JPH0368543B2 - - Google Patents
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- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、半導体記憶回路装置、特に記憶情
報の書き込み及び消去が可能な半導体不揮発性記
憶素子を使用した半導体記憶回路装置の如き半導
体装置の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory circuit device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor memory circuit device using a semiconductor nonvolatile memory element in which stored information can be written and erased.
半導体不揮発性記憶素子として、ゲート絶縁膜
中のトラツプを利用する形式またはフローテイン
グゲートを利用する形式とされた絶縁ゲート電界
効果トランジスタが公知である。この種の絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタにおいては、トンネル
効果により、またはアバランシエ降伏によつて生
じたホツト・キヤリアにより上記ゲート絶縁膜中
のトラツプ又はフローテイングゲートに電荷が注
入されると、そのしきい値電圧が一方の安定な値
から他方の安定な値に変化する。上記の一方のし
きい値電圧となつている状態が例えば2進信号の
0と対応させられ、他方のしきい値電圧となつて
いる状態が2進信号の1と対応させられる。 2. Description of the Related Art Insulated gate field effect transistors that utilize traps in a gate insulating film or floating gates are known as semiconductor nonvolatile memory elements. In this type of insulated gate field effect transistor, when charge is injected into the trap or floating gate in the gate insulating film due to the tunnel effect or hot carriers caused by avalanche breakdown, the threshold value The voltage changes from one stable value to another. The state of one of the threshold voltages is made to correspond, for example, to a binary signal of 0, and the state of the other threshold voltage is made to correspond to a binary signal of 1.
上記の電荷は適当な方法により除去することが
可能である。 The above charges can be removed by an appropriate method.
従つて、上記の種類の絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタは記憶情報の書き込み及び消去が可能
な不揮発性記憶素子として使用できる利点を持つ
ている。 Therefore, the above type of insulated gate field effect transistor has the advantage of being usable as a nonvolatile memory element in which stored information can be written and erased.
上記の半導体不揮発性記憶素子は、その複数個
が例えば半導体基板上に規則的に配置され、記憶
情報の読み出しもしくは書き込みのために選択さ
れる。 A plurality of the semiconductor nonvolatile memory elements described above are arranged regularly on, for example, a semiconductor substrate, and are selected for reading or writing stored information.
上記の半導体不揮発性記憶素子は、記憶情報の
読み出しに必要とされる信号レベルに対し、書き
込み時に例えば上記信号レベルの数倍にも達する
高電圧の高レベル信号を必要とする。 The above-mentioned semiconductor nonvolatile memory element requires a high-voltage, high-level signal that reaches several times the signal level when writing, for example, compared to the signal level required for reading stored information.
しかしながら、回路素子の特性によつて信号レ
ベルが制限を受けることが有るので、半導体記憶
回路装置は上記の高レベル信号のために特に考慮
された回路装置を必要とする。 However, since the signal level may be limited by the characteristics of the circuit elements, the semiconductor memory circuit device requires a circuit device specifically designed for the above-mentioned high level signals.
また、半導体記憶回路装置は、上記の高レベル
信号を処理する回路装置の使用によつて全体の構
成が複雑化するので、使用する半導体基板が大型
化しないようにし、かつ動作速度等の性能が害さ
れないように考慮されなければならない。 In addition, since the overall configuration of semiconductor memory circuit devices becomes complicated due to the use of circuit devices that process the above-mentioned high-level signals, it is necessary to prevent the semiconductor substrate used from increasing in size and to improve performance such as operating speed. must be taken into account so as not to be harmed.
また、一方、かかる半導体回路装置は絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタを主体として実現され
ることが要求されるが、回路構成及び機能向上の
ために一部バイポーラトランジスタを使用するこ
とも要求され、かかる半導体回路装置を一枚の半
導体基板に形成した所謂半導体集積回路装置とし
て実現することが要求される。そして、かかる半
導体集積回路装置としては製造プロセスの効率化
を図る必要があり、従つてできる丈簡単な製造プ
ロセスで上記電子回路を実現することが要求され
る。 On the other hand, although such semiconductor circuit devices are required to be realized mainly using insulated gate field effect transistors, they are also required to partially use bipolar transistors to improve the circuit configuration and functionality. It is required to realize a circuit device as a so-called semiconductor integrated circuit device formed on a single semiconductor substrate. It is necessary to improve the efficiency of the manufacturing process for such a semiconductor integrated circuit device, and it is therefore required to realize the electronic circuit using a simple manufacturing process.
従つて、この発明の1つの目的は、半導体不揮
発性記憶素子を使用した動作速度の速い半導体記
憶回路装置を提供することにある。 Therefore, one object of the present invention is to provide a semiconductor memory circuit device that uses a semiconductor nonvolatile memory element and has a high operating speed.
この発明の他の目的は、半導体不揮発性記憶素
子を使用した小型化できる半導体記憶回路装置を
提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory circuit device that uses semiconductor nonvolatile memory elements and can be miniaturized.
この発明の他の目的は、半導体基板上において
個々の回路装置が望ましい位置に配置された半導
体記憶回路装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory circuit device in which individual circuit devices are arranged at desired positions on a semiconductor substrate.
この発明の他の目的は、ゲート絶縁膜のトラツ
プを利用する絶縁ゲート電界効果トランジスタの
ように電気的に記憶情報の書き込み及び消去がで
きる半導体不揮発性記憶素子を使用した新規な半
導体記憶回路装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a novel semiconductor memory circuit device using a semiconductor nonvolatile memory element that can electrically write and erase stored information, such as an insulated gate field effect transistor that utilizes a trap in a gate insulating film. It is about providing.
この発明の他の目的は、電気的に記憶情報の書
き込み及び消去ができる半導体不揮発性記憶素子
に達する構造とされた半導体記憶回路装置を提供
することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory circuit device having a structure that achieves a semiconductor nonvolatile memory element in which stored information can be electrically written and erased.
この発明の他の目的は、高電圧信号の処理に適
する回路装置を提供することにある。 Another object of the invention is to provide a circuit device suitable for processing high voltage signals.
この発明の他の目的は、破壊の起りにくい回路
装置を提供することにある。 Another object of the invention is to provide a circuit device that is less likely to be destroyed.
この発明の他の目的は、バイポーラトランジス
タと絶縁ゲート型電界効果トランジスタを含む新
規な回路装置を提供することにある。 Another object of the invention is to provide a novel circuit device including a bipolar transistor and an insulated gate field effect transistor.
この発明の更に他の目的は、上記種々の電子回
路装置を実現するための半導体集積回路装置の製
造方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device for realizing the various electronic circuit devices described above.
以上述べた種々の本発明の目的及び構成は、以
下の詳細な説明及び添付図面より明らかとなるで
あろう。 The various objects and configurations of the present invention described above will become clear from the following detailed description and accompanying drawings.
以下、この発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。 Hereinafter, this invention will be explained in detail based on examples.
特に制限されないが、以下の実施例において
は、半導体不揮発性記憶素子として、極めて薄い
シリコン酸化膜(oxide)と、この酸化膜の上に
形成された比較的厚いシリコン窒化膜ナイトライ
ド(Nitride)との2層構造のゲート絶縁膜を持
つ絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下
MNOSと称する)を使用する。このMNOSに対
しては、記憶情報の書き込みだけでなく消去も電
気的に行なうことができる。 Although not particularly limited, in the following examples, the semiconductor non-volatile memory element uses an extremely thin silicon oxide film (oxide) and a relatively thick silicon nitride film (nitride) formed on this oxide film. Insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as
(referred to as MNOS). With respect to this MNOS, not only storage information can be written but also erased electrically.
第12図は、MNOSの断面図を示している。
同図において、p型シリコン領域1の表面に互い
に隔てられてn型ソース領域2及びドレイン領域
3が形成され、上記ソース・ドレンイン領域2、
3間のp型シリコン領域1の表面に、例えば厚さ
20〓のシリコン酸化膜4と厚さ500Åのシリコン
窒化膜5とからなるゲート絶縁膜を介してn型多
結晶シリコンからなるゲート電極が形成されてい
る。上記p型シリコン領域1は、MNOSの基本
ゲート領域を構成する。 FIG. 12 shows a cross-sectional view of the MNOS.
In the figure, an n-type source region 2 and a drain region 3 are formed on the surface of a p-type silicon region 1 and separated from each other, and the source/drain region 2,
For example, on the surface of the p-type silicon region 1 between the
A gate electrode made of n-type polycrystalline silicon is formed via a gate insulating film made of a silicon oxide film 4 having a thickness of 20 mm and a silicon nitride film 5 having a thickness of 500 Å. The p-type silicon region 1 constitutes the basic gate region of MNOS.
消去状態もしくは記憶情報が書き込まれていな
い状態では、MNOSのゲート電圧VG対ドレイン
電流ID特性は、例えば第13図の曲線Aのよう
になつており、そのしきい値電圧は4ボルトの負
電圧(以下−4Vのように記する)になつている。 In the erased state or in the state in which no memory information is written, the gate voltage VG vs. drain current ID characteristic of MNOS is, for example, as shown in curve A in Figure 13, and its threshold voltage is a negative voltage of 4 volts. (hereinafter written as -4V).
記憶情報の書き込み又は消去のために、ゲート
絶縁膜には、トンネル現象によりキヤリヤの注入
が生ずるような高電界が作用させられる。 In order to write or erase stored information, a high electric field is applied to the gate insulating film so that carrier injection occurs due to a tunneling phenomenon.
書き込み動作において、基体ゲート1には、例
えばほゞ回路の接地電位の0Vが印加され、ゲー
ト6には、例えば+25Vの高電圧が印加される。
ソース領域2及びドレイン領域3には、書き込む
べき情報に応じてほゞ0Vの低電圧又は+20Vの
ような高電圧が印加される。 In the write operation, for example, 0V, which is approximately the ground potential of the circuit, is applied to the base gate 1, and a high voltage of, for example, +25V is applied to the gate 6.
A low voltage of approximately 0V or a high voltage such as +20V is applied to the source region 2 and drain region 3 depending on the information to be written.
ソース領域2とドレイン領域3との間のシリコ
ン領域1表面には、上記ゲート6の正の高電圧に
応じてチヤンネル7が誘導される。このチヤンネ
ル7の電位はソース領域2及びドレイン領域3の
電位と等しくなる。 A channel 7 is induced in the surface of the silicon region 1 between the source region 2 and the drain region 3 in response to the positive high voltage applied to the gate 6. The potential of this channel 7 becomes equal to the potentials of the source region 2 and drain region 3.
ソース領域2及びドレイン領域3に上記のよう
に0Vの電圧が印加されるとゲート絶縁膜には上
記ゲート6の高電圧に応じた高電界が作用する。
その結果、ゲート絶縁膜にはトンネル現象により
チヤンネル7からキヤリアとしての電子が注入さ
れる。MNOSのVG−ID特性は第13図曲線Aか
らBに変化する。しきい値電圧は前記の−4Vか
ら例えば+1Vに変化する。 When a voltage of 0V is applied to the source region 2 and drain region 3 as described above, a high electric field corresponding to the high voltage of the gate 6 acts on the gate insulating film.
As a result, electrons as carriers are injected into the gate insulating film from the channel 7 due to the tunneling phenomenon. The VG-ID characteristic of MNOS changes from curve A to curve B in FIG. The threshold voltage changes from the above-mentioned -4V to, for example, +1V.
ソース領域2及びドレイン領域3に上記のよう
に+20Vが印加された場合、ゲート6とチヤンネ
ル7との間の電位差が数Vに減少する。このよう
な低電位差では、トンネル現象による電子の注入
を起させるには不充分となる。そのため、
MNOSの特性は第13図の曲線Aから変化しな
い。 When +20V is applied to the source region 2 and drain region 3 as described above, the potential difference between the gate 6 and the channel 7 is reduced to several volts. Such a low potential difference is insufficient to cause electron injection by tunneling. Therefore,
The characteristics of MNOS do not change from curve A in FIG.
半導体記憶回路装置においては、1つのデイジ
ツト線に複数のMNOSが結合される。上記の書
き込み動作において、選択されるMNOSには上
記のような電圧が印加される。非選択とされる
MNOSのゲートにはほゞ0Vの電圧が加えられる
かもしくはソース領域及びドレイン領域に前記の
+20Vのような高電圧が印加される。 In a semiconductor memory circuit device, a plurality of MNOS are coupled to one digit line. In the write operation described above, the voltage as described above is applied to the selected MNOS. considered unselected
A voltage of approximately 0V is applied to the gate of the MNOS, or a high voltage such as the aforementioned +20V is applied to the source and drain regions.
記憶情報の消去は、ゲート絶縁膜に上記の書き
込みにおける電界に対し逆方向の高電界を作用さ
せることにより行なわれる。この逆方向の高電界
によりトンネル現象が生じ、ゲート絶縁膜にキヤ
リヤとしての正孔が流入される。前記の書き込み
時に注入された電子が上記の正孔によつて中和さ
れ、その結果MNOSの特性は第13図の曲線B
から再び曲線Aにもどされる。 Erasing of stored information is performed by applying a high electric field to the gate insulating film in the opposite direction to the electric field for writing. A tunneling phenomenon occurs due to this high electric field in the opposite direction, and holes as carriers flow into the gate insulating film. The electrons injected during writing are neutralized by the holes, and as a result, the characteristics of MNOS are as shown by curve B in Figure 13.
It returns to curve A again.
この実施例に従うと、上記の消去のために、例
えば基体ゲート1に0Vを加えながらゲート6に
負の高電圧を加える構成をとる代りに、後述から
より明確になるようにゲート6に0Vを加えなが
ら基体ゲート1に+25Vのような正の高電圧を加
える構成とする。上記のように基体ゲート1に正
の高電圧を加える構成とすることによつて、ゲー
ト6に高電圧を印加するための回路構成を単純に
することができるようになる。また、書き込み及
び消去のために同一極性の高電圧を利用できるよ
うになり、その結果、半導体記憶回路装置の外部
端子数及び半導体記憶回路装置を駆動するための
電源数を少なくできる。 According to this embodiment, for the above-mentioned erasing, instead of applying a negative high voltage to the gate 6 while applying 0V to the base gate 1, for example, 0V is applied to the gate 6 as will be clearer from the description below. At the same time, a positive high voltage such as +25V is applied to the base gate 1. By applying the positive high voltage to the base gate 1 as described above, the circuit configuration for applying the high voltage to the gate 6 can be simplified. Furthermore, high voltages of the same polarity can be used for writing and erasing, and as a result, the number of external terminals of the semiconductor memory circuit device and the number of power supplies for driving the semiconductor memory circuit device can be reduced.
MNOSの特性が上記第13図の曲線A又はB
のいずれか一方になるので、MNOSの記憶情報
の読み出しは、例えばゲート電圧VGが0Vである
ときのソース・ドレイン間の導通状態を検出する
ことにより行なわれる。単一極性の信号により1
つのデイジツト線に結合された複数のMNOSの
1つを選択できるようにするために、単位の記憶
要素(以下メモリセルと称する)は、第14図に
等価回路を示すように、MNOSQ1とこれに直
列接続されたスイツチ用絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタ(以下スイツチ用MISFETと称する)
Q2とから構成される。読み出し時、MNOSQ
1のゲート電圧は0Vに維持され、スイツチ用
MISFETのゲート電圧は、選択信号によつて0V
又は+5Vのような正電圧とされる。 The characteristics of MNOS are curve A or B in Figure 13 above.
Therefore, the information stored in the MNOS is read by detecting the conduction state between the source and drain when the gate voltage VG is 0V, for example. 1 due to single polarity signal
In order to select one of the plurality of MNOS coupled to one digit line, a unit storage element (hereinafter referred to as a memory cell) is connected to MNOSQ1 and this as shown in the equivalent circuit in FIG. Series-connected insulated gate field effect transistors for switches (hereinafter referred to as MISFETs for switches)
It consists of Q2. When reading, MNOSQ
1 gate voltage is maintained at 0V, for switch
The gate voltage of MISFET is set to 0V by the selection signal.
Or a positive voltage such as +5V.
第1図は、実施例の半導体記憶回路装置の回路
を示している。 FIG. 1 shows a circuit of a semiconductor memory circuit device according to an embodiment.
この実施例の記憶回路は、Xデコーダ、Yデコ
ーダ、制御回路等の比較的低電圧の信号を形成す
る回路と、書き込み回路、消去回路等の比較的高
電圧の信号を形成する回路とを含んでいる。 The memory circuit of this embodiment includes circuits that form relatively low voltage signals such as an X decoder, Y decoder, and control circuit, and circuits that form relatively high voltage signals such as a write circuit and an erase circuit. I'm here.
特に制限されないが、上記の低電圧信号を形成
する回路のために電源端子VCCに、+5Vの低電源
電圧が供給される。上記電源電圧に応じて、低電
圧信号のハイレベルは、ほゞ+5Vとされ、ロウ
レベルはほゞ回路の接地電位の0Vとされる。 Although not particularly limited, a low power supply voltage of +5V is supplied to the power supply terminal VCC for the circuit that forms the above-mentioned low voltage signal. Depending on the power supply voltage, the high level of the low voltage signal is approximately +5V, and the low level is approximately 0V, which is the ground potential of the circuit.
上記書き込み回路、消去回路等の回路のため
に、回路装置に高電圧端子VPPが設けられる。
この高電圧端子VPPには、回路装置に書き込み
動作をさせるとき及び消去動作をさせるとき、
ほゞ+25Vのような高電圧が供給される。上記の
高電圧に応じて、高電圧信号のハイレベルはほゞ
+25Vもしくは+20Vとされ、ロウレベルはほゞ
0Vとされる。 A high voltage terminal VPP is provided in the circuit device for circuits such as the write circuit and erase circuit.
This high voltage terminal VPP is used when the circuit device performs a write operation and an erase operation.
A high voltage such as +25V is supplied. Depending on the high voltage mentioned above, the high level of the high voltage signal is approximately +25V or +20V, and the low level is approximately +25V or +20V.
It is assumed to be 0V.
第1図において、MAはメモリアレイであり、
マトリクス配置されたメモリセルMS11ないし
MS22を含んでいる。 In Figure 1, MA is a memory array,
Memory cells arranged in matrix MS11 or
Contains MS22.
同一の行に配置されたメモリセルMS11,
MS12のそれぞれのスイツチ用MISFETQ2の
ゲートは、第2ワード線W11に共通接続され、
それぞれのMNOSQ1のゲートは、第2ワード
線に共通接続されている、同様に、他の同一の行
に配置されたメモリセルMS21,MS22のス
イツチ用MISFET及びMNOSのゲートはそれぞ
れ第1ワード線W21、第2ワード線W22に共
通接続されている。 Memory cells MS11 arranged in the same row,
The gates of each switch MISFET Q2 of MS12 are commonly connected to the second word line W11,
The gates of each MNOSQ1 are commonly connected to the second word line. Similarly, the gates of the switch MISFETs and MNOS of the other memory cells MS21 and MS22 arranged in the same row are respectively connected to the first word line W21. , are commonly connected to the second word line W22.
同一の列に配置されたメモリセルMS11,
MS21のスイツチ用MISFETQ2のドレインは
デイジツト線D1に共通接続され、MNOSのソ
ースは基準電位線ED1に共通接続されている。
同線に他の同一の列に配置されたメモリセルMS
12,MS22のスイツチ用MISFETのドレイ及
びMNOSのソースはそれぞれデイジツト線D2、
基準電位線ED2に共通接続されている。 Memory cells MS11 arranged in the same column,
The drains of the switch MISFETQ2 of MS21 are commonly connected to the digit line D1, and the sources of MNOS are commonly connected to the reference potential line ED1.
Memory cells MS arranged in other identical columns on the same line
12. The drain of the MISFET for the switch of MS22 and the source of the MNOS are connected to the digit line D2, respectively.
Commonly connected to the reference potential line ED2.
この実施例に従うと、基体ゲートに正の高電圧
を印加することによつてMNOSの記憶情報を消
去する構成をとるので、メモリセルを形成する半
導体領域は、次に説明するXデコーダ、Yデコー
ダ等の周辺回路を形成する半導体領域と電気的に
分断される。上記の半導体領域は後で説明するよ
うに、例えばn型半導体基板表面に形成されたp
型ウエル領域から構成される。 According to this embodiment, the memory information of the MNOS is erased by applying a positive high voltage to the base gate, so the semiconductor region forming the memory cell is It is electrically separated from the semiconductor region forming peripheral circuits such as. As will be explained later, the above semiconductor region is, for example, a p-type semiconductor region formed on the surface of an n-type semiconductor substrate.
Consists of type well area.
上記の消去のために、個々のメモリセルをそれ
ぞれ独立のウエル領域に形成したり、同じ行もし
くは列に配置されるメモリセルを共通のウエル領
域に形成したりすることができるが、この実施例
では、メモリセルの全体すなわちメモリアレイ
MAを1つの共通なウエル領域に形成する。 For the above-mentioned erasure, individual memory cells can be formed in independent well regions, or memory cells arranged in the same row or column can be formed in a common well region. Now, the entire memory cell, that is, the memory array
MA is formed in one common well region.
第1図において、線WELLは、メモリアレイ
MAの共通の基体ゲートとしてのウエル領域に接
続される。 In Figure 1, the line WELL represents the memory array
Connected to the well region as common substrate gate of MA.
上記第1ワード線W11,W21は、それぞれ
XデコーダXD1,XD2の出力端子に接続され、
第2ワード線W12,W22は、書き込み回路
WA1,WA2の出力端子に接続されている。 The first word lines W11 and W21 are connected to the output terminals of the X decoders XD1 and XD2, respectively,
The second word lines W12 and W22 are write circuits.
Connected to the output terminals of WA1 and WA2.
XデコーダXD1は、図示のように、電源VCC
と出力端子との間に接続されゲート・ソース間が
短絡されたデイプレツシヨン型負荷MISFETQ3
と、出力端子とアース端子間に接続され、それぞ
れのゲートにアドレスバツフアB0ないしB6か
らの非反転出力もしくは反転出力を受けるエンハ
ンスメント型MISFETQ4ないしQ6とからな
り、実質的にノア回路を構成している。Xデコー
ダXD1は、選択されていないときアドレス入力
線a0ないしa6の少なくとも1つにおける信号
のハイレベルにより、ワード線W11にほぼ0V
のロウレベル信号を出力し、選択されたとき、ア
ドレス入力線a0ないしa6におけるすべての信
号がロウレベルとなり、ほゞ5Vのハイレベル信
号を出力する。 The X decoder XD1 is connected to the power supply VCC as shown in the figure.
depletion type load MISFETQ3 connected between the output terminal and the gate and source shorted.
and enhancement-type MISFETs Q4 to Q6 connected between the output terminal and the ground terminal and receiving non-inverted outputs or inverted outputs from address buffers B0 to B6 at their respective gates, essentially forming a NOR circuit. There is. When the X decoder
When selected, all the signals on the address input lines a0 to a6 become low level, and a high level signal of approximately 5V is output.
XデコーダXD2は、接続するアドレス入力線
が異なる点を除いて上記XデコーダXD1と同一
構成にされる。 The X-decoder XD2 has the same configuration as the X-decoder XD1, except that the connected address input lines are different.
なお、第1図において、MISFETQ3のような
デイプレツシヨン型MISFETは、図示のような
エンハンスメント型MISFETと異なつた記号で
標記されている。 In FIG. 1, a depletion type MISFET such as MISFETQ3 is marked with a different symbol from an enhancement type MISFET as shown.
