JP3392547B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP3392547B2
JP3392547B2 JP28677494A JP28677494A JP3392547B2 JP 3392547 B2 JP3392547 B2 JP 3392547B2 JP 28677494 A JP28677494 A JP 28677494A JP 28677494 A JP28677494 A JP 28677494A JP 3392547 B2 JP3392547 B2 JP 3392547B2
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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】この発明は不揮発性半導体記憶装
置に関するもので、特に、書き込みをチャネルホットエ
レクトロンで行い、消去を基板ホットホールで行うフラ
ッシュメモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a flash memory in which writing is performed by channel hot electrons and erasing is performed by substrate hot holes.

【0002】[0002]

【従来の技術】1993年8月発行のIEEE EDL
には、図12及び図13に示すような構成のフラッシュ
メモリが開示されている。図12は概略構成を示す斜視
図、図13は上記図12に示したメモリセルの断面構成
図である。図12及び図13において、10はp型のシ
リコン基板、11は柱状構造(以下柱と称する)、12
はワード線、13はビット線、14はゲート酸化膜、1
5はフローティングゲート、16は絶縁膜、17はコン
トロールゲート(図12のワード線12に対応する)、
18はn+ 型のソース領域、19はn+ 型のドレイン領
域、20は層間絶縁膜である。
2. Description of the Related Art IEEE EDL issued in August 1993
Discloses a flash memory configured as shown in FIGS. 12 and 13. 12 is a perspective view showing a schematic structure, and FIG. 13 is a cross-sectional structure diagram of the memory cell shown in FIG. 12 and 13, 10 is a p-type silicon substrate, 11 is a columnar structure (hereinafter referred to as a column), 12
Is a word line, 13 is a bit line, 14 is a gate oxide film, 1
5 is a floating gate, 16 is an insulating film, 17 is a control gate (corresponding to the word line 12 in FIG. 12),
Reference numeral 18 is an n + type source region, 19 is an n + type drain region, and 20 is an interlayer insulating film.

【0003】上記柱11は、p型のシリコン基板10の
主表面がRIE等の異方性エッチング法によりエッチン
グされて形成され、この柱11の基部周辺の基板10中
にn+ 型のソース領域18が、柱11の上部にn+ 型の
ドレイン領域19がそれぞれ配置されている。そして、
上記ソース領域18とドレイン領域19間の基板10、
すなわち柱11の側面が全てチャネル領域として働く。
この柱11の側壁には、ゲート酸化膜14を介してフロ
ーティングゲート15が形成され、更にフローティング
ゲート15の周りには絶縁膜16を介してコントロール
ゲート17が形成される。上記柱11は、層間絶縁膜2
0で埋め込まれ、この層間絶縁膜20上に形成されたビ
ット線13と上記ドレイン領域19とがコンタクトされ
ている。
The pillar 11 is formed by etching the main surface of a p-type silicon substrate 10 by an anisotropic etching method such as RIE, and an n + -type source region is formed in the substrate 10 around the base of the pillar 11. 18, n + type drain regions 19 are arranged on the pillars 11, respectively. And
The substrate 10 between the source region 18 and the drain region 19,
That is, the side surfaces of the pillars 11 all function as channel regions.
A floating gate 15 is formed on the side wall of the pillar 11 via a gate oxide film 14, and a control gate 17 is formed around the floating gate 15 via an insulating film 16. The pillar 11 is an interlayer insulating film 2
The bit line 13 filled with 0 and formed on the interlayer insulating film 20 is in contact with the drain region 19.

【0004】上記構成のメモリセルへのデータの書き込
み及び消去は、ドレイン電位をVd、コントロールゲー
トの電位をVcg、及びソース電位をVsとすると次の
ように設定して行われる。すなわち、データの書き込み
は、例えばVd=6V、Vcg=12Vとすることによ
り、ドレイン領域19の近傍のチャネル領域で発生した
チャネルホットエレクトロンをゲート酸化膜14を介し
てフローティングゲート15へ注入することによって行
う。一方、消去は、Vcg=−12V、Vs=6Vとす
ることにより、フローティングゲート15からソース領
域18への電子のファウラー・ノルドハイム電流によっ
て行う。
The writing and erasing of data in the memory cell having the above-mentioned structure are carried out by setting as follows when the drain potential is Vd, the control gate potential is Vcg, and the source potential is Vs. That is, for writing data, for example, by setting Vd = 6V and Vcg = 12V, channel hot electrons generated in the channel region near the drain region 19 are injected into the floating gate 15 through the gate oxide film 14. To do. On the other hand, erasing is performed by the Fowler-Nordheim current of electrons from the floating gate 15 to the source region 18 by setting Vcg = -12V and Vs = 6V.

