JPH05136429A - Semiconductor storage device and operation thereof - Google Patents

Semiconductor storage device and operation thereof

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Publication number
JPH05136429A
JPH05136429A JP29310391A JP29310391A JPH05136429A JP H05136429 A JPH05136429 A JP H05136429A JP 29310391 A JP29310391 A JP 29310391A JP 29310391 A JP29310391 A JP 29310391A JP H05136429 A JPH05136429 A JP H05136429A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
threshold voltage
channel
region
semiconductor memory
Prior art date
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Pending
Application number
JP29310391A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Uchida
英次 内田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication of JPH05136429A publication Critical patent/JPH05136429A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor storage device easily conducting read even when transistor characteristics are deteriorated when writing by forming two or more of channel regions having different threshold voltage in one transistor. CONSTITUTION:A pad oxide film 10 and a nitride film 11 are formed onto a silicon substrate 1 through LOCOS isolation and patterned, a field-oxide film 9 is formed through thermal oxidation, the nitride film 11 and the pad film 10 are removed and the field oxide film 9 is etched up to the intermediate section of the oxide film 9. When a tunnel oxide film 4 is shaped through thermal oxidation, positive charges are generated in a region, in which the field oxide film 4 is removed, and the threshold voltage of a channel region under the region is lowered. The ions of P-type impurities such as boron are implanted, a P<-> layer is formed to the silicon substrate 1, and threshold voltage is controlled at a fixed value, thus easily conducting read even when transistor characteristics are deteriorated by hot carriers on write.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性メモリを有
する半導体記憶装置の一つであるフラッシュEEPRO
Mのメモリセルの構造とその動作方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flash EEPRO which is one of semiconductor memory devices having a non-volatile memory.
The present invention relates to the structure of the M memory cell and its operating method.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、不揮発性メモリとして最も注目さ
れているのがフラッシュEEPROM(Electri
cally Erasable Programmab
leRead Only Memory)であり、例え
ば日経マイクロデバイス〔73〕(1991−7−1)
p.73−75に開示されている。図3にそのフラッシ
ュEEPROMの一構成例を示す。
2. Description of the Related Art At present, the most noticeable non-volatile memory is a flash EEPROM (Electrical).
cally Erasable Programmab
LeRead Only Memory), for example, Nikkei Microdevice [73] (1991-7-1).
p. 73-75. FIG. 3 shows an example of the configuration of the flash EEPROM.

【0003】このフラッシュEEPROMは1トランジ
スタで構成されるため、最も集積化が容易な不揮発性メ
モリである。P型のシリコン基板1の表面にn+ 型のド
レイン2及びソース3が形成され、さらにそれらの上に
トンネル酸化膜4を介して、電荷蓄積用のフローティン
グゲート5、及びコントロールゲート6が形成されてい
る。さらに、コントロールゲート6上には中間絶縁膜7
が形成され、その中間絶縁膜7に設けられたコンタクト
穴を通してAl配線8がドレイン2等に接続されてい
る。
Since this flash EEPROM is composed of one transistor, it is a nonvolatile memory that is most easily integrated. An n + type drain 2 and a source 3 are formed on the surface of a P type silicon substrate 1, and a floating gate 5 for charge storage and a control gate 6 are further formed on the drain 2 and source 3 via a tunnel oxide film 4. ing. Further, the intermediate insulating film 7 is formed on the control gate 6.
Is formed, and the Al wiring 8 is connected to the drain 2 and the like through a contact hole provided in the intermediate insulating film 7.

【0004】次に、表3を参照しつつ図3の書き込み、
消去、読み出し方法について説明する。なお、表3はフ
ラッシュメモリセルを駆動するための印加電圧条件を示
す表である。ここで、フローティングゲート5に電子が
注入されてしきい値電圧が高くなった状態を書き込みと
し、逆にフローティングゲート5から電子が引き出され
て閾値電圧が低くなった状態を消去とする。
Next, referring to Table 3, the writing of FIG.
The erasing / reading method will be described. Table 3 is a table showing applied voltage conditions for driving the flash memory cell. Here, the state in which electrons are injected into the floating gate 5 to increase the threshold voltage is referred to as writing, and conversely, the state in which electrons are extracted from the floating gate 5 to decrease the threshold voltage is referred to as erasing.

