JPH05267680A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device

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JPH05267680A
JPH05267680A JP4062255A JP6225592A JPH05267680A JP H05267680 A JPH05267680 A JP H05267680A JP 4062255 A JP4062255 A JP 4062255A JP 6225592 A JP6225592 A JP 6225592A JP H05267680 A JPH05267680 A JP H05267680A
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gate
diffusion layer
transistor
oxide film
floating gate
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Takanori Ozawa
孝典 小澤
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To increase the sectional area of a gate formed on a channel region, reduce the resistance of the gate, and increase the reading speed of stored data, by making a sidewall gate formed on the side part of a gate of a select transistor function as a floating gate. CONSTITUTION:A P-type well 2 formed on an N-type silicon substrate 1 is isolated every specified element forming regions by a field oxide film 3. In a channel region between a drain diffusion layer 11 and a source diffusion layer 12, a floating gate 7a which is slenderly formed by interposing a tunnel oxide film 6 is formed in a region in the vicinity of the drain diffusion layer 11. In the channel region, a common gate 10a is formed in the source side region via a gate oxide film 9, so as to stretch as far as the upper region of the floating gate 7a while interposing an insulating film 8. The drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12 are commonly used by both transistors.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、EEPROM(Electr
ically Erasable/Programable Read Only Memory)のよ
うな不揮発性半導体記憶装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an EEPROM (Electr
The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device such as a physically erasable / programmable read only memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】EEPROMでは、従来から、半導体基
板表面にトンネル酸化膜を挟んで電気的に絶縁されたフ
ローティングゲートを形成し、このフローティングゲー
トの上部に絶縁膜を介してコントロールゲートを形成し
たゲート構造のトランジスタがメモリトランジスタとし
て適用されている。すなわち、たとえばNチャネル型の
トランジスタでは、ドレイン近傍で発生したホットエレ
クトロンをトンネル酸化膜を通過させてフローティング
ゲートに注入することにより書込が行われる。そして、
フローティングゲートに蓄積された電子をソース側から
引き抜くことで、情報の消去が行われる。フローティン
グゲートに電子が蓄積された状態と電子が蓄積されてい
ない状態とではトランジスタの閾値電圧が異なるから、
中間的な値のセンス電圧をコントロールゲートに与え、
このときにトランジスタの導通するか遮断状態に保持さ
れるかを調べることで、情報の読出が達成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an EEPROM, a gate is formed in which a floating gate which is electrically insulated by sandwiching a tunnel oxide film is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a control gate is formed on the floating gate via an insulating film. A transistor having a structure is applied as a memory transistor. That is, for example, in an N-channel type transistor, writing is performed by injecting hot electrons generated near the drain into the floating gate through a tunnel oxide film. And
Information is erased by pulling out the electrons accumulated in the floating gate from the source side. Since the threshold voltage of the transistor is different between the state where electrons are stored in the floating gate and the state where no electrons are stored,
Apply a sense voltage with an intermediate value to the control gate,
At this time, reading of information is achieved by checking whether the transistor is held in the conductive state or the cutoff state.

【0003】このようなフローティングゲートを有する
メモリトランジスタを用いたEEPROMには、各セル
のメモリトランジスタごとにセレクトトランジスタを設
けて各セルごとに情報の書込、消去および読出が独立に
行えるようにしたフルフューチャー型のものと、情報の
書込および読出は各セルごとに行い、消去は全てのセル
に対して一括して行うようにしたフラッシュ型のものと
がある。
In an EEPROM using a memory transistor having such a floating gate, a select transistor is provided for each memory transistor of each cell so that writing, erasing and reading of information can be performed independently for each cell. There are a full-future type and a flash type in which information writing and reading is performed for each cell and erasing is performed collectively for all cells.

【0004】ところが、フルフューチャー型のものは、
セレクトトランジスタを個々のセルごとに設けているの
で、セル面積が大きくなり、高集積化が困難である。こ
のため、最近では、フラッシュ型のものの開発が盛んに
行われている。フラッシュ型のEEPROMにおけるメ
モリトランジスタの代表的な構造は、図7に示されてい
るスタックゲート構造である。すなわち、N型シリコン
基板61にP型ウェル62が形成されており、このP型
ウェル62上に、トンネル酸化膜63、フローティング
ゲート64、絶縁膜65およびコントロールゲート66
が順に積層されている。トンネル酸化膜63の両側のP
型ウェル62内にはN+型ソース拡散層67およびN+
型ドレイン拡散層68が形成されている。さらに、ドレ
イン拡散層68の周囲には、このドレイン拡散層68と
P型ウェル63との境界部に電界を集中させてホットエ
レクトロンの発生効率を高めるためのP+型拡散層69
が形成されている。また、ソース拡散層67の周囲に
は、その境界部における不純物濃度の変化を緩慢にして
高耐圧構造とするためのN- 型拡散層70が形成されて
いる。
However, the full-future type is
Since the select transistor is provided for each individual cell, the cell area becomes large and high integration is difficult. For this reason, recently, flash-type devices have been actively developed. A typical structure of the memory transistor in the flash type EEPROM is the stack gate structure shown in FIG. That is, the P-type well 62 is formed in the N-type silicon substrate 61, and the tunnel oxide film 63, the floating gate 64, the insulating film 65, and the control gate 66 are formed on the P-type well 62.
Are sequentially stacked. P on both sides of the tunnel oxide film 63
The N + type source diffusion layer 67 and the N +
A type drain diffusion layer 68 is formed. Further, around the drain diffusion layer 68, a P + -type diffusion layer 69 for concentrating an electric field at the boundary between the drain diffusion layer 68 and the P-type well 63 to enhance the generation efficiency of hot electrons.
Are formed. Further, around the source diffusion layer 67, an N -type diffusion layer 70 is formed for slowing the change of the impurity concentration at the boundary portion to form a high breakdown voltage structure.

