JPH06318712A - Nonvolatile semiconductor memory element - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory element

Info

Publication number
JPH06318712A
JPH06318712A JP6095833A JP9583394A JPH06318712A JP H06318712 A JPH06318712 A JP H06318712A JP 6095833 A JP6095833 A JP 6095833A JP 9583394 A JP9583394 A JP 9583394A JP H06318712 A JPH06318712 A JP H06318712A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charge storage
region
channel
semiconductor memory
memory device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP6095833A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0773116B2 (en
Inventor
Hidekazu Suzuki
英一 鈴木
Toshihiro Sekikawa
敏弘 関川
Yutaka Hayashi
豊 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP6095833A priority Critical patent/JPH0773116B2/en
Publication of JPH06318712A publication Critical patent/JPH06318712A/en
Publication of JPH0773116B2 publication Critical patent/JPH0773116B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a nonvolatile semiconductor memory element which can store a number of bits in one element and, at the same time, has a small occupying area. CONSTITUTION:A trapezoid semiconductor section 9 with a channel forming area 23 on its surface is formed on the main surface of a substrate 1 and a charge storing member 6 is provided on the surface of the section 9. In order to divide the member 6 into effective charge storing areas respectively having prescribed widths of W1, W2, and W3, a first, second, and third gate electrodes 51, 52, and 53 respectively having the corresponding widths W1, W2, and W3 are provided. At least some of the gate electrodes, for example, the first and second gate electrodes 51 and 52 are provided along the side faces of the section 9.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は不揮発性半導体メモリ素
子に関し、特に単位の素子中に二つ以上の多ビットない
し多状態を記憶可能にすると共に、素子占有面積を小型
化するための改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly, to an improvement for making it possible to store two or more multi-bits or multi-states in a unit device and to reduce the area occupied by the device. .

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性半導体メモリ素子自体は公知で
あり、これまでにも構造的、動作機構的にそれぞれ特徴
を有する各種の素子が提案されてきた。それらを記憶内
容の消去ないし書換え方法に関して分類すれば、電気的
にプログラム可能な読出し専用メモリ(EPROM)
と、プログラム(書込み)のみならず、消去ないし書換
えも電気的に可能な読出し専用メモリ(EEPROMま
たはEAROM)とに分けることができる。周知のよう
に、前者は書込みこそ電気的に行なえるが、消去は紫外
線照射等、他の消去操作によらねばならないから、これ
ら両者を記憶内容の操作に関して比べる限りにおいて
は、将来的に見ても後者が勝っていることは明らかであ
る。
2. Description of the Related Art A non-volatile semiconductor memory device itself is well known, and various devices having respective structural and operating mechanism characteristics have been proposed so far. Electrically programmable read-only memory (EPROM) if they are classified according to the method of erasing or rewriting stored contents.
And a read-only memory (EEPROM or EAROM) that can be electrically erased or rewritten as well as programmed (written). As is well known, the former can only be written electrically, but it must be erased by another erase operation such as UV irradiation. It is clear that the latter is also superior.

【0003】一方、EPROM、EEPROMの別な
く、電荷蓄積部材がどのように構成されているかに関し
て分類すれば、例えばいわゆるMNOS構造中のシリコ
ン窒化膜とシリコン酸化膜との重合構造に代表されるよ
うに、少なくとも一つの絶縁膜が有する電荷の蓄積トラ
ップを利用するものと、例えばFAMOS構造等に代表
されるように、絶縁膜中に埋設され、どこにも放電経路
を形成しない導電性浮遊ゲートを用いるものがある。一
般にこうした部材とかその中の電荷蓄積トラップは、総
称的に“電荷蓄積構造”等と称されることが多いが、本
書ではこれを一つの物的な構造部材として捕え、以下、
“電荷蓄積部材”と称すると共に、この電荷蓄積部材中
にあって実際に電荷蓄積に関与し、その下のチャネル形
成や、あるいは形成されているチャネル状態の変更に関
与する部分は“実効電荷蓄積領域”と称する。ただしい
ずれも、電荷が蓄積可能な部材、実効的に電荷を蓄積可
能な領域という意味であり、現に蓄積されているか否か
にはかかわりない。
On the other hand, if the charge storage members are classified regardless of whether they are EPROMs or EEPROMs, they may be represented by, for example, a polymerized structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film in a so-called MNOS structure. And using a charge storage trap of at least one insulating film and a conductive floating gate embedded in the insulating film and not forming a discharge path anywhere, as represented by, for example, a FAMOS structure. There is something. Generally, such members and charge storage traps therein are often collectively referred to as “charge storage structure”, but in this document, they are regarded as one physical structural member, and
In addition to being called the "charge storage member", the portion of the charge storage member that actually participates in charge storage and that is responsible for channel formation and the change of the channel state underneath is called "effective charge storage member". Area ". However, in either case, it means a member capable of accumulating charges and a region capable of effectively accumulating charges, regardless of whether or not the charges are actually accumulated.

【0004】しかるに、“実効電荷蓄積領域”と“電荷
蓄積部材”とが物としての面積寸法ないし幾何形状にお
いて一致しないことがあるのは明らかである。例えば上
記したFAMOS構造等では、電荷蓄積部材としての浮
遊ゲートに対し、素子のメモリ動作に関与する実効電荷
蓄積領域は、ほぼ当該浮遊ゲートの占める面積領域その
ものに一致するが、MNOS構造等では、当該異種絶縁
膜重合構造としてのシリコン酸化膜と窒化膜の重合膜等
は、ソース、ドレイン間のチャネル形成領域間にのみ設
けられるものではなく、一般には基板全面に付されるか
ら、実際に不揮発的なメモリ動作に関与する実効電荷蓄
積領域は、その中の一部のチャネル形成領域上の面積領
域に限られる。さらに、このように定義される実効電荷
蓄積領域への選択された電荷(電子または正孔)の注入
メカニズムの相違に関しての分類もまた可能で、雪崩注
入、トンネル注入、チャネル注入等の各原理が選択的に
採用されている。
However, it is obvious that the "effective charge storage region" and the "charge storage member" may not match in the area size or geometrical shape as an object. For example, in the FAMOS structure or the like described above, the effective charge storage region involved in the memory operation of the element is almost the same as the area occupied by the floating gate with respect to the floating gate as the charge storage member. Since the polymerized film of silicon oxide film and nitride film as the different insulating film polymerized structure is not provided only between the channel formation regions between the source and the drain, it is generally provided on the entire surface of the substrate, and therefore, it is actually nonvolatile. The effective charge storage region involved in the typical memory operation is limited to the area region on a part of the channel formation region therein. Furthermore, it is also possible to classify the difference in injection mechanism of selected charges (electrons or holes) into the effective charge storage region thus defined, and each principle such as avalanche injection, tunnel injection, channel injection, etc. Used selectively.

【0005】特にEEPROM等、電気的に消去も可能
なものでは、例えば電子の蓄積状態を論理“1”に、対
して正孔の蓄積状態または正孔の注入による蓄積電子の
中和状態、あるいは蓄積電子の放出状態を論理“0”に
対応させるような場合には、それぞれ当該電子の注入と
正孔の注入とで異なる注入メカニズムを採るものもあ
る。なお、これらの不揮発性メモリ素子では、一般に電
荷蓄積部材または電荷注入経路に対して所要のバイアス
電圧ないし電界を印加可能なように、また読出し時に所
定のゲート電圧を印加可能なように、実効電荷蓄積領域
上にゲート電極が設けられることが多いが、上記したい
ずれの構造ないし分類に従う不揮発性半導体メモリ素子
も、電荷蓄積部材中に所定のキャリアが保持されている
か否か、つまりは現在の素子記憶内容がいずれの論理値
にあるかの判別は、一般には、そしてまた簡単には、あ
るゲート電圧でチャネルが“導通”であるか“非導通”
であるかによりなすことができる。
Particularly, in an electrically erasable one such as an EEPROM, for example, the electron storage state is set to logic "1", whereas the hole storage state or the stored electron neutralization state by injection of holes, or When the emission state of the accumulated electrons is made to correspond to the logic “0”, there are some cases where different injection mechanisms are adopted for the injection of the electrons and the injection of the holes. In these non-volatile memory devices, generally, effective charge is applied so that a required bias voltage or electric field can be applied to the charge storage member or the charge injection path, and a predetermined gate voltage can be applied at the time of reading. Although a gate electrode is often provided on the storage region, in the nonvolatile semiconductor memory device according to any of the above structures or classifications, whether or not a predetermined carrier is held in the charge storage member, that is, the current device is used. Determining which logic value a stored content is, generally and simply, a channel is "conducting" or "non-conducting" at some gate voltage.
It can be done according to

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、これま
でにも実に数多くの不揮発性半導体メモリ素子が提案さ
れてきたが、そのいずれも、ないしはそのほとんどが、
単位の素子あたりには1ビットしか記憶できないもので
あった。そのため、こうした素子を多数二次元アレイに
用いたり、さらには昨今流行りの三次元集積化するに際
しても、おのずからビット密度には制限があった。
As described above, a great number of non-volatile semiconductor memory devices have been proposed so far, but none or most of them have been proposed.
Only one bit could be stored per unit of device. Therefore, when many such elements are used in a two-dimensional array, or when the three-dimensional integration which is popular these days, the bit density is naturally limited.

【0007】本発明はこうした観点から既存の不揮発性
半導体メモリ素子を見直すことにより、まず、同じ単位
の素子としても二つ以上の多ビットないし多くの状態を
記憶可能な不揮発性半導体メモリ素子を提供できないか
との目的意識に従って成されたものである。そのように
なれば、既述のEPROMであるとかEEPROMであ
るとかは問わず、別の次元の問題として、従来に比し、
定められたメモリ形成用の幾何的面積(ないし体積)領
域内におけるビット密度は大きく向上し得るはずであ
る。
In view of the above, the present invention reviews the existing non-volatile semiconductor memory device to provide a non-volatile semiconductor memory device capable of storing two or more multi-bits or many states even in the same unit device. It was made according to the sense of purpose of being able to do it. In that case, regardless of whether it is an EPROM or an EEPROM as described above, as a problem of another dimension, compared with the conventional one,
The bit density within the defined geometrical area (or volume) for memory formation could be greatly improved.

【0008】さらに本発明では、上述のように少なくと
も2ビット以上に多ビット化するに際しても、素子の占
有面積を大いに小型化できる構造の提供もまた、併せて
達成すべき目的としている。
Further, the present invention also aims to provide a structure capable of greatly reducing the area occupied by an element even when the number of bits is increased to at least 2 bits as described above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するため、(a) 互いに離間したソース、ドレイン間
に選択的に形成されるチャネル形成領域上に設けられる
実効電荷蓄積領域を、ソース、ドレイン間を結ぶ方向で
あるチャネル長方向に対して直交するチャネル幅方向に
沿い、互いに独立に複数個設けるようにし、(b) かつ、
チャネル形成領域を有する半導体領域を、バルク半導体
基板の主面上か、またはバルク絶縁物基板上に形成され
た半導体層の主面上にあって、当該バルク半導体基板ま
たは半導体層の主面平面に対して起立した側面を有する
ように隆起的に形成された半導体台状部の表面領域の少
なくとも一部から構成すると共に、(c) 複数個の実効電
荷蓄積領域の中、少なくともそのいくつかは、半導体台
状部の上記起立した側面に沿って設ける。
According to the present invention, in order to achieve the above object, (a) an effective charge storage region provided on a channel formation region selectively formed between a source and a drain, which are separated from each other, A plurality of them are provided independently of each other along the channel width direction orthogonal to the channel length direction which is the direction connecting the source and drain, and (b) and
A semiconductor region having a channel formation region is formed on the main surface of the bulk semiconductor substrate or on the main surface of a semiconductor layer formed on the bulk insulator substrate, and the main surface plane of the bulk semiconductor substrate or the semiconductor layer. It is composed of at least a part of the surface region of the semiconductor trapezoidal portion that is formed so as to have a side surface that stands upright, and (c) at least some of the plurality of effective charge storage regions, It is provided along the raised side surface of the semiconductor platform.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図1から図7に即し、本発明による不
揮発性半導体メモリ素子の各実施例につき詳記するが、
その前に、本発明に至る過程で本発明者により考察され
た参考素子につき、図8から図10に即して説明する。
Embodiments of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 7.
Before that, a reference element considered by the present inventor in the course of reaching the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 10.