書き込み回路WA1は、第1ワード線W11と
出力端子(第2ワード線W12)との間に直列接
続されたMISFETQ15,Q16と、上記出力端
子と書き込み及び消去時に前記の+25Vの電圧が
加えられる電源端子VPPとの間に接続された
MISFETQ19と、上記出力端子と接地端子との
間に直列接続されたMISFETQ17,Q18とから
なる。上記MISFETQ15のゲートは書き込み制
御線Wlに接続され、MISFETQ18のゲートは
読み出し及び消去制御線に接続され、更に
MISFETQ16及びQ18のゲートは電源端子
VCCに接続されている。 The write circuit WA1 includes MISFETs Q15 and Q16 connected in series between the first word line W11 and the output terminal (second word line W12), and a power supply to which the above-mentioned +25V voltage is applied during writing and erasing to the output terminal. connected between terminal VPP
It consists of MISFETQ19 and MISFETQ17 and Q18 connected in series between the output terminal and the ground terminal. The gate of MISFETQ15 is connected to the write control line Wl, the gate of MISFETQ18 is connected to the read and erase control line, and
The gates of MISFETQ16 and Q18 are power supply terminals
Connected to VCC.
後で説明する構成の制御回路CRLにより、書
き込み動作以外において、上記書き込み制御線
Wl信号はほゞ0Vのロウレベルとされ、制御線
の信号はほゞ+5Vのハイレベルとされている。
従つてMISFETQ15はオフ状態にあり、これに
対しMISFETQ18はオン状態にある。出力端子
(第2ワード線W12)は、直列接続の
MISFETQ17とQ18とを介して回路の接地端
子に接続され、そのためほゞ0Vにされる。 The control circuit CRL with the configuration described later allows the write control line to be
The Wl signal is set to a low level of approximately 0V, and the signal on the control line is set to a high level of approximately +5V.
Therefore, MISFETQ15 is in an off state, whereas MISFETQ18 is in an on state. The output terminal (second word line W12) is connected in series.
It is connected to the ground terminal of the circuit via MISFET Q17 and Q18, and is therefore brought to approximately 0V.
書き込み動作において、電源端子VPPに+25V
の高電圧が加えられ、書き込み制御線Wlに、
MISFETQ15をオン状態にさせるようほゞ+
5Vのハイレベル信号が加えられ、制御線に、
MISFETQ18をオフ状態にさせるようほゞ0V
の信号が加えられる。 In write operation, +25V to power supply terminal VPP
A high voltage is applied to the write control line Wl,
Let's turn MISFETQ15 on.
A high level signal of 5V is applied to the control line,
Approximately 0V to turn MISFETQ18 off.
signal is added.
上記のMISFETQ15のオン状態とMISFETQ
18のオフ状態とによつて、第2ワード線W12
の信号レベルが第1ワード線W11の信号レベル
に応じて決められるようになる。 On state of MISFETQ15 above and MISFETQ
18, the second word line W12
The signal level of the first word line W11 is determined according to the signal level of the first word line W11.
すなわち、第1ワード線W11を選択するよ
う、XデコーダXD1の駆動用MISFETQ4ない
しQ6がすべてオフ状態にされているなら、
MISFETQ16,Q15及び上記駆動用
MISFETQ4ないしQ6の電流経路は構成されな
い。従つて、第2ワード線W12にはMISFETQ
19を介してほゞ電源端子VPPの+25Vが現われ
る。すなわち、選択された第1ワード線にほゞ+
5Vが加わることに対応して、選択されたワード
線にほゞ+25Vの電圧が加わることになる。 That is, if the driving MISFETs Q4 to Q6 of the X decoder XD1 are all turned off so as to select the first word line W11,
For MISFETQ16, Q15 and above drive
Current paths for MISFETQ4 to Q6 are not configured. Therefore, MISFETQ is connected to the second word line W12.
+25V of the power supply terminal VPP appears through the terminal 19. In other words, almost + is applied to the selected first word line.
Corresponding to the application of 5V, approximately +25V will be applied to the selected word line.
第1ワード線W11が非選択なら、すなわちX
デコーダXD1の駆動用MISFETQ4ないしQ6
の少なくとも1つがオン状態とされているなら、
MISFETQ16,Q15及び上記駆動用
MISFETQ4ないしQ6を介して出力端子(第2
ワード線W12)を接地する電流経路が形成され
る。その結果、上記出力端子はほゞ0Vにされる。 If the first word line W11 is not selected, that is,
MISFETQ4 to Q6 for driving decoder XD1
If at least one of the is turned on,
For MISFETQ16, Q15 and above drive
Output terminal (second
A current path is formed to ground the word line W12). As a result, the output terminal is brought to approximately 0V.
上記書き込み回路WA1において、ゲートに定
常的に電源電圧VCCを受けるMISFETQ16,
Q17は、第2ワード線W12に加わる高電圧信
号がMISFETQ15又はQ18のブレークダウン
によつて制限されてしまうことを防ぐために使用
される。 In the write circuit WA1, MISFETQ16 receives the power supply voltage VCC at its gate,
Q17 is used to prevent the high voltage signal applied to the second word line W12 from being limited by the breakdown of MISFET Q15 or Q18.
すなわち、例えばMISFETQ17を省略した場
合、MISFETQ18のドレインDに第2ワード線
W12の高電圧(+25V)が印加されることにな
る。上記MISFETQ18のゲートには、前記のよ
うに制御線vpからほゞ0Vの低電圧が加わつてい
るので、このMISFETQ18のドレイン接合の囲
りに広がるべき空乏層が、ゲートの近傍において
このゲートの低電圧によつて制限されることにな
る。その結果、MISFETQ18のドレイン接合
は、比較的低電圧でブレークダウンするようにな
る。 That is, for example, if the MISFETQ17 is omitted, the high voltage (+25V) of the second word line W12 will be applied to the drain D of the MISFETQ18. As mentioned above, a low voltage of approximately 0V is applied to the gate of MISFETQ18 from the control line vp, so the depletion layer that should spread around the drain junction of MISFETQ18 is caused by the low voltage of this gate in the vicinity of the gate. It will be limited by voltage. As a result, the drain junction of MISFETQ18 breaks down at a relatively low voltage.
図示のようにMISFETQ17を設けると、
MISFETQ18のドレインに加わる電圧は、電源
電圧VCCからMISFETQ17のしきい値電圧だ
け増加した値の電圧にクランプされる。その結
果、MISFETQ18のブレークダウンが防止され
る。MISFETQ17は、そのゲートが電源VCC
に接続されているので比較的高いドレイン耐圧を
持つことになる。 If MISFETQ17 is installed as shown,
The voltage applied to the drain of MISFETQ18 is clamped to a value increased by the threshold voltage of MISFETQ17 from the power supply voltage VCC. As a result, breakdown of MISFETQ18 is prevented. MISFETQ17 has its gate connected to the power supply VCC.
Since it is connected to the drain, it has a relatively high drain breakdown voltage.
MISFEFTQ16も上記MISFETQ17と同様
な理由によつて使用される。 MISFETQ16 is also used for the same reason as MISFETQ17.
この実施例を従うと、前記のようなウエル領域
を使用する構成が有効に利用される。 According to this embodiment, the configuration using the well region as described above is effectively utilized.
書き込み回路WA1における負荷MISFETQ1
9は、他のMISFETQ15ないしQ18などの
MISFETを形成するウエル領域に対し独立した
ウエル領域に形成される。すなわち、MISFETQ
19の基本ゲートは、他のMISFETの基体ゲー
トから電気的に分離される。 Load MISFETQ1 in write circuit WA1
9 is other MISFETQ15 or Q18 etc.
It is formed in a well region independent from the well region forming the MISFET. That is, MISFETQ
The 19 base gates are electrically isolated from the base gates of the other MISFETs.
上記負荷MISFETQ19は、図示のようにその
基体ゲートとソースとが短絡されており、基体ゲ
ートからソース・ドレイン間のチヤンネルに高電
圧が作用しないようにされている。 As shown in the figure, the load MISFET Q19 has its base gate and source short-circuited to prevent high voltage from acting on the channel between the base gate and the source/drain.
図示の接続に対し、基体ゲートが他の
MISFETと同様に接地端子に接続されている場
合、出力端子(第2ワード線W12)で必要とす
る電圧が大きいので、基板バイアス効果による
MISFETQ19のしきい値電圧の増加が他の低電
圧を処理するためのMISFETに比べて著るしく
大きくなる。その結果、上記の出力端子(第2ワ
ード線W12)で必要とする電圧に対し、高電圧
端子VPPに供給する電圧を大幅に大きくしなけ
ればならなくなる。 For the connections shown, the body gate
If it is connected to the ground terminal like MISFET, the voltage required at the output terminal (second word line W12) is large, so it is due to the substrate bias effect.
The threshold voltage of MISFETQ19 increases significantly compared to other MISFETs for handling low voltages. As a result, the voltage supplied to the high voltage terminal VPP must be significantly larger than the voltage required at the output terminal (second word line W12).
これに対し、図示の接続の場合、基体ゲートの
電圧がソースの電圧と等しくなるので、基板バイ
アス効果によるMISFETQ19のしきい値電圧の
増加を実質的に無視できるようになる。その結
果、高電圧端子VPPに供給する高電圧を比較的
小さくることができるようになる。 On the other hand, in the case of the illustrated connection, the voltage of the body gate is equal to the voltage of the source, so that the increase in the threshold voltage of MISFET Q19 due to the body bias effect can be substantially ignored. As a result, the high voltage supplied to the high voltage terminal VPP can be made relatively small.
上記のように、高電圧端子VPPに供給する電
圧を低下させても良い構成とすることにより、こ
の高電圧端子VPPが接続される各種のpn接合の
耐圧を異常に高くすることが必要なくなるかもし
くはpn接合における各種の望ましくないリーク
電流を減少させることができる。さらに、高電圧
端子VPPに接続する配線からの電界によつて半
導体表面に望ましくない寄生チヤンネルが誘起さ
れてしまうことを防ぐことができる。 As mentioned above, by creating a configuration that allows the voltage supplied to the high voltage terminal VPP to be lowered, it is not necessary to make the withstand voltages of various pn junctions to which this high voltage terminal VPP is connected abnormally high. Alternatively, various undesirable leakage currents in the pn junction can be reduced. Furthermore, it is possible to prevent undesirable parasitic channels from being induced on the semiconductor surface due to the electric field from the wiring connected to the high voltage terminal VPP.
メモリアレイMAの各基準電位線ED1,ED2
は、書き込み禁止回路IHA1に接続されている。 Each reference potential line ED1, ED2 of memory array MA
is connected to the write inhibit circuit IHA1.
書き込み禁止回路IHA1において、基準電位
線ED1と接地端子との間に直列接続された
MISFETQ20とQ21とが単位スイツチ回路を
構成している。この単位スイツチ回路における
MISFETQ21は制御回路CRLから制御線rを
介して制御信号を受ける。上記制御信号は、記憶
情報の読み出し動作のとき上記MISFETQ21を
オン状態とするよう、+5Vのレベルとされ、書き
込み動作及び消去動作のときオフ状態とするよう
0Vのレベルとされる。 In the write-protect circuit IHA1, a wire connected in series between the reference potential line ED1 and the ground terminal
MISFETQ20 and Q21 constitute a unit switch circuit. In this unit switch circuit
MISFETQ21 receives a control signal from the control circuit CRL via the control line r. The control signal is set at a level of +5V so as to turn on the MISFETQ21 during a read operation of stored information, and to turn off the MISFETQ21 during a write operation and an erase operation.
It is assumed to be at a level of 0V.
従つて、上記単位スイツチ回路は、読み出し動
作のとき上記基準電位線ED1をほゞ0Vにする。 Therefore, the unit switch circuit sets the reference potential line ED1 to approximately 0V during the read operation.
上記基準電位線ED1と高電圧信号線IHVとの
間にMISFETQ22が接続されている。上記高電
圧信号線IHVには、後述する書き込み禁止電圧
発生回路IHA2から、書き込み動作及び消去動
作の時ほゞ+20Vの高電圧レベルとされ、読み出
し動作のときほゞ0Vとされる信号が印加される。 MISFETQ22 is connected between the reference potential line ED1 and the high voltage signal line IHV. A signal is applied to the high voltage signal line IHV from a write inhibit voltage generation circuit IHA2, which will be described later, to a high voltage level of approximately +20V during write and erase operations, and to approximately 0V during read operations. Ru.
従つて、書き込み動作及び消去動作において、
上記単位スイツチ回路のMISFETQ21がオフ状
態にされると、基準電位線ED1には、
MISFETQ22を介して上記高電圧信号線IHV
から高電圧が印加される。 Therefore, in write and erase operations,
When MISFETQ21 of the above unit switch circuit is turned off, the reference potential line ED1 has a
The above high voltage signal line IHV via MISFETQ22
A high voltage is applied from
基準電位線FD2と接地端子との間には
MISFETQ23とQ24とからなる前記と同様な
単位スイツチ回路が接続され、基準電位線ED2
と高電圧信号線IHVとの間にはMISFETQ25
が接続される。 Between the reference potential line FD2 and the ground terminal
A unit switch circuit similar to the above consisting of MISFETQ23 and Q24 is connected, and the reference potential line ED2
and the high voltage signal line IHV is MISFETQ25.
is connected.
上記書き込み禁止回路IHV1において、ゲー
トに+5Vの電源電圧VCCを受けるMISFETQ2
0,Q23は、基準電位線ED1,ED2に上記の
ような高電圧が加えられるので、前記の書き込み
回路WA1において設けたMISFETQ16,Q1
7と同様な理由で使用される。 In the above write-protect circuit IHV1, MISFETQ2 receives +5V power supply voltage VCC on its gate.
Since the high voltage mentioned above is applied to the reference potential lines ED1 and ED2, MISFETs Q16 and Q23 provided in the write circuit WA1 are connected to MISFETs Q16 and Q23.
It is used for the same reason as 7.
MISFETQ22,Q25は、前記MISFETQ1
9と同様に、基板バイアス効果によるしきい値電
圧の増加を防ぎ、高電圧信号線IHVの高電圧に
対し、基準電位線ED1,ED2の電圧が低下しな
ようにするために、独立のウエル領域に形成され
る。 MISFETQ22, Q25 are the MISFETQ1
9, in order to prevent the threshold voltage from increasing due to the substrate bias effect and to prevent the voltages of the reference potential lines ED1 and ED2 from decreasing with respect to the high voltage of the high voltage signal line IHV, separate wells are provided. Formed in the area.
メモリアレイMAの各デイジツト線D1,D2
と共通デイジツト線CDとの間にYゲート回路
YGOが接続される。 Each digit line D1, D2 of memory array MA
A Y gate circuit is connected between the common digit line CD and
YGO is connected.
Yゲート回路YGOにおいて、デイジツト線D
1と共通デイジツト線CDとの間に直列接続され
たMISFEQT11とQ12とは単位ゲート回路を
構成し、YデコーダYD1の出力に応じて上記デ
イジツト線D1と共通デイジツト線CDとを結合
する。同様に、MISFETQ13とQ14とが他の
単位ゲート回路を構成し、この単位ゲート回路は
YデコーダYD2の出力に応じてデイジツト線D
2と共通デイジツト線を結合する。 In the Y gate circuit YGO, the digit line D
MISFEQT11 and Q12 connected in series between Y decoder YD1 and common digit line CD constitute a unit gate circuit, which couples the digit line D1 and common digit line CD in accordance with the output of Y decoder YD1. Similarly, MISFETQ13 and Q14 constitute another unit gate circuit, and this unit gate circuit connects the digit line D according to the output of the Y decoder YD2.
2 and the common digit line.
書き込み動作時及び消去動作時に各デイジツト
線D1,D2に高電圧信号が現われるので、上記
Yゲート回路YGOにおける単位スイツチ回路は、
図示のようにゲートに+5Vの電源電圧を受ける
MISFETQ12,Q14を使用する。 Since a high voltage signal appears on each digit line D1 and D2 during write operation and erase operation, the unit switch circuit in the Y gate circuit YGO is as follows.
The gate receives +5V power supply voltage as shown.
Use MISFETQ12 and Q14.
YデコーダYD1,YD2は、前記Xデコーダ
XD1,XD2と類似の構成とされ、アドレスバ
ツフアB7ないしB10から出力するアドレス信
号A7ないしA10の非反転信号a7ないしa1
0及び反転信号7ないし10を選択的に受け
ることにより、それぞれの出力線Y1,Y2に、
選択時に+5Vのハイレベルとなり、非選択時に
0Vとなるデコード信号を出力する。 Y decoders YD1 and YD2 are the X decoders
Non-inverted signals a7 to a1 of address signals A7 to A10, which have a similar configuration to XD1 and XD2, and are output from address buffers B7 to B10.
By selectively receiving 0 and inverted signals 7 to 10, the respective output lines Y1 and Y2 have
High level of +5V when selected, and when not selected
Outputs a decode signal that becomes 0V.
Yゲート回路YGOに接続した共通デイジツト
線CDには、センス回路IOS及びデータ入力回路
IOWが接続される。 The common digit line CD connected to the Y gate circuit YGO has a sense circuit IOS and a data input circuit.
IOW is connected.
センス回路IOSは、図示のようにゲートソース
間が接続された負荷MISFETQ47と、ゲートに
接続線rからの信号を受けるスイツチMISFETQ
48とからなる。導み出し動作において、線rに
おける信号が+5Vのハイレベルとされることに
よつて上記スイツチMISFETQ48がオン状態と
される。 The sense circuit IOS consists of a load MISFETQ47 whose gate and source are connected as shown in the figure, and a switch MISFETQ whose gate receives a signal from a connection line r.
It consists of 48. In the lead-out operation, the switch MISFETQ48 is turned on by setting the signal on the line r to a high level of +5V.
上記センス回路IOSの出力が、インバータI1
4,I15、ノア回路NR3,NR4及び
MISFETQ49,Q50からなる出力バツフア回
路IORに供給される。 The output of the sense circuit IOS above is the inverter I1
4, I15, NOR circuit NR3, NR4 and
It is supplied to the output buffer circuit IOR consisting of MISFETQ49 and Q50.
出力バツフア回路IORにおいて、ノア回路NR
3,NR4のそれぞれの一方の入力端子は制御線
CS1に接続されている。上記制御線1の信号
は、読み出し動作時に0Vのロウレベルとされ、
書き込み及び消去動作時に+5Vのハイレベルと
される。上記ノア回路NR3の他方の入力端子は
インバータIN14の出力端子に接続され、NR4
の他方の入力端子は上記インバータIN14の出
力を受けるインバータIN15の出力端子に接続
されている。 In the output buffer circuit IOR, the NOR circuit NR
3. One input terminal of each of NR4 is the control line
Connected to CS1. The signal on the control line 1 is set to a low level of 0V during the read operation,
Set to high level of +5V during write and erase operations. The other input terminal of the NOR circuit NR3 is connected to the output terminal of the inverter IN14, and NR4
The other input terminal of the inverter IN15 is connected to the output terminal of the inverter IN15 which receives the output of the inverter IN14.
従つて、上記ノア回路NR3とNR4は、読み
出し動作時に、互いに逆相の信号を出力する。直
列接続されたMISFETQ49とQ50とは、上記
ノア回路NR3とNR4とによつてブツシユプル
駆動される。 Therefore, the NOR circuits NR3 and NR4 output signals having opposite phases to each other during the read operation. The series-connected MISFETs Q49 and Q50 are push-pull driven by the NOR circuits NR3 and NR4.
制御線1の信号がハイレベルなら、上記ノ
ア回路NR3とNR4が、いずれも0Vのロウレベ
ル信号を出力し、MISFETQ49及びQ50の両
方がオフ状態にされる。上記出力バツフア回路
IORの出力端子は、入出力端子POに接続されて
いる。上記のMISFETQ49及びQ50の同時の
オフ状態において、出力バツフア回路はその出力
インピーダンスが著るしく高くなり、従つて入出
力端子POに加わる入力信号を制限しない。 When the signal on the control line 1 is at high level, the NOR circuits NR3 and NR4 both output low level signals of 0V, and both MISFETs Q49 and Q50 are turned off. Above output buffer circuit
The output terminal of IOR is connected to input/output terminal PO. In the simultaneous off-state of MISFETs Q49 and Q50, the output buffer circuit has a significantly high output impedance and therefore does not limit the input signal applied to the input/output terminal PO.
上記出力バツフア回路IORにおいて、電源端子
VCCと出力端子との間に接続される上記
MISFETQ49は、他のMISFETのウエル領域
とは独立のウエル領域に形成される。基体ゲート
としてのウエル領域は、そのソースに接続され
る。その結果、基板バイアス効果によるしきい値
電圧の増加が実質的に無くなるので、出力バツフ
ア回路IORは、ほゞ電圧電源VCCのハイレベル
信号を出力できるようになる。 In the above output buffer circuit IOR, the power supply terminal
The above connected between VCC and the output terminal
MISFETQ49 is formed in a well region independent from the well regions of other MISFETs. The well region as a substrate gate is connected to its source. As a result, the increase in threshold voltage due to the body bias effect is substantially eliminated, so that the output buffer circuit IOR can output a substantially high level signal of the voltage power supply VCC.
データ入力回路IOWは、図示のように入力バ
ツフア回路IN16と、この入力バツフア回路の
出力によつて制御されるMISFETQ51と、この
MISFETQ51のドレインと共通デイジツト線
CDとの間に接続され、ゲートに制御線Wlからの
信号を受けるMISFETQ52とから構成されてい
る。 As shown in the figure, the data input circuit IOW includes an input buffer circuit IN16, a MISFETQ51 controlled by the output of this input buffer circuit, and a MISFETQ51 that is controlled by the output of this input buffer circuit.
MISFETQ51 drain and common digit line
The MISFET Q52 is connected between the MISFET Q52 and the CD, and receives a signal from the control line Wl at its gate.
書き込み禁止電圧発生回路IHA2は、図示の
ようにMISFETQ26ないしQ36から構成され
ている。上記MISFETQ26ないしQ28は、第
1の高電圧インバータを構成し、制御線Wlから
の低電圧系の制御信号を受けることにより、出力
端子、すなわちMISFETQ27のドレインに高電
圧系の信号を出力する。図示の接続によりその出
力信号レベルはほゞ0VからVPPまで変化する。
MISFETQ29ないしQ31は第2の高電圧イン
バータを構成し、上記第1の高電圧インバータと
同じ信号を受けることによりMISFETQ30のド
レインに高電圧系の信号を出力する。その出力信
号レベルはほゞ+5V(VCC)からVPPまで変化
する。MISFETQ32ないしQ36は、高電圧プ
ツシユプル回路を構成している。上記第1、第2
の高電圧インバータ及びプツシユプル出力回路に
おいて制御信号を受けるMISFETQ28,Q3
1,Q36とそれぞれの出力端子との間に接続さ
れ、ゲートに+5Vの電源電圧を受ける
MISFETQ27,Q30,Q35は、前記の
MISFETQ16,Q17等と同様に、回路の高出
力電圧を保証するために使用される。第1及び第
2の高電圧インバータにおける負荷MISFETQ2
6,Q29は、図示のように、基体ゲートがそれ
ぞれのソースに接続され、基板バイアス効果によ
る出力電圧の低下を無くし、プツシユプル出力回
路のMISFETQ33及びQ32,Q34を充分に
駆動できるように構成されている。 The write inhibit voltage generating circuit IHA2 is composed of MISFETs Q26 to Q36 as shown in the figure. The MISFETQ26 to Q28 constitute a first high voltage inverter, and upon receiving a low voltage control signal from the control line Wl, output a high voltage signal to the output terminal, that is, the drain of the MISFET Q27. The connections shown vary the output signal level from approximately 0V to VPP.
