JP5305620B2 - Non-volatile memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体不揮発性メモリに関する。特に、電気的書き込み及び消去可能な半導体不揮発性メモリ(EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)に関する。 The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory. In particular, the present invention relates to an electrically erasable and erasable semiconductor nonvolatile memory (EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)).
近年、携帯型コンピュータ、携帯電話といった携帯機器に代表される、多機能かつ高機能な小型の半導体装置が急速に普及している。これに伴い、半導体装置を構成するメモリとして半導体不揮発性メモリが注目されている。半導体不揮発性メモリは磁気ディスクと比べて、記憶容量の大きさに劣るものの、集積密度、耐衝撃性、消費電力、書き込み/読み出し速度、等の点において優れた特徴を有する。最近では、半導体不揮発性メモリの問題点であった書き換え回数やデータ保持時間において十分な性能を有するものが開発されるようになり、半導体不揮発性メモリを磁気ディスクの代替品として用いる動きが高まってきた。 In recent years, multi-function and high-performance small semiconductor devices typified by portable devices such as portable computers and mobile phones are rapidly spreading. Along with this, a semiconductor nonvolatile memory has attracted attention as a memory constituting a semiconductor device. Although the semiconductor nonvolatile memory is inferior in storage capacity as compared with a magnetic disk, it has excellent characteristics in terms of integration density, impact resistance, power consumption, writing / reading speed, and the like. Recently, those having sufficient performance in the number of rewrites and data retention time, which have been problems of the semiconductor nonvolatile memory, have been developed, and the movement to use the semiconductor nonvolatile memory as a substitute for the magnetic disk has increased. It was.
半導体不揮発性メモリは、大別するとフル機能EEPROMとフラッシュメモリの2つに分類される。フル機能EEPROMは、1ビット毎の消去が可能な半導体不揮発性メモリであり、書き込み、読みだし及び消去の動作を全て1ビット毎に行うことができる。フラッシュメモリと比較して集積度やコストは劣るが、高い機能を有する。一方、フラッシュメモリは、メモリ全体の一括消去またはメモリのブロック単位の消去を行う半導体不揮発性メモリであり、1ビット毎の消去動作を犠牲にして、高い集積密度と低コストを実現している。 Semiconductor nonvolatile memories are roughly classified into two types: full-function EEPROMs and flash memories. The full function EEPROM is a semiconductor non-volatile memory capable of erasing bit by bit, and can perform writing, reading and erasing operations every bit. Although the degree of integration and cost are inferior to those of flash memories, they have high functionality. On the other hand, a flash memory is a semiconductor nonvolatile memory that performs batch erase of the entire memory or erase in units of blocks of the memory, and realizes high integration density and low cost at the expense of erase operation for each bit.
フラッシュメモリでは、一ビットのデータの書き換えを行うために全てのデータを消去しなければならない。そのため、フル機能EEPROMと比べて消費電力が大きく、また書き換え不要なメモリセルにおいても書き換えを行うために信頼性が低下する。もちろん1ビットの消去動作が必要な用途に対してフラッシュメモリを用いることはできない。 In a flash memory, all data must be erased in order to rewrite one bit of data. Therefore, the power consumption is larger than that of a full-function EEPROM, and the reliability is lowered because rewriting is performed even in a memory cell that does not require rewriting. Of course, the flash memory cannot be used for applications that require a 1-bit erase operation.
ここでは従来の半導体不揮発性メモリとして、フル機能EEPROMを取り上げ、回路図、メモリセルの断面図および駆動方法について説明を行う。 Here, a full-function EEPROM is taken up as a conventional semiconductor nonvolatile memory, and a circuit diagram, a cross-sectional view of a memory cell, and a driving method will be described.
図12に従来のフル機能EEPROMの回路図を示す。図12に示すフル機能EEPROMは、複数のメモリセル(1、1)〜(m、n)が縦m個×横n個のマトリクス状に配置されたメモリセルアレイ405、Xアドレスデコーダ401、Yアドレスデコーダ402、および他の周辺回路403、404によって構成されている。
FIG. 12 shows a circuit diagram of a conventional full-function EEPROM. The full function EEPROM shown in FIG. 12 includes a
各メモリセル(代表として、メモリセル(i、j)を考える)(iは1以上m以下の整数、jは1以上n以下の整数)は、nチャネル型のメモリトランジスタTr1とnチャネル型の選択トランジスタTr2を有しており、これら2つのトランジスタは直列に接続されている。そして、メモリトランジスタTr1のソース電極とコントロールゲート電極は、ソース線Siとワード線Wjにそれぞれ接続され、選択トランジスタTr2のドレイン電極とゲート電極は、ビット線Biと選択線Vjにそれぞれ接続されている。また、ビット線B1〜BnはYアドレスデコーダ402に、ワード線W1〜Wmおよび選択線V1〜VmはXアドレスデコーダ401にそれぞれ接続され、ソース線S1〜Snには所定の電位Vsが全て共通に与えられている。 Each memory cell (considering memory cell (i, j) as a representative) (i is an integer of 1 to m and j is an integer of 1 to n) is composed of an n-channel memory transistor Tr1 and an n-channel memory transistor. A selection transistor Tr2 is included, and these two transistors are connected in series. The source electrode and control gate electrode of the memory transistor Tr1 are connected to the source line Si and the word line Wj, respectively, and the drain electrode and gate electrode of the selection transistor Tr2 are connected to the bit line Bi and the selection line Vj, respectively. . The bit lines B1 to Bn are connected to the Y address decoder 402, the word lines W1 to Wm and the selection lines V1 to Vm are connected to the X address decoder 401, respectively, and the source lines S1 to Sn all share a predetermined potential Vs. Is given.
各メモリセルが有するメモリトランジスタが1ビットのデータを記録する場合、図12に示すフル機能EEPROMはm×nビットの記憶容量を有する。 When the memory transistor included in each memory cell records 1-bit data, the full-function EEPROM shown in FIG. 12 has a storage capacity of m × n bits.
しかしながらフル機能EEPROMは、1ビットのデータを格納するメモリセルがメモリトランジスタと選択トランジスタの2つのトランジスタによって構成されるため、メモリセル面積が大きく、集積密度が低いという問題がある。そしてこのことは、フル機能EEPROMの小型化と低コスト化の妨げとなっている。 However, the full-function EEPROM has a problem that the memory cell storing 1-bit data is composed of two transistors, that is, a memory transistor and a selection transistor, so that the memory cell area is large and the integration density is low. This hinders miniaturization and cost reduction of the full-function EEPROM.
上記問題を解決するために、1ビットのデータを格納するメモリセルに選択トランジスタに代えて、2つのメモリトランジスタを設けることによって、集積密度を向上させる構造等が提案されている(例えば、特許文献1)。また、近年では、様々な分野において記憶素子が利用され、より小型で携帯が可能な大容量の不揮発性メモリが求められている。
本願発明は、より高集積化の実現を可能とする不揮発性メモリを提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory that can realize higher integration.
本発明の不揮発性メモリは、行方向と列方向に対応して複数のメモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、複数の第1のワード線と、複数の第2のワード線と、複数のビット線とを有し、複数のメモリセルの各々は、直列に接続された第1のメモリトランジスタと第2のメモリトランジスタとを有し、第1のメモリトランジスタのゲート電極が第1のワード線に接続され、第2のメモリトランジスタのゲート電極が第2のワード線に接続され、第1のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の一方が第1のビット線に接続され、第2のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の他方が第2のビット線に接続され、第1のビット線及び第2のビット線は、それぞれメモリセルが設けられた列と隣接する列のメモリセルと共通化して設けられていることを特徴としている。なお、ビット線が、メモリセルが設けられた列と隣接する列のメモリセルと共通化して設けられるとは、ある列(j列)のメモリセルとそれに隣接する列((j+1)列)のメモリセルとの間に1本のビット線が配置し、当該ビット線がj列のメモリセルに設けられたメモリトランジスタと(j+1)列に設けられたメモリトランジスタの双方と電気的に接続している状態をいう。 The nonvolatile memory of the present invention includes a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix corresponding to the row direction and the column direction, a plurality of first word lines, a plurality of second word lines, Each of the plurality of memory cells has a first memory transistor and a second memory transistor connected in series, and the gate electrode of the first memory transistor is the first memory transistor. Connected to the word line, the gate electrode of the second memory transistor is connected to the second word line, one of the source region or the drain region of the first memory transistor is connected to the first bit line, The other of the source region or the drain region of the memory transistor is connected to the second bit line, and each of the first bit line and the second bit line is adjacent to the column in which the memory cell is provided. It is characterized in that provided in common to the memory cell. Note that the bit line is provided in common with the memory cell in the column adjacent to the column in which the memory cell is provided, that the memory cell in a certain column (j column) and the column adjacent to it ((j + 1) column). One bit line is arranged between the memory cell and the bit line is electrically connected to both the memory transistor provided in the memory cell in the j column and the memory transistor provided in the (j + 1) column. The state that is.
また、本発明の不揮発性メモリは、行方向と列方向に対応して複数のメモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、複数の第1のワード線と、複数の第2のワード線と、隣接して設けられた第1のビット線と第2のビット線を含む複数のビット線とを有し、複数のメモリセルの各々は、直列に接続された第1のメモリトランジスタと第2のメモリトランジスタとを有し、第1のメモリトランジスタのゲート電極が第1のワード線に接続され、第2のメモリトランジスタのゲート電極が第2のワード線に接続され、第1のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の一方が第1のビット線に接続され、第2のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の他方が第2のビット線に接続され、第1のビット線は、(j−1)列目のメモリセルに設けられた第2のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の一方と、j列目のメモリセルに設けられた第1のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の一方と接続し、第2のビット線は、j列目のメモリセルに設けられた第2のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の一方と、(j+1)列目のメモリセルに設けられた第1のメモリトランジスタのソース領域又はドレイン領域の一方と接続していることを特徴としている。 The nonvolatile memory of the present invention includes a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix corresponding to the row direction and the column direction, a plurality of first word lines, and a plurality of second word lines. And a plurality of bit lines including a first bit line and a second bit line provided adjacent to each other, and each of the plurality of memory cells includes a first memory transistor and a first memory transistor connected in series. And the gate electrode of the first memory transistor is connected to the first word line, the gate electrode of the second memory transistor is connected to the second word line, and the first memory transistor One of the source region and the drain region of the second memory transistor is connected to the first bit line, the other of the source region and the drain region of the second memory transistor is connected to the second bit line, and the first bit line is ( -1) One of the source region or drain region of the second memory transistor provided in the memory cell in the column and one of the source region or drain region of the first memory transistor provided in the memory cell in the j column And the second bit line is connected to one of the source region and the drain region of the second memory transistor provided in the memory cell in the j column and the first bit line provided in the memory cell in the (j + 1) column. The memory transistor is connected to one of a source region and a drain region.
また、本発明の不揮発性メモリは、1ビット毎の書き込み及び1ビット毎の消去が可能である。また、メモリセルへの書き込み及び消去がトンネル電流によって行うことが可能である。 In addition, the nonvolatile memory of the present invention is capable of writing for each bit and erasing for each bit. Further, writing and erasing to the memory cell can be performed by a tunnel current.
なお、本発明の不揮発性メモリにおいて、メモリセルに接続される列方向の配線をビット線と呼ぶ。本発明の不揮発性メモリはソース線を有さず、従来のフル機能EEPROMにおいてソース線に接続されていたトランジスタのソース領域は、隣接するビット線に接続される。 In the nonvolatile memory of the present invention, the wiring in the column direction connected to the memory cell is called a bit line. The nonvolatile memory of the present invention does not have a source line, and the source region of the transistor connected to the source line in the conventional full function EEPROM is connected to the adjacent bit line.
本発明の不揮発性メモリは、メモリセルを2つのメモリトランジスタによって構成し且つ、従来のソース線を除去し、従来のソース線の代わりに隣接するビット線に接続することにより、集積密度が高く、小型で低コストであるフル機能EEPROMを提供することが可能となる。 The nonvolatile memory of the present invention has a high integration density by configuring a memory cell with two memory transistors and removing a conventional source line and connecting it to an adjacent bit line instead of the conventional source line. It is possible to provide a full-function EEPROM that is small and low-cost.
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals may be used in common in different drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の不揮発性メモリの回路図、駆動方法及びメモリセルの断面構造について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment mode, a circuit diagram of a nonvolatile memory of the present invention, a driving method, and a cross-sectional structure of a memory cell will be described.