【0005】この構成により、コントロールゲートGお
よびドレインDに正の高電圧を印加するとともにソース
Sを接地すると、ドレイン拡散層68の近傍でホットエ
レクトロンが発生する。このホットエレクトロンは、ト
ンネル酸化膜63を透過して、フローティングゲート6
4に注入される。このようにして情報の書込が達成され
る。
With this configuration, when a positive high voltage is applied to the control gate G and the drain D and the source S is grounded, hot electrons are generated near the drain diffusion layer 68. The hot electrons pass through the tunnel oxide film 63 and reach the floating gate 6
4 is injected. In this way the writing of information is achieved.

【0006】情報の消去時には、ゲートGを接地して、
ソースSに正の消去電圧が印加される。これにより、フ
ローティングゲート64内の電荷は、F−Nトンネルし
てソース拡散層67に引き抜かれ、これにより情報の消
去が達成される。フローティングゲート64におけるエ
レクトロンの有無によりトランジスタの閾値は2種類に
変化する。情報の読出時には、この2種類の閾値の間の
中間的な電圧値を有するセンス電圧がゲートGに印加さ
れる。そして、このときに、ソース−ドレイン間が導通
するかどうかを監視することによって、情報が書込状態
にあるか消去状態にあるかを知ることができ、これによ
り情報の読出が達成される。
At the time of erasing information, the gate G is grounded,
A positive erase voltage is applied to the source S. As a result, the charges in the floating gate 64 are FN tunneled and extracted to the source diffusion layer 67, thereby erasing information. The threshold value of the transistor changes into two types depending on the presence or absence of electrons in the floating gate 64. At the time of reading information, a sense voltage having an intermediate voltage value between the two kinds of threshold values is applied to the gate G. At this time, it is possible to know whether the information is in the written state or the erased state by monitoring whether or not the source and the drain are electrically connected, and thereby the reading of the information is achieved.

【0007】EEPROMでは、上述のようなメモリト
ランジスタがマトリクス配列され、各トランジスタのソ
ースSは共通接続される。そして、データの消去時に
は、ゲートGに接続された全てのワード線が接地される
とともに、上記共通接続されたソースSに正の電圧が与
えられて、全てのセルに関する情報の消去が一括して行
われる。このようなスタックゲート構造のフラッシュ型
EEPROMでは、1セルに含まれるトランジスタは1
個なので集積化に有利である。
In the EEPROM, the memory transistors as described above are arranged in a matrix, and the sources S of the transistors are commonly connected. At the time of erasing data, all the word lines connected to the gate G are grounded, and a positive voltage is applied to the commonly connected sources S, so that the erasing of information on all cells is performed at once. Done. In such a flash type EEPROM having a stack gate structure, one cell includes one transistor.
Since it is an individual, it is advantageous for integration.

【0008】ところが、基板上の全てのセル(またはP
型ウェル62内の全てのセル)の記憶情報を一括消去す
るためには、信号電荷の消去に要する時間が最も長いセ
ルに合わせて全体の消去時間を長めに設定する必要があ
る。このため、信号電荷が比較的速く消去されるセルで
は、信号電荷が過剰に引き抜かれて、このセルのメモリ
トランジスタのフローティングゲートに正電荷が蓄積さ
れるという過剰消去が生じる。このような過剰消去が生
じると、各セルの間でトランジスタの閾値にばらつきが
生じることになるので、読出動作が不安定になるおそれ
がある。たとえば、過剰消去が生じたセルのメモリトラ
ンジスタでは、非選択状態であっても、フローティング
ゲートに蓄積された正電荷のためにチャネルが形成さ
れ、ソース−ドレイン間に電流が流れてしまうという問
題が生じ、目的とするセルからの記憶情報の読出が不確
実になる。
However, all cells (or P
In order to erase the stored information in all cells in the mold well 62 at a time, it is necessary to set the overall erase time to a long time in accordance with the cell that requires the longest time to erase the signal charge. Therefore, in the cell in which the signal charge is erased relatively quickly, the signal charge is excessively extracted, and the positive charge is accumulated in the floating gate of the memory transistor of this cell, which causes an excessive erase. When such over-erasure occurs, the threshold value of the transistor varies among cells, and the read operation may become unstable. For example, in a memory transistor of a cell in which over-erase has occurred, even if it is in a non-selected state, a channel is formed due to the positive charge accumulated in the floating gate, and a current flows between the source and the drain. Then, the reading of the stored information from the target cell becomes uncertain.

