JP4546795B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
図1に、本実施の形態1によるフラッシュメモリに採用された不揮発性メモリセルの一例を示す。ここでは、コントロールゲートまたはメモリゲートを有する2つのトランジスタを設けたMONOS(Metal oxide Nitride Oxide Semiconductor)構造のスプリットゲート型メモリセルを例示し、チャネル長方向に沿って切断したメモリセルの要部断面図を示す。
不揮発性メモリでは、必要な演算処理単位のデータ長に合わせて記憶情報を書き換えたいという要望から、1バイト単位での記憶情報の書き換えが採用されているが、ビット線をバイト毎に分割し、1バイト単位のデータ長毎にメモリセルを分離するスイッチ素子を接続する必要があり、メモリアレイの面積が相対的に大きくなるという課題がある。そこで、本発明者は、例えば128バイト(1024ビット)のようなワード線単位(1ページ)で記憶情報を読み出してラッチ(Latch)しておき、記憶情報を書き換えたバイトと共にワード線単位で記憶情報を書き込む手法(以下、擬似バイト書き換えと記す)を検討した。
2a 半導体領域
2b 半導体領域
3 ゲート絶縁膜
4 半導体領域
5b 絶縁膜
5t 絶縁膜
6 半導体領域
7 絶縁膜
8 コンタクトホール
9 プラグ
10 絶縁膜
11 ゲート絶縁膜
12 トンネル絶縁膜
13 絶縁膜
14 サイドウォール
15 トンネル絶縁膜
16 層間絶縁膜
20 ICカード
21 カード基板
22 端子
23 不揮発性メモリモジュール
24 RAM
25 CPU
26 コプロセッサ
27 入出力ポート
28 データバス
29 アドレスバス
30 システムコントロールユニット
31 タイマ
BL ビット線
BL0、BL1、BL2、BL3、… ビット線
BLj、BLj+1、… ビット線
BLn ビット線
C1、C2、C3 コンタクトホール
CG コントロールゲート
CG0、CG1、… コントロールゲート制御線
CG0b、CG0t コントロールゲート制御線
CG1b、CG1t コントロールゲート制御線
CGi、CGi+1、… コントロールゲート制御線
CGn、CGnb、CGnt コントロールゲート制御線
CSL 電荷蓄積層
D ドレイン
FG 浮遊ゲート
LAT ラッチ回路
LATb 第1ラッチ回路
LATt 第2ラッチ回路
M00、M10 メモリセル
M1、M2 メタル配線
MC メモリセル
MCF1、MCF2 メモリセル
MCP マイクロコンピュータ
MCL セル長
MCW セル幅
MG メモリゲート
MG0、MG1 メモリゲート制御線
MGi、MGi+1、… メモリゲート制御線
MGn メモリゲート
Mn,m、M(n+1),m、M(n+2),m、M(n+3),m、… メモリセル
Mn,(m+1)、Mn,(m+2)、Mn,(m+3)、… メモリセル
M(n+1),(m+1)、M(n+1),(m+2)、M(n+1),(m+3)、… メモリセル
Qnc 選択用nMIS
Qnm メモリ用nMIS
S ソース
SL0、SL1、… 共通ソース線
SLi、SLi+1、… 共通ソース線
SLn 共通ソース線
Claims (18)
- 複数の不揮発性メモリセルが2次元格子状に配列されたメモリアレイを備える半導体装置であって、
前記メモリアレイは、
半導体基板上に形成された第1電荷蓄積層を有する第1不揮発性メモリセルと、
前記半導体基板上に形成された第2電荷蓄積層を有し、かつ、第1方向において前記第1不揮発性メモリセルと隣接して配置された第2不揮発性メモリセルと、
前記第1不揮発性メモリセルと前記第2不揮発性メモリセルとに挟まれるように前記半導体基板に形成されたソース領域と、
前記ソース領域に電気的に接続し、前記第1方向と直交する第2方向に延在するソース線と、
前記第1不揮発性メモリセルのドレイン領域に電気的に接続し、前記第1方向に延在する第1ビット線と、
前記第2不揮発性メモリセルのドレイン領域に電気的に接続し、前記第1方向に延在する第2ビット線と、
前記第2方向に延在する前記第1不揮発性メモリセルの第1ゲート電極と、
前記第2方向に延在する前記第2不揮発性メモリセルの第2ゲート電極とを有し、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、同電位となるように接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1不揮発性メモリセルの前記第1ゲート電極は、前記第1電荷蓄積層上に形成された第1メモリゲートと、前記半導体基板上に、第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1コントロールゲートとを有し、
前記第2不揮発性メモリセルの前記第2ゲート電極は、前記第2電荷蓄積層上に形成された第2メモリゲートと、前記半導体基板上に、第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2コントロールゲートとを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第1コントロールゲートは、前記第2コントロールゲートと同電位とされ、前記第1メモリゲートは、前記第2メモリゲートと同電位とされていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2または3記載の半導体装置において、