MISFETQ29 to Q31 constitute a second high-voltage inverter, and output a high-voltage signal to the drain of MISFETQ30 by receiving the same signal as the first high-voltage inverter. Its output signal level varies from approximately +5V (VCC) to VPP. MISFETQ32 to Q36 constitute a high voltage push-pull circuit. 1st and 2nd above
MISFETQ28, Q3 that receives control signals in the high voltage inverter and push-pull output circuit of
1. Connected between Q36 and each output terminal, and receives +5V power supply voltage on the gate.
MISFETQ27, Q30, Q35 are as described above.
Like MISFETQ16, Q17, etc., it is used to ensure high output voltage of the circuit. Load MISFETQ2 in the first and second high voltage inverters
6, Q29 is configured such that the body gate is connected to each source as shown in the figure, eliminating the drop in output voltage due to the body bias effect and sufficiently driving MISFET Q33, Q32, and Q34 of the push-pull output circuit. There is.
上記プツシユプル出力回路において、
MISFETQ32は、第1の高電圧インバータの出
力がほゞ0VであるときにMISFETQ33のドレ
インに加わる電圧を制限するために使用される。
すなわち、第1の高電圧インバータの出力がほゞ
0Vであるとき、第2の高電圧インバータはその
基準電位が+5Vの低電圧とされているので、+
5Vを出力する。その結果、MISFETQ32のゲ
ートに+5Vが印加され、MISFETQ33のドレ
イン電圧が制限されることになる。MISFETQ3
4は、第1、第2の高電圧インバータの出力が高
電圧になつたことにより出力線IHVが+20Vの高
電圧にされた後、上記第1、第2の高電圧インバ
ータの出力がほゞ0Vのロウレベルになつたとき、
出力線IHVからMISFETQ33のソースに加わ
る高電圧を制限するために使用される。その結
果、スイツチ動作させられるMISFETQ33のソ
ース及びドレイン接合の不所望なブレークダウン
ガ防止される。 In the above push-pull output circuit,
MISFETQ32 is used to limit the voltage applied to the drain of MISFETQ33 when the output of the first high voltage inverter is approximately 0V.
In other words, the output of the first high voltage inverter is approximately
When the voltage is 0V, the reference potential of the second high voltage inverter is a low voltage of +5V, so the voltage is +5V.
Outputs 5V. As a result, +5V is applied to the gate of MISFETQ32, and the drain voltage of MISFETQ33 is limited. MISFETQ3
4, after the output line IHV is set to a high voltage of +20V due to the outputs of the first and second high voltage inverters becoming high voltages, the outputs of the first and second high voltage inverters become approximately When it reaches the low level of 0V,
It is used to limit the high voltage applied from the output line IHV to the source of MISFETQ33. As a result, undesired breakdown of the source and drain junctions of the switched MISFET Q33 is prevented.
消去回路ERSは、MISFETQ40ないしQ42
からなる高電圧インバータと、MISFETQ43な
いしQ46及びバイポーラトランジスタQ44と
からなるプツシユプル回路とによつて構成されて
いる。上記高電圧インバータは、前記書き込み禁
止電圧発生回路IHA2と同様な構成とされてい
る。 The erase circuit ERS is MISFETQ40 or Q42
A push-pull circuit includes MISFETs Q43 to Q46 and a bipolar transistor Q44. The high voltage inverter has the same configuration as the write inhibit voltage generation circuit IHA2.
上記プツシユプル出力回路において、バイポー
ラトランジスタQ44とMISFETQ43は並列接
続され、上記高電圧インバータの出力によつて駆
動される。メモリアレイを形成するウエル領域
は、後で説明する回路装置の構造から明らかなよ
うに、消去回路に対し、重い容量性負荷を構成す
る。従つて、消去回路ERSは、高速の消去動作
を行なわせるために、充分低い出力インピーダン
ス特性を持つことが必要とされる。バイポーラト
ランジスタは、半導体集積回路装置において、比
較的小型寸法(面積)で形成されてもMISFET
に対し充分低い動作抵抗特性を示す。従つて、図
示のようにバイポーラトランジスタQ44を出力
トランジスタとする消去回路ERSは、半導体集
積回路装置に小面積で形成されてもメモリアレイ
MAのウエル領域を充分高速で駆動する。上記
MISFETとともに同一半導体基板上に形成され
るバイポーラトランジスタの構造、製法は後で説
明される。 In the push-pull output circuit, bipolar transistor Q44 and MISFET Q43 are connected in parallel and driven by the output of the high voltage inverter. The well region forming the memory array constitutes a heavy capacitive load for the erase circuit, as will be apparent from the structure of the circuit arrangement described below. Therefore, the erase circuit ERS is required to have a sufficiently low output impedance characteristic in order to perform a high-speed erase operation. Bipolar transistors are used in semiconductor integrated circuit devices, even though they are formed with relatively small dimensions (area).
It exhibits sufficiently low operating resistance characteristics. Therefore, as shown in the figure, the erase circuit ERS, which uses the bipolar transistor Q44 as an output transistor, can be used in a memory array even if it is formed in a small area in a semiconductor integrated circuit device.
Drive the MA well region at a sufficiently high speed. the above
The structure and manufacturing method of the bipolar transistor formed on the same semiconductor substrate as the MISFET will be explained later.
上記消去回路ERSにおいて、バイポーラトラ
ンジスタQ44のみを使用する場合、このバイポ
ーラトランジスタのしきい値電圧(ベース・エミ
ツタ間電圧)が、例えば0.6Vあるので、
MISFETQ40ないしQ42からなる上記高電圧
インバータがほゞ電源電圧VPPの信号を出力し
ても出力線lに出力される電圧信号が上記トラン
ジスタQ44のしきい値電圧だけ低下する。 In the erase circuit ERS, when only the bipolar transistor Q44 is used, the threshold voltage (base-emitter voltage) of this bipolar transistor is, for example, 0.6V.
Even if the high voltage inverter composed of MISFETs Q40 to Q42 outputs a signal of approximately the power supply voltage VPP, the voltage signal output to the output line 1 is lowered by the threshold voltage of the transistor Q44.
図示の消去回路ERSは、基体ゲートが上記高
電圧インバータの負荷MISFETQ40の基体ゲー
トと一体にされ、この基体ゲートとともにゲート
が上記負荷MISFETQ40のソース、すなわち高
電圧インバータの出力端子に接続されたデイプレ
ツシヨン型MISFETQ43を上記バイポーラトラ
ンジスタQ44と並列に接続している。上記
MISFETQ43は、基体ゲートの高電位がほゞ電
源電圧VPPまで上昇するので、基板バイアス効
果によるしきい値電圧の増加が実質的にない。従
つて、出力線lにうおける高電圧は、上記
MISFETQ43によつてほゞ電源電圧VPPまで
上昇させられるようになる。 The illustrated erase circuit ERS is a depletion type in which the base gate is integrated with the base gate of the load MISFETQ40 of the high voltage inverter, and the gate together with the base gate is connected to the source of the load MISFETQ40, that is, the output terminal of the high voltage inverter. MISFET Q43 is connected in parallel with the bipolar transistor Q44. the above
In the MISFETQ43, the high potential of the base gate rises almost to the power supply voltage VPP, so there is virtually no increase in threshold voltage due to the body bias effect. Therefore, the high voltage on output line l is
The MISFETQ43 allows the voltage to be raised to almost the power supply voltage VPP.
上記MISFETQ43の基体ゲートは、図示の接
続からそのソース、すなわち出力線lに接続され
ても良い。このようにした場合でも基板バイアス
効果による出力線lの出力レベルが低下してしま
うことを防ぐことができる。しかしながら、この
ようにすると、回路装置の構造上、MISFETQ4
0の基体ゲートとしてのウエル領域とQ43の基
体ゲートとしてのウエル領域とを共通にできな
く、互いに分離しなければならなくる。ウエル領
域の相互に所定の間隔が必要であるので、必要と
する半導体基板の面積を増加させなければならな
いという不利益を生じる。 The base gate of the MISFETQ 43 may be connected to its source, ie, the output line l, through the connections shown. Even in this case, it is possible to prevent the output level of the output line l from decreasing due to the substrate bias effect. However, if you do this, MISFETQ4
The well region serving as the base gate of Q43 cannot be shared with the well region serving as the base gate of Q43, and must be separated from each other. The requirement for a certain spacing of the well regions from each other has the disadvantage that the required area of the semiconductor substrate must be increased.
制御回路CRLは、インバータIN1ないしIN1
2、ナンド回路NA1ないしNA4、ノア回路
NR1,NR2および直列接続のMISFETQ37
ないしQ39からなる。この制御回路CRLは、
外部端子PGM、及びVPPにそれぞれ書き込み
制御信号、チツプ選択信号、書き込み及び消去信
号を受け、前記書き込み禁止電圧発生回路IHA
2からの出力信号を受けることにより線1、
r、Wl、及びに制御信号を出力する。 The control circuit CRL is connected to the inverter IN1 or IN1.
2. NAND circuit NA1 to NA4, NOR circuit
NR1, NR2 and series connected MISFETQ37
or Q39. This control circuit CRL is
The write inhibit voltage generation circuit IHA receives a write control signal, a chip selection signal, and a write and erase signal to the external terminals PGM and VPP, respectively.
line 1 by receiving the output signal from 2,
Control signals are output to r, Wl, and.
上記端子VPPに供給される信号は前記書き込
み回路WA1,WA2、書き込み禁止電圧発生回
路IHA2及び消去回路ERSに対する電源電圧と
して共用される+25Vの高電圧系の信号である。 The signal supplied to the terminal VPP is a high voltage signal of +25V which is shared as a power supply voltage for the write circuits WA1 and WA2, the write inhibit voltage generation circuit IHA2, and the erase circuit ERS.
制御回路CRLは、上記端子VPPの信号が所定
レベル以上になつたときだけ書き込み又は消去動
作の制御を行なうよう、上記のようなMISFETQ
37ないしQ39からなるレベルシフト回路を含
んでいる。 The control circuit CRL uses MISFETQ as described above to control the write or erase operation only when the signal on the terminal VPP reaches a predetermined level or higher.
It includes a level shift circuit consisting of Q37 to Q39.
上記第1図の半導体記憶回路の動作は第2図な
いし第4図のタイミングチヤートを使用して次の
ように説明される。なお、第2図は読み出し動作
のタイミングチヤートを示し、第3図は消去動作
のタイミングチヤートを示している。更に第4図
は書き込み動作のタイミングチヤートを示してい
る。 The operation of the semiconductor memory circuit shown in FIG. 1 will be explained as follows using the timing charts shown in FIGS. 2 through 4. Note that FIG. 2 shows a timing chart for a read operation, and FIG. 3 shows a timing chart for an erase operation. Furthermore, FIG. 4 shows a timing chart of a write operation.
読み出し動作においては、端子PGMにおける
書き込み制御信号がほゞ0Vのロウレベルとされ
ている。また端子VPPは、ほゞ0Vにされるかも
しくはフローテイングにされており、ゲートに+
5Vの電圧VCCを受けているMISFETQ39のド
レインにほゞ0Vの書き込み及び消去制御信号が
現われている。 In the read operation, the write control signal at the terminal PGM is set to a low level of approximately 0V. In addition, the terminal VPP is set to almost 0V or floating, and the gate is connected to +
A nearly 0V write and erase control signal appears at the drain of MISFET Q39, which is receiving a 5V voltage VCC.
上記端子VPPにおけるロウレベルの書き込み
制御信号及びMISFETQ39のドレインにおける
ロウレベルの書き込み及び消去信号により、制御
線r、及びにおける信号は、ハイレベルに
なつており、Wlにおける信号はロウレベルにな
つている。 Due to the low-level write control signal at the terminal VPP and the low-level write and erase signals at the drain of the MISFET Q39, the signals on the control lines r and are at high level, and the signal on Wl is at low level.
従つて、メモリアレイMAの各基準電位線ED
1,ED2は書き込み禁止回路IHA1によつて
ほゞ0Vにされており、各第2ワード線W12,
W22も同様に書き込み回路WA1,WA2によ
つてほゞ0Vにされている。 Therefore, each reference potential line ED of memory array MA
1 and ED2 are set to almost 0V by the write inhibit circuit IHA1, and the respective second word lines W12,
Similarly, W22 is set to approximately 0V by write circuits WA1 and WA2.
タイミングは特に制限されないが、例えば時刻
t0において、アドレス入力端子A0ないしA10に
おける信号が選択するメモリセルに対応してセツ
トされる。例えば、選択するメモリセルがMS1
1であるとすると、アドレスバツフアB0ないし
B6の出力によつてXデコーダXD1の出力がハ
イレベルとなり、またアドレスデコーダB7ない
しB10の出力によつてYデコーダYD1の出力
がハイレベルとなる。 The timing is not particularly limited, but for example, the time
At t0, the signals at address input terminals A0 to A10 are set corresponding to the selected memory cell. For example, if the memory cell to select is MS1
1, the output of the X decoder XD1 becomes high level due to the outputs of the address buffers B0 to B6, and the output of the Y decoder YD1 becomes high level due to the outputs of the address decoders B7 to B10.
その結果、メモリセルMS11のMNOSQ1の
ドレインと共通デイジツト線CDとの間に
MISLETQ1,Q10、デイジツト線D1及びス
イツチ用MISFETQ2を介する電流経路が形成さ
れる。また、制御線rにおける信号のハイレベル
によつて、共通デイジツト線CDとセンス回路
IOSの負荷MISFETQ47との間に電流経路が形
成される。 As a result, there is a connection between the drain of MNOSQ1 of memory cell MS11 and the common digit line CD.
A current path is formed via MISLETQ1, Q10, digit line D1, and MISFETQ2 for switch. Also, due to the high level of the signal on the control line r, the common digit line CD and the sense circuit
A current path is formed between the IOS and the load MISFETQ47.
メモリセルMS11のMNOSQ1が第13図A
の特性のようにオン状態となつているなら、セン
ス回路IOSの出力線は、上記電流経路とMNOSQ
1を介して接地されることなる。その結果、セン
ス回路IOSの出力線はロウレベルになる。上記メ
モリセルMS11のMNOSQ1が第13図Bの特
性のようにオフ状態となつているなら、負荷
MISFETQ47に対する電流経路が構成されず、
その結果、センス回路IOSの出力線はハイレベル
となる。 MNOSQ1 of memory cell MS11 is shown in FIG. 13A.
If the output line of the sense circuit IOS is in the on state as shown in the characteristics of
It will be grounded via 1. As a result, the output line of the sense circuit IOS becomes low level. If MNOSQ1 of the memory cell MS11 is in the off state as shown in the characteristics shown in FIG. 13B, then the load
The current path for MISFETQ47 is not configured,
As a result, the output line of the sense circuit IOS becomes high level.
時刻t1において、端子におけるチツプ選択
信号がハイレベルからロウレベルにされることに
よつて、ほゞ同時刻t2において制御線1にお
ける信号がロウレベルになる。その結果、出力バ
ツフア回路IORは、高出力インピーダンス状態か
ら上記センス回路IOSの出力レベルに応じた信号
を出力するようになる。例えばセンス回路IOSが
ハイレベル信号を出力しているなら出力バツフア
回路IORは、出力端子にハイレベル信号を出力す
る。 At time t1, the chip selection signal at the terminal is changed from high level to low level, and at approximately the same time t2, the signal on control line 1 becomes low level. As a result, the output buffer circuit IOR comes to output a signal corresponding to the output level of the sense circuit IOS from the high output impedance state. For example, if the sense circuit IOS is outputting a high level signal, the output buffer circuit IOR outputs a high level signal to the output terminal.
時刻t3においてチツプ選択信号がロウレベルか
らハイレベルにもどると、ほゞ同時刻t4において
制御線1の信号がロウレベルからハイレベル
になり、これに応じて、出力バツフア回路IORは
再び高出力インピーダンス状態になる。 When the chip selection signal returns from low level to high level at time t3, the signal on control line 1 changes from low level to high level at approximately the same time t4, and in response, the output buffer circuit IOR returns to the high output impedance state. Become.
消去動作のために、予め端子VPPに+25Vの書
き込み及び消去信号が加えられ、端子に0Vの
ロウレベルのチツプ選択信号が加えられる。 For the erase operation, a +25V write and erase signal is applied to the terminal VPP in advance, and a 0V low-level chip selection signal is applied to the terminal.
制御線における信号は、上記レベルのチツ
プ選択信号によつてハイレベルとなつており、従
つて書き込み回路WA1,WA2は第2ワード線
W12,W22をほゞ0Vにしている。 The signal on the control line is at a high level due to the chip selection signal at the above level, so the write circuits WA1 and WA2 set the second word lines W12 and W22 to approximately 0V.
第3図のように、時刻t10において書き込み制
御信号がハイレベルにされると、これに応じてナ
ンド回路NA4の出力がロウレベルになる。上記
ナンド回路NA4のロウレベル信号によつて消去
回路ERSは、そのMISFETQ42及びQ46がオ
フ状態となるので、出力線lに+25の高電圧を出
力する。 As shown in FIG. 3, when the write control signal is set to high level at time t10, the output of NAND circuit NA4 becomes low level in response. The erase circuit ERS outputs a high voltage of +25 to the output line 1 because its MISFETs Q42 and Q46 are turned off by the low level signal of the NAND circuit NA4.
前記のように第2ワード線W12,W22にお
ける信号が0Vにされているので、消去回路ERS
の出力によつてウエル領域WELLが+25Vの高電
圧とされるとメモリアレイのMNOSのゲート絶
縁膜に消去のための高電圧が加えられることにな
る。 As mentioned above, since the signals on the second word lines W12 and W22 are set to 0V, the erase circuit ERS
When the well region WELL is brought to a high voltage of +25V by the output of , a high voltage for erasing is applied to the gate insulating film of the MNOS of the memory array.
上記ウエル領域の正電圧は、メモリセルの
MNOSQ1及びスイツチ用MISFETQ2のソース
接合及びドレイン接合を順方向にバイアスする方
向にある。従つて、基準電位線ED1,ED2、デ
イジツト線D1,D2の少なくとも1つと回路の
接地端子との間に電流経路が形成されているとウ
エル領域に加えるべき電圧は低下してしまう。 The positive voltage in the well region is the voltage of the memory cell.
This direction biases the source and drain junctions of MNOSQ1 and switch MISFETQ2 in the forward direction. Therefore, if a current path is formed between at least one of the reference potential lines ED1, ED2 and the digit lines D1, D2 and the ground terminal of the circuit, the voltage to be applied to the well region will decrease.
図示の回路は、上記のウエル領域の電圧の低下
を防ぐよう、次のように動作する。 The illustrated circuit operates as follows to prevent the voltage drop in the well region described above.
制御線rにおける信号は、上記時刻t10とほゞ
同じ時刻t11において上記書き込み制御信号がハ
イレベルになることに対応してロウレベルにな
る。 The signal on the control line r becomes low level in response to the write control signal becoming high level at time t11, which is substantially the same as time t10.
上記制御線rにおける信号によつて書き込み禁
止回路IHA1のMISFETQ21,Q24及び書
き込み禁止電圧発生回路IHA2のMISFETQ3
6がオフ状態とされる。その結果、メモリアレイ
の各基準電位線ED1,ED2は実質的にフローテ
イングされる。 MISFETQ21, Q24 of the write inhibit circuit IHA1 and MISFET Q3 of the write inhibit voltage generating circuit IHA2 are activated by the signal on the control line r.
6 is turned off. As a result, each reference potential line ED1, ED2 of the memory array is substantially floated.
制御線Wlにおける信号は、チツプ選択信号の
ロウレベルに応じてロウレベルになつている。従
つて共通デイジツト線CDに接続するデータ入力
回路IOWにおけるMISFETQ52はオフ状態に
ある。他方、上記共通デイジツト線CDに接続す
るセンス回路IOSにおけるMISFETQ48は、上
記制御線rにおける信号によつてオフ状態にな
る。 The signal on the control line Wl is at a low level in response to the low level of the chip selection signal. Therefore, MISFETQ52 in the data input circuit IOW connected to the common digit line CD is in an off state. On the other hand, MISFETQ48 in the sense circuit IOS connected to the common digit line CD is turned off by the signal on the control line r.
共通デイジツト線CDのフローテイングによつ
て、YゲートYGOの動作にかかわらずに、メモ
リアレイMAの各デイジツト線D1,D2はフロ
ーテイングになる。 Due to the floating of common digit line CD, each digit line D1, D2 of memory array MA becomes floating regardless of the operation of Y gate YGO.
時刻t11において、端子PGMにおける信号がロ
ウレベルにもどると、これに応じて、消去回路
ERSの出力もロウレベルにもどる。 At time t11, when the signal at terminal PGM returns to low level, the erase circuit responds to this.
The ERS output also returns to low level.
消去動作が上記のように、チツプ選択状態にお
いて行なわれるのに対し、書き込みう動作はチツ
プ非選択状態、すなわち端子CSの信号のロウレ
ベルにおいて行なわれる。書き込み動作のため
に、予め端子VPPに+25Vの書き込み及び消去信
号が加えられる。 As described above, the erase operation is performed in the chip selected state, whereas the write operation is performed in the chip non-selected state, that is, when the signal at the terminal CS is at a low level. For a write operation, a +25V write and erase signal is applied to the terminal VPP in advance.
時刻t20において例えばメモリセルMS11を選択
するようアドレス信号がセツトされる。すなわ
ち、XデコーダXD1によつて第1ワード級W1
1がハイレベルとされ、YデコーダYD1によつ
て線Y1がハイレベルとされる。 At time t20, an address signal is set to select, for example, memory cell MS11. That is, the first word class W1 is processed by the X decoder XD1.
1 is set to a high level, and the line Y1 is set to a high level by the Y decoder YD1.
時刻t21において、書き込むべき情報が端子P0
に加えられる。書き込むべき情報が0なら、端子
P0は0Vにされ、これに応じてデータ入力回路
IOWのMISFETQ51は、入力バツフア回路IN
16から+5Vのハイレベル信号を受け、オン状
態となる。書き込む状態が1、すなわち例えば+
5Vなら、上記MISFETQ51は入力バツフア回
路IN16から出力する0Vによつてオフ状態にな
る。 At time t21, the information to be written is transferred to terminal P0.
added to. If the information to be written is 0, the terminal
P0 is brought to 0V and the data input circuit responds accordingly.
IOW's MISFETQ51 is the input buffer circuit IN
It receives a high level signal of +5V from 16 and turns on. The write state is 1, that is, for example +
If it is 5V, the MISFETQ51 is turned off by the 0V output from the input buffer circuit IN16.
