate F of the memory transistor 1A
In a write state where electrons are not accumulated in G, the source S-drain D of the memory transistor 1A conducts, and a channel is formed. That is, the memory cell 2
A current flows in A. On the other hand, when the memory transistor 1A is in an erased state in which electrons are accumulated in the floating gate FG, the source S-drain D of the memory transistor 1A does not conduct, and no channel is formed. That is, no current flows in the memory cell 2A. By sensing this state, reading of information stored in the memory cell 2A is achieved.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】図7及び図8に示した
不揮発性記憶装置では、情報の書換えに際し、FNトン
ネリングを用いているため、低電圧駆動が可能となり、
消費電力を低減できる。その結果、外部供給電圧3〜5
Vの単一電源で対応でき、内部昇圧回路で十分に賄える
ようになる。よって、外部の昇圧回路が不要となって、
装置が小型化する。また、1トランジスタ/1セル構造
を有し、しかも列方向に隣接するメモリトランジスタ同
士でドレイン領域を共有しているので、セル面積が縮小
し、ある程度高集積化に貢献する。
The non-volatile memory device shown in FIGS. 7 and 8 uses FN tunneling when rewriting information, so that low-voltage driving is possible.
Power consumption can be reduced. As a result, the external supply voltage 3-5
A single power supply of V can be used, and the internal booster circuit can sufficiently cover it. Therefore, an external booster circuit becomes unnecessary,
The device becomes smaller. Further, since the memory transistor has a one-transistor / one-cell structure and the drain region is shared between memory transistors adjacent in the column direction, the cell area is reduced, which contributes to a higher degree of integration.

【0015】ところで、次世代の装置に対応するために
は、さらなる高集積化が必要となっている。しかしなが
ら、上記不揮発性記憶装置では、ビットラインとドレイ
ン領域とのコンタクトをとっているため、いかに素子を
微細化したとしても、必ずコンタクトマージンを確保す
る必要がある。つまり、このコンタクトマージン分だけ
セル面積を縮小できず、次世代装置に対応できない。
By the way, in order to support a next-generation device, further higher integration is required. However, in the above-mentioned nonvolatile memory device, since the bit line and the drain region are in contact with each other, it is necessary to secure a contact margin regardless of how fine the element is. That is, the cell area cannot be reduced by the amount of the contact margin, and it is not possible to support a next-generation device.

【0016】上記に対処するため、近年では基板上で不
純物拡散層とのコンタクトをとらない、いわゆるFAC
E(Flash Array Contactless EPROM) 構造が提案されて
いる。このFACE構造では、コンタクトを必要としな
いので、次世代装置に十分に対応できるとされている。
そこで、上記不揮発性記憶装置をFACE構造とする
と、図9に示すような構成となる。図9はFACE構造
を有する不揮発性記憶装置の構成を示しており、同図
(a)はパッシベーション膜を剥がした状態を示す平面
図、同図(b)は同図(a)のII−II線断面図である。
この不揮発性記憶装置では、P型シリコン基板10の表
面層に、図9(b)(メモリセル2A,2Bのみ現れて
いる。)に示すように、行方向Xに隣接するメモリトラ
ンジスタ同士のソース領域及びドレイン領域となるN型
不純物拡散層21,22,23が、基板30上でコンタ
クトをとることなく所定の間隔をあけて形成されてい
る。
In order to cope with the above, in recent years, a so-called FAC that does not make contact with an impurity diffusion layer on a substrate is used.
An E (Flash Array Contactless EPROM) structure has been proposed. This FACE structure does not require a contact, and is said to be sufficiently compatible with next-generation devices.
Thus, if the nonvolatile storage device has a FACE structure, the configuration is as shown in FIG. 9A and 9B show a configuration of a nonvolatile memory device having a FACE structure. FIG. 9A is a plan view showing a state in which a passivation film is removed, and FIG. 9B is a plan view showing II-II in FIG. It is a line sectional view.
In this nonvolatile memory device, as shown in FIG. 9B (only the memory cells 2A and 2B appear), the source of the memory transistors adjacent to each other in the row direction X is formed on the surface layer of the P-type silicon substrate 10. N-type impurity diffusion layers 21, 22, and 23 serving as regions and drain regions are formed on the substrate 30 at predetermined intervals without making contact.

【0017】各不純物拡散層21,22,23は、図9
(a)に示すように、列方向Yに沿って延ばされてお
り、予め定める箇所で基板30の裏側からコンタクトが
とられている。つまり、図において左端の不純物拡散層
21は、列方向Yに沿って配列するメモリセル2A,2
C及び図示しないメモリセルで共有されてビットライン
BL1となっている。不純物拡散層22は、列方向Yに
沿って配列するメモリセル2A,2C及び2B,2Dで
共有されてビットラインBL2となっている。右端の不
純物拡散層23は、列方向Yに沿って配列するメモリセ
ル2B,2D及び図示しないメモリセルで共有されてビ
ットラインBL3となっている。なお、その他の構成
は、図7に示した不揮発性記憶装置と同様である。
Each of the impurity diffusion layers 21, 22, 23 is formed as shown in FIG.
As shown in (a), the contact extends from the back side of the substrate 30 at a predetermined location and extends in the column direction Y. That is, the leftmost impurity diffusion layer 21 in the figure is the memory cells 2A, 2A arranged in the column direction Y.
The bit line BL1 is shared by C and a memory cell (not shown). The impurity diffusion layer 22 is shared by the memory cells 2A, 2C and 2B, 2D arranged along the column direction Y to form a bit line BL2. The rightmost impurity diffusion layer 23 is shared by the memory cells 2B and 2D arranged along the column direction Y and a memory cell (not shown) to form a bit line BL3. The other configuration is the same as that of the nonvolatile memory device shown in FIG.

【0018】図10は上記FACE構造を有する不揮発
性記憶装置の電気的構成を示す等価回路図である。同図
を参照して、行方向Xに沿って配列するメモリトランジ
スタ1A,1BのコントロールゲートCGには、ワード
ラインWL1が接続されており、同様に、行方向Xに沿
って配列するメモリトランジスタ1C,1Dのコントロ
ールゲートCGには、ワードラインWL2が接続されて
いる。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the nonvolatile memory device having the FACE structure. Referring to FIG. 7, a word line WL1 is connected to control gates CG of memory transistors 1A and 1B arranged along row direction X. Similarly, memory transistors 1C arranged along row direction X are similarly connected. , 1D is connected to a word line WL2.

【0019】ワードラインWL1に沿って配列するメモ
リトランジスタは、隣接するメモリトランンジスタのソ
ースS−ドレインD同士が接続されてアレー状につなが
っている。同様に、ワードラインWL2に沿って配列す
るメモリトランジスタも、アレー状につながっている。
図において左端のメモリトランジスタ1AのソースS
と、図示しないメモリトランジスタのドレインとの接続
中間点、及び左端のメモリトランジスタ1CのソースS
と、図示しないメモリトランジスタのドレインとの接続
中間点には、ビットラインBL1が接続されている。メ
モリトランジスタ1AのドレインDと、メモリトランジ
スタ1BのソースSとの接続中間点、及びメモリトラン
ジスタ1CのドレインDと、メモリトランジスタ1Dの
ソースSとの接続中間点には、ビットラインBL2が接
続されている。図において右端のメモリトランジスタ1
Bのドレインと、図示しないメモリトランジスタのソー
スとの接続中間点、及び右端のメモリトランジスタ1D
のドレインDと、図示しないメモリトランジスタのソー
スとの接続中間点には、ビットラインBL3が接続され
ている。
The memory transistors arranged along the word line WL1 are connected in an array by connecting the sources S and drains D of adjacent memory transistors. Similarly, the memory transistors arranged along the word line WL2 are also connected in an array.
In the figure, the source S of the leftmost memory transistor 1A is shown.
And the connection point between the drain of the memory transistor (not shown) and the source S of the leftmost memory transistor 1C.
The bit line BL1 is connected to a connection middle point between the bit line BL1 and a drain of a memory transistor (not shown). A bit line BL2 is connected to a connection midpoint between the drain D of the memory transistor 1A and the source S of the memory transistor 1B and a connection midpoint between the drain D of the memory transistor 1C and the source S of the memory transistor 1D. I have. In the figure, the rightmost memory transistor 1
B, the middle point of connection between the drain of B and the source of a memory transistor (not shown), and the rightmost memory transistor 1D
A bit line BL3 is connected to a connection midpoint between the drain D of the memory cell and the source of a memory transistor (not shown).