図1に本実施の形態で示す不揮発性メモリの回路を示す。なお、ここでは一例として、m×n(m、nはそれぞれ1以上の整数)ビット不揮発性メモリの回路図を示す。 FIG. 1 shows a circuit of a nonvolatile memory shown in this embodiment mode. Here, as an example, a circuit diagram of an m × n (m and n are integers of 1 or more) bit nonvolatile memory is shown.
本実施の形態で示す不揮発性メモリは、m×n個のメモリセル(1、1)〜(m、n)が縦m個×横n個のマトリクス状に配置されたメモリセルアレイ105、当該メモリセルアレイ105の駆動回路であるXアドレスデコーダ101及びYアドレスデコーダ102、他の周辺回路103、104によって構成されている。
The nonvolatile memory described in this embodiment includes a
また、各メモリセル(代表としてメモリセル(i、j)を考える)(iは1以上m以下の整数、jは1以上n以下の整数)は、それぞれ2つのメモリトランジスタTr1及びTr2を有しており、これら2つのメモリトランジスタTr1及びTr2は直列に接続されている。メモリトランジスタTr1のゲート電極は第1のワード線Wajに接続され、メモリトランジスタTr2のゲート電極は第2のワード線Wbjに接続されている。 Each memory cell (considering memory cell (i, j) as a representative) (i is an integer of 1 to m and j is an integer of 1 to n) has two memory transistors Tr1 and Tr2, respectively. These two memory transistors Tr1 and Tr2 are connected in series. The gate electrode of the memory transistor Tr1 is connected to the first word line Waj, and the gate electrode of the memory transistor Tr2 is connected to the second word line Wbj.
さらに、本実施の形態で示す不揮発性メモリは、ある行において隣接するメモリセル同士がビット線として機能する配線を共通化している。つまり、ある行(例えば、i行)において、j列におけるメモリトランジスタTr1のソース電極と(j−1)列におけるメモリトランジスタTr2のドレイン電極が同一の配線(j番目ビット線)に接続され、(j+1)列におけるメモリトランジスタTr1のソース電極とj列目におけるメモリトランジスタTr2のドレイン電極が同一の配線((j+1)番目ビット線)に接続されている。 Further, in the nonvolatile memory described in this embodiment, wirings in which memory cells adjacent in a row function as bit lines are shared. That is, in a certain row (for example, i row), the source electrode of the memory transistor Tr1 in the j column and the drain electrode of the memory transistor Tr2 in the (j−1) column are connected to the same wiring (jth bit line), The source electrode of the memory transistor Tr1 in the (j + 1) th column and the drain electrode of the memory transistor Tr2 in the jth column are connected to the same wiring ((j + 1) th bit line).
隣接するメモリセルにおいて、配線を共通化して設けることによって、メモリトランジスタをより高密度に集積化することが可能となるため、不揮発性メモリの小型化且つ大容量化を達成することができる。 By providing wirings in common in adjacent memory cells, the memory transistors can be integrated with higher density, so that the non-volatile memory can be reduced in size and capacity.
それぞれのメモリトランジスタが1ビットのデータを記憶する場合には、本実施の形態の不揮発性メモリはm×n×2ビットの記憶容量を有する。また、他の周辺回路には、アドレスバッファ回路、コントロールロジック回路、センスアンプ、昇圧回路等が含まれ、必要に応じて設けられる。 When each memory transistor stores 1-bit data, the nonvolatile memory of this embodiment has a storage capacity of m × n × 2 bits. Other peripheral circuits include an address buffer circuit, a control logic circuit, a sense amplifier, a booster circuit, and the like, and are provided as necessary.
メモリトランジスタTr1及びTr2はnチャネル型またはpチャネル型のいずれの導電型トランジスタでも良いが、本実施の形態では、nチャネル型トランジスタとした場合を示す。また、本実施の形態では1つのメモリトランジスタが1ビットのデータを記憶する場合を考えるが、多値技術により、1つのメモリトランジスタが2ビット以上のデータを記憶することも可能である。1つのメモリトランジスタがkビット(kは1以上の整数)のデータを記憶する場合、本実施の形態の不揮発性メモリの記憶容量は、m×n×2×kビットとなる。 The memory transistors Tr1 and Tr2 may be either n-channel or p-channel conductivity type transistors, but in this embodiment, an n-channel transistor is shown. In this embodiment, a case where one memory transistor stores 1-bit data is considered. However, one memory transistor can store data of 2 bits or more by a multi-value technique. When one memory transistor stores k bits (k is an integer equal to or greater than 1), the storage capacity of the nonvolatile memory according to the present embodiment is m × n × 2 × k bits.
また、不揮発性メモリを構成するメモリトランジスタは、シリコン基板、SOI基板及び絶縁表面を有する基板のいずれの基板上に設けられた構成でも構わない。また、メモリセルの駆動回路(本実施の形態では、Xアドレスデコーダ101とYアドレスデコーダ102)、および他の周辺回路103、104をメモリトランジスタと同じ基板上に形成することにより、小型の不揮発性メモリを実現することができる。 In addition, the memory transistor included in the nonvolatile memory may be provided over any of a silicon substrate, an SOI substrate, and a substrate having an insulating surface. Further, by forming the memory cell drive circuit (in this embodiment, the X address decoder 101 and the Y address decoder 102) and the other peripheral circuits 103 and 104 over the same substrate as the memory transistor, a small nonvolatile A memory can be realized.
特に、本実施の形態で示す不揮発性メモリを、絶縁表面を有する基板上に形成されるメモリTFT(TFT型のメモリ素子)によって構成する場合、TFTによって構成されるいかなる半導体装置の部品とも一体形成することが可能であり、多機能または高機能であり、小型の半導体装置を提供することができる。 In particular, when the nonvolatile memory described in this embodiment is formed using a memory TFT (TFT-type memory element) formed over a substrate having an insulating surface, it is integrally formed with any semiconductor device component including the TFT. Therefore, it is possible to provide a small-sized semiconductor device that is multifunctional or highly functional.
次に、本実施の形態の不揮発性メモリを構成するメモリセルの一例について図面を参照して説明する。なお、図2はメモリセルの上面図を示し、図3(A)は図2におけるA−B間の断面図を示し、図3(B)は図2におけるC−D間の断面図を示している。 Next, an example of a memory cell constituting the nonvolatile memory of this embodiment will be described with reference to the drawings. 2 is a top view of the memory cell, FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line CD in FIG. ing.
本実施の形態で示す不揮発性メモリは、基板201上にメモリセル211を構成する2つのメモリトランジスタ212、213が形成されている(図3(A)参照)。メモリトランジスタ212は、基板201上に絶縁膜202を介して形成された半導体膜203、第1の絶縁膜204a、第1の導電膜205a、第2の絶縁膜206a、第2の導電膜207aにより構成されている。メモリトランジスタ212において、半導体膜203は、ソース領域又はドレイン領域203c、203d、チャネル形成領域203aを有している。
In the nonvolatile memory described in this embodiment, two
メモリトランジスタ213も同様に、基板201上に絶縁膜202を介して形成された半導体膜203、第1の絶縁膜204b、第1の導電膜205b、第2の絶縁膜206b、第2の導電膜207bにより構成されている。メモリトランジスタ213において、半導体膜203は、ソース領域又はドレイン領域203c、203e、チャネル形成領域203bを有している。
Similarly, the
また、行方向(C−Dと平行な方向)において、隣接するメモリセルの各々に設けられた半導体膜203、223等の間にビット線として機能しうる導電膜210a〜210dがそれぞれ設けられており、当該導電膜210a〜210dは行方向において隣接する半導体膜とそれぞれ電気的に接続している。具体的には、メモリセル211の半導体膜203と、メモリセル221の半導体膜223の間に導電膜210bが設けられており、当該導電膜210bは、半導体膜203のソース領域又はドレイン領域203e及び半導体膜223のソース領域又はドレイン領域と電気的に接続している。つまり、メモリセル211とメモリセル221の間に導電膜210bが共通化して設けられている。
In the row direction (direction parallel to CD),
このように、行方向において隣接するメモリセルの半導体膜に接続される配線を共通化して設けることによって、半導体膜毎に配線を設ける場合と比較して、半導体膜をより高密度に集積化することが可能となる(図2、図3(B)参照)。例えば、列毎に独立なビット線とソース線を設ける場合と比較すると、列毎にソース線幅とソース線−ビット線間の距離だけ、面積を縮小することが可能となる。配線幅は、例えば0.1μm〜2μm程度、配線間距離は、例えば0.1μm〜2μm程度であり、列毎に幅を0.2μm〜4μm程度縮小できる。 As described above, by providing the wiring connected to the semiconductor film of the memory cell adjacent in the row direction in common, the semiconductor film can be integrated at a higher density than when the wiring is provided for each semiconductor film. (See FIGS. 2 and 3B). For example, the area can be reduced by the distance between the source line width and the source line-bit line for each column as compared with the case where independent bit lines and source lines are provided for each column. The wiring width is, for example, about 0.1 μm to 2 μm, the distance between the wirings is, for example, about 0.1 μm to 2 μm, and the width can be reduced by about 0.2 μm to 4 μm for each column.
なお、メモリトランジスタ212における第2の導電膜207aは第1のワード線Waに相当し、メモリトランジスタ213における第2の導電膜207bは第2のワード線Wbに相当する。また、メモリトランジスタ212、213において、第1の絶縁膜204a、204bはトンネル絶縁膜として機能しうる。また、第1の導電膜205a、205bは浮遊ゲート電極として機能しうる。また、第2の絶縁膜206a、206bはコントロール絶縁膜として機能しうる。また、第2の導電膜207a、207bはコントロールゲート電極として機能しうる。
Note that the second
また、メモリトランジスタ212、213を覆うように絶縁膜208、209が形成されており、当該絶縁膜209上に半導体膜203のソース領域又はドレイン領域203c、203eと電気的に接続する導電膜210a、210bが設けられている。
In addition, insulating
なお、ここでは、基板201上に島状の半導体膜から形成される半導体活性層を設けることにより薄膜トランジスタ型のメモリトランジスタの例を示したが、これに限られない。例えば、シリコン基板上に形成される半導体活性領域や、SOI(Silicon on Insulator)基板上の半導体活性層を用いてメモリトランジスタを設けることも可能である。
Note that although an example of a thin film transistor type memory transistor is shown here by providing a semiconductor active layer formed of an island-shaped semiconductor film over the
また、ここでは、導電膜210a〜210dが半導体膜と重ならないように設けた例を示しているが、導電膜210a〜210dと半導体膜が重なるように設けてもよい。この場合、行方向において隣接する半導体膜の間隔を小さくすることによってメモリセル面積を縮小し、より高密度にメモリセルを集積することができる。
Although the example in which the
また、メモリトランジスタ212は、ソース領域又はドレイン領域203c、203dと第1の導電膜205aが第1の絶縁膜204a等を介して一部重なる領域(オーバーラップ領域)を有している。オーバーラップ領域は、浮遊ゲート電極として機能しうる第1の導電膜とソース領域又はドレイン領域間にトンネル電流を流すための領域である。従って、ソース領域と第1の導電膜205a間でトンネル電流を流す場合には、ソース領域と第1の導電膜205a間にオーバーラップ領域を形成することが好ましい。また、ドレイン領域と第1の導電膜205a間でトンネル電流を流す場合には、ドレイン領域と第1の導電膜205a間にオーバーラップ領域を形成することが好ましい。不揮発性メモリの駆動方法に合せて、メモリトランジスタ212と213のソース領域又はドレイン領域の一方にオーバーラップ領域を設けてもよいし、図3(A)で示したようにメモリトランジスタ212と213のソース領域又はドレイン領域の双方に設けてもよい。また、特に基板(ボディ)と第1の導電膜205a間でトンネル電流を流す場合には、オーバーラップ領域は無くても構わない。
In addition, the
本実施の形態で示す不揮発性メモリの特徴は、従来のフル機能EEPROMと比較して、選択トランジスタにメモリ機能を有するメモリトランジスタを用い、且つ行方向において隣接するメモリセル間に設けられる配線を共通化することにある。その結果、1つのメモリセルについて2ビットのデータを記憶することが可能であると共に、データの書き込み、読み出しおよび消去は完全に1ビット単位で行うことができる。 The nonvolatile memory described in this embodiment is characterized in that a memory transistor having a memory function is used as a selection transistor and a wiring provided between adjacent memory cells in the row direction is shared as compared with a conventional full-function EEPROM. It is to become. As a result, 2-bit data can be stored in one memory cell, and data can be written, read and erased completely in 1-bit units.
また、本実施の形態で示す不揮発性メモリの書き込みおよび消去動作は、トンネル電流を用いることを特徴とする。 The writing and erasing operations of the nonvolatile memory described in this embodiment mode are characterized by using a tunnel current.