時刻t22において端子PGMの書き込み制御信号
がハイレベルになると、制御回路CRLにおける
インバータIN1,IN2及びノア回路NR2によ
つて生ずる若干の遅延時間の後の時刻t23に制御
線Yにおける信号がロウレベルになる。その結
果、書き込み禁止回路IHA1のMISFETQ21,
Q24、書き込み禁止電圧発生回路IHA2の
MISFETQ36及びセンス回路IOSのMISFETQ
48がオフ状態となる。 When the write control signal on the terminal PGM becomes high level at time t22, the signal on the control line Y becomes low level at time t23 after a slight delay time caused by inverters IN1, IN2 and NOR circuit NR2 in the control circuit CRL. . As a result, MISFETQ21 of write-protected circuit IHA1,
Q24, Write inhibit voltage generation circuit IHA2
MISFETQ36 and sense circuit IOS MISFETQ
48 is turned off.
上記時刻t23から若干の遅延時間の後の時刻t24
において、制御線の信号がロウレベルになる。
上記制御線の信号により、書き込み禁止電圧
発生回路IHA2は線IHVにほゞ+20Vの高電圧を
出力するようになり、これに応じて、メモリアレ
イの各基準電位線ED1,ED2は上記の+20Vに
なる。 Time t24 after a slight delay from the above time t23
At this point, the signal on the control line becomes low level.
The write inhibit voltage generation circuit IHA2 outputs a high voltage of approximately +20V to the line IHV due to the signal on the control line, and in response, each reference potential line ED1 and ED2 of the memory array is set to the above +20V. Become.
上記時刻t24とほゞ同時刻において、制御線We
の信号はハイレベルになる。これに応じて、デー
タ入力回路20WのMISFETQ52がオン状態に
される。同じ時刻において、書き込み回路WA
1,WA2のMISFETQ15がオン状態にされ
る。 At almost the same time as the above time t24, the control line We
signal becomes high level. In response, MISFETQ52 of the data input circuit 20W is turned on. At the same time, the write circuit WA
1. MISFETQ15 of WA2 is turned on.
上記書き込み禁止電圧発生回路IHA2の出力
線IHVの信号が充分に高電圧になると、この線
IHVの信号を受ける制御回路CRLは、時刻t25に
おいて制御線にロウレベルの信号を出力する。
上記の制御線における信号は次に説明するよ
うに、書き込み開始信号とされる。上記のよう
に、線IHVの信号が充分な書き込み禁止レベル
となつた後に書き込み開始信号を出力させる構成
とすることにより、選択しないメモリセルに誤つ
て情報が書き込まれてしまうことを防止すること
ができる。 When the signal on the output line IHV of the write inhibit voltage generation circuit IHA2 becomes sufficiently high voltage, this line
The control circuit CRL receiving the IHV signal outputs a low level signal to the control line at time t25.
The signal on the above control line is used as a write start signal, as will be explained next. As described above, by configuring the configuration to output the write start signal after the signal on the line IHV reaches a sufficient write inhibit level, it is possible to prevent information from being erroneously written to memory cells that are not selected. can.
上記のように、制御線における信号がロウ
レベルになることによつて、書き込み回路WA
1,WA2のMISFETQ18はオフ状態になる。
書き込み回路WA1は、第1ワード線W11が選
択されたほゞ+5Vとされているので、第2ワー
ド線W12にほゞ+25Vを高電圧を出力する。 As mentioned above, when the signal on the control line becomes low level, the write circuit WA
1, MISFETQ18 of WA2 is turned off.
The write circuit WA1 outputs a high voltage of approximately +25V to the second word line W12 since the first word line W11 is selected and is set at approximately +5V.
書き込み回路WA2は、第1ワード線W21が
非選択でありほぼ0Vとされているのでこれに応
じて第2ワード線W22にほぼ0Vを出力する。 Since the first word line W21 is not selected and is set at approximately 0V, the write circuit WA2 outputs approximately 0V to the second word line W22 accordingly.
選択すべきメモリセルMS11における
MNOSQ1は、スイツチ用MISFETQ2、デイジ
ツト線D1、YゲートMGOのMISFETQ12,
Q11、共通デイジツト線CD及びMISFETQ5
2を介して入力バツフア回路IN16の出力を受
けるMISFETQ51に結合される。書き込むべき
情報が1であるなら、上記MISFETQ51のオン
状態によつて、メモリセルMS11における
MNOSQ1は、そのドレイン及びソースがほぼ
0Vとなり、そのゲート(第2ワード線W22)
の高電圧によつてゲート絶縁膜中に電子が注入さ
れる。書き込むべき情報が0であるなら、上記
MISFETQ51のオフ状態によつて上記メモリセ
ルMS11におけるMNOSQ1のソース及びドレ
インが前記書き込み禁止電圧発生回路IHA2の
+20Vにされる。従つて上記のような電子は注入
されない。同一デイジツト線D1に結合される他
の行のメモリセルMS21には、第2ワード線W
22の信号が前記のようにほぼ0Vとされるので、
情報は書き込まれない。 In the memory cell MS11 to be selected
MNOSQ1 is MISFETQ2 for switch, digit line D1, MISFETQ12 for Y gate MGO,
Q11, common digit line CD and MISFETQ5
MISFETQ51 receives the output of input buffer circuit IN16 via MISFETQ51. If the information to be written is 1, the ON state of MISFETQ51 causes the information in the memory cell MS11 to be
MNOSQ1 has its drain and source almost
becomes 0V, and its gate (second word line W22)
Electrons are injected into the gate insulating film by the high voltage. If the information to be written is 0, the above
Due to the OFF state of MISFETQ51, the source and drain of MNOSQ1 in the memory cell MS11 are set to +20V of the write inhibit voltage generation circuit IHA2. Therefore, the electrons mentioned above are not injected. A second word line W is connected to the memory cell MS21 in another row coupled to the same digit line D1.
Since the signal of 22 is set to almost 0V as mentioned above,
No information is written.
他のデイジツト線D2は、対応するYゲート
YG0におけるMISFETQ13がオフ状態である
ので、書き込み禁止電圧発生回路IHA2の出力
によつて+20Vに維持される。 The other digit line D2 is connected to the corresponding Y gate.
Since MISFETQ13 in YG0 is in the off state, it is maintained at +20V by the output of write inhibit voltage generation circuit IHA2.
端子PGMにおける書き込み制御信号が時刻t26
においてロウレベルになると、第3図に示すよう
に、それぞれ時刻t27、t28、t29において制御線
vP、、rにおける信号がハイレベルとなる。
それに応じて、第2ワード線w12、基準電位線
ED1の信号もほぼ0になる。 The write control signal at terminal PGM is at time t26.
As shown in Figure 3, the control line goes low at times t27, t28, and t29, respectively.
The signals at vP, , r become high level.
Accordingly, the second word line w12, the reference potential line
The signal of ED1 also becomes almost 0.
本発明の半導体記憶回路は、例えば16Kビツト
のような比較的大容量にされ得る。 The semiconductor memory circuit of the present invention can have a relatively large capacity, for example 16K bits.
第5図は、第1図の回路を使用した半導体記憶
回路のブロツク図を示している。 FIG. 5 shows a block diagram of a semiconductor memory circuit using the circuit of FIG.
第5図において、メモリアレイMAは、例えば
128行×128列に配置された16384個のメモリセル
を含んでいる。上記メモリアレイMAに対し、ア
ドレスバツフアB0ないしB6からの7ビツトの
アドレス入力信号を受けることにより128のメモ
リセル行を選択するXデコーダXDが設けられ
る。また、メモリセル列の16個ずつを選択する8
個のYゲートYG0ないしYG7が設けられ、こ
れらのYゲートは、アドレスバツフアB7ないし
B10からの4ビツトのアドレス入力信号を受け
るYデコーダYDによつて制御される。上記Yゲ
ートYG0ないしYG7に対応して、それぞれ第
1図のようなセンス回路、出力バツフア回路及び
データ入力回路を含む入出力回路I0ないしI7
が設けられている。各メモリセル列のそれぞれに
対応して第1図のようなMISFETQ20ないしQ
22を含み、かつ1個の書き込み禁止電圧発生回
路を含む書き込み禁止回路IHAが設けられ、メ
モリセル行に対応して書き込み回路WAが設けら
れる。更に、制御回路CRL及び消去回路QRSが
設けられる。 In FIG. 5, the memory array MA is, for example,
It includes 16,384 memory cells arranged in 128 rows and 128 columns. For the memory array MA, an X decoder XD is provided which selects 128 memory cell rows by receiving 7-bit address input signals from address buffers B0 to B6. Also, 8 select each 16 memory cell rows.
Y gates YG0 to YG7 are provided, and these Y gates are controlled by a Y decoder YD which receives 4-bit address input signals from address buffers B7 to B10. Corresponding to the Y gates YG0 to YG7, input/output circuits I0 to I7 each include a sense circuit, an output buffer circuit, and a data input circuit as shown in FIG.
is provided. MISFETQ20 or Q as shown in Figure 1 corresponding to each memory cell column.
A write inhibit circuit IHA including 22 and one write inhibit voltage generating circuit is provided, and a write circuit WA is provided corresponding to the memory cell row. Furthermore, a control circuit CRL and an erase circuit QRS are provided.
従つて、第5図の半導体記憶回路は、11ビツト
すなわち2048個の番地に8ビツトの情報を記憶す
る。 Therefore, the semiconductor memory circuit shown in FIG. 5 stores 8 bits of information in 11 bits, that is, 2048 addresses.
上記のように、メモリセルをMNOSとスイツ
チ用MISFETとによつて構成し、Xデコーダと
書き込み回路とを相互において独立の回路とする
ことによつて、Xデコーダの構成を単純にするこ
とができる。そのため、Xデコーダによるワード
線の選択を高速化することが容易になり、高速動
作の記憶回路を提供することができるようにな
る。 As mentioned above, the configuration of the X-decoder can be simplified by configuring the memory cell with MNOS and switch MISFET and making the X-decoder and write circuit independent circuits. . Therefore, it becomes easy to speed up the selection of word lines by the X decoder, and it becomes possible to provide a memory circuit that operates at high speed.
書き込み禁止回路におけるMISFETQ22,Q
25のソースは、第1図のように基準電位線ED
1,ED2に接続される代りに例えばデイジツト
線D1,D2に接続されても良い。上記のように
した場合でもメモリアレイに書き込み禁止電圧を
供給することが可能である。しかしながら、上記
のようにすると、各デイジツト線D1,D2に上
記MISFETQ22,Q25の接合容量、配線容量
等の浮遊容量が結合することになり、その結果記
憶情報の読み出し時及び書き込み時に、各デイジ
ツト線の信号変化速度が制限されるので注意が必
要となる。第1図のようにMISFETQ22,Q2
5を基準電位線ED1,ED2に接続する場合、デ
イジツト線の信号変化速度を大きくすることがで
きる。 MISFETQ22,Q in write protection circuit
The source of 25 is connected to the reference potential line ED as shown in Figure 1.
Instead of being connected to digit lines D1 and ED2, for example, they may be connected to digit lines D1 and D2. Even in the above case, it is possible to supply the write inhibit voltage to the memory array. However, if the above is done, stray capacitance such as the junction capacitance and wiring capacitance of the MISFETs Q22 and Q25 will be coupled to each digit line D1 and D2, and as a result, when reading and writing stored information, each digit line Care must be taken because the speed of signal change is limited. As shown in Figure 1, MISFETQ22,Q2
5 to the reference potential lines ED1 and ED2, the signal change speed of the digit line can be increased.
上記のような各回路は、半導体集積回路技術に
よつて、1つの半導体基板上に形成される。 Each of the circuits described above is formed on one semiconductor substrate using semiconductor integrated circuit technology.
この発明に従うと、上記のような各回路は、回
路特性を制限しないようにし、また使用する半導
体基板の大きさを増加させないような配置におい
て半導体基板上に形成される。 According to the present invention, each of the circuits described above is formed on a semiconductor substrate in an arrangement that does not limit the circuit characteristics and does not increase the size of the semiconductor substrate used.
第6図は、シリコン基板1上に形成される各回
路及び配線のため領域のパターンを示している。 FIG. 6 shows a pattern of regions for each circuit and wiring formed on the silicon substrate 1. As shown in FIG.
同図において、XデコーダXDが基板1の表面
の中央に配置されている。メモリアレイは、MA
1とMA2の2つに分けられ、その一方MA1は
上記XデコーダXDの左側に配置され、他方MA
2は右側に配置されている。 In the figure, an X decoder XD is placed at the center of the surface of the substrate 1. Memory array is MA
It is divided into two parts, MA1 and MA2, one of which is located on the left side of the X decoder XD, and the other MA
2 is placed on the right side.
上記メモリアレイMA1をはさんだ左側には書
き込み回路WAaが配置され、同様にメモリアレ
イMA2をはさんだ右側に書き込み回路WA6が
配置されている。 A write circuit WAa is placed on the left side of the memory array MA1, and a write circuit WA6 is placed on the right side of the memory array MA2.
メモリアレイMA1の上方にはYゲートYGaが
配置され、同様にメモリアレイMA2の上方には
YゲートYGbが配置されている。上記Yゲート
YGaとYGbとの中間、すなわちXデコーダXDの
上方には、YデコーダYDが配置されている。 A Y gate YGa is arranged above the memory array MA1, and a Y gate YGb is similarly arranged above the memory array MA2. Above Y gate
A Y decoder YD is arranged between YGa and YGb, that is, above the X decoder XD.
上記メモリアレイ、Xデコーダ、書き込み回
路、Yゲート及びYデコーダの周辺は打点で示し
たような配線領域WIRとされている。 The area around the memory array, X decoder, write circuit, Y gate, and Y decoder is a wiring area WIR as indicated by dots.
配線領域WIRをはさんで上記メモリアレイMA
1,MA2のそれぞれの下方には、書き込み禁止
回路IHAa,IHAbが配置されている。 The above memory array MA across the wiring area WIR
Write inhibit circuits IHAa and IHAb are arranged below each of MA1 and MA2.
基板1の表面の周囲には、入出力回路IO、制
御回路CRL1及びCRL2、入力バツフア回路A
1ないしA12が配置されている。また、上記周
囲には、各種の入力端子、出力端子を回路装置外
の端子に接続するためのボンデイングパツトP1
ないしP26が配置されている。 Around the surface of the board 1 are an input/output circuit IO, control circuits CRL1 and CRL2, and an input buffer circuit A.
1 to A12 are arranged. Also, around the above, there are bonding pads P1 for connecting various input terminals and output terminals to terminals outside the circuit device.
thru P26 are arranged.
前記第5図の回路を構成するために、メモリア
レイMA1及びMA2は、それぞれ128行×64行
の大きさとされる。メモリアレイMA1とMA2
の対応する第1ワード線は、XデコーダXDによ
つて同時に選択されるようにされる。上記Xデコ
ーダXDの入力線は、配線領域WIRの配線を介し
て、上記基板1の周囲に配置された入力バツフア
回路に接続される。 To construct the circuit shown in FIG. 5, memory arrays MA1 and MA2 each have a size of 128 rows by 64 rows. Memory array MA1 and MA2
The corresponding first word lines of are simultaneously selected by the X decoder XD. The input line of the X-decoder XD is connected to an input buffer circuit arranged around the substrate 1 via wiring in the wiring area WIR.
YゲートYGaとYGbとは、YデコーダYDの出
力によつて同時にそれぞれ対応するメモリアレイ
MA1,MA2のデイジツト線を選択するように
されている。上記YゲートYGa,YGbは、配線
領域WIRの配線を介して入出力回路IOに接続さ
れる。 Y gates YGa and YGb are simultaneously connected to corresponding memory arrays by the output of Y decoder YD.
The MA1 and MA2 digit lines are selected. The Y gates YGa and YGb are connected to the input/output circuit IO via wiring in the wiring area WIR.
書き込み禁止回路IHAaおよびIHAbは、それ
ぞれ配線領域WIRの配線を介して対応するメモ
リアレイMA1,MA2の基準電位線に接続され
る。 Write inhibit circuits IHAa and IHAb are connected to reference potential lines of corresponding memory arrays MA1 and MA2 via wiring in wiring region WIR, respectively.
前記のように、この発明の実施例では、メモリ
アレイ及びその周辺回路のためにウエル領域を使
用する。 As mentioned above, embodiments of the present invention use well regions for the memory array and its peripheral circuitry.
第7図は、第6図の回路配置に対応して、シリ
コン基板1の表面に形成されるウエル領域のパタ
ーンを示している。第8図は、上記第7図のA−
A視断面図を示している。 FIG. 7 shows a pattern of a well region formed on the surface of silicon substrate 1, corresponding to the circuit arrangement shown in FIG. Figure 8 shows A- in Figure 7 above.
A sectional view from A is shown.
第7図、第8図において、メモリアレイを形成
するために、n型シリコン基板1の表面にそれぞ
れ独立したP型ウエル領域10a,10bが形成
されている。 In FIGS. 7 and 8, independent P-type well regions 10a and 10b are formed on the surface of an n-type silicon substrate 1 to form a memory array.
上記ウエル領域10a,10bの周囲には、こ
れと離されてXデコーダ、Yデコーダ、Yゲー
ト、書き込み回路、書き込み禁止回路、入出力回
路、入力バツフア回路及び制御回路等の周辺回路
を形成するためのP型ウエル領域11が形成されて
いる。 Around the well regions 10a and 10b, peripheral circuits such as an X decoder, a Y decoder, a Y gate, a write circuit, a write inhibit circuit, an input/output circuit, an input buffer circuit, and a control circuit are formed separately from the well regions 10a and 10b. A P-type well region 11 is formed.
第7図の上方には、紙面の都合上大きい大きさ
で示されているが、第1図の出力バツフア回路
IORにおけるMISFETQ49のようにソースと基
体ゲートとを接続するMISFETを形成するため
に、上記のP型ウエル領域11から離されて独立し
たP型ウエル領域11aないし11bが形成されてい
る。 At the top of Figure 7, the output buffer circuit of Figure 1 is shown in a large size due to space limitations.
In order to form a MISFET that connects the source and the base gate like the MISFET Q49 in the IOR, independent P-type well regions 11a and 11b are formed apart from the above-mentioned P-type well region 11.
上記受P型ウエル領域10aの左側及び10bの
右側には、同様に第1図の書き込み回路WA1に
おけるQ19のようなMISFETを形成するため
に、それぞれ独立したP型ウエル領域11cないし
11d及び11eないし11fが形成されている。更に、
第7図の紙面の下方には、第1図の書き込み禁止
回路IHA1、書き込み禁止電圧発生回路IHA2
等の同様な独立な基体ゲートを必要とする
MISFETを形成するために、それぞれ他のP型
ウエル領域から独立したP型ウエル領域11gない
し11h及び11iないし11jが形成されている。 Similarly, on the left side of the receiving P-type well region 10a and on the right side of the receiving P-type well region 10b, there are independent P-type well regions 11c and 11c, respectively, in order to form a MISFET such as Q19 in the write circuit WA1 in FIG.
11d and 11e to 11f are formed. Furthermore,
At the bottom of the page in Figure 7 are the write inhibit circuit IHA1 and the write inhibit voltage generation circuit IHA2 in Figure 1.
Requires a similar independent substrate gate such as
In order to form a MISFET, P-type well regions 11g to 11h and 11i to 11j, each independent from other P-type well regions, are formed.
第7図及び第8図では図示していないが、後で
説明するMISFETを形成するために、P型ウエ
ル領域11内の所定部分にn型シリコン基板1が
露出するようにされる。 Although not shown in FIGS. 7 and 8, the n-type silicon substrate 1 is exposed at a predetermined portion within the P-type well region 11 in order to form a MISFET to be described later.
この実施例に従うと、上記のようにn型シリコ
ン基板1上に各種のP型ウエル領域を形成する構
成をとるので、半導体記憶回路装置のための各種
の有効なトランジスタ等の素子を形成することが
できる。 According to this embodiment, since various P-type well regions are formed on the n-type silicon substrate 1 as described above, various effective elements such as transistors for semiconductor memory circuit devices can be formed. I can do it.
例えば、複数のP型ウエル領域の相互間のn型
シリコン基板1の表面に後述するように、不純物
のイオン打込み法等によつて寄生チヤンネルを防
止するためのチヤンネルストツパが形成されるの
でこのチヤンネルストツパが有効に利用される。 For example, channel stoppers for preventing parasitic channels are formed on the surface of the n-type silicon substrate 1 between a plurality of P-type well regions by impurity ion implantation, as will be described later. Channel stops are effectively used.
すなわち、例えば第9図は、高耐圧特性が得ら
れるMISFETの断面図を示している。同図にお
いて、11mはP型ウエル領域、21は、上記ウエ
ル領域11mの一部にまたがるようにして基板1
の表面に形成されたn型チヤンネルストツパ、
95、96はn+型ソース領域、ドレイン領域、63
はシリコン酸化物からなるゲート絶縁膜、60
は、MISFET等の素子を形成する領域以外の基
板1及びウエル領域の表面を覆う厚いシリコン酸
化膜、84はn型多結晶シリコンからなるゲート
電極、120は、例えばリンシリケートガラスか
らなる絶縁膜、121,122はそれぞれ例えば
蒸着アルミニウムからなるドレイン電極、ソース
電極である。 That is, for example, FIG. 9 shows a cross-sectional view of a MISFET that provides high breakdown voltage characteristics. In the figure, 11m is a P-type well region, and 21 is a substrate 1 extending over a part of the well region 11m.
an n-type channel stopper formed on the surface of the
95 and 96 are n + type source region and drain region, 63
is a gate insulating film made of silicon oxide, 60
1 is a thick silicon oxide film that covers the surface of the substrate 1 and the well region other than the region where elements such as MISFET are formed; 84 is a gate electrode made of n-type polycrystalline silicon; 120 is an insulating film made of, for example, phosphosilicate glass; Reference numerals 121 and 122 are a drain electrode and a source electrode made of, for example, vapor-deposited aluminum, respectively.
第9図において、MISFETの実質的なドレイ
ン領域は電極121を接触させるための領域9S
とチヤンネルストツパ21とによつて構成されて
いる。上記チヤンネルストツパ21はn型基板1
の表面に寄生チヤンネルが誘起されないようにす
るためのものであり、比較的低不純物濃度とされ
る。従つて、P型ウエル領域11mの上にまで延
ばされた部分のチヤンネルストツパ21は、電極
121を接触させるための領域95よりも充分に高
比抵抗になる。第9図のMISFETは、上記のよ
うにチヤンネルストツパをドレイン領域の一部と
しているので、大きいドレイン耐圧となる。 In FIG. 9, the substantial drain region of the MISFET is the region 9S for contacting the electrode 121.
and a channel stopper 21. The channel stopper 21 is connected to the n-type substrate 1.
The impurity concentration is relatively low to prevent parasitic channels from being induced on the surface. Therefore, the portion of the channel stopper 21 extending above the P-type well region 11m has a sufficiently higher resistivity than the region 95 for contacting the electrode 121. The MISFET shown in FIG. 9 has a channel stopper as part of the drain region as described above, and therefore has a large drain breakdown voltage.
従つて、実施例においては、n型基板1を高電
圧端子VPP(第1図参照)に接続し、この高電圧
端子VPPにドレインが接続されているMISFET
の上記第9図の構造のMISFETとする。すなわ
ち、第1図の書き込み禁止電圧発生回路IHA2
におけるデイプレツシヨン型MISFETQ26,Q
29,Q32、書き込み回路WA1,WA2にお
けるデイプレツシヨン型MISFETQ19、消去回
路ERSにおけるデイプレツシヨン型MISFETQ4
0,Q43及び制御回路CRL内のレベルシフト
回路もしくは電圧分割回路Q37〜Q39におけ
るエンハンスメント型MISFETQ37を上記第9
図の構造のMISFETとする。 Therefore, in the embodiment, the n-type substrate 1 is connected to the high voltage terminal VPP (see Figure 1), and the MISFET whose drain is connected to this high voltage terminal VPP is connected.