【0005】[0005]

【表3】 [Table 3]

【0006】書き込み時は図3のコントロールゲート6
及びドレイン2に正電圧、例えば10V及び5Vをそれ
ぞれ印加して、チャネルホットエレクトロンによりドレ
イン2近傍のシリコン基板1からフローティングゲート
5へ電子を注入し、情報を書き込む。
At the time of writing, the control gate 6 shown in FIG.
A positive voltage, for example, 10 V and 5 V is applied to the drain 2 and the drain 2, respectively, and electrons are injected from the silicon substrate 1 near the drain 2 to the floating gate 5 by channel hot electrons to write information.

【0007】消去時には、ドレイン2を開放し、ソース
3に5V、コントロールゲート6に負電圧、例えば−1
0Vを印加して、ソース3上のトンネル酸化膜4を高電
界にする。すると、ファウラー・ノルドハイム(Fow
ler−Nordheim,以下FNと記す)トンネリ
ングにより、フローティングゲート5からソース3に電
子が放出され、情報の消去が行われる。
At the time of erasing, the drain 2 is opened, the source 3 is 5 V and the control gate 6 is a negative voltage, for example, -1.
0V is applied to make the tunnel oxide film 4 on the source 3 have a high electric field. Then, Fowler Nordheim (Fow
tunneling, electrons are emitted from the floating gate 5 to the source 3 to erase information.

【0008】読み出し時には、コントロールゲート6及
びドレイン2に正電圧、例えば5V及び1Vをそれぞれ
印加し、トランジスタのオン・オフ状態を検出すること
で情報を読み出す。このようにして消去・書き込み・読
み出しを行うことにより、不揮発性メモリセルとして機
能させる。
At the time of reading, a positive voltage, for example, 5 V and 1 V is applied to the control gate 6 and the drain 2, respectively, and information is read by detecting the on / off state of the transistor. By performing erasing / writing / reading in this way, it functions as a non-volatile memory cell.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フラッシュEEPROMは、消去・書き込み・読み出し
を1つのトランジスタで行うために、書き込み時にチャ
ネルホットキャリアによってトランジスタ特性が劣化
し、読み出しが困難になるという問題点があった。
However, in the conventional flash EEPROM, since erasing / writing / reading is performed by one transistor, the transistor characteristics are deteriorated by channel hot carriers during writing, which makes reading difficult. There was a point.

【0010】この発明は、従来のフラッシュEEPRO
Mの構造的特徴に由来する上記問題点を、高集積化の特
徴を維持したままで、根本的に解決した半導体記憶装置
を提供することを目的とする。
The present invention is a conventional flash EEPRO.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device which fundamentally solves the above-mentioned problems derived from the structural characteristics of M while maintaining the characteristics of high integration.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的のた
めに、MOS型構造の不揮発性メモリセルよりなる半導
体記憶装置において、しきい値電圧の異なる2つ以上の
チャネル領域を具えた1トランジスタで構成されるよう
にしたものである。
For the above-mentioned purpose, the present invention provides a semiconductor memory device comprising a non-volatile memory cell of a MOS type structure having two or more channel regions having different threshold voltages. It is made up of transistors.

【0012】[0012]

【作用】前述のように本発明は、1つのトランジスタで
しきい値電圧の異なる2つ以上のチャネル領域を具える
ようにしたので、書き込み時にホットキャリアによって
トランジスタ特性が劣化しても、読み出しを容易に行う
ことができる。
As described above, according to the present invention, one transistor is provided with two or more channel regions having different threshold voltages. Therefore, even if the transistor characteristics are deteriorated by hot carriers at the time of writing, reading can be performed. It can be done easily.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の特徴はしきい値電圧の異なるチャネ
ル領域を有する1つのトランジスタを用いたフラッシュ
EEPROMである。しきい値電圧VT は次式で表され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A feature of the present invention is a flash EEPROM using one transistor having channel regions having different threshold voltages. The threshold voltage V T is expressed by the following equation.