【0020】しかしながら、上記不揮発性記憶装置で
は、表1に示す駆動方法で情報の書込を行うと、書込選
択性がなくなり、選択メモリセルとワードラインを共有
している非選択メモリセルに書込ディスターブが発生す
る。すなわち、図10に示すように、例えば情報の書込
時にメモリセル2Aを選択した場合には、ワードライン
WL1に対して−7Vが、ビットラインBL1,BL3
に対して0Vが、ビットラインBL2に対して5Vがそ
れぞれ印加されることになる。そのため、非選択のメモ
リセル2Bも、選択されたメモリセル2Aと同様の電圧
条件で印加される。したがって、メモリセル2B内のメ
モリトランジスタ1BのフローティングゲートFGに蓄
積されているエレクトロンが、FNトンネリングにより
ソースS側に引き抜かれる。その結果、非選択のメモリ
セル2B内に、誤って情報の書込が行われてしまう。
However, in the above-mentioned nonvolatile memory device, when information is written by the driving method shown in Table 1, the write selectivity is lost, and the non-selected memory cell sharing the word line with the selected memory cell is lost. Write disturb occurs. That is, as shown in FIG. 10, for example, when the memory cell 2A is selected at the time of writing information, −7 V is applied to the word line WL1 and the bit lines BL1 and BL3 are applied.
0V and 5V to the bit line BL2. Therefore, the unselected memory cell 2B is applied under the same voltage condition as the selected memory cell 2A. Therefore, the electrons accumulated in the floating gate FG of the memory transistor 1B in the memory cell 2B are extracted to the source S side by FN tunneling. As a result, information is erroneously written into the unselected memory cell 2B.

【0021】本発明は、上記に鑑み、情報の書込時のデ
ィスターブの発生を防止して書込選択性を確保しつつ、
セル面積を縮小できる不揮発性記憶装置の提供を目的と
する。
In view of the above, the present invention prevents the occurrence of disturb at the time of writing information and secures the write selectivity.
It is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory device capable of reducing a cell area.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための、本発明による不揮発性記憶装置は、予め定
める第1の導電型式をした半導体基板上に、電荷を注入
したり、取り出したりすることで情報の記憶を行う、メ
モリトランジスタからなる複数のメモリセルが、行方向
及び列方向に沿ってマトリクス状に配列形成されている
ものであって、上記半導体基板の表面層に、所定の間隔
をあけて列方向に沿って形成され、行方向に隣接するメ
モリトランジスタ同士のソース領域及びドレイン領域と
なり、かつ列方向に沿って配列するメモリセルで共有さ
れたビットラインとなっている、上記第1の導電型式と
は反対の第2の導電型式をした複数の不純物拡散層と、
上記隣合う不純物拡散層で挟まれるように生じる各チャ
ネル領域上に、ソース領域と所定のオフセット間隔をあ
けて形成され、チャネル領域で発生した電荷を通過させ
得るトンネル絶縁膜と、上記各トンネル絶縁膜上に形成
され、トンネル絶縁膜を通過してきた電荷を蓄積する電
荷蓄積層と、上記各電荷蓄積層上に形成されたコントロ
ールゲートと、上記各チャネル領域の残りの領域上に、
チャネル領域、並びに電荷蓄積層及びコントロールゲー
トと絶縁状態で形成されたサイドウォールゲートと、上
記各サイドウォールゲート及びコントロールゲート上
に、行方向に沿って形成され、かつ行方向に沿って配列
するメモリセルで共有されており、行方向に隣接するメ
モリトランジスタのコントロールゲート及びサイドウォ
ールゲートに所定の制御電圧が印加できるようになって
いるワードラインと、情報の消去時に、全てのワードラ
インに対して基板と同一極性の高電圧を印加すると共
に、全てのビットラインを接地電位として、全てのメモ
リセル内のメモリトランジスタのコントロールゲート−
基板間にFNトンネル電流を発生させ、このFNトンネ
ル電流により電荷蓄積層に電荷を一括注入する消去手段
と、情報の書込時に、情報の書込を行うメモリセルが接
続されているワードラインに対して、メモリトランジス
タのサイドウォールゲート直下の基板表面を反転さ せず
にオフセット領域を形成し得る、不純物拡散層と同一極
性の高電圧を印加し、情報の書込を行うメモリセルを選
択するため、当該メモリセル内のメモリトランジスタの
ドレイン領域が接続されているビットラインに対して書
込電圧を印加すると共に、その他のワードライン及びビ
ットラインを接地電位として、FNトンネリングによ
り、選択されたメモリセル内のメモリトランジスタの電
荷蓄積層に蓄積されている電荷をドレイン領域側に引き
抜く書込手段と、情報の読出時に、情報の読出を行うメ
モリセルが接続されているワードラインに対して、メモ
リトランジスタのサイドウォールゲート直下の基板表面
が反転し得るセンス電圧を印加し、情報の読出を行うメ
モリセルを選択するため、当該メモリセル内のメモリト
ランジスタのソース領域が接続されているビットライン
を接地電位とすると共に、ドレイン領域が接続されてい
るビットラインに対してセル電流が発生し得る読出電圧
を印加しておき、その他のワードラインを接地電位と
し、その他のビットラインを開放状態とする読出手段と
を備えていることを特徴とする
In order to achieve the above object, a nonvolatile memory device according to the present invention provides a nonvolatile memory device for injecting and extracting electric charges onto and from a semiconductor substrate of a predetermined first conductivity type. A plurality of memory cells composed of memory transistors are arranged in a matrix along a row direction and a column direction, and a predetermined number of memory cells are formed on a surface layer of the semiconductor substrate. The source line and the drain region of the memory transistors adjacent to each other in the row direction are formed along the column direction at intervals, and are the bit lines shared by the memory cells arranged in the column direction. A plurality of impurity diffusion layers having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A tunnel insulating film formed at a predetermined offset distance from the source region on each of the channel regions generated so as to be sandwiched between the adjacent impurity diffusion layers and capable of passing charges generated in the channel region; A charge accumulation layer formed on the film and accumulating electric charges passing through the tunnel insulating film; and a control layer formed on each of the charge accumulation layers.
And Lumpur gate, on the remaining region of the channel regions,
A channel region, a sidewall gate formed in an insulated state from the charge storage layer and the control gate, and a sidewall direction formed on each of the sidewall gates and the control gate, and formed in the row direction. A word line that is shared by memory cells arranged along the memory cell, and a predetermined control voltage can be applied to a control gate and a side wall gate of a memory transistor adjacent in the row direction . Wardra
When a high voltage with the same polarity as the substrate is applied to
In addition, all bit lines are set to ground potential and all
Control gate of memory transistor in recell
An FN tunnel current is generated between the substrates, and the FN tunnel current is generated.
Erasing means for collectively injecting charges into the charge storage layer by using a charge current
At the time of writing information,
The memory transistor is connected to the connected word line.
Without inverting the substrate surface directly below the sidewall gate
The same pole as the impurity diffusion layer, which can form an offset region
Memory cells to which information is to be written by applying
To select the memory transistor in the memory cell.
Write to the bit line to which the drain region is connected.
Voltage, and other word lines and vias.
The FN tunneling with the
Power of the memory transistor in the selected memory cell.
The charge accumulated in the load accumulation layer is drawn to the drain region side.
Writing means for extracting the information and a means for reading the information when reading the information.
Note the word line to which the memory cell is connected.
Substrate surface just below the re-transistor sidewall gate
A sense voltage that can invert the
To select a memory cell, the memory
The bit line to which the source region of the transistor is connected
To the ground potential and the drain region is connected.
Voltage at which cell current can be generated for each bit line
And the other word lines are connected to the ground potential.
And read means for opening other bit lines.
It is characterized by having .

【0023】上記構成において、基板上で不純物拡散層
とのコンタクトをとらない、いわゆるFACE構造を有
しているため、コンタクトマージンを確保する必要がな
く、しかも1トランジスタ/1セル構造を有しているの
で、セル面積を大幅に縮小することができる
In the above configuration, since a so-called FACE structure in which a contact with the impurity diffusion layer is not formed on the substrate is provided, there is no need to secure a contact margin, and a one-transistor / one-cell structure is provided. Therefore, the cell area can be significantly reduced .

【0024】情報の書込に際して、予め全てのメモリセ
ル内のメモリトランジスタの電荷蓄積層に、電荷を一括
注入して消去状態としておく。各メモリトランジスタ
は、ソース領域に対してオフセット配置された電荷蓄積
層及びコントロールゲートと、オフセット領域上に配置
されたサイドウォールゲートとに分割されており、両ゲ
ートに対して所定の制御電圧が印加されるようになって
いる。そのため、情報の書込時には、書込手段により、
選択されたメモリセル内のメモリトランジスタ、及び選
択メモリセルとワードラインを共有している非選択メモ
リセル内のメモリトランジスタの各コントロールゲート
及びサイドウォールゲートには、不純物拡散層と同一極
性の高電圧が印加されることになる。それによって、各
サイドウォールゲート直下の基板の表面は、反転せず、
オフセット領域が形成される。
[0024] In writing information, the charge storage layer of the memory transistors in advance all the memory cells, keep the erased state collectively injecting charges. Each memory transistor is divided into a charge storage layer and a control gate offset with respect to the source region, and a sidewall gate disposed on the offset region, and a predetermined control voltage is applied to both gates. It is supposed to be. Therefore, when writing information, the writing means
A high voltage of the same polarity as the impurity diffusion layer is applied to each control gate and sidewall gate of the memory transistor in the selected memory cell and the memory transistor in the non-selected memory cell sharing the word line with the selected memory cell. Is applied. As a result, the surface of the substrate immediately below each sidewall gate is not inverted,
An offset area is formed.