以下に、メモリセル(i、j)を例にとって、メモリトランジスタTr1及びTr2のそれぞれにおける書き込み、読み出し及び消去の動作方法の説明を行う。なお、以下の説明において、データを書き込むとはメモリトランジスタの浮遊ゲート電極に電子を注入することを指し、データを消去するとはメモリトランジスタの浮遊ゲート電極に蓄積されている電子を放出することを指す。 Hereinafter, taking the memory cell (i, j) as an example, the writing, reading and erasing operation methods in the memory transistors Tr1 and Tr2 will be described. In the following description, writing data refers to injecting electrons into the floating gate electrode of the memory transistor, and erasing data refers to discharging electrons accumulated in the floating gate electrode of the memory transistor. .
まず、メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr1にデータを書き込む場合を説明する。 First, a case where data is written to the memory transistor Tr1 in the memory cell (i, j) will be described.
メモリトランジスタTr1にデータを書き込む(電子を注入する)場合は、例えば、ビット線Bjを−10V、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜n+1)を0V、i行における第1のワード線Waiを10V、その他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜m)を0V、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜m)を−10Vとする(図4(A)参照)。 When writing data (injecting electrons) to the memory transistor Tr1, for example, the bit line Bj is −10V, the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to n + 1) are 0V, One word line Wai is 10V, the other first word lines Wak (k = 1 to i-1, i + 1 to m) are 0V, and all the second word lines Wbk (k = 1 to m) are -10V. (See FIG. 4A).
その結果、メモリセル(i、j)におけるTr1のゲート電極には10V、ビット線Bjに接続されるソース領域又はドレイン領域には−10Vが印加され、高い電位差が生じる。そして、トンネル電流によってチャネル領域から浮遊ゲート電極へ電子が注入され、書き込みが行われる。 As a result, 10 V is applied to the gate electrode of Tr1 in the memory cell (i, j), and −10 V is applied to the source region or drain region connected to the bit line Bj, resulting in a high potential difference. Then, electrons are injected from the channel region into the floating gate electrode by the tunnel current, and writing is performed.
なお、ビット線Bjと他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜n+1)間には10Vの電位差があるが、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜m)を−10Vとすることで、全てのメモリセルにおいてメモリトランジスタTr2はオフ状態となり、ビット線間に電流はほとんど流れない。また、メモリセル(i、j)のメモリトランジスタTr1以外のメモリトランジスタには、電位差が生じるとしても高々10V程度の電位差しか生じないため、他のメモリトランジスタへ誤って書き込みを行うことはない。 Although there is a potential difference of 10 V between the bit line Bj and the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to n + 1), all the second word lines Wbk (k = 1 to m) are connected. By setting the voltage to −10 V, the memory transistor Tr2 is turned off in all the memory cells, and almost no current flows between the bit lines. In addition, even if a potential difference occurs in the memory transistors other than the memory transistor Tr1 of the memory cell (i, j), only a potential difference of about 10 V is generated, so that writing to other memory transistors is not erroneously performed.
次に、メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr2にデータを書き込む場合を説明する。 Next, a case where data is written to the memory transistor Tr2 in the memory cell (i, j) will be described.
メモリトランジスタTr2にデータを書き込む(電子を注入する)場合は、例えば、ビット線B(j+1)を−10V、他のビット線Bk(k=1〜j、j+2〜n+1)を0V、全ての第1のワード線Wak(k=1〜m)を−10V、i行における第2のワード線Wbiを10V、その他の第2のワード線Wbk(k=1〜i−1、i+1〜m)を0Vとする(図4(B)参照)。 When writing data (injecting electrons) into the memory transistor Tr2, for example, the bit line B (j + 1) is −10V, the other bit lines Bk (k = 1 to j, j + 2 to n + 1) are 0V, One word line Wak (k = 1 to m) is −10 V, the second word line Wbi in the i-th row is 10 V, and the other second word lines Wbk (k = 1 to i−1, i + 1 to m) It is set to 0 V (see FIG. 4B).
その結果、メモリセル(i、j)におけるTr2のゲート電極には10V、ビット線B(j+1)に接続されるソース領域又はドレイン領域には−10Vが印加され、高い電位差が生じる。そして、トンネル電流によってチャネル領域から浮遊ゲート電極へ電子が注入され、書き込みが行われる。 As a result, 10 V is applied to the gate electrode of Tr2 in the memory cell (i, j), and −10 V is applied to the source region or drain region connected to the bit line B (j + 1), resulting in a high potential difference. Then, electrons are injected from the channel region into the floating gate electrode by the tunnel current, and writing is performed.
なお、ビット線B(j+1)と他のビット線Bk(k=1〜j、j+2〜n+1)間には10Vの電位差があるが、全ての第1のワード線Wak(k=1〜m)を−10Vとすることで、全てのメモリセルにおいてメモリトランジスタTr1はオフ状態となり、ビット線間に電流はほとんど流れない。また、メモリセル(i、j)のメモリトランジスタTr2以外のメモリトランジスタには、電位差が生じるとしても高々10V程度の電位差しか生じないため、他のメモリトランジスタへ誤って書き込みを行うことはない。 Although there is a potential difference of 10 V between the bit line B (j + 1) and the other bit lines Bk (k = 1 to j, j + 2 to n + 1), all the first word lines Wak (k = 1 to m) By setting -10V to -10V, the memory transistor Tr1 is turned off in all the memory cells, and almost no current flows between the bit lines. In addition, even if a potential difference occurs in the memory transistors other than the memory transistor Tr2 of the memory cell (i, j), a potential difference of about 10 V is not generated at all, and therefore writing to other memory transistors is not erroneously performed.
次に、データの消去について説明する。まず、メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr1からデータを消去する場合を説明する。 Next, data erasure will be described. First, a case where data is erased from the memory transistor Tr1 in the memory cell (i, j) will be described.
メモリトランジスタTr1からデータを消去(電子を放出する)場合は、例えば、ビット線Bjを+10V、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜n+1)を0V、i行における第1のワード線Waiを−10V、他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜m+1)を0V、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜m)を0Vとする(図5(A)参照)。 When erasing data (discharging electrons) from the memory transistor Tr1, for example, the bit line Bj is + 10V, the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to n + 1) are 0V, and the first in the i-th row Word line Wai of −10V, the other first word lines Wak (k = 1 to i−1, i + 1 to m + 1) are set to 0V, and all the second word lines Wbk (k = 1 to m) are set to 0V. (See FIG. 5A).
その結果、メモリセル(i、j)におけるTr1のゲート電極には−10V、ビット線Bjに接続されるソース領域又はドレイン領域には10Vが印加され、高い電位差が生じる。そして、オーバーラップ領域にトンネル電流が流れ、浮遊ゲートからソース領域又はドレイン領域へ電子が放出される。つまり、消去が行われる。 As a result, −10 V is applied to the gate electrode of Tr1 in the memory cell (i, j), and 10 V is applied to the source region or drain region connected to the bit line Bj, resulting in a high potential difference. Then, a tunnel current flows in the overlap region, and electrons are emitted from the floating gate to the source region or the drain region. That is, erasure is performed.
なお、ビット線Bjと他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜n+1)間には10Vの電位差があるが、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜m)を0Vとすることで、全てのメモリセルにおいてメモリトランジスタTr2はオフ状態となり、ビット線間に電流はほとんど流れない。また、メモリセル(i、j)におけるTr1以外のメモリトランジスタには、電位差が生じるとしても高々10V程度の電位差しか生じないため、他のメモリトランジスタへ誤って消去を行うことはない。 Although there is a potential difference of 10 V between the bit line Bj and the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to n + 1), all the second word lines Wbk (k = 1 to m) are connected. By setting the voltage to 0 V, the memory transistor Tr2 is turned off in all the memory cells, and almost no current flows between the bit lines. Further, even if a potential difference occurs in the memory transistors other than Tr1 in the memory cell (i, j), only a potential difference of about 10 V is generated, so that the other memory transistors are not erroneously erased.
メモリトランジスタTr2からデータを消去(電子を放出する)場合は、例えば、ビット線B(j+1)を+10V、他のビット線Bk(k=1〜j、j+2〜n+1)を0V、全ての第1のワード線Wak(k=1〜m)を0V、i行における第2のワード線Wbiを−10V、他の第2のワード線Wbk(k=1〜i−1、i+1〜m+1)を0Vとする(図5(B)参照)。 When erasing data (discharging electrons) from the memory transistor Tr2, for example, the bit line B (j + 1) is + 10V, the other bit lines Bk (k = 1 to j, j + 2 to n + 1) are 0V, and all the first Word line Wak (k = 1 to m) is 0V, second word line Wbi in row i is −10V, and other second word lines Wbk (k = 1 to i−1, i + 1 to m + 1) are 0V. (See FIG. 5B).
その結果、メモリセル(i、j)におけるTr2のゲート電極には−10V、ビット線B(j+1)に接続されるソース領域又はドレイン領域には10Vが印加され、高い電位差が生じる。そして、オーバーラップ領域にトンネル電流が流れ、浮遊ゲートからソース領域又はドレイン領域へ電子が放出される。つまり、消去が行われる。 As a result, −10 V is applied to the gate electrode of Tr2 in the memory cell (i, j), and 10 V is applied to the source region or drain region connected to the bit line B (j + 1), resulting in a high potential difference. Then, a tunnel current flows in the overlap region, and electrons are emitted from the floating gate to the source region or the drain region. That is, erasure is performed.
なお、ビット線B(j+1)と他のビット線Bk(k=1〜j、j+2〜n+1)間には10Vの電位差があるが、全ての第1のワード線Wak(k=1〜m)を0Vとすることで、全てのメモリセルにおいてメモリトランジスタTr1はオフ状態となり、ビット線間に電流はほとんど流れない。また、メモリセル(i、j)のTr2以外のメモリトランジスタには、電位差が生じるとしても高々10V程度の電位差しか生じないため、他のメモリトランジスタへ誤って消去を行うことはない。 Although there is a potential difference of 10 V between the bit line B (j + 1) and the other bit lines Bk (k = 1 to j, j + 2 to n + 1), all the first word lines Wak (k = 1 to m) By setting 0 to 0 V, the memory transistor Tr1 is turned off in all the memory cells, and almost no current flows between the bit lines. Further, even if a potential difference occurs in the memory transistors other than Tr2 of the memory cell (i, j), only a potential difference of about 10 V is generated, so that the other memory transistors are not erroneously erased.
また、本実施の形態で示す不揮発性メモリは、複数のメモリトランジスタの書き込みあるいは消去を同時に行うこともできる。例えば、横一列のメモリトランジスタTr1、横一列のメモリトランジスタTr2、縦一列のメモリトランジスタTr1、縦一列のメモリトランジスタTr2、そのいずれかの一部分などが可能である。また、横一列のメモリトランジスタTr1およびTr2の全体、横複数列のメモリトランジスタTr1およびTr2の全体、横複数列のメモリトランジスタTr1、横複数列のメモリトランジスタTr2、縦複数列のメモリトランジスタTr1、縦複数列のメモリトランジスタTr2、全メモリセルのTr1などの同時書き込みあるいは消去を行うことが可能である。
In addition, in the nonvolatile memory described in this embodiment, writing or erasing of a plurality of memory transistors can be performed at the same time. For example, a horizontal row of
例えば、i行のメモリセル(i、k)(k=1〜n+1)においてトランジスタTr1への書き込みを同時に行う場合は、全てのビット線Bk(k=1〜n+1)を−10V、第1のワード線Waiを10V、他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜m)を0V、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜m)を−10Vとすればよい。また、j列のメモリセル(k、j)(k=1〜m)においてトランジスタTr2の消去を同時に行う場合は、ビット線B(j+1)を10V、他のビット線Bk(k=1〜j、j+2〜n+1)を0V、全ての第1のワード線Wak(k=1〜m)を0V、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜m)を−10Vとすればよい。 For example, in the case where writing to the transistor Tr1 is performed simultaneously in the i-th memory cell (i, k) (k = 1 to n + 1), all the bit lines Bk (k = 1 to n + 1) are set to −10V, the first The word line Wai is set to 10V, the other first word lines Wak (k = 1 to i-1, i + 1 to m) are set to 0V, and all the second word lines Wbk (k = 1 to m) are set to -10V. That's fine. When erasing the transistor Tr2 is simultaneously performed in the memory cells (k, j) (k = 1 to m) in the j column, the bit line B (j + 1) is set to 10V and the other bit lines Bk (k = 1 to j). , J + 2 to n + 1) may be set to 0V, all the first word lines Wak (k = 1 to m) may be set to 0V, and all the second word lines Wbk (k = 1 to m) may be set to −10V.