【0014】[0014]

【数1】 [Equation 1]

【0015】ここでφmsはゲート電極とシリコン基板の
仕事関数差、Qf はゲート酸化膜の電荷量、Ci はゲー
ト酸化膜容量、εs はシリコンの誘電率、qは電気素
量、NA はシリコン基板中のアクセプタ濃度、VBSは基
板バイアス電圧、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、
i は真性キャリア濃度である。従って、式(1)右辺
の変数を1つのトランジスタの中で変えることにより、
しきい値電圧の異なるチャネル領域を有する1つのトラ
ンジスタを作成することができる。
Here, φ ms is the work function difference between the gate electrode and the silicon substrate, Q f is the charge amount of the gate oxide film, C i is the gate oxide film capacitance, ε s is the dielectric constant of silicon, and q is the elementary charge, N A is the acceptor concentration in the silicon substrate, V BS is the substrate bias voltage, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature,
ni is the intrinsic carrier concentration. Therefore, by changing the variable on the right side of equation (1) in one transistor,
One transistor having channel regions with different threshold voltages can be manufactured.

【0016】図1及び図2は本発明のnチャネル型半導
体記憶装置の第1および第2の実施例の構造例説明図で
あり、従来例の図3のA−A′で切断した時の断面構造
に相当する。図1は本発明の第1の実施例であり、チャ
ネル領域のアクセプタ濃度が均一でなく、P- 領域12
及びそれ以外のP領域で形成されている(形成方法は後
述)。式(1)からわかる様に、アクセプタ濃度(式
(1)ではNA に対応する。)が異なると、しきい値電
圧が変化するため、図1では1つのトランジスタでしき
い値電圧の異なる2つのチャネル領域を持っており、P
- 領域12でしきい値電圧が高い。この図では、nチャ
ネル型について示しているが、アクセプタ型をドナー型
の不純物に変えれば、同様にPチャネル型でもしきい値
電圧の異なる2つのチャネル領域を形成することが可能
である。
FIGS. 1 and 2 are explanatory views of structural examples of the first and second embodiments of the n-channel semiconductor memory device of the present invention, which are taken along the line AA 'in FIG. 3 of the conventional example. Corresponds to the sectional structure. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which the acceptor concentration in the channel region is not uniform and the P region 12
And the P region other than that (the formation method will be described later). As can be seen from the formula (1), if the acceptor concentration (corresponding to N A in the formula (1)) is different, the threshold voltage changes, so that in FIG. 1, one transistor has a different threshold voltage. It has two channel regions, P
- the threshold voltage is high in the region 12. Although the n-channel type is shown in this figure, if the acceptor type is changed to a donor type impurity, it is possible to form two channel regions having different threshold voltages similarly in the P-channel type.

【0017】図2は本発明の第2の実施例であり、トン
ネル酸化膜4の1部に正電荷が存在するように形成して
ある(形成方法は後述)。この正電荷は式(1)のQf
に対応し、正電荷領域では、しきい値電圧が他の領域に
比べて低くなる。従って、第1の実施例と同様に、1つ
のトランジスタで2つのチャネル領域が存在する。正電
荷の代わりに負電荷がトンネル酸化膜4の1部に存在し
ても、しきい値電圧を変動させることが可能である。ま
たPチャネル型についてもトンネル酸化膜の1部に電荷
を存在させてやれば、2つのチャネル領域を形成させる
ことができる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the tunnel oxide film 4 is formed so that a positive charge exists in a part thereof (a forming method will be described later). This positive charge is Q f in equation (1).
In the positive charge region, the threshold voltage becomes lower than that in other regions. Therefore, as in the first embodiment, one transistor has two channel regions. Even if a negative charge is present in a part of the tunnel oxide film 4 instead of the positive charge, the threshold voltage can be changed. Also for the P-channel type, two channels can be formed by allowing charges to exist in a part of the tunnel oxide film.