【0005】ところで、上記のような構成のメモリセル
では、消去をファウラー・ノルドハイム電流によって行
うため、均一な膜厚の薄い酸化膜(ゲート酸化膜14)
が不可欠である。しかしながら、消去を行うソース領域
18の周りの基板10(柱11の側壁部)は異方性エッ
チングにより形成されているため、表面の平坦性が悪
く、均一な膜厚の安定した薄い酸化膜を形成するのは難
しい。このため、メモリセル毎の消去特性のばらつきが
大きくなり、過消去状態となるメモリセルが発生し易
く、過消去されたメモリセルと同一列のメモリセルから
データを読み出す際、誤読み出しが発生するという問題
がある。
By the way, in the memory cell having the above structure, since the erasing is performed by the Fowler-Nordheim current, a thin oxide film (gate oxide film 14) having a uniform thickness is formed.
Is essential. However, since the substrate 10 (side wall portion of the pillar 11) around the source region 18 to be erased is formed by anisotropic etching, the surface flatness is poor and a stable thin oxide film having a uniform film thickness is formed. Hard to form. For this reason, the variation in the erase characteristic of each memory cell becomes large, and a memory cell that is in an over-erased state is likely to occur, and erroneous reading occurs when data is read from a memory cell in the same column as the over-erased memory cell. There is a problem.

【0006】また、消去をファウラー・ノルドハイム電
流によって行う場合には、トンネル酸化膜(ゲート酸化
膜14)に高電界を印加するため、この酸化膜の劣化が
急速に進行する。この傾向は、微細化に伴うトンネル酸
化膜の薄膜化につれてますます顕著になり、フローティ
ングゲート15に蓄積された電荷の十分な保持ができな
くなるという問題を生ずる。
When the Fowler-Nordheim current is used for erasing, a high electric field is applied to the tunnel oxide film (gate oxide film 14), so that the deterioration of the oxide film progresses rapidly. This tendency becomes more remarkable as the tunnel oxide film becomes thinner with the miniaturization, and there arises a problem that the charge accumulated in the floating gate 15 cannot be sufficiently retained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の不
揮発性半導体記憶装置は、メモリセル毎の消去特性のば
らつきが大きく、過消去状態となるメモリセルが発生し
易いため、過消去されたメモリセルと同一列のメモリセ
ルからデータを読み出す際に誤読み出しが発生するとい
う問題があった。
As described above, the conventional nonvolatile semiconductor memory device is over-erased because there is a large variation in erase characteristics among memory cells and it is easy for some memory cells to be over-erased. There is a problem that erroneous reading occurs when reading data from the memory cell in the same column as the memory cell.

【0008】また、微細化に伴うゲート酸化膜の薄膜化
によってフローティングゲートに蓄積された電荷の保持
が難しくなるという問題があった。この発明は上記のよ
うな事情に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、均一な消去特性が得られ、データの誤読み出しを
防止できる不揮発性半導体記憶装置を提供することにあ
る。また、この発明の他の目的は、電荷の保持特性を高
めることができる不揮発性半導体記憶装置を提供するこ
とである。
Further, there is a problem that it becomes difficult to hold the charges accumulated in the floating gate due to the thinning of the gate oxide film accompanying the miniaturization. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of obtaining uniform erase characteristics and preventing erroneous reading of data. Another object of the present invention is to provide a non-volatile semiconductor memory device capable of improving charge retention characteristics.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1の不
揮発性半導体記憶装置は、半導体基板上にゲート酸化膜
を介して形成されたフローティングゲートを備えたメモ
リセルを有し、このメモリセルへのデータの書き込み及
び消去を、上記フローティングゲートへのチャネルホッ
トエレクトロン注入とホットホール注入により行うよう
にしてなり、上記フローティングゲートへのチャネルホ
ットエレクトロン注入をドレイン領域の近傍から上記ゲ
ート酸化膜を介して行い、上記フローティングゲートへ
のホットホール注入をソース領域に隣接して設けられ、
ソース領域と同一導電型で且つソース領域より不純物濃
度が低い不純物拡散領域から上記ゲート酸化膜を介して
行うことを特徴としている。
A non-volatile semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention has a memory cell having a floating gate formed on a semiconductor substrate with a gate oxide film interposed therebetween. writing and erasing of data to, as performed by channel hot electron injection and hot hole injection into the floating gate
Channel channel to the floating gate
The above-mentioned electron injection from near the drain region.
To the floating gate
A hot hole injection of is provided adjacent to the source region,
It has the same conductivity type as the source region and has a higher impurity concentration than the source region.
From the low impurity diffusion region through the gate oxide film
It is characterized by performing.