続いて、データの読み出し動作について図6を参照して説明する。まず、メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr1からデータを読み出す場合を説明する。 Next, a data read operation will be described with reference to FIG. First, a case where data is read from the memory transistor Tr1 in the memory cell (i, j) will be described.
メモリトランジスタTr1からデータを読み出す場合は、例えば、ビット線Bjを読み出し回路に接続し、ビット線B(j+1)を0Vとし、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+2〜n+1)を浮遊状態とする。また、i行における第1のワード線WaiをVrl(V)、i行における第2のワード線WbiをVrh(V)、他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜m)を0V、他の第2のワード線Wbk(k=1〜i−1、i+1〜m)を0Vとする(図6(A)参照)。Vrh(V)は、メモリトランジスタが書き込まれた状態であっても、消去された状態であってもオン状態となるように選択する(例えば4〜8V)。また、Vrl(V)はメモリトランジスタが書き込まれた状態ではオフ状態であるが、消去された状態ではオン状態となるように選択する(例えば2〜4V)。 When data is read from the memory transistor Tr1, for example, the bit line Bj is connected to a read circuit, the bit line B (j + 1) is set to 0 V, and the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 2 to n + 1). Is in a floating state. Further, the first word line Wai in the i row is Vrl (V), the second word line Wbi in the i row is Vrh (V), and the other first word lines Wak (k = 1 to i−1, i + 1). ˜m) is set to 0V, and the other second word lines Wbk (k = 1 to i−1, i + 1 to m) are set to 0V (see FIG. 6A). Vrh (V) is selected so as to be in an on state regardless of whether the memory transistor is written or erased (for example, 4 to 8 V). Vrl (V) is selected so as to be in an off state when the memory transistor is written, but is turned on when the memory transistor is erased (for example, 2 to 4 V).
その結果、Tr1が書き込まれた状態ではTr1はオフ状態となるが、Tr1が消去された状態ではTr1およびTr2はいずれもオン状態となる。つまり、メモリセル(i、j)の実効抵抗が大きく変化する。従って、ビット線B(j+1)を0V、ビット線Bjを読み出し回路に接続することで、メモリセル(i、j)におけるTr1の状態を読み出すことができる。 As a result, Tr1 is turned off when Tr1 is written, but both Tr1 and Tr2 are turned on when Tr1 is erased. That is, the effective resistance of the memory cell (i, j) changes greatly. Therefore, the state of Tr1 in the memory cell (i, j) can be read by connecting the bit line B (j + 1) to 0 V and the bit line Bj to the reading circuit.
メモリトランジスタTr2からデータを読み出す場合は、例えば、ビット線Bjを読み出し回路に接続し、ビット線B(j+1)を0Vとし、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+2〜n+1)を浮遊状態とする。また、i行における第1のワード線WaiをVrh(V)、i行における第2のワード線WbiをVrl(V)、他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜m)を0V、他の第2のワード線Wbk(k=1〜i−1、i+1〜m)を0Vとする(図6(B)参照)。Vrh(V)は、メモリトランジスタが書き込まれた状態であっても、消去された状態であってもオン状態となるように選択する(例えば4〜8V)。また、Vrl(V)はメモリトランジスタが書き込まれた状態ではオフ状態であるが、消去された状態ではオン状態となるように選択する(例えば2〜4V)。 When reading data from the memory transistor Tr2, for example, the bit line Bj is connected to a read circuit, the bit line B (j + 1) is set to 0V, and the other bit lines Bk (k = 1 to j-1, j + 2 to n + 1). Is in a floating state. The first word line Wai in the i row is Vrh (V), the second word line Wbi in the i row is Vrl (V), and the other first word lines Wak (k = 1 to i−1, i + 1). ˜m) is set to 0V, and other second word lines Wbk (k = 1 to i−1, i + 1 to m) are set to 0V (see FIG. 6B). Vrh (V) is selected so as to be in an on state regardless of whether the memory transistor is written or erased (for example, 4 to 8 V). Vrl (V) is selected so as to be in an off state when the memory transistor is written, but is turned on when the memory transistor is erased (for example, 2 to 4 V).
その結果、Tr2が書き込まれた状態ではTr2はオフ状態となるが、Tr2が消去された状態ではTr1およびTr2はいずれもオン状態となる。つまり、メモリセル(i、j)の実効抵抗が大きく変化する。従って、ビット線B(j+1)を0V、ビット線Bjを読み出し回路に接続することで、メモリセル(i、j)におけるTr2の状態を読み出すことができる。 As a result, Tr2 is turned off when Tr2 is written, but both Tr1 and Tr2 are turned on when Tr2 is erased. That is, the effective resistance of the memory cell (i, j) changes greatly. Therefore, the state of Tr2 in the memory cell (i, j) can be read by connecting the bit line B (j + 1) to 0 V and the bit line Bj to the reading circuit.
なお、読み出し回路は、接続される負荷抵抗の違いを読み出すことができる構成であればよい。抵抗分割や、プリチャージ後の放電量の比較などを行うことが出来る。また、他のビット線は全て浮遊状態であるから、読み出し動作には影響しない。 Note that the reading circuit may be configured to be able to read the difference in the connected load resistance. It is possible to perform resistance division, compare the amount of discharge after precharge, and the like. Further, since all other bit lines are in a floating state, the read operation is not affected.
このように、メモリセルを2つのメモリトランジスタによって構成し且つ、ソース線を有さない(代わりに隣接する列のビット線に接続する)構成とすることにより、メモリセルを1つのメモリトランジスタと1つの選択トランジスタによって構成する従来のフル機能EEPROM同様の機能を保ちつつ、同じメモリセル面積で2倍以上のメモリ容量を実現することが可能となる。その結果、集積密度が高く、従って小型で低コスト化が可能なフル機能EEPROMを提供することが可能となる。 As described above, the memory cell is configured by two memory transistors and does not have a source line (instead, is connected to a bit line in an adjacent column). While maintaining the same function as that of a conventional full-function EEPROM constituted by two selection transistors, it is possible to realize a memory capacity of twice or more in the same memory cell area. As a result, it is possible to provide a full-function EEPROM that has a high integration density, and thus can be reduced in size and cost.
勿論、上述した動作電圧の値は、一例であって、その値に限られるわけではない。実際に、メモリトランジスタに印加される電圧は、メモリトランジスタの第1の絶縁膜、第2の絶縁膜、浮遊ゲート電極とゲート電極との間の容量、オーバーラップ領域の大きさ等に依存する。そしてメモリトランジスタの動作電圧もそれに従って変化する。 Of course, the value of the operating voltage described above is an example, and is not limited to that value. Actually, the voltage applied to the memory transistor depends on the first insulating film, the second insulating film, the capacitance between the floating gate electrode and the gate electrode, the size of the overlap region, and the like. The operating voltage of the memory transistor changes accordingly.
動作電圧の値は、選択するメモリセルにおいて書き込み、読みだし及び消去動作を行うのに必要な電位差を保つことが必要である。そのような条件の中で、非選択のメモリセルにおいて誤動作や信頼性の低下を引き起こすもととなるストレス(端子間に生じる不要な電位差)をなるべく低減することが好ましい。誤動作や信頼性の低下の程度が用途上問題ない範囲であれば、どのような値であっても構わない。 The value of the operating voltage needs to maintain a potential difference necessary for performing write, read and erase operations in the selected memory cell. Under such conditions, it is preferable to reduce as much as possible stress (unnecessary potential difference generated between the terminals) that causes malfunction or deterioration of reliability in the unselected memory cells. Any value may be used as long as the degree of malfunction and a decrease in reliability are within the range where there is no problem in use.
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の不揮発性メモリの例として、pチャネル型のメモリトランジスタにより構成される、2048ビットの不揮発性メモリに関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a 2048-bit nonvolatile memory including p-channel memory transistors will be described with reference to the drawings as an example of the nonvolatile memory of the present invention.
図11に本実施の形態の不揮発性メモリの回路図を示す。図11に示した不揮発性メモリは、1024個のメモリセル(1、1)〜(32、32)が縦32個×横32個のマトリクス状に配置されたメモリセルアレイ605、Xアドレスデコーダ601、Yアドレスデコーダ602、および他の周辺回路603、604によって構成される。各メモリセルは2つのpチャネル型メモリトランジスタTr1及びTr2によって構成される。各メモリトランジスタが1ビットのデータを記憶する場合、本実施の形態の不揮発性メモリは2048ビットの記憶容量を有する。また、他の周辺回路には、アドレスバッファ回路、コントロールロジック回路、センスアンプ、昇圧回路等が含まれ、必要に応じて設けられる。
FIG. 11 shows a circuit diagram of the nonvolatile memory according to the present embodiment. The nonvolatile memory shown in FIG. 11 includes a
各メモリセル(代表としてメモリセル(i、j)を考える)(i、jは1以上32以下の整数)は、それぞれ2つのメモリトランジスタTr1及びTr2を有しており、これら2つのメモリトランジスタTr1及びTr2は直列に接続されている。メモリトランジスタTr1のソース領域又はドレイン領域の一方と制御ゲート電極は、ビット線Bjと第1のワード線Waiにそれぞれ接続され、メモリトランジスタTr2のソース領域又はドレイン領域の他方と制御ゲート電極は、ビット線B(j+1)と第2のワード線Wbiにそれぞれ接続されている。また、ビット線B1〜B32はYアドレスデコーダ602に、第1のワード線Wa1〜Wa32および第2のワード線Wb1〜Wb32はXアドレスデコーダ601にそれぞれ接続されている。 Each memory cell (considering memory cell (i, j) as a representative) (i and j are integers of 1 to 32) each have two memory transistors Tr1 and Tr2, and these two memory transistors Tr1 And Tr2 are connected in series. One of the source region or the drain region of the memory transistor Tr1 and the control gate electrode are connected to the bit line Bj and the first word line Wai, respectively, and the other of the source region or the drain region of the memory transistor Tr2 and the control gate electrode are connected to the bit line Bj. The line B (j + 1) and the second word line Wbi are connected to each other. The bit lines B1 to B32 are connected to the Y address decoder 602, and the first word lines Wa1 to Wa32 and the second word lines Wb1 to Wb32 are connected to the X address decoder 601.
本実施の形態の不揮発性メモリは、1つのメモリセルについて2ビットのデータを記憶することが可能であると共に、データの書き込み、読み出しおよび消去は完全に1ビット単位で行うことができる。その動作方法は、上記実施の形態1で述べたnチャネル型不揮発性メモリの動作方法と同様、トンネル電流による書き込み及び消去を行う。以下に、pチャネル型不揮発性メモリの動作方法について簡単に述べる。 The nonvolatile memory of the present embodiment can store 2-bit data for one memory cell, and data can be written, read and erased completely in 1-bit units. The operation method is similar to the operation method of the n-channel nonvolatile memory described in the first embodiment, and writing and erasing by tunnel current are performed. The operation method of the p-channel type nonvolatile memory will be briefly described below.
メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr1にデータを書き込む場合、例えば、ビット線Bjを−10V、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜33)を0V、第1のワード線Waiを10V、その他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜32)を0V、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜32)を0Vとするとよい。メモリセル(i、j)におけるTr1には、制御ゲート電極に10V、ビット線Bjと接続されるソース領域又はドレイン領域に−10Vがそれぞれ印加され、オーバーラップ領域にトンネル電流が流れる。そして、ソース領域又はドレイン領域から浮遊ゲート電極へ電子が注入される。 When data is written to the memory transistor Tr1 in the memory cell (i, j), for example, the bit line Bj is −10V, the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to 33) are 0V, the first The word line Wai is 10V, the other first word lines Wak (k = 1 to i-1, i + 1 to 32) are 0V, and all the second word lines Wbk (k = 1 to 32) are 0V. . In Tr1 in the memory cell (i, j), 10 V is applied to the control gate electrode and −10 V is applied to the source region or drain region connected to the bit line Bj, and a tunnel current flows in the overlap region. Then, electrons are injected from the source region or the drain region to the floating gate electrode.
メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr1からデータを消去する場合は、例えば、ビット線Bjを+10V、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜33)を0V、第1のワード線Waiを−10V、他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜32)を0V、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜32)を10Vとする。その結果、メモリセル(i、j)におけるTr1の制御ゲート電極には−10V、ビット線Bjに接続されるソース領域又はドレイン領域には10Vが印加され、浮遊ゲートからチャネル形成領域にトンネル電流によって電子が放出される。 When erasing data from the memory transistor Tr1 in the memory cell (i, j), for example, the bit line Bj is +10 V, the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to 33) are 0 V, the first Word line Wai of −10V, the other first word lines Wak (k = 1 to i−1, i + 1 to 32) are 0 V, and all the second word lines Wbk (k = 1 to 32) are 10 V. To do. As a result, −10 V is applied to the control gate electrode of Tr1 in the memory cell (i, j), 10 V is applied to the source region or drain region connected to the bit line Bj, and a tunnel current flows from the floating gate to the channel formation region. Electrons are emitted.
