JP3648185B2 - フラッシュ・イーピーロム集積回路におけるデータ・パターンをプログラムする方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラッシュ・イーピーロム・メモリ・セル技術、特に改善されたフラッシュ・イーピーロム・メモリ技術及びデータ・セル構造におけるデータ・パターンをプログラムする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュ・イーピーロムは、発達しつつある不揮発性集積回路に属するものである。これらフラッシュ・イーピーロムは、チップ中のメモリ・セルの電気的消去、プログラム及び読み出しができる能力を有している。フラッシュ・イーピーロム中のメモリ・セルは、浮遊ゲートにチャージしたり、ディス・チャージすることにより、データがストアされる所謂、浮遊ゲート・トランジスタを用いて構成されている。浮遊ゲートは、導電材料、典型的にはトランジスタのチャネルから薄い酸化層又は、その他の絶縁膜により絶縁された、多結晶シリコンで作られ、またトランジスタの制御ゲート又はワード線から、絶縁材料である第2層により絶縁されている。
【0003】
データは、浮遊ゲートにチャージしたり、ディス・チャージすることによりメモリ・セルにストアされる。浮遊ゲートは、制御ゲートとソース又はドレインとの間に、大きな正の電圧を印加することにより、Fowler-Nordheimトンネル機構によりチャージされる。こうして、電子が薄い絶縁層を通って、浮遊ゲートに注入される。あるいは、セルのチャネルに高いエネルギーの電子を生起させる電圧を印加することで、浮遊ゲートの絶縁層を通して注入されるアバランシェ機構が用いられる。浮遊ゲートがチャージされると、メモリ・セルを導通させるしきい値電圧が、読み出し動作中にワード線に印加される電圧以上に高められる。かくて、読み出し動作中に、チャージされたセルが指定されると、セルは導通しない。セルの非導通状態が、センシング回路の極性により、1または0として読取られる。
【0004】
浮遊ゲートは、逆のメモリ状態にするために、ディス・チャージされる。この作用は、典型的には、トランジスタの浮遊ゲートとソース又はドレインとの間、あるいは浮遊ゲートと基板との間のF−Nトンネル現象によりなされる。例えば、ドレインは浮遊電位のままで、ソースからゲートヘの大きな、正の電圧を形成することにより、浮遊ゲートはソースを介してディス・チャージされる。
【0005】
浮遊ゲートをチャージしたり、ディス・チャージするために用いられる高い電圧は、フラッシュ・メモリ装置に重要な設計上の制限、特にセル寸法及びプロセス仕様のサイズの縮小に関する制限を生起する。
従来のフラッシュ・イーピーロムの構造及び作用に関する詳細は、関連する技術のバックグラウンドを開示する目的のために参考として取入れられている、以下の米国特許に見られる。
【0006】
ベルゲモント(Bergemont)他によるUSP No.5,012,446;1991年4月30日発行、マックヘルジー(Mukherjee)他によるUSP No.4,698,787;1987年10月6日発行及びホラー(Holler)他によるUSP No.4,780,423;1988年10月25日発行。
【0007】
フラッシュ・イーピーロム集積回路に関しての、更に進化した技術が、ベレザ(Belleza)欧州特許No.90104002. 2;1990年11月12日、IEEE発行:IEDM1990、91〜94頁のウー(Woo)他によるフラッシュ・アレイ・コンタクトレス・イーピーロム(FACE)技術を用いた新規なメモリ・セル)に開示されている。また、VLSI技術に関する1991年のシンポジュウムの73〜74頁のウー(Woo)他による”高密度メモリ用のポリ・バッファード"FACE"技術”に開示されている。また、従来の”コンタクトレス”アレイ・イーピーロム構造が、カゼルーニアン(Kazerouian)他による1991年、IEEE発行:IEDMの11.5.1〜11.5.4頁の”高密度用の0.8μMプロセスで実行された代替金属仮想接地イーピーロム・アレイ”に開示されている。
【0008】
ベルゲモント他による特許、ベレザ、ウー他及びカゼルーニアン他によるによる発表には、不揮発性コンタクトレス・アレイ・メモリに対する関心が増大していることが示されている。所謂コンタクトレス・アレイには、相互に埋込み拡散層により接続されたストレージ・セルのアレイが含まれており、また埋込み拡散層は、コンタクトを介して単に周期的に金属ビット線への接続で結合されている。例えば、マックヘルジー(Mukherjee)他による初期のフラッシュ・イーピーロム構造では、システムは各メモリ・セルに対して”ハーフ(half)”金属コンタクトを必要としている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した技術は、金属コンタクトであるため、集積回路上に相当の面積を使用しており、これが高密度メモリ技術を作り出すための大きな障害となっている。更に、装置が小型になるに従って、アレイ中のストレージ・セルにアクセスするために用いられる、隣接するドレイン及びソース・ビット線のコンタクト・ピッチ上の金属よる面積の減少が制限される。
【0010】
それ故、結果として高密度の不揮発性メモリ回路となり、またプログラム及び消去の高い電圧に関連した問題を解決するためのフラッシュ・イーピーロム・セル、その構造並びにそれを製造する方法を提供することが望まれている。
【0011】
そこで本発明は、高密度のセグメンタブルなフラッシュ・イーピーロム・チップとなる、新規なコンタクトレス・フラッシュ・イーピーロム・セル及びアレイ構造におけるデータ・パターンをプログラムする方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
フラッシュ・イーピーロム・セルは独特のドレイン・ソース・ドレイン構造で、1つのソース拡散層が2つのトランジスタ・コラムに共有されている。また、本発明のフラッシュ・イーピーロム・セルに適した新しいメモリ回路構造が開示されている。
【0013】
かくて、本発明の1態様では、フラッシュ・イーピーロム・トランジスタ・アレイが提供されている。延ばされた第1ドレイン拡散領域、延ばされたソース拡散領域及び延ばされた第2ドレイン拡散領域が、半導体基板に略平行して形成されている。フィールド酸化領域が、第1及び第2ドレイン拡散領域の反対側に形成されている。浮遊ゲート及び制御ゲート・ワード線がドレイン・ソース・ドレイン構造に直交して形成され、1つのソース領域を共有する2つのストレージ・コラムを構成するようになっている。共有ソース領域は、仮想接地ターミナルに接続されている。ドレイン拡散領域は、選択トランジスタを介して総括ビット線に接続されている。
【0014】
本発明の1態様によるセル構造では、セルの2コラムに対するドレイン・ソース・ドレイン拡散領域にほぼ平行して延びる1つの金属総括ビット線を用いており、また複数のトランジスタ・コラムを仮想接地ターミナルに例えば埋込み拡散線である水平のコンダクタを介して接続する仮想接地線を用いている。こうして、各ドレイン・ソース・ドレイン構造でのフラッシュ・イーピーロム・セルの2つのコラムに対して、たった1つだけの金属コンタクト・ピッチが必要となる。
【0015】
かくて、本発明の1態様によれば、半導体基板上のフラッシュ・イーピーロム集積回路モジュールが提供される。モジュールは、フラッシュ・イーピーロム・セルの少くともM行(row、ロウ)及び2Nコラムを有するメモリ・アレイを含んでいる。
【0016】
それぞれが、フラッシュ・イーピーロム・セルのM行の1つのフラッシュ・イーピーロム・セルに接続されたM本のワード線とN本の総括ビット線が含まれている。データ入出力回路が、N本の総括ビット線に接続され、メモリ・アレイのデータの読み出し、書き込みができるようになっている。選択回路が、フラッシュ・イーピーロム・セルの2NコラムとN本の総括ビット線に接続されて、2Nコラムの2コラムをN本の総括ビット線のそれぞれに選択的に接続できるようになっている。
【0017】
従って、データ入出力回路によるフラッシュ・イーピーロム・セルヘの2Nコラムヘのアクセスが、N本の総括ビット線を介してなされるようになっている。また、構造は、セルの2コラム以上中の1本の金属ビット線を共有するように延ばすこともできる。アレイは、他の態様では、上述のドレイン・ソース・ドレイン構造の複数のセグメントを含んでいる。この例では、選択回路はセグメント選択回路を含んでおり、セグメント中のドレイン拡散領域による2本のローカル・ビット線に接続されている。