【0025】このとき、選択メモリセル内のメモリトラ
ンジスタでは、FNトンネリングにより電荷蓄積層内の
電荷がドレイン領域側に引き抜かれる。その結果、選択
メモリトランジスタは、電荷蓄積層内に電荷が蓄積され
ていない書込状態となる。一方、選択メモリセルとワー
ドラインを共有している非選択メモリセルでは、書込電
圧が印加されているものの、非選択メモリトランジスタ
のソース領域側にはオフセット領域が形成されているた
め、電荷蓄積層−ソース領域間でFNトンネル機構が働
かない。その結果、電荷蓄積層内に電荷が蓄積されたま
まとなり、消去状態を保つ。つまり、非選択メモリセル
に書込ディスターブが発生せず、誤って情報が書込まれ
ることはない。
At this time, in the memory transistor in the selected memory cell, the charge in the charge storage layer is drawn out to the drain region side by FN tunneling. As a result, the selected memory transistor enters a write state in which no charge is stored in the charge storage layer. On the other hand, in a non-selected memory cell that shares a word line with a selected memory cell, although a write voltage is applied, an offset region is formed on the source region side of the non-selected memory transistor, so that charge storage is performed. The FN tunnel mechanism does not work between the layer and the source region. As a result, the charge remains stored in the charge storage layer, and the erased state is maintained. That is, no write disturbance occurs in the non-selected memory cells, and no information is erroneously written.

【0026】情報の消去時には、消去手段により、全て
のメモリトランジスタのコントロールゲートには不純物
拡散層と同一極性の高電圧がかけられる結果、コントロ
ールゲート−基板間にFNトンネル電流が発生する。こ
れに伴って、電荷蓄積層内に電荷が全体的に注入され
る。その結果、全てのメモリトランジスタは、電荷蓄積
層内に電荷が蓄積されている消去状態となる。このよう
に、FNトンネル電流により電荷蓄積層内に電荷を全体
的に注入させることで、情報の消去を行っているため、
トンネル絶縁膜の劣化を防止でき、書換回数が増加する
と共に、書換速度も速くなる。
[0026] At the time of erasing the information, the erasing means, the control gates of all memory transistors is applied a high voltage of the same polarity and the impurity diffusion layers result, control
Lumpur gate - FN tunneling current is generated between the substrates. Along with this, the charges are entirely injected into the charge storage layer. As a result, all the memory transistors enter an erased state in which charges are stored in the charge storage layer. As described above, since information is erased by injecting charges entirely into the charge storage layer by the FN tunnel current,
The deterioration of the tunnel insulating film can be prevented, the number of times of rewriting increases, and the rewriting speed increases.

【0027】情報の読出時には、選択メモリセル、及び
選択メモリセルとワードラインを共有している非選択メ
モリセル内のメモリトランジスタの各コントロールゲー
ト及びサイドウォールゲートには、センス電圧が印加さ
れる。そのため、各サイドウォールゲート直下の基板の
表面は、反転し、反転層が生じる。このとき、選択メモ
リセル内のメモリトランジスタでは、電荷蓄積層に電荷
が蓄積されていない書込状態にあれば、コントロール
ートに印加されているセンス電圧の影響が電荷蓄積層直
下の基板表面まで到達する。そのため、電荷蓄積層直下
の基板表面が反転し、基板表面に電荷が誘起される。こ
れに伴い、誘起された電荷と反転層とが接続する。その
結果、ソース領域−ドレイン領域間が導通し、チャネル
が形成される。つまり、選択メモリセルに電流が流れ
る。一方、非選択メモリトランジスタの電荷蓄積層に電
荷が蓄積されている消去状態であれば、コントロール
ートに印加されるセンス電圧の影響が電荷蓄積層内に蓄
積されている電荷により遮断され、電荷蓄積層直下の基
板表面まで到達しない。その結果、ソース領域−ドレイ
ン領域間が導通せず、チャネルが形成されない。つま
り、非選択メモリセルに電流が流れない。このように、
オフセット領域の反転を利用して情報の読出を行えるの
で、読出速度は速くなる。
At the time of reading information, a sense voltage is applied to each control gate and sidewall gate of a selected memory cell and a memory transistor in an unselected memory cell sharing a word line with the selected memory cell. Is applied. Therefore, the surface of the substrate immediately below each sidewall gate is inverted, and an inversion layer is generated. At this time, if the memory transistor in the selected memory cell is in a write state in which no charge is stored in the charge storage layer, the influence of the sense voltage applied to the control gate will affect the charge storage layer. It reaches the substrate surface immediately below. Therefore, the surface of the substrate immediately below the charge storage layer is inverted, and charges are induced on the surface of the substrate. Accordingly, the induced charges are connected to the inversion layer. As a result, conduction is established between the source region and the drain region, and a channel is formed. That is, current flows through the selected memory cell. On the other hand, in the erase state where the charge is stored in the charge storage layer of the non-selected memory transistor, the influence of the sense voltage applied to the control gate affects the charge stored in the charge storage layer. And does not reach the substrate surface immediately below the charge storage layer. As a result, no conduction is made between the source region and the drain region, and no channel is formed. That is, no current flows through the unselected memory cells. in this way,
Since the information can be read using the inversion of the offset area, the reading speed is increased.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図6に
基づき詳述する。図1は本発明の一実施例に係る不揮発
性記憶装置の構成を示しており、同図(a)はパッシベ
ーション膜を剥した状態を示す平面図、同図(b)は同
図(a)のIV−IV線断面図である。同図を参照しつつ、
本実施例に係る不揮発性記憶装置の構成について説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 1A and 1B show a configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view showing a state in which a passivation film is removed, and FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. Referring to FIG.
The configuration of the nonvolatile memory device according to the present embodiment will be described.

【0029】本実施例の不揮発性記憶装置は、図1
(a)に示すように、P型シリコン基板30上に、メモ
リトランジスタ10A,10B,10C,10D,10
E,10Fのみからなるメモリセル20A,20B,2
0C,20D,20E,20Fが、行方向X及び列方向
Yに沿って配列形成されている。シリコン基板30の表
面層には、図1(b)(メモリセル20A,20B,2
0Cのみ現れている。)に示すように、行方向Xに隣接
するメモリトランジスタ同士のソース領域及びドレイン
領域となるN型不純物拡散層31,32が、所定の間隔
をあけて形成されている。不純物拡散層31,32は、
+ 層31a,32aと、N+ 層31a,32aを囲む
- 層31b,32bとからなる、いわゆる二重拡散構
造を有している。また、図において左側の不純物拡散層
31は、図1(a)に示すように、列方向Yに沿って延
ばされており、列方向Yに沿って配列するメモリセル2
0A,20D及び20B,20Eで共有されたビットラ
インBL1となっている。同様に、右側の不純物拡散層
32も列方向Yに沿って延ばされており、列方向Yに沿
って配列するメモリセル20B,20E及び20C,2
0Fで共有されたビットラインBL2となっている。
The nonvolatile memory device according to the present embodiment has the structure shown in FIG.
As shown in (a), memory transistors 10A, 10B, 10C, 10D, 10
E, 10F, memory cells 20A, 20B, 2
0C, 20D, 20E, and 20F are arranged along the row direction X and the column direction Y. 1B (memory cells 20A, 20B, 2)
Only 0C appears. As shown in (), N-type impurity diffusion layers 31 and 32 serving as source and drain regions of memory transistors adjacent to each other in the row direction X are formed at predetermined intervals. The impurity diffusion layers 31 and 32
N + layer 31a, and 32a, the N + layer 31a, surrounding the 32a N - layer 31b, consisting of 32b, has a so-called double diffusion structure. 1A, the impurity diffusion layer 31 on the left side extends in the column direction Y as shown in FIG. 1A, and the memory cells 2 arranged in the column direction Y.
The bit line BL1 is shared by 0A and 20D and 20B and 20E. Similarly, the right impurity diffusion layer 32 also extends along the column direction Y, and the memory cells 20B, 20E and 20C, 2C arranged along the column direction Y.
The bit line BL2 is shared by 0F.

【0030】不純物拡散層31,32で挟まれるように
生じる各チャネル領域33上には、図1(b)に示すよ
うに、ソース領域と所定のオフセット間隔をあけてトン
ネル酸化膜34が形成されている。トンネル酸化膜34
は、チャネル領域33で発生した電荷をトンネルさせる
ものである。それゆえ、トンネル酸化膜33は、SiO
2 からなり、その膜厚は、電荷をトンネルさせ得るよ
う、例えば100Å程度に極めて薄く設定されている。
As shown in FIG. 1B, a tunnel oxide film 34 is formed on each of the channel regions 33 formed between the impurity diffusion layers 31 and 32 at a predetermined offset distance from the source region. ing. Tunnel oxide film 34
Is for tunneling charges generated in the channel region 33. Therefore, the tunnel oxide film 33 is made of SiO
Consists of two and has a thickness, as capable of tunneling the charge, for example, is extremely thin set to about 100 Å.

【0031】各トンネル酸化膜34上には、フローティ
ングゲート35が形成されている。フローティングゲー
ト35は、トンネル酸化膜34をトンネルしてきた電荷
を蓄積するものであって、例えばAs、P等を高濃度に
ドープして低抵抗化したポリシリコンからなる。また、
各フローティングゲート35は、図1(a)に示すよう
に、島状に配置されている。
On each tunnel oxide film 34, a floating gate 35 is formed. The floating gate 35 stores charges tunneling through the tunnel oxide film 34 and is made of, for example, polysilicon having a low resistance by doping As, P or the like at a high concentration. Also,
Each floating gate 35 is arranged in an island shape as shown in FIG.