なお、ビット線Bjと他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+1〜33)間には10Vの電位差があるが、全ての第2のワード線Wbk(k=1〜32)を0V(書き込み時)、あるいは−10V(消去時)とすることで、全てのメモリセルにおいてメモリトランジスタTr2はオフ状態となり、ビット線間に電流はほとんど流れない。また、メモリセル(i、j)におけるTr1以外のメモリトランジスタには高々10V程度の電位差しか生じないため、他のメモリトランジスタへ誤って書き込みあるいは消去を行うことはない。 Although there is a potential difference of 10 V between the bit line Bj and the other bit lines Bk (k = 1 to j−1, j + 1 to 33), all the second word lines Wbk (k = 1 to 32) are connected. By setting the voltage to 0 V (during writing) or -10 V (during erasing), the memory transistor Tr2 is turned off in all the memory cells, and almost no current flows between the bit lines. Further, since only a potential difference of about 10 V is generated at most in the memory transistors other than Tr1 in the memory cell (i, j), writing or erasing is not erroneously performed on other memory transistors.
メモリセル(i、j)におけるメモリトランジスタTr1からデータを読み出す場合、例えば、ビット線Bjを読み出し回路に接続し、ビット線B(j+1)を0Vとし、他のビット線Bk(k=1〜j−1、j+2〜33)を浮遊状態とする。また、i行における第1のワード線WaiをVrl(V)、i行における第2のワード線WbiをVrh(V)、他の第1のワード線Wak(k=1〜i−1、i+1〜32)を0V、他の第2のワード線Wbk(k=1〜i−1、i+1〜32)を0Vとする。Vrh(V)は、メモリトランジスタが書き込まれた状態であっても、消去された状態であってもメモリトランジスタがオン状態となるように選択する(例えば−6V)。また、Vrl(V)はメモリトランジスタが書き込まれた状態ではオン状態であるが、消去された状態ではオフ状態となるように選択する(例えば−3V)。その結果、Tr1が書き込まれた状態ではTr1およびTr2はいずれもオン状態となるが、Tr1が消去された状態ではTr1はオフ状態となる。つまり、メモリセル(i、j)の実効抵抗が大きく変化する。従って、ビット線B(j+1)を0V、ビット線Bjを読み出し回路に接続することで、メモリセル(i、j)におけるTr1の状態を読み出すことができる。 When data is read from the memory transistor Tr1 in the memory cell (i, j), for example, the bit line Bj is connected to a read circuit, the bit line B (j + 1) is set to 0 V, and the other bit lines Bk (k = 1 to j). −1, j + 2 to 33) are in a floating state. Further, the first word line Wai in the i row is Vrl (V), the second word line Wbi in the i row is Vrh (V), and the other first word lines Wak (k = 1 to i−1, i + 1). To 32) is set to 0V, and the other second word lines Wbk (k = 1 to i-1, i + 1 to 32) are set to 0V. Vrh (V) is selected so that the memory transistor is turned on regardless of whether the memory transistor is written or erased (for example, −6 V). Further, Vrl (V) is selected so as to be in an on state when the memory transistor is written but is turned off when the memory transistor is erased (for example, −3V). As a result, Tr1 and Tr2 are both turned on when Tr1 is written, but Tr1 is turned off when Tr1 is erased. That is, the effective resistance of the memory cell (i, j) changes greatly. Therefore, the state of Tr1 in the memory cell (i, j) can be read by connecting the bit line B (j + 1) to 0 V and the bit line Bj to the reading circuit.
このように、メモリセルを2つのメモリトランジスタによって構成し且つ、ソース線を有さない(代わりに隣接する列のビット線に接続する)構成とすることにより、メモリセルを1つのメモリトランジスタと1つの選択トランジスタによって構成する従来のフル機能EEPROM同様の機能を保ちつつ、同じメモリセル面積で2倍以上のメモリ容量を実現することが可能となる。その結果、集積密度が高く、従って小型で低コスト化が可能なフル機能EEPROMを提供することが可能となる。 As described above, the memory cell is configured by two memory transistors and does not have a source line (instead, is connected to a bit line in an adjacent column). While maintaining the same function as that of a conventional full-function EEPROM constituted by two selection transistors, it is possible to realize a memory capacity of twice or more in the same memory cell area. As a result, it is possible to provide a full-function EEPROM that has a high integration density, and thus can be reduced in size and cost.
なお、読み出し回路は、接続される負荷抵抗の違いを読み出すことができる構成であればよい。抵抗分割や、プリチャージ後の放電量の比較などを行うことが出来る。また、他のビット線は全て浮遊状態であるから、読み出し動作には影響しない。 Note that the reading circuit may be configured to be able to read the difference in the connected load resistance. It is possible to perform resistance division, compare the amount of discharge after precharge, and the like. Further, since all other bit lines are in a floating state, the read operation is not affected.
勿論、上述した動作電圧の値は、一例であって、その値に限られるわけではない。動作電圧の値は、選択するメモリセルにおいて書き込み、読みだし及び消去動作を行うのに必要な電位差を保ちつつ、非選択のメモリセルにおいて、誤動作を引き起こさない範囲であれば、どのような値であっても構わない。 Of course, the value of the operating voltage described above is an example, and is not limited to that value. The value of the operating voltage may be any value within a range that does not cause malfunction in the non-selected memory cell while maintaining the potential difference necessary for performing the write, read and erase operations in the selected memory cell. It does not matter.
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments in this specification.
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の不揮発性メモリの作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、不揮発性メモリを構成する素子として、メモリセルに設けられる2つのメモリトランジスタ(n型のメモリTFT)と、メモリセルの駆動回路やその他の周辺回路となるCMOS回路を構成する2つの薄膜トランジスタ(p型のTFT及びn型のTFT)について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing a nonvolatile memory of the present invention will be described with reference to drawings. In the following description, two memory transistors (n-type memory TFTs) provided in a memory cell and a CMOS circuit serving as a drive circuit for the memory cell and other peripheral circuits are used as elements constituting the nonvolatile memory. Two thin film transistors (a p-type TFT and an n-type TFT) are described.
まず、基板802上に絶縁膜804を介して島状の半導体膜808、810、812を形成する(図7(A))。島状の半導体膜808、810、812は、基板802上にあらかじめ形成された絶縁膜804上にスパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等を用いてシリコン(Si)を主成分とする材料(例えばSixGe1−x等)等を用いて非晶質半導体膜を形成し、当該非晶質半導体膜を結晶化させた後に選択的にエッチングすることにより設けることができる。なお、非晶質半導体膜の結晶化は、レーザー結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法またはこれら方法を組み合わせた方法等により行うことができる。
First, island-shaped
レーザー光の照射によって結晶化若しくは再結晶化を行う場合には、レーザー光の光源としてLD励起の連続発振(CW)レーザー(YVO4、第2高調波(波長532nm))を用いることができる。特に第2高調波に限定する必要はないが、第2高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。CWレーザーを半導体膜に照射すると、連続的に半導体膜にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、溶融状態を継続させることができる。さらに、CWレーザーを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、この移動の方向に沿って一方向に長い結晶粒を形成することができる。また、固体レーザーを用いるのは、気体レーザー等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。なお、CWレーザーに限らず、繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザを用いることも可能である。繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザーのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向に長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。その他のCWレーザー及び繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザを使用することもできる。例えば、気体レーザーとしては、Arレーザー、Krレーザー、CO2レーザー等がある。固体レーザーとして、YAGレーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、GdVO4レーザー、KGWレーザー、KYWレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、Y2O3レーザー、YVO4レーザー等がある。金属蒸気レーザーとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。また、レーザー発振器において、レーザー光をTEM00(シングル横モード)で発振して射出すると、被照射面において得られる線状のビームスポットのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。その他にも、パルス発振のエキシマレーザーを用いても良い。 When crystallization or recrystallization is performed by laser light irradiation, an LD-excited continuous wave (CW) laser (YVO 4 , second harmonic (wavelength 532 nm)) can be used as a laser light source. The second harmonic is not particularly limited to the second harmonic, but the second harmonic is superior to higher harmonics in terms of energy efficiency. When the semiconductor film is irradiated with the CW laser, energy is continuously given to the semiconductor film. Therefore, once the semiconductor film is in a molten state, the molten state can be continued. Furthermore, the solid-liquid interface of the semiconductor film can be moved by scanning with a CW laser, and crystal grains that are long in one direction can be formed along the direction of this movement. The solid laser is used because the output stability is higher than that of a gas laser or the like, and stable processing is expected. Note that not only the CW laser but also a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or more can be used. If a pulse laser with a high repetition frequency is used, the semiconductor film can always remain in a molten state if the laser pulse interval is shorter than the time from when the semiconductor film melts until it solidifies. A semiconductor film including crystal grains that are long in one direction can be formed. Other CW lasers and pulse lasers with a repetition frequency of 10 MHz or more can also be used. For example, examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, and a CO 2 laser. Examples of the solid-state laser include a YAG laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a GdVO 4 laser, a KGW laser, a KYW laser, an alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, a Y 2 O 3 laser, and a YVO 4 laser. Examples of the metal vapor laser include a helium cadmium laser. In addition, it is preferable to emit laser light in TEM 00 (single transverse mode) in a laser oscillator because energy uniformity of a linear beam spot obtained on the irradiated surface can be improved. In addition, a pulsed excimer laser may be used.
基板802としては、ガラス基板、石英基板、金属基板(例えば、ステンレス基板など)、セラミック基板、Si基板等の半導体基板から選択されるものである。他にもプラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、アクリルなどの基板を選択することもできる。
The
絶縁膜804としては、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、絶縁膜804を2層構造とする場合、第1層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成するとよい。また、第1層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成してもよい。このように、ブロッキング層として機能する絶縁膜804を形成することによって、基板802からNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、この上に形成する素子に悪影響を与えることを防ぐことができる。なお、基板802として石英を用いるような場合には絶縁膜804を省略してもよい。
As the insulating
なお、半導体膜808、810、812にしきい値等を制御するため、あらかじめ低濃度の不純物元素を導入しておいてもよい。この場合は、半導体膜808、810、812において、後にチャネル形成領域となる領域にも不純物元素が導入されることとなる。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。例えば、不純物元素として、ボロン(B)を5×1015〜5×1017atoms/cm3の濃度で含まれるように半導体膜808、810、812の全面にあらかじめ導入する。
Note that a low-concentration impurity element may be introduced into the
次に、半導体膜808の一部、半導体膜810及び半導体膜812を覆うようにレジスト814を形成し、当該レジスト814をマスクとして半導体膜808に不純物元素を導入することによって不純物領域816を形成する(図7(B))。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、リン(P)を1×1019〜1×1021atoms/cm3の濃度で含まれるように半導体膜808の一部に導入する。
Next, a resist 814 is formed so as to cover part of the
次に、高密度プラズマ処理を行い半導体膜808、810、812に酸化処理、窒化処理又は酸窒化処理を行うことによって、当該半導体膜808、810、812の表面にそれぞれ酸化膜、窒化膜または酸窒化膜となる絶縁膜818、820、822を形成し、続けて当該絶縁膜818、820、822を覆うように電荷蓄積層824を形成する(図7(C))。
Next, high-density plasma treatment is performed and the
例えば、半導体膜808、810、812としてSiを主成分とする半導体膜を用いて酸化処理又は窒化処理を行った場合、絶縁膜818、820、822として酸化珪素(SiOx)膜、窒化珪素(SiNx)膜が形成される。また、高密度プラズマ処理により半導体膜808、810、812に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、半導体膜808、810、812に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に酸素と窒素を有する膜(以下、「酸窒化膜」と記す)が形成され、絶縁膜818、820、822は酸化珪素膜と酸窒化膜とが積層された膜となる。
For example, in the case where an oxidation treatment or a nitridation treatment is performed using a semiconductor film containing Si as a main component as the
ここでは、絶縁膜818、820、822を1〜10nm、好ましくは1〜5nmで形成する。例えば、高密度プラズマ処理により半導体膜808、810、812に酸化処理を行うことにより半導体膜808、810、812の表面に概略5nmの酸化珪素膜を形成した後、高密度プラズマ処理により酸化珪素膜の表面に概略2nmの酸窒化膜を形成する。また、このとき、高密度プラズマ処理による酸化処理と窒化処理は大気に一度も曝されることなく連続して行うことが好ましい。高密度プラズマ処理を連続して行うことによって、汚染物の混入の防止や生産効率の向上を実現することができる。
Here, the insulating
なお、高密度プラズマ処理により半導体膜を酸化する場合には、酸素雰囲気下(例えば、酸素(O2)又は一酸化二窒素(N2O)と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)雰囲気下、若しくは酸素又は一酸化二窒素と水素(H2)と希ガス雰囲気下)で行う。一方、高密度プラズマ処理により半導体膜を窒化する場合には、窒素雰囲気下(例えば、窒素(N2)と希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)雰囲気下、窒素と水素と希ガス雰囲気下、若しくはNH3と希ガス雰囲気下)でプラズマ処理を行う。 Note that in the case where a semiconductor film is oxidized by high-density plasma treatment, oxygen (O 2 ) or dinitrogen monoxide (N 2 O) and a rare gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe) are used. Or in an atmosphere of oxygen or dinitrogen monoxide and hydrogen (H 2 ) and a rare gas). On the other hand, in the case of nitriding a semiconductor film by high-density plasma treatment, under a nitrogen atmosphere (for example, an atmosphere containing nitrogen (N 2 ) and a rare gas (including at least one of He, Ne, Ar, Kr, and Xe), Plasma treatment is performed in an atmosphere of nitrogen, hydrogen, and a rare gas, or NH 3 and a rare gas.