Assume that the MISFET has the structure shown in Fig. 9 above. In other words, the write inhibit voltage generation circuit IHA2 in FIG.
Depression type MISFETQ26,Q
29, Q32, depletion type MISFETQ19 in write circuits WA1, WA2, depletion type MISFETQ4 in erase circuit ERS
0, Q43 and the enhancement type MISFET Q37 in the level shift circuit or voltage divider circuit Q37 to Q39 in the control circuit CRL.
Let it be a MISFET with the structure shown in the figure.
なお、上記デイプレツシヨン型MISFETは、
後の説明からより明確になるように、ゲート電極
84の下のP型ウエル領域11mの表面にP型不
純物、例えば硼素をイオン打ち込みすることによ
り形成される。 In addition, the depression type MISFET mentioned above is
As will become clearer from later description, it is formed by ion-implanting a P-type impurity, for example, boron, into the surface of the P-type well region 11m below the gate electrode 84.
第10図は、npnトランジスタの断面図を示し
ている。同図において、n型基板1は、上記トラ
ンジスタのコレクタ領域とされ、P型ウエル領域
11nはベース領域とされ、n+型領域97はエ
ミツタ領域とされる。上記n+型預領97は、
MISFETのソース領域及びドレイン領域とする
ための領域と同時に形成される。上記npnトラン
ジスタは、第1図の消去回路ERSにおいて使用
される。 FIG. 10 shows a cross-sectional view of an npn transistor. In the figure, the n-type substrate 1 is used as the collector region of the transistor, the P-type well region 11n is used as the base region, and the n + -type region 97 is used as the emitter region. The above n + type deposit 97 is
These regions are formed at the same time as the source and drain regions of the MISFET. The above npn transistor is used in the erase circuit ERS of FIG.
上記のMNOS及び各種のMISFETは、アルミ
ニウムゲートを持つような構造とされても良い
が、前述したようなシリコンゲートを持つ構造と
される方が望ましい。 The above-mentioned MNOS and various MISFETs may have a structure with an aluminum gate, but it is more preferable to have a structure with a silicon gate as described above.
従つて、以下においてシリコンゲート技術によ
つて上記各回路を構成する素子及び配線の構造を
詳細に説明するに当り、理解をより容易にするた
めに、先ず製造方法について説明する。 Therefore, when explaining in detail the structure of the elements and wiring constituting each of the above circuits using silicon gate technology, the manufacturing method will first be explained for easier understanding.
以下、第11図A乃至Oに基づいて、一枚の半
導体起板上にMNOS素子、エンハンスメント型
MOS素子、デプリシヨン型MOS素子及びバイポ
ーラトランジスタを形成する際の製造プロセスに
ついて詳細に説明する。 Below, based on FIGS. 11A to 11O, an MNOS element, an enhancement type
A manufacturing process for forming a MOS element, a depletion type MOS element, and a bipolar transistor will be described in detail.
(A) 基板ウエハ1として(100)結晶面を有する
n型単結晶、抵抗率8〜12Ωcm(不純物濃度約
5×1014cm-3)のシリコン(Si)ウエハを用い
る。このウエハの抵抗率は、低い不純物濃度の
ウエルを再現性よく形成するためには、出来る
だけ大きい(不純物濃度が小さい)ものが好ま
しいが、ここで示すEAROM(Electrically
Alterable Read Only Memory:電気的に書
換え可能な読出し専用メモリ)の実施例では、
ウエルの不純物濃度を約3×1015cm-3程度に設
定したため、上記の程度の不純物濃度のシリコ
ン(Si)ウエハを用いる。(A) As the substrate wafer 1, an n-type single crystal silicon (Si) wafer having a (100) crystal plane and a resistivity of 8 to 12 Ωcm (impurity concentration of about 5×10 14 cm −3 ) is used. The resistivity of this wafer is preferably as high as possible (low impurity concentration) in order to form wells with low impurity concentration with good reproducibility.
Alterable Read Only Memory (electrically rewritable read-only memory)
Since the impurity concentration of the well was set to about 3×10 15 cm −3 , a silicon (Si) wafer with the above-mentioned impurity concentration was used.
第11図Aに示すようにこのシリコンウエハ
1の表面を適当な洗浄液(O3−H2SO4液ある
いはHF液)で洗浄したのち、熱酸化法により
約50nmのシリコン酸化膜(SiO2)2を形成
し、引き続きCVD(Chemical Vapor
Deposition:化学蒸着)法により、シリコンナ
イトライド(Si3N4)膜3を約100〜140nmの
厚さに形成する、このSi3N4膜形成法は、常圧
縦型CVD装置、常圧横型CVD装置および低圧
横型CVD装置などで比較を行なつたが特に大
差は見られなかつた。しかし、低圧CVD装置
で行なつたものが最も膜厚の均一性がよく、ウ
エハ内で±3%以内に入つており、微細加工上
都合がよい。堆積温度は、各法によつて若干の
差はあるがいずれも700〜1000℃の温度範囲が
適当である。この結果は以下に用いたSi3N4膜
形成に対しても同様である。 As shown in FIG. 11A, after cleaning the surface of the silicon wafer 1 with an appropriate cleaning solution (O 3 -H 2 SO 4 solution or HF solution), a silicon oxide film (SiO 2 ) of about 50 nm is formed by thermal oxidation. 2 and continue to develop CVD (Chemical Vapor
A silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 3 is formed to a thickness of approximately 100 to 140 nm using a chemical vapor deposition (chemical vapor deposition) method. Comparisons were made between horizontal CVD equipment and low-pressure horizontal CVD equipment, but no significant differences were found. However, the film thickness obtained using a low-pressure CVD apparatus has the best uniformity, and is within ±3% within the wafer, which is convenient for microfabrication. Although there are some differences depending on the method, the appropriate deposition temperature is in the range of 700 to 1000°C. This result is also the same for the Si 3 N 4 film formation used below.
(B) 次にこのシリコンナイトライド膜3の上に写
真食刻法(ホトエツチング法)によりウエルを
形成する領域以外の部分(ウエルとウエルの
間)にのみホトレジスト膜4を形成する。つま
り、ウエルを形成する領域の表面は、Si3N4膜
が露出している。この状態で、プラズマエツチ
ング法により、露出している部分のSi3N4膜を
除去し、第11図Bに示すように表面にSiO2
膜2を露出させる。この後、上記レジスト膜4
をマスクとして、レジスト膜のない部分のSi基
板中へ、表面に露出しているSiO2膜2を通し
て、ボロン(B)イオンを、エネルギー75KeV、
トータルドーズ3×1012cm2で打込みP型半導体
領域5、6を形成する。(B) Next, a photoresist film 4 is formed on this silicon nitride film 3 by photoetching only in areas other than the areas where wells are to be formed (between the wells). In other words, the Si 3 N 4 film is exposed on the surface of the region where the well is to be formed. In this state, the exposed portion of the Si 3 N 4 film is removed by plasma etching, and SiO 2 is deposited on the surface as shown in FIG. 11B.
Membrane 2 is exposed. After this, the resist film 4
Using as a mask, boron (B) ions are injected into the Si substrate where there is no resist film through the SiO 2 film 2 exposed on the surface at an energy of 75 KeV.
P-type semiconductor regions 5 and 6 are implanted at a total dose of 3×10 12 cm 2 .
(C) この後、上記レジスト膜4を除去した後、ド
ライ(乾燥した)酸素(O2)中で、ウエル拡
散を行なう。ボロンはSi中でアクセプタ形の不
純物となるためP型ウエルが形成される。1200
℃で16時間拡散した結果、形成されたP型ウエ
ル10,11は、表面濃度3×1015cm-3拡散深
さ約6μmとなる。但し、この値は、4探針法
により表面シート抵抗を測定した結果、および
ステインエツチング法により拡散深さを測定し
た結果から、ウエルの不純物分布がガウス分布
であることを仮定して求めた値である。ウエル
拡散を酸素中で行なうのは、低濃度で均一なウ
エルを形成するためである。(C) Thereafter, after removing the resist film 4, well diffusion is performed in dry oxygen (O 2 ). Since boron becomes an acceptor type impurity in Si, a P-type well is formed. 1200
After 16 hours of diffusion at .degree. C., the formed P-type wells 10 and 11 have a surface concentration of 3.times.10.sup.15 cm.sup. -3 and a diffusion depth of about 6 .mu.m. However, this value is a value obtained from the results of measuring the surface sheet resistance using the four-probe method and the diffusion depth using the stain etching method, assuming that the impurity distribution in the well is a Gaussian distribution. It is. The reason why well diffusion is performed in oxygen is to form a uniform well with a low concentration.
ウエル拡散が終了した時点では、第11図C
に示すように、ウエル10,11表面上には約
0.85μmのシリコン酸化膜12,13が形成さ
れており、Si3N4膜3表面には10μm程度の酸
化膜が形成されている。そこで、全面SiO2エ
ツチングで、約50nmのSiO2膜を除去すること
により、ウエル表面には、約0.8μmの厚いシリ
コン酸化膜12,13が残り、ウエル間には、
Si3N4膜3表面が露出する。 At the end of well diffusion, Figure 11C
As shown in FIG.
Silicon oxide films 12 and 13 with a thickness of 0.85 μm are formed, and an oxide film with a thickness of about 10 μm is formed on the surface of the Si 3 N 4 film 3. Therefore, by removing approximately 50 nm of the SiO 2 film by full-surface SiO 2 etching, approximately 0.8 μm thick silicon oxide films 12 and 13 remain on the well surface, and between the wells.
The surface of the Si 3 N 4 film 3 is exposed.
(D) 次にSi3N4膜3を例えば熱リン酸(H3PO4)
液などを用いてエツチング除去し、ウエル間
に、最初に形成した約50nmのSiO2膜(第11
図D14、15、16)を露出する。この状態
では、ウエル上に約0.8μm、ウエル間には約
50nmのSiO2膜が形成されている。この状態
で、全面にリン(P)イオンの打込みをエネル
ギー125KeV、ドーズ量1×1013cm-2で行なう。
この場合、ウエル上の厚いSiO2膜12,13
がマスクの役目を果し、ウエル領域の周辺部を
除いてはウエル内へはリンのイオン打込みはさ
れず、ウエル間には、リンのイオン打込みがな
され、N型半導体領域20,21,22が形成
される。なお、上記ウエル拡散時にマスクとし
て用いたSi3N4膜の端部から、横方向にもウエ
ルが拡散時に拡がり、約6μm程の差がSi3N4膜
端部(つまり、ウエル上の厚いSiO2膜端部)
とウエル端部に存在する。つまり、上記のリン
のイオン打込層はウエル端部からウエル内へ約
6μmの所まで形成されている。また、このリ
ンのイオン打込層は、最終的な熱高低を通した
後に測定すると、深さが約1μm程度となつて
いる。(D) Next, the Si 3 N 4 film 3 is heated with hot phosphoric acid (H 3 PO 4 ).
The approximately 50 nm thick SiO 2 film (No. 11
Figures D14, 15, 16) are exposed. In this state, there is approximately 0.8μm on the well and approximately 0.8μm between the wells.
A 50nm SiO 2 film is formed. In this state, phosphorus (P) ions are implanted into the entire surface at an energy of 125 KeV and a dose of 1×10 13 cm −2 .
In this case, thick SiO 2 films 12, 13 on the wells
serves as a mask, and phosphorus ions are not implanted into the wells except in the peripheral areas of the well regions, and phosphorus ions are implanted between the wells, forming the N-type semiconductor regions 20, 21, 22. is formed. It should be noted that the well expands laterally from the edge of the Si 3 N 4 film used as a mask during the well diffusion, and a difference of about 6 μm occurs at the Si 3 N 4 film edge (that is, the thick layer on the well). SiO 2 film edge)
and exists at the well edge. In other words, the phosphorus ion implantation layer described above extends approximately from the well edge into the well.
It is formed up to a thickness of 6 μm. Furthermore, this phosphorus ion implantation layer has a depth of about 1 μm when measured after passing through the final heat wave.
このように、自己整合的にウエル間にリンイ
オン打込みを行なうことにより、ウエル(P
型)間の導通を防止することができるため、以
下このリン打込層20,21,22をSAP
(Self Aligned P chaunel field ion
insplautation)層と呼ぶ。 In this way, by implanting phosphorus ions between wells in a self-aligned manner, wells (P
Hereinafter, these phosphorus implanted layers 20, 21, 22 are used as SAP.
(Self Aligned P chaunel field ion
This layer is called the insplautation layer.
上述のように、p型ウエル拡散領域をSi3N4
膜をマスクとして酸化性雰囲気での加熱処理に
よつて形成し、ウエル表面に形成された厚い酸
化膜をマスクとしてウエル間のN型基板表面に
各ウエルにまたがつてN型不純物を打込みウエ
ル間チヤネル発生防止用のSAP層を形成する
という方法を採用することによつて、マスク枚
数を増やすことなくウエル間のイオン打込みが
でき、又ウエル拡散領域とウエル間のイオン打
込層とは自己整合的に形成することができる、
以下この技術をSAP法と称す。 As mentioned above, the p-well diffusion region is made of Si 3 N 4
N-type impurities are formed by heat treatment in an oxidizing atmosphere using the film as a mask, and N-type impurities are implanted into the N-type substrate surface between the wells, using the thick oxide film formed on the well surface as a mask, spanning each well. By adopting a method of forming an SAP layer to prevent channel generation, ion implantation between wells can be performed without increasing the number of masks, and the well diffusion region and the ion implantation layer between wells are self-aligned. can be formed,
This technique will hereinafter be referred to as the SAP method.
この後、Si基板表面に形成されているSiO2
膜12,13および14,15,16をすべて
除去する。この状態では、Si基板表面に、p型
ウエル領域(10、11)およびn型(基板n型不
純物濃度よりも大きい不純物濃度をもつ)領域
(20、21、22)が形成され、さらに、この両者
の境界には、約0.4〜0.5μmの凹凸17(段差)が
形成されている。この段差を利用して、次のホ
トエツチング工程のマスク合せを行なうことが
できる。 After this, the SiO 2 formed on the Si substrate surface
All films 12, 13 and 14, 15, 16 are removed. In this state, p-type well regions (10, 11) and n-type (having an impurity concentration higher than the substrate n-type impurity concentration) regions (20, 21, 22) are formed on the Si substrate surface. An unevenness 17 (step) of approximately 0.4 to 0.5 μm is formed at the boundary between the two. Using this step, mask alignment for the next photoetching process can be performed.
次に通常、いわゆるLOCOS(Local
Oxiclation of Silicon)酸化と呼ばれている
工程を行なう。 Next, the so-called LOCOS (Local
Oxidation of Silicon) A process called oxidation is performed.
(E) まず、上記したように、Si表面のSiO2膜を
すべて除去したのち、基板の前表面に約50nm
のSiO2膜24を熱酸化法により形成する。ひ
きつづきCVD法により、このSiO2膜上に100〜
140nmのSi3N4膜を形成する。(E) First, as mentioned above, after removing all the SiO 2 film on the Si surface, a layer of approximately 50 nm is deposited on the front surface of the substrate.
A SiO 2 film 24 is formed by a thermal oxidation method. Subsequently, by CVD method, 100 ~
A 140 nm Si 3 N 4 film is formed.
次に写真食刻法(ホトエツチング法)によ
り、活性素子を形成する領域等の所定領域にの
みホトレジスト膜を残す(第11図Eの35、
36、37、38、39、40)。つまり、こ
の状態では素子間分離をするため等で厚い酸化
膜を形成する必要がある部分の表面は、ホトレ
ジスト膜が除去され、Si3N4膜が露出してい
る。この状態でプラズマエツチングを行ない、
露出しているSi3N4膜を除去し、表面に先に形
成した約50nmのSiO2膜24を露出させた。こ
の後、上記レジスト膜をマスクとして、レジス
ト膜のない部分のSi基板中へ、表面に露出して
いるSiO2膜24を通して、ボロン(B)イオンを
エネルギー75KeV、トータルドーズ量2×1013
cm-2で打込み、p型半導体層41,42,4
3,44,45,46を形成する。この際、高
耐圧DMOSを形成する必要のある部分はウエ
ル端部のSAPインプラ層の中にSi3N4膜の端部
がくるようにホトマスクを設計する。このよう
にすると、第11図Eに示すように、SAP層
21とウエルにまたがつてアクテイブ領域が形
成される。なお、このポロンイオン打込みを以
下フイールドインプランテーシヨン(Fインプ
ラ)と称す。 Next, by photoetching, a photoresist film is left only in predetermined areas such as areas where active elements are to be formed (35 in FIG. 11E,
36, 37, 38, 39, 40). That is, in this state, the photoresist film is removed and the Si 3 N 4 film is exposed on the surface of the portion where it is necessary to form a thick oxide film for isolation between elements. Perform plasma etching in this state,
The exposed Si 3 N 4 film was removed to expose the previously formed SiO 2 film 24 of about 50 nm on the surface. After that, using the resist film as a mask, boron (B) ions are injected into the Si substrate in the areas where there is no resist film through the SiO 2 film 24 exposed on the surface at an energy of 75 KeV and a total dose of 2×10 13
implanted at cm -2 , p-type semiconductor layers 41, 42, 4
3, 44, 45, 46 are formed. At this time, the photomask is designed so that the end of the Si 3 N 4 film is located within the SAP implant layer at the well end where it is necessary to form a high voltage DMOS. In this way, as shown in FIG. 11E, an active region is formed spanning the SAP layer 21 and the well. Note that this poron ion implantation is hereinafter referred to as field implantation (F implantation).
(F) この後、上記レジスト膜を除去した後、ウエ
ツト(湿つた)酸素(O2)中で、フイールド
酸化を行なう。この酸化処理を1000℃で約4時
間行なうことにより、Si3N4膜が除去されてい
る部分のSi基板表面には、約0.95μmのSiO2膜
60が形成される。この状態で、ウエル間に約
0.95μmの厚いフイールド酸化膜が形成されて
いる部分、例えば第11図F20のSi表面には
SAPによるリンと、Fインプラによるボロン
が混在しており、しかもドーズ量では、リンが
1×1013cm-2、ボロンが2×1013cm-2とボロン
の方が多量に打込まれているが、フイールド酸
化を行なう際にSiO2中へ偏析する量がボロン
の方が大きい、つまり、Si中のボロンはSiO2
との界面でデイプリート(枯渇)するが、Si中
のリンSiO2との界面でパイルアツプ(蓄積)
される(第28図、第29図参照)ため、最終
的には、ウエル間の表面は、リンの濃度が大き
く、チヤネルストツパーとしての役目を十分果
たしている。このように前記SAP法とLOCOS
プロセスを共用し上記の如くリンとボロンの
SiO2界面での挙動の違いをうまく利用するこ
とにより、特にマスキングの工程を用いずに出
来るだけ低濃度のリン打込み(これは、後程述
べる、高耐圧デブリーシヨンMOSFETDMOS
のドレインとして用いるために必要な事項)
と、これ以上のドーズ量を必要とするボロン打
込み(寄生MOS(フイールドMOS)のしきい
電圧をある程度高く保つために必要な事項)を
共存させ、かつ、最終的にリン濃度を高くする
プロセス技術が可能となる。かくして、第11
図Eのp型イオン打込層41〜46に対応して
基板表面の厚い酸化膜下にp型半導体領域51〜
56が形成される。(F) Thereafter, after removing the resist film, field oxidation is performed in wet oxygen (O 2 ). By performing this oxidation treatment at 1000° C. for about 4 hours, a SiO 2 film 60 of about 0.95 μm is formed on the surface of the Si substrate where the Si 3 N 4 film has been removed. In this state, approximately
On the part where a 0.95 μm thick field oxide film is formed, for example, on the Si surface of F20 in Figure 11,
Phosphorus from SAP and boron from F implant are mixed, and in terms of doses, phosphorus is implanted at a higher dose of 1×10 13 cm -2 and boron is implanted at a higher dose of 2×10 13 cm -2 . However, the amount of boron that segregates into SiO 2 during field oxidation is larger; in other words, boron in Si is
It depletes (depletes) at the interface with phosphorus in Si, but piles up (accumulates) at the interface with phosphorus in SiO2 .
(See FIGS. 28 and 29), so that the surface between the wells has a high phosphorus concentration and sufficiently functions as a channel stopper. Thus said SAP method and LOCOS
By sharing the process, as mentioned above, phosphorus and boron
By making good use of the difference in behavior at the SiO 2 interface, we implanted phosphorus at the lowest possible concentration without using a masking process (this is a method of implanting high-voltage depletion MOSFETs as described later).
Items required for use as a drain)
and boron implantation, which requires a higher dose (necessary to maintain the threshold voltage of the parasitic MOS (field MOS) to a certain degree), and ultimately increase the phosphorus concentration. becomes possible. Thus, the 11th
P-type semiconductor regions 51 to 51 under the thick oxide film on the substrate surface correspond to the p-type ion implantation layers 41 to 46 in Figure E.
56 is formed.
さて、このフイールド酸化を行なつた直後の
状態は、第11図Fに示すようにアクテイブ領
域上には、約50nmのSiO2膜24上に約100〜
140nmのSi3N4膜25〜30、さらにその表面
に約20nmの酸化膜が形成されており、フイー
ルド領域には、約0.95μmのSiO2膜60が形成
されている。 Now, in the state immediately after this field oxidation is performed, as shown in FIG .
Si 3 N 4 films 25 to 30 with a thickness of 140 nm and an oxide film with a thickness of approximately 20 nm are formed on the surface thereof, and an SiO 2 film 60 with a thickness of approximately 0.95 μm is formed in the field region.
(G) この状態で、全面SiO2エツチングを行ない
約50nmのSiO2膜を除去すると、フイールド領
域には、約0.9μmのSiO2膜60が残り、アクテ
イブ領域には50nmのSiO2膜24および100〜
140nmのSi3N4膜25〜30が残存し、この
Si3N4膜が露出している。そこで引きつづき、
このSi3N4膜25〜30を、例えば、熱リン酸
(H3PO4)液などを用いて、除去する。このよ
うにすると、アクテイブ領域には、先に形成し
た約50nmのSiO2膜24が残存しており、この
SiO2膜24をアクテイブMISFETゲート酸化
膜として使用することも可能であるが、
LOCOS端部に寄生する異常な領域(一般には、
Si3N4膜ではないかと考えられている)のため
に、ゲート耐圧の不良等が生じやすいため、第
11図Gに示すようにこの薄い酸化膜24及び
その上のSi3N4膜を一旦除去し、さらに例え
ば45nmのSiO2形成→除去を繰り返した後、第
11図Hに示すように実際にゲート絶縁膜とし
て使う約75nmのSiO2膜62〜67を、例えば
ドライO2中1000℃110分で形成する。(G) In this state, when the entire surface is etched with SiO 2 to remove approximately 50 nm of SiO 2 film, approximately 0.9 μm of SiO 2 film 60 remains in the field region, and 50 nm of SiO 2 film 24 and 100~
A 140nm Si 3 N 4 film 25-30 remains, and this
The Si 3 N 4 film is exposed. Continuing there,
The Si 3 N 4 films 25 to 30 are removed using, for example, hot phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution. In this way, the previously formed SiO 2 film 24 of approximately 50 nm remains in the active region.