【0018】
セグメント選択回路は、所定のセグメント内で、セルの第1及び第2コラムを、N本のビット線の1つに選択的に接続できるようになっている。かくて、ドレイン拡散領域がローカル・ビット線を有している場合には、選択回路は、構造の第1ドレイン拡散領域中に第1ターミナルを有する第1トランジスタ及びN本の総括ビット線の1つへのコンタクトに接続される第2ターミナルを含んでいる。
【0019】
第2トランジスタは、構造の第2ドレイン拡散領域に接続される第1ターミナルを有している。第1及び第2トランジスタは、ワード線に平行する左及び右選択線により、独立して制御されるようになっている。アレイは、必要なワード線ドライバを減らすことにより、更にコンパクトになる。この態様では、各ワード線ドライバは、平行する複数の、例えば8つの、ワード線をドライブする。所定のワード線ドライバによりドライブされる各ワード線は、アレイを構成するセグメントの各コラムの異なったセグメント内にある。
【0020】
かくて、選択されたワード線は、セグメント選択回路並びにワード線デコーディング回路によりデコードされる。これでは、8本のワード線に対してたった1つのワード線ドライバを必要とする構成により、アレイのレイアウトを大いにコンパクトにする。
【0021】
本発明の他の態様では、半導体基板は、第1導電タイプ、基板中の第2導電タイプの第1ウエル及び第1ウエル中の第1導電タイプの第2ウエルを有している。フラッシュ・イーピーロム・セルは、第2ウエル中に形成され、セルの浮遊ゲートにチャージする操作中に、ソース及びドレインの少くとも1つに、負の電位を印加できるようになっている。こうして、チャージさせるべきセルにF−Nトンネル現象を生じさせるためにゲートに加えらるべき高い正の電圧の大きさを本質的に低下させる。
【0022】
また、本発明によれば、アレイは、ディス・チャージさせるべきセルのゲートに負の電位を用いる。こうして、ディス・チャージさるべきセルにF−Nトンネル現象を生じさせるためにドレインに加えらるべき電圧の大きさを本質的に低下させる。用いられる電圧の大きさを下げることは、集積回路の、プログラム及び消去の電圧を処理をするコンポーネントに対する仕様を本質的に緩和し、装置の製造を経済的に且つ容易にする。同時に、プログラム・モード中でのホット・ホール(hothole)を減少させることにより、メモリの耐久性を向上させる。
【0023】
本発明の他の態様では、アレイは、”消去”条件がチャージされた浮遊ゲートに対応するように形成されており、従ってアドレスされると消去されたセルは非導通状態となり、またセルをディス・チャージすることによる”プログラム”条件では、アドレスされるとプログラムされたセルは導通状態となる。これにより、消去操作は、プレ・プログラムなしで生ずることになる。
【0024】
本発明の他の態様では、アレイはフラッシュ・イーピーロム・セルの冗長行を含んでいる。冗長行は、主アレイ中のアドレスされた行を、1つのワード線又は1つのドライバに接続されたワード線のセットに置き換える。プログラム状態に対応したディス・チャージ条件、また、前述のプログラミングム及び消去に対する負の電圧の使用により、行冗長が可能となる。
【0025】
従来技術では、フラッシュ・イーピーロム・セルは、主アレイ中の不良行によるディスターバンスにより、行冗長を用いることはできなかった。特に、不良行を、主アレイでのプログラム及び/又は消去電圧から分離することができなかったので、不良行中のセルはオーバ・イレィズ(over-erase)状態へと進展し、アレイヘの漏れ電流として寄与し、時によりコラムを不良とする。
【0026】
かくして、本発明によるフラッシュ・イーピーロム集積回路モジュールは、2つのウエル・プロセスを用いて製造できる。その中で、半導体基板は、半導体基板中に第1導電タイプ、基板中の第2導電タイプの第1ウエル及び第1ウエル中の第1導電タイプの第2ウェルを有している。
【0027】
アレイがフラッシュ・イーピーロム・セルの2Nコラム及びM行を含む時は、フラッシュ・イーピーロム・セルのアレイは第2ウエル中に形成される。フラッシュ・イーピーロム・セルの2Nコラムは、フラッシュ・イーピーロム・セルのN対を構成し、各コラム対は複数のセグメントを含んでいる。複数のセグメント中の各セグメントは、第2ウエル中の第1方向に延びる第1ドレイン拡散領域、第2ウエル中の第1方向に延び、第1ドレイン拡散領域から分離したソース拡散領域及び第2ウエル中の第1方向に延び、ソース拡散領域から分離した第2ドレイン拡散領域を有している。
【0028】
こうして、所定のセグメント中にフラッシュ・イーピーロム・セルの2つのコラムを備えたドレイン・ソース・ドレイン構造を形成する。第1絶縁層が、基板上、ドレイン・ソース・ドレイン構造の間に形成された第1及び第2チャネル領域の上並びにソース及びドレイン拡散領域の上におかれている。浮遊ゲート電極は、セグメント中のセルの2つのコラムに対する第1絶縁層の上に設けられる。第2絶縁層が、浮遊ゲート電極の上におかれる。
【0029】
かくて、各セグメントは、コラム対の内の第1のコラム中にフラッシュ・イーピーロム・セルの第1のセット及びコラム対の内の第2のコラム中にフラッシュ・イーピーロム・セルの第2のセットを含むことになる。フラッシュ・イーピーロム・セルのM行の1つのフラッシュ・イーピーロム・セルのそれぞれに接続されたM本のワード線が含まれている。M本のワード線のサブ・セットのメンバは、それぞれ所定のセグメント中の第1セット中のフラッシュ・イーピーロム・セルに接続されている。
【0030】
かくして、各ワード線は、所定のセグメント中で、各コラム対中の2つのセルと交差する。アレイはN本の総括ビット線を含んでいる。フラッシュ・イーピーロム・セルの2Nコラム中の(プログラム及び/又は消去シーケンスを用いた)データの読み出し、書き込みのために、データ入出力回路がN本の総括ビット線に接続されている。
【0031】
選択回路が、複数のセグメントのそれぞれ中の第1及び第2ドレイン拡散領域に接続され、フラッシュ・イーピーロム・セルの2NコラムをN本の総括ビット線に接続するようになっている。選択回路が2Nコラムの2つのコラムを、N本の総括ビット線のそれぞれに選択的に接続するようになっている。
【0032】
従って、データ入出力回路による、フラッシュ・イーピーロム・セルの2NコラムヘのアクセスはN本の総括ビット線を介してなされる。プログラム及び消去回路は、選択されたフラッシュ・イーピーロム・セルの浮遊ゲートにチャージする操作中、総括ビット線に負の電位を印加し、また、選択されたフラッシュ・イーピーロム・セルの浮遊ゲートにディス・チャージする操作中、ワード線に負の電位を印加する。これにより、他のターミナルに必要な正の電位の大きさは小さくなる。
【0033】
かくて、高密度が得られる仮想接地構造を備えた独特なアレイ構造が得られる。メモリ・アレイの基本ユニットは、ドレイン・ソース・ドレイン構造でのセルの2コラム・セグメントを含んでいる。結果としてのアレイ構造は、隣接する非選択ビット線に対して、プログラム及び消去のデイスターバンス問題を少くする。また、ソース・ドレイン・ソース・ドレイン・アレイとして構成されるアレイ構造に比べ、Yデコーダ設計の複雑さを減少する。
【0034】
アレイ・レイアウトで、2つのセルは、1つのメタル・ピッチを共有する。これは、メタル・ピッチ設計ルールを更に緩和する。所定の金属線に接続されたセルの2つのコラムに対するデコーディングは、各ドレイン・ソース・ドレイン・セグメントに接続された左及び右選択トランジスタによりなされる。
【0035】
独特な左及び右選択トランジスタは、読み出し速度を改善し、関連するプログラム・ディテスターバンスを軽減するために、それぞれ64に達するワード線の行のセットに接続される。
【0036】
アレイは、ページ・プログラム操作中に負のワード線電圧を用い、プログラムされるセルに対する導通状態が得られるように設計されている。また、セルに対する非導通状態を確立するように設計された、消去操作中、負のドレイン、ソース及び基板電圧が適用される。また、これにより、デイスターバンス問題及び操作中に適用さるべき必要な正の電圧の大きさを減少する。最後に、アレイは、従来技術の設計では利用できなかった、冗長行及び冗長コラム置き換え構造を可能にする。
【0037】
本発明の他の様相及び利点は、図面、以下の詳細説明及びクレイムを検討することにより、明らかになる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0039】