希ガスとしては、例えばArを用いることができる。また、ArとKrを混合したガスを用いてもよい。高密度プラズマ処理を希ガス雰囲気中で行った場合、絶縁膜818、820、822は、プラズマ処理に用いた希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeの少なくとも一つを含む)を含んでいる場合があり、Arを用いた場合には絶縁膜818、820、822にArが含まれている場合がある。
As the rare gas, for example, Ar can be used. A gas in which Ar and Kr are mixed may be used. In the case where the high-density plasma treatment is performed in a rare gas atmosphere, the insulating
また、高密度プラズマ処理は、上記ガスの雰囲気中において、電子密度が1×1011cm−3以上であり、プラズマの電子温度が1.5eV以下で行う。より詳しくは、電子密度が1×1011cm−3以上1×1013cm−3以下で、プラズマの電子温度が0.5eV以上1.5eV以下で行う。プラズマの電子密度が高密度であり、基板802上に形成された被処理物(ここでは、半導体膜808、810、812)付近での電子温度が低いため、被処理物に対するプラズマによる損傷を防止することができる。また、プラズマの電子密度が1×1011cm−3以上と高密度であるため、プラズマ処理を用いて、被照射物を酸化または窒化することよって形成される酸化膜または窒化膜は、CVD法やスパッタ法等により形成された膜と比較して膜厚等が均一性に優れ、且つ緻密な膜を形成することができる。また、プラズマの電子温度が1.5eV以下と低いため、従来のプラズマ処理や熱酸化法と比較して低温度で酸化または窒化処理を行うことができる。例えば、ガラス基板の歪点よりも100度以上低い温度でプラズマ処理を行っても十分に酸化または窒化処理を行うことができる。プラズマを形成するための周波数としては、マイクロ波(例えば、2.45GHz)等の高周波を用いることができる。
The high-density plasma treatment is performed in an atmosphere of the above gas at an electron density of 1 × 10 11 cm −3 or more and an electron temperature of plasma of 1.5 eV or less. More specifically, the electron density is 1 × 10 11
本実施の形態において、メモリ部における半導体膜808上に形成された絶縁膜818は、後に完成する不揮発性メモリにおいて、トンネル酸化膜として機能する。従って、絶縁膜818の膜厚が薄いほど、トンネル電流が流れやすく、メモリとして高速動作が可能となる。また、絶縁膜818の膜厚が薄いほど、後に形成される電荷蓄積層に低電圧で電荷を蓄積させることが可能となるため、半導体装置の消費電力を低減することができる。そのため、絶縁膜818は、膜厚を薄く形成することが好ましい。
In this embodiment mode, the insulating
一般的に、半導体膜上に絶縁膜を薄く形成する方法として熱酸化法があるが、ガラス基板等の融点が十分に高くない基板上に記憶素子を設ける場合には、熱酸化法により絶縁膜818を形成することは非常に困難である。また、CVD法やスパッタ法により形成した絶縁膜は、膜の内部に欠陥を含んでいるため膜質が十分でなく、膜厚を薄く形成した場合にはピンホール等の欠陥が生じる問題がある。また、CVD法やスパッタ法により絶縁膜を形成した場合には、半導体膜の端部の被覆が十分でなく、後に絶縁膜818上に形成される導電膜等と半導体膜とがリークする場合がある。従って、本実施の形態で示すように、高密度プラズマ処理により絶縁膜818を形成することによって、CVD法やスパッタ法等により形成した絶縁膜より緻密な絶縁膜を形成することができ、また、半導体膜の端部を絶縁膜で十分に被覆することができる。その結果、メモリとして高速動作を可能とし、半導体装置の消費電力を低減させることができる。
In general, there is a thermal oxidation method as a method for forming a thin insulating film on a semiconductor film. However, when a memory element is provided on a substrate such as a glass substrate whose melting point is not sufficiently high, the insulating film is formed by a thermal oxidation method. Forming 818 is very difficult. In addition, an insulating film formed by a CVD method or a sputtering method includes defects inside the film, so that the film quality is not sufficient, and there is a problem that defects such as pinholes occur when the film thickness is thin. In addition, in the case where an insulating film is formed by a CVD method or a sputtering method, the end of the semiconductor film is not sufficiently covered, and the conductive film or the like formed later on the insulating
また、他にも半導体膜808、810、812上にCVD法やスパッタ法を用いて酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等により絶縁膜818、820、822を形成してもよい。また、これらの材料を用いて絶縁膜を形成した後に高密度プラズマ処理を行い当該絶縁膜に酸化処理、窒化処理又は酸窒化処理を行うことが好ましい。絶縁膜に酸化処理、窒化処理又は酸窒化処理を行うことによって、絶縁膜の表面を緻密化することができるためである。
In addition, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiOxNy) (x> y> 0), silicon nitride oxide (SiNxOy) (x) are formed on the
電荷蓄積層824は、後に完成する記憶素子において、電荷を蓄積する層として機能し、一般的に浮遊ゲート(フローティングゲート)と呼ぶこともある。
The
また、電荷蓄積層824として、半導体膜808、810、812に用いる物質(例えば、シリコン(Si))よりエネルギーギャップ(バンドギャップ)が小さい材料を用いることが好ましく、例えば、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム合金等で形成することができる。また、他にも、半導体膜808、810、812に用いる物質よりエネルギーギャップ(バンドギャップ)が小さくなる材料であれば電荷蓄積層824として他の導電膜や半導体膜を用いることができる。
The
例えば、電荷蓄積層824として、ゲルマニウム元素を含む雰囲気中(例えば、GeH4)でプラズマCVD法を行うことにより、ゲルマニウムを主成分とする膜を1〜20nm、好ましくは5〜10nmで形成する。このように、半導体膜としてSiを主成分とする材料を用いて形成し、当該半導体膜上にトンネル酸化膜として機能する絶縁膜を介してSiよりエネルギーギャップの小さいゲルマニウムを含む膜を電荷蓄積層として設けた場合、半導体膜の電荷に対する絶縁膜により形成される第1の障壁に対して電荷蓄積層の電荷に対する絶縁膜により形成される第2の障壁がエネルギー的に高くなる。その結果、半導体膜から電荷蓄積層へ電荷を注入しやすくすることができ、電荷蓄積層から電荷が消失することを防ぐことができる。つまり、メモリとして動作する場合に、低電圧で高効率な書き込みをすることが出来、且つ電荷保持特性を向上させることができる。
For example, as the
また、電荷蓄積層824として、膜中に電荷をトラップする欠陥を有している絶縁層、又は導電性粒子又はシリコン等の半導体粒子を含む絶縁層で形成することができる。例えば、電荷蓄積層122として、窒素元素を含む絶縁層、例えば、窒化シリコン(SiNx)膜、窒化酸化シリコン(SiNxOy)膜(x>y)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y)膜又はこれらの絶縁層中に導電性粒子や半導体粒子が含まれた膜で形成する。
Alternatively, the
次に、半導体膜810、812上に形成された電荷蓄積層824、絶縁膜820、822を選択的に除去し、当該半導体膜810、812の表面を露出させる。また、この際、半導体膜808上に残存した電荷蓄積層826が形成される(図7(D))。
Next, the
次に、電荷蓄積層826、半導体膜810、812を覆うように絶縁膜828を形成する(図8(A))。
Next, an insulating
絶縁膜828は、酸化シリコン(SiOx)膜、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y)膜、窒化シリコン(SiNx)膜又は窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y)膜等の絶縁膜で形成することができる。これらの絶縁膜は、CVD法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、これらの絶縁膜をCVD法で形成した後、高密度プラズマ処理を行い当該絶縁膜に酸化処理、窒化処理又は酸窒化処理を行ってもよい。他にも、絶縁膜828として酸化アルミニウム(AlOx)、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化タンタル(TaOx)等の材料を用いてもよい。
The insulating
次に、半導体膜810、812上に形成された絶縁膜828を選択的に除去し、当該半導体膜810、812の表面を露出させる(図8(B))。
Next, the insulating
次に、高密度プラズマ処理を行うことにより、半導体膜810、812上にそれぞれ絶縁膜832、834を形成する(図8(C))。また、この際、半導体膜808上に残存した絶縁膜830が形成される。例えば、酸素雰囲気下で高密度プラズマ処理を行うことにより、半導体膜810、812の表面に酸化珪素膜を有する絶縁膜832、834が形成される。なお、絶縁膜832、834は、後に形成される薄膜トランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
Next, high-density plasma treatment is performed to form insulating
また、半導体膜810、812上に形成された絶縁膜828を除去せずゲート絶縁膜として用いてもよい。この場合、絶縁膜828を形成した後に高密度プラズマ処理を行い絶縁膜の表面を緻密化することが好ましい。このように作製することによって、作製工程を簡略化することができる。
Alternatively, the insulating
次に、絶縁膜830、絶縁膜832、834を覆うように導電膜836を形成する(図8(D))。
Next, a
導電膜836としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。ここでは、導電膜836として窒化タンタルとタングステンを順に積層させた構造で設ける。また、積層構造で設ける場合には、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンを下方に形成し、タンタル、モリブデン又はチタン等を上方に形成して設けることができる。
The
次に、導電膜836上にレジストを選択的に設け、当該レジストをマスクとして、半導体膜808の上方に設けられた絶縁膜818、電荷蓄積層826、絶縁膜830、導電膜836を選択的に除去する。また、同時に、半導体膜810の上方に設けられた絶縁膜832、導電膜836と、半導体膜812の上方に設けられた絶縁膜834、導電膜836を選択的に除去する。その結果、半導体膜808の上方には、順に積層された絶縁膜838、電荷蓄積層840、絶縁膜842、導電膜844(以下、「積層構造1」とも記す)と、順に積層された絶縁膜848、電荷蓄積層850、絶縁膜852、導電膜854(以下、「積層構造2」とも記す)が形成される。また、半導体膜810の上方には、順に積層された絶縁膜858、導電膜860が形成され、半導体膜812の上方には、順に積層された絶縁膜862、導電膜864が形成される(図9(A))。
Next, a resist is selectively provided over the
また、ここでは、半導体膜808において、積層構造1の端部と不純物領域816の一部が重なる領域846(オーバーラップ領域)と、積層構造2の端部と不純物領域816の一部が重なる領域856が形成されるように選択的にエッチングして、積層構造1及び積層構造2を形成する。
Here, in the
また、半導体膜808の上方に形成された、絶縁膜838、848はメモリにおいてトンネル絶縁膜として機能し、絶縁膜842、852はメモリにおいてコントロール絶縁膜として機能する。
In addition, the insulating
次に、導電膜844、854、860、864をマスクとして、半導体膜808、810、812に不純物元素を導入することにより、低濃度不純物領域868、870、872を形成する(図9(B))。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、リン(P)を1×1015〜1×1019atoms/cm3で導入することによりn型を示す低濃度不純物領域868、870、872を形成する。
Next, by using the
次に半導体膜808、812を覆うようにレジスト874を選択的に形成し、導電膜860をマスクとして半導体膜810に不純物元素を導入することにより高濃度不純物領域876を形成する(図9(C))。高濃度不純物領域876は薄膜トランジスタにおいて、ソース領域又はドレイン領域として機能し、ここでは離間して設けられた高濃度不純物領域876の間にチャネル形成領域878が形成される。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、ボロン(B)を1×1019〜1×1021atoms/cm3で導入することによりp型を示す高濃度不純物領域876を形成する。
Next, a resist 874 is selectively formed so as to cover the
次に、導電膜844、854、860、864の側面に接する絶縁膜880(サイドウォールともよばれる)を形成する(図9(D)。具体的には、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、酸化珪素又は窒化珪素等の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。そして、当該絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電膜844、854、860、864の側面に接するように形成することができる。なお、絶縁膜880は、LDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。
Next, an insulating film 880 (also referred to as a sidewall) in contact with the side surfaces of the
次に、半導体膜810を覆うようにレジスト882を選択的に形成し、導電膜844、854、864、絶縁膜880をマスクとして半導体膜808、812に不純物元素を導入することにより高濃度不純物領域886、890、894、900を形成する(図10(A)。なお、高濃度不純物領域886、894の一部は、あらかじめ形成されていた不純物領域816に再度不純物元素が導入されている。
Next, a resist 882 is selectively formed so as to cover the
高濃度不純物領域886、890、894、900は、ソース領域又はドレイン領域として機能し、高濃度不純物領域890に隣接し且つ絶縁膜880の下方に低濃度不純物領域888、896(LDD領域)が形成される。また、高濃度不純物領域900に隣接し且つ絶縁膜880の下方に低濃度不純物領域902(LDD領域)が形成され、低濃度不純物領域902(LDD領域)の間にチャネル形成領域898が形成される。また、高濃度不純物領域886と低濃度不純物領域888の間にチャネル形成領域884が形成され、高濃度不純物領域894と低濃度不純物領域896の間にチャネル形成領域892が形成される。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いることができる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、リン(P)を1×1019〜1×1021atoms/cm3で導入することによりn型を示す高濃度不純物領域886、890、894を形成する。
The high
次に、半導体膜808、810、812及び導電膜844、854、860、864の上方に絶縁膜を形成する(図10(B)。ここでは、絶縁膜として、絶縁膜906と絶縁膜908を積層して形成した例を示している。なお、絶縁膜は、単層又は3層以上の積層構造で形成してもよい。その後、絶縁膜906、908コンタクトホールを選択的に形成して半導体膜808、810、812のソース領域又はドレイン領域と電気的に接続する導電膜910、912、914、916、918を選択的に形成する。
Next, an insulating film is formed over the
絶縁膜906、908は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素または窒素を有する絶縁層やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
The insulating
導電膜910、912、914、916、918は、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜910、912、914、916、918を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体層上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体層と良好なコンタクトをとることができる。
The
以上の工程により、メモリトランジスタ(n型のメモリTFT)と、メモリセルの駆動回路やその他の周辺回路となるCMOS回路を構成する2つの薄膜トランジスタ(p型のTFT及びn型のTFT)を作製することができる。 Through the above-described steps, a memory transistor (n-type memory TFT) and two thin film transistors (p-type TFT and n-type TFT) constituting a CMOS circuit which is a drive circuit for memory cells and other peripheral circuits are manufactured. be able to.