Although it is possible to use the SiO 2 film 24 as an active MISFET gate oxide film,
An abnormal area parasitic on the edge of LOCOS (generally
(It is thought that this is a Si 3 N 4 film), which tends to cause defects in gate breakdown voltage, so this thin oxide film 24 and the Si 3 N 4 film above it are removed once as shown in Figure 11G. Then, after repeating the formation and removal of SiO 2 of, for example, 45 nm, SiO 2 films 62 to 67 of about 75 nm, which are actually used as gate insulating films, are heated at 110°C at 1000°C in dry O 2 , for example, as shown in FIG. 11H. Form in minutes.
(H) さらに、MOSトランジスタのうち、EMOS
(Enhaucement mode MOS:しきい電圧が高
くゲート電圧0Vで電流が実用上0であるもの)
のしきい電圧を設定するために、上記薄いゲー
ト絶縁膜62〜67を通して全面にボロンイオ
ンを打込みエネルギー40KeV、トータルドー
ズ2×1011/cm2で打込む(第11図H71〜7
6)。当然のことながら、厚い酸化膜を有して
いるフイールド領域には、このボロンは打込ま
れず、アクテイブ領域の約75nmのSiO2膜が存
在している部分の下のSi基板表面に、SiO2膜
を通して打込まれる。(H) Furthermore, among MOS transistors, EMOS
(Enhaucement mode MOS: High threshold voltage, gate voltage 0V, current is practically 0)
In order to set the threshold voltage, boron ions are implanted into the entire surface through the thin gate insulating films 62 to 67 at an energy of 40 KeV and a total dose of 2×10 11 /cm 2 (Fig. 11 H71 to 7).
6). Naturally, this boron is not implanted into the field region which has a thick oxide film, and SiO 2 is implanted into the Si substrate surface below the active region where the approximately 75 nm SiO 2 film is present. Driven through the membrane.
(I) 次に、この実施例で述べるEAROMは、周
辺回路をE/Dインバータを用い高速化してい
るため、上に述べたEMOS以外にDMOS
(Depletion mode MOS:しきい電圧が低き、
ゲート電圧0Vで電流が流れるもの)を形成す
る必要がある。このDMOSを所定の部分に形
成するため、SiO2膜60、62〜67上にホ
トレジスト膜を被着したのち、ホトエツチング
工程により、第11図Iに示すようにDMOS
を形成する必要のある領域上のホトレジスト膜
を除去し、その他の部分はホトレジスト膜80
を残し、これをマスクとして、所定の部分にの
みリンのイオン打込みを行ない(81)、DMOS
のしきい電圧を設定する。ここでは、例えば、
エネルギー100KeV、ドーズ量12×1012/cm2で
打込んだ。これは、高耐圧DMOSの領域も同
様である(第11図I81)。このように、ウ
エル間の自己整合的分離方(SAP)法によつ
て作られたウエル周辺の境界部表面にデプリシ
ヨンMOSFETを形成することによつて以下の
説明からも分るように同一チツプ上にホトマス
クの増加なしに不揮発性メモリ素子MNOSと
高耐圧DMOSを共存せしめることが可能とな
る。(I) Next, since the EAROM described in this example uses an E/D inverter to speed up the peripheral circuit, in addition to the EMOS mentioned above, it also uses DMOS.
(Depletion mode MOS: low threshold voltage,
It is necessary to form a device that allows current to flow at a gate voltage of 0V). In order to form this DMOS in a predetermined portion, a photoresist film is deposited on the SiO 2 films 60, 62 to 67, and then a DMOS is formed by a photoetching process as shown in FIG. 11I.
The photoresist film on the area where it is necessary to form the photoresist film 80 is removed, and the other parts are covered with the photoresist film 80.
Using this as a mask, phosphorus ions are implanted only in designated areas (81), and the DMOS
Set the threshold voltage. Here, for example,
It was implanted with an energy of 100 KeV and a dose of 12×10 12 /cm 2 . This also applies to the high voltage DMOS region (I81 in FIG. 11). In this way, by forming a depletion MOSFET on the boundary surface around the wells made by the self-aligned separation (SAP) method between wells, it is possible to realize It becomes possible to coexist the nonvolatile memory element MNOS and high voltage DMOS without increasing the number of photomasks.
(J) 次に、上記のホトレジスト膜80を除去した
後、SiO2膜上にCVD法により多結晶シリコン
(poly Si)層を約0.35μm、約580℃で形成す
る。poly Si形成法についても、常圧法と低圧
法を比較したが、膜厚の均一性が後者の方がす
ぐれているという事実以外には、特に大きな特
性上の差はなかつた。引き続き、poly Siに拡
散方によりリンをドーピングした。この場合の
条件は、例えば、1000℃で、20分POCl3源から
のPをpoly Si表面に堆積、拡散し、さらに5
分間の引きのばしを行ない、poly Siの抵抗を
約15Ω/□とした。(J) Next, after removing the photoresist film 80, a polycrystalline silicon (polySi) layer of about 0.35 μm thick is formed on the SiO 2 film at about 580° C. by CVD method. Regarding the poly Si formation method, we compared the normal pressure method and the low pressure method, but apart from the fact that the latter has better uniformity of film thickness, there were no particularly large differences in characteristics. Subsequently, polySi was doped with phosphorus by diffusion. The conditions in this case are, for example, to deposit and diffuse P from a POCl3 source on the polySi surface at 1000°C for 20 minutes, and then to deposit and diffuse P from a POCl3 source for 20 minutes.
The resistance of poly Si was approximately 15 Ω/□ by stretching for 1 minute.
この後、polySi表面に形成されているリンガ
ラスを例えばHFなどを含む液でエツチング除
去したのち、ホトエツチング法により、所定の
部分のみホトレジストを残し、プエラズマエツ
チング法によつて、ホトレジストが残存してい
る部分以外のposy Siを除去し、SiO2膜上に第
1層polySiによりゲート電極、および配線を形
成した(第11図J83、84)。 After this, the phosphorus glass formed on the polySi surface is removed by etching with a solution containing HF, etc., and then the photoresist is left only in a predetermined area by a photoetching method, and the remaining photoresist is removed by a puelasma etching method. Posy Si was removed from areas other than those where the posy Si was present, and a gate electrode and wiring were formed using the first layer of polySi on the SiO 2 film (J83 and 84 in FIG. 11).
次に、上記第1層poly Si層83,84をマ
スクとして、ゲート酸化膜62を選択的にエツ
チングし第11図Jに示すように基板表面を部
分的に露出せしめる。 Next, using the first polySi layers 83 and 84 as a mask, the gate oxide film 62 is selectively etched to partially expose the substrate surface as shown in FIG. 11J.
(K) この後、ウエツトな雰囲気で850℃、20分の
酸化を行ない、露出したSi基板表面に約40nm
のSiO2膜(第11図K87)を、poly Si表面
上に約200nmのSiO2膜85,86を形成する。
この後、全面SiO2膜エツチングを行ない約60n
mのSiO2膜を除去することにより、poly Si上
には約140nmのSiO2が残される。このように
poly Siの上に厚い酸化膜を形成し、Si基板表
面には、十分薄い酸化膜を形成するためには、
poly Si中に少なくともリンを1020cm-3以上含
ませておき、酸化を600〜1000℃の範囲でウエ
ツトな雰囲気で行なうことが重要である。(K) After this, oxidation is carried out at 850℃ for 20 minutes in a wet atmosphere, and approximately 40 nm is deposited on the exposed Si substrate surface.
SiO 2 films 85 and 86 of approximately 200 nm in thickness are formed on the polySi surface (K87 in FIG. 11).
After this, the entire surface is etched with SiO 2 film for about 60n.
By removing m of the SiO 2 film, about 140 nm of SiO 2 is left on the poly Si. in this way
In order to form a thick oxide film on poly Si and a sufficiently thin oxide film on the Si substrate surface,
It is important to contain at least 10 20 cm -3 or more of phosphorus in the polySi and to perform the oxidation in a wet atmosphere at a temperature in the range of 600 to 1000°C.
(L) 次に、poly Si上に残されたSiO2膜85,8
6をマスクとして(つまり、この場合のSiO2
が高濃度にドープされた第1層polySiのエツチ
ングを防止している)、露出したSi基板表面を
NH3−H2O2およびHCl−H2O2を含むエツチン
グ液で軽くエツチングしたのち、約2nmの薄
い酸化膜(第11図K88)をN2希釈O2中で
850℃、120分の酸化により形成し、引き続いて
CVD法により、約50nmのSi3N4膜90を形成
する。ここで、形成したSi3N4膜の形成法も前
に触れたような各種の方法で比較したが、最終
的には、後で述べる高温のH2アニールにより、
いずれの場合も問題のない特性を得ることがで
きた。(L) Next, the SiO 2 film 85, 8 left on the poly Si
6 as a mask (i.e. SiO 2 in this case
(prevents etching of the highly doped first polySi layer), the exposed Si substrate surface is
After lightly etching with an etching solution containing NH 3 - H 2 O 2 and HCl - H 2 O 2 , a thin oxide film of approximately 2 nm (K88 in Fig. 11) was etched in N 2 diluted O 2 .
Formed by oxidation at 850℃ for 120 minutes, followed by
A Si 3 N 4 film 90 of approximately 50 nm is formed by CVD. Here, we compared the formation method of the formed Si 3 N 4 film using various methods as mentioned earlier, but in the end, we decided to use high temperature H 2 annealing, which will be described later.
In either case, satisfactory characteristics could be obtained.
この後、このSi3N4膜90上にpolySi(第2
層目)を約0.3μm堆積した後、ホトエツチング
法により加工し、第2層(第2の)polySiゲー
ト(第11図L91)を形成する。引き続い
て、第2層polySi91をマスクとして、1×
1016cm-2、90KeVでリンイオンをシリコン基板
内に打込みソース、ドレイン等のN型半導体領
域(92〜100)を形成し、同時に第2層polySi
91にもリンをドーピングした。この際、第1
層のpolySi83,94は、すでにリンがドープ
され、結晶粒が増大しているため、リンイオン
の打込みにより、第1層polySi下のSi基板表面
に、リンが打込まれる危険があるが、上記した
ように、第1層polySi上には、約140nmの
SiO2膜85,86と、50nmのSi3N4膜90が
形成されているため、この危険性は除かれる。 After this, polySi ( second
After depositing a layer of about 0.3 μm, it is processed by photoetching to form a second layer (second) polySi gate (L91 in FIG. 11). Subsequently, using the second layer polySi91 as a mask, 1×
Phosphorus ions are implanted into the silicon substrate at 10 16 cm -2 and 90 KeV to form N-type semiconductor regions (92 to 100) such as sources and drains, and at the same time, a second layer of polySi
91 was also doped with phosphorus. At this time, the first
Since the polySi layers 83 and 94 have already been doped with phosphorus and the crystal grains have increased, there is a risk that phosphorus will be implanted into the surface of the Si substrate under the first polySi layer by implanting phosphorus ions. As shown, there is a layer of about 140 nm on the first layer polySi.
This risk is eliminated because the SiO 2 films 85 and 86 and the 50 nm Si 3 N 4 film 90 are formed.
(M) 次に、第2層polySi91の下に形成されて
いるSi3N4膜90をマスクとして第2層polySi
91,84をウエツトな雰囲気で例えば850℃
10分間選択酸化した後、この酸化膜102をマ
スクとして、Si3N4膜を選択的に除去する。つ
まり、高濃度にドープされた第2層polySiを上
の酸化膜でSi3N4エツチング液から保護してい
る。この状態では、第2層polySiゲートとソー
ス又はドレイン間の耐圧(ゲート耐圧)が悪い
ため、この後、850℃、30分間ウエツト雰囲気
中で酸化処理を行ない、第2層polySiゲートの
ゲート耐圧を向上させるとともに、第1層
polySi83,84ゲートの端部の形状を改善
し、耐圧を向上させている。この状態では、第
11図Mに示すように、第1層polySi層83,
84上に、約0.3μmのSiO2膜85,86が、第
2層polySi層91およびソース、ドレインn+拡
散層上には約0.2μmのSiO2膜102,104〜
112が形成されている。(M) Next, using the Si 3 N 4 film 90 formed under the second layer polySi 91 as a mask, the second layer polySi
91, 84 in a wet atmosphere, e.g. 850℃
After selective oxidation for 10 minutes, the Si 3 N 4 film is selectively removed using this oxide film 102 as a mask. In other words, the highly doped second polySi layer is protected from the Si 3 N 4 etching solution by the upper oxide film. In this state, the breakdown voltage between the second layer polySi gate and the source or drain (gate breakdown voltage) is poor, so after this, oxidation treatment is performed in a wet atmosphere at 850°C for 30 minutes to increase the gate breakdown voltage of the second layer polySi gate. In addition to improving the first layer
The shape of the edges of the polySi83 and 84 gates has been improved to improve breakdown voltage. In this state, as shown in FIG. 11M, the first polySi layer 83,
SiO 2 films 85 and 86 with a thickness of about 0.3 μm are formed on the second layer polySi layer 91 and SiO 2 films 102 and 104 with a thickness of about 0.2 μm are formed on the second polySi layer 91 and the source and drain n + diffusion layers.
112 is formed.
上記したように、ポリシリコンの如き高温に
耐える材料をゲート電極として第11図J、K
のようにMOS素子を形成したのち、低温酸化
法によりこのゲート電極に酸化膜を形成し、Si
基板(ウエル)上の薄いSiO2膜を除去し、改
めて基板上にSiO2膜を形成し、その上にSi3N4
膜を設け更にその上に部分的にポリSiのゲート
電極を形成し、上記Si3N4膜をマスクとしてポ
リSiゲート表面を酸化して酸化膜を形成し、こ
の酸化膜をマスクとしてSi3N4膜を除去して第
11図Mに示す如きMNOS素子を形成すると
いう方法を採用することによつて、MOSより
も後にMNOS素子が形成されるためMNOS素
子の特性の劣化が少なくなる。又、選択酸化法
を適用してMOS又はMNOSのゲートを酸化膜
で覆うため層間耐圧又は層間容量等で好ましい
特性をもつたものが得られる。 As mentioned above, a material that can withstand high temperatures, such as polysilicon, is used as the gate electrode in Figures 11J and K.
After forming a MOS device as shown in the figure, an oxide film is formed on this gate electrode using a low-temperature oxidation method, and the Si
The thin SiO 2 film on the substrate (well) is removed, another SiO 2 film is formed on the substrate, and Si 3 N 4 is added on top of it.
A film is provided, and a poly-Si gate electrode is partially formed on the film. Using the Si 3 N 4 film as a mask, the surface of the poly-Si gate is oxidized to form an oxide film. Using this oxide film as a mask, Si 3 By adopting the method of removing the N 4 film and forming the MNOS element as shown in FIG. 11M, the MNOS element is formed after the MOS, so that the deterioration of the characteristics of the MNOS element is reduced. Furthermore, since the selective oxidation method is applied to cover the gate of the MOS or MNOS with an oxide film, a device with favorable characteristics such as interlayer breakdown voltage or interlayer capacitance can be obtained.
このようにしてMNOS素子が形成されるが、
第11図L及びMに対応してMNOS素子形成
部及びMOS素子形成部を拡大断面図を用いて
描くと第30図乃至第33図のようになる。即
ち、第30図のように、10nm以下という極め
て薄いSiO2膜88の上に被着形成されたSi3N4
膜90上に部分的にポリシリコン層91が形成
され、このポリシリコン層をマスクとして基板
表面内にソース・ドレイン形成用不純物が導入
され、次いで第31図に示すようにSi3N4膜を
マスクとしてこのポリシリコン層91の表面が
酸化されその表面に比較的厚い酸化膜(SiO2)
102が形成される。更に第32図のように、
この形成された酸化膜102をマスクとして
Si3N4膜90が部分的にエツチング除去され
る。この時薄いSiO2膜88も基板表面より除
去されるが、第33図に示すように酸化性雰囲
気中で加熱処理して露出されたソース・ドレイ
ン領域の表面に酸化膜(SiO2)104,10
5を形成する。ゲート電極材料とSi3N4膜エツ
チング液(又はガス)の組み合せによつては、
ゲート電極もエツチングされるおそれがある
が、上記のようにゲート電極をパターニングし
た後Si3N4膜をマスクとして酸化しゲート電極
を酸化膜で覆いこの酸化膜をマスクとして
Si3N4膜をエツチングするので、ゲート電極材
料がSi3N4エツチング液によつてエツチされる
場合にもこの方法で微細なゲート電極を保護す
ることができる。又、第33図に示すようにポ
リシリコン層91上のSiO2膜102とシリコ
ン基板(ウエル)表面に形成されるSiO2膜1
04,105とでSi3N4膜90が完全に覆われ
るので、このように十分な酸化処理を施こすこ
とによつて、所謂プロテクテツドゲート
(protected gate)の構造を自己整合的に形成
することができるので、MNOS素子ゲート耐
圧を向上することができ、又、寄生容量を小さ
くすることができる等の効果がある。 In this way, an MNOS element is formed,
If the MNOS element formation part and the MOS element formation part are drawn using enlarged sectional views corresponding to FIGS. 11L and 11M, they become as shown in FIGS. 30 to 33. That is, as shown in FIG. 30, Si 3 N 4 deposited on an extremely thin SiO 2 film 88 of 10 nm or less
A polysilicon layer 91 is partially formed on the film 90, impurities for forming sources and drains are introduced into the substrate surface using this polysilicon layer as a mask, and then a Si 3 N 4 film is formed as shown in FIG. The surface of this polysilicon layer 91 is oxidized as a mask, and a relatively thick oxide film (SiO 2 ) is formed on the surface.
102 is formed. Furthermore, as shown in Figure 32,
Using this formed oxide film 102 as a mask,
The Si 3 N 4 film 90 is partially etched away. At this time, the thin SiO 2 film 88 is also removed from the substrate surface, but as shown in FIG. 33, an oxide film (SiO 2 ) 104, 10
form 5. Depending on the combination of gate electrode material and Si 3 N 4 film etching solution (or gas),
There is a risk that the gate electrode may also be etched, but after patterning the gate electrode as described above, oxidize it using the Si 3 N 4 film as a mask, cover the gate electrode with an oxide film, and use this oxide film as a mask.
Since the Si 3 N 4 film is etched, this method can protect the fine gate electrode even when the gate electrode material is etched by the Si 3 N 4 etching solution. Furthermore, as shown in FIG. 33, the SiO 2 film 102 on the polysilicon layer 91 and the SiO 2 film 1 formed on the silicon substrate (well) surface
Since the Si 3 N 4 film 90 is completely covered with 04 and 105, by performing sufficient oxidation treatment in this way, a so-called protected gate structure can be formed in a self-aligned manner. Therefore, the gate breakdown voltage of the MNOS element can be improved, and the parasitic capacitance can be reduced.
また、第30図乃至第33図より理解される
ように、同一半導体基板上にMNOS素子MOS
素子との両素子を形成し、MNOS素子のゲー
ト下にのみSi3N4膜90を残すことにより、上
記の如くMNOS素子のゲート耐圧を向上させ
るために行なう酸化処理で第33図に示すよう
にMOS素子のゲート電極の端部も酸化され逆
ひさし構造とすることができMOS素子のゲー
ト耐圧をも向上せしめることができるので、結
果として両タイプの素子のゲート耐圧を向上で
きる。 Furthermore, as understood from FIGS. 30 to 33, MNOS elements and MOS
By forming both elements and leaving the Si 3 N 4 film 90 only under the gate of the MNOS element, the oxidation treatment performed to improve the gate breakdown voltage of the MNOS element as shown in FIG. The end of the gate electrode of the MOS element is also oxidized to form an inverted canopy structure, and the gate breakdown voltage of the MOS element can also be improved.As a result, the gate breakdown voltage of both types of elements can be improved.
(N) 次に、第11図Mの工程を終えたあとホト
エツチング法により、第11図Nのように上記
の各酸化膜で、後でその下のn+層あるいは
polySi層と伝気的な接続をとる必要がある場
合、例えば(106、112)および、p型ウエルと
コンタクトをとる必要のある所定の部分例えば
(110、111)のSiO2膜をエツチング除去する。
この場合、約0.3μmのSiO2膜エツチングを行な
うため、p型ウエルとコンタクトをとる部分の
酸化膜は、一部エツチングされるだけで、約
0.3μmのSiO2膜が残つている。(N) Next, after completing the process shown in FIG. 11M, use the photoetching method to remove the underlying n + layer or
If it is necessary to make conductive connections with the polySi layer, remove the SiO 2 film at (106, 112) and predetermined portions (110, 111) that need to be in contact with the p-well by etching. .
In this case, since the SiO 2 film is etched to a thickness of approximately 0.3 μm, only a portion of the oxide film in contact with the p-type well is etched, and approximately
A 0.3 μm SiO 2 film remains.
(O) この後、上記工程で用いたホトレジスト膜
を除去したのちCVD法により、P2O2濃度約1
モルのフオスフオシリケートガラス(以下リン
ガラスと称す)20を堆積し、この後、H2雰
囲気で、900℃、20分の熱処理を行ない、リン
ガラスの緻密化、およびMNOS素子の特性改
善を行なう。(O) After this, after removing the photoresist film used in the above step, the P 2 O 2 concentration was reduced to approximately 1 by CVD method.
A phosphorus phosphosilicate glass (hereinafter referred to as phosphorus glass) 20 is deposited, and then heat treatment is performed at 900°C for 20 minutes in an H 2 atmosphere to densify the phosphorus glass and improve the characteristics of the MNOS element. .
この後、上に記したようなn+層、polySi層お
よびp型ウエル層などと、電気的な接続をとる
必要がある領域上のリンガラスをホトエツチン
グ法により除去する。この際、光にあけた酸化
膜の穴114〜118と、このリンガラスの穴
が少なくとも1部の領域を共有するようにし、
その部分のSi基板表面、あるいはpolySi表面を
露出する。この状態では、p型ウエルとコンタ
クトをとる部分(116、117、60)には、光のエ
ツチング時のオーバーエツチングによりわずか
に膜厚が減少するものの、依然として、約0.2μ
m程度のSiO2膜が残つているため、さらに、
ホトエツチング法により、先にあけたリンガラ
スの穴の内側にホトレジストの穴がくるように
して、残つた約0.2μmのSiO2膜をエツチング除
去する。 Thereafter, the phosphor glass on the regions where it is necessary to make electrical connections with the above-described n + layer, polySi layer, p-type well layer, etc. is removed by photoetching. At this time, the holes 114 to 118 in the oxide film made to the light and the holes in the phosphor glass are made to share at least a part of the area,
Expose that portion of the Si substrate surface or polySi surface. In this state, the film thickness of the parts (116, 117, 60) that make contact with the p-well decreases slightly due to over-etching during photo-etching, but the film thickness is still approximately 0.2 μm.
In addition, since a SiO 2 film of about m remains,
Using a photo-etching method, the remaining SiO 2 film of about 0.2 μm is removed by etching so that the photoresist hole is located inside the phosphor glass hole previously drilled.