【0010】請求項2に記載したように、前記フローテ
ィングゲートへのチャネルホットエレクトロン注入とホ
ットホール注入を、前記半導体基板中に形成されたドレ
イン領域とソース領域との間の領域で行う。
As described in claim 2, channel hot electron injection and hot hole injection to the floating gate are performed in a region between the drain region and the source region formed in the semiconductor substrate.

【0011】[0011]

【0012】また、請求項の不揮発性半導体記憶装置
は、半導体基板の主表面に形成された柱と、この柱を取
り巻くようにゲート酸化膜を介して形成されたフローテ
ィングゲートと、上記フローティングゲートの周りに絶
縁膜を介して形成されたコントロールゲートと、上記コ
ントロールゲート下の上記半導体基板の表面領域に形成
されたソース領域と、上記柱の上部に形成されたドレイ
ン領域と、上記ソース領域とドレイン領域との間の上記
柱中に、上記半導体基板の主表面と垂直な方向に形成さ
れるチャネル領域と、上記フローティングゲート及び上
記チャネル領域下の上記半導体基板中に形成され、ソー
ス領域と同一導電型で且つソース領域よりも不純物濃度
が低い不純物拡散領域とを有するメモリセルを具備する
ことを特徴とする。
[0012] The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, and the bar which is formed on the main surface of the semiconductor substrate, a floating gate formed via a gate oxide film so as to surround the pillar, the floating gate A control gate formed around an insulating film, a source region formed in a surface region of the semiconductor substrate below the control gate, a drain region formed on the pillar, and a source region. A channel region formed in the pillar between the drain region and a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate, and formed in the floating gate and the semiconductor substrate below the channel region, the same as the source region. A memory cell having an impurity diffusion region of a conductivity type and having an impurity concentration lower than that of the source region.

【0013】請求項に記載したように、前記メモリセ
ルへのデータの書き込みは、前記ドレイン領域の近傍の
前記チャネル領域から、前記ゲート酸化膜を介して前記
フローティングゲートにチャネルホットエレクトロンを
注入することによって行い、前記メモリセルのデータの
消去は前記不純物拡散領域から前記ゲート酸化膜を介し
て前記フローティングゲートにホットホールを注入する
ことによって行うことを特徴とする。
As described in claim 4 , in writing data to the memory cell, channel hot electrons are injected into the floating gate from the channel region near the drain region through the gate oxide film. The data in the memory cell is erased by injecting hot holes from the impurity diffusion region into the floating gate through the gate oxide film.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【作用】請求項1ないしのような構成によれば、書き
込み及び消去共にホットキャリアを用いるので、ゲート
酸化膜として膜厚の薄いトンネル酸化膜が不要になる。
またホットキャリア注入は、F−Nトンネル電流と比較
して酸化膜厚のばらつきなどの変動に影響され難いた
め、各メモリセルの消去特性を等しくでき、過消去の発
生を抑制できる。従って、均一な消去特性が得られ、デ
ータの誤読み出しを防止できる。また、トンネル酸化膜
に比して厚いゲート酸化膜を用いることができるので、
ゲート酸化膜の劣化を少なくでき、電荷の保持特性を高
めることができる。
According to the structure of claims 1 to 4 , since hot carriers are used for both writing and erasing, a thin tunnel oxide film becomes unnecessary as a gate oxide film.
Further, the hot carrier injection is less susceptible to fluctuations such as variations in the oxide film thickness as compared with the FN tunnel current, so that the erase characteristics of each memory cell can be made equal and the occurrence of overerase can be suppressed. Therefore, uniform erasing characteristics can be obtained and erroneous reading of data can be prevented. In addition, since a gate oxide film thicker than the tunnel oxide film can be used,
The deterioration of the gate oxide film can be reduced, and the charge retention characteristics can be improved.

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図1及び図2はそれぞれ、この発明の
第1の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置におけるメ
モリセルの構成を示すもので、図1はメモリセルの構成
を示す断面図、図2は図1に示したメモリセルのパター
ン平面図で、図2のA−A´線に沿った断面が図1に対
応している。但し、図2では図面を簡単化するために層
間絶縁膜とビット線を省略した状態のパターン平面を示
している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 respectively show a configuration of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of the memory cell, and FIG. In the pattern plan view of the memory cell shown in FIG. 2, the cross section along the line AA ′ in FIG. 2 corresponds to FIG. 1. However, in order to simplify the drawing, FIG. 2 shows a pattern plane in which the interlayer insulating film and the bit line are omitted.