また、メモリトランジスタの構造を上記実施の形態で示したように、メモリセルを2つのメモリトランジスタによって構成し且つ、ソース線を有さない(代わりに隣接する列のビット線に接続する)構成とすることにより、メモリセルを1つのメモリトランジスタと1つの選択トランジスタによって構成する従来のフル機能EEPROM同様の機能を保ちつつ、同じメモリセル面積で2倍以上のメモリ容量を実現することが可能となる。その結果、集積密度が高く、従って小型で低コストなフル機能EEPROMの作成が可能となる。 In addition, as shown in the above embodiment, the structure of the memory transistor is configured such that the memory cell includes two memory transistors and does not have a source line (instead, is connected to a bit line in an adjacent column) By doing so, it is possible to realize a memory capacity more than doubled in the same memory cell area while maintaining the same function as a conventional full-function EEPROM in which a memory cell is constituted by one memory transistor and one selection transistor. . As a result, it is possible to create a full-function EEPROM that has a high integration density and is therefore small and low-cost.
なお、本実施の形態では、基板上に形成された半導体膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成した例を示したが、本発明の半導体装置はこれに限られない。例えば、Si等の半導体基板を用いて直接基板にチャネル領域を形成した電界効果トランジスタ(FET)を用いてもよい。 Note that although an example in which a thin film transistor (TFT) is formed using a semiconductor film formed over a substrate is described in this embodiment mode, the semiconductor device of the present invention is not limited thereto. For example, a field effect transistor (FET) in which a channel region is directly formed on a substrate using a semiconductor substrate such as Si may be used.
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments in this specification.
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態で示した不揮発性半導体メモリを備えた非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して図面を参照して以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形態によっては、RFIDタグ、IDタグ、ICタグ、ICチップ、RFタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。
(Embodiment 4)
In this embodiment, application examples of a semiconductor device including the nonvolatile semiconductor memory described in the above embodiment and capable of inputting and outputting data without contact will be described below with reference to drawings. A semiconductor device in which data can be input / output without contact is also referred to as an RFID tag, an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF tag, a wireless tag, an electronic tag, or a wireless chip depending on the application.
まず、本実施の形態で示す半導体装置の上面構造の一例について、図13(A)を参照して説明する。図13に示す半導体装置80は、上記実施の形態で示した不揮発性メモリやロジック部を構成する複数の素子が設けられた薄膜集積回路131と、アンテナとして機能する導電膜132を含んでいる。アンテナとして機能する導電膜132は、薄膜集積回路131に電気的に接続されている。
First, an example of a top structure of the semiconductor device described in this embodiment will be described with reference to FIG. A semiconductor device 80 illustrated in FIG. 13 includes a thin film integrated
また、図13(B)に図13(A)の断面の模式図を示す。アンテナとして機能する導電膜132は、メモリ部及びロジック部を構成する素子の上方に設ければよく、例えば、上記実施の形態で示した構造において、絶縁膜908上に絶縁膜920を介してアンテナとして機能する導電膜132を設けることができる。
FIG. 13B is a schematic view of the cross section of FIG. The
また、アンテナとして機能する導電膜132は、薄膜集積回路131に対して、重なって設けてもよいし、重ならずに周囲に設ける構造でもよい。また、本実施の形態では、アンテナとして機能する導電膜132をコイル状に設け、電磁誘導方式または電磁結合方式を適用する例を示すが、本発明の半導体装置はこれに限られずマイクロ波方式を適用することも可能である。マイクロ波方式の場合は、用いる電磁波の波長によりアンテナとして機能する導電膜132の形状を適宜決めればよい。
The
例えば、半導体装置における信号の伝送方式として、電磁結合方式または電磁誘導方式(例えば13.56MHz帯)を適用する場合には、磁界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状(例えば、ループアンテナ)、らせん状(例えば、スパイラルアンテナ)に形成する。 For example, when an electromagnetic coupling method or an electromagnetic induction method (for example, 13.56 MHz band) is applied as a signal transmission method in a semiconductor device, the conductive film functioning as an antenna is used because electromagnetic induction due to a change in magnetic field density is used. Are formed in a ring shape (for example, a loop antenna) or a spiral shape (for example, a spiral antenna).
また、半導体装置における信号の伝送方式として、マイクロ波方式(例えば、UHF帯(860〜960MHz帯)、2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さ等の形状を適宜設定すればよく、例えば、アンテナとして機能する導電膜を線状(例えば、ダイポールアンテナ)、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ)またはリボン型の形状等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。 In addition, when a microwave method (for example, UHF band (860 to 960 MHz band), 2.45 GHz band, or the like) is applied as a signal transmission method in a semiconductor device, the wavelength of an electromagnetic wave used for signal transmission is considered. For example, the conductive film functioning as an antenna may be set as appropriate, for example, the conductive film functioning as an antenna may be linear (for example, a dipole antenna), flat (for example, a patch antenna), or ribbon type. It can be formed into a shape or the like. Further, the shape of the conductive film functioning as an antenna is not limited to a linear shape, and may be provided in a curved shape, a meandering shape, or a combination thereof in consideration of the wavelength of electromagnetic waves.
アンテナとして機能する導電膜132は、CVD法、スパッタ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
The
また、アンテナを設ける場合には、1枚の基板上に薄膜集積回路131とアンテナとして機能する導電膜132を直接作り込んで設けてもよいし、薄膜集積回路131とアンテナとして機能する導電膜132を別々の基板上に設けた後に、電気的に接続するように貼り合わせることによって設けてもよい。
In the case of providing an antenna, the thin film integrated
次に、本実施の形態で示す半導体装置の動作の一例について説明する。 Next, an example of operation of the semiconductor device described in this embodiment will be described.
半導体装置80は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路81、電源回路82、リセット回路83、クロック発生回路84、データ復調回路85、データ変調回路86、他の回路の制御を行う制御回路87、記憶回路88およびアンテナ89を有している(図14(A))。高周波回路81はアンテナ89より信号を受信して、データ変調回路86より受信した信号をアンテナ89から出力する回路であり、電源回路82は受信信号から電源電位を生成する回路であり、リセット回路83はリセット信号を生成する回路であり、クロック発生回路84はアンテナ89から入力された受信信号を基に各種クロック信号を生成する回路であり、データ復調回路85は受信信号を復調して制御回路87に出力する回路であり、データ変調回路86は制御回路87から受信した信号を変調する回路である。また、制御回路87としては、例えばコード抽出回路91、コード判定回路92、CRC判定回路93および出力ユニット回路94が設けられている。なお、コード抽出回路91は制御回路87に送られてきた命令に含まれる複数のコードをそれぞれ抽出する回路であり、コード判定回路92は抽出されたコードとリファレンスに相当するコードとを比較して命令の内容を判定する回路であり、CRC判定回路93は判定されたコードに基づいて送信エラー等の有無を検出する回路である。
The semiconductor device 80 has a function of communicating data without contact, and controls the high frequency circuit 81, the power supply circuit 82, the reset circuit 83, the clock generation circuit 84, the data demodulation circuit 85, the data modulation circuit 86, and other circuits. A control circuit 87, a
次に、上述した半導体装置の動作の一例について説明する。まず、アンテナ89により無線信号が受信される。無線信号は高周波回路81を介して電源回路82に送られ、高電源電位(以下、VDDと記す)が生成される。VDDは半導体装置80が有する各回路に供給される。また、高周波回路81を介してデータ復調回路85に送られた信号は復調される(以下、復調信号)。さらに、高周波回路81を介してリセット回路83およびクロック発生回路84を通った信号及び復調信号は制御回路87に送られる。制御回路87に送られた信号は、コード抽出回路91、コード判定回路92およびCRC判定回路93等によって解析される。そして、解析された信号にしたがって、記憶回路88内に記憶されている半導体装置の情報が出力される。出力された半導体装置の情報は出力ユニット回路94を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置80の情報はデータ変調回路86を通って、アンテナ89により無線信号に載せて送信される。なお、半導体装置80を構成する複数の回路においては、低電源電位(以下、VSS)は共通であり、VSSはGNDとすることができる。また、本発明の不揮発性メモリを記憶回路88に適用することができる。
Next, an example of operation of the above-described semiconductor device will be described. First, a radio signal is received by the antenna 89. The radio signal is sent to the power supply circuit 82 via the high frequency circuit 81, and a high power supply potential (hereinafter referred to as VDD) is generated. VDD is supplied to each circuit included in the semiconductor device 80. The signal sent to the data demodulation circuit 85 via the high frequency circuit 81 is demodulated (hereinafter, demodulated signal). Further, the signal and the demodulated signal that have passed through the reset circuit 83 and the clock generation circuit 84 via the high frequency circuit 81 are sent to the control circuit 87. The signal sent to the control circuit 87 is analyzed by the code extraction circuit 91, the code determination circuit 92, the CRC determination circuit 93, and the like. Then, information on the semiconductor device stored in the
このように、リーダ/ライタから半導体装置80に信号を送り、当該半導体装置80から送られてきた信号をリーダ/ライタで受信することによって、半導体装置のデータを読み取ることが可能となる。 As described above, by transmitting a signal from the reader / writer to the semiconductor device 80 and receiving the signal transmitted from the semiconductor device 80 by the reader / writer, the data of the semiconductor device can be read.
また、半導体装置80は、各回路への電源電圧の供給を電源(バッテリー)を搭載せず電磁波により行うタイプとしてもよいし、電源(バッテリー)を搭載して電磁波と電源(バッテリー)により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。 Further, the semiconductor device 80 may be of a type in which power supply voltage is supplied to each circuit by electromagnetic waves without mounting a power source (battery), or each circuit is mounted by using electromagnetic waves and a power source (battery). The power supply voltage may be supplied to the type.