【0018】次に、図1及び図2で説明したメモリセル
の動作方法について説明する。表1にnチャネル型メモ
リセルの印加電圧条件を示す。ここでは、トンネル酸化
膜厚15nm、カップリング比0.6、2つのチャネル領
域のしきい値電圧が2V及び5Vを想定して説明する。
Next, a method of operating the memory cell described with reference to FIGS. 1 and 2 will be described. Table 1 shows applied voltage conditions of the n-channel type memory cell. Here, description will be made assuming that the tunnel oxide film thickness is 15 nm, the coupling ratio is 0.6, and the threshold voltages of the two channel regions are 2V and 5V.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】書き込み時には、コントロールゲート、ド
レイン、ソースにそれぞれ15,5,0Vを印加する。
この印加条件で、しきい値電圧の高いチャネル領域では
チャネルホットキャリアがトンネル酸化膜を通してフロ
ーティングゲートに注入されるが、しきい値電圧の低い
領域では1/10以下となる。これは、ドレイン電圧と
(コントロールゲート電圧−しきい値電圧)×カップリ
ング比が等しい印加条件でチャネルホットキャリアの発
生率が最大となるためである。
At the time of writing, 15, 5 and 0 V are applied to the control gate, drain and source, respectively.
Under this application condition, channel hot carriers are injected into the floating gate through the tunnel oxide film in the channel region having a high threshold voltage, but become 1/10 or less in the region having a low threshold voltage. This is because the generation rate of channel hot carriers is maximized under the application condition that the drain voltage and (control gate voltage-threshold voltage) x coupling ratio are equal.

【0021】消去時には、コントロールゲート、ドレイ
ン、ソースにそれぞれ−15、開放、5Vを印加する
と、FNトンネリングによりフローティングゲートから
ソースに電子が放出され、情報の消去が行われる。
At the time of erasing, when -15, open and 5 V are applied to the control gate, drain and source, respectively, electrons are emitted from the floating gate to the source by FN tunneling, and information is erased.

【0022】読み出し時には、コントロールゲート、ド
レイン、ソースにそれぞれ4,1,0Vを印加し、トラ
ンジスタのオン、オフ状態を検出することで情報を読み
出す。この印加条件では、しきい値電圧の高いチャネル
領域は常にオフ状態であり、読み出し時には、しきい値
電圧の低いチャネル領域だけで情報を読み出すことがで
きる。従って、しきい値電圧が高いチャネル領域は書き
込み用として用いられ、しきい値電圧が低い領域は読み
出し用として用いられるため、書き込み時にチャネルホ
ットキャリア注入でトランジスタ特性が劣化しても、読
み出しを容易に行うことができる。
At the time of reading, information is read by applying 4, 1, 0 V to the control gate, drain, and source, respectively, and detecting the on / off state of the transistor. Under this application condition, the channel region having a high threshold voltage is always in the off state, and at the time of reading, information can be read only in the channel region having a low threshold voltage. Therefore, since the channel region with a high threshold voltage is used for writing and the region with a low threshold voltage is used for reading, even if the transistor characteristics deteriorate due to channel hot carrier injection during writing, reading is easy. Can be done.

【0023】表2にPチャネル型メモリセルの印加電圧
条件を示す。ここでは、トンネル酸化膜厚15nm、カッ
プリング比0.6、2つのチャネル領域のしきい値電圧
が−6V及び−9Vを想定して説明する。
Table 2 shows applied voltage conditions of the P-channel type memory cell. Here, description will be made assuming that the tunnel oxide film thickness is 15 nm, the coupling ratio is 0.6, and the threshold voltages of the two channel regions are -6V and -9V.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】書き込み時には、コントロールゲート、ド
レイン、ソースにそれそれ−9,−5,0Vを印加す
る。この印加条件で、しきい値電圧の低いチャネル領域
ではアバランシェホットキャリア(電子)がトンネル酸
化膜を通してフローティングゲートに注入されるが、し
きい値電圧の高い領域では1/10以下となる。これ
は、コントロールゲート電圧としきい値電圧が等しい印
加条件でアバランシェホットキャリアの発生率が最大と
なるためである。
At the time of writing, −9, −5 and 0 V are applied to the control gate, drain and source, respectively. Under this application condition, avalanche hot carriers (electrons) are injected into the floating gate through the tunnel oxide film in the channel region having a low threshold voltage, but become 1/10 or less in the region having a high threshold voltage. This is because the avalanche hot carrier generation rate is maximized under the application condition that the control gate voltage and the threshold voltage are equal.