【0020】図1及び図2において、21はp型シリコ
ン基板、22は上記基板21の表面がRIE等の異方性
エッチングで選択的に除去されて形成された柱状構造
(柱と略称する)、23はn+ 型のソース領域、24は
+ 型のドレイン領域、25はチャネル領域、26はn
- 型の不純物拡散領域、27はゲート酸化膜、28はフ
ローティングゲート、29は絶縁膜、30はコントロー
ルゲート、31は層間絶縁膜、32はビット線である。
1 and 2, 21 is a p-type silicon substrate, 22 is a columnar structure (abbreviated as a column) formed by selectively removing the surface of the substrate 21 by anisotropic etching such as RIE. , 23 is an n + type source region, 24 is an n + type drain region, 25 is a channel region, and 26 is n.
A − type impurity diffusion region, 27 is a gate oxide film, 28 is a floating gate, 29 is an insulating film, 30 is a control gate, 31 is an interlayer insulating film, and 32 is a bit line.

【0021】図1及び図2に示す如く、柱22の上部に
はドレイン領域24が形成され、この柱22の基部を含
むシリコン基板21の表面にはn- 型の不純物拡散領域
26が形成されている。上記ドレイン領域24と不純物
拡散領域26との間の柱22中がチャネル領域25とし
て働く。上記柱22の側壁部には、この柱22を取り囲
むように、ゲート酸化膜27を介してフローティングゲ
ート28が設けられ、このフローティングゲート28を
取り囲むように絶縁膜29を介してコントロールゲート
30が設けられている。そして、上記コントロールゲー
ト30下の基板21の表面領域にソース領域23が配置
される。このソース領域23は、不純物拡散領域26内
に設けられ、これらの領域23,26は電気的に連続し
た領域になっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a drain region 24 is formed on the pillar 22, and an n -type impurity diffusion region 26 is formed on the surface of the silicon substrate 21 including the base of the pillar 22. ing. The inside of the pillar 22 between the drain region 24 and the impurity diffusion region 26 functions as a channel region 25. A floating gate 28 is provided on the side wall of the pillar 22 so as to surround the pillar 22 via a gate oxide film 27, and a control gate 30 is provided so as to surround the floating gate 28 via an insulating film 29. Has been. Then, the source region 23 is arranged in the surface region of the substrate 21 below the control gate 30. The source region 23 is provided in the impurity diffusion region 26, and these regions 23 and 26 are electrically continuous regions.

【0022】次に、図3〜図6を参照しつつ上記図1及
び図2に示したメモリセルの製造工程を説明する。ま
ず、p型シリコン基板21の主表面に柱22を形成する
ために、基板21の表面にレジストを塗布し、パターニ
ングを行って図3に示すようなレジストマスク33を形
成する。
Next, the manufacturing process of the memory cell shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. First, in order to form the pillars 22 on the main surface of the p-type silicon substrate 21, a resist is applied to the surface of the substrate 21 and patterned to form a resist mask 33 as shown in FIG.

【0023】次に、RIE等の異方性エッチングによ
り、基板21の表面を1.0μmの深さまでエッチング
した後、上記レジストマスク33を除去し、熱酸化によ
り基板21の表面に厚さが200オングストローム程度
の酸化膜34を形成する。その後、図4に示すように、
基板21の主表面に対して斜め方向にボロンを8×10
12atoms/cm2 程度イオン注入する。引き続き、
基板21の主表面に対して垂直に、リンを5×1013
toms/cm2 程度イオン注入する。
Next, the surface of the substrate 21 is etched to a depth of 1.0 μm by anisotropic etching such as RIE, the resist mask 33 is removed, and the surface of the substrate 21 is heated to a thickness of 200 by thermal oxidation. An oxide film 34 having a thickness of about angstrom is formed. Then, as shown in FIG.
8 × 10 boron was obliquely provided to the main surface of the substrate 21.
Ion implantation is performed at about 12 atoms / cm 2 . Continuing,
Phosphorus was added to the main surface of the substrate 21 perpendicularly to 5 × 10 13 a.
Ions are implanted at about toms / cm 2 .