前記第1および第2コントロールゲートと、前記第1および第2メモリゲートは、それぞれ前記第2方向に延在していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1および第2電荷蓄積層は、窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1および第2電荷蓄積層は、多結晶シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記メモリアレイは、NOR型であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1および第2ビット線の各々に1つのラッチ回路が接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1および第2ビット線は、前記第1および第2不揮発性メモリセルよりも上層の第1層目のメタル配線で構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 複数の不揮発性メモリセルが2次元格子状に配列されたメモリアレイを備える半導体装置であって、
前記メモリアレイは、
半導体基板上に、第1方向に沿って隣接して配置された第1電荷蓄積層を有する第1不揮発性メモリセル、第2電荷蓄積層を有する第2不揮発性メモリセル、第3電荷蓄積層を有する第3不揮発性メモリセル、および第4電荷蓄積層を有する第4不揮発性メモリセルと、
前記第1方向に延在する第1および第2ビット線と、
前記第1方向と直交する第2方向に延在する第1および第2ソース線と、
前記第2方向に延在する第1、第2、第3および第4ゲート電極とを有し、
前記第2不揮発性メモリセルは前記第1および第3不揮発性メモリセルと隣接して配置されており、
前記第3不揮発性メモリセルは前記第2および第4不揮発性メモリセルと隣接して配置されており、
前記第1、第2、第3および第4不揮発性メモリセルは、前記第1、第2、第3および第4ゲート電極をそれぞれ有し、
前記第1ソース線は、前記第1不揮発性メモリセルと前記第2不揮発性メモリセルとに挟まれるように前記半導体基板に形成された第1ソース領域と電気的に接続しており、
前記第2ソース線は、前記第3不揮発性メモリセルと前記第4不揮発性メモリセルとに挟まれるように前記半導体基板に形成された第2ソース領域と電気的に接続しており、
前記第1ビット線は、前記第2および第3不揮発性メモリセルのそれぞれのドレイン領域と電気的に接続しており、
前記第2ビット線は、前記第1および第4不揮発性メモリセルのそれぞれのドレイン領域と電気的に接続しており、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とは、同電位となるように接続されており、
前記第3ゲート電極と前記第4ゲート電極とは、同電位となるように接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記第1不揮発性メモリセルの前記第1ゲート電極は、前記第1電荷蓄積層上に形成された第1メモリゲートと、前記半導体基板上に、第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1コントロールゲートとを有し、
前記第2不揮発性メモリセルの前記第2ゲート電極は、前記第2電荷蓄積層上に形成された第2メモリゲートと、前記半導体基板上に、第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2コントロールゲートとを有し、
前記第3不揮発性メモリセルの前記第3ゲート電極は、前記第3電荷蓄積層上に形成された第3メモリゲートと、前記半導体基板上に、第3ゲート絶縁膜を介して形成された第3コントロールゲートとを有し、
前記第4不揮発性メモリセルの前記第4ゲート電極は、前記第4電荷蓄積層上に形成された第4メモリゲートと、前記半導体基板上に、第4ゲート絶縁膜を介して形成された第4コントロールゲートとを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項11記載の半導体装置において、
前記第1コントロールゲートは、前記第2コントロールゲートと同電位とされ、前記第1メモリゲートは、前記第2メモリゲートと同電位とされ、
前記第3コントロールゲートは、前記第4コントロールゲートと同電位とされ、前記第3メモリゲートは、前記第4メモリゲートと同電位とされていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11または12記載の半導体装置において、
前記第1、第2、第3および第4コントロールゲートと、前記第1、第2、第3および第4メモリゲートは、それぞれ前記第2方向に延在していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11〜13のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1、第2、第3および第4電荷蓄積層は、それぞれ窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項10記載の半導体装置において、
前記第1、第2、第3および第4電荷蓄積層は、それぞれ多結晶シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項10〜15のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記メモリアレイは、NOR型であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項10〜16のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1および第2ビット線の各々に1つのラッチ回路が接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項10〜17のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1および第2ビット線は、前記第1、第2、第3および第4不揮発性メモリセルよりも上層の第1層目のメタル配線で構成されていることを特徴とする半導体装置。
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