次に、非接触でデータの入出力が可能な半導体装置の使用形態の一例について説明する。表示部3210を含む携帯端末の側面には、リーダ/ライタ3200が設けられ、品物3220の側面には半導体装置3230が設けられる(図14(B))。品物3220が含む半導体装置3230にリーダ/ライタ3200をかざすと、表示部3210に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品3260をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ/ライタ3240と、商品3260に設けられた半導体装置3250を用いて、該商品3260の検品を行うことができる(図14(C))。このように、システムに半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。
Next, an example of a usage pattern of a semiconductor device capable of inputting and outputting data without contact will be described. A reader /
また、本発明の不揮発性メモリは、メモリを具備したあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、本発明の不揮発性メモリを適用した電子機器として、ビデオカメラやデジタルカメラといったカメラや、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDVD(digital versatile disc)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図15に示す。 In addition, the nonvolatile memory of the present invention can be used for electronic devices in various fields including the memory. For example, as an electronic device to which the nonvolatile memory of the present invention is applied, a camera such as a video camera or a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproduction device (car audio, audio component, etc.), a computer, Playing back a recording medium such as a game machine, a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, portable game machine or electronic book), an image playback device (specifically a DVD (digital versatile disc)) provided with a recording medium, And a device provided with a display capable of displaying the image). Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
図15(A)、(B)は、デジタルカメラを示している。図15(B)は、図15(A)の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体2111、表示部2112、レンズ2113、操作キー2114、シャッターボタン2115などを有する。また、取り出し可能な不揮発性のメモリ2116を備えており、当該デジタルカメラで撮影したデータをメモリ2116に記憶させておく構成となっている。本発明を用いて形成された不揮発性メモリは当該メモリ2116に適用することができる。
FIGS. 15A and 15B show a digital camera. FIG. 15B is a diagram showing the back side of FIG. This digital camera includes a
また、図15(C)は、携帯電話を示しており、携帯端末の1つの代表例である。この携帯電話は筐体2121、表示部2122、操作キー2123などを含む。また、携帯電話は、取り出し可能な不揮発性のメモリ2125を備えており、当該携帯電話の電話番号等のデータ、映像、音楽データ等をメモリ2125に記憶させ再生することができる。本発明を用いて形成された不揮発性メモリは当該メモリ2125に適用することができる。
FIG. 15C illustrates a mobile phone, which is a typical example of a mobile terminal. This mobile phone includes a
また、図15(D)は、デジタルプレーヤーを示しており、オーディオ装置の1つの代表例である。図15(D)に示すデジタルプレーヤーは、本体2130、表示部2131、メモリ部2132、操作部2133、イヤホン2134等を含んでいる。なお、イヤホン2134の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。メモリ部2132は、本発明を用いて形成された不揮発性メモリを用いることができる。例えば、記録容量が20〜200ギガバイト(GB)のNAND型不揮発性メモリを用い、操作部2133を操作することにより、映像や音声(音楽)を記録、再生することができる。なお、表示部2131は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。なお、メモリ部2132に設けられた不揮発性メモリは、取り出し可能な構成としてもよい。
FIG. 15D illustrates a digital player, which is a typical example of an audio device. A digital player shown in FIG. 15D includes a
また、図15(E)は、電子ブック(電子ペーパーともいう)を示している。この電子ブックは、本体2141、表示部2142、操作キー2143、メモリ部2144を含んでいる。またモデムが本体2141に内蔵されていてもよいし、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。メモリ部2144は、本発明を用いて形成された不揮発性メモリを用いることができる。例えば、記録容量が20〜200ギガバイト(GB)のNAND型不揮発性メモリを用い、操作キー2143を操作することにより、映像や音声(音楽)を記録、再生することができる。なお、メモリ部2144に設けられた不揮発性メモリは、取り出し可能な構成としてもよい。
FIG. 15E illustrates an electronic book (also referred to as electronic paper). This electronic book includes a
以上の様に、本発明の不揮発性メモリの適用範囲は極めて広く、メモリを有するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。 As described above, the applicable range of the nonvolatile memory of the present invention is so wide that the nonvolatile memory of the present invention can be used for electronic devices in various fields as long as it has a memory.
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments in this specification.
101 Xアドレスデコーダ
102 Yアドレスデコーダ
103 周辺回路
104 絶縁膜
105 メモリセルアレイ
122 電荷蓄積層
131 薄膜集積回路
132 導電膜
174 導電膜
201 基板
202 絶縁膜
203 半導体膜
208 絶縁膜
209 絶縁膜
211 メモリセル
212 メモリトランジスタ
213 メモリトランジスタ
221 メモリセル
223 半導体膜
312 メモリトランジスタ
401 Xアドレスデコーダ
402 Yアドレスデコーダ
403 周辺回路
405 メモリセルアレイ
601 Xアドレスデコーダ
602 Yアドレスデコーダ
603 周辺回路
605 メモリセルアレイ
802 基板
804 絶縁膜
808 半導体膜
810 半導体膜
812 半導体膜
814 レジスト
816 不純物領域
818 絶縁膜
820 絶縁膜
824 電荷蓄積層
826 電荷蓄積層
828 絶縁膜
830 絶縁膜
832 絶縁膜
834 絶縁膜
836 導電膜
838 絶縁膜
840 電荷蓄積層
842 絶縁膜
844 導電膜
848 絶縁膜
850 電荷蓄積層
852 絶縁膜
854 導電膜
858 絶縁膜
860 導電膜
862 絶縁膜
864 導電膜
868 低濃度不純物領域
874 レジスト
876 高濃度不純物領域
878 チャネル形成領域
880 絶縁膜
882 レジスト
884 チャネル形成領域
886 高濃度不純物領域
888 低濃度不純物領域
890 高濃度不純物領域
892 チャネル形成領域
894 高濃度不純物領域
896 低濃度不純物領域
898 チャネル形成領域
900 高濃度不純物領域
902 低濃度不純物領域
906 絶縁膜
908 絶縁膜
910 導電膜
920 絶縁膜
922 導電膜
103a 半導体膜
1225 メモリ
203a チャネル形成領域
203b チャネル形成領域
203c ドレイン領域
203e ドレイン領域
204a 第1の絶縁膜
204b 第1の絶縁膜
205a 導電膜
205b 導電膜
206a 第2の絶縁膜
206b 第2の絶縁膜
207a 導電膜
207b 導電膜
210a 導電膜
210b 導電膜
101 X address decoder 102 Y address decoder 103 Peripheral circuit 104 Insulating film 105 Memory cell array 122 Charge storage layer 131 Thin film integrated circuit 132 Conductive film 174 Conductive film 201 Substrate 202 Insulating film 203 Semiconductor film 208 Insulating film 209 Insulating film 211 Memory cell 212 Memory Transistor 213 Memory transistor 221 Memory cell 223 Semiconductor film 312 Memory transistor 401 X address decoder 402 Y address decoder 403 Peripheral circuit 405 Memory cell array 601 X address decoder 602 Y address decoder 603 Peripheral circuit 605 Memory cell array 802 Substrate 804 Insulating film 808 Semiconductor film 810 Semiconductor film 812 Semiconductor film 814 Resist 816 Impurity region 818 Insulating film 820 Insulating film 824 Charge storage layer 826 Load accumulation layer 828 Insulating film 830 Insulating film 832 Insulating film 834 Insulating film 836 Conductive film 838 Insulating film 840 Charge accumulating layer 842 Insulating film 844 Conductive film 848 Insulating film 850 Charge accumulating layer 852 Insulating film 854 Insulating film 858 Insulating film 860 Conductive film 862 Insulating film 864 Conductive film 868 Low concentration impurity region 874 Resist 876 High concentration impurity region 878 Channel formation region 880 Insulating film 882 Resist 884 Channel formation region 886 High concentration impurity region 888 Low concentration impurity region 890 High concentration impurity region 892 Channel formation region 894 High-concentration impurity region 896 Low-concentration impurity region 898 Channel formation region 900 High-concentration impurity region 902 Low-concentration impurity region 906 Insulating film 908 Insulating film 910 Conductive film 920 Insulating film 922 Conductive film 103a Semiconductor film 1225 Memory 2 3a channel formation region 203b channel formation region 203c drain region 203e drain region 204a first insulating film 204b first insulating film 205a conductive film 205b conductive film 206a second insulating film 206b second insulating film 207a conductive film 207b conductive film 210a conductive film 210b conductive film
Claims (2)
レイと、
複数の第1のワード線と、
複数の第2のワード線と、
第1のビット線と第2のビット線を含む複数のビット線とを有し、
前記複数のメモリセルの各々は、第1のメモリトランジスタと第2のメモリトランジスタとを有し、
前記第1のメモリトランジスタのゲート電極が前記第1のワード線に電気的に接続され、
前記第2のメモリトランジスタのゲート電極が前記第2のワード線に電気的に接続され、
前記第1のメモリトランジスタのソース領域及びドレイン領域の一方が前記第2のメモリトランジスタのソース領域及びドレイン領域の一方と電気的に接続され、
前記第1のビット線は、(j−1)列目の前記メモリセルに設けられた前記第2のメモリトランジスタのソース領域及びドレイン領域の他方と、j列目の前記メモリセルに設けられた前記第1のメモリトランジスタのソース領域及びドレイン領域の他方と電気的に接続され、
前記第2のビット線は、j列目の前記メモリセルに設けられた前記第2のメモリトランジスタのソース領域及びドレイン領域の他方と、(j+1)列目の前記メモリセルに設けられた前記第1のメモリトランジスタのソース領域及びドレイン領域の他方と電気的に接続され、
前記第1のワード線に第1の電位が与えられ、前記第2のワード線に第2の電位が与えられ、前記第1のビット線に前記第2の電位が与えられ、前記第2のビット線に第3の電位が与えられることによって、j列目の前記メモリセルに設けられた前記第1のメモリトランジスタにデータが書き込まれ、
前記第1のワード線に前記第2の電位が与えられ、前記第2のワード線に前記第1の電位が与えられ、前記第1のビット線に前記第3の電位が与えられ、前記第2のビット線に前記第2の電位が与えられることによって、j列目の前記メモリセルに設けられた前記第2のメモリトランジスタにデータが書き込まれ、
前記第1のワード線に前記第2の電位が与えられ、前記第2のワード線に前記第3の電位が与えられ、前記第1のビット線に前記第1の電位が与えられ、前記第2のビット線に前記第3の電位が与えられることによって、j列目の前記メモリセルに設けられた前記第1のメモリトランジスタからデータが消去され、
前記第1のワード線に前記第3の電位が与えられ、前記第2のワード線に前記第2の電位が与えられ、前記第1のビット線に前記第3の電位が与えられ、前記第2のビット線に前記第1の電位が与えられることによって、j列目の前記メモリセルに設けられた前記第2のメモリトランジスタからデータが消去され、
前記第3の電位は、前記第1の電位と前記第2の電位との間の値であることを特徴とする不揮発性メモリ。 A memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix corresponding to the row direction and the column direction;
A plurality of first word lines;
A plurality of second word lines;
A plurality of bit lines including a first bit line and a second bit line;
Each of the plurality of memory cells includes a first memory transistor and a second memory transistor,
A gate electrode of the first memory transistor is electrically connected to the first word line;
A gate electrode of the second memory transistor is electrically connected to the second word line;
One of a source region and a drain region of the first memory transistor is electrically connected to one of a source region and a drain region of the second memory transistor;
The first bit line is provided in the other of the source region and the drain region of the second memory transistor provided in the memory cell in the (j−1) th column and in the memory cell in the jth column. Electrically connected to the other of the source region and the drain region of the first memory transistor;
The second bit line includes the other of the source region and the drain region of the second memory transistor provided in the memory cell in the jth column, and the second bit line provided in the memory cell in the (j + 1) th column. Electrically connected to the other of the source region and the drain region of one memory transistor ;
A first potential is applied to the first word line, a second potential is applied to the second word line, the second potential is applied to the first bit line, and the second potential is applied to the second word line. By applying a third potential to the bit line, data is written to the first memory transistor provided in the memory cell in the j-th column,
The second potential is applied to the first word line, the first potential is applied to the second word line, the third potential is applied to the first bit line, and the first potential is applied to the first word line. When the second potential is applied to the second bit line, data is written to the second memory transistor provided in the memory cell in the j-th column,
The second potential is applied to the first word line, the third potential is applied to the second word line, the first potential is applied to the first bit line, and the first potential is applied to the first word line. By applying the third potential to the second bit line, data is erased from the first memory transistor provided in the memory cell in the j-th column,
The third potential is applied to the first word line, the second potential is applied to the second word line, the third potential is applied to the first bit line, and By applying the first potential to the second bit line, data is erased from the second memory transistor provided in the memory cell in the j-th column,
The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the third potential is a value between the first potential and the second potential .
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