【0024】上記酸化膜34をNH4 Fで除去後、熱酸
化により基板21の表面を酸化し、厚さが200オング
ストローム程度のゲート酸化膜27を形成する。その
後、全面に厚さ1000オングストロームのポリシリコ
ン層を堆積形成後、このポリシリコン層中にPOCl3
による熱拡散でリンを導入する。そして、図5に示すよ
うに、異方性エッチングを行って柱22の側壁部にポリ
シリコンを残存させることによりフローティングゲート
28を形成する。
After removing the oxide film 34 with NH 4 F, the surface of the substrate 21 is oxidized by thermal oxidation to form a gate oxide film 27 having a thickness of about 200 Å. After that, a polysilicon layer having a thickness of 1000 angstrom is deposited and formed on the entire surface, and then POCl 3 is deposited in the polysilicon layer.
Introduce phosphorus by thermal diffusion. Then, as shown in FIG. 5, the floating gate 28 is formed by performing anisotropic etching to leave polysilicon on the side wall of the pillar 22.

【0025】CVD法により、厚さ100オングストロ
ームの酸化膜、厚さ150オングストロームのシリコン
窒化膜、及び厚さ70オングストロームの酸化膜を順次
積層形成し、3層構造の絶縁膜28を形成する。次に、
全面にAsを5×1015atoms/cm2 程度イオン
注入して、ソース領域23とドレイン領域24を同時に
形成する。その後、リンをドープした厚さ4000オン
グストロームのポリシリコン層を全面に堆積形成し、異
方性エッチングを行って柱22の側壁部にこのポリシリ
コン層を残存させると図6に示すような構造が得られ
る。残存されたポリシリコン層30は、コントロールゲ
ート(ワード線)として働く。
An oxide film having a thickness of 100 Å, a silicon nitride film having a thickness of 150 Å, and an oxide film having a thickness of 70 Å are sequentially laminated by the CVD method to form an insulating film 28 having a three-layer structure. next,
As is ion-implanted into the entire surface at about 5 × 10 15 atoms / cm 2 to simultaneously form the source region 23 and the drain region 24. After that, a phosphorus-doped polysilicon layer having a thickness of 4000 angstroms is deposited and formed on the entire surface, and anisotropic etching is performed to leave this polysilicon layer on the side wall of the pillar 22, resulting in a structure shown in FIG. can get. The remaining polysilicon layer 30 functions as a control gate (word line).

【0026】その後、CVD酸化膜(層間絶縁膜31)
によりメモリセル間の凹部を補填し、Alからなる配線
(ビット線32)を形成すると図1に示したようなメモ
リセルが完成する。
After that, a CVD oxide film (interlayer insulating film 31)
By filling the recesses between the memory cells with each other and forming the wiring (bit line 32) made of Al, the memory cell as shown in FIG. 1 is completed.

【0027】上記図1及び図2に示したメモリセルで
は、ソース領域23をコントロールゲート30の直下に
配置し、n- 型不純物拡散領域26をソース領域23の
間に配置している。また、ゲート酸化膜27として、薄
いトンネル酸化膜は使用していない。
In the memory cell shown in FIGS. 1 and 2, the source region 23 is arranged immediately below the control gate 30, and the n -- type impurity diffusion region 26 is arranged between the source regions 23. Further, as the gate oxide film 27, a thin tunnel oxide film is not used.

【0028】上記図1及び図2に示したメモリセルへの
データの書き込み及び消去は次のようにして行う。すな
わち、ドレイン電位をVd、コントロールゲート30の
電位をVcg、ソース電位をVs、基板電位をVsub
及びチャネル電位をVchとすると、書き込み時には従
来と同様に、例えばVd=6V、Vcg=12Vとする
ことにより、ドレイン領域24の近傍のチャネル領域2
5でチャネルホットエレクトロンを発生させ、ゲート酸
化膜27を介してフローティングゲート28に注入す
る。一方、消去は、例えばVs=Vsub=5V、Vc
h=0V、Vcg=−5Vとすることにより、n- 型不
純物拡散領域26からゲート酸化膜27を介してフロー
ティングゲート28へ基板ホットホールを注入して行
う。
Writing and erasing data in the memory cells shown in FIGS. 1 and 2 are performed as follows. That is, the drain potential is Vd, the control gate 30 potential is Vcg, the source potential is Vs, and the substrate potential is Vsub.
Further, assuming that the channel potential is Vch, when writing, the channel region 2 near the drain region 24 is set by setting Vd = 6V and Vcg = 12V as in the conventional case.
Channel hot electrons are generated at 5 and injected into the floating gate 28 through the gate oxide film 27. On the other hand, for erasing, for example, Vs = Vsub = 5V, Vc
By setting h = 0 V and Vcg = −5 V, substrate hot holes are injected from the n type impurity diffusion region 26 to the floating gate 28 through the gate oxide film 27.