【0009】このような不具合を解決したフラッシュ型
のEEPROMとして、図8に簡略化して示すSISO
S(SIdewall Select-gate On the Source side )構造
のゲートを有するトランジスタをメモリトランジスタに
適用したものが提案されている。この図8において、上
述の図7に示された各部に対応する部分には同一の参照
符号を付して示す。この構成では、フローティングゲー
ト64などを含むゲートのソース拡散層67側の側壁部
に自己整合的に形成されたSWS(サイド・ウォール・
スペーサ)が、セル選択用の選択ゲート71として用い
られている。そして、情報の読出時には、選択ゲート7
1に正の電圧を印加して、この選択ゲート71の直下の
P型ウェル62にチャネルを形成させる。
As a flash type EEPROM that solves such a problem, SISO is shown in a simplified form in FIG.
It is proposed that a transistor having a gate of S (SIdewall Select-gate On the Source side) structure is applied to a memory transistor. In FIG. 8, portions corresponding to the respective portions shown in FIG. 7 described above are designated by the same reference numerals. In this structure, the SWS (side wall layer) formed in a self-aligned manner on the side wall portion of the gate including the floating gate 64 on the source diffusion layer 67 side.
The spacer) is used as the select gate 71 for cell selection. When the information is read, the selection gate 7
A positive voltage is applied to 1 to form a channel in the P-type well 62 directly below the select gate 71.

【0010】この構成によれば、選択ゲート71への電
圧の印加によって、確実に読出セルを選択できるから、
たとえ過剰消去のために閾値に多少の変動が生じた場合
であっても、非選択セルからの情報の読出を防止でき、
読出動作の信頼性を確保できる。しかも、トランジスタ
の形成領域が過度に大きくなることがないので、高集積
化も良好に行える。
According to this structure, the read cell can be surely selected by applying the voltage to the select gate 71.
Even if there is some variation in the threshold value due to overerasure, reading of information from non-selected cells can be prevented,
The reliability of the read operation can be secured. Moreover, since the transistor formation region does not become excessively large, high integration can be favorably performed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
なSISOS構造のトランジスタを適用した記憶装置で
は、比較的断面積の小さな選択ゲート71に電圧を印加
する必要があるため、この選択ゲート71の電気抵抗が
高く、その結果、読出動作の高速化が妨げられるという
問題がある。この不具合を避けるために選択ゲート71
の断面積を大きくすることは、基板面積の増大を招き、
高集積化の要求に逆行することとなり、許されない。
However, in the memory device to which the transistor having the SISOS structure as described above is applied, it is necessary to apply a voltage to the select gate 71 having a relatively small cross-sectional area. There is a problem that the electric resistance is high, and as a result, the speeding up of the read operation is hindered. To avoid this problem, the selection gate 71
Increasing the cross-sectional area of causes an increase in the substrate area,
This is against the demand for high integration and is unacceptable.

【0012】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、読出動作を良好に行うことができるととも
に、高集積化にも有利な不揮発性半導体記憶装置を提供
することである。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems and to provide a non-volatile semiconductor memory device which can favorably perform a read operation and which is advantageous for high integration.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の不揮発性半導体記憶装置の概念的な構成
は、図1に示されている。すなわち、本発明の不揮発性
半導体記憶装置は、トンネル絶縁膜51を介したフロー
ティングゲートへの電荷の注入・放出により不揮発な記
憶を行うメモリトランジスタMTrと、このメモリトラ
ンジスタMTrの選択を行うセレクトトランジスタST
rとを有するものにおいて、半導体基板50にチャネル
領域を挟んで形成され、上記メモリトランジスタMTr
およびセレクトトランジスタSTrのドレインおよびソ
ースを兼用する第1の不純物拡散領域53および第2の
不純物拡散領域54と、上記半導体基板50のチャネル
領域上に形成された上記セレクトトランジスタSTrの
ゲート55と、このゲート55のドレイン側の側部に電
気的に絶縁状態で設けられ、上記フローティングゲート
として作用する側壁ゲート52と、この側壁ゲート52
の近傍に絶縁膜56を介して配置された、上記メモリト
ランジスタMTrのコントロールゲート57とを含むも
のである。
A conceptual structure of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is shown in FIG. That is, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a memory transistor MTr for performing nonvolatile storage by injecting / releasing charges to the floating gate through the tunnel insulating film 51, and a select transistor ST for selecting the memory transistor MTr.
and a memory transistor MTr formed by sandwiching a channel region in the semiconductor substrate 50.
And a first impurity diffusion region 53 and a second impurity diffusion region 54 which also serve as drains and sources of the select transistor STr, a gate 55 of the select transistor STr formed on the channel region of the semiconductor substrate 50, and The side wall gate 52, which is provided in an electrically insulated state on the drain side of the gate 55 and acts as the floating gate, and the side wall gate 52.
And a control gate 57 of the memory transistor MTr, which is disposed in the vicinity of the memory cell via an insulating film 56.

【0014】[0014]

【作用】上記の構成によれば、セレクトトランジスタS
Trのゲート55はチャネル領域の比較的広い領域に渡
って形成され、その側部に形成された側壁ゲート52が
フローティングゲートとして機能する。すなわち、断面
積の小さな側壁ゲート52は、電圧は印加されず、電荷
の蓄積のためだけに用いられるから、この断面積の小さ
な側壁ゲート52が高い抵抗値を有していても何ら問題
は生じない。一方、メモリトランジスタMTrを選択す
るための電圧が印加されるゲート55は、比較的大きな
断面積を有しているので、充分に小さな抵抗値を有する
ことができ、これにより、高速な読出動作を達成でき
る。
According to the above configuration, the select transistor S
The gate 55 of Tr is formed over a relatively wide region of the channel region, and the side wall gate 52 formed on the side portion thereof functions as a floating gate. That is, since the sidewall gate 52 having a small cross-sectional area is used only for accumulating charges without applying a voltage, no problem occurs even if the sidewall gate 52 having a small cross-sectional area has a high resistance value. Absent. On the other hand, since the gate 55 to which the voltage for selecting the memory transistor MTr is applied has a relatively large cross-sectional area, it can have a sufficiently small resistance value, which enables a high-speed read operation. Can be achieved.