本発明の好ましい実施例の詳細説明が図面を参照してなされており、図1には、本発明のフラッシュ・イーピーロム集積回路モジュールの概要が示されている。図1の集積回路モジュールには、主アレイ中の故障セルに置換される、周知の複数の冗長メモリ・セル101が接続された、フラッシュ・イーピーロム・アレイ100が含まれている。メモリ・アレイ中のセルの状態を差動的に検出するために、複数の参照セル102がセンス・アンプ107と共に用いられている。
【0040】
メモリ・アレイ100に、メモリ・アレイ中の横方向デコーディングのために、ワード線及びブロック選択デコーダ104が接続されている。また、メモリ・アレイ100に、アレイ中の縦方向デコーディングのために、コラム・デコーダ及び仮想接地回路105が接続されている。
【0041】
コラム・デコーダ及び仮想接地回路105に、プログラム・データ入力構造103が接続されている。そして、センス・アンプ107及びプログラム・データ入力構造103は、メモリ・アレイに接続されたデータ入出力回路を備えている。フラッシュ・イーピーロム集積回路は典型的には、読み出しモード、プログラム・モード及び消去モードで使用される。そして、モード制御回路106がアレイ100に接続されている。
【0042】
最後に、この発明の1実施例では、プログラム及び消去モード中は、メモリ・セルのゲート又はソース並びにドレインに負の電圧が印加される。そして、アレイに各種の参照電圧を供給するために、負の電圧発生器108及び正の電圧発生器109が使用される。負の電圧発生器108及び正の電圧発生器109は供給電力圧Vにより駆動される。
【0043】
図2は、大きな集積回路中の2つのセグメントを示す。セグメントは破線50に沿って分けられ、破線50から上のセグメント51Aと破線50から下のセグメント51Bを含んでいる。セグメント51Aの第1のコラムの対52は、セグメント51Bの第2のコラムの対53と、総括的なビット線の対(即ち、ビット線70、71)に沿って、鏡対称に配置されている。ビット線の対を進んで行くと、メモリ・セグメントは、仮想接地導体54A、54B(埋込み拡散層)および金属と拡散層とのコンタクト55、56、57、58を共有するように繰り返えされる。
【0044】
仮想接地導体54A、54Bはアレイを横切って、金属と拡散層とのコンタクト60A、60Bを介して、縦の仮想接地金属線59に達する迄、横に延びている。セグメントは、隣接するセグメントが仮想接地金属線59を共有するように、仮想接地金属線59の反対側に繰り返される。
【0045】
そして、図2のセグメント配置は、総括的なビット線に対する2つのトランジスタ・セルのコラム毎に2つの金属コンタクト・ピッチを必要とると共に、仮想接地金属線59に対してセグメント毎に1つの金属コンタクト・ピッチを必要とする。与えられたビット線の対に沿う、各コラムの対(例えば、52、53)が、イーピーロム・セルのセットを構成する。そして、セル75-1、75-2、75-Nが、コラムの対77の第1のコラムのイーピーロム・セルのセットを構成する。セル76-1、76-2、76-Nが、コラムの対77の第2のコラムの第2のフラッシュ・イーピーロム・セルのセットを構成する。
【0046】
第1のセルのセット及び第2のセルのセットは、共通の埋込み拡散ソース線78を共有する。セル75-1、75-2、75-Nは、埋込み拡散ドレイン線79に接続される。セル76-1、76-2、76-Nは、埋込み拡散ドレイン線80に接続される。
【0047】
選択回路は、頂部の選択トランジスタ81および頂部の選択トランジスタ82とから構成され、これらの選択トランジスタは、それぞれドレイン拡散線79、80に接続され、これらドレイン拡散線79、80は、それぞれ総括的な金属ビット線83、84に接続されている。
【0048】
そして、トランジスタ81は、ドレイン拡散線79に接続されたソースおよび金属コンタクト57に接続されたドレインを有している。トランジスタ82は、ドレイン拡散線80に接続されたソースおよび金属コンタクト58に接続されたドレインを有している。トランジスタ81および82のゲートは、フラッシュ・イーピーロム・セルの各コラムを総括的な金属ビット線83、84に接続するように、信号TBSELAにより制御される。ソース拡散線78は選択トランジスタ85のドレインに接続されている。選択トランジスタ85のソースは仮想接地拡散線54Aに接続されている。トランジスタ85Aのゲートは信号BBSELAにより制御される。
【0049】
更に、図2に示す2つ又はそれ以上のセグメントのセクタは、ワード線信号を共有するように、追加のデコーディングが頂部及び底部のブロック選択信号TBSELA、TBSELB、BBSELA及びBBSELBにより与えられる。1つの例では、8っのセグメントがワード線ドライバを共有し、セクタは下に8っのセグメントを有している。
【0050】
図に見られるように、本発明による構成では、セクタに区分されたフラッシュ、・イーピーロム・アレイを有している。これにより、読み出し、プログラム又は消去サイクル中の選択されていないセグメントのトランジスタのソース及びドレインは、ビット線及び仮想接地線上の電流及び電圧から分離されることになるので、好都合である。
【0051】
そして、読み出し操作中、選択されないセグメントからの漏れ電流は、ビット線上の電流に何等関与しないので、センシングが改善される。また、プログラム及び消去操作中、仮想接地線上の電圧及びビット線は、選択されていないセグメントから分離される。これにより、あるセクタ内のセグメントがワード線ドライバを共有している場合、セグメント単位又は好ましくはセクタ単位のセクタ消去操作が可能となる。
【0052】
底部ブロック選択トランジスタ(例えば、トランジスタ65A、65B)は、図3に示すように、ある場合には不必要かも知れない。また、これらブロック選択トランジスタは、隣接するセグメントと底部ブロック選択信号とを共有するようにしても良い。また、底部ブロック選択トランジスタ(例えば、トランジスタ65A、65B)は、仮想接地ターミナル60A、60Bに隣接した1つの分離用トランジスタによって置き換えても良い。
【0053】
図3に、本発明によるフラッシュ・イーピーロム・アレイの他の構成が示されている。この例では、2つのフラッシュ・イーピーロム・セルのコラムが、1つの金属ビット線に共通接続されている。図3には、アレイの4つのコラム対が示されている。ここで、コラムの各対には、ドレイン・ソース・ドレイン構成のフラッシュ・イーピーロム・セルが含まれている。
【0054】
そして、第1のコラム対120には、第1のドレイン拡散線121、ソース拡散線122及び第2のドレイン拡散線123が含まれている。ワード線WL0からWL63までの各ワード線は、第1のコラム対のセル及び第2のコラム対のセルの浮遊ゲートの上に重ねられている。図に示すように、第1のコラム対120には、セル124、125、126、及び127を含む1つのコラムが含まれている。WL2からWL61までのワード線に接続されるセルは図示されていない。コラム対120の第2のコラムには、セル128、129、130及び131が含まれている。アレイの同じコラムに沿って、第2のコラム対135が示されている。これは、コラム対120と同様な構成になっているが、鏡対称に配置されている。
【0055】
そして、コラム対の第1のコラムのトランジスタ、例えばセル125はドレイン拡散線121中のドレイン及びソース拡散線122中のソースを含んでいる。浮遊ゲートが、第1のドレイン拡散線121とソース拡散線122との間のチャネル領域の上にある。
【0056】
ワード線WL1がセル125の浮遊ゲートの上にあり、フラッシュ・イーピーロム・セルが構成されている。コラム対120及びコラム対135は、アレイの仮想接地拡散136を共有している。そして、コラム対120のソース拡散線122は接地拡散136に接続されている。同様に、コラム対135のソース拡散線137も接地拡散136に接続されている。
【0057】
上述のように、セルのそれぞれのコラム対120は、1つの金属線を共有している。そして、ブロックの右側選択トランジスタ138及びブロックの左側選択ト1ランジスタ139が含まれている。トランジスタ139には、ドレイン拡散線121中のソース、金属コンタクト140に接続されたドレイン及び線141上の制御信号BLTR1に接続されたゲートが含まれている。
【0058】