【0029】上記のような構成によれば、書き込み及び
消去共にホットキャリアを用いるので、膜厚の薄いトン
ネル酸化膜が不要になる。またホットキャリア注入は、
F−Nトンネル電流と比較して酸化膜厚のばらつきなど
の変動に影響され難いため、各メモリセルの消去特性を
等しくでき、過消去の発生を抑制できる。従って、均一
な消去特性が得られ、データの誤読み出しを防止でき
る。また、ゲート酸化膜27としてトンネル酸化膜より
も厚い酸化膜を用いることができるので、電界を印加し
た時の酸化膜の劣化が少なく、電荷の保持特性を高める
ことができる。
According to the above structure, since hot carriers are used for both writing and erasing, a thin tunnel oxide film is unnecessary. Also, hot carrier injection is
Compared to the FN tunnel current, it is less susceptible to fluctuations such as variations in oxide film thickness, so that the erase characteristics of each memory cell can be made equal, and the occurrence of overerase can be suppressed. Therefore, uniform erasing characteristics can be obtained and erroneous reading of data can be prevented. Further, since an oxide film thicker than the tunnel oxide film can be used as the gate oxide film 27, the oxide film is less deteriorated when an electric field is applied, and the charge retention characteristic can be improved.

【0030】なお、上記第1実施例では、ソース領域2
3を不純物拡散領域26内に設けたが、不純物拡散領域
26をソース領域23よりも浅く形成し、ソース領域2
3間に、これらの領域と接して不純物拡散領域26を設
けることにより、電気的に連続した領域にしても良い。
In the first embodiment, the source region 2
3 is provided in the impurity diffusion region 26, the impurity diffusion region 26 is formed to be shallower than the source region 23.
An impurity diffusion region 26 may be provided between the three regions in contact with these regions to form an electrically continuous region.

【0031】図7は、この発明の第2の実施例に係る不
揮発性半導体記憶装置について説明するためのもので、
隣接する二つのメモリセル部を抽出して示す断面構成図
である。図7において、前記図1ないし図6と同一構成
部には同じ符号を付している。この第2実施例では、隣
り合うメモリセルでワード線(コントロールゲート3
0)を共有している。これによって、上述した第1実施
例よりも更に微細化が可能になる。この構成を採用する
ためには、ワード線を共有する隣のビットと選択性を持
たせる必要があり、その一つの手段として、図8に示す
ようにメモリセルの行列配置に対して斜め方向にビット
線32を配置し、ビット線32とドレイン領域24との
コンタクト35を任意のメモリセルのコンタクトに対し
て、隣接するコンタクトを行方向に1つ、列方向に2つ
離れた位置のメモリセルに配置することが考えられる。
FIG. 7 is for explaining a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram showing two adjacent memory cell parts by extraction. 7, the same components as those in FIGS. 1 to 6 are designated by the same reference numerals. In the second embodiment, the word line (control gate 3
0) is shared. This enables further miniaturization as compared with the first embodiment described above. In order to adopt this configuration, it is necessary to have selectivity with the adjacent bit sharing the word line, and as one means therefor, as shown in FIG. 8, it is oblique to the matrix arrangement of the memory cells. The bit line 32 is arranged, and the contact 35 between the bit line 32 and the drain region 24 is located at a position apart from the contact of any memory cell by one adjacent contact in the row direction and two in the column direction. It is possible to place it in

【0032】図9は、この発明の第3の実施例に係る不
揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルの断面図であ
る。このメモリセルは、上記図1及び図2に示したメモ
リセル構造において、n- 型不純物拡散領域26をチャ
ネル領域25下で分離したものである。
FIG. 9 is a sectional view of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. This memory cell corresponds to the memory cell structure shown in FIGS. 1 and 2, in which the n type impurity diffusion region 26 is separated below the channel region 25.

【0033】図9に示す構成の場合には、消去の際、V
sub=Vch=0Vとし、n- 型不純物拡散領域26
内で熱平衡的に発生するホールをゲート酸化膜26を介
してフローティングゲート28に注入する。
In the case of the configuration shown in FIG. 9, when erasing, V
Sub = Vch = 0 V, and n type impurity diffusion region 26
The holes generated in a thermal equilibrium state are injected into the floating gate 28 through the gate oxide film 26.

【0034】このように構成すれば、チャネル領域25
の電位が基板21の電位に設定され、浮遊状態とならな
いため、電圧の制御が容易となる。図10及び図11は
それぞれ、この発明の第4の実施例に係る不揮発性半導
体記憶装置について説明するためのもので、図10はパ
ターン平面図、図11は図10のB−B´線に沿った断
面図である。図10では図面を簡単化するために層間絶
縁膜とビット線を省略した状態で示している。
With this configuration, the channel region 25
Since the potential is set to the potential of the substrate 21 and the floating state does not occur, voltage control becomes easy. 10 and 11 are each for explaining a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a plan view of the pattern, and FIG. 11 is taken along the line BB ′ of FIG. FIG. In FIG. 10, the interlayer insulating film and the bit line are omitted in order to simplify the drawing.