【0011】図8(A),(B) は、本発明に至る過程で提
案、検討された、多ビット記憶型不揮発性メモリ素子と
しての参考素子の一例を示している。この参考素子は、
本願のいわゆる親出願中に開示のものであるが、以下、
これを第一参考素子と呼ぶ。この第一参考素子は、既存
の単ビット記憶素子であるMNOS構造素子ないしこれ
に類似の構造を採るEEPROM素子を改良するに都合
の良いものである。説明すると、基板1はこの場合、第
一の導電型のバルク半導体基板11で構成されており、図
8(A) の平面投影構造に良く示されているように、当該
半導体基板11の表面領域には、所定の距離を置いて離間
したソース21、ドレイン22が形成されている。
FIGS. 8A and 8B show an example of a reference element as a multi-bit memory type non-volatile memory element proposed and studied in the process of reaching the present invention. This reference element is
Although disclosed in the so-called parent application of the present application,
This is called a first reference element. This first reference device is convenient for improving an existing MNOS structure device which is a single bit memory device or an EEPROM device having a similar structure. Explaining this, the substrate 1 is composed of a bulk semiconductor substrate 11 of the first conductivity type in this case, and as shown in the plane projection structure of FIG. A source 21 and a drain 22 are formed on the substrate 21 with a predetermined distance therebetween.

【0012】これらソース21、ドレイン22は、こうした
バルク半導体基板11の表面領域に対し、通常の仕方で構
成されていて良く、一般には基板11とは逆導電型の領域
として形成される。ただし、他よりも低抵抗な領域とし
て形成されるならば、半導体基板11と同一導電型の領域
であっても良い。ソース21、ドレイン22間の半導体基板
表面領域は、通常の不揮発性半導体メモリ素子と同様、
所定のゲート電圧印加条件の下でチャネルを選択的に形
成可能なチャネル形成領域23として観念することができ
るが、こうした半導体基板表面上にはまた、図8(A) 中
の断面線8B−8Bに沿う断面図である図8(B) に良く示さ
れているように、通常ゲート絶縁膜8と呼ばれる絶縁膜
構造8が設けられる。ここでは一例として、既存のMN
OS型ないしこれに類似の単ビット記憶型不揮発性半導
体メモリ素子の改良を指向しているため、これらの在来
構造に認められるように、当該ゲート絶縁膜8は電荷蓄
積部材6をも兼ね、少なくとも一つの絶縁膜62中に電荷
蓄積トラップを有する異種絶縁膜61,62の重合構造とな
っている。
The source 21 and the drain 22 may be formed in a usual manner with respect to the surface region of the bulk semiconductor substrate 11, and are generally formed as regions of opposite conductivity type to the substrate 11. However, it may be a region having the same conductivity type as the semiconductor substrate 11 as long as it is formed as a region having a lower resistance than the other regions. The surface area of the semiconductor substrate between the source 21 and the drain 22 is the same as a normal nonvolatile semiconductor memory device.
The channel can be considered as a channel forming region 23 in which a channel can be selectively formed under a predetermined gate voltage application condition, but on such a semiconductor substrate surface, cross-section lines 8B-8B in FIG. As best shown in FIG. 8B, which is a cross-sectional view taken along the line, an insulating film structure 8 usually called a gate insulating film 8 is provided. Here, as an example, the existing MN
Since the aim is to improve an OS type or a single bit memory type non-volatile semiconductor memory device similar to the OS type, the gate insulating film 8 also serves as the charge storage member 6, as can be seen from these conventional structures. At least one insulating film 62 has a superposed structure of different kinds of insulating films 61 and 62 having charge storage traps.

【0013】周知のように、従来のMNOS構造におい
ては、第一絶縁膜61は半導体基板11の表面からのキャリ
アのトンネリングが可能な程に薄いシリコン酸化膜であ
り、またこれに重なる第二の絶縁膜62は電荷の蓄積トラ
ップを含むシリコン窒化膜であるが、同様の機能を営み
得る限り、これまでに報告されている、そしてまた将来
報告されるであろう任意の組合せの異種絶縁膜重合構造
を採用することもできる。例えば第一絶縁膜61としては
上記の外、シリコン直接窒化膜、シリコン窒化酸化膜等
があり、第二の絶縁膜62としてはタンタル酸化膜、アル
ミ酸化膜等がある。さらに、三種以上の組合せ重合構造
も用い得、例えば従来からも第一の絶縁膜として薄いシ
リコン酸化膜、第二絶縁膜としてシリコン窒化膜、第三
絶縁膜として再びシリコン酸化膜を用いたようないわゆ
るMONOS構造等があり、これは低電圧で書換え可能
な特徴を有するので、これを採用することもできる。こ
のような各種構造によって良いゲート絶縁膜8を兼ねる
電荷蓄積部材6はまた、本来ならばソース21、ドレイン
22間にのみ、形成されていれば良いのであるが、通常は
製作の容易性から基板表面の全面に一連に形成される。
以上の諸点は、後述する本発明の実施例においても同様
に適用できる。
As is well known, in the conventional MNOS structure, the first insulating film 61 is a silicon oxide film which is thin enough to allow the tunneling of carriers from the surface of the semiconductor substrate 11, and the second insulating film 61 overlapping the second insulating film 61 overlaps the first insulating film 61. Insulating film 62 is a silicon nitride film containing charge storage traps, but any combination of heterogeneous insulating film polymers that have been previously reported and will also be reported in the future as long as they can perform similar functions. A structure can also be adopted. For example, the first insulating film 61 may be a silicon direct nitride film, a silicon oxynitride film, or the like in addition to the above, and the second insulating film 62 may be a tantalum oxide film, an aluminum oxide film, or the like. Furthermore, a combination polymerization structure of three or more types may be used, for example, a thin silicon oxide film as the first insulating film, a silicon nitride film as the second insulating film, and a silicon oxide film again as the third insulating film may be used. There is a so-called MONOS structure and the like, which has a characteristic that it can be rewritten at a low voltage, and therefore can be adopted. Due to such various structures, the charge storage member 6 which also functions as the gate insulating film 8 is originally the source 21 and the drain.
It suffices if it is formed only in the space between 22. However, it is usually formed in series over the entire surface of the substrate for ease of manufacturing.
The above points can be similarly applied to the embodiments of the present invention described later.

【0014】しかるに、図8に示されている第一参考素
子では、ゲート絶縁膜8ないし電荷蓄積部材6の上のソ
ース、ドレイン間に相当する領域範囲に、多結晶シリコ
ン、金属、シリサイド等、適宜な導電材料製ゲート電極
が複数個(図示の場合、51,52,53の三個)、形成され
ている。これら各ゲート電極51,52,53は、図8(A)中
に明示されているように、ソース、ドレイン間を結ぶ方
向を長さ方向と規定すると(これは通常のチャネル長、
チャネル幅という概念を規定する場合に対応する)、幅
方向に沿い互いに離間し、独立に存在するものとなって
いる。
However, in the first reference element shown in FIG. 8, polycrystalline silicon, metal, silicide, etc. are formed in the region corresponding to the source and drain on the gate insulating film 8 or the charge storage member 6. A plurality of gate electrodes made of an appropriate conductive material (three 51, 52, 53 in the case shown) are formed. Each gate electrode 51, 52, 53 defines the direction connecting the source and drain as the length direction, as clearly shown in FIG. 8A (this is the normal channel length,
Corresponding to the case of defining the concept of channel width), they are separated from each other along the width direction and exist independently.

【0015】ただ、この第一参考素子においては、単に
複数あるというだけではなく、それらゲート電極51,5
2,53の各個の幅W1,W2,W3は全て互いに異なってお
り、しかも、ある意味で望ましい配慮として、最も狭い
幅W1の第一ゲート電極51に対し、第二ゲート電極52の幅
W2は2W1,最も広幅の第三ゲート電極53の当該幅W3は4W1,
と設定されている。
However, in this first reference element, not only are there a plurality of gate electrodes, but also those gate electrodes 51, 5
The widths W 1 , W 2 and W 3 of the respective 2 and 53 are all different from each other, and as a desirable consideration in a sense, the first gate electrode 51 having the narrowest width W 1 is different from the second gate electrode 52. Width of
W 2 is 2W 1 , the width W 3 of the widest third gate electrode 53 is 4W 1 ,
Is set.

【0016】この理由自体は後述するが、あらかじめ述
べて置くと、この各ゲート電極の幅相互の関係は、2以
上の整数n個のゲート電極を用いると一般化した場合、
互いの幅関係が最も狭いものを基準として広いものへn
を1づつ増す関係で2n-1倍の級数関係(1,2,4,8,・・・・)、
いわゆる倍々関係となっていると言うことである。ただ
し幅方向への配置順序は、何も図示のように最も狭い幅
W1の第一ゲート電極51から最も広い幅W3の第三ゲート電
極53に向けて順番に並設する必要はなく、任意である。
Although the reason for this will be described later, if stated in advance, the mutual relationship between the widths of the respective gate electrodes is generalized by using an integer n gate electrodes of 2 or more.
To the wide one based on the narrowest width relationship n
2 n-1 times series relation (1,2,4,8, ...)
That is to say, there is a so-called double relationship. However, the arrangement order in the width direction is nothing but the narrowest width.
It is not necessary to arrange the first gate electrode 51 of W 1 toward the third gate electrode 53 of the widest width W 3 in order, and it is optional.

【0017】しかるに、上記の通り、一対のソース、ド
レイン間に複数個のゲート電極51,52,53を設けるとい
うことは、実は部材としては単一、連続な部材として形
成されている電荷蓄積部材6を、その機能に鑑みると、
複数の各ゲート電極幅に対応した幅の複数の互いに独立
な実効電荷蓄積領域に分割したことになる,ということ
である。換言すれば、この第一参考素子の場合には、ソ
ース、ドレイン間の幅方向に沿い、複数の互いに独立な
実効電荷蓄積領域を設けるための手段として、電荷蓄積
部材6上に複数個のゲート電極51,52,53を設けるとい
う手法を採用したのである。
However, as described above, the provision of the plurality of gate electrodes 51, 52, 53 between the pair of sources and drains means that the charge storage member is actually a single member or a continuous member. Considering the function of 6,
That is, it is divided into a plurality of independent effective charge storage regions having a width corresponding to the width of each of the plurality of gate electrodes. In other words, in the case of this first reference element, a plurality of gates are formed on the charge storage member 6 as a means for providing a plurality of independent effective charge storage regions along the width direction between the source and the drain. The method of providing the electrodes 51, 52, 53 was adopted.