【0015】[0015]

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図2は本発明の不揮発性半導体
記憶装置の一実施例であるEEPROMのメモリセルの
平面図であり、図3は図2の切断面線A−Aから見た断
面図である。N型シリコン基板1に形成されたP型ウェ
ル2は、フィールド酸化膜3により所定の素子形成領域
ごとに分離されている。この分離された素子形成領域に
は、N+型ドレイン拡散層11と、N+ 型ソース拡散層
12とが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 2 is a plan view of a memory cell of an EEPROM which is an embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along the section line AA of FIG. The P-type well 2 formed on the N-type silicon substrate 1 is separated by the field oxide film 3 for each predetermined element formation region. An N + type drain diffusion layer 11 and an N + type source diffusion layer 12 are formed in the separated element formation region.

【0016】ドレイン拡散層11とソース拡散層12と
の間のチャネル領域において、ドレイン拡散層11の近
傍の領域には、トンネル酸化膜6を介在させて細長く形
成したフローティングゲート7aが形成されている。ま
た、上記のチャネル領域において、ソース側の領域に
は、ゲート酸化膜9を介して共通ゲート10aが形成さ
れており、この共通ゲート10aは、絶縁膜8を介在さ
せてフローティングゲートゲート7aの上方の領域にま
で延びて形成されている。
In the channel region between the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12, in the region near the drain diffusion layer 11, an elongated floating gate 7a with a tunnel oxide film 6 interposed is formed. .. Further, in the above-mentioned channel region, a common gate 10a is formed in the region on the source side via the gate oxide film 9, and the common gate 10a is above the floating gate gate 7a with the insulating film 8 interposed. Is formed so as to extend to the region.

【0017】なお、図2および図3において、14はド
レイン拡散層11およびソース拡散層12に電気接続さ
れた金属配線であり、16は共通ゲート10に電気接続
された金属配線であり、13,15は層間絶縁膜であ
る。本実施例では、1つのメモリセルは、1トランジス
タ領域にメモリトランジスタとセレクトトランジスタと
を備えている。すなわち、ドレイン拡散層11およびソ
ース拡散層12は、両トランジスタのドレインおよびソ
ースとして兼用されている。また、メモリトランジスタ
のゲートは、上述したトンネル酸化膜6、フローティン
グゲート7a、絶縁膜8および共通ゲート10aで構成
され、共通ゲート10aのドレイン側の一端部がコント
ロールゲートの役目を担っている。さらに、セレクトト
ランジスタのゲートは、上述したゲート酸化膜9および
共通ゲート10aのソース側の端部で構成されている。
すなわち、上述のフローティングゲート7aは、セレク
トトランジスタSTrのゲートの側部に形成した、側壁
ゲートにより構成されている。
In FIGS. 2 and 3, 14 is a metal wiring electrically connected to the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12, 16 is a metal wiring electrically connected to the common gate 10, and 13, Reference numeral 15 is an interlayer insulating film. In this embodiment, one memory cell has a memory transistor and a select transistor in one transistor region. That is, the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12 are also used as the drain and the source of both transistors. Further, the gate of the memory transistor is composed of the tunnel oxide film 6, the floating gate 7a, the insulating film 8 and the common gate 10a described above, and one end of the common gate 10a on the drain side serves as a control gate. Further, the gate of the select transistor is composed of the source-side end of the above-described gate oxide film 9 and common gate 10a.
That is, the floating gate 7a described above is composed of a sidewall gate formed on the side of the gate of the select transistor STr.

【0018】図4は、本実施例のEEPROMの一部の
等価回路を示す電気回路図である。1つのメモリセル
は、上述のメモリトランジスタMTrとセレクトトラン
ジスタSTrとから構成され、各メモリセルがマトリク
ス状に配列されている。両トランジスタMTr,STr
の共通ゲート10aは、各々に対応したワードラインW
n ,Wn+1 ,Wn+2 に接続され、メモリトランジスタM
Trのドレイン(ドレイン拡散層11)はビットライン
m ,Bm+1 に接続され、セレクトトランジスタSTr
のソース(ソース拡散層12)はソースラインSm ,S
m+1 に接続されている。ワードラインWn ,Wn+1 ,W
n+2 はXデコーダ20により選択され、ソースラインS
m ,Sm+1 はYデコーダ21により選択される。
FIG. 4 shows a part of the EEPROM of this embodiment.
It is an electric circuit diagram which shows an equivalent circuit. One memory cell
Is the memory transistor MTr and select transistor described above.
It is composed of a register STr and each memory cell is a matrix.
It is arranged like a stripe. Both transistors MTr, STr
The common gate 10a of the
n, Wn + 1, Wn + 2Connected to the memory transistor M
The drain (drain diffusion layer 11) of Tr is a bit line
Bm, Bm + 1Connected to the select transistor STr
Source (source diffusion layer 12) is the source line Sm, S
m + 1It is connected to the. Word line Wn, Wn + 1, W
n + 2Is selected by the X decoder 20 and the source line S
m, Sm + 1Are selected by the Y decoder 21.