同様に、右側のトランジスタ138には、ドレイン拡散線123中のソース、金属コンタクト140に接続されたドレイン及び線142上の制御信号BLTR0に接続されたゲートが含まれている。そして、トランジスタ138及び139を含む選択回路は、第1ドレイン拡散線121及び第2ドレイン拡散線123を、金属コンタクト140を介して金属線143(MTBL0)に選択的に接続するようになっている。また、コラム対135には、同様にして、金属コンタクト146に接続される左側選択トランジスタ144及び右側選択トランジスタ145が含まれている。
【0059】
コンタクト146は、コラム対120に接続されたコンタクト140と同様に、同じ金属線143に接続されている。金属線には、追加の選択回路と共に、セルの2コラム以上を接続することができる。
【0060】
図2及び図3に示す構造は、セルの2コラムを形成するドレイン・ソース・ドレイン・ユニットに基づくものであり、このユニットは、隣接するセルのコラムからのリーク電流を防止するために、隣接するドレイン・ソース・ドレイン・ユニットからは分離されている。この構造は、センシング回路でのリーク電流に対する適切な余裕をもって、あるいは非選択セルからのリーク電流を制限する他の手段と共に、2コラム以上のユニットに拡張することができる。
【0061】
コラム対は、ワード線M本、コラム数2Nからなるフラッシュ・イーピーロム・セルのアレイを得るように、横及び縦に並べられる。このアレイでは、上述のように、選択回路を介して、それぞれが、フラッシュ・イーピーロム・セルのコラム対に接続される、N本の金属ビット線だけが必要になる。図には、2本の金属ビット線143及び152(MTBL0、MTBL1)に接続された、4つのコラム対120、135、150及び151だけが示されているが、アレイは大きなフラッシュ・イーピーロム・メモリ・アレイを形成するために、横及び縦方向に繰り返しても良い。
【0062】
そして、ワード線を共有するコラム対120及び150は、アレイのセグメントを得るように横方向に繰り返される。セグメントは縦方向に繰り返される。共通のワード線に接続された、それぞれの}ワード線を有するセグメントのグループ(例えば、8つのセグメント)は、アレイのセクタとみなされる。
【0063】
アレイのレイアウトは、仮想接地構造、メタル・ピッチを緩和できるレイアウト、更には異なったセグメントで複数の行のワード線ドライバを共有できる等のため、コンパクトになる。そして、ワード線BL63'は、ワード線WL63と、ワード線ドライバとを共有できる。好ましいシステムでは、8本のワード線が、1つのワード線ドライバを共有する。そして、セルの8行の各セットに対してただ1つのワード線ドライバだけが必要になる。左及び右の選択トランジスタ(セグメント120に対して139、138)による追加のデコーディングが、共通ワード線構造を可能にする。
【0064】
ワード線を共有する構成は、セクターの消去操作中、8列が全て同じワード線電圧を受け、消去されることを望まないセルにワードライン・ディスターバンスを生じさせるという不都合を有する。若し、アレイについて、これが問題であるならば、このディスターバンス問題は、全てのセクタ消去の与えられた操作が、共有のワード線ドライバに接続されたセルの全ての行を含むセグメントをデコードすることを確実にすることにより除かれる。8本のワード線が1つのドライバを共有する場合には、ミニマム・セクタ消去として8セグメントを用いることが望ましい。
【0065】
図4は、本発明のある特徴を説明するためのフラッシュ・イーピーロム・アレイの概略ブロック図である。そして、図4に示されるフラッシュ・イーピーロム・メモリ・モジュールには、セクタ170-1、170-2、170-3、170-Nを含む主フラッシュ・イーピーロム・アレイが含まれており、各セクタには8っのセグメント(例えば、SEG0−SEG7)が含まれている。
【0066】
各セクター中の8つのセグメントの共通のワード線をドライブするために、複数の共通ワード線ドライバのセット171-1、171-2、171-3、171-Nが使用されている。共通ワード線ドライバ171-1について説明されているように、セクター170-1に対して64の共通ドライバがある。64のドライバのそれぞれは、ライン172上に出力を供給する。これら出力のそれぞれは、図に概略が示されているように、8セットの64ラインに区分されているセクタ170-1の各セグメント中の8つのワード線をドライブするのに使用される。
【0067】
また、アレイには、複数のブロック選択ドライバ173-1、173-2、173-3、173-Nが接続されている。ブロック選択ドライバのそれぞれは、各セグメントに対し右及び左のブロック選択信号をドライブする。セグメントは、図3に示すように、完成される。ここでは、ブロック選択信号対BLTR1及びBLTR0が各64ワード線のセットに供給される。
【0068】
更に、フラッシュ・イーピーロム・アレイには、N本の総括的なビット線がある。N本のビット線は、回路中のデータ及びセンス・アンプ191について、アレイ中のフラッシュ・イーピーロム・セルの2Nのコラムにアクセスするために使用される。N本のビット線174は、コラム選択デコーダ175に接続されている。同様に、ブロック選択ドライバ173-1乃至173-Nは、ブロック・デコーダ176に接続されている。
【0069】
ワード線ドライバ171-1乃至171-Nは、ロウ・デコーダ177に接続されている。コラム選択デコーダ175、ブロック・デコーダ176及びロウ・デコーダ177は、アドレス・イン・ライン178上のアドレス信号を受ける。コラム選択デコーダ175に接続されて、ページ・プログラム・バッファ190がある。ページ・プログラム・バッファ190には、N個のラッチが含まれている。各ビット線に1つのラッチがある。
【0070】
そして、1ページのデータは、ページ0及びページ1の2ページの幅の各セル列を有する、Nビット幅と考えられる。ある列中のページは、上述の左及び右デコーディングを用いて、選択される。選択電圧電源179が、図に概念的に示されるように、フラッシュ・イーピーロム・アレイの読み出し、プログラム及び消去モードに対して、ワード線ドライバ171-1乃至171-N及びビット線を介して、参照電圧を供給するのに使用される。
【0071】
アレイの仮想接地線は、アレイに接続された、仮想接地ドライバ181に接続されている。また、pウエル及びnウエルの参照、電圧源199が、アレイのそれぞれのウエルに接続されている。そして、図4に示されるように、例えばワード線ドライバ171-1である、64ワード線ドライバが、アレイ中の512(64×8)列と共に使用される。ブロック選択ドライバ(例えば、173-1)による追加のデコーディングを、共通ワード線のレイアウトに使用してもよい。
【0072】
本発明のフラッシュ・イーピーロム・アレイの構成は、図4に概略的に示されるように、冗長列を備えてもよい。そして、N本のビット線は、主アレイから線182を経て、セクター183-1及び183-2を含む冗長アレイにまでに延びている。冗長アレイは、冗長ワード線ドライバ184-1及び184-2によりドライブされる。
【0073】
同様に、冗長ブロック選択ドライバ185-1及び185-2が冗長アレイに接続されている。若し、テスト中に、ある行のセルの不良が見出だされたら、ワード線ドライバを共有する、その行及び他の7つの行は、冗長アレイの183-1及び183-2中の対応する行に置き換えられる。そして、このシステムには、アドレス・データを受ける冗長デコーダ186を備えたコンテント・アドレサブル・メモリ(CAM)セル198を含んでもよい。公知のように、テスト中、主アレイ中の不良行は特定され、また、このような行のアドレスはCAMセル198中に記憶される。
【0074】
線178上のアドレス・インのアドレスが、CAMセル198中に記憶されたアドレスと一致すると、線178上に一致信号が発生する。一致信号は、主アレイ中の共有ワード線ドライバ171-1から171-Nを動かなくする。冗長デコーダ186は、冗長ワード線ドライバ184-1及び184-2をドライブし、また冗長ブロック選択ドライバ185-1及び185-2をドライブして、適切な置換え行を選択する。フラッシュ・イーピーロム・アレイの生産性を上げるために、長冗列デコーディングは、公知のように、冗長コラムデコーディングと接続してもよい。
【0075】