【0018】ところで、一般にMOS電界効果トランジ
スタの動作は、ドレイン電圧VDが小さい領域では下記1)
式のように表され、飽和領域では下記2),3)式のように
表される。 ID≒(W/L)・μ・Ci・[(VG−VT) VD−(VD 2/2)] ・・・・・・・・ 1) ID≒(W/2L)・μ・Ci・VDsat 2 ・・・・・・・・ 2) VDsat ≒VG−VT’ ・・・・・・・・ 3) ここで上記1)〜3)式中、IDはドレイン電流,VGはゲート
電圧,VTは閾値電圧,VT’は実効閾値電圧,Lはチャネ
ル長,Wはチャネル幅,μはキャリア表面移動度,Ci
ゲート絶縁膜容量,である。
By the way, generally, the operation of the MOS field effect transistor is as follows 1) in the region where the drain voltage V D is small.
It is expressed as in the equation below, and in the saturation region as in equations 2) and 3) below. I D ≒ (W / L) · μ · C i · [(V G -V T) V D - (V D 2/2)] ········ 1) I D ≒ (W / 2L ) ・ Μ ・ C i・ V Dsat 2・ ・ ・ ・ ・ ・ 2) V Dsat ≈ V G −V T '・ ・ ・ ・ 3) Where, in the above formulas 1) to 3), I D is drain current, V G is gate voltage, V T is threshold voltage, V T 'is effective threshold voltage, L is channel length, W is channel width, μ is carrier surface mobility, C i is gate insulating film capacitance ,.

【0019】上記1),2)式は、与えられたドレイン電圧
VD、ゲート電圧VGおよび閾値電圧VTないしはVT’に対
し、ドレイン電流IDはチャネル幅Wに比例していること
を示している。しかるに、この第一参考素子では、各ゲ
ート電極51,52,53の下の半導体基板表面のチャネル形
成領域23には、それら各ゲート電極の下にそれぞれ形成
されている各実効電荷蓄積領域に電荷が蓄積されている
か否かにより、所定の共通ゲート電圧印加条件下でそれ
ぞれ選択的にチャネルC1,C2,C3を誘起ないし消滅可能
である。具体的には例えば、選択したゲート電極に所定
値以上の相対的な高電圧を印加すると、電荷蓄積部材6
中、そのゲート電極の面積ないし形状に対応した部分に
のみ、半導体基板表面側から電子または正孔が注入され
るか、またはそこから追い出すことができるので、これ
に応じ、当該高電圧を除去した後の所定の共通ゲート電
圧印加条件下ではチャネル形成領域23中の当該対応部分
にのみ、チャネルが誘起される。
The above equations 1) and 2) are given by the given drain voltage.
It is shown that the drain current I D is proportional to the channel width W with respect to V D , the gate voltage V G, and the threshold voltage V T or V T ′. However, in this first reference element, in the channel formation region 23 on the surface of the semiconductor substrate below each gate electrode 51, 52, 53, the charge is stored in each effective charge storage region respectively formed under each gate electrode. It is possible to selectively induce or extinguish the channels C 1 , C 2 and C 3 under a predetermined common gate voltage application condition depending on whether or not is accumulated. Specifically, for example, when a relatively high voltage of a predetermined value or more is applied to the selected gate electrode, the charge storage member 6
In the inside, electrons or holes can be injected from the semiconductor substrate surface side or can be driven out from only the portion corresponding to the area or shape of the gate electrode. Therefore, the high voltage is removed accordingly. A channel is induced only in the corresponding portion in the channel forming region 23 under a predetermined common gate voltage application condition later.

【0020】図8(B) 中にはこの模様を模式的に示すた
め、上記のように所定の共通ゲート電圧印加条件下で当
該各ゲート電極およびそれら各ゲート電極に対応する各
実効電荷蓄積領域の下に誘起される各チャネルC1,C2
C3は、チャネル形成領域23中にあってそれぞれ点線で示
してある。
Since this pattern is schematically shown in FIG. 8B, the respective gate electrodes and the effective charge storage regions corresponding to the respective gate electrodes are applied under the predetermined common gate voltage application condition as described above. Below each channel C 1 , C 2 ,
C 3 is in the channel forming region 23 and is shown by a dotted line.

【0021】ここでまず簡単のため、各チャネルC1
C2,C3の幅が、対応する各ゲート電極51,52,53の幅と
同じW1,W2,W3であって、当然、それら相互の幅関係も
同じ比率の1:2:4であったとすると、それら全ての
チャネルに関しその両端電極であるソース21、ドレイン
22が共通となっている第一参考素子では、上記1),2)式
における値Wは、所定の共通ゲート電圧印加条件下で現
にチャネル形成領域23に誘起されているチャネルの幅や
数、その組合せの如何に応じて可変となる。例えば最も
狭いチャネルC1のみが所定の共通ゲート電圧印加条件下
で誘起ないし“導通”しているときに対し、その四倍と
いう最も広い幅のチャネルC3のみが導通しているときに
は、当然、チャネル幅Wも4W1 となり、同じ印加電圧値
条件下ならば、得られるドレイン電流IDもまた、四倍と
なる。
First, for simplicity, each channel C 1 ,
The widths of C 2 and C 3 are W 1 , W 2 and W 3 , respectively, which are the same as the widths of the corresponding gate electrodes 51, 52 and 53, and naturally, the mutual width relationship is 1: 2: If it is 4, the source 21 and the drain, which are the electrodes at both ends of all the channels,
In the first reference element in which 22 is common, the value W in the above formulas 1) and 2) is the width and number of channels actually induced in the channel formation region 23 under a predetermined common gate voltage application condition, It is variable depending on the combination. For example, when only the narrowest channel C 1 is induced or “conducted” under a predetermined common gate voltage application condition, when only the channel C 3 having the widest width of four times is conductive, naturally, The channel width W is also 4W 1 , and under the same applied voltage value condition, the obtained drain current ID also becomes four times.

【0022】こうしたことから、図8(A),(B) に示され
る第一参考素子のように、三つの個別、独立のゲート電
極51,52,53を有して成る不揮発性半導体メモリ素子に
おいては、所定の共通ゲート電圧印加条件下で全チャネ
ルC1,C2,C3が“非導通”となっているときと、同じ共
通ゲート電圧印加条件下でも逆に全チャネルC1,C2,C3
が“導通”となっているときを含めて、このような素子
に見込まれる代表的な電流−電圧特性の模式図である図
9に示されるように、計八つのチャネル形成状態0〜7
を具現できる。同図中、チャネルの“導通”は論理値
“1”で、“非導通”は論理値“0”で表している。
From the above, a nonvolatile semiconductor memory device having three individual and independent gate electrodes 51, 52 and 53, like the first reference device shown in FIGS. 8A and 8B, is provided. In contrast, when all channels C 1 , C 2 and C 3 are "non-conducting" under a given common gate voltage application condition, and under the same common gate voltage application condition, all channels C 1 , C 2 , C 3
9 is a schematic diagram of a typical current-voltage characteristic expected in such an element, including when the element is "conducting", as shown in FIG.
Can be realized. In the figure, "conduction" of the channel is represented by a logical value "1", and "non-conduction" is represented by a logical value "0".

【0023】すなわち、ある一定の共通ゲート電圧VG
各ゲート51,52,53に印加し、所定のドレイン電圧VD
与えた状態においては、それ以前の書込み操作により、
チャネルを誘起可能な電荷を蓄積している実効電荷蓄積
領域に対応した当該チャネルのみが導通するので、計八
通りのドレイン電流レベルが電流ステップΔIDで重複す
ることなく弁別可能に得られ、したがってまた、要すれ
ば適当なる値の負荷抵抗を付すことにより、八通りの弁
別可能な電圧情報を得ることができる。
That is, in the state where a certain common gate voltage V G is applied to each of the gates 51, 52 and 53 and a predetermined drain voltage V D is applied, by the writing operation before that,
Since only the channel corresponding to the effective charge storage region accumulating the charge capable of inducing the channel is conducted, a total of eight drain current levels can be discriminated without overlapping in the current step ΔI D , and Further, if necessary, by attaching a load resistance having an appropriate value, it is possible to obtain eight kinds of distinguishable voltage information.

【0024】これから推して容易に一般化し得るよう
に、実効電荷蓄積領域(ないしこれを形成するためのゲ
ート電極)をn個とし、それらn個の実効電荷蓄積領域
の幅を2n-1:2n-2:・・・・・・:2 :1 という級数関係にす
れば、二進数で“1”づつインクリメントするかディク
リメントするたびに、ほぼ一定の変化幅ΔIDでドレイン
電流IDが変化するnビット不揮発性記憶素子を実現する
ことができる。
In order to make it easy to generalize further from this, it is assumed that there are n effective charge storage regions (or gate electrodes for forming the same), and the width of these n effective charge storage regions is 2 n-1 : 2 n-2・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ :: 2: 1 In the series relation, the drain current I D is changed with a substantially constant change width ΔI D every time the binary number is incremented by “1” or decremented. It is possible to realize an n-bit non-volatile memory element whose value changes.

【0025】もっとも、確かに上記のように、二進数で
記憶内容が数“1”づつ変化するたびに、当該記憶内容
読出し結果としてのドレイン電流IDがほぼ一定の変化幅
ΔIDで変化することは、例えばこれを電圧値に変換した
後、各記憶論理値を各隣接する記憶論理値間の丁度真ん
中程度に設定されている (n-1)個の基準電圧レベルとの
上下の比較で判別するような場合、当該比較基準電圧に
許容される弁別マージンを最も大きく採ることができる
ために望ましいが、原理的な観点からすれば、各記憶論
理値ごとに弁別可能な、重複することのない異なる値の
ドレイン電流IDが得られれば、変化幅ΔIDは一定でなく
とも良いことになる。
Of course, as described above, every time the stored content changes in binary by a number "1", the drain current I D as a result of reading out the stored content changes with a substantially constant change width ΔI D. For example, after converting this into a voltage value, each memory logic value can be compared with (n-1) reference voltage levels that are set exactly in the middle between adjacent memory logic values. In the case of discrimination, it is desirable because the discrimination margin allowed for the comparison reference voltage can be maximized. However, from a theoretical point of view, it is possible to discriminate each stored logical value and to avoid duplication. If the drain currents I D having different values are obtained, the change width ΔI D does not have to be constant.

【0026】また上記においては、所定の共通ゲート電
圧印加条件下で選択的に形成されるチャネルの各幅と、
それを形成するための各ゲート電極の幅ないし実効電荷
蓄積領域の幅は全て等しいとし、符号W1,W2,W3で示し
たが、実際に作成される素子においては、必ずしもそれ
らの関係が全ては一致しないこともある。そうした場合
にはもちろん、所定の共通ゲート電圧印加条件下におい
て形成され得るチャネルの幅が所望の幅関係となるよう
に、ゲート電極の幅やこれに伴う実効電荷蓄積領域の幅
を設計することになる。なお、図8(A) 中に示されてい
るように、共通のソース21および共通のドレイン22に
は、通常の技術により、それぞれにソース電極3、ドレ
イン電極4が付される。また、図8(B) 中、仮想線で示
されるように、基板1がこれまで述べたきたようなバル
ク半導体基板11ではなく、例えばサファイア、スピネル
等の絶縁物基板12の上に単結晶シリコン等の半導体層13
をヘテロエピタキシャル成長させたもの等、一般的に言
って絶縁物基板12上に半導体層13を持つものであっても
良く、そのような場合には当該半導体層13にチャネル形
成領域を設けることもできる。
Further, in the above, each width of the channel selectively formed under a predetermined common gate voltage application condition,
The width of each gate electrode or the width of the effective charge storage region for forming it is assumed to be the same, and the reference numerals W 1 , W 2 and W 3 are shown. However, all may not match. In such a case, of course, it is necessary to design the width of the gate electrode and the width of the effective charge storage region accompanying it so that the width of the channel that can be formed under a predetermined common gate voltage application condition has a desired width relationship. Become. As shown in FIG. 8A, the common source 21 and the common drain 22 are provided with the source electrode 3 and the drain electrode 4, respectively, by a normal technique. In addition, as shown in phantom lines in FIG. 8B, the substrate 1 is not the bulk semiconductor substrate 11 as described above, but single crystal silicon is formed on the insulating substrate 12 such as sapphire or spinel. Etc. semiconductor layer 13
In general, a semiconductor layer 13 may be provided on the insulator substrate 12, such as a heteroepitaxially grown substrate, and in such a case, a channel forming region may be provided in the semiconductor layer 13. .