【0019】メモリセル(n,m)に対するデータの書
込は、次のようにして行われる。すなわち、ビットライ
ンBm に書込電圧VP を与え、ワードラインWn をHレ
ベルにするとともに、ソースラインSm を接地する。メ
モリセル(n,m)とともにワードラインWn に共通に
接続されているメモリセル(n,m+1)は、ビットラ
インBm+1 およびソースラインSm+1 を開放するか接地
することにより、書込が禁止される。その他のメモリセ
ル(n+1,m)および(n+1,m+1)はワードラ
インWn+1 を接地またはLレベルとすることにより、セ
レクトトランジスタSTrをオフ状態として、書込を禁
止できる。
Data writing to the memory cell (n, m) is performed as follows. That is, the write voltage V P is applied to the bit line B m , the word line W n is set to the H level, and the source line S m is grounded. The memory cell (n, m + 1) commonly connected to the word line W n together with the memory cell (n, m) is opened or grounded by opening the bit line B m + 1 and the source line S m + 1 . Writing is prohibited. In the other memory cells (n + 1, m) and (n + 1, m + 1), by setting the word line W n + 1 to the ground or the L level, the select transistor STr is turned off and writing can be prohibited.

【0020】選択されたメモリセル(n,m)では、次
のようにしてフローティングゲート7aへのホットエレ
クトロンの注入が行われる。すなわち、ドレイン拡散層
11に、書込電圧VP が印加され、ソース拡散層12が
接地され、共通ゲート10aがHレベルになると、ソー
ス拡散層12からドレイン拡散層11へ向かってチャネ
ルが形成される。書込電圧VP を適宜設定することによ
り、このチャネルを、セレクトトランジスタSTrの下
部(すなわち、図3の共通ゲート10aの右側にあるゲ
ート酸化膜9の直下)を超え、かつドレイン拡散層11
には達しない位置にまで延ばす。そうすると、フローテ
ィングゲート7aの直下で電界が集中し、多数のホット
エレクトロンが発生する。ホットエレクトロンの一部
は、ドレイン拡散層11に流れ込むが、一部は共通ゲー
ト10aの電界により加速されて、トンネル酸化膜6を
透過してフローティングゲート7aに注入される。この
ようにしてデータの書込が達成される。この書込状態で
は、メモリトランジスタMTrを導通させるための閾値
は、高い値をとる。
In the selected memory cell (n, m), hot electrons are injected into the floating gate 7a as follows. That is, when the write voltage V P is applied to the drain diffusion layer 11, the source diffusion layer 12 is grounded, and the common gate 10a becomes H level, a channel is formed from the source diffusion layer 12 toward the drain diffusion layer 11. It By appropriately setting the write voltage V P , this channel is crossed over the lower portion of the select transistor STr (that is, immediately below the gate oxide film 9 on the right side of the common gate 10a in FIG. 3) and the drain diffusion layer 11 is formed.
Extend to a position that does not reach. Then, the electric field is concentrated immediately below the floating gate 7a, and a large number of hot electrons are generated. A part of the hot electrons flows into the drain diffusion layer 11, but a part of the hot electrons is accelerated by the electric field of the common gate 10a, penetrates the tunnel oxide film 6, and is injected into the floating gate 7a. In this way, writing of data is achieved. In this written state, the threshold value for making the memory transistor MTr conductive has a high value.

【0021】メモリセル(n,m)のデータの消去は、
次のようにして行われる。すなわち、ワードラインWn
をLレベルとし、ビットラインBm およびソースライン
mにそれぞれ消去電圧VE を印加する。メモリセル
(n,m)とともに共通にワードラインWn に接続され
ているメモリセル(n,m+1)は、ビットラインBm+
1 およびソースラインSm+1 が接地またはオープンとさ
れ、消去が禁止される。また、その他のメモリセル(n
+1,m)、(n+1,m+1)は、ワードラインW
n+1 をHレベルとすることによって、消去を禁止でき
る。メモリセル(n,m)の共通ゲート10aがLレベ
ルとされ、ドレイン拡散層11に消去電圧VEが印加さ
れると、フローティングゲート7aに蓄積されていた電
子が、トンネル酸化膜6を透過してドレイン拡散層11
に引き抜かれ、これにより記憶データの消去が達成され
る。この消去状態では、メモリトランジスタMTrを導
通させるための閾値は、低い値をとる。
Erasing the data in the memory cell (n, m)
This is done as follows. That is, the word line W n
Is set to the L level, and the erase voltage V E is applied to the bit line B m and the source line S m . The memory cell (n, m + 1) commonly connected to the word line W n together with the memory cell (n, m) has a bit line B m +.
1 and the source line S m + 1 are grounded or open, and erasing is prohibited. In addition, other memory cells (n
+ 1, m) and (n + 1, m + 1) are word lines W
Erase can be prohibited by setting n + 1 to the H level. When the common gate 10a of the memory cell (n, m) is set to the L level and the erase voltage V E is applied to the drain diffusion layer 11, the electrons accumulated in the floating gate 7a pass through the tunnel oxide film 6. Drain diffusion layer 11
, And thereby erase of the stored data is achieved. In this erased state, the threshold value for making the memory transistor MTr conductive has a low value.