コラム選択デコーダ175は、N本のビット線のそれぞれに対する少なくとも1つのラッチを含む、ペイジ・プログラム・ラッチ190に接続される。また、コラム選択デコーダ175はデータ入力回路及びセンス・アンプ191に接続されている。そして、これら回路はフラッシュ・イーピーロム・アレイと使用するために、データの入出力回路を備えている。冗長ロウ・デコーディングは、また隣接するワード線間のショートを直すことができるようになっている。
【0076】
特に、2つのワード線がショートしたときは、2つのワード線は冗長アレイ中の対応する2つのワード線に置換されなければならない。上述の実施例では、8本のワード線が共通のワード線ドライバに接続されており、8本のワード線の2セットが、主アレイ中の対応する8本のワード線の2セットを置換するために用いられている。こうして、主アレイ中のショートした2つのワード線が、冗長行に置換される。
【0077】
好ましい実施例でのセルは、浮遊ゲートにチャージする(電子が浮遊ゲートに入る)ことで、消去セルをセンスすることをセクタ消去操作用とする構成にされている。このとき、セルは導通することなく、センス・アンプの出力は高くなる。また、浮遊ゲートをディスチャージする(電子が浮遊ゲートから出る)ことをページ・プログラムとし、センシングに際し、プログラムされたセルが導通するように構成されている。
【0078】
プログラム操作における動作電圧は、低いしきい値に、プログラムされるセルのドレインにに対して正の5V、ゲートに対して負の10V、またソース端子に対しては0V又はフローティングである。
【0079】
図8(c)及び11(c)に示される基板即ちpウエル200は接地される。こうして、F−Nトンネル機構で浮遊ゲートをディスチャージする。消去動作は、ドレインに負の6V、ゲートに正の12Vまたソースに負の6Vを印加して行われる。pウエル200は負の6Vにバイアスされる。こうして、F−Nトンネル機構で浮遊ゲートにチャージする。
【0080】
読出し電位は、ドレインで1.2V、ゲートで5V、またソースで0Vである。そして、ワード線デコードを使用し、消去すべきセルを選択することにより、セクタ消去が可能となる。セグメント内の選択されないセルに対する消去ディスターバンス条件は、ドレインで負の6V、ゲートで0V、ソースで負の6Vとなる。これらのポテンシャルは抵抗するに十分な、セルの許容値の範囲内にあり、セル内のチャージに対し無視できないディスターバンスを生ずることはない。
【0081】
同じセグメント内の、同じビット線を共有するセルに対するプログラムディスターバンス条件は、同様に、ドレインで5V、ゲートで0Vまたソースで0V即ち浮遊状態である。この条件下で、ゲートからドレインヘのドライブがなく、またセルに無視できないディスターバンスを生ずることもない。同じワード線を共有しているが、同じビット線を共有していないセル又はハイ(high)条件の状態に止まっているアドレスされたセルに対しては、ディスターバンス条件は、ドレインで0V、ゲートで負の10Vまたソースで0V即ち浮遊状態である。また、この状態は、選択されてないセル内のチャージに対しては無視できない悪化を生ずることもない。
【0082】
2ウエル技術は、クリィティカルである。それ故、負の電圧がドレイン及びソース拡散領域に印加される。ソース及びドレインに、負の電圧が印加されておらず、セルに対するゲート・ポテンシャルは、50%カップリング比の場合、浮遊ゲート/ドレイン接合部間で9Vを必要とするなら、全体で約18Vが必要である。
【0083】
これらの極めて高い電圧は、集積回路においては、特別に設計された回路及び特別なプロセス技術が必要となる。同様に、ゲートでの負の電圧は、プログラム操作に際して、ドレインでの低い正の電位を可能にする。図5は、図4に示すフラッシュ・イー・ピー・ロム回路のプログラム・フローチャートである。プロセスは、その中にデータがプログラムされているセクタ(例えば170-1)の消去から始まる(ブロック600)。セクタ消去後、消去の確認操作がなされる(ブロック601)。
【0084】
次に、ページ番号、0又は1及びセグメント番号1-8が、インプット・アドレスに対応して、ホスト・プロセッサーによりセットされる(ブロック602)。ページ番号及びセグメント番号のセット後、ページのデータと共にページ・バッファーがロードされる(ブロック603)。このページ・バッファーは、個別のプログラム操作に応じて、データの全Nビット、またはシングル・バイトのデータと共にロードされる。
【0085】
次に、ユーザーが予め消去を行っていなかった場合には、どのセルがプログラムを必要とするかを決めるために、ベリファイ操作がなされる(ブロック604)。ページ・バッファーをロード後、プログラムされるセグメントにプログラム電位が適用される(ブロック605)。プログラム操作後、ベリファイされるべきページでベリファイ操作がなされる。
【0086】
このベリファイ操作において、プログラムに成功したされたセルに対応したページ・バッファー中のビットは、オフになる(ブロック606)。次に、アルゴリズムが、ページ・バッファー中の全ページ・ビットを消すべきか否かを、決める(ブロック607)。若し、全てをオフすべきでない場合には、ついでアルゴリズムが、最大数回のリトライ(RETRY)がなされたか否かを、決める(ブロック610)。そして、若し、そうでなかった場合には、残されたビットがプログラムされるように、再びページ・プログラムするために、ブロック605に戻る。パスしたビットは再プログラムされない。何故なら、ページ・バッファー中の対応ビットは、ベリファイ操作中0にリセットされている。若し、ブロック610で、最大数のリトライがなされていると、アルゴリズムが中途終了し、不成功操作の信号が出される。
【0087】
若し、ブロック607で、全てのページのビットがオフになっていると、アルゴリズムが、セクタが完了しているか決める。即ち、セクターの両ページが書込まれ、また両者が完了しているか(ブロック608)を決める。これが、CPUで決められたパラメータである。
【0088】
若し、セクタが完了していないと、アルゴリズムがブロック602に戻り、ページ番号またはセグメント番号の適当なものが更新される。若し、セクターが、ブロック608で完了されると、アルゴリズムが終了する(ブロック609)。図5に示すブロック605に関して述べたように、プログラム確認回路にはビット・バイ・ビット・ベースにリセットすること、消去確認を経たページ・バッファー中のデータが含まれている。かくして、例えば図6に示す簡単な構成が、フラッシュ・イーピー・ロムに含まれる。アレイのセンス・アンプ650が比較回路651に接続されている。
【0089】
比較回路へのインプットはページ・バッファー・ラッチ652である。こうして、センス・アンプからのデータのバイトが、ページ・バッファーからの対応するバイトと比較される。バイトに対するパス/フエィル(pass/fail)信号が、ページ・バッファー652のビット・リセットにフィード・バックされる。かくして、パスしたビットが、ページ・バッファーにリセットされる。ページ・バッファー中の全てのビットがリセットされるか、またはプログラム操作のリトライの回数が完了すると、プログラム操作が完了する。
【0090】
図7〜図9は、本発明のフラッシュ・イーピーロム・アレイの一実施例の製造工程の説明図である。図7(a)〜図7(d)、図8(a)〜図8(c)は、統一されたスケールでは書かれていない。図9は、最終構造の概略スケールでの透視図である。図10〜図12は、フラッシュ・イーピーロム・セルの製造工程の他の例であり、図7(a)〜(d)で説明したのと同じ、初期工程を含んでいる。図9及び図12は、最終構造の概略スケールで書かれている。図13及び14〜20は、図7〜図9及び図3に関して記載された実施例に対する、ワード線が3本、コラムが6つのテスト・アレイのレイアウトを示すのに用いられる。図7〜図9に示す工程を最初に説明する。
【0091】
まず、セルは、0.6ミクロンCMOS、3ウエル(アレイ中の2ウエル、周辺回路の第3ウエル)、3ポリ及び2メタル技術で構成されている。セル製造の最初の工程が図7〜図9に示されている。
【0092】
図7(a)はプロセスの第1ステップを示している。
まず、下方のpタイプのシリコン基板200(基板領域)上に、深さ約6ミクロンのnタイプ・ウエル198が形成されている。次に、深さ約3ミクロンのpタイプ・ウエル199が、nウエルの内側に形成されている。ディープnウエル198は、nウエル領域がフォトレジスト・マスクにより画されている基板中にnタイプ・ドーパントを注入することにより形成される。注入後、フォト・マスクが除去され、ディープ・ウエルを形成するnタイプ・ドーパントの拡散・活性化のために、基板は、高温で、比較的長時間焼鈍される。