【0027】図10(A) は、既述してきたように、一素
子で多ビットを取扱えるようにするとの考えに即しなが
ら、電荷蓄積部材6としていわゆる浮遊ゲート構成を採
用するEEPROM型の不揮発性メモリ素子を構築した
参考例を示している。すなわち、この参考例(第二参考
素子と呼ぶ)においては、ソース、ドレインを結ぶ方向
と直交するチャネル幅方向に複数の実効電荷蓄積領域を
形成するために、当該浮遊ゲート6を、それぞれが実質
的にそのまま実効電荷蓄積領域となる、各々所定幅W1
W2,W3の複数個63-1,63-2,63-3から成るものとしてい
る。
As described above, FIG. 10A shows an EEPROM type which adopts a so-called floating gate structure as the charge storage member 6 in accordance with the idea that one element can handle multiple bits. The reference example which built the non-volatile memory element is shown. That is, in this reference example (referred to as a second reference element), in order to form a plurality of effective charge storage regions in the channel width direction orthogonal to the direction connecting the source and drain, each floating gate 6 is substantially Each of which has a predetermined width W 1 ,
It is assumed that it is composed of a plurality of W 2 , W 3 63 -1 , 63 -2 , 63 -3 .

【0028】そのため、各実効電荷蓄積領域の幅として
の各浮遊ゲート63-1,63-2,63-3の幅W1,W2,W3を規定
すれば、これに応じて、所定の共通ゲート電圧印加条件
下でチャネル形成領域23中に選択的に形成される各対応
チャネルC1,C2,C3の幅も定まり、その結果、三つの浮
遊ゲート63-1,63-2,63-3の全てに電荷を蓄積させる場
合とさせない場合を含み、そのいくつに電荷を蓄積させ
るかによって得られる計八種類の記憶内容の読出しに係
る電流ドレインIDの値も、やはり図9に示されるよう
な、対応的にそれぞれの値となる。
Therefore, if the widths W 1 , W 2 and W 3 of the floating gates 63 -1 , 63 -2 and 63 -3 as the widths of the effective charge storage regions are defined, the predetermined widths can be determined accordingly. The width of each corresponding channel C 1 , C 2 , C 3 selectively formed in the channel formation region 23 under the condition of applying the common gate voltage is also determined, and as a result, the three floating gates 63 -1 , 63 -2 , The value of the current drain I D related to the reading of a total of eight types of stored contents, which is obtained depending on how many charges are stored, including the case where the charges are stored in all 63 -3 and the case where the charges are not stored, is also shown in FIG. Correspondingly, it becomes each value as shown.

【0029】なお、この第二参考素子の場合にも、少な
くとも浮遊ゲート6を中心に見て半導体基板との間とゲ
ート電極との間は同じ絶縁膜により構成されていなくて
も良く、二種あるいはそれ以上の多種絶縁膜重合構造と
なっていても良い。さらに、この図10(A) に示す構造
は、実はEEPROMでなくEPROMであっても、構
造的には同様な形で表し得、専ら各部材の材質や厚味、
その他のパラメータにより、それぞれの浮遊ゲート63-i
(i=1,2,3,・・・・・n)に電気的には一種の電荷の蓄積のみし
かさせ得ないか、あるいは蓄積されている電荷を電気的
に追い出し得るようにもするか、あるいはまた逆極性の
電荷をも注入し得るようにするかによって、EPROM
に留めるかEEPROMとするかが定まる。どちらにす
るかは、古典的なFAMOSにおける雪崩注入の外、そ
の注入メカニズムの選択も含め、公知既存の技術により
必要とする手法を選択すれば良い。
Also in the case of this second reference element, at least the floating gate 6 and the semiconductor substrate need not be formed of the same insulating film with respect to the center of the floating gate 6. Alternatively, it may have a multi-layer insulation film superposition structure of more than that. Further, the structure shown in FIG. 10 (A) can be expressed in a similar structure structurally even if the structure is not an EEPROM but an EPROM.
Other parameters allow each floating gate 63 -i
Whether (i = 1,2,3, ... n) can only electrically store only one kind of charge, or whether the stored charge can be electrically driven out EPROM depending on whether or not it is also possible to inject charges of opposite polarity.
It is decided whether to keep it on or to use EEPROM. Which method should be used may be selected from the methods required by known existing techniques, including the selection of the injection mechanism in addition to the classical avalanche injection.

【0030】浮遊ゲート6の分割に認められるように、
実効電荷蓄積領域6を「物」としても実際に分割的に形
成するという概念は、第一参考素子で用いた異種絶縁膜
構造61,62に関しても原理的には適用可能であり、図1
0(B) に示すような構成とすることができる。すなわ
ち、第一絶縁膜61と第二絶縁膜62とから成る電荷蓄積部
材6を、それぞれ所定の幅W1,W2,W3の各独立な部分64
-1,64-2,64-3から構成するのである。この図10(B)
の第三参考素子においてはまた、これら複数個の個々の
異種絶縁膜重合構造64-1,64-2,64-3をさらに適当なる
保護絶縁膜81で埋設した後、その上に電荷の注入のみに
寄与するか、または両極性の電荷の注入ないし蓄積電荷
の追い出しにも寄与する各ゲート電極51,52,53を設け
ている。ただ、この参考素子の場合には、上述の通り、
各実効電荷蓄積領域は分離的に形成された各異種絶縁膜
重合構造64-1,64-2,64-3に設定されている幅W1,W2
W3により、それぞれその幅が規定されるから、その上に
形成される各ゲート電極51,52,53は、互いに重なり合
うことがなければ、自身に対応する実効電荷蓄積領域な
いし重合構造の幅W1,W2,W3に対し、少しく横方向には
み出すような寸法関係になっていても良い。なお、この
第三参考素子の構造を得るには、図8(A),(B)に示す第
一参考素子におけるように、基板表面に平行かつ一様に
異種絶縁膜重合構造を形成した後、エッチング等の手法
により、各個別部分64-1,64-2,64-3を切り出せば良
い。
As can be seen in the division of the floating gate 6,
In principle, the concept of actually forming the effective charge storage region 6 in a divided manner even as an "object" is applicable to the different insulating film structures 61 and 62 used in the first reference element, as shown in FIG.
It can be configured as shown in 0 (B). That is, the charge storage member 6 composed of the first insulating film 61 and the second insulating film 62 is divided into independent portions 64 each having a predetermined width W 1 , W 2 , W 3.
It consists of -1 , 64-2 , and 64-3 . This Figure 10 (B)
In the third reference element of No. 3, the plurality of individual heterogeneous insulating film superposed structures 64 -1 , 64 -2 , 64 -3 are further buried with a suitable protective insulating film 81, and then charges are injected onto the protective insulating film 81. Each of the gate electrodes 51, 52, 53 is provided that contributes only to the charge, or also contributes to the injection of the bipolar charge or the discharge of the accumulated charge. However, in the case of this reference element, as described above,
Each effective charge storage region has a width W 1 , W 2 , which is set in each differently formed insulating film overlapping structure 64 -1 , 64 -2 , 64 -3 .
Since the width is defined by W 3 , each gate electrode 51, 52, 53 formed on it has a width W of the effective charge storage region corresponding to itself or the width W of the superposed structure unless it overlaps with each other. It may have a dimensional relationship such that it slightly protrudes laterally with respect to 1 , W 2 , and W 3 . In order to obtain the structure of the third reference element, after forming the heterogeneous insulating film superposition structure parallel and uniformly on the substrate surface as in the first reference element shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B). The individual parts 64 -1 , 64 -2 , 64 -3 may be cut out by a method such as etching.

【0031】もっとも、異種絶縁膜重合構造を電荷蓄積
部材6として用いる場合には、むしろ、基板表面に一様
にこれを形成できるということが一つの長所である。換
言すれば、製作工程の簡単化という意味では、電荷蓄積
部材6として図8(A),(B) に示すように全面形成した異
種絶縁膜61,62の重合構造を用いる方が、第二参考素子
におけるような浮遊ゲート63-iを用いるよりも利点があ
る。浮遊ゲート63-iでは、注入された電荷は当該浮遊ゲ
ート内で横方向(基板表面に平行な方向)にも動き得る
ので、一つの浮遊ゲートの上に各幅に規定されたゲート
電極51,52,53を個別に設けるだけでは足りず、所定幅
W1,W2,W3の実効電荷蓄積領域を形成するには、どうし
ても図10(A) に示すように、複数の浮遊ゲート63-i
個別に形成する必要がある。
However, in the case of using a different type insulating film polymerized structure as the charge storage member 6, one advantage is that it can be uniformly formed on the substrate surface. In other words, in terms of simplifying the manufacturing process, it is better to use the superposed structure of the different types of insulating films 61 and 62 formed over the entire surface as the charge storage member 6 as shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B). There are advantages over using a floating gate 63 -i as in the reference device. In the floating gate 63 -i , the injected charges may move laterally (parallel to the substrate surface) in the floating gate, so that the gate electrodes 51, 51 of each width defined on one floating gate are formed. It is not enough to provide 52 and 53 individually, and the specified width
In order to form the effective charge storage regions of W 1 , W 2 , and W 3 , it is inevitable that a plurality of floating gates 63 -i are individually formed as shown in FIG.

【0032】以上、本発明に至る過程で検討された各参
考素子につき、その動作共々詳記したが、これらにはま
だ、次のような問題が残っている。すなわち、従来の単
ビット記憶型のメモリ素子に比せば、既述した各参考素
子に認められるように、一素子で多ビットないし多状態
を記憶できるように改変することは極めて有意義であ
る。しかし、単位の素子としての占有面積の低減化に鑑
みると、上記のように全てのゲート51,52,53を基板主
面と平行に単に並設するだけでは、未だ十分でない場合
がある。
The operation of each of the reference elements examined in the course of reaching the present invention was described in detail above, but the following problems still remain. That is, as compared with the conventional single-bit memory type memory element, it is extremely significant to modify it so that one element can store multiple bits or multiple states, as can be seen from the above-described reference elements. However, in view of the reduction of the occupied area as a unit element, it may still not be sufficient to simply arrange all the gates 51, 52, 53 in parallel with the main surface of the substrate as described above.

【0033】例えば、得るべきドレイン電流IDの大きさ
を大きく取りたかったり、あるいは三個以上もっと多く
のゲートを並設したい場合には、結局、各ゲートの大き
さが大きくなったり、個々には十分小さくても多数個の
ゲートが二次元平面内で並設される結果、全体として見
るとその占有面積が増し、単一の素子とはいえ、小型な
素子とは言えなくなる場合も考えられる。
For example, when it is desired to obtain a large drain current I D to be obtained, or when three or more gates are to be arranged in parallel, the size of each gate is eventually increased, or each gate is individually increased. Is small enough, many gates are arranged side by side in a two-dimensional plane. As a result, the occupied area increases as a whole, and even though it is a single element, it may not be a small element. .