【0026】消去時には、コントロールゲート、ドレイ
ン、ソースにそれぞれ−15,開放、5Vを印加する
と、FNトンネリングによりフローティングゲートから
ソースに電子が放出され、情報の消去が行われる。この
印加条件はnチャネル型の場合と全く同じである。
At the time of erasing, if −15, open, and 5 V are applied to the control gate, drain, and source, respectively, electrons are emitted from the floating gate to the source by FN tunneling, and information is erased. This application condition is exactly the same as that of the n-channel type.

【0027】読み出し時には、コントロールゲート、ド
レイン、ソースにそれぞれ−4,−1,0Vを印加し、
トランジスタのオン・オフ状態を検出することで情報を
読み出す。この印加条件では、しきい値電圧の低いチャ
ネル領域は常にオフ状態であり、読み出し時にはしきい
値電圧の高いチャネル領域だけで情報を読み出すことが
できる。従って、nチャネル型と同様に、書き込み用と
読み出し用のチャネルが異なるため、書き込み時にアバ
ランシェホットキャリア注入でトランジスタ特性が劣化
しても、読み出しを容易に行うことができる。
At the time of reading, -4, -1, 0 V are applied to the control gate, drain and source, respectively,
Information is read by detecting the on / off state of the transistor. Under this application condition, the channel region having a low threshold voltage is always in the off state, and at the time of reading, information can be read only in the channel region having a high threshold voltage. Therefore, like the n-channel type, the channels for writing and the channel for reading are different, so that even if the transistor characteristics deteriorate due to avalanche hot carrier injection during writing, reading can be easily performed.

【0028】以上nチャネル型及びPチャネル型メモリ
セルの印加電圧条件について説明したが、本発明の印加
電圧条件は限定されたものではなく、トンネル酸化膜
厚、カップリング比、2つのチャネル領域のしきい値電
圧等が変わると最適印加電圧条件も変わる。
The applied voltage conditions of the n-channel type and P-channel type memory cells have been described above, but the applied voltage conditions of the present invention are not limited, and the tunnel oxide film thickness, the coupling ratio, and the two channel regions are not limited. When the threshold voltage or the like changes, the optimum applied voltage condition also changes.

【0029】次に本実施例の装置の製造方法を5つの実
施例について、図4から図8に示し、順次説明する。本
説明では、nチャネル型について示すが、Pチャネル型
についても不純物のタイプを変えるだけで同様の方法で
製造可能である。
Next, five methods of manufacturing the device of this embodiment will be described in order, referring to FIGS. 4 to 8. In the present description, the n-channel type is shown, but the p-channel type can be manufactured by the same method only by changing the type of impurities.

【0030】(1)第1の製造実施例(前述の第1の実
施例の装置相当) 図4に第1の実施例を示す。
(1) First Manufacturing Embodiment (corresponding to the apparatus of the above-mentioned first embodiment) FIG. 4 shows a first embodiment.

【0031】まず図4(a)のように、シリコン基板1
上に従来のLOCOS分離方法を用いてフィールド酸化
膜9を形成する。LOCOS分離では、パッド酸化膜1
0及び窒化膜11を形成し、この窒化膜11をパターニ
ングした後、熱酸化、例えばウェット酸化によりフィー
ルド酸化膜9を形成する。次に図4(b)のように、窒
化膜11及びパッド酸化膜10を除去した後、熱酸化に
より、例えば膜厚15nm程度のトンネル酸化膜4を形成
する。その上に一層目のポリシリコン5を堆積させた
後、このポリシリコン層5にリン等のn型不純物を導入
する。
First, as shown in FIG. 4A, the silicon substrate 1
A field oxide film 9 is formed thereon by using the conventional LOCOS isolation method. For LOCOS isolation, pad oxide film 1
0 and the nitride film 11 are formed, and after the nitride film 11 is patterned, the field oxide film 9 is formed by thermal oxidation, for example, wet oxidation. Next, as shown in FIG. 4B, after removing the nitride film 11 and the pad oxide film 10, a tunnel oxide film 4 having a film thickness of, for example, about 15 nm is formed by thermal oxidation. After depositing the first-layer polysilicon 5 thereon, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the polysilicon layer 5.