【0093】
そして、ディープnウエルの内側のpウエルの形成も、同様にしてなされる。次の工程では、紙面に直交する方向に延びる、比較的厚いフィールド酸化領域201及び202を成長させるために、周知のLOCOSフィールド酸化工程が用いられる。また、犠牲酸化層が成長され、その後、次の工程に対して、pウエル199の表面の準備のために、除去される。
【0094】
図7(b)に示すように、薄いトンネル酸化層203が約90オングストロームの厚さで成長される。図7(c)に示すように、第1ポリ層204が、トンネル酸化層203の上に約800オングストロームの厚さで堆積される。それから、厚さ約200オングストロームの薄い窒化層205が、ポリ層204の上に堆積される。図5Dに示すように、フォト・マスクエ程が、浮遊ゲート及びn+ソース並びにドレイン拡散領域を画するために、用いられる。こうして、第1ポリ層204の中に、浮遊ゲート領域を保護する、フォト・マスク層206、207が画される。第1ポリ層204及び窒化層205は、マスク層206及び207により保護されている部分を除き、ドレイン、ソース及びドレイン領域に露出するためにエッチング除去される。次に、nタイプ・ドーパントが、矢印208で示されるように、露出領域内で、pウエル199に注入される。それ故、これら領域は第1ポリ層204中の浮遊ゲート並びにフィールド分離領域201及び202にセルフ・アラインされる。
【0095】
図8(a)に示すように、基板はドーパントを活性化すると共に、ドレイン拡散領域213及び214並びにソース拡散領域215を画するために焼鈍される。また、ドレイン酸化物216、217及びソース酸化物218が、約2000オングストロームの厚さに成長され、同時に酸化物225及び226も形成され、浮遊ゲートポリ204の周辺をカバーする。
【0096】
次の工程で、浮遊ゲートの上の窒化層205が除去され、そして第2のポリ層219(第2ポリ)が第1層の上に堆積される。第2層219は、約800オングストロームの厚さで、第1ポリ層の上に堆積される。この層にはnタイプ・ドーパントが注入される。
【0097】
図8(b)に示すように、第2ポリ・パターンを画するために、フォト・マスク処理が適用される。これは、また、第3ポリに堆積される制御ゲートから見て、有効な浮遊ゲート領域を画する。有効な浮遊ゲート面積は、第2ポリ層の堆積により増大される。その結果、カップリング比は十分大きく、好ましくは50%、またはそれ以上になる。そして、続く高温焼鈍工程の間に、nタイプ・ドーパントが第2と第1ポリ層との間に均一に分布する。その結果、2つの層の間の接触抵抗は極めて低くなる。
【0098】
図8(c)に示すように、ONO層220が第2ポリ層の上に成長される。ONO層の厚さは約180オングストロームである。最後に、第3ポリ層(第3ポリ)221がONO層の上に堆積される。そして、図9に示すように、タングステン・シリサイドの堆積後、メモリ・セルのワード線を画するエッチングがなされる。
【0099】
図9は、第3ポリ層221上の、ワード線の導電率を改善するために用いられるタングステン・シリサイド層234を図示している。図9は、製品セル構造の概略スケールで示されている。図7〜図9の工程によれば、ドレイン拡散領域213はフィールド酸化物202と浮遊ゲート230の第1ポリ層との間の領域に形成され、その幅は約0.6μである。同様に、浮遊ゲート230の第1ポリ層部の幅も約0.6μである。浮遊ゲート領域230と232との間のソース拡散領域の幅は約1.0μである。ドレイン拡散領域214の幅は約0.6μである。幅が1.0μのソース拡散領域215は、第2ポリ層を画する際のアライメントの誤差を許容するために、僅かに広く形成されている。アライメントがより制御されている工程では、ソース拡散領域215の幅は小さくできる。
【0100】
各エレメントの縦方向の寸法が、図9に概略のスケールで示されている。そして、浮遊ゲート電極230または232の第1ポリ層部の下のトンネル酸化層203の厚さは約90オングストロームである。第1層堆積230の厚さは、約800オングストロームである。ドレイン拡散領域213の上の酸化領域216、同様に、ソース拡散領域215及びドレイン拡散領域214の上の上の酸化物は、約2000〜2500オングストロームの厚さにまでに成長されるが、最終的に1000〜1500オングストロームの範囲に仕上げられる。浮遊ゲート230の第1ポリ部の側壁酸化物226の厚さは、600オングストロームの範囲内にある。スケッチに見られるように、それはソースまたはドレイン拡散領域の上で熱酸化物216と1つになる。
【0101】
第2ポリ堆積231の厚さは約800オングストロームである。ONO層220の厚さは約180オングストロームである。第3ポリ層221の厚さは約2500オングストロームである。タングステン・シリサイド層234の厚さは約2000オングストロームである。最終製品でのフィールド酸化領域202の厚さは、6500〜5000オングストロームの範囲内である。
【0102】
図9は、図7〜8の工程の特徴を示している。図8(c)に見られるように、第2ポリ堆積233は、ドレイン拡散領域214を部分的にしか覆っていない。図9では、浮遊ゲートの第2ポリ部を、ドレイン拡散領域を越え、フィールド酸化領域202に部分的に重なるまで延ばすために、他のマスクが用いられている。プロセスでの、この長さをフィールド酸化領域の上まで延ばす変更により、浮遊ゲートのカップリング比を、特定の設計の必要に適合するように、可変にすることができる。金属被覆及び保護膜(図示せず)が、図9の回路の上に堆積される。
【0103】
こうして、図9に見られるように、第1ポリ層230及び第2ポリ層231からなる、ドレイン・ソース・ドレイン構成のフラッシュ・イーピーロム・セグメントが得られる。第1ポリ層230はソース及びドレイン拡散領域のセルフ・アセインに用いられる。第2ポリ層231は、セルのカップリング比を上げるために、浮遊ゲート表面積を広げるのに用いられる。
【0104】
ドレイン・ソース・ドレイン構造では、浮遊ゲートはセルの左側では第1ポリ層230と第2ポリ層231とで構成され、右側では、ほぼ鏡対称に、第1ポリ層232と第2ポリ層233とで構成されている。こうして、ドレイン・ソース・ドレイン構造で、共通のソース拡散領域を本質的に縮めることなく、浮遊ゲートを、ドレイン拡散領域を越えて延ばすことができる。
【0105】
セル技術及びレイアウトは、多くの効果を奏する。トンネル酸化物は、ソース/ドレイン注入前に成長される。これにより、酸化膜の厚膜化及びドーパントの減少効果を最小にできる。メモリ・セルのソース及びドレインの注入は、ポリイ層のパターンに対してセルフ・アラインされる。こうして、セルのチャネル長さを、うまく制御できる。
【0106】
余裕のある金属設計ルールがフラッシュ・アレイ、特に図3に示した構造に使用できる。ソース・ブロック・トランジスタが、セル・レイアウトで、メモリ・セル・ソース拡散と一緒になる。このオーバラップ領域が、これら2つの拡散部の相互接続となる。フィールド酸化物が、ビット線対を近傍のビット線から分離するのに用いられる。ビット線対の内側では、構造は平らである。
【0107】
また、図7〜図9に示すセルにおいて、制御ゲートから見た有効なゲート連結面積は、第2ポリ層の面積により決められる。それ故、適当に高いゲート・カップリング比は、ただ第1ポリ層によってのみ得られる低いゲート・カップリング比を補うために、第2ポリ層を埋込み拡散、フィールド酸化領域の上に広げることによって達成される。更に、第2ポリ層の、拡散領域及び分離領域を越えての長さを延ばすことにより、異なった製品に適用させるために、異なったゲート・カップリング比を容易に得ることができる。
【0108】
他のセル構造が、図10〜図12に説明されている。この構造は、上記の図7(a)〜7(d)に示すのと同じ製造工程で始まる。そして、図10(a)に示すように、図7(d)に示す構造から始めて、まずマスク206及び207を除き、次に領域上に窒化層250を堆積させる。窒化層は、図に示すように、浮遊ゲートポリ204の側面を覆う。
【0109】
次の工程で、図10(b)に示すように、浮遊ゲートポリイ204の上面及び側面以外の堆積窒化層250を除くために異方性エッチングが用いられる。エッチングはフィールド酸化領域201、202のエッジ上に僅かな窒化物を残す。しかし、これは工程上で重要な問題ではない。窒化物の異方性エッチング後、ウエハはドレイン拡散領域213及び214並びにソース拡散領域215を形成するために、焼鈍される。また、熱酸化物216、217及び218が、それぞれドレイン拡散領域及びソース拡散領域の上に成長される。窒化層205及び250は、浮遊ゲート・ポリ204に酸化物が形成されることを防止する。