【0032】各フローティングゲート35上には、図1
(b)に示すように、ONO膜36が形成されている。
ONO膜36は、電荷をフローティングゲート35内に
長時間閉じ込めておくためのものであって、Si34
を上下からSiO2 膜でサンドイッチした構造を有して
いる。最下層のSiO2膜の膜厚は120Å程度に、S
34膜の膜厚は200Å程度に、最上層のSiO2
の膜厚は50Å程度にそれぞれ設定されている。
On each floating gate 35, FIG.
As shown in (b), an ONO film 36 is formed.
The ONO film 36 is for keeping electric charges in the floating gate 35 for a long time, and has a structure in which a Si 3 N 4 film is sandwiched between SiO 2 films from above and below. The lowermost SiO 2 film has a thickness of about 120 °
The thickness of the i 3 N 4 film is set to about 200 °, and the thickness of the uppermost SiO 2 film is set to about 50 °.

【0033】ONO膜36上には、コントロールゲート
37が形成されている。各コントロールゲート37は、
例えばAs、P等を高濃度にドープして低抵抗化したポ
リシリコンからなり、図1(a)に示すように、島状に
配置されている。各チャネル領域33の残りの領域上に
は、図1(b)に示すように、チャネル領域33、並び
にフローティングゲート35、ONO膜36及びコント
ロールゲート37と絶縁状態でサイドウォールゲート3
8が形成されている。サイドウォールゲート38は、例
えばAs、P等を高濃度にドープして低抵抗化したポリ
シリコンからなり、図1(a)に示すように、島状に配
置されている。
On the ONO film 36, a control gate 37 is formed. Each control gate 37
For example, it is made of polysilicon whose resistance is reduced by doping As, P or the like at a high concentration, and is arranged in an island shape as shown in FIG. On the remaining region of each channel region 33, as shown in FIG. 1B, the side wall gate 3 is insulated from the channel region 33, the floating gate 35, the ONO film 36, and the control gate 37.
8 are formed. The side wall gate 38 is made of, for example, polysilicon having a low resistance by doping As, P or the like at a high concentration, and is arranged in an island shape as shown in FIG.

【0034】各メモリトランジスタ10A,10B,1
0C,10D,10E,10F間には、図1(b)に示
すように、各コントロールゲート37及びサイドウォー
ルゲート38の上面を露出させた状態で層間絶縁膜39
が充たされている。それゆえ、各フローティングゲート
35は、絶縁膜で囲まれ、外部と接続がとられていな
い。層間絶縁膜39は、PドープのSiO2 であるPS
G(phosho-silicate-glass) 中にBを混入したBPSG
(boron-phosho-silicate-glass)等からなる。
Each memory transistor 10A, 10B, 1
As shown in FIG. 1 (b), the interlayer insulating film 39 is exposed between the control gates 37C and the sidewalls 38 while the upper surfaces of the control gates 37 and the sidewall gates 38 are exposed.
Is filled. Therefore, each floating gate 35 is surrounded by the insulating film and is not connected to the outside. The interlayer insulating film 39 is made of PS doped with P-doped SiO 2.
BPSG with B mixed in G (phosho-silicate-glass)
( boron- phosho-silicate-glass).

【0035】メモリトランジスタ10A,10B,10
Cのコントロールゲート37及びサイドウォールゲート
38上には、ワードラインWL1が形成されている。ワ
ードラインWL1は、行方向Xに沿って延ばされてお
り、行方向Xに配列するメモリセル20A,20B,2
0Cで共有されている。同様に、メモリトランジスタ1
0D,10E,10Fのコントロールゲート37及びサ
イドウォールゲート38上には、図1(a)に示すよう
に、ワードラインWL2が行方向Xに沿って延ばされて
形成されており、行方向Xに配列するメモリセル20
D,20E,20Fで共有されている。ワードラインW
L1,WL2は、例えばタングステンポリサイド等の配
線材料でできている。つまり、各メモリトランジスタ1
0A,10B,10C,10D,10E,10Fのゲー
トは、ソース領域に対してオフセット配置されたフロー
ティングゲート35及びコントロールゲート37と、オ
フセット領域上に配置されたサイドウォールゲート38
とに分割されており、情報の書込、消去及び読出の際
に、両ゲート37,38に対して所定のコントロール電
圧が印加されるようになっている。
Memory transistors 10A, 10B, 10
A word line WL1 is formed on the C control gate 37 and the sidewall gate 38. The word line WL1 extends in the row direction X, and the memory cells 20A, 20B, 2 arranged in the row direction X.
Shared by 0C. Similarly, memory transistor 1
As shown in FIG. 1A, a word line WL2 is formed extending along the row direction X on the control gate 37 and the side wall gate 38 of 0D, 10E, and 10F. Memory cells 20 arranged in
D, 20E, and 20F. Word line W
L1 and WL2 are made of a wiring material such as tungsten polycide. That is, each memory transistor 1
The gates 0A, 10B, 10C, 10D, 10E, and 10F are composed of a floating gate 35 and a control gate 37 arranged offset from the source region, and a sidewall gate 38 arranged on the offset region.
When writing, erasing and reading information, a predetermined control voltage is applied to both gates 37 and 38.

【0036】なお、図中×印は基板30での表面リーク
電流を抑制するために打ち込まれたチャネルストップイ
オンを示している。このように、上記不揮発性記憶装置
は、基板30上で不純物拡散層31,32とのコンタク
トをとらない、いわゆるFACE構造を有しているた
め、コンタクトマージンを確保する必要がなく、しかも
1トランジスタ/1セル構造を有しているため、セル面
積を大幅に縮小することができる。
Note that, in the figure, the crosses indicate channel stop ions implanted to suppress surface leakage current in the substrate 30. As described above, since the nonvolatile memory device has a so-called FACE structure in which no contact is made with the impurity diffusion layers 31 and 32 on the substrate 30, it is not necessary to secure a contact margin, and one transistor is required. Since it has a / 1 cell structure, the cell area can be significantly reduced.

【0037】図2は不揮発性記憶装置の製造方法を工程
順に示す概略断面図であって、説明の便宜上、1つのメ
モリセルのみを示している。同図を参照しつつ、上記不
揮発性記憶装置の製造方法について説明する。まず、ト
ンネル酸化膜、フローティングゲート、ONO膜及びコ
ントロールゲートを形成する。すなわち、図2(a)に
示すように、P型シリコン基板20を熱酸化し、全面に
SiO2 膜を成長させトンネル酸化膜34を形成する。
続いて、LPCVD(low pressure chemical vapor dep
osition)法により、トンネル酸化膜34上に一層目のポ
リシリコン膜40を堆積をする。さらに、ポリシリコン
膜40上にONO膜36を積層する。続けて、LPCV
D法によりONO膜36上に二層目のポリシリコン膜4
1を堆積する。次に、二層目のポリシリコン膜41上
に、レジストを島状に形成した後、このレジストをマス
クとして、レジストからはみ出た部分のポリシリコン膜
41、ONO膜36及びポリシリコン膜40をエッチン
グする。これにより、図2(b)に示すように、フロー
ティングゲート35及びコントロールゲート37が島状
に形成される。フローティングゲート35及びコントロ
ールゲート37を形成した後、例えばB+ 等のチャネル
ストップイオンを注入する。なお、マスクとして使用し
レジストは用済みとなるので取り除く。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a method of manufacturing the nonvolatile memory device in the order of steps, and shows only one memory cell for convenience of explanation. The method for manufacturing the nonvolatile memory device will be described with reference to FIG. First, a tunnel oxide film, a floating gate, an ONO film, and a control gate are formed. That is, as shown in FIG. 2A, the tunnel oxide film 34 is formed by thermally oxidizing the P-type silicon substrate 20 and growing an SiO 2 film on the entire surface.
Subsequently, LPCVD (low pressure chemical vapor dep
The first polysilicon film 40 is deposited on the tunnel oxide film 34 by the osition method. Further, an ONO film 36 is stacked on the polysilicon film 40. Next, LPCV
Second polysilicon film 4 on ONO film 36 by D method
1 is deposited. Then, on the polysilicon film 41 of the second layer, after forming a resist on the island, this resist as a mask, a portion of the polysilicon film 41, ONO film 36及beauty Po Rishirikon film 40 protruding from the resist Etch. Thereby, as shown in FIG. 2B, the floating gate 35 and the control gate 37 are formed in an island shape. After the formation of the floating gate 35 and the control gate 37, channel stop ions such as B + are implanted. Note that the resist used as the mask is used up and is removed.