【0034】そこで本発明では、このような参考素子に
対し、さらに構造的な改変を施し、本願要旨構成中に規
定されるような素子を提案するのである。ただし、図1
〜7に即して説明する以下のいずれの実施例において
も、図8〜図10に即して既述した各参考素子における
不揮発性メモリ素子としての基本的な構造や動作原理は
そのままに踏襲でき、また各種部材の変更例等の配慮に
ついても、特に適用不能な旨を明記しない限り、同様に
適用できる。そこで、重複を避けるため、特に本発明の
各実施例に個別の事項を除き、各参考素子に関して述べ
た動作説明や各部材に関する説明、それらの変更例等
は、最早、再掲を省く。
Therefore, the present invention proposes an element as defined in the essential constitution of the present application by further structurally modifying such a reference element. However,
7 to 7, the basic structure and operation principle of the non-volatile memory element in each of the reference elements described above with reference to FIGS. The same can be applied to consideration of modification examples of various members unless otherwise specified. Therefore, in order to avoid duplication, the description of the operation and the description of each member described with respect to each reference element, their modified examples, and the like will be omitted again, except for the individual items of each embodiment of the present invention.

【0035】さらに、簡単のため、本発明により2以上
の整数nに一般化される数の実効電荷蓄積領域も、先の
参考素子におけると同様、三つ示すに留める外、以降の
各実施例においても、それら第一、第二、第三ゲート電
極51,52,53の幅W1,W2,W3の関係は1:2:4と示し
てある。したがって当然、すでに図8(A),(B) に示す第
一参考素子に代表させて説明した多ビット記憶型不揮発
性メモリ素子としての動作及びこれを証明する既掲の式
1)〜3)や、記憶内容とその読出し関係等の説明は、本発
明の各実施例素子においてもそのままに援用することが
できる。
Further, for simplification, the effective charge storage regions of the number generalized to an integer n of 2 or more according to the present invention are not limited to three, as in the above reference device, and each of the following embodiments. Also in the above, the relationship among the widths W 1 , W 2 and W 3 of the first, second and third gate electrodes 51, 52 and 53 is shown as 1: 2: 4. Therefore, of course, the operation as the multi-bit memory type non-volatile memory element explained by using the first reference element shown in FIGS.
The explanations of 1) to 3) and the stored contents and the reading relationship thereof can be applied as they are to the elements of the embodiments of the present invention.

【0036】図1(A),(B) に示すように、本発明により
形成される複数個の実効電荷蓄積領域は、これまで各参
考素子に関し述べてきたように、その全てを基板1(こ
の場合、バルク半導体基板11)の主面に平行な面内にの
み形成するのではなく、少なくともそのいくつか(少な
くとも一つ以上)は、基板主面に対して相対的に隆起し
た半導体台状部9の側面に設けられる。すなわち、半導
体基板11の表面をエッチング等により、例えば図1(A)
に示すように平面投影的には四辺形状の台状部9を残す
と共に、図1(A) 中の断面線1B−1Bに沿う断面図である
図1(B) 中に明示のように、当該台状部9の表面に異種
絶縁膜重合構造61,62より成る電荷蓄積部材6を一様に
形成した後、本発明の趣旨に従い、当該台状部9の上平
面のみならず、基板主面平面に対して相対的にある角度
を置いて起立した関係にある台状部の側面にも、例えば
ゲート電極51,52に見られるように、いくつかのゲート
電極を形成する。その結果、単位素子としての占有面積
という二次元的な概念からすると、極めて小型な素子が
提供できる。つまり、台状部9の側面に形成される第
一、第二ゲート電極51,52の平面的な占有面積は、それ
らの実際の幅W1,W2よりも低減されるのである。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the plurality of effective charge storage regions formed according to the present invention are all formed on the substrate 1 (as described above with reference to each reference device). In this case, not only in the plane parallel to the main surface of the bulk semiconductor substrate 11), but at least some of them (at least one or more) are semiconductor trapezoidal shapes that are relatively elevated with respect to the main surface of the substrate. It is provided on the side surface of the portion 9. That is, for example, by etching the surface of the semiconductor substrate 11 as shown in FIG.
As shown in Fig. 1B, the trapezoidal portion 9 having a quadrilateral shape in plan view is left, and as clearly shown in Fig. 1B which is a sectional view taken along a sectional line 1B-1B in Fig. 1A. After uniformly forming the charge storage member 6 including the different insulating film overlapping structures 61 and 62 on the surface of the platform 9, according to the gist of the present invention, not only the upper plane of the platform 9 but also the substrate main Some gate electrodes are also formed on the side surface of the trapezoidal portion which is in a standing relationship at a certain angle relative to the plane surface, as can be seen in, for example, the gate electrodes 51 and 52. As a result, an extremely small element can be provided from the two-dimensional concept of the occupied area as a unit element. That is, the planar occupation area of the first and second gate electrodes 51, 52 formed on the side surface of the trapezoidal portion 9 is smaller than the actual widths W 1 , W 2 thereof.

【0037】特にこの実施例に認められるように、最も
広い幅W3の第三ゲート電極53を台状部9の上面に付せ
ば、この第三ゲート電極53の幅W3を仮に従来の単ビット
記憶型不揮発性半導体メモリ素子に用いられているのと
ほぼ同じ程度に留めた場合、他の第一、第二ゲート電極
51,52の各幅W1,W2はこれより幅狭であって良いのであ
るから、台状部9の厚味もそれ程には必要なくなり、二
次元平面的な寸法のみならず、高さ方向の寸法大型化も
伴わないで済む。なお、ソース、ドレインの各領域21,
22及びそれらに導通を採るための電極3,4は、図1
(A) 中に明示のように、ゲート電極51,52が設けられて
いる台状部側面とは直交する一対の台状部側面に各形成
すれば良い。
[0037] Specifically, as seen in this embodiment, if face down a third gate electrode 53 of the widest W 3 on the upper surface of the stand-shaped portion 9, the width W 3 of the third gate electrode 53 if a conventional Other first gate electrodes and second gate electrodes, when they are kept at about the same level as used in a single-bit memory type nonvolatile semiconductor memory device.
Since the widths W 1 and W 2 of 51 and 52 may be narrower than this, the thickness of the trapezoidal portion 9 is not necessary so much, and not only the two-dimensional planar dimension but also the height It is not necessary to increase the size in the direction. The source and drain regions 21,
22 and the electrodes 3 and 4 for conducting them are shown in FIG.
As clearly shown in (A), they may be formed on a pair of side surfaces of the trapezoidal portion orthogonal to the side surface of the trapezoidal portion on which the gate electrodes 51 and 52 are provided.

【0038】さらに、同じくこの第一実施例素子の構成
を採用するにしても、図3に示す実施例素子のように、
当該台状部9の側面を基板主面に対し、直角に立ち上げ
るように形成すれば、素子としての占有面積寸法は最も
節約することができる。
Further, even if the structure of this first embodiment element is adopted, as in the embodiment element shown in FIG.
If the side surface of the trapezoidal portion 9 is formed so as to stand up at a right angle to the main surface of the substrate, the size of the area occupied by the element can be most saved.

【0039】また、こうした図1(A),(B) 及び図3に示
された実施例素子においても、電荷蓄積部材6を図10
(A) に示したような複数の浮遊ゲート構成に変えること
もできる。ただしその場合、半導体台状部9の当該各浮
遊ゲートの中、例えば第一、第二の浮遊ゲート63-1,63
-2を添付する側面が垂直に近く立ち上がっていると、む
しろこれら浮遊ゲート63-1,63-2を絶縁膜8内に埋設形
成するには不向きとなる。少なくともいくらかの傾斜を
持つようにした方が製造上は楽である。もちろん、傾斜
を持たせたにしても、全くにして平らな平面内に複数の
ゲート電極を並設した図8〜図10の各参考素子に比せ
ば、当然、占有面積の低減効果は十分期待することがで
きる。
Further, in the device of the embodiment shown in FIGS. 1A, 1B and FIG. 3, the charge storage member 6 is used as shown in FIG.
It is also possible to change to a plurality of floating gate configurations as shown in (A). However, in that case, among the respective floating gates of the semiconductor platform 9, for example, the first and second floating gates 63 -1 , 63
If the side surface to which -2 is attached rises almost vertically, it is rather unsuitable for embedding these floating gates 63 -1 , 63 -2 in the insulating film 8. It is easier in manufacturing to have at least some inclination. Of course, even if it is provided with an inclination, compared with the reference elements of FIGS. 8 to 10 in which a plurality of gate electrodes are arranged in a completely flat plane, the effect of reducing the occupied area is of course sufficient. Can be expected.

【0040】さらに、図1(B) 中に仮想線による分離線
で示すように、これも先に参考素子に関して説明したと
同様、本実施例素子の活性領域もバルク絶縁物基板12の
上に形成された半導体層13に関して構成されていて良
く、この場合また、図中右手に一部の水平仮想線で模式
的に示すように、当該半導体層のみが台状部9を有する
ように形成されていても良いし、逆に連続する仮想線で
示すように、その下の絶縁物基板12にも台形加工が施さ
れ、あたかも台状部9の内部にこの絶縁物基板12の隆起
部分が食い込んでいるかのようになっていても良い。こ
の点は、切り立った側面を有する図3に示す実施例にお
いても、図示はしていないが全く同様である。
Further, as shown by the phantom separation line in FIG. 1B, the active region of the device of this embodiment is also formed on the bulk insulator substrate 12 as described above with reference to the reference device. It may be configured with respect to the formed semiconductor layer 13, and in this case also, only the semiconductor layer is formed to have the trapezoidal portion 9, as schematically shown by a part of the horizontal imaginary line in the right hand of the drawing. Alternatively, as shown by a continuous imaginary line on the contrary, the insulating substrate 12 underneath is also subjected to trapezoidal processing, and the raised portion of the insulating substrate 12 bites into the inside of the trapezoidal portion 9. You may look like you are out. This point is the same as the embodiment shown in FIG. 3 having a steep side surface, although not shown.

【0041】むしろ、半導体台状部9は、これだけを個
別に設けるという考えに従うのもまた良い。つまり、絶
縁物基板12上にいわゆる半導体アイランドを形成し、こ
れを既述の半導体台状部9として用いると、以下、適宜
な個所でその都度述べるように、各種付帯的な効果をも
期待できる。
Rather, it is also good to follow the idea that the semiconductor base 9 is provided separately. That is, if a so-called semiconductor island is formed on the insulator substrate 12 and is used as the semiconductor base 9 as described above, various additional effects can be expected, as will be described below at appropriate places. .

【0042】図2(A),(B) はそうした実施例の代表例を
示している。両図の関係は図1(A),(B) と同様で、図2
(A) 中の断面線2B−2Bに従うものが図2(B) である。説
明すると、基板1は絶縁物基板12であり、例えばサファ
イア、スピネル等で良い。こうした絶縁物基板12上に
は、これも良く知られているヘテロエピタキシャル成長
技術等により、良質な単結晶シリコンを成長させること
ができる。こうして成長ないし形成した単結晶シリコン
膜に対し、適当なるドライエッチング処理ないしウエッ
トエッチング処理を施し、“半導体島”9を形成する。
こうして形成される半導体島9は、本書で一連に呼称す
る半導体台状部9に相当する。その平面形状について
は、図2(A) に示されているように、この実施例でも四
辺形となっている。
FIGS. 2A and 2B show a typical example of such an embodiment. The relationship between the two figures is the same as in Figures 1 (A) and (B).
Fig. 2 (B) is taken along the section line 2B-2B in (A). To explain, the substrate 1 is an insulator substrate 12, which may be, for example, sapphire, spinel, or the like. Good quality single crystal silicon can be grown on the insulator substrate 12 by the well-known heteroepitaxial growth technique or the like. The single crystal silicon film thus grown or formed is subjected to an appropriate dry etching process or wet etching process to form a "semiconductor island" 9.
The semiconductor island 9 thus formed corresponds to the semiconductor base portion 9 which will be referred to as a series in this specification. Regarding the plane shape, as shown in FIG. 2 (A), it is also a quadrilateral in this embodiment.