【0110】
次の工程で、図10(c)に示すように、層205及び層250の残りの僅かな窒化物が除去され、第1ポリ浮遊ゲート部204が露出される。次の工程で、図11(a)に示すように、第2ポリ219が堆積される。この第2ポリ層219は、厚さが1500〜2000オングストロームに達するまで堆積され、またnタイプ・ドーパントが注入される。
【0111】
図11(b)に示すように、ポリ・スペーサ240及び241が、第2ポリ層のセルフ・アライン・プラズマ・エッチングを用いて、第1ポリ・パターンのエッジに沿って形成される。続く高温工程の間に、第2ポリ堆積中のnタイプ・ドーパントが第1及び第2ポリ層の間に均一に分布して、良好な電気接触が得られる。
【0112】
図11(c)に示すように、ONO層220が、第1ポリ層からなる浮遊ゲート242並びに2つのポリ・スペーサ240及び241上に堆積される。また、この工程では、フィールド酸化領域201に隣接してポリ・シリコン領域243が残される。しかし、この領域では電気接触は生ぜず、装置の動作に何等影響を及ぼさない。ONO層220が堆積後、厚さ約2500オングストロームの第3ポリ層221が堆積され、装置のワード線を形成する。
【0113】
図12は、このプロセスの最後の工程の説明で、構造の導電率を向上させるために、第3ポリ・ワード線221の上に、厚さ約2000オングストロームのタングステン・シリサイド234を堆積させる工程を示している。また、図12は、構造の大体のスケールのスケッチである。そして、図に見られるように、ドレイン拡散領域213及び214が、フィールド酸化202と幅が約0.6ミクロンの浮遊ゲート204との間の領域に形成される。
【0114】
第1浮遊ゲートポリイ堆積204は厚さが約0.15ミクロンである。また、ソース拡散領域215が、第1ポリ浮遊ゲートの間に形成され、この例では約0.6ミクロンである。この方法では、2つのポリ・スペーサ240及び241のセルフ・アライン性により、図9に比べて狭いソース拡散領域215が可能になる。図12に示す構造のレイアウトでは、図9の第2ポリイ浮遊ゲートの延長形成のために、マスクのアライソメントに必要な、アライソメント誤差を設定する必要がない。
【0115】
これにより、図12の構造では、マスク・アライソメント誤差を設定する必要がなく、プロセス寸法の縮小に対応できる。領域の縦方向の厚み寸法は、図9の場合と同様である。しかし、第1ポリ堆積242の厚さは約1500〜1600オングストロームである。スペーサ240及び241は、ソース及びドレイン拡散領域より、約2000オングストローム延びている。図12に示される構造を製作する他のプロセスでは、第2窒化層250は堆積)されない。しかし、図10(b)の焼鈍工程中、酸化物が第1ポリ堆積の側面に成長される。ポリの側面のこれら酸化物は、腐食除去される。
【0116】
従って、第1ポリと第2ポリとの接触は、続く工程でなされる。しかし、浮遊ゲートの第1ポリ部の側面上の酸化物のエッチングは、浮遊ゲートと基板との間の酸化物をエッチングする恐れがある。もし、この領域がエッチングされ過ぎると、第2ポリ堆積と基板との間で短絡が生ずるかもしれない。そこで、図10〜12に示す工程が、多くの適用に対して好ましい。浮遊ゲートの上述の構造で使用されるポリシリコンは、アモルファス・シリコンに置き換えても良い。
【0117】
本発明による集積回路のレイアウトを良く理解するために、図13〜20が使用される。これは、6コラム、3ワード線の大きさのテスト・アレイについてのものである。
【0118】
図13は、構成図で、図14〜20を参照することにより良く理解されるであろう。図13に見られるように、テスト・アレイは、5つのフィールド分離領域400、401、402、403及び404を含んでいる。これら分離領域のレイアウトは図14に明らかである。ここで、フィールド分離領域は、符号400〜404で示されており、ハッチした領域405は図8(c)のpタイプ・ウエル内の活性化領域に対応する。図15は、メモリセルのしきい値電圧VTを高めるのに用いられるpタイプ注入のレイアウトを示している。
【0119】
領域406への注入は、選択トランジスタ(図7の線436と437によって囲まれる領域内)に対するよりも、ブロック内でのメモリセルに対して高い初期VTを生じさせる。また、アレイは、3つのセグメントのそれぞれについての左及び右選択トランジスタに対する第3ポリ制御線407及び408を含んでいる。また、図13は、アレイの3つのセグメント上の3つのワード線409、410及び411を示している。図13で、第1ポリ層はボールド線415により示されており、図16に、より明らかに見られる。図16に示すように、第1ポリ層には、セグメント416、417、418、419、420及び421があり、左及び右選択トランジスタのセルフ・アラインのために用いられる。これらセグメントは、セルのソース及びドレイン領域形成後に、除去される。
【0120】
そして、図16に、第1ポリ堆積の1ためのマスキングが示されている。第1ポリが堆積され、そして線415により画された領域内でエッチングされ、そして図16のレイアウトを囲む領域で、図8(C)の浮遊ゲートの第1ポリ層を形成する。
【0121】
図17は、図8(c)に示すセルの第2ポリイ層に対するマスキング・パターンを示す。図13で、領域412、413及び414は、明らかである。領域422及び423は、図13のフィールド分離領域401及び403上の浮遊ゲート・ポリのセグメントに対応している。第2ポリ層は、図8(c)の延長浮遊ゲートを形成するために、パターニングされる。
【0122】
図18は、第3ポリ制御線407及び408並びにワード線409、410及び411を示している。図19は、テスト・アレイでの金属コンタクト424、425、426、427、428及び429を示している。コンタクト424は、第3ポリ制御線408とコンタクトするのに用いられる。コンタクト428は、第3ポリ制御線407と金属コンタクトするのに用いられる。コンタクト425、426及び427は、選択トランジスタの拡散領域から、アレイ上の金属総括ビット線(図13に図示せず)にコンタクトするのに用いられる。コンタクト429は、アレイのソース拡散とコンタクトするのに用いられる。
【0123】
金属線のレイアウトは、図20に示されている。図に見られるように、それらはコンタクト425、426及び427にアライメントされ、アレイのセグメントに重なっている。こうして、金属ビット線430はコンタクト425に接続され、金属ビット線431はコンタクト426に接続され、また金属ビット線432はコンタクト427に接続される。金属パッド433及び434は、それぞれコンタクト428及び424に接続される。金属パッド435は、コンタクト429に接続される。
【0124】
フィールド分離及び拡散工程が図14に示されている。次に、VTを高める注入工程が図15に示す領域406でなされる。次に、浮遊ゲート・ポリが定義される。更に、左及び右ブロック選択トランジスタに対するチャネルを形成するために、セグメント416〜421が第1ポリと共に定義される。かくて、ドレイン・ソース・ドレイン構造、左及び右ブロック選択トランジスタに対する埋込拡散並びに仮想接地端子を形成するソース/ドレイン注入がなされる。
【0125】
この注入の後で、図17に示すように、第2ポリが堆積される。第2ポリは、前述のように、延長浮遊ゲートを形成するように、パターニングされる。絶縁層が第2ポリの上に置かれ、また第3ポリ層が図18に示すパターンで堆積される。最後に、絶縁物が第3ポリ層の上に堆積され、金属コンタクトが作られ、また金属ビット線がアレイを覆って堆積される。
【0126】
図13に見られるように、左選択トランジスタが、線436で囲まれた領域内の制御線408の下にある。同様に、第1セグメントに対する右選択トランジスタが、線437で囲まれた領域内の制御線407の下にある。コンタクト425は、拡散領域438に達している。拡散領域438は、第1ポリ堆積により画されたマスクされた部440により、拡散領域439から分離される。
【0127】