リンガラスとSiO2膜の二層膜にコンタクト
用の穴をあける場合、リンガラスのエツチング
速度が早くSiO2のエツチング速度が遅いため
二層膜を一度に穴あけを行なうと穴の寸法が大
きくなつたり、或いはホトレジストとリンガラ
スの密着性が悪くなる等加工上の問題がある
が、上述の第11図N及び第11図Oの説明及
び部分拡大図第34図乃至第36図より判るよ
うに、先ず基板表面上のSiO2膜105にコン
タクト用マスクを用いてエツチングにより穴あ
け119を行ない、この後リンガラス120を
堆積させ、次に少なくとも上記コンタクト用穴
119の一部を共有する形でリンガラス層12
0に穴あけを行ない孔部125を設けるように
することによつて、該穴あけが設計値に対して
より精度よく行なうことができる。なお、第3
6図ではリンガラスの穴部125がSiO2膜の
穴部119より少しずれた形態を図示している
が、アルミニウム等の金属配線の段切れを防止
するためにはSiO2膜の穴部119を全て更に
望ましくはSiO2膜の端部表面までも露出する
ようにリンガラスの穴部125を形成した方が
望ましい。 When drilling a contact hole in a two-layer film of phosphor glass and SiO 2 film, the etching speed of phosphor glass is fast and the etching speed of SiO 2 is slow, so if the two-layer film is drilled at once, the hole size will become large. However, as can be seen from the explanation of FIGS. 11N and 11O and partially enlarged views of FIGS. 34 to 36, First, a hole 119 is formed in the SiO 2 film 105 on the surface of the substrate by etching using a contact mask, and then a phosphor glass 120 is deposited, and then a phosphor glass 120 is formed so as to share at least a part of the contact hole 119. glass layer 12
By drilling a hole at 0 and providing the hole 125, the drilling can be performed with higher accuracy than the design value. In addition, the third
In Figure 6, the hole 125 of the phosphor glass is slightly shifted from the hole 119 of the SiO 2 film, but in order to prevent the metal wiring such as aluminum from breaking, the hole 119 of the SiO 2 film It is more desirable to form the phosphor glass hole 125 so as to expose even the end surface of the SiO 2 film.
(P) 次に、上記で使用したホトレジストを除去
したのち、全面にAl蒸着膜を約300℃で形成す
る。膜厚は約0.8μmである。(P) Next, after removing the photoresist used above, an Al vapor deposition film is formed on the entire surface at about 300°C. The film thickness is approximately 0.8 μm.
次にホトエツチング法により、第11図Oに
示すように上記Al膜に配線パターンを形成し
てアルミニウム電極又は配線部121,12
2,123,124を形成し、ホトレジストを
除去したのち、上記Alとn+、polySiあるいは
p型ウエルとのコンタクトを確実にとるため、
および表面準位を減少するため、H2雰囲気で
約450℃60分の熱処理を行なう。 Next, by photo-etching, a wiring pattern is formed on the Al film as shown in FIG.
After forming 2, 123, 124 and removing the photoresist, in order to ensure contact between the above Al and the n + , polySi or p-type well,
In order to reduce surface states, heat treatment is performed at approximately 450°C for 60 minutes in an H 2 atmosphere.
異常詳細に説明した(A)乃至(P)の工程を終る
ことによつて、第11図Oに示すように、ゲート
電極91を有するMNOS素子、ゲート電極83
を有するエンハンスメント型のMOS素子、ゲー
ト電極84を有するデブリーシヨン型のMOS素
子と共に、特別なホトマスクを増加せずに半導体
領域97,11,1からなるNPN型バイポーラ
トランジスタを一枚の半導体基板1内及びその上
に形成することができる。なお、同図中121は
EMOS素子のソース又はドレイン電極を、12
2はバイポーラトランジスタのエミツタ電極を、
123は同トランジスタのベース電極及びp型ウ
エル領域11の電極を、124は領域22及び基板
の電極を構成している。 By completing the steps (A) to (P) described in abnormal detail, as shown in FIG.
In addition to an enhancement type MOS element having a gate electrode 84 and a depletion type MOS element having a gate electrode 84, an NPN type bipolar transistor consisting of semiconductor regions 97, 11, and 1 can be integrated into a single semiconductor substrate 1 without adding a special photomask. can be formed on it. In addition, 121 in the same figure is
The source or drain electrode of the EMOS element is
2 is the emitter electrode of the bipolar transistor,
123 constitutes the base electrode and the electrode of the p-type well region 11 of the transistor, and 124 constitutes the electrode of the region 22 and the substrate.
第15図は、リンガラス層を形成する前のメモ
リアレイの平面図を示し、第16図は、アルミニ
ウム配線を形成した後のメモリアレイの平面図を
示している。また第17図、第18図及び第19
図は、それぞれ第16図の平面のA−A視断面、
B−B視断面及びC−C視断面を示している。 FIG. 15 shows a plan view of the memory array before forming the phosphor glass layer, and FIG. 16 shows a plan view of the memory array after forming the aluminum wiring. Also, Figures 17, 18 and 19
The figures are a cross section taken along line AA in the plane of FIG. 16, and
A BB cross section and a CC cross section are shown.
メモリアレイは、n型シリコン基板1上に形成
されたP型ウエル領域10a上に形成されてい
る。 The memory array is formed on a P-type well region 10a formed on an n-type silicon substrate 1.
第15図において、メモリセルのMNOS及び
スイツチ用MISFETのソース領域、ドレイン領
域及びチヤンネル領域とされる部分は一点鎖線で
区画されて示されている。上記の一点鎖線で囲ま
れた区域CH1,CH2以外のP型ウエル領域10a
の表面には、厚いシリコン酸化膜60が形成され
ている。 In FIG. 15, the source region, drain region, and channel region of the MNOS of the memory cell and the MISFET for the switch are shown separated by dashed-dotted lines. P-type well region 10a other than the areas CH1 and CH2 surrounded by the dashed line above
A thick silicon oxide film 60 is formed on the surface.
上記P型ウエル領域10aの表面には、シリコン
酸化膜を介して上記区域CH1,CH2を横切る
方向に、メモリセルのスイツチ用MISFETのゲ
ート電極とされかつ第1のワード線とされる複数
の多結晶シリコン層W11,W21,W31,W
41が配置されている。 On the surface of the P-type well region 10a, a plurality of polygons are formed on the surface of the P-type well region 10a in a direction crossing the areas CH1 and CH2 through a silicon oxide film, and are used as gate electrodes of MISFETs for switching of memory cells and as first word lines. Crystalline silicon layers W11, W21, W31, W
41 are arranged.
同様に、メモリセルのMNOSのゲート電極と
されかつ第2ワード線とされる複数の多結晶シリ
コン層W12,W22,W32,W42が配置さ
れている。 Similarly, a plurality of polycrystalline silicon layers W12, W22, W32, and W42 are arranged, which serve as gate electrodes of the MNOS of the memory cells and serve as second word lines.
上記各多結晶シリコン層で覆われていない区域
CH1,CH2におけるP型ウエル領域10aの表面
には、前記の第11図をもつて説明したような製
法によりn型不純物が導入され、MNOS及びス
イツチ用MISFETのソース及びドレイン領域と
するためのn+型領域が形成されている。 Areas not covered by each of the above polycrystalline silicon layers
An n-type impurity is introduced into the surface of the P-type well region 10a in CH1 and CH2 by the manufacturing method described above with reference to FIG. A + type region is formed.
区域CH1内において、n+型領域92a、多結晶
シリコン層W11,W12及びn+型領域92a、
第1のメモリセルを構成する。すなわち、n+型
領域92aは、スイツチングMISFETのドレイ
ン領域を構成し、多結晶シリコン層W11はその
ゲート電極を構成する。また、多結晶シリコン層
W12MNOのSゲート電極を構成し、n+型領域
94aはそのソース領域を構成する。 In area CH1, n + type region 92a, polycrystalline silicon layers W11, W12 and n + type region 92a,
A first memory cell is configured. That is, n + type region 92a constitutes the drain region of the switching MISFET, and polycrystalline silicon layer W11 constitutes its gate electrode. Further, the S gate electrode of the polycrystalline silicon layer W12MNO is formed, and the n + type region 94a is formed as its source region.
上記区域CH1内において、上記第1のメモリ
セルに隣接するn+型領域92b、多結晶シリコン層
W21,W22及びn+型領域94bは第2のメモリ
セルを構成する。すなわち、上記92b,W2
1,W22及び94bはそれぞれスイツチ用
MISFETのドレイ領域、そのゲート電極、
MNOSのゲート電極及びそのソース領域を構成
する。 In the area CH1, the n + type region 92b adjacent to the first memory cell, the polycrystalline silicon layers W21, W22, and the n + type region 94b constitute a second memory cell. That is, the above 92b, W2
1, W22 and 94b are for switches respectively
MISFET drain region, its gate electrode,
Configures the gate electrode of MNOS and its source region.
同様に、上記区域CH1内において、94c,
W32,W31,92cは第3のメモリセルを構
成し、92d,W41,W42,94dは第4の
メモリセルを構成している。 Similarly, in the area CH1, 94c,
W32, W31, and 92c constitute a third memory cell, and 92d, W41, W42, and 94d constitute a fourth memory cell.
上記区域CH1の隣りの区域内においても記号
を付していないが第1ないし第4のメモリセルが
構成されている。 First to fourth memory cells are also formed in the area adjacent to the area CH1, although no symbols are attached thereto.
上記区域CH1内に形成された各メモリセル
は、第1のメモリセル列を構成し、同様に区域
CH2内に形成された各メモリセルは第2のメモ
リセル列を構成する。 Each memory cell formed in the area CH1 constitutes a first memory cell column and similarly forms the area CH1.
Each memory cell formed in CH2 constitutes a second memory cell column.
第1ワード先としての多結晶シリコン層W11
は、第15図のように、厚いシリコ酸化膜60上
において多結晶シリコン層W12の下を横切つて
延びる延長部分W11aないしW11cを持つて
いる。 Polycrystalline silicon layer W11 as the first word destination
15, has extended portions W11a to W11c extending across the bottom of the polycrystalline silicon layer W12 on the thick silicon oxide film 60.
上記多結晶シリコン層W12は、前記のように
第2ワード線を構成するので、記憶情報の書き込
み時に+25Vのような高電圧を受けることにな
る。そのため、多結晶シリコン層W12の下のP
型ウエル領域10aの表面に寄生チヤンネルが誘
起されることが有る。多結晶シリコン層W11
は、第1ワード線を構成し、前記の+5Vのよう
な低電圧系の信号を受ける。従つて、上記多結晶
シリコン層W12の下のP型ウエル領域10aの
表面に誘起される上記寄生チヤンネルは、上記多
結晶シリコン層W11の延長部W11aないしW
11c下においてそれぞれ遮断されることにな
る。 Since the polycrystalline silicon layer W12 constitutes the second word line as described above, it receives a high voltage such as +25V when writing storage information. Therefore, P under the polycrystalline silicon layer W12
A parasitic channel may be induced on the surface of the mold well region 10a. Polycrystalline silicon layer W11
constitutes the first word line and receives a low voltage signal such as +5V mentioned above. Therefore, the parasitic channel induced on the surface of the P-type well region 10a under the polycrystalline silicon layer W12 is caused by the extensions W11a to W11 of the polycrystalline silicon layer W11.
11c, respectively.
その結果、区域CH1とCH2とにおけるメモ
リセル相互が、寄生チヤンネルによつて電気的に
結合し、その結果、選択すべきメモリセルに情報
の書き込みが行なわれなくなるというような望ま
しくない動作を防ぐことができる。 As a result, the memory cells in the areas CH1 and CH2 are electrically coupled to each other by the parasitic channel, and as a result, it is possible to prevent an undesirable operation such as information not being written to the selected memory cell. I can do it.
上記第15図のメモリアレイの表面に、前記第
11図で説明した製法によりリンガラス層120
が形成され、次いでこのリンガラス層120及び
その下の酸化膜が選択的に除去され、上記n+型
領域を露出する開孔CNT1ないしC5(第6図
参照)が設けられる。 A phosphor glass layer 120 is formed on the surface of the memory array shown in FIG. 15 by the manufacturing method explained in FIG.
is formed, and then the phosphorus glass layer 120 and the oxide film thereunder are selectively removed to provide openings CNT1 to C5 (see FIG. 6) that expose the n + type region.
次いでアルミニウムの蒸着及びその選択エツチ
ングが行なわれ、第16図のように、アルミニウ
ム配線層ED1,ED2,D1及びD2が形成され
る。 Next, aluminum is deposited and selectively etched to form aluminum wiring layers ED1, ED2, D1 and D2 as shown in FIG.
上記配線層ED1は、それぞれ上記開孔CNT
1,CNT3及びCNT5において、第1ないし第
4のメモリセルにおけるMNOSのソース領域と
してのn+領域94a、94b、94c及び94d(第15
図参照)に接触する。従つて、この配線層ED1
は、メモリアレイの基準電位線を構成する。 The wiring layer ED1 has the above-mentioned open-hole CNT.
1. In CNT3 and CNT5, n + regions 94a, 94b, 94c and 94d (15th
(see figure). Therefore, this wiring layer ED1
constitutes the reference potential line of the memory array.
配線層D1は、それぞれ上記開孔CNT2及び
CNT4において、第1ないし第4のメモリセル
におけるスイツチ用MISFETのドレイン領域と
してのn+型領域92a,92b,92c及び9
2dに接触する。従つて、この配線D1は、メモ
リアレイのデイジツト線を構成する。 The wiring layer D1 has the above-mentioned open-hole CNT2 and
In the CNT4, n + type regions 92a, 92b, 92c and 9 serve as drain regions of switch MISFETs in the first to fourth memory cells.
Contact 2d. Therefore, this wiring D1 constitutes a digit line of the memory array.
同様に、配線層ED2,C2はそれぞれ他の基
準電位線、デイジツト線を構成する。 Similarly, the wiring layers ED2 and C2 constitute other reference potential lines and digit lines, respectively.
上記のメモリアレイは、第15図のように、同
一メモリ列内のメモリセルにおけるMNOSとス
イツチング用MISFETとの配列を交互に反転さ
せている。従つて、例えば92aと92b,94
bと94cのように隣り合うメモリセルのn+型
領域を共通化でき、それぞれのメモリセルのため
のn+型領域をそれぞれ独立に形成するような場
合に比べて列方向の寸法を小さくすることができ
る。 In the above memory array, as shown in FIG. 15, the arrangement of MNOS and switching MISFET in memory cells in the same memory column is alternately reversed. Therefore, for example, 92a, 92b, 94
The n + type regions of adjacent memory cells can be shared as shown in b and 94c, and the dimension in the column direction can be made smaller than in the case where the n + type regions for each memory cell are formed independently. be able to.
また、第16図のように、メモリセルを形成す
る区域CH1,CH2上も配線領域となるようア
ルミニウム配線層ED1,ED2,D1,D2を上
記区域CH1,CH2が延びる方向に対し傾斜さ
せているので、配線領域を上記区域に対して独立
に設定するような場合に比べて行方向、すなわ
ち、紙面の横方向の寸法を小さくすることができ
る。 Furthermore, as shown in FIG. 16, the aluminum wiring layers ED1, ED2, D1, and D2 are inclined with respect to the direction in which the areas CH1 and CH2 extend so that the areas CH1 and CH2 where memory cells are formed also serve as wiring areas. Therefore, the dimension in the row direction, that is, in the lateral direction of the paper surface, can be made smaller than in the case where the wiring area is set independently of the above-mentioned area.
加えて、基準電位線及びデイジツト線として
n+型半導体配線領域などの半導体を使用するの
でなく図示のようにアルミニウム配線層を使用す
るので、その抵抗を充分小さくできる。配線抵抗
の減少により、上記のメモリアレイは高速度で動
作することができるようになる。 In addition, it can be used as a reference potential line and digit line.
Since an aluminum wiring layer is used as shown in the figure instead of using a semiconductor such as an n + type semiconductor wiring region, its resistance can be sufficiently reduced. The reduction in interconnect resistance allows the memory array described above to operate at high speeds.
第20図は、リンガラス層を形成する前の単位
のXデコーダのパターンを示しており、第21図
は上記第20図に対応した部分のアルミニウム配
線層を形成した後のパターンを示している。 Fig. 20 shows the pattern of the unit X decoder before forming the phosphor glass layer, and Fig. 21 shows the pattern after forming the aluminum wiring layer in the portion corresponding to Fig. 20 above. .
単位Xデコーダのそれぞれがメモリアレイのメ
モリセル行と対応して設けられるので、単位Xデ
コーダのそれぞれは、上記メモリセル行のピツチ
を増加させないように考慮される。そのために、
特に制限されないが、以下説明するように、第2
0図、第21図においては、2つの単位Xデコー
ダの組合せが実質的に1つの単位とされる。 Since each of the unit X decoders is provided corresponding to a memory cell row of the memory array, each of the unit X decoders is taken into account so as not to increase the pitch of the memory cell row. for that,
Although not particularly limited, as explained below, the second
In FIGS. 0 and 21, the combination of two unit X decoders is substantially one unit.
第20図において、Xデコーダは、n型シリコ
ン基板1上に形成されたP型ウエル領域11上に
形成される。各MISFETを形成するための領域
は、同図において一点鎖線で囲まれている。上記
領域以外のP型ウエル領域11の表面は、前記と
同様に厚いシリコン酸化膜60が形成されてい
る。 In FIG. 20, the X decoder is formed on a P-type well region 11 formed on an n-type silicon substrate 1. In FIG. The region for forming each MISFET is surrounded by a dashed line in the figure. A thick silicon oxide film 60 is formed on the surface of the P-type well region 11 other than the above-mentioned region, as described above.
上記シリコン酸化膜60及び上記一点鎖線で囲
まれた領域上のゲート酸化膜上には、打点と実線
との組合せで示したようえなパターンの第1層目
の多結晶シリコン層W11,W21,a0,a
0′,a1,a1′が形成されている。上記一点鎖
線で囲まれた領域のうち、上記多結晶シリコン層
下以外において前記の第11図の製法によりn+
型領域が形成されている。 On the silicon oxide film 60 and the gate oxide film on the region surrounded by the one-dot chain line, first layer polycrystalline silicon layers W11, W21, a0 have a pattern as shown by the combination of dots and solid lines. ,a
0', a1, a1' are formed. In the area surrounded by the above-mentioned dashed line, except under the above-mentioned polycrystalline silicon layer, n +
A mold region is formed.
第20図において、左下りの斜線の付けられた
部分の多結晶シリコン層の下には、エンハンスメ
ント型MISFETのチヤンネル領域が形成される
ことを意味しており、左下り及び右下りの2つの
斜線が組合されて付けられた部分の多結晶シリコ
ン層の下には、デイプレツシヨン型MISFETの
チヤンネル領域が形成されることを意味してい
る。 In Fig. 20, the channel region of the enhancement type MISFET is formed under the polycrystalline silicon layer in the area marked with diagonal lines on the lower left and the lower right. This means that a channel region of a depletion-type MISFET is formed under the polycrystalline silicon layer where these are combined.
第20図の紙面の上半分の部分においてn+型
領域VCCaと多結晶シリコン層W11とn+型領域
W11bとによつてデイプレツシヨン型
MISFETQ3が構成され、n+型領域W11cと多
結晶シリコン層a0′とn+型領域GNDaとによつ
てエンハンスメント型MISFETQ4が構成され、
n+型領域W11cと多結晶シリコン層a1′とn+
型領域GNDbとによつてエンハンスメント型
MISFETQ5が構成されている。 In the upper half of the paper in FIG .
MISFETQ3 is configured, and enhancement type MISFETQ4 is configured by n + type region W11c, polycrystalline silicon layer a0', and n + type region GNDa,
n + type region W11c, polycrystalline silicon layer a1' and n +
Enhancement type by type area GNDb
MISFETQ5 is configured.
第20図の紙面の下半分の部分において同様な
MISFETQ3′,Q4′及びQ5′が構成される。 In the lower half of the paper in Figure 20, the same
MISFETQ3', Q4' and Q5' are configured.
上記第20図のデコーダの表面には第21図の
ようにリンガラス層120が形成され、次いでこ
のリンガラス層及びその下の酸化膜に選択エツチ
ングにより開孔が設けられる。 As shown in FIG. 21, a phosphor glass layer 120 is formed on the surface of the decoder shown in FIG. 20, and then holes are formed in the phosphor glass layer and the oxide film thereunder by selective etching.
アルミニウム蒸着及びその選択エツチングによ
り第21図のように各種のアルミニウム配線層が
形成される。なお、図において、上記リンガラス
層及び酸化膜等の絶縁膜に設けられた開孔が×印
によつて示されている。従つて上記×印部分にお
いて上記各アルミニウム配線層はその下の多結晶
シリコン層もしくは半導体領域に接触する。 Various aluminum wiring layers are formed by aluminum vapor deposition and selective etching as shown in FIG. In the figure, the openings provided in the phosphor glass layer and the insulating film such as the oxide film are indicated by x marks. Therefore, each aluminum wiring layer contacts the underlying polycrystalline silicon layer or semiconductor region at the x-marked portion.
第21図において、配線層W11aは、短絡用
の配線層であり、MISFETQ3(第20図参照)
のゲート電極としての多結晶シリコン層W11と
そのソース領域及び前記MISFETQ4,Q5の共
通のドレイン領域としてのn+型領域W11bと
を短絡している。配線層VCCは電源用の配線層
であり、MISFETQ3及びQ3′(第20図参照)
の共通ドレイン領域としてのn+型領域VCCaに接
触している。配線層GNDは接地用の配線層であ
り、MISFETQ4,Q4′の共通ソース領域とし
てのn+型領域GNDaに接触している。なお、第
20図のように、MISFETQ5,Q5′の共通ソ
ース領域としてのn+型領域GNDbは上記n+型領
域GNDaに連続している。 In FIG. 21, the wiring layer W11a is a short circuit wiring layer, and MISFETQ3 (see FIG. 20)
The polycrystalline silicon layer W11 serving as the gate electrode of the MISFET Q4 and the n + type region W11b serving as the source region and the common drain region of the MISFETs Q4 and Q5 are short-circuited. The wiring layer VCC is a wiring layer for power supply, and MISFETQ3 and Q3' (see Figure 20)
The n + type region as a common drain region is in contact with VCCa. The wiring layer GND is a wiring layer for grounding, and is in contact with the n + type region GNDa as a common source region of MISFETQ4, Q4'. As shown in FIG. 20, the n + type region GNDb, which serves as a common source region of MISFETs Q5 and Q5', is continuous with the n + type region GNDa.
配線層a0と0は、互いに逆相のアドレス信
号を受ける対の配線層であり、そのうちの選択さ
れた一方、すなわち図示の場合a0が多結晶シリ
コン層a0′に接触し、またa0″に接触してい
る。 The wiring layers a0 and 0 are a pair of wiring layers that receive address signals of opposite phases to each other, and a selected one of them, that is, a0 in the illustrated case, contacts the polycrystalline silicon layer a0' and contacts the polycrystalline silicon layer a0''. are doing.
同様に、配線層a1とa1は互いに逆相の他の
アドレス信号を受ける対の配線層である。図示の
場合、配線層a1が多結晶シリコン層a1′に接
触し、配線層1が多結晶シリコン層a1″に接
触している。 Similarly, wiring layers a1 and a1 are a pair of wiring layers that receive other address signals having opposite phases to each other. In the illustrated case, wiring layer a1 is in contact with polycrystalline silicon layer a1', and wiring layer 1 is in contact with polycrystalline silicon layer a1''.