【0022】メモリセル(n,m)の記憶データの読出
は、次のようにして行われる。すなわち、ソースライン
m を接地し、ワードラインWn にセンス電圧VSENSE
を印加するとともに、ビットラインBm に抵抗を介して
電圧Vccを印加して、このビットラインBm の、電位降
下の有無を検知する。すなわち、メモリセル(n,m)
にデータが書き込まれていれば、メモリトランジスタM
Trはオフ状態になるので、電圧降下が生じない状態、
すなわち、データ「1」が読み出される。一方、メモリ
セル(n,m)にデータが書き込まれていれば、メモリ
トランジスタMTrはオン状態になるので、電圧降下が
生じる状態、すなわち、データ「0」が読み出される。
なお、上記のセンス電圧VSENSE は、書込状態および消
去状態におけるメモリトランジスタMTrの各閾値の間
の中間的な値の電圧である。
The data stored in the memory cell (n, m) is read out as follows. That is, the source line S m is grounded and the sense voltage V SENSE is applied to the word line W n.
It applies a applies a voltage Vcc via a resistor to the bit line B m, the bit line B m, for detecting the presence or absence of the potential drop. That is, the memory cell (n, m)
If data is written in the memory transistor M,
Since Tr is turned off, no voltage drop occurs,
That is, the data “1” is read. On the other hand, when the data is written in the memory cell (n, m), the memory transistor MTr is turned on, so that the voltage drop occurs, that is, the data “0” is read.
The sense voltage V SENSE is a voltage having an intermediate value between the threshold values of the memory transistor MTr in the written state and the erased state.

【0023】上述のように、本実施例では、セレクトト
ランジスタSTrのゲートの側部に形成された側壁ゲー
トがフローティングゲート7aとして用いられ、共通ゲ
ート10aにおいてチャネル領域上の比較的広い領域に
渡って形成された断面積の大きなソース側部分がセレク
トトランジスタSTrのゲートとして用いられている。
したがって、このセレクトトランジスタSTrのゲート
は充分に小さな抵抗を有することができるから、このセ
レクトトランジスタSTrの駆動を良好に行うことがで
きる。これにより、読出動作を高速に行える。
As described above, in this embodiment, the side wall gate formed on the side of the gate of the select transistor STr is used as the floating gate 7a, and the common gate 10a extends over a relatively wide region on the channel region. The formed source-side portion having a large cross-sectional area is used as the gate of the select transistor STr.
Therefore, the gate of the select transistor STr can have a sufficiently small resistance, so that the select transistor STr can be driven well. As a result, the read operation can be performed at high speed.

【0024】一方、側壁ゲートをフローティングゲート
7aに用いているので、このフローティングゲート7a
の断面積は小さくなるのであるが、このフローティング
ゲート7aには外部からの電圧が印加されることはな
く、単に電荷の蓄積のみに用いられる。このため、この
断面積の小さなフローティングゲート7aが大きな抵抗
値を有していても、このことが書込、消去および読出の
各動作に対して悪影響を及ぼすことはない。
On the other hand, since the sidewall gate is used for the floating gate 7a, this floating gate 7a
However, no external voltage is applied to the floating gate 7a, and the floating gate 7a is used only for accumulating charges. Therefore, even if floating gate 7a having a small cross-sectional area has a large resistance value, this does not adversely affect each operation of writing, erasing and reading.

【0025】しかも、1つのトランジスタの形成領域
に、メモリトランジスタMTrとセレクトトランジスタ
との2つのトランジスタを形成しているので、メモリセ
ルの面積が過度に増大することもなく、高集積化を良好
に行うことができる。以下では、図5および図6を参照
して、本実施例のEEPROMの製造方法を説明する。
なお、製造方法は、種々変更可能であり、本発明の記憶
装置は、この方法によって製造されたものに限定される
ものではない。
Moreover, since the two transistors of the memory transistor MTr and the select transistor are formed in one transistor formation region, the area of the memory cell does not increase excessively, and high integration can be favorably achieved. It can be carried out. Hereinafter, a method of manufacturing the EEPROM of this embodiment will be described with reference to FIGS.
The manufacturing method can be variously modified, and the memory device of the present invention is not limited to the one manufactured by this method.

【0026】先ず、図5(a) に示すように、N型シリコ
ン基板1にP型ウェル2が形成され、その後、表面に酸
化膜4が形成され、さらに素子分離用のフィールド酸化
膜3が選択的に成長させられる。次いで、図5(b) に示
すように、酸化膜5をCVD(Chemical Vapor Deposit
ion )法により堆積した後、異方性エッチングによりメ
モリトランジスタおよびセレクトトランジスタを形成す
べき領域の酸化膜5を選択的に除去する。
First, as shown in FIG. 5A, a P-type well 2 is formed on an N-type silicon substrate 1, an oxide film 4 is then formed on the surface, and a field oxide film 3 for element isolation is further formed. Can be selectively grown. Then, as shown in FIG. 5B, the oxide film 5 is formed by CVD (Chemical Vapor Deposit).
ion deposition) and then anisotropically etching to selectively remove the oxide film 5 in the region where the memory transistor and the select transistor are to be formed.