同様に、拡散領域438は、第1ポリ堆積により画されたマスクされた部442により、拡散領域441から分離される。こうして、左コラムに対する選択トランジスタが、領域442により画されたチャネルとクロスして構成される。拡散領域441は、セグメントに対するドレイン拡散領域の中にあるか、または接続される。同様に、拡散領域439は、セグメントに対する右側ドレイン拡散領域の中にあるか、または接続される。コンタクト425からの、セグメントに対する左拡散領域への電流パスが、矢印線443により示されている。図に見られるように、このパスは、領域442内のトランジスタ・チャネルにより中断されている。
【0128】
こうして、制御線408が、左側ドレイン拡散領域をコンタクト425に接続している。右側ブロック選択トランジスタヘの電流パスが、矢印線443により示されている。図に見られるように、このパスは、領域440内のチャネルにより中断されている。領域436及び437内の2つの選択トランジスタが、コンタクト425の左または右拡散領域への選択接続をする。こうして、フラッシュ・イーピーロム・セルの2つのコラムは、コンタクト425を介して、1つの金属ビット線に選択的に接続される。当業者に公知のように、図14〜20のマスク・シーケンスは、図12に示すセルに対し、第2ポリ堆積工程に関して変更できる。しかし、アレイの基本的レイアウトは、そのままである。1こうして、新しいフラッシュ・イーピーロム・セル及びアレイ構造が得られる。この構造で、独特なセル・レイアウトにより密度の高いアレイが得られる。ここで、2つの近接したローカル・ドレインビット線は、1つのコモン・ソース・ビット線を共有する。また、レイアウトは、1つの金属線を、アレイのセルのそれぞれ2つコラムに対して、使用することにより、最適化される。更に、レイアウトは 従って、ワード線ドライバー・ピッチは、主アレイの大きさに影響を及ぼさない。セクタ消去は、本発明のセグメンタブル構造を用いることにより可能となる。また、フラッシュ・イーピーロムに、この構造を用いることにより、列冗長が利用できる。これらの技術を用いることにより、高性能の、信用できるフラッシュ・メモリ・アレイが達成できる。
【0129】
フラッシュ・イーピーロム・アレイのnチャネルの実施例について説明した。当業者は、pチャネルの対応回路に対しても、公知の技術を用いることにより、実施できることを、理解するであろう。更に、構造は、フラッシュ・イーピーロム・セルに関して、デザインされている。構造の多くの面が、各種のメモリ回路アレイに適用できる。本発明の、上述の好ましい実施例の説明は、解説のためになされたものである。発明を、開示した詳細構成通りに限定するものではない。当業者にとり、多くの変形が可能であることは、明らかである。本発明の限界は、以下のクレーム及びその均等により画される。
【0130】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高密度のセグメンタブルなフラッシュ・イーピーロム・チップとなる、新規なコンタクトレス・フラッシュ・イーピーロム・セル及びアレイ構造におけるデータ・パターンをプログラムする方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるフラッシュ・イーピーロム集積回路モジュールの概略説明図である。
【図2】本発明の1実施例による、ドレイン・ソース・ドレイン構造の、仮想接地、フラッシュ・イーピーロム・アレイの概略説明図である。
【図3】本発明の、1つの金属ビット線に共通接続された2つのコラムを備えた他の実施例のフラッシュ・イーピーロム・セルの概略説明図である。
【図4】メイン・アレイ中の故障列の代替のための冗長列を備えたセグメンタブルなフラッシュ・イーピーロム・アレイの概略説明図である。
【図5】本発明によるペイジ・プログラム操作のフローチャートである。
【図6】本発明による、プログラム確認回路の簡単化した概略説明図である。
【図7】図7(a)〜(d)は、本発明によるフラッシュ・イーピーロム・セルの、カップリング比を改善するための延長浮遊ゲートを備えた、第1のタイプの製造ステップを示す図である。
【図8】図8(a)〜(c)は、図7(d)に続く第1のタイプの製造ステップを示す図である。
【図9】図8(c)に続く第1のタイプの製造ステップを示す。
【図10】図10(a)〜(c)は、本発明によるフラッシュ・イーピーロム・セルの他の実施例を完成させるための、図7(a)〜(d)から始まる最終の6ステップを説明するための図である。
【図11】図11(a)〜(c)は、図10(c)に続く製造ステップを示す図である。
【図12】図11(c)に続く製造ステップを示す図である。
【図13】フラッシュ・イーピーロム・セグメントのレイアウトの透視図である。
【図14】図13のマスク・レイアウトにおける基板中の第1拡散層およびフィールド酸化分離層の配置を示す図である。
【図15】図13のマスク・レイアウトにおけるアレイのセル中のしきい値を上げるためのp+タイプ・セル注入領域の図である。
【図16】図13のマスク・レイアウトにおける第1ポリシリコン層の配置説明図である。
【図17】図13のマスク・レイアウトにおける第2ポリシリコン層の配置説明図である。
【図18】図13のマスク・レイアウトにおける第3ポリシリコン層の配置説明図である。
【図19】図13のマスク・レイアウトにおける金属コンタクトの位置を示す説明図である。
【図20】図13のマスク・レイアウトにおける下のアレイに対して上乗せされた金属線の配置説明図である。
Claims (7)
- フラッシュ・イーピーロム・セルの行及び列を含むメモリアレイ中のフラッシュ・イーピーロム・セルのセット中にデータ・パターンをプログラムするプログラム方法であって、
バッファ中にデータ・パターンをロードするロード工程;
前記バッファを、2N本のフラッシュ・イーピーロム・セルの列とN本の総括的ビット線に接続する選択回路を含む前記N本の総括的ビット線に接続し、前記N本の総括的ビット線を、前記選択回路を介してN本のフラッシュ・イーピーロム・セルの列に接続する接続工程;
前記バッファを、前記フラッシュ・イーピーロム・セルのセットに対するビット線に接続することにより、前記フラッシュ・イーピーロム・セルのセットのプログラミングをするプログラミング工程;
前記のプログラミング工程の後に、このプログラミングの正しさをベリファイするために、前記フラッシュ・イーピーロム・セルのセットからの出力を、前記バッファ中のデータと比較する比較工程;
前記バッファ中のデータとマッチする出力を有する、フラッシュ・イーピーロム・セルのセット中のセルに対して、前記バッファ中の対応するビットをクリアし、そして若しデータ・パターンのいずれかのビットが、前記バッファ中にクリアされないで残っている場合には、前記接続工程、前記プログラミング工程及び前記比較工程をリトライするクリアリトライ工程;
を有するプログラム方法。 - 前記プログラミング工程が、結果としてフラッシュ・イーピーロム・セル中の浮遊ゲートをディス・チャージすることになり、更に、前記プログラミング工程の前に、前記フラッシュ・イーピーロム・セルの浮遊ゲートをチャージする工程を含んでいる請求項1に記載のプログラム方法。
- 前記プログラミング工程が、ディス・チャージされるセット中のセルのドレインに正の電位を印加すると共に、セット中のセルの制御ゲートに負の電位を印加する工程を含み、また前記バッファ中のデータに対応して、チャージされないで残っているセルのドレインヘの正の電位よりも低い第2の電位を印加する工程を含んでいる請求項2に記載のプログラム方法。
- 前記第2の電位は実質的にはアースである請求項3に記載のプログラム方法。
- 前記浮遊ゲートをチャージする工程は、制御ゲートに正の電位を印加する工程、ドレインに負の電位を印加する工程及びセット中のソースに負の電位を印加する工程を含んでいる請求項3に記載のプログラム方法。
- フラッシュ・イーピーロム・セルのセットがpタイプ・ウエル内に形成され、またこのpタイプ・ウエルは半導体基板中のnタイプ・ウエル内に形成されており、またセルの浮遊ゲートにチャージする工程は前記pタイプ・ウエルを負の電位でバイアスする工程を含んでいる請求項5に記載のプログラム方法。
- 前記接続工程、前記プログラミング工程及び前記比較工程のリトライ後に、若し、全てのセルの正しさをベリファイする処置がなされてないときには、全てのセルがパスするか、或いはリトライの最大数が実行されるまで、前記クリアリトライ工程が繰り返される請求項1に記載のプログラム方法。
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