以上のように、第12図の上半分に前記第1図
のXデコーダXD1のような単位デコーダが構成
され、下半分においてXD2のような他の単位デ
コーダが構成されている。 As described above, a unit decoder such as the X decoder XD1 of FIG. 1 is configured in the upper half of FIG. 12, and another unit decoder such as XD2 is configured in the lower half.
上記単位Xデコーダは、メモリセル行に対応し
て並べられる。従つて配線層VCC,GND,a
0,0,a1,1等は複数の単位Xデコーダ
に共通とされる。 The unit X decoders are arranged corresponding to memory cell rows. Therefore, the wiring layer VCC, GND, a
0, 0, a1, 1, etc. are common to a plurality of unit X decoders.
第22図A及び第22図Bは、リンガラス層を
形成する前の単位の書き込み回路のパターンを示
しており、第23図A及び第23図Bはそれぞれ
上記第22図A、第22図Bに対応した部分のア
ルミニウム配線層を形成した後のパターンを示し
ている。なお、パターンとしての第22図Aの右
端は第22図Bの左端につながり、同様に第23
図Aの右端は第23図Bの左端につながる。 22A and 22B show the unit write circuit patterns before forming the phosphor glass layer, and FIGS. 23A and 23B show the patterns shown in FIGS. 22A and 22B, respectively. The pattern after forming the aluminum wiring layer in the portion corresponding to B is shown. In addition, the right end of FIG. 22A as a pattern is connected to the left end of FIG. 22B, and similarly, the right end of FIG.
The right end of Figure A connects to the left end of Figure 23B.
上記第22図A,B、第23図A,Bのパター
ンは前記第20図、第21図と同じ標記法で示さ
れている。 The patterns in FIGS. 22A, B and 23A, B are shown using the same notation as in FIGS. 20 and 21.
単位の書き込み回路は、前記Xデコーダと同様
な理由により、その2つが実質的に1つの単位と
される。 For the same reason as the X decoder, the two unit write circuits are essentially one unit.
厚いシリコン酸化膜60を介してメモリアレイ
を構成するための二点鎖線で示されたP型ウエル
領域10b上に延長されてきた第1ワード線とし
の多結晶シリコン層W11,W21は、それぞれ
アルミニウム配線層W11C,W21Cを介して
P型ウエル領域11に形成されたMISFETQ15,
Q15′のドレイ領域W11d,W21dに接触
する。 Polycrystalline silicon layers W11 and W21, which serve as first word lines, are extended onto the P-type well region 10b indicated by the two-dot chain line for configuring the memory array through the thick silicon oxide film 60, and are made of aluminum. MISFETQ15 formed in the P-type well region 11 via wiring layers W11C and W21C,
It contacts the drain regions W11d and W21d of Q15'.
なお、上記P型ウエル領域10bには、図示の
ように消去回路(第1図参照)からの信号が加え
られるアルミニウム配線層eが接触する。 Note that the P-type well region 10b is in contact with an aluminum wiring layer e to which a signal from an erasing circuit (see FIG. 1) is applied as shown.
上記MISFETQ15,Q16のゲートとしての
多結晶シリコン層Weには、制御線We(第1図参
照)の信号が加えられる。 A signal from a control line We (see FIG. 1) is applied to the polycrystalline silicon layer We serving as the gates of the MISFETs Q15 and Q16.
第2ワード線としての多結晶シリコン層W1
2,W22は、それぞれアルミニウム配線層W1
2a,W22aを介して、二点鎖線で示されてい
るP型ウエル領域11に形成されたMISFETQ1
6とQ17の共通ドレイン領域W12b、
MISFETQ16′とQ17′との共通ドレイン領域
W22bに接触し、更に、それぞれ多結晶シリコ
ン層W12c,W22cに接触している。 Polycrystalline silicon layer W1 as second word line
2, W22 are aluminum wiring layers W1, respectively.
2a and W22a, MISFETQ1 formed in the P-type well region 11 indicated by the two-dot chain line
6 and Q17 common drain region W12b,
It contacts the common drain region W22b of MISFET Q16' and Q17', and also contacts the polycrystalline silicon layers W12c and W22c, respectively.
上記MISFETQ16,Q17,Q16′,Q1
7′の共通ゲートとしての多結晶シリコン層VCC
には+5Vの電源電圧が加えられる。 Above MISFETQ16, Q17, Q16', Q1
Polycrystalline silicon layer VCC as common gate of 7'
+5V power supply voltage is applied to.
MISFETQ18とQ18′との共通ドレイン領
域GNDaには、接地電位にされるアルミニウム配
線層GNDが接触している。 The common drain region GNDa of the MISFETs Q18 and Q18' is in contact with an aluminum interconnection layer GND set to a ground potential.
多結晶シリコン層W12cは、独立のP型ウエ
ル領域11rに形成されたMISFETQ19のゲー
ト電極とされており、アルミニウム配線層W12
dによつて上記MISFETQ19のソース領域W1
2eとP型ウエル領域11rとに接触している。 The polycrystalline silicon layer W12c is used as the gate electrode of the MISFET Q19 formed in the independent P-type well region 11r, and the aluminum wiring layer W12
Source region W1 of MISFETQ19 by d
2e and the P-type well region 11r.
同様に、多結晶シリコン層W22cは、他の独
立P型ウエル領域11sに形成されたMISFETQ
19′のゲート電極とされており、アルミニウム
配線層W22dによつて上記MISFETQ19′の
ソース領域W22eとP型ウエル領域11sとに
接触している。 Similarly, the polycrystalline silicon layer W22c is connected to the MISFETQ formed in the other independent P-type well region 11s.
19', and is in contact with the source region W22e of the MISFET Q19' and the P-type well region 11s through the aluminum wiring layer W22d.
上記MISFETQ19とQ19′は前記第9図も
しくは第11図で説明されたような構造とされて
いる。n型シリコン基板1上に延長された上記
MISFETQ19とQ19′との共通ドレイン領域
VPPaには、書き込み及び消去法の高電圧が加え
られるアルミニウム配線層VPPに接触している。 The above MISFETs Q19 and Q19' have the structure as explained in FIG. 9 or FIG. 11 above. The above extended on the n-type silicon substrate 1
Common drain region of MISFETQ19 and Q19'
VPPa is in contact with an aluminum wiring layer VPP to which high voltages for writing and erasing methods are applied.
上記MISFETQ15ないしQ19によつて、例
えば第1図の回路WA1が構成され、Q15′な
いしQ19′によつて他の回路WA2が構成され
る。 The MISFETs Q15 to Q19 constitute, for example, the circuit WA1 in FIG. 1, and the MISFETs Q15' to Q19' constitute another circuit WA2.
第22図A,B、第23図A,Bの単位の書き
込み回路は前記のXデコーダと同様に、メモリセ
ル行と対応して並べられる。 The unit write circuits shown in FIGS. 22A and 22B and 23A and 23B are arranged in correspondence with the memory cell rows, similar to the X decoder described above.
第24図は、リンガラス層を形成する前のYゲ
ートのパターンを示しており、第25図は、アル
ミニウム配線層を形成した後の上記第24図に対
応した部分のパターンを示している。 FIG. 24 shows the pattern of the Y gate before forming the phosphor glass layer, and FIG. 25 shows the pattern of the portion corresponding to FIG. 24 after forming the aluminum wiring layer.
共通デイジツト線としての多結晶シリコン層
CDには、単位ゲートを並列接続するためのアル
ミニウム配線層CDaが接触している。 Polycrystalline silicon layer as common digit line
An aluminum wiring layer CDa for connecting unit gates in parallel is in contact with CD.
上記アルミニウム配線層CDaは、MISFETQ1
1とQ13の共通ドレイン領域CDbに接触してい
る。上記MISFETQ11,Q13のゲート電極と
しての多結晶シリコ層Y1a,Y2aにはそれぞ
れYデコーダYD1,YD2(第1図参照)の出
力を受けるアルミニウム配線層Y1,Y2が接触
している。 The above aluminum wiring layer CDa is MISFETQ1
It is in contact with the common drain region CDb of Q1 and Q13. Polycrystalline silicon layers Y1a, Y2a serving as gate electrodes of MISFETs Q11, Q13 are in contact with aluminum wiring layers Y1, Y2, which receive outputs from Y decoders YD1, YD2 (see FIG. 1), respectively.
MISFETQ11のソース領域とQ12のドレイ
ン領域は共通のn+型領域D1bとされ、同様に
MISFETQ13のソース領域とQ14のドレイン
領域が共通のn+型領域とされている。 The source region of MISFET Q11 and the drain region of Q12 are a common n + type region D1b, and similarly
The source region of MISFET Q13 and the drain region of Q14 are a common n + type region.
上記MISFETQ12とQ14のゲート電極とし
ての多結晶シリコン層VCCには、+5Vの電源電圧
が供給される。 A power supply voltage of +5V is supplied to the polycrystalline silicon layer VCC serving as the gate electrode of the MISFETs Q12 and Q14.
MISFETQ12のソース領域D1aには、デイ
ジツト線としてのアルミニウム配線層D1が接触
し、同様にMISFENTQ14のソース領域D2a
には、他のデイジツト線としてのアルミニウム配
線層が接触している。 The source region D1a of the MISFETQ12 is in contact with the aluminum wiring layer D1 as a digit line, and similarly the source region D2a of the MISFETQ14 is in contact with the source region D1a of the MISFETQ12.
is in contact with an aluminum wiring layer serving as another digit line.
第26図A及び第26図Bは、リンガラス層を
形成する前の書き込み禁止回路のパターンを示し
ており、第27図A及び第27図Bは、アルミニ
ウム配線層が形成された後のそれぞれ上記第26
図A、第26図Bに対応する部分のパターンを示
している。なお、パターンとして第26図Aの下
端が第26図Bの上端につながり、同様に第27
図Aの下端が第27図Bの上端につながる。 26A and 26B show the patterns of the write inhibit circuit before forming the phosphor glass layer, and FIGS. 27A and 27B show the patterns after forming the aluminum wiring layer. 26th above
The pattern of the part corresponding to FIG. A and FIG. 26B is shown. Note that as a pattern, the lower end of FIG. 26A is connected to the upper end of FIG. 26B, and similarly, the lower end of FIG.
The lower end of Figure A connects to the upper end of Figure 27B.
第6図のように、メモリアレイと書き込み禁止
回路との間に配線領域WIRが配置されるので、
特に制限されないが、第15図、第16図で説明
した基準電位線としてのアルミニウム配線層ED
1,ED2は、各MISFETの多結晶シリコン層と
同時に形成された多結晶シリコン層ED1a,ED
2aにそれぞれ接触させられる。上記配線領域
WTRにおいては、上記多結晶シリコン層ED1
a,ED1a上に酸化膜及びリンガラス層を介し
て各種のアルミニウム配線層が形成される。 As shown in Figure 6, the wiring area WIR is placed between the memory array and the write inhibit circuit, so
Although not particularly limited, the aluminum wiring layer ED as a reference potential line explained in FIGS. 15 and 16
1, ED2 are polycrystalline silicon layers ED1a, ED formed simultaneously with the polycrystalline silicon layer of each MISFET.
2a, respectively. Above wiring area
In WTR, the polycrystalline silicon layer ED1
a, Various aluminum wiring layers are formed on ED1a via an oxide film and a phosphorus glass layer.
なお、上記第26図A,B、第27図A,Bは
前記各図と同じ標記法に従つて示されている。従
つて、上記第26図A,B、第27図A,Bにお
ける書き込み禁止回路の構成については説明を省
略する。 Note that FIGS. 26A and B and FIGS. 27A and B are shown using the same notation as the previous figures. Therefore, the description of the structure of the write inhibit circuit in FIGS. 26A, B and 27A, B will be omitted.
この発明に従うと、第6図のように、メモリア
レイをはさんでデコーダと書き込み回路を配置す
るので動作速度、特に読み出し動作速度を大きく
することができるようになる。これに対し、デコ
ーダと書き込み回路とをメモリアレイの片側に配
置する場合、例えばデコーダからメモリセルへの
配線が長くなり、また、メモリアレイの片側に複
数の回路を配置するので、半導体集積回路におい
て公知のような交差配線箇所が多くなつてくるこ
とになる。その結果、メモリアレイに信号を供給
する配線径路の信号伝送特性が劣化し、動作速度
が制限を受けることになる。 According to this invention, as shown in FIG. 6, since the decoder and the write circuit are placed across the memory array, the operating speed, particularly the read operating speed, can be increased. On the other hand, if the decoder and write circuit are placed on one side of the memory array, for example, the wiring from the decoder to the memory cell becomes long, and since multiple circuits are placed on one side of the memory array, it is difficult to The number of well-known cross-wiring locations will increase. As a result, the signal transmission characteristics of the wiring paths that supply signals to the memory array deteriorate, and the operating speed is limited.
上記のように、メモリアレイをはさんでデコー
ダと書き込み回路を配置する場合、単位のデコー
ダと書き込み回路のピツチを比較手小さくできる
ので、メモリアレイの大きさをこれらの回路で制
限しなくてもよいようになる。 As mentioned above, when placing the decoder and write circuit across the memory array, the pitch between the unit decoder and write circuit can be made relatively small, so the size of the memory array does not have to be limited by these circuits. Become good.
またメモリアレイをはさんでゲートもしくはデ
コーダーと書き込み禁止回路を配置するので、上
記と同様な理由で高速動作とすることができるよ
うになる。 Furthermore, since a gate or decoder and a write inhibit circuit are placed across the memory array, high-speed operation can be achieved for the same reason as above.
上記のように、メモリアレイをはさんでデコー
ダと書き込み回路とを配置する構成もしくはメモ
リアレイをはさんでゲートもしくはデコーダと書
き込み回路を配置する構成は、書き込み回路もし
くは書き込み禁止回路を使用する他の種類の記憶
装置に適用することができる。 As mentioned above, the configuration in which a decoder and a write circuit are placed across a memory array, or the configuration in which a gate or a decoder and a write circuit are placed across a memory array, are different from other configurations that use a write circuit or a write-protection circuit. It can be applied to various types of storage devices.
この発明に従うと、前記のようにウエル領域を
使用し、このウエル領域を高耐圧回路のために有
効に使用することができる。 According to the present invention, the well region is used as described above, and this well region can be effectively used for a high voltage circuit.
前記第1図のエンハンスメント型MISFETQ3
7ないしQ39を直列接続した電圧分割回路にお
いて、MISFETQ37のドレイに最も高い電圧が
加わるので、このMISFETQ37が高電圧によつ
て破壊されると、この破壊されたMISFETQ37
を介してQ38に高電圧が加わることになる。そ
の結果、直列接続のMISFETが次々と破壊する。
しかしながら、上記の最も高い電圧が加わる
MISFETQ37を前記のようにウエル領域を利用
した構造にすることによつて高耐圧化すると、他
のMISFETQ38ないしQ39を普通の構造とし
ても、上記のような破壊を防ぐことができる。上
記のような電圧分割回路は、実施例の記憶回路装
置以外の他の回路装置に使用することができる。 Enhancement type MISFETQ3 shown in Figure 1 above
In a voltage divider circuit in which MISFETQ37 is connected in series, the highest voltage is applied to the drain of MISFETQ37, so if MISFETQ37 is destroyed by high voltage, the destroyed MISFETQ37
A high voltage will be applied to Q38 via. As a result, the MISFETs connected in series are destroyed one after another.
However, when the highest voltage above is applied
If MISFETQ37 is made to have a structure that utilizes a well region as described above to achieve a high breakdown voltage, the above-mentioned breakdown can be prevented even if the other MISFETQ38 to Q39 have a normal structure. The voltage divider circuit as described above can be used in circuit devices other than the memory circuit device of the embodiment.
同様に、第1図の消去回路、書き込み禁止電圧
発生回路のような回路は、他の用途に使用するこ
とができる。 Similarly, circuits such as the erase circuit and write inhibit voltage generation circuit shown in FIG. 1 can be used for other purposes.
第1図は半導体記憶回路の回路図、第2図、第
3図及び第4図は、第1図の回路の動作タイミン
グチヤート図、第5図は、半導体記憶回路のブロ
ツク図、第6図は、半導体記憶回路装置の平面
図、第7図は第6図の半導体記憶回路装置を形成
する半導体基板の平面図、第8図は第7図のA−
A′部分の断面図、第9図は、MISFETを形成し
た半導体基板の断面図、第10図はバイポーラト
ランジスタを形成した半導体基板の断面図、第1
1図AないしOは半導体記憶回路装置の各製造工
程における半導体基板の断面図、第12図は、
MNOSの断面図、第13図は第12図のMNOS
の特性曲線図、第14図はメモリセルの等価回路
図、第15図は、リンガラス層を形成する前のメ
モリアレイの平面図、第16図はアルミニウム配
線層を形成した後のメモリアレイの平面図、第1
7図、第18図及び第19図はそれぞれ第16図
のA−A′部分、B−B′部分及びC−C′部分の断
面図、第20図は、リンガラス層を形成する前の
Xデコーダの平面図、第21図はアルミニウム配
線層を形成した後のXデコーダの平面図、第22
図A及び第22図Bはリンガラス層を形成する前
の書き込み回路の平面図、第23図A及び第23
図Bはアルミニウム配線層を形成した後の書き込
み回路の平面図、第24図は、リンガラス層を形
成する前のYゲートの平面図、第25図は、アル
ミニウム配線層を形成した後のYゲートの平面
図、第26図A及び第26図Bは、リンガラス層
を形成する前の書き込み禁止回路の平面図、第2
7図A及び第27図Bは、アルミニウム配線層を
形成した後の書き込み禁止回路の平面図、第28
図及び第29図はSi−SiO2界面における夫々リ
ン、ボロン不純物の濃度分布を示す状態図、第3
0図乃至第33図及び第34図乃至第36図は
夫々半導体装置要部の製造工程毎の断面図であ
る。
MA……メモリアレイ、XD1,XD2……Xデ
コーダ、YG0……Yゲート、YD1,YD2……
Yデコーダ、WA1,WA2……書き込み回路、
IHA1……書き込み禁止回路、IHA2……書き
込み禁止電圧発生回路、ERS……消去回路、
CRL……制御回路、IOS……センス回路、IOR…
…出力バツフア回路、IOW……データ入力回路、
B0〜B10……入力バツフア回路。
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor memory circuit, FIGS. 2, 3, and 4 are operation timing charts of the circuit in FIG. 1, FIG. 5 is a block diagram of a semiconductor memory circuit, and FIG. is a plan view of the semiconductor memory circuit device, FIG. 7 is a plan view of a semiconductor substrate forming the semiconductor memory circuit device of FIG. 6, and FIG. 8 is a plan view of the semiconductor memory circuit device of FIG.
9 is a cross-sectional view of the semiconductor substrate on which the MISFET is formed, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor substrate on which the bipolar transistor is formed.
1A to 1O are cross-sectional views of a semiconductor substrate in each manufacturing process of a semiconductor memory circuit device, and FIG.
Cross-sectional view of MNOS, Figure 13 is the MNOS in Figure 12
14 is an equivalent circuit diagram of a memory cell, FIG. 15 is a plan view of the memory array before forming the phosphorus glass layer, and FIG. 16 is a diagram of the memory array after forming the aluminum wiring layer. Floor plan, 1st
7, 18, and 19 are cross-sectional views of the A-A', B-B', and C-C' sections of FIG. 16, respectively, and FIG. 20 is the cross-sectional view of the section before forming the phosphorus glass layer. FIG. 21 is a plan view of the X decoder, and FIG. 22 is a plan view of the X decoder after forming the aluminum wiring layer.
Figures A and 22B are plan views of the write circuit before forming the phosphor glass layer, Figures 23A and 23
Figure B is a plan view of the write circuit after forming the aluminum wiring layer, Figure 24 is a plan view of the Y gate before forming the phosphor glass layer, and Figure 25 is a plan view of the Y gate after forming the aluminum wiring layer. 26A and 26B are plan views of the gate, FIG. 26A and FIG.
7A and 27B are plan views of the write inhibit circuit after forming the aluminum wiring layer, and FIG.
Figure 3 and Figure 29 are phase diagrams showing the concentration distribution of phosphorus and boron impurities at the Si-SiO 2 interface, respectively.
0 to 33 and 34 to 36 are cross-sectional views of the main parts of the semiconductor device for each manufacturing process. MA...Memory array, XD1, XD2...X decoder, YG0...Y gate, YD1, YD2...
Y decoder, WA1, WA2...Writing circuit,
IHA1...Write inhibit circuit, IHA2...Write inhibit voltage generation circuit, ERS...Erase circuit,
CRL...Control circuit, IOS...Sense circuit, IOR...
...output buffer circuit, IOW...data input circuit,
B0 to B10...Input buffer circuit.
Claims (1)
法であつて、半導体基板主表面を覆つて酸化物の
下層膜とシリコンナイトライドの上層膜とを形成
する工程と、前記上層膜上にゲート電極用半導体
層を形成する工程と、前記ゲート電極用半導体層
をマスクとして不純物を前記半導体基板主表面に
導入することによつてソースおよびドレインとな
るべき領域を前記半導体基板主表面に形成する工
程と、しかる後、前記シリコンナイトライド膜を
耐酸化マスクとして用いて前記ゲート電極用半導
体層の表面を酸化することによつて酸化膜を形成
する工程と、前記ゲート電極用半導体層の表面に
形成された前記酸化膜をエツチングマスクとして
前記ゲート電極用半導体層から露出した前記シリ
コンナイトライド膜を除去する工程とを具備する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 2 前記シリコンナイトライド膜の除去工程の
後、前記ソースおよびドレイン領域表面を酸化す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体装置の製造方法。[Scope of Claims] 1. A method for manufacturing a semiconductor device including an MNOS element, which includes the steps of: forming a lower layer film of oxide and an upper layer film of silicon nitride to cover the main surface of a semiconductor substrate; Regions to become sources and drains are formed on the main surface of the semiconductor substrate by forming a semiconductor layer for a gate electrode thereon and introducing impurities into the main surface of the semiconductor substrate using the semiconductor layer for gate electrode as a mask. a step of forming an oxide film by oxidizing the surface of the gate electrode semiconductor layer using the silicon nitride film as an oxidation-resistant mask; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of removing the silicon nitride film exposed from the gate electrode semiconductor layer using the oxide film formed on the surface as an etching mask. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the step of removing the silicon nitride film, the surfaces of the source and drain regions are oxidized.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63121705A JPH02371A (en) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63121705A JPH02371A (en) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | Manufacture of semiconductor device |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6394179A Division JPS55156370A (en) | 1979-05-25 | 1979-05-25 | Manufacture of semiconductor device |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02371A JPH02371A (en) | 1990-01-05 |
JPH0368543B2 true JPH0368543B2 (en) | 1991-10-28 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
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---|---|---|---|---|
JP4506930B2 (en) * | 2003-05-14 | 2010-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | Semiconductor device including nonvolatile memory device |
JP5025703B2 (en) | 2009-09-25 | 2012-09-12 | 株式会社東芝 | Nonvolatile semiconductor memory device |
JP4507023B2 (en) * | 2009-12-07 | 2010-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | Semiconductor device including nonvolatile memory device |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63121705A patent/JPH02371A/en active Granted
Also Published As
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JPH02371A (en) | 1990-01-05 |
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