【0027】この状態から、基板表面を平滑化するため
に、基板表面を再酸化した後に、ウェットエッチングに
よりその酸化膜を除去する。続いて、素子形成領域に、
トンネル酸化膜6を形成した後、導電性のポリシリコン
膜7を堆積する。この状態が、図5(c) に示されてい
る。次に、図5(d) に示すように、酸化膜5上のポリシ
リコン膜7が全て除去されるまでエッチバックする。こ
れにより、酸化膜5の窓部分の端面にポリシリコンのサ
イドウォールが形成される。左側のサイドウォールが、
上述したメモリトランジスタMTrのフローティングゲ
ート7aになる。なお、フローティングゲート7aのゲ
ート長は、酸化膜5の厚さおよびエッチング条件等を変
えることにより、デザインルール以下の寸法で制御する
ことができる。
From this state, in order to smooth the surface of the substrate, the surface of the substrate is re-oxidized, and then the oxide film is removed by wet etching. Then, in the element formation region,
After forming the tunnel oxide film 6, a conductive polysilicon film 7 is deposited. This state is shown in FIG. 5 (c). Next, as shown in FIG. 5D, etching back is performed until the polysilicon film 7 on the oxide film 5 is completely removed. As a result, a sidewall of polysilicon is formed on the end surface of the window portion of the oxide film 5. The sidewall on the left is
It becomes the floating gate 7a of the memory transistor MTr described above. The gate length of the floating gate 7a can be controlled by a dimension smaller than the design rule by changing the thickness of the oxide film 5 and the etching conditions.

【0028】次に、図6(e) を参照する。この工程で
は、図5(d) に示された左側のサイドウォールであるフ
ローティングゲート7aと、酸化膜5の一部をフォトレ
ジストでマスクし、右側のサイドウォールと酸化膜5の
残部をエッチングして除去する。そして、フォトレジス
トを除去した後、熱酸化させてフローティングゲート7
aの表面に絶縁膜(シリコン酸化膜)8を形成する。さ
らに、セレクトトランジスタ領域の酸化膜をウェットエ
ッチングで除去した後、ゲート酸化膜9を形成し、次い
で、ポリシリコン膜10を形成する。
Next, FIG. 6 (e) will be referred to. In this step, the floating gate 7a, which is the left sidewall shown in FIG. 5D, and a part of the oxide film 5 are masked with a photoresist, and the right sidewall and the rest of the oxide film 5 are etched. To remove. Then, after removing the photoresist, the floating gate 7 is thermally oxidized.
An insulating film (silicon oxide film) 8 is formed on the surface of a. Further, the oxide film in the select transistor region is removed by wet etching, then the gate oxide film 9 is formed, and then the polysilicon film 10 is formed.

【0029】次に、図6(f) に示すように、トランジス
タ領域をフォトレジストでマスクして、それ以外のポリ
シリコン膜10および酸化膜5を異方性エッチングで除
去する。これにより、メモリトランジスタのコントロー
ルゲートおよびセレクトトランジスタのゲートに兼用さ
れる共通ゲート10aが形成される。ドレインおよびソ
ース領域の酸化膜9を除去した後、燐や砒素などのN型
不純物をイオン注入して、ドレイン拡散層11およびソ
ース拡散層12を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (f), the transistor region is masked with a photoresist, and the remaining polysilicon film 10 and oxide film 5 are removed by anisotropic etching. As a result, the common gate 10a which is also used as the control gate of the memory transistor and the gate of the select transistor is formed. After removing the oxide film 9 in the drain and source regions, N type impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted to form the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12.

【0030】さらに、図6(g) に示すように、再び熱酸
化して表面に酸化膜を形成する。そして、燐ガラス(P
SG)などの層間絶縁膜13を堆積した後、ドレインお
よびソース領域のコンタクトホールを形成し、Al−S
iなどの金属を被着する。この金属膜をフォトエッチン
グ法によりパターニングして、ドレイン拡散層11およ
びソース拡散層12に電気接続された金属配線を形成す
る。
Further, as shown in FIG. 6 (g), thermal oxidation is performed again to form an oxide film on the surface. And phosphorus glass (P
After depositing an interlayer insulating film 13 such as SG), contact holes are formed in the drain and source regions, and Al--S
Deposit a metal such as i. This metal film is patterned by photoetching to form metal wirings electrically connected to the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12.

【0031】そして、図6(h) に示すように、層間絶縁
膜15を堆積した後、ゲート領域にコンタクトホールを
形成し、金属層を被着する。この金属層をパターニング
することにより、共通ゲート10aに接続された金属配
線16が形成される。このようにして、図2および図3
に示されたEEPROMが作成される。なお、本発明は
上述の実施例に限定されるものではない。たとえば、上
記の実施例では、Nチャネル型のEEPROMを例に採
って説明したが、本発明はPチャネル型のEEPROM
にも適用できることはもちろんである。
Then, as shown in FIG. 6H, after depositing the interlayer insulating film 15, a contact hole is formed in the gate region and a metal layer is deposited. By patterning this metal layer, the metal wiring 16 connected to the common gate 10a is formed. In this way, FIG. 2 and FIG.
The EEPROM shown in FIG. The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the N-channel type EEPROM has been described as an example, but the present invention is a P-channel type EEPROM.
Of course, it can also be applied to.

【0032】また、図6に示した従来例において説明し
たように、図2に示したメモリセルにおいても、ドレイ
ン拡散層11とP型ウェル2との間にホットエレクトロ
ンの発生効率を高めるためのP+ 型拡散層を設けてもよ
い。また、耐圧向上のために、ソース拡散層12とP型
ウェル2との間にN- 拡散層を設けてもよい。さらに、
上記の実施例では、メモリトランジスタのコントロール
ゲートとセレクトトランジスタのゲートとが1つの共通
ゲート10aにより構成されているが、これらのゲート
は図1の構成のように相互に絶縁された2つのゲートに
より構成されていてもよい。
Further, as explained in the conventional example shown in FIG. 6, in the memory cell shown in FIG. 2 as well, in order to increase the generation efficiency of hot electrons between the drain diffusion layer 11 and the P-type well 2. A P + type diffusion layer may be provided. Further, an N diffusion layer may be provided between the source diffusion layer 12 and the P-type well 2 in order to improve the breakdown voltage. further,
In the above-mentioned embodiment, the control gate of the memory transistor and the gate of the select transistor are constituted by one common gate 10a, but these gates are constituted by two gates which are mutually insulated as in the constitution of FIG. It may be configured.