【0043】この半導体台状部9の基板主面に対して相
対的にある角度をもって起立した側面の中、平面的に見
て一方向に対向する側面には、当該半導体台状部9とは
逆の導電型、または他よりも低抵抗なソース21、ドレイ
ン22が形成され、各々に専用の電極3,4が付されてい
る。ソース21、ドレイン22とそれらへの導通を採る電極
3,4との接続部分を除き、半導体台状部9の表面(側
面を含む)には一連に異種絶縁膜61,62の重合構造から
成る電荷蓄積部材6が設けられている。
Among the side surfaces of the semiconductor base portion 9 which are erected at a certain angle relative to the main surface of the substrate, the semiconductor base portion 9 is formed on the side surface facing in one direction in plan view. A source 21 and a drain 22 of opposite conductivity type or lower resistance than the other are formed, and dedicated electrodes 3 and 4 are attached to each. Except for the connection between the source 21 and the drain 22 and the electrodes 3 and 4 that conduct to them, the surface (including the side surface) of the semiconductor base 9 is composed of a superposition structure of different kinds of insulating films 61 and 62. A charge storage member 6 is provided.

【0044】一方、平面的に見てソース、ドレインを結
ぶ方向とは直交する方向には、電荷蓄積部材6を兼ねる
ゲート絶縁膜8の上に第一、第二、第三ゲート電極51,
52,53が設けられている。この中、既述した図1,3の
実施例素子と同様、最も広い幅W3の第三ゲート電極53は
台状部9の平らな上面上に沿って平行に形成されている
が、最も狭い幅W1と中間の幅W2の第一、第二ゲート電極
51,52は台状部の側面に平行に形成されている。最も広
い幅W3の第三ゲート電極53を台状部9の上面に形成する
ことは、既述したように、台状部9の厚味を最小に抑え
得ることをも意味しており、実際上、絶縁物基板12上に
良好な制御性をもってエピタキシャル成長させ得る程度
の厚さの半導体層でも、台状部9の形成のために十分な
厚さとすることができ、素子の厚さ方向の大型化を阻む
ことができる。
On the other hand, in the direction orthogonal to the direction connecting the source and drain in plan view, the first, second and third gate electrodes 51, 51 are formed on the gate insulating film 8 which also serves as the charge storage member 6.
52 and 53 are provided. Of these, similar to the elements of the embodiments shown in FIGS. 1 and 3 , the third gate electrode 53 having the widest width W 3 is formed in parallel along the flat upper surface of the trapezoidal portion 9, but First and second gate electrodes with narrow width W 1 and intermediate width W 2
51 and 52 are formed parallel to the side surface of the trapezoidal portion. Forming the third gate electrode 53 having the widest width W 3 on the upper surface of the trapezoidal portion 9 also means that the thickness of the trapezoidal portion 9 can be minimized as described above. In practice, even a semiconductor layer having a thickness that allows epitaxial growth on the insulator substrate 12 with good controllability can be made to have a sufficient thickness for forming the trapezoidal portion 9, and the semiconductor layer in the thickness direction of the element can be formed. It can prevent upsizing.

【0045】また、この実施例の場合、台状部9の側面
に形成されている第一、第二ゲート電極51,52は、絶縁
物基板12の表面に沿ってはみ出す部分51’, 52’を有し
ているが、このはみ出し部分51’, 52’は、実効電荷蓄
積領域の形成ないし選択的なチャネルC1,C2の形成に関
しては無効な部分であるので、先に1)〜3)式に即して説
明した式に基づき、この実施例の不揮発性半導体メモリ
素子の動作を同様に理解する上では、このはみ出し部分
51’, 52’は考慮に入れなくて良い。と言うよりも、こ
の実施例に示されるように、チャネル形成領域23を作る
ために半導体台状部9を絶縁物基板12上に形成した場合
には、当該台状部側面に形成するゲート電極51,52や、
さらにはまたソース電極3、ドレイン電極4等に上述の
はみ出し部分51’, 52’に代表されるようなはみ出しが
あっても、それは絶縁基板上に載るだけなので何等問題
が生じず、したがってこの部分の寸法精度が緩くて済
み、製作が楽になる利点が生まれる。また、これに加
え、隣接する素子間に特殊な分離手段を必要としない利
点や、相互配線部の基板に接する面部分においての絶縁
処理等を特には必要としない利点も得られる。
In the case of this embodiment, the first and second gate electrodes 51, 52 formed on the side surfaces of the trapezoidal portion 9 are the portions 51 ', 52' protruding along the surface of the insulating substrate 12. However, since these protruding portions 51 ′ and 52 ′ are ineffective portions with respect to the formation of the effective charge storage region or the selective formation of the channels C 1 and C 2 , 1) to 3). In order to understand the operation of the non-volatile semiconductor memory device of this embodiment based on the equation described in accordance with the equation
51 'and 52' need not be taken into account. Rather, as shown in this embodiment, when the semiconductor platform 9 is formed on the insulator substrate 12 to form the channel forming region 23, the gate electrode formed on the side surface of the platform is formed. 51, 52,
Furthermore, even if the source electrode 3, the drain electrode 4 and the like have protrusions such as the protrusions 51 'and 52' described above, since they are only placed on the insulating substrate, no problem occurs, and therefore this portion Since the dimensional accuracy of is only required, there is an advantage that it is easy to manufacture. In addition to this, it is possible to obtain an advantage that a special separating means is not required between adjacent elements and an advantage that an insulating treatment or the like is not particularly required in a surface portion of the mutual wiring portion which is in contact with the substrate.

【0046】さらに、本発明に従う不揮発性半導体メモ
リ素子が絶縁基板上に形成されていると、図4に示され
る実施例のように、半導体台状部9の下側を覆う導電性
部材54を絶縁基板12中に埋設的に形成することもでき、
こうした導電性部材54を設けた場合、それは様々な使い
方をすることができる。一つには電磁シールドとして用
い得ることがある。すなわち、通常のシールド構造と同
様、本発明の不揮発性半導体メモリ素子に対し、基板の
下ないし厚味の側から回り込んでくることがある妨害電
磁波に対しての電磁障壁を、この導電性部材54により形
成することができる。もちろん、図示していないが、こ
の導電性部材54は適当なる個所から公知既存の電極接続
法を採用し、外部に接続を採り得る電極ないし端子を付
し、これを接地ないし基準電位に落として用いる。
Further, when the nonvolatile semiconductor memory element according to the present invention is formed on an insulating substrate, a conductive member 54 covering the lower side of the semiconductor platform 9 is formed as in the embodiment shown in FIG. It can also be embedded in the insulating substrate 12,
If such a conductive member 54 is provided, it can be used in various ways. For one thing, it can be used as an electromagnetic shield. That is, similar to a normal shield structure, the non-volatile semiconductor memory device of the present invention is provided with an electromagnetic barrier against an electromagnetic wave that may wrap around from below or on the thick side of the substrate. 54 can be formed. Of course, although not shown, this conductive member 54 adopts a known existing electrode connection method from an appropriate place and is provided with an electrode or terminal that can be connected to the outside, and this is grounded or dropped to a reference potential. To use.

【0047】一方、この導電性部材54を一種の補助制御
ゲートとして用い、これに適当なるバイアスを印加する
と、本発明不揮発性半導体メモリ素子をより詳細に制御
することもできる。例えば、台状部9の側面に設けられ
ることにより、絶縁物基板12に近くなっている第一、第
二ゲート電極51,52のそれぞれの幅W1,W2に対応するチ
ャネルC1,C2の実効チャネル幅W1,W2の微調整を可能と
したり、あるいはまた各実効電荷蓄積領域における記憶
内容のいかんにかかわらず、当該導電性部材54への適当
なるバイアス印加によってチャネルが誘起されないよう
に、ないしチャネル内を電流が流れないようにする動作
等も可能となる。実際上、後者の場合、導電性部材54
は、特殊な応用として、読出し禁止条件成立に伴う読出
し禁止指令信号の印加電極として用いることができる。
これはまた換言すれば、すでに形成されているチャネル
に関して各実効電荷蓄積領域内の記憶内容に応じ、当該
チャネルの状態を変更するように本発明の不揮発性半導
体メモリ素子を構成した場合には、記憶内容の如何にか
かわらず、全チャネルの導通状態を再現する命令に従う
ようにすることもできる。
On the other hand, when the conductive member 54 is used as a kind of auxiliary control gate and an appropriate bias is applied to it, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be controlled in more detail. For example, the channels C 1 and C corresponding to the widths W 1 and W 2 of the first and second gate electrodes 51 and 52, respectively, which are provided on the side surface of the platform 9 and are close to the insulator substrate 12, are provided. The channel is not induced by an appropriate bias application to the conductive member 54 regardless of whether the effective channel width W 1 or W 2 of 2 can be finely adjusted or the stored content in each effective charge storage region. In this way, it is possible to perform an operation such that a current does not flow in the channel. In practice, in the latter case, the conductive member 54
Can be used as a special application as an electrode for applying a read inhibit command signal when the read inhibit condition is satisfied.
In other words, in the case where the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention is configured to change the state of a channel that has already been formed in accordance with the stored content in each effective charge storage region, It is also possible to follow an instruction to reproduce the conduction states of all channels regardless of the stored contents.

【0048】このように、種々の機能のために選択的に
用い得る導電性部材54は、既述の実施例中、最下層に絶
縁物基板ないし絶縁物層を有する実施例では同様に適用
することができるし、また、図2(A),(B) 及び図4に示
された実施例でも、半導体島ないし台状部9の側面形状
が、先の図3に示された実施例と同様に、図5に示され
る通り絶縁物基板12の基板表面に対して垂直に近く切り
立っている程、素子としての占有面積は小型化でき、逆
に言えば従来の単ビット記憶型不揮発性半導体メモリ素
子と同程度の素子作成面積内に本発明の多ビットないし
多状態記憶機能を実現できるものとなる。
As described above, the conductive member 54 which can be selectively used for various functions is similarly applied to the embodiment having the insulating substrate or the insulating layer as the lowermost layer in the above-mentioned embodiments. Also, in the embodiment shown in FIGS. 2A, 2B and 4, the side shape of the semiconductor island or the trapezoidal portion 9 is the same as that of the embodiment shown in FIG. Similarly, as shown in FIG. 5, the more vertically the insulating substrate 12 rises vertically to the substrate surface, the smaller the area occupied by the element can be made, and conversely, the conventional single-bit memory type nonvolatile semiconductor. It is possible to realize the multi-bit or multi-state storage function of the present invention within an element formation area similar to that of a memory element.

【0049】さらに、既述の参考素子に関し説明したと
同様に、電荷蓄積部材6としては図6に示されるよう
に、複数の浮遊ゲート63-iを用いることもでき、さらに
この図6に示される実施例や上述の図5に示される実施
例においても、図中、仮想線で示してあるように、図4
に示された補助導電性部材54を組込むことができる。
Further, as described with reference to the reference element described above, as the charge storage member 6, a plurality of floating gates 63 -i can be used as shown in FIG. 6, and further shown in FIG. 4 and the embodiment shown in FIG. 5 described above, as shown by phantom lines in FIG.
The auxiliary conductive member 54 shown in FIG.