【0032】次に図4(c)のように、ポリシリコン層
5をパターニングして、チャネル領域上のポリシリコン
層5の1部の厚さを例えば50nm程度まで薄くする。引
き続きボロン等のP型不純物をイオン注入する。ポリシ
リコン層5が薄い領域では、P型不純物が基板1まで到
達し、しきい値電圧が高いチャネル領域12が形成でき
る。次に図4(d)のように、ポリシリコン層5をパタ
ーニングしてフローティングゲートとし、その上に薄い
絶縁膜、例えば30nmの酸化膜/窒化膜/酸化膜を介し
て2層目のポリシリコン層6を堆積させる。このポリシ
リコン層6にn型不純物を導入し、パターニングを行っ
てコントロールゲート6を形成する。その後図示しない
がn型不純物、例えばヒ素をイオン注入し、この不純物
を熱処理により活性化させてソース・ドレインを形成
し、中間絶縁膜の堆積やAl配線の形成を行い、メモリ
セルを作成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the polysilicon layer 5 is patterned to reduce the thickness of a part of the polysilicon layer 5 on the channel region to, for example, about 50 nm. Subsequently, P-type impurities such as boron are ion-implanted. In the region where the polysilicon layer 5 is thin, the P-type impurities reach the substrate 1 and the channel region 12 having a high threshold voltage can be formed. Next, as shown in FIG. 4 (d), the polysilicon layer 5 is patterned into a floating gate, and a second insulating film of polysilicon, for example, a 30 nm oxide film / nitride film / oxide film, is formed on the floating gate. Deposit layer 6. An n-type impurity is introduced into the polysilicon layer 6 and patterned to form the control gate 6. After that, although not shown, an n-type impurity, for example, arsenic is ion-implanted, and this impurity is activated by heat treatment to form a source / drain, an intermediate insulating film is deposited and an Al wiring is formed to form a memory cell.

【0033】(2)第2の製造実施例 図5に第2の実施例を示す。(2) Second Manufacturing Example FIG. 5 shows a second example.

【0034】まず図5(a)のように、シリコン基板1
上にパッド酸化膜10及び窒化膜11を形成し、この窒
化膜11をパターニングした後、イオン注入により、P
型不純物、例えばボロンをイオン注入し、シリコン基板
1にP- 層を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the silicon substrate 1
A pad oxide film 10 and a nitride film 11 are formed thereon, and the nitride film 11 is patterned and then ion-implanted to form P
A type impurity, for example, boron is ion-implanted to form a P layer on the silicon substrate 1.

【0035】次に図5(b)のように、もう一度窒化膜
を堆積させ、異方性エッチングによりサイドウォール窒
化膜13を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a nitride film is deposited again, and the sidewall nitride film 13 is formed by anisotropic etching.

【0036】次に図5(c)のように、熱酸化、例えば
ウェット酸化によりフィールド酸化膜9を形成すると、
しきい値電圧が高いチャネル領域12ができる。
Next, as shown in FIG. 5C, when the field oxide film 9 is formed by thermal oxidation, for example, wet oxidation,
A channel region 12 having a high threshold voltage is formed.

【0037】次に図5(d)のように、窒化膜11及び
パッド酸化膜10を除去した後、熱酸化により例えば膜
厚15nm程度のトンネル酸化膜4を形成する。その上に
1層目のポリシリコン5を堆積させた後、このポリシリ
コン層5にn型不純物、例えばリンを導入し、パターニ
ングを行ってフローティングゲート5を形成する。その
後は、第1の製造実施例と同じ手順を経てメモリセルを
作成する。
Next, as shown in FIG. 5D, after removing the nitride film 11 and the pad oxide film 10, a tunnel oxide film 4 having a film thickness of, for example, about 15 nm is formed by thermal oxidation. After depositing the first-layer polysilicon 5 thereon, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the polysilicon layer 5 and patterning is performed to form the floating gate 5. After that, the memory cell is formed through the same procedure as in the first manufacturing example.

【0038】(3)第3の製造実施例 図6に第3の実施例を示す。(3) Third Manufacturing Example FIG. 6 shows a third example.