【0035】図10及び図11に示すメモリセルは、1
つの柱22に複数のメモリセルを形成している。他の基
本的な構成は、上記図1及び図2に示した構成と同様で
あるので、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明
は省略する。
The memory cell shown in FIGS. 10 and 11 has one
A plurality of memory cells are formed on one pillar 22. The other basic structure is the same as the structure shown in FIGS. 1 and 2, and therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0036】このような構成によれば、1つの柱22の
側壁部に複数のメモリセルのフローティングゲート28
及びコントロールゲート30(ワード線)を形成できる
ので、高集積化に好適である。
According to this structure, the floating gates 28 of a plurality of memory cells are formed on the side wall of one pillar 22.
Since the control gate 30 (word line) can be formed, it is suitable for high integration.

【0037】上述した各実施例では、書き込み及び消去
ともにホットキャリアを用いることにより、膜厚の薄い
トンネル酸化膜が不要になり、トンネル酸化膜の不良に
起因する誤読み出しなどの不良を抑制できる。また、ホ
ットキャリア注入は、F−Nトンネル電流に比して酸化
膜厚のばらつき等の変動に影響され難いため、消去特性
を均一化できるので、過消去の発生を抑制できる。な
お、この発明は上述した第1ないし第4の実施例に限定
されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施可能なのは勿論である。
In each of the above-described embodiments, the use of hot carriers for writing and erasing eliminates the need for a thin tunnel oxide film and suppresses defects such as erroneous reading due to defects in the tunnel oxide film. Further, the hot carrier injection is less susceptible to fluctuations in the oxide film thickness and the like as compared with the FN tunnel current, so that the erase characteristics can be made uniform, and the occurrence of over-erase can be suppressed. The present invention is not limited to the above-described first to fourth embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、均一な消去特性が得られ、データの誤読み出しを防
止できる不揮発性半導体記憶装置が得られる。また、電
荷の保持特性を高めることができる不揮発性半導体記憶
装置が得られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a non-volatile semiconductor memory device which can obtain a uniform erase characteristic and can prevent erroneous reading of data. In addition, a nonvolatile semiconductor memory device that can improve the charge retention characteristics can be obtained.

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

【図1】この発明の第1の実施例に係る不揮発性半導体
記憶装置におけるメモリセルの構成を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1の実施例に係る不揮発性半導体
記憶装置におけるメモリセルの構成を示すパターン平面
図。
FIG. 2 is a pattern plan view showing a configuration of a memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図1及び図2に示した不揮発性半導体記憶装置
の製造工程について説明するためのもので、第1の製造
工程を示す断面図。
3 is a cross-sectional view showing a first manufacturing process for explaining a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図4】図1及び図2に示した不揮発性半導体記憶装置
の製造工程について説明するためのもので、第2の製造
工程を示す断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second manufacturing process for explaining the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 1 and 2;

【図5】図1及び図2に示した不揮発性半導体記憶装置
の製造工程について説明するためのもので、第3の製造
工程を示す断面図。
5 is a cross-sectional view showing a third manufacturing step for explaining the manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

【図6】図1及び図2に示した不揮発性半導体記憶装置
の製造工程について説明するためのもので、第4の製造
工程を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fourth manufacturing step for explaining the manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 1 and 2;

【図7】この発明の第2の実施例に係る不揮発性半導体
記憶装置におけるメモリセルの構成を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】図7に示した構成を実現するためのビット線と
ドレイン領域とのコンタクトの配置例を示すパターン平
面図。
8 is a pattern plan view showing an arrangement example of contacts between a bit line and a drain region for realizing the configuration shown in FIG. 7. FIG.