【0050】なお、図2(B) 中に仮想線の分離線で示さ
れているように、当該図2から上記図6に示される実施
例までに関し、半導体アイランドと呼ばれるような半導
体台状部9を形成するに際しては、基板そのものがバル
ク絶縁物基板12ではなく、逆に適当なる半導体基板11等
であっても、その表面領域が適当深さに亘り酸化されて
いるとか、あるいは意図的に別途成長される等してその
表面に絶縁層14が形成されていれば良い。すなわち、基
板としては絶縁物基板ではなく、表面絶縁性基板であっ
ても良いのである。特にアモルファス材料であるシリコ
ン酸化膜等は、適当なるビームアニール技術を援用する
と、その上に良質な単結晶シリコン膜を形成できるの
で、こうしたアモルファスシリコン酸化膜を下地絶縁層
14として利用し、その上に形成した当該単結晶シリコン
膜に対し、台状部9を形成するべき加工手続を採っても
良い。
As shown by the phantom separation line in FIG. 2 (B), a semiconductor trapezoidal portion called a semiconductor island in the embodiments shown in FIG. 2 to FIG. 6 is shown. 9 is formed, even if the substrate itself is not the bulk insulator substrate 12 but is a suitable semiconductor substrate 11 or the like, its surface region is oxidized to a proper depth, or intentionally. It suffices that the insulating layer 14 is formed on the surface of the insulating layer 14 by being separately grown. That is, the substrate may be a surface insulating substrate instead of an insulating substrate. In particular, for a silicon oxide film, which is an amorphous material, a high-quality single crystal silicon film can be formed on it by using an appropriate beam annealing technique.
It may be used as 14, and a processing procedure for forming the trapezoidal portion 9 may be adopted for the single crystal silicon film formed thereon.

【0051】さらに、バルク絶縁物基板であるか表面絶
縁性基板であるかはともかく、少なくとも分離的に形成
された半導体台状部9の一つずつに本発明の不揮発性半
導体メモリ素子が各個形成されるようになっていると、
上記した当該絶縁性に起因する各種の付帯的な効果に加
え、三次元積層構造を得るのも容易であるという、将来
的に見るとかなり大きな効果も期待することができる。
図7に示される実施例はそうした場合の一概念構成を示
している。
Further, regardless of whether it is a bulk insulator substrate or a surface insulating substrate, each of the nonvolatile semiconductor memory elements of the present invention is formed on at least one of the semiconductor platform portions 9 which are separately formed. When it is supposed to be done,
In addition to the various incidental effects due to the insulating property described above, it is easy to obtain a three-dimensional laminated structure, and a considerably great effect can be expected in the future.
The embodiment shown in FIG. 7 shows a conceptual configuration in such a case.

【0052】すなわち、これまで述べたきたように、バ
ルク絶縁物基板12から成るか、または表面に絶縁層14を
有する第一の基板1-1上に本発明に従う複数の実効電荷
蓄積領域を有する不揮発性半導体メモリ素子をまず一層
分、形成したならば、その上面を適当なる絶縁物層1-2
で被覆して当該素子を埋め込み、この絶縁層1-2を第二
の絶縁物基板ないし第二の表面絶縁層と考えて、これ
に、その下に埋蔵されている不揮発性半導体メモリ素子
と同様の構成の不揮発性半導体メモリ素子を再度形成す
る、という工程を必要積層段数に亘って繰返すのであ
る。このようにすれば、表面内の隣接素子間の分離に気
を付かわなくて良いのと同様、上下層間の絶縁分離も必
然的に可能となり、極めて簡単な工程の繰返しで極めて
高密度ビットの不揮発性メモリ装置を提供できることに
なる。
That is, as described above, a plurality of effective charge storage regions according to the present invention are provided on the first substrate 1-1 which is composed of the bulk insulator substrate 12 or has the insulating layer 14 on the surface thereof. first one layer of non-volatile semiconductor memory device, if the formed, the upper surface Naru suitable insulator layer 1 -2
In coating to embed the element, the insulating layer 1 -2 considered second insulator substrate to the second surface insulating layer, in which, similarly to the nonvolatile semiconductor memory device which is buried beneath the The process of re-forming the non-volatile semiconductor memory device having the above structure is repeated over the required number of stacked layers. This makes it possible to insulate the upper and lower layers as well as to keep an eye on the separation between the adjacent elements on the surface, and it is possible to repeat the extremely simple process to obtain an extremely high density bit. A non-volatile memory device can be provided.

【0053】もちろんこの実施例においても、当該図7
中にあっては図面の煩雑化を避けるために詳しくは示し
ていないが、一対の同一のソース、ドレイン間に複数の
実効電荷蓄積領域を形成するための電荷蓄積部材6-1
-2は、異種絶縁膜61,62、ないしさらに多くの積層絶
縁膜を有する異種絶縁膜重合構造であっても良いし、メ
モリの書込み、読出しの双方ないし少なくとも一方に寄
与する複数のゲート電極51-1,52-1,53-1:51-2,5
2-2,53-2の下に設けた浮遊ゲート構造であっても良
い。
Of course, also in this embodiment, FIG.
Although not shown in detail in order to avoid complication of the drawing, a charge storage member 6 -1 , for forming a plurality of effective charge storage regions between a pair of the same source and drain,
6-2 may be a heterogeneous insulation film 61, 62 or a heterogeneous insulation film superposition structure having more laminated insulation films, or a plurality of gate electrodes that contribute to both writing and / or reading of the memory. 51 -1 , 52 -1 , 53 -1 : 51 -2 , 5
It may be a floating gate structure provided under 2-2 and 53-2 .

【0054】ところで上述の説明は、EPROMとする
かEEPROMとするかはどちらも可能であるが、いず
れにしても本発明素子を最終的にはデジタル値を取扱う
場合に限定し、具体的には上記実施例では3ビット二進
数値の読出しを行なうような説明をしてきた。しかし明
らかなように、本発明の不揮発性半導体メモリ素子によ
れば、単にデジタル的にnビットに拡張可能なだけでは
なく、一対のソース、ドレイン間にn個形成される実効
電荷蓄積領域の電荷蓄積状態に応じ、図9に示される通
り、n段階のドレイン電流IDを得ることができるのであ
るから、これをそのまま見れば、本発明の不揮発性半導
体メモリ素子は、本質的に一種のデジタル−アナログ変
換器がその出力段に内蔵された、アナログ変換出力付き
多ビット不揮発性半導体メモリ素子と言うこともでき、
その場合、再生アナログ出力のダイナミックレンジは周
知の定義式に従い、最大で(6n+1.8)dB、得られることに
なる。
In the above description, either EPROM or EEPROM can be used, but in any case, the device of the present invention is limited to the case of finally handling a digital value, and specifically, In the above embodiment, the description has been made such that the 3-bit binary value is read. However, as is apparent, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, not only is it digitally expandable to n bits, but also n charges of the effective charge storage region formed between a pair of source and drain are formed. As shown in FIG. 9, an n-stage drain current I D can be obtained according to the storage state. Therefore, if this is seen as it is, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is essentially a digital type. -It can be said that a multi-bit non-volatile semiconductor memory device with an analog conversion output, in which an analog converter is built in its output stage,
In that case, the dynamic range of the reproduced analog output can be obtained at a maximum of (6n + 1.8) dB according to a well-known definition formula.

【0055】そこで例えば、本発明に従って一対のソー
ス、ドレイン間に形成される実効電荷蓄積領域の数を8
とし、最大チャネル数を8とした場合(すなわち8ビッ
ト記憶素子とした場合)、既述の実施例中に見られるよ
うに、一番幅の狭いチャネルから倍々関係で最大幅のチ
ャネルに至るようにして直線量子化を図っても、そのダ
イナミックレンジは50dB弱程度は得られるし、実効電荷
蓄積領域ないしチャネル幅を適当な関係で倍々関係から
意図的に外し、公知の適当なる非直線量子化に従えば、
すでに市販されているPCMデジタル録音技術における
と同様、90dBにも及ぶダイナミックレンジを得ることが
できる。これはもとより、十分な値である。
Therefore, for example, according to the present invention, the number of effective charge storage regions formed between a pair of source and drain is eight.
When the maximum number of channels is 8 (that is, when an 8-bit storage element is used), as seen in the above-described embodiment, the channel having the narrowest width reaches the channel having the maximum width in a doubling relationship. Even if linear quantization is attempted, a dynamic range of about 50 dB can be obtained, and the effective charge storage region or channel width is intentionally removed from the double relation by an appropriate relation, and a known appropriate non-linear quantization is performed. According to
As with the PCM digital recording technology already on the market, a dynamic range of up to 90 dB can be obtained. This is, of course, a sufficient value.

【0056】なお、先の半導体台状部9を用いる各実施
例においては、当該台状部9の平面形状を四辺形として
示したが、これに限られることはもちろんない。任意形
状であっても、対向するソース、ドレインと、このソー
ス、ドレインを結ぶ方向に直交する幅方向に複数の実効
電荷蓄積領域を形成することができる。また、これに関
連するが、当該幅方向とは、実際上、一水平面内にての
み規定されるものではない。台状部の側面をも利用する
型のものに明らかなように、ソース、ドレインが形成さ
れている各部分ごとにおける平面、したがって場合によ
っては台状部の側面をも含む概念である。
In each of the embodiments using the semiconductor trapezoidal part 9, the planar shape of the trapezoidal part 9 is shown as a quadrangle, but the present invention is not limited to this. Even if the shape is arbitrary, a plurality of effective charge storage regions can be formed in the width direction orthogonal to the source and drain facing each other and the direction connecting the source and drain. Further, although related to this, the width direction is not actually defined only within one horizontal plane. As is apparent from the type in which the side surface of the trapezoidal portion is also used, this is a concept that includes the flat surface of each portion where the source and drain are formed, and thus the side surface of the trapezoidal portion in some cases.

【0057】[0057]

【発明の効果】EPROMとして構成しようがEEPR
OMとして構成しようが、それらに必要な他の構成部分
は既存の構成のままではあっても、本発明に従う限り、
少なくとも互いに対応する一つのソースと一つのドレイ
ン間に規定されるチャネル形成領域に臨んで従来は単一
の実効電荷蓄積領域しか形成し得なかった電荷蓄積部材
を、チャネル幅方向に沿って分離し、互いに独立な複数
個から構成するため、当該チャネルの数ないしは状態に
応じ、ソース、ドレイン間には離散的で弁別可能な複数
の値の電流出力ないし電圧出力を得ることができる。換
言すれば、本発明の不揮発性半導体メモリ素子は、一つ
の素子で多くの状態ないし多ビットを記憶できるものと
なる。これはもちろん、本発明素子を集積化したメモリ
装置として見ると、従来素子を用いた場合に比し、より
高いビット密度の実現を容易にするのみならず、多ビッ
トを一度に取扱う一種の並行処理が可能なことも意味
し、メモリに係る各種処理動作の高速化にも寄与し得る
ものとなる。さらに、従来の1素子1ビット型の不揮発
性半導体メモリ素子を用いた場合に比し、素子間または
各素子と入出力間、電源、バイアス間に必要な配線数も
大いに低減することができる。
[Effects of the Invention] The EEPR can be constructed as an EPROM
Although it may be configured as an OM, the other components required for them are the same as in the present invention, even though the other components remain the existing configurations.
A charge storage member facing the channel formation region defined between at least one source and one drain corresponding to each other, which has conventionally been capable of forming only a single effective charge storage region, is separated along the channel width direction. Since it is composed of a plurality of independent channels, it is possible to obtain a plurality of discrete and discriminable current output or voltage output between the source and drain depending on the number or state of the channels. In other words, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can store many states or multiple bits with one device. Of course, when viewed as a memory device in which the device of the present invention is integrated, compared to the case where a conventional device is used, not only is it easier to realize a higher bit density, but a kind of parallel processing that handles multiple bits at once. It also means that processing is possible, which can contribute to speeding up various processing operations related to the memory. Further, the number of wirings required between the elements or between each element and the input / output, the power supply, and the bias can be greatly reduced as compared with the case where the conventional one-element one-bit type non-volatile semiconductor memory element is used.