【0039】まず図6(a)のように、シリコン基板1
上に第1の製造実施例と同じ手順を経て、フィールド酸
化膜9を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, the silicon substrate 1
A field oxide film 9 is formed on the above by the same procedure as in the first manufacturing example.

【0040】次に図6(b)のように、窒化膜11及び
パッド酸化膜10を除去した後、熱酸化により例えば膜
厚20nm程度のマスク酸化膜を形成する。引き続きボロ
ン等のP型不純物をイオン注入して、シリコン基板1に
-層を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, after removing the nitride film 11 and the pad oxide film 10, a mask oxide film having a film thickness of, for example, about 20 nm is formed by thermal oxidation. Subsequently, P-type impurities such as boron are ion-implanted to form a P layer on the silicon substrate 1.

【0041】次に図6(c)のように、チャネル領域の
1部をパターニングしてP- 層よりも深くエッチングす
ると、しきい値電圧よりも高いチャネル領域12が形成
できる。さらにマスク酸化膜14を除去した後、熱酸化
により例えば15nmのトンネル酸化膜を形成する。その
後は図6(d)のように、第2の製造実施例と同じ手順
を経てメモリセルを形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a part of the channel region is patterned and etched deeper than the P layer, so that the channel region 12 having a higher threshold voltage can be formed. Further, after removing the mask oxide film 14, a tunnel oxide film of, for example, 15 nm is formed by thermal oxidation. After that, as shown in FIG. 6D, the memory cell is formed through the same procedure as in the second manufacturing example.

【0042】(4)第4の製造実施例 図7に第4の実施例を示す。(4) Fourth Manufacturing Example FIG. 7 shows a fourth example.

【0043】まず図7(a)のように、シリコン基板1
にN型不純物、例えばボロンをイオン注入するか、P-
層をエピタキシャル成長させて、P- 層を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, the silicon substrate 1
N-type impurity such as boron is ion-implanted into or, P -
The layer is epitaxially grown to form a P - layer.

【0044】次に図7(b)のように、第1の製造実施
例と同じ手順を経て、フィールド酸化膜9を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the field oxide film 9 is formed through the same procedure as in the first manufacturing example.

【0045】次に図7(c)のように、窒化膜11及び
パッド酸化膜10を除去した後、チャネル領域の1部を
パターニングしてP- 層よりも深くエッチングすると、
しきい値電圧よりも高いチャネル領域12が形成でき
る。さらに熱酸化により例えば15nmのトンネル酸化膜
を形成する。その後は図7(d)のように、第2の製造
実施例と同じ手順を経てメモリセルを形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, after the nitride film 11 and the pad oxide film 10 are removed, a part of the channel region is patterned and etched deeper than the P layer.
The channel region 12 higher than the threshold voltage can be formed. Further, a 15 nm tunnel oxide film is formed by thermal oxidation. Thereafter, as shown in FIG. 7D, the memory cell is formed through the same procedure as in the second manufacturing example.

【0046】 (5)第5の実施例(前述の第2の実施例の装置相当) 図8に第5の実施例を示す。第1の製造実施例と同じ手
順を経てフィールド酸化膜9を形成する。
(5) Fifth Embodiment (corresponding to the device of the above-mentioned second embodiment) FIG. 8 shows a fifth embodiment. The field oxide film 9 is formed through the same procedure as in the first manufacturing example.

【0047】次に図8(b)のように、窒化膜11及び
パッド酸化膜10を除去した後、さらに正電荷をトンネ
ル酸化膜中に発生させるため、フィールド酸化膜9を途
中までエッチングする。
Next, as shown in FIG. 8B, after removing the nitride film 11 and the pad oxide film 10, the field oxide film 9 is partially etched to generate positive charges in the tunnel oxide film.