【図9】この発明の第3の実施例に係る不揮発性半導体
記憶装置におけるメモリセルの構成を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第4の実施例に係る不揮発性半導
体記憶装置におけるメモリセルの構成を示すパターン平
面図。
FIG. 10 is a pattern plan view showing a configuration of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】この発明の第5の実施例に係る不揮発性半導
体記憶装置におけるメモリセルの構成について説明する
ためのもので、図10に示したパターンのB−B´線に
沿った断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of the pattern shown in FIG. 10, for illustrating the structure of the memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図12】従来の不揮発性半導体記憶装置について説明
するためのもので、メモリセルの構成を示す斜視図。
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a memory cell for explaining a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図13】従来の不揮発性半導体記憶装置について説明
するためのもので、図11に示したメモリセルの断面構
成図。
FIG. 13 is a cross-sectional configuration diagram of the memory cell shown in FIG. 11 for explaining a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…p型シリコン基板(半導体基板)、22…柱状構
造(柱)、23…ソース領域、24…ドレイン領域、2
5…チャネル領域、26…n- 型不純物拡散領域、27
…ゲート酸化膜、28…フローティングゲート、29…
絶縁膜、30…コントロールゲート(ワード線)、31
…層間絶縁膜、32…ビット線。
21 ... P-type silicon substrate (semiconductor substrate), 22 ... Columnar structure (pillar), 23 ... Source region, 24 ... Drain region, 2
5 ... Channel region, 26 ... N -- type impurity diffusion region, 27
... Gate oxide film, 28 ... Floating gate, 29 ...
Insulating film, 30 ... Control gate (word line), 31
... interlayer insulating film, 32 ... bit line.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜を介して形
成されたフローティングゲートを備えたメモリセルを有
し、このメモリセルへのデータの書き込み及び消去を、
上記フローティングゲートへのチャネルホットエレクト
ロン注入とホットホール注入により行うようにしてな
り、上記フローティングゲートへのチャネルホットエレ
クトロン注入をドレイン領域の近傍から上記ゲート酸化
膜を介して行い、上記フローティングゲートへのホット
ホール注入をソース領域に隣接して設けられ、ソース領
域と同一導電型で且つソース領域より不純物濃度が低い
不純物拡散領域から上記ゲート酸化膜を介して行うこと
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A memory cell having a floating gate formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film, and writing and erasing data to and from the memory cell,
Channel hot electron injection and hot hole injection into the floating gate should be performed.
The channel hot electrode to the floating gate above.
The gate oxidation is performed from the vicinity of the drain region by using the Ktron injection.
Hot through the floating gate through the film
Hole injection is provided adjacent to the source region and
Region has the same conductivity type and has a lower impurity concentration than the source region
A nonvolatile semiconductor memory device, characterized in that the operation is performed from the impurity diffusion region through the gate oxide film .
【請求項2】 前記フローティングゲートへのチャネル
ホットエレクトロン注入とホットホール注入を、前記半
導体基板中に形成されたドレイン領域とソース領域との
間の領域で行うことを特徴とする請求項1に記載の不揮
発性半導体記憶装置。
2. The channel hot electron injection and hot hole injection to the floating gate are performed in a region between the drain region and the source region formed in the semiconductor substrate. Non-volatile semiconductor memory device.
【請求項3】 半導体基板の主表面に形成された柱と、
この柱を取り巻くようにゲート酸化膜を介して形成され
たフローティングゲートと、上記フローティングゲート
の周りに絶縁膜を介して形成されたコントロールゲート
と、上記コントロールゲート下の上記半導体基板の表面
領域に形成されたソース領域と、上記柱の上部に形成さ
れたドレイン領域と、上記ソース領域とドレイン領域と
の間の上記柱中に、上記半導体基板の主表面と垂直な方
向に形成されるチャネル領域と、上記フローティングゲ
ート及び上記チャネル領域下の上記半導体基板中に形成
され、ソース領域と同一導電型で且つソース領域よりも
不純物濃度が低い不純物拡散領域とを有するメモリセル
を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
3. A pillar formed on the main surface of the semiconductor substrate,
A floating gate formed around the pillar via a gate oxide film, a control gate formed around the floating gate via an insulating film, and formed on a surface region of the semiconductor substrate below the control gate. A source region, a drain region formed above the pillar, and a channel region formed in the pillar between the source region and the drain region in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate. A memory cell formed in the semiconductor substrate under the floating gate and the channel region, the memory cell having an impurity diffusion region having the same conductivity type as the source region and a lower impurity concentration than the source region. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項4】 前記メモリセルへのデータの書き込み
を、前記ドレイン領域の近傍の前記チャネル領域から、
前記ゲート酸化膜を介して前記フローティングゲートに
チャネルホットエレクトロンを注入することによって行
い、前記メモリセルのデータの消去を前記不純物拡散領
域から前記ゲート酸化膜を介して前記フローティングゲ
ートにホットホールを注入することによって行うことを
特徴とする請求項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. Writing data to the memory cell from the channel region near the drain region,
Channel hot electrons are injected into the floating gate through the gate oxide film to erase data in the memory cell, and hot holes are injected into the floating gate from the impurity diffusion region through the gate oxide film. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 3 , wherein the non-volatile semiconductor memory device comprises:
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