【0038】上記ゲート形成工程が終了すると、サイド
ウォールゲートを形成する。すなわち、図2(c)に示
すように、シリコン基板30を熱酸化し、全面にSiO
2 膜42を成長させる。続けて、LPCVD法により、
全面にサイドウォールゲート形成用のポリシリコン膜を
堆積した後、コントロールゲート37上のSiO2 膜5
2が露出するまでサイドウォールゲート形成用のポリシ
リコン膜をエッチバックし、フローティングゲート3
5、ONO膜36及びコントロールゲート37の両側に
一対のサイドウォールを形成する。その後、一方のサイ
ドウォールを異方性エッチングする。この段階で残存し
たサイドウォールが、図2(d)に示すように、サイド
ウォールゲート38となる。
When the gate forming step is completed, a sidewall gate is formed. That is, as shown in FIG. 2C, the silicon substrate 30 is thermally oxidized and SiO
2 The film 42 is grown. Then, by LPCVD method,
After a polysilicon film for forming a sidewall gate is deposited on the entire surface, the SiO 2 film 5 on the control gate 37 is formed.
The polysilicon film for forming the sidewall gate is etched back until the floating gate 3 is exposed.
5. A pair of sidewalls are formed on both sides of the ONO film 36 and the control gate 37. Thereafter, one sidewall is anisotropically etched. The sidewall remaining at this stage becomes a sidewall gate 38 as shown in FIG.

【0039】上記サイドウォールゲート形成工程が終了
すると、不純物拡散層を形成する。まず、図2(d)に
示すように、コントロールゲート37、ONO膜36及
びフローティングゲート35をマスクとして、P+ を高
エネルギーをもってインプラする。続いて、コントロー
ルゲート37、ONO膜36及びフローティングゲート
35をマスクとして、As+ を低エネルギーをもってイ
ンプラする。その後、所定時間アニールする。そうする
と、N+ 層31a,32a及びN- 層31b,32bか
らなる不純物拡散層31,32が、自己整合的に列方向
に沿って形成される。
When the sidewall gate forming step is completed, an impurity diffusion layer is formed. First, as shown in FIG. 2D, P + is implanted with high energy using the control gate 37, the ONO film 36, and the floating gate 35 as a mask. Subsequently, As + is implanted with low energy using the control gate 37, the ONO film 36, and the floating gate 35 as a mask. Thereafter, annealing is performed for a predetermined time. Then, impurity diffusion layers 31 and 32 composed of N + layers 31a and 32a and N layers 31b and 32b are formed along the column direction in a self-aligned manner.

【0040】上記不純物拡散層形成工程が終了すると、
層間絶縁膜の形成及びメタライゼーションを行う。すな
わち、図2(e)に示すように、CVD(chemical vapo
r deposition) 法により、全面にBPSGを堆積した
後、コントロールゲート37及びサイドウォールゲート
38の上面が露出するまでBPSGをエッチバックして
層間絶縁膜39を形成する。その後、PVD(physical
vapor deposition) 法により、全面にタングステンポリ
サイドを堆積し、マスク合わせ及びRIEを用いてタン
グステンポリサイドを行方向に沿ってストライプ状にパ
ーニングする。その結果、図2(f)に示すように、
ワードラインWL1,WL2が行方向に沿って形成され
る。
When the impurity diffusion layer forming step is completed,
The formation of an interlayer insulating film and metallization are performed. That is, as shown in FIG.
After the BPSG is deposited on the entire surface by the (r deposition) method, the BPSG is etched back until the upper surfaces of the control gate 37 and the sidewall gate 38 are exposed to form an interlayer insulating film 39. After that, PVD (physical
The vapor deposition) method, is deposited on the entire surface of the tungsten polycide, Pas <br/> to te two ring in stripes along the tungsten polycide in the row direction using a mask alignment and RIE. As a result, as shown in FIG.
Word lines WL1 and WL2 are formed along the row direction.

【0041】上記層間絶縁膜形成工程及びメタライゼー
ションが終了すると、パッシベーション膜を形成する。
すなわち、図2(f)に示すように、CVD法により、
全面にSi34 等の絶縁物質を堆積して、パッシベー
ション膜43を形成する。このとき、不純物拡散層3
1,32のとこどころ(例えば、32ビットおき)
に、Al等を埋め込んでコンタクトを裏打ちし、ボンデ
ィングワイヤーで接続する。
When the interlayer insulating film forming step and the metallization are completed, a passivation film is formed.
That is, as shown in FIG.
An insulating material such as Si 3 N 4 is deposited on the entire surface to form a passivation film 43. At this time, the impurity diffusion layer 3
1,32 Toko filtrate far from the (e.g., 32-bit intervals)
Then, the contact is backed by embedding Al or the like, and connected by a bonding wire.

【0042】図3は不揮発性記憶装置の電気的構成を示
す等価回路図である。同図を参照して、行方向Xに沿っ
て配列するメモリトランジスタ10A,10Bのコント
ロールゲートCG及びサイドウォールゲートSGには、
ワードラインWL1が接続されており、同様に、行方向
Xに沿って配列するメモリトランジスタ10C,10D
のコントロールゲートCG及びサイドウォールゲートS
Gには、ワードラインWL2が接続されている。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the nonvolatile memory device. Referring to FIG. 5, the control gate CG and the side wall gate SG of the memory transistors 10A and 10B arranged along the row direction X include:
The word line WL1 is connected, and similarly, the memory transistors 10C and 10D arranged along the row direction X
Control gate CG and sidewall gate S
The word line WL2 is connected to G.

【0043】ワードラインWL1に沿って配列するメモ
リトランジスタは、隣接するメモリトランンジスタのソ
ースS−ドレインD同士が接続されてアレー状につなが
っている。同様に、ワードラインWL2に沿って配列す
るメモリトランジスタも、アレー状につながっている。
図において左端のメモリトランジスタ10AのソースS
と、図示しないメモリトランジスタのドレインとの接続
中間点、及び左端のメモリトランジスタ10Cのソース
Sと、図示しないメモリトランジスタのドレインとの接
続中間点には、ビットラインBL1が接続されている。
メモリトランジスタ10AのドレインDと、メモリトラ
ンジスタ10BのソースSとの接続中間点、及びメモリ
トランジスタ10CのドレインDと、メモリトランジス
タ10DのソースSとの接続中間点には、ビットライン
BL2が接続されている。右端のメモリトランジスタ1
0Bのドレインと、図示しないメモリトランジスタのソ
ースとの接続中間点、及び右端のメモリトランジスタ1
0DのドレインDと、図示しないメモリトランジスタの
ソースとの接続中間点には、ビットラインBL3が接続
されている。
The memory transistors arranged along the word line WL1 are connected in the form of an array by connecting the sources S and drains D of adjacent memory transistors. Similarly, the memory transistors arranged along the word line WL2 are also connected in an array.
In the figure, the source S of the leftmost memory transistor 10A is shown.
A bit line BL1 is connected to a connection middle point between the memory transistor and the drain of the memory transistor (not shown) and the source S of the leftmost memory transistor 10C and a drain of the memory transistor (not shown).
A bit line BL2 is connected to a connection midpoint between the drain D of the memory transistor 10A and the source S of the memory transistor 10B and a connection midpoint between the drain D of the memory transistor 10C and the source S of the memory transistor 10D. I have. Rightmost memory transistor 1
0B and the middle point of connection between the drain of the memory transistor (not shown) and the rightmost memory transistor 1
A bit line BL3 is connected to a connection midpoint between the drain D of 0D and the source of a memory transistor (not shown).

【0044】ワードラインWL1,WL2の一端(図に
おいて左側)には、X(正)デコーダ51が接続されて
おり、他端にはX(負)デコーダ52が接続されてい
る。Xデコーダ51,52は、情報の書込、消去及び読
出の際に、ワードラインWL1,WL2に所定の電圧を
印加するものである。X(正)デコーダ51には、正電
圧昇圧回路53が接続されており、X(負)デコーダ5
2には、負電圧昇圧回路54が接続されている。
An X (positive) decoder 51 is connected to one end (left side in the figure) of the word lines WL1 and WL2, and an X (negative) decoder 52 is connected to the other end. The X decoders 51 and 52 apply a predetermined voltage to the word lines WL1 and WL2 when writing, erasing and reading information. A positive voltage boosting circuit 53 is connected to the X (positive) decoder 51, and the X (negative) decoder 5
2, a negative voltage boosting circuit 54 is connected.

【0045】ビットラインBL1,BL2,BL3
は、Yデコーダ60が接続されている。Yデコーダ60
は、情報の書込、消去及び読出の際に、ビットラインB
L1,BL2,BL3に対して所定の電圧を印加するも
のである。Yデコーダ60の一端には、電圧発生器61
が接続されており、他端にはセンスアンプ(SA)62
が接続されている。
A Y decoder 60 is connected to the bit lines BL1, BL2 , BL3 . Y decoder 60
Indicates the bit line B when writing, erasing and reading information.
A predetermined voltage is applied to L1, BL2 and BL3 . A voltage generator 61 is provided at one end of the Y decoder 60.
Is connected, and the other end is connected to a sense amplifier (SA) 62.
Is connected.