【0048】次に図8(c)のように、熱酸化により例
えば15nmのトンネル酸化膜4を形成すると、フィール
ド酸化膜9が除去された領域に正電荷が発生し、その下
のチャネル領域のしきい値電圧が下がる。引き続きP型
不純物例えばボロンをイオン注入し、シリコン基板1に
- 層を形成して、しきい値電圧を所定の値に制御す
る。その後は図8(d)のように、第2の製造実施例と
同じ手順を経てメモリセルを形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, when the tunnel oxide film 4 of 15 nm, for example, is formed by thermal oxidation, positive charges are generated in the region where the field oxide film 9 is removed, and the channel region below the positive charge is generated. The threshold voltage drops. Subsequently, P-type impurities such as boron are ion-implanted to form a P layer on the silicon substrate 1 and the threshold voltage is controlled to a predetermined value. After that, as shown in FIG. 8D, the memory cell is formed through the same procedure as in the second manufacturing example.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上、詳細に説明したようにこの発明に
よれば、1つのトランジスタでしきい値電圧の異なる2
つ以上のチャネル領域を具えているため、書き込み時に
ホットキャリアによってトランジスタ特性が劣化して
も、読み出しを容易に行うことができる。また、上記ト
ランジスタを作成するために、何ら新しい製造技術を用
いる必要がなく、製造工程も容易である。
As described above in detail, according to the present invention, one transistor has two different threshold voltages.
Since it has three or more channel regions, reading can be easily performed even if the transistor characteristics are deteriorated by hot carriers during writing. Further, it is not necessary to use any new manufacturing technique for manufacturing the above transistor, and the manufacturing process is easy.

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

【図1】本発明の第1の実施例の構造説明図FIG. 1 is a structural explanatory view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の構造説明図FIG. 2 is a structural explanatory view of a second embodiment of the present invention.

【図3】従来例の構造説明図FIG. 3 is a structural explanatory view of a conventional example.

【図4】本発明の第1の実施例の製造工程FIG. 4 is a manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例の製造工程FIG. 5 is a manufacturing process of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の製造工程FIG. 6 is a manufacturing process of a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例の製造工程FIG. 7 is a manufacturing process of a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例の製造工程FIG. 8 is a manufacturing process of a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 トンネル酸化膜 5 フローティングゲート 6 コントロールゲート 12 高VT チャネル領域4 tunnel oxide film 5 floating gate 6 control gate 12 high V T channel region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location G11C 16/04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOS型構造の不揮発性メモリセルを有
する半導体記憶装置に於て、 そのメモリセルにおけるソースとドレインとの間に、し
きい値電圧の異る2つ以上のチャネル領域を有すること
を特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor memory device having a non-volatile memory cell having a MOS type structure, and having two or more channel regions having different threshold voltages between a source and a drain of the memory cell. A semiconductor memory device characterized by.
【請求項2】 前記しきい値の異る2つ以上のチャネル
領域として、前記ソースとドレインとの間に2つ以上の
異った不純物濃度の領域を設けたことを特徴とする請求
項1記載の半導体記憶装置。
2. The two or more channel regions having different thresholds are provided with two or more regions having different impurity concentrations between the source and the drain. The semiconductor storage device described.
【請求項3】 前記しきい値の異る2つ以上のチャネル
領域として、そのチャネル領域の上部の絶縁膜中に正電
荷を存在させてあることを特徴とする請求項1記載の半
導体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein as the two or more channel regions having different threshold values, positive charges are made to exist in an insulating film above the channel regions. ..
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかの項に記載
した半導体記憶装置の動作方法として、 しきい値電圧の高いチャネル領域で書き込みを行い、し
きい値電圧の低いチャネル領域で読み出しを行うように
したことを特徴とするNチャネル型半導体記憶装置の動
作方法。
4. A method for operating a semiconductor memory device according to claim 1, wherein writing is performed in a channel region having a high threshold voltage and reading is performed in a channel region having a low threshold voltage. A method of operating an N-channel type semiconductor memory device, which is characterized by being performed.
【請求項5】 請求項1ないし3記載の半導体記憶装置
の動作方法として、 しきい値電圧の低いチャネル領域で書き込みを行い、し
きい値電圧の高いチャネル領域で読み出しを行うように
したことを特徴とするPチャネル型半導体記憶装置の動
作方法。
5. The method for operating the semiconductor memory device according to claim 1, wherein writing is performed in a channel region having a low threshold voltage, and reading is performed in a channel region having a high threshold voltage. A method of operating a characteristic P-channel semiconductor memory device.
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Cited By (5)

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