【0058】そして、本発明のさらに重要な特徴によれ
ば、複数の実効電荷蓄積領域の中、少なくともそのいく
つか(少なくとも一つ以上)は基板主面平面に対して起
立した側面を持つ半導体台状部の当該側面に沿って設け
られるので、多ビット記憶型としたにもかかわらず、単
一素子としての専有面積の増大を抑えることができ、至
上、従来の単ビット記憶型不揮発性半導体メモリ素子の
一素子分の形成に要したとほとんど変わらない大きさに
留めることも可能である。換言すれば、二次元平面に関
してのビット密度は、本発明により大いに向上する。
According to a further important feature of the present invention, at least some (at least one or more) of the plurality of effective charge storage regions have a side surface erected with respect to the main surface of the substrate. Since it is provided along the side surface of the grooved portion, it is possible to suppress an increase in the area occupied by a single element even though it is a multi-bit memory type, and the conventional single-bit memory type nonvolatile semiconductor memory is supreme. It is also possible to keep the size almost the same as that required for forming one element. In other words, the bit density with respect to the two-dimensional plane is greatly improved by the present invention.

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

【図1】本発明による多ビットないし多状態記憶型不揮
発性半導体メモリ素子の基本的な第一実施例の概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a basic first embodiment of a multi-bit or multi-state memory type non-volatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図2】本発明の第二実施例素子の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a second embodiment element of the present invention.

【図3】本発明第一実施例素子の改変構造を示す概略構
成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a modified structure of the device of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明第二実施例素子の改変構造を示す概略構
成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a modified structure of a second embodiment element of the present invention.

【図5】本発明第二実施例素子の他の改変構造を示す概
略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another modified structure of the second embodiment element of the present invention.

【図6】本発明のさらに他の実施例素子の概略構成図で
ある。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an element of still another embodiment of the present invention.

【図7】本発明により構成される不揮発性半導体メモリ
素子を三次元積層構造に展開する場合の一概念構成を示
す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a conceptual configuration when a nonvolatile semiconductor memory device constructed according to the present invention is developed into a three-dimensional laminated structure.

【図8】本発明に至る過程で提案された第一参考素子と
しての多ビット記憶型不揮発性メモリ素子の概略構成図
である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a multi-bit memory type nonvolatile memory element as a first reference element proposed in the process of reaching the present invention.

【図9】第一参考素子及び本発明各実施例素子に関し適
用可能な、メモリ内容読出し結果の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a memory content read result applicable to the first reference element and each example element of the present invention.

【図10】本発明に至る過程で提案された他の参考素子
の概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of another reference element proposed in the process of reaching the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板, 3 ソース電極, 4 ドレイン電極, 6 電荷蓄積部材, 8 ゲート絶縁膜, 9 台状部, 11 バルク半導体基板, 12 バルク絶縁基板, 13 半導体層, 14 絶縁層, 21 ソース, 22 ドレイン, 23 チャネル形成領域, 51 第一ゲート電極, 52 第二ゲート電極, 53 第三ゲート電極, 61 第一絶縁膜, 62 第二絶縁膜, 63-1,63-2,63-3 浮遊ゲート, C1, C2 ,C3 チャネル.1 substrate, 3 source electrode, 4 drain electrode, 6 charge storage member, 8 gate insulating film, 9 base parts, 11 bulk semiconductor substrate, 12 bulk insulating substrate, 13 semiconductor layer, 14 insulating layer, 21 source, 22 drain, 23 channel forming region, 51 the first gate electrode, 52 a second gate electrode, 53 a third gate electrode, 61 the first insulating film, 62 second dielectric film, 63 -1, 63 -2, 63 -3 floating gate, C 1 , C 2 , C 3 channels.

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 H01L 27/115 27/12 Z Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 27/115 27/12 Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに離間したソース、ドレイン間にチ
ャネル形成領域を有する半導体領域と,該チャネル形成
領域に対し、絶縁性を保ちながらこれを覆うように設け
られ、所定の実効電荷蓄積領域に選択的に電荷を蓄積す
ることにより、上記ソース、ドレイン間の上記チャネル
形成領域表面に該実効電荷蓄積領域の平面的な形状に応
じた形状、寸法のチャネルを選択的に形成するか、また
は該チャネルの状態を変える電荷蓄積部材と,を有する
電気的に書込み可能な、または電気的に書込み、消去可
能な不揮発性半導体メモリ素子であって;上記実効電荷
蓄積領域を、上記ソース、ドレイン間を結ぶ方向である
チャネル長方向に対して直交するチャネル幅方向に沿
い、互いに独立に複数個設けるようにし;かつ、上記チ
ャネル形成領域を有する半導体領域を、バルク半導体基
板の主面上、またはバルク絶縁物基板上に形成された半
導体層の主面上にあって、該バルク半導体基板または上
記半導体層の主面平面に対して起立した側面を有するよ
うに隆起的に形成された半導体台状部の表面領域の少な
くとも一部から構成すると共に;上記複数個の実効電荷
蓄積領域の中、少なくともそのいくつかは、該半導体台
状部の上記起立した側面に沿って設けたこと;を特徴と
する不揮発性半導体メモリ素子。
1. A semiconductor region having a channel formation region between a source and a drain, which are separated from each other, and a channel formation region which is provided so as to cover the same while maintaining insulation, and is selected as a predetermined effective charge storage region. By selectively accumulating electric charge, a channel having a shape and size corresponding to the planar shape of the effective charge accumulating region is selectively formed on the surface of the channel forming region between the source and the drain, or the channel is formed. An electrically writable or electrically writable and erasable non-volatile semiconductor memory device having a charge storage member for changing the state of; and connecting the effective charge storage region between the source and the drain. A plurality of them are provided independently of each other along the channel width direction orthogonal to the channel length direction which is the direction; A semiconductor region on a main surface of the bulk semiconductor substrate or on a main surface of a semiconductor layer formed on the bulk insulator substrate and standing upright on the main surface plane of the bulk semiconductor substrate or the semiconductor layer. And at least a part of the surface region of the semiconductor trapezoidal portion that is formed so as to have a side surface; and at least some of the plurality of effective charge storage regions of the semiconductor trapezoidal portion. A non-volatile semiconductor memory device, which is provided along the raised side surface.
【請求項2】 請求項1記載の不揮発性半導体メモリ素
子であって;上記複数個の実効電荷蓄積領域は、少なく
ともそのいくつかが互いに異なる幅を有すること;を特
徴とする不揮発性半導体メモリ素子。
2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein at least some of the plurality of effective charge storage regions have different widths from each other. .
【請求項3】 請求項1記載の不揮発性半導体メモリ素
子であって;上記複数個の実効電荷蓄積領域は全て異な
る幅を持ち、最も狭いものから広いものへ、その幅が倍
々関係になっていること;を特徴とする不揮発性半導体
メモリ素子。
3. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the plurality of effective charge storage regions have different widths, and the widths are doubled from the narrowest one to the widest one. A non-volatile semiconductor memory device characterized by being present.
【請求項4】 請求項1記載の不揮発性半導体メモリ素
子であって;上記複数個の実効電荷蓄積領域は、記憶論
理値のアナログ変換再生に関し非直線量子化に対応する
べく、最も狭いものから広いものへ、その幅が倍々関係
から意図的に外されていること;を特徴とする不揮発性
半導体メモリ素子。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the plurality of effective charge storage regions are narrowest in order to cope with non-linear quantization for analog conversion and reproduction of stored logical values. A non-volatile semiconductor memory device characterized in that its width is intentionally removed from the relation to a wide one.
JP6095833A 1994-04-08 1994-04-08 Non-volatile semiconductor memory device Expired - Lifetime JPH0773116B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6095833A JPH0773116B2 (en) 1994-04-08 1994-04-08 Non-volatile semiconductor memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6095833A JPH0773116B2 (en) 1994-04-08 1994-04-08 Non-volatile semiconductor memory device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62217500A Division JPH0779138B2 (en) 1987-08-31 1987-08-31 Non-volatile semiconductor memory device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06318712A true JPH06318712A (en) 1994-11-15
JPH0773116B2 JPH0773116B2 (en) 1995-08-02

Family

ID=14148391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6095833A Expired - Lifetime JPH0773116B2 (en) 1994-04-08 1994-04-08 Non-volatile semiconductor memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0773116B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6157061A (en) * 1997-08-29 2000-12-05 Nec Corporation Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP2004048004A (en) * 2002-07-09 2004-02-12 Samsung Electronics Co Ltd Eeprom and manufacturing method thereof
JP2004221584A (en) * 2003-01-09 2004-08-05 Samsung Electronics Co Ltd Sonos memory element equipped with side gate and method for manufacturing the same
JP2009530820A (en) * 2006-03-16 2009-08-27 マイクロン テクノロジー, インク. Stack nonvolatile memory having silicon carbide based amorphous silicon thin film transistor and method of manufacturing the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6157061A (en) * 1997-08-29 2000-12-05 Nec Corporation Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP2004048004A (en) * 2002-07-09 2004-02-12 Samsung Electronics Co Ltd Eeprom and manufacturing method thereof
JP2004221584A (en) * 2003-01-09 2004-08-05 Samsung Electronics Co Ltd Sonos memory element equipped with side gate and method for manufacturing the same
JP2009530820A (en) * 2006-03-16 2009-08-27 マイクロン テクノロジー, インク. Stack nonvolatile memory having silicon carbide based amorphous silicon thin film transistor and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0773116B2 (en) 1995-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7745287B2 (en) Floating trap type nonvolatile memory device and method of fabricating the same
US5672892A (en) Process for making and programming a flash memory array
US6458658B1 (en) Control of floating gate oxide growth by use of an oxygen barrier
US6472706B2 (en) Semiconductor device
US6583479B1 (en) Sidewall NROM and method of manufacture thereof for non-volatile memory cells
US7272040B2 (en) Multi-bit virtual-ground NAND memory device
US6261904B1 (en) Dual bit isolation scheme for flash devices
US7221008B2 (en) Bitline direction shielding to avoid cross coupling between adjacent cells for NAND flash memory
US20060180847A1 (en) Two-bit non-volatile memory devices including independently-controllable gate electrodes and methods for fabricating the same
JP3233998B2 (en) Manufacturing method of nonvolatile semiconductor memory device
JPH07235650A (en) Non-volatile semiconductor storage device
US4907197A (en) Non-volatile semiconductor memory device
US20070058443A1 (en) Method for operating an electrical writable and erasable memory cell and a memory device for electrical memories
US6775187B1 (en) Method of programming a dual cell memory device
JPH0779138B2 (en) Non-volatile semiconductor memory device
US7053447B2 (en) Charge-trapping semiconductor memory device
US6958510B2 (en) Process for fabricating a dual charge storage location memory cell
JP4450330B2 (en) Method for programming a dual cell memory device that records multiple data states per cell
JPH06318712A (en) Nonvolatile semiconductor memory element
US7183608B2 (en) Memory array including isolation between memory cell and dummy cell portions
US20070231991A1 (en) Semiconductor memory device and method of operating a semiconductor memory device
US6242306B1 (en) Dual bit isolation scheme for flash memory devices having polysilicon floating gates
US6477083B1 (en) Select transistor architecture for a virtual ground non-volatile memory cell array
US6355514B1 (en) Dual bit isolation scheme for flash devices
JPH0712063B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term