【0033】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことが可能である。
Besides, various design changes can be made within the scope of the present invention.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように本発明の不揮発性半導体記
憶装置によれば、セレクトトランジスタのゲートの側部
に設けた側壁ゲートをフローティングゲートとして機能
させるようにしているので、チャネル領域上に形成され
る上記セレクトトランジスタのゲートは充分に大きな断
面積を有することができる。したがって、このセレクト
トランジスタのゲートは充分に低い抵抗値を有すること
ができるから、記憶情報の読出を高速に行うことができ
る。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, since the sidewall gate provided on the side of the gate of the select transistor is made to function as the floating gate, it is formed on the channel region. The gate of the selected select transistor may have a sufficiently large cross-sectional area. Therefore, since the gate of the select transistor can have a sufficiently low resistance value, the stored information can be read at high speed.

【0035】しかも、1つのトランジスタ形成領域に、
メモリトランジスタとセレクトトランジスタとの2つの
トランジスタを形成しているので、小さな面積に形成す
ることができ、高集積化にも有利である。
Moreover, in one transistor formation region,
Since the two transistors of the memory transistor and the select transistor are formed, they can be formed in a small area, which is advantageous for high integration.

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

【図1】本発明の不揮発性記憶装置の基本構成を示す簡
略化した断面図である。
FIG. 1 is a simplified cross-sectional view showing a basic configuration of a nonvolatile memory device of the present invention.

【図2】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一実施例で
あるEEPROMのセル構造を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a cell structure of an EEPROM which is an embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図3】図2の切断面線A−Aから見た断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the section line AA of FIG.

【図4】上記実施例の記憶装置の一部の等価回路を示す
電気回路図である。
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an equivalent circuit of a part of the memory device of the above embodiment.

【図5】上記実施例の記憶装置の製造工程を工程順に示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the memory device of the above embodiment in the order of processes.

【図6】上記実施例の記憶装置の製造工程を工程順に示
す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the memory device of the above embodiment in process order.

【図7】従来から用いられているスタックゲート構造の
フラッシュ型EEPROMのセル構造を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view showing a cell structure of a flash type EEPROM having a stack gate structure which has been conventionally used.

【図8】従来例であるSISOS構造のフラッシュ型E
EPROMのセル構造を示す断面図である。
FIG. 8 is a conventional flash type E having a SISSOS structure.
It is sectional drawing which shows the cell structure of EPROM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型シリコン基板 2 P型ウェル 6 トンネル酸化膜 7a フローティングゲート 8 絶縁膜 9 ゲート酸化膜 10a 共通ゲート 11 ドレイン拡散層(第1の不純物拡散領域) 12 ソース拡散層(第2の不純物拡散領域) 50 半導体基板 51 トンネル絶縁膜 52 フローティングゲート 53 第1の不純物拡散領域 54 第2の不純物拡散領域 55 セレクトトランジスタのゲート 56 絶縁膜 57 メモリトランジスタのコントロールゲート MTr メモリトランジスタ STr セレクトトランジスタ 1 N-type silicon substrate 2 P-type well 6 Tunnel oxide film 7a Floating gate 8 Insulating film 9 Gate oxide film 10a Common gate 11 Drain diffusion layer (first impurity diffusion region) 12 Source diffusion layer (second impurity diffusion region) 50 Semiconductor Substrate 51 Tunnel Insulation Film 52 Floating Gate 53 First Impurity Diffusion Region 54 Second Impurity Diffusion Region 55 Select Transistor Gate 56 Insulation Film 57 Memory Transistor Control Gate MTr Memory Transistor STr Select Transistor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】トンネル絶縁膜を介したフローティングゲ
ートへの電荷の注入・放出により不揮発な記憶を行うメ
モリトランジスタと、このメモリトランジスタの選択を
行うセレクトトランジスタとを有する不揮発性半導体記
憶装置において、 半導体基板にチャネル領域を挟んで形成され、上記メモ
リトランジスタおよびセレクトトランジスタのドレイン
およびソースを兼用する第1の不純物拡散領域および第
2の不純物拡散領域と、 上記半導体基板のチャネル領域上に形成された上記セレ
クトトランジスタのゲートと、 このゲートのドレイン側の側部に電気的に絶縁状態で設
けられ、上記フローティングゲートとして作用する側壁
ゲートと、 この側壁ゲートの近傍に絶縁膜を介して配置された、上
記メモリトランジスタのコントロールゲートとを含むこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A non-volatile semiconductor memory device comprising a memory transistor for performing non-volatile storage by injecting / releasing charges to / from a floating gate through a tunnel insulating film, and a select transistor for selecting the memory transistor. A first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region which are formed on the substrate with a channel region sandwiched therebetween and also serve as drains and sources of the memory transistor and the select transistor; and the above-mentioned semiconductor device formed on the channel region of the semiconductor substrate. The gate of the select transistor, the side wall gate that is provided on the drain side of the gate in an electrically insulated state, and acts as the floating gate, and the side wall gate that is disposed near the side wall gate via an insulating film. Memory transistor control game And a non-volatile semiconductor memory device.
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