【0046】X(正)デコーダ51、X(負)デコーダ
52、正電圧昇圧回路53、負電圧昇圧回路54及びY
デコーダ60は、制御回路70から制御信号が与えら
れ、この制御信号により制御される。ここで、図3及び
表1を参照しつつ、上記不揮発性記憶装置における情報
の書込、消去及び読出の各動作について説明する。
X (positive) decoder 51, X (negative) decoder 52, positive voltage booster 53, negative voltage booster 54 and Y
The decoder 60 receives a control signal from the control circuit 70 and is controlled by the control signal. Here, with reference to FIG. 3 and Table 1, each operation of writing, erasing, and reading information in the nonvolatile storage device will be described.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】<書込(WRITE)> 図3において、メモリセル20Aに情報の書込を行うと
する。まず、情報の書込に際し、予め全てのメモリセル
20A,20B,20C,20D内のメモリトランジス
タ10A,10B,10C,10Dのフローティングゲ
ートFGに、エレクトロンを一括注入して消去状態とす
る。そして、X(負)デコーダ52及び負電圧昇圧回路
54により、メモリセル20Aが接続されているワード
ラインWL1に対して−7Vを印加する。メモリセル2
0Aを選択するため、Yデコーダ60により、メモリセ
ル20A内のメモリトランジスタ10AのソースSが接
続されているビットラインBL1に対して0Vを、ドレ
インDが接続されているビットラインBL2に対して5
Vをそれぞれ印加する。また、X(正)デコーダ51及
びYデコーダ60により、非選択のメモリセル20B,
20Dが接続されているワードラインWL2、及び非選
択のメモリセル20C,20Dが接続されているビット
ラインBL2に対して0Vをそれぞれ印加する。
<Write> In FIG. 3, it is assumed that information is written to memory cell 20A. First, at the time of writing information, electrons are collectively injected into the floating gates FG of the memory transistors 10A, 10B, 10C, and 10D in all the memory cells 20A, 20B, 20C, and 20D in advance so that the memory cells are erased. Then, the X (negative) decoder 52 and the negative voltage boosting circuit 54 apply -7 V to the word line WL1 to which the memory cell 20A is connected. Memory cell 2
In order to select 0A, the Y decoder 60 applies 0 V to the bit line BL1 to which the source S of the memory transistor 10A in the memory cell 20A is connected and 5 V to the bit line BL2 to which the drain D is connected.
V is applied. The X (positive) decoder 51 and the Y decoder 60 cause the non-selected memory cells 20B,
0 V is applied to the word line WL2 connected to the memory cell 20D and the bit line BL2 connected to the unselected memory cells 20C and 20D.

【0049】そうすると、選択されたメモリセル20A
にあっては、そのメモリトランジスタ10Aのフローテ
ィングゲートFGに蓄積されているエレクトロンが、F
NトンネリングによりドレインD側に引き抜かれる。そ
の結果、メモリセル20Aは、情報の書込状態となる。
フローティングゲートにエレクトロンが蓄積されている
状態と、蓄積されていない状態とでは、ソース−ドレイ
ン間を導通させるために必要なゲート電圧が異なる。す
なわち、ソース−ドレイン間を導通させるためのしきい
値電圧VTHは、フローティングゲートのエレクトロンを
注入した状態で高いしきい値V1(例えば5V)をと
り、エレクトロンが未注入の状態で低いしきい値V2
(例えば2V)をとる。このように、しきい値電圧VTH
を2種類に設定することで「0」または「1」の2値デ
ータをメモリセルに記憶させることができる。 <消去(ERASE)>情報の消去は一括して行われ
る。すなわち、Yデコーダ60により、全てのビットラ
インBL1,BL2,BL3に対して0Vを印加すると
共に、X(正)デコーダ51及び正電圧昇圧回路53に
より、全てのワードラインWL1,WL2に対して20
Vを印加する。
Then, the selected memory cell 20A
In this case, the electrons accumulated in the floating gate FG of the memory transistor 10A are
It is pulled out to the drain D side by N tunneling. As a result, memory cell 20A is in a state where information is written.
A gate voltage required for conducting between the source and the drain differs between a state where electrons are accumulated in the floating gate and a state where electrons are not accumulated in the floating gate. That is, the threshold voltage V TH for conducting between the source and the drain takes a high threshold value V1 (for example, 5 V) in a state where electrons of the floating gate are injected, and a low threshold value in a state where electrons are not injected. Value V2
(For example, 2 V). Thus, the threshold voltage V TH
Is set to two types, binary data of “0” or “1” can be stored in the memory cell. <Erase (ERASE)> Information is erased collectively. That is, 0 V is applied to all the bit lines BL1, BL2, and BL3 by the Y decoder 60, and 20 V is applied to all the word lines WL1 and WL2 by the X (positive) decoder 51 and the positive voltage boosting circuit 53.
V is applied.

【0050】そうすると、全てのメモリセル20A,2
0B,20C,20Dでは、メモリトランジスタ10
A,10B,10C,10DのコントロールゲートCG
−基板間にFNトンネル電流が発生し、このFNトンネ
ル電流によりフローティングゲートFG内にエレクトロ
ンが注入される。その結果、全てのメモリセル20A,
20B,20C,20Dは、情報の消去状態となる。 <読出(READ)> 図3において、メモリセル20Aに記憶されている情報
の読出を行うとする。X(正)デコーダ51により、メ
モリセル20Aが接続されているワードラインWL1に
対して3Vを印加する。メモリセル20Aを選択するた
め、Yデコーダ60により、メモリセル20A内のメモ
リトランジスタ10AのソースSが接続されているビッ
トラインBL1に対して0Vを、ドレインDに接続され
ているビットラインBL2に対して1Vをそれぞれ印加
する。また、X(正)デコーダ51により、非選択のメ
モリセル20C,20Dが接続されているワードライン
WL2に対して0Vを印加し、Yデコーダ60により、
非選択のメモリセル20B,20Dが接続されているビ
ットラインBL3を開放状態とする。
Then, all the memory cells 20A, 2A
0B, 20C and 20D, the memory transistor 10
Control gate CG for A, 10B, 10C, 10D
-An FN tunnel current is generated between the substrates, and electrons are injected into the floating gate FG by the FN tunnel current. As a result, all the memory cells 20A,
20B, 20C, and 20D are in an information erase state. <Reading (READ)> In FIG. 3, it is assumed that information stored in the memory cell 20A is read. The X (positive) decoder 51 applies 3 V to the word line WL1 to which the memory cell 20A is connected. To select the memory cell 20A, the Y decoder 60 applies 0 V to the bit line BL1 connected to the source S of the memory transistor 10A in the memory cell 20A, and applies 0 V to the bit line BL2 connected to the drain D. 1V is applied. The X (positive) decoder 51 is connected to the word line to which the unselected memory cells 20C and 20D are connected.
0 V is applied to WL2 , and the Y decoder 60
The bit line BL3 to which the unselected memory cells 20B and 20D are connected is opened.

【0051】そうすると、メモリセル20Aにあって
は、そのメモリトランジスタ10Aのフローティングゲ
ートFGにエレクトロンが蓄積されていない書込状態に
あると、メモリトランジスタ10AのソースS−ドレイ
ンDが導通し、チャネルが形成される。つまり、メモリ
セル20A内に電流が流れる。一方、メモリトランジス
タ10AのフローティングゲートFGにエレクトロンが
蓄積されている消去状態にあると、メモリトランジスタ
10AのソースS−ドレインDが導通せず、チャネルが
形成されない。つまり、メモリセル20A内に電流が流
れない。この状態をデコーダ51,60及びセンスアン
プ62でセンシングすることにより、メモリセル20A
に記憶されている情報の読出が達成される。
Then, in the memory cell 20A, in a write state where electrons are not accumulated in the floating gate FG of the memory transistor 10A, the source S-drain D of the memory transistor 10A conducts, and the channel becomes It is formed. That is, a current flows in the memory cell 20A. On the other hand, when the memory transistor 10A is in an erased state in which electrons are accumulated in the floating gate FG, the source S-drain D of the memory transistor 10A does not conduct, and no channel is formed. That is, no current flows in the memory cell 20A. This state is sensed by the decoders 51 and 60 and the sense amplifier 62, whereby the memory cell 20A
The reading of the information stored in the.

【0052】ここで、センス電圧とは、上記しきい値電
圧VTHの2種類のV1,V2の中間的な電圧である。し
たがって、このセンス電圧を印加すると、フローティン
グゲートにエレクトロンが蓄積されているか否かで、ソ
ース−ドレイン間の導通/非導通が決定される。このよ
うに、情報の書換えに際し、FNトンネリングを用いて
いるため、低電圧駆動が可能となる。
Here, the sense voltage is an intermediate voltage between the two types of V1 and V2 of the threshold voltage VTH . Therefore, when this sense voltage is applied, conduction / non-conduction between the source and the drain is determined depending on whether electrons are accumulated in the floating gate. As described above, since the FN tunneling is used when rewriting information, low-voltage driving can be performed.

【0053】図4は書込時のメモリトランジスタの動作
原理を示す図、図5は消去時のメモリトランジスタの動
作原理を示す図、図6は読出時のメモリトランジスタの
動作原理を示す図である。図4ないし図6を参照しつ
つ、上記メモリトランジスタの動作原理について説明す
る。 <書込> 図3に示すメモリセル20Aに情報を書込むとする。こ
のとき、前述した如く、各メモリトランジスタは、ソー
ス領域に対してオフセット配置されたフローティングゲ
ート及びコントロールゲートと、オフセット領域上に配
置されたサイドウォールゲートとに分割されており、両
ゲートに対して所定のコントロール電圧が印加されるよ
うになっているので、図4(a)(b)に示すように、
選択されたメモリセル20A内のメモリトランジスタ1
0A、及び選択メモリセル20AとワードラインWL1
を共有している非選択メモリセル20B内のメモリトラ
ンジスタ10Bの各コントロールゲート37及びサイド
ウォールゲート38には、−7Vが印加されることにな
る。そのため、各サイドウォールゲート38直下の基板
30の表面は、反転せず、オフセット領域OSが形成さ
れる。
FIG. 4 is a diagram showing the operating principle of the memory transistor at the time of writing, FIG. 5 is a diagram showing the operating principle of the memory transistor at the time of erasing, and FIG. 6 is a diagram showing the operating principle of the memory transistor at the time of reading. . The operation principle of the memory transistor will be described with reference to FIGS. <Write> It is assumed that information is written to the memory cell 20A shown in FIG. At this time, as described above, each memory transistor is divided into a floating gate and a control gate which are arranged offset with respect to the source region, and a sidewall gate which is arranged on the offset region. Since a predetermined control voltage is applied, as shown in FIGS. 4A and 4B,
Memory transistor 1 in selected memory cell 20A
0A, the selected memory cell 20A and the word line WL1.
-7V is applied to each control gate 37 and the side wall gate 38 of the memory transistor 10B in the unselected memory cell 20B sharing the same. Therefore, the surface of the substrate 30 immediately below each sidewall gate 38 is not inverted, and the offset region OS is formed.

【0054】このとき、選択メモリセル20A内のメモ
リトランジスタ10Aでは、図4(a)に示すように、
FNトンネリングによりフローティングゲート35内の
エレクトロンがドレイン領域側に引き抜かれる。その結
果、メモリトランジスタ10Aは、図4(b)に示すよ
うに、フローティングゲート35内にエレクトロンが蓄
積されていない書込状態となる。
At this time, in the memory transistor 10A in the selected memory cell 20A, as shown in FIG.
The electrons in the floating gate 35 are extracted to the drain region side by the FN tunneling. As a result, the memory transistor 10A enters a write state in which no electrons are accumulated in the floating gate 35, as shown in FIG.

【0055】一方、選択メモリセル20Aとワードライ
ンWL1を共有している非選択メモリセル20Bでは、
ビットラインBL2に5Vが印加されているものの、図
4(a)に示すように、そのメモリトランジスタ10B
のソース領域側にはオフセット領域OSが形成されてい
るため、フローティングゲート35−ソース領域間でF
Nトンネル機構が働かない。その結果、図4(b)に示
すように、フローティングゲート35内にエレクトロン
が蓄積されたままとなり、消去状態を保つ。つまり、非
選択メモリセル20Bに書込ディスターブが発生せず、
誤って情報が書込まれることはない。 <消去>図5(a)に示すように、全てのメモリトラン
ジスタ10A,10B,10C,10Dのコントロール
ゲート37−基板30間には、高いバイアスがかかり、
コントロールゲート37−基板30間にFNトンネル電
流が発生する。これに伴って、フローティングゲート3
5内にエレクトロンが全体的に注入される。その結果、
全てのメモリトランジスタ10A,10B,10C,1
0Dは、図5(b)に示すように、フローティングゲー
ト35内にエレクトロンが蓄積されている消去状態とな
る。
On the other hand, in the unselected memory cell 20B sharing the word line WL1 with the selected memory cell 20A,
Although 5 V is applied to the bit line BL2, as shown in FIG.
Since the offset region OS is formed on the source region side of the floating gate 35, the F
N tunnel mechanism does not work. As a result, as shown in FIG. 4B, electrons remain stored in the floating gate 35, and the erased state is maintained. That is, no write disturbance occurs in the unselected memory cell 20B,
No information is accidentally written. <Erasing> As shown in FIG. 5A, a high bias is applied between the control gate 37 of all the memory transistors 10A, 10B, 10C and 10D and the substrate 30,
An FN tunnel current is generated between the control gate 37 and the substrate 30. Accordingly, the floating gate 3
Electrons are totally injected into 5. as a result,
All memory transistors 10A, 10B, 10C, 1
0D is in an erased state in which electrons are accumulated in the floating gate 35, as shown in FIG.

【0056】このように、FNトンネル電流によりフロ
ーティングゲート35内にエレクトロンを全体的に注入
させることで、情報の消去を行っているため、トンネル
酸化膜34の劣化を防止でき、書換回数が増加すると共
に、書換速度も速くなる。 <読出>図3に示すメモリセル20Aに記憶されている
情報を読出すとする。このとき、図6(a)(b)に示
すように、選択メモリセル20A、及び選択メモリセル
20AとワードラインWL1を共有している非選択メモ
リセル20B内のメモリトランジスタ10A,10Bの
各コントロールゲート37及びサイドウォールゲート3
8には、センス電圧3Vが印加される。そのため、各サ
イドウォールゲート38直下の基板30の表面は、反転
し、反転層60が生じる。
As described above, since information is erased by injecting electrons entirely into the floating gate 35 by the FN tunnel current, deterioration of the tunnel oxide film 34 can be prevented, and the number of times of rewriting increases. At the same time, the rewriting speed increases. <Reading> It is assumed that information stored in the memory cell 20A shown in FIG. 3 is read. At this time, as shown in FIGS. 6A and 6B, each control of the selected memory cell 20A and the memory transistors 10A and 10B in the non-selected memory cell 20B sharing the word line WL1 with the selected memory cell 20A. Gate 37 and sidewall gate 3
8, a sense voltage of 3 V is applied. Therefore, the surface of the substrate 30 immediately below each sidewall gate 38 is inverted, and an inversion layer 60 is generated.

【0057】このとき、選択メモリセル20A内のメモ
リトランジスタ20Aでは、図6(a)に示すように、
フローティングゲート35にエレクトロンが蓄積されて
いない書込状態にあれば、コントロールゲート37に印
加されているセンス電圧の影響がフローティングゲート
37直下の基板30の表面まで到達する。そのため、フ
ローティングゲート37直下の基板30の表面が反転
し、基板30の表面にエレクトロンが誘起される。これ
に伴い、誘起されたエレクトロンと反転層60とが接続
する。その結果、ソース領域−ドレイン領域間が導通
し、チャネルCHが形成される。つまり、メモリトラン
ジスタ10Aに電流が流れる。
At this time, in the memory transistor 20A in the selected memory cell 20A, as shown in FIG.
If the floating gate 35 is in a write state where electrons are not accumulated, the effect of the sense voltage applied to the control gate 37 reaches the surface of the substrate 30 immediately below the floating gate 37. Therefore, the surface of the substrate 30 immediately below the floating gate 37 is inverted, and electrons are induced on the surface of the substrate 30. Accordingly, the induced electrons and the inversion layer 60 are connected. As a result, conduction is established between the source region and the drain region, and a channel CH is formed. That is, a current flows through the memory transistor 10A.

【0058】一方、図6(b)に示すように、メモリト
ランジスタ10Aのフローティングゲート35にエレク
トロンが蓄積されている消去状態であれば、コントロー
ルゲートに印加されるセンス電圧の影響がフローティン
グゲート35内に蓄積されているエレクトロンにより遮
断され、フローティングゲート35直下の基板30の表
面まで到達しない。その結果、ソース領域−ドレイン領
域間が導通せず、チャネルが形成されない。つまり、メ
モリトランジスタ10Aに電流が流れない。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, in an erased state in which electrons are accumulated in the floating gate 35 of the memory transistor 10A, the effect of the sense voltage applied to the control gate affects the floating gate 35. And does not reach the surface of the substrate 30 immediately below the floating gate 35. As a result, no conduction is made between the source region and the drain region, and no channel is formed. That is, no current flows through the memory transistor 10A.

【0059】また、選択メモリセル20Aとワードライ
ンWL1を共有している非選択メモリセル20Bでは、
ビットラインBL3を開放状態としているため、図6
(a)(b)に示すように、そのメモリトランジスタ1
0Bの状態に関係なく、セル電流は流れない。このよう
に、オフセット領域OSの反転を利用して情報の読出を
行えるので、読出速度は速くなる。
In a non-selected memory cell 20B sharing the word line WL1 with the selected memory cell 20A,
Since the bit line BL3 is open, FIG.
(A) As shown in (b), the memory transistor 1
No cell current flows regardless of the state of 0B. As described above, information can be read using the inversion of the offset area OS, and thus the reading speed is increased.

【0060】以上のことから、本実施例の不揮発性記憶
装置によれば、情報の書込時のディスターブの発生を防
止して書込選択性を確保しつつ、セル面積を縮小できる
ので、次世代装置の開発に有用なものとなる。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及び変更を加え得ることは勿論であ
る。
As described above, according to the nonvolatile memory device of the present embodiment, the cell area can be reduced while preventing the occurrence of disturbance at the time of writing information and ensuring write selectivity. It will be useful for the development of next generation devices. 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.

【0061】例えば、上記実施例においては、フローテ
ィングゲートに電荷を蓄えるメモリトランジスタを利用
した例について記載したが、フローティングゲートを排
除して、メモリトランジスタをMONOS構造、あるい
はMNOS構造としても、同様な効果を得る。
For example, in the above-described embodiment, an example is described in which a memory transistor that stores charges in a floating gate is used. However, the same effect can be obtained even if the floating gate is eliminated and the memory transistor is replaced with a MONOS structure or an MNOS structure. Get.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、情報の書込時のディスターブの発生を防止して
書込選択性を確保しつつ、セル面積を縮小できるといっ
た優れた効果がある。
As is apparent from the above description, according to the present invention, there is provided an excellent effect that the cell area can be reduced while preventing the occurrence of disturbance at the time of writing information and ensuring write selectivity. is there.

【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記憶装置の構
成を示しており、同図(a)はパッシベーション膜を剥
した状態を示す平面図、同図(b)は同図(a)のIV−
IV線断面図である。
FIGS. 1A and 1B show a configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view showing a state in which a passivation film is removed, and FIG. ) IV-
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV.

【図2】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す概
略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a nonvolatile memory device in the order of steps.

【図3】不揮発性記憶装置の電気的構成を示す等価回路
図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram illustrating an electrical configuration of a nonvolatile memory device.

【図4】書込時のメモリトランジスタの動作原理を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation principle of a memory transistor at the time of writing.

【図5】消去時のメモリトランジスタの動作原理を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation principle of a memory transistor at the time of erasing;

【図6】読出時のメモリトランジスタの動作原理を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing the operation principle of a memory transistor at the time of reading.

【図7】従来の不揮発性記憶装置の構成を示しており、
同図(a)はパッシベーション膜を剥がした状態を示す
平面図、同図(b)は同図(a)のI−I線断面図であ
る。
FIG. 7 shows a configuration of a conventional nonvolatile storage device,
FIG. 3A is a plan view showing a state in which the passivation film is peeled off, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line II of FIG.

【図8】従来の不揮発性記憶装置の電気的構成を示す等
価回路図である。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of a conventional nonvolatile memory device.

【図9】FACE構造を有する不揮発性記憶装置の構成
を示しており、同図(a)はパッシベーション膜を剥が
した状態を示す平面図、同図(b)は同図(a)のII−
II線断面図である。
9A and 9B show a configuration of a nonvolatile memory device having a FACE structure. FIG. 9A is a plan view showing a state in which a passivation film is removed, and FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II.

【図10】FACE構造を有する不揮発性記憶装置の電
気的構成を示す等価回路図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of a nonvolatile memory device having a FACE structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A,10B,10C,10D メモリトランジスタ 20A,20B,20C,20D メモリセル 30 シリコン基板 31,32 不純物拡散層 33 チャネル領域 34 トンネル酸化膜 35 フローティングゲート 36 ONO膜 37 コントロールゲート 38 サイドウォールゲート 51 X(正)デコーダ 52 X(負)デコーダ 60 Yデコーダ 62 センスアンプ WL1,WL2 ワードライン BL1,BL2,BL3 ビットライン 10A, 10B, 10C, 10D Memory transistor 20A, 20B, 20C, 20D Memory cell 30 Silicon substrate 31, 32 Impurity diffusion layer 33 Channel region 34 Tunnel oxide film 35 Floating gate 36 ONO film 37 Control gate 38 Side wall gate 51X ( Positive) decoder 52 X (negative) decoder 60 Y decoder 62 Sense amplifier WL1, WL2 Word line BL1, BL2, BL3 Bit line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−36986(JP,A) 特開 平2−114674(JP,A) 特開 平5−82798(JP,A) 特開 平6−204493(JP,A) 特開 平6−196663(JP,A) 特開 平6−177395(JP,A) 特開 平6−177358(JP,A) 特開 平6−151782(JP,A) 特開 平6−196714(JP,A) 特開 平5−152579(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-36986 (JP, A) JP-A-2-114467 (JP, A) JP-A-5-82798 (JP, A) JP-A-6-1994 204493 (JP, A) JP-A-6-196663 (JP, A) JP-A-6-177395 (JP, A) JP-A-6-177358 (JP, A) JP-A-6-151782 (JP, A) JP-A-6-196714 (JP, A) JP-A-5-152579 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】予め定める第1の導電型式をした半導体基
板上に、電荷を注入したり、取り出したりすることで情
報の記憶を行う、メモリトランジスタからなる複数のメ
モリセルが、行方向及び列方向に沿ってマトリクス状に
配列形成されているものであって、 上記半導体基板の表面層に、所定の間隔をあけて列方向
に沿って形成され、行方向に隣接するメモリトランジス
タ同士のソース領域及びドレイン領域となり、かつ列方
向に沿って配列するメモリセルで共有されたビットライ
ンとなっている、上記第1の導電型式とは反対の第2の
導電型式をした複数の不純物拡散層と、 上記隣合う不純物拡散層で挟まれるように生じる各チャ
ネル領域上に、ソース領域と所定のオフセット間隔をあ
けて形成され、チャネル領域で発生した電荷を通過させ
得るトンネル絶縁膜と、 上記各トンネル絶縁膜上に形成され、トンネル絶縁膜を
通過してきた電荷を蓄積する電荷蓄積層と、 上記各電荷蓄積層上に形成されたコントロールゲート
と、 上記各チャネル領域の残りの領域上に、チャネル領域、
並びに電荷蓄積層及びコントロールゲートと絶縁状態で
形成されたサイドウォールゲートと、 上記各サイドウォールゲート及びコントロールゲート上
に、行方向に沿って形成され、かつ行方向に沿って配列
するメモリセルで共有されており、行方向に隣接するメ
モリトランジスタのコントロールゲート及びサイドウォ
ールゲートに所定の制御電圧が印加できるようになって
いるワードラインと 情報の消去時に、全てのワードラインに対して基板と同
一極性の高電圧を印加すると共に、全てのビットライン
を接地電位として、全てのメモリセル内のメモリトラン
ジスタのコントロールゲート−基板間にFNトンネル電
流を発生させ、このFNトンネル電流により電荷蓄積層
に電荷を一括注入する消去手段と、 情報の書込時に、情報の書込を行うメモリセルが接続さ
れているワードラインに対して、メモリトランジスタの
サイドウォールゲート直下の基板表面を反転させずにオ
フセット領域を形成し得る、不純物拡散層と同一極性の
高電圧を印加し 、情報の書込を行うメモリセルを選択す
るため、当該メモリセル内のメモリトランジスタのドレ
イン領域が接続されているビットラインに対して書込電
圧を印加すると共に、その他のワードライン及びビット
ラインを接地電位として、FNトンネリングにより、選
択されたメモリセル内のメモリトランジスタの電荷蓄積
層に蓄積されている電荷をドレイン領域側に引き抜く書
込手段と、 情報の読出時に、情報の読出を行うメモリセルが接続さ
れているワードラインに対して、メモリトランジスタの
サイドウォールゲート直下の基板表面が反転し得るセン
ス電圧を印加し、情報の読出を行うメモリセルを選択す
るため、当該メモリセル内のメモリトランジスタのソー
ス領域が接続されているビットラインを接地電位とする
と共に、ドレイン領域が接続されているビットラインに
対してセル電流が発生し得る読出電圧を印加しておき、
その他のワードラインを接地電位とし、その他のビット
ラインを開放状態とする読出手段とを備えている ことを
特徴とする不揮発性記憶装置。
A plurality of memory cells, each comprising a memory transistor, for storing information by injecting or extracting electric charges on a semiconductor substrate having a predetermined first conductivity type, are arranged in rows and columns. A source region between memory transistors adjacent to each other in a row direction and formed along a column direction at predetermined intervals on a surface layer of the semiconductor substrate. And a plurality of impurity diffusion layers having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, serving as a drain region and a bit line shared by memory cells arranged in the column direction. On each of the channel regions generated so as to be sandwiched between the adjacent impurity diffusion layers, the source regions are formed at a predetermined offset distance and pass through the charge generated in the channel region. A tunnel insulating film that can be formed on each of the tunnel insulating film, a charge storage layer for storing charge that has passed through the tunnel insulating film, a control gate formed on the respective charge storage layer, each channel On the remaining area of the area, the channel area,
And a sidewall gate formed insulated from the charge storage layer and the control gate, and shared by the memory cells formed along the row direction and arranged along the row direction on each of the sidewall gates and the control gate. are, a word line in which a predetermined control voltage is adapted to be applied to the control gate and the side wall gate of the memory transistors adjacent in the row direction, at the time of erasing the information, the a substrate for all the word lines
Apply high voltage of one polarity and all bit lines
To the ground potential, the memory transistors in all memory cells
FN tunneling power between control gate and substrate
Current, and the FN tunnel current causes a charge accumulation layer
Erase means for collectively injecting electric charge into the memory cell and a memory cell for writing information when writing information.
Memory transistor for the word line
Turn the substrate surface directly under the sidewall gate
Of the same polarity as the impurity diffusion layer that can form
Apply high voltage and select memory cell to write information
Therefore, the drain of the memory transistor in the memory cell
Write voltage to the bit line to which the
Pressure and other word lines and bits
Line is set to ground potential and selected by FN tunneling.
Charge accumulation of memory transistor in selected memory cell
For drawing out the charge accumulated in the layer to the drain region side
And the memory cell from which information is to be read at the time of reading the information.
Memory transistor for the word line
A sensor where the substrate surface directly below the sidewall gate can be inverted.
A memory cell for reading information.
Therefore, the source of the memory transistor in the memory cell is
The bit line to which the source region is connected to ground potential
With the bit line to which the drain region is connected.
On the other hand, a read voltage at which a cell current can be generated is applied,
Other word lines are set to ground potential and other bits
A non-volatile storage device, comprising: reading means for opening a line .
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