JPH0677491A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0677491A
JPH0677491A JP4135158A JP13515892A JPH0677491A JP H0677491 A JPH0677491 A JP H0677491A JP 4135158 A JP4135158 A JP 4135158A JP 13515892 A JP13515892 A JP 13515892A JP H0677491 A JPH0677491 A JP H0677491A
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insulating film
memory
voltage
drain
gate electrode
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Abstract

PURPOSE:To write information at a low voltage and to enhance the charge holding performance of a device in a memory circuit constituted of a one- transistor/cell structure. CONSTITUTION:The gate structure of a memory cell is a structure in which a MONOS memory 2 is sandwiched between MOS transistors 45. Consequently, the transistors 45 function as selection transistors, and a memory circuit having a one-transistor/cell structure which does not cause an erroneous readout operation can be constituted. In the memory cell constituted in this manner, a silicon oxide film 13 formed on the surface of a silicon nitride film 11 dams up electrons and holes which tunnel through a silicon oxide film 9 and flows into a gate electrode 17 in an information write operation and an erasure operation, and it prevents that the electrons which have been once captured by the nitride film 11 are leaked to the electrode 17.

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、不揮発性記憶装置に関
するものであり、特にトラップタイプの1トランジスタ
/セル構造で構成される記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile memory device, and more particularly to a memory device having a trap type one transistor / cell structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体記憶装置では電界効果ト
ランジスタをメモリとして利用し、メモリ回路が構成さ
れる。また、この様なメモリ回路の構成には、記憶手段
であるトランジスタとは別に情報読み出し時に希望のメ
モリを選択する為のトランジスタが必要であり、メモリ
回路は2トランジスタ/セル構造で構成される。
2. Description of the Related Art Generally, in a semiconductor memory device, a field effect transistor is used as a memory to form a memory circuit. In addition, in such a memory circuit configuration, a transistor for selecting a desired memory at the time of reading information is required in addition to the transistor serving as the storage means, and the memory circuit is configured with a two-transistor / cell structure.

【0003】半導体産業の発展にともない、不揮発性記
憶装置の集積化が望まれ、メモリ回路を1トランジスタ
/セル構造で構成することが考えだされた(特開昭58ー2
1871)。以下に1トランジスタ/セル構造のメモリセル
について説明する。図8にメモリセルを構成断面略図で
示す。
With the development of the semiconductor industry, it has been desired to integrate a nonvolatile memory device, and it has been considered to construct a memory circuit with a one-transistor / cell structure (Japanese Patent Laid-Open No. 58-2).
1871). A memory cell having a one-transistor / cell structure will be described below. FIG. 8 is a schematic sectional view showing the memory cell.

【0004】図8に示すように、基板内(図示せず)に
設けられたP形シリコンウエル層3内にはN形ドレイン
層5及びソース層7が設けられている。基板上面でその
二層間の中央付近にはゲート酸化膜35(厚さ1.5〜3.0
nm)及びシリコン窒化膜(SiN膜)33(厚さ30〜60n
m)がこの順で積層され、ゲート構造体43を構成す
る。また、ゲート構造体43が形成された以外の基板上
面には、ゲート構造体43の両側に隣接する状態でシリ
コン酸化膜14(厚さ50〜100nm)が設けられている。
さらに、シリコン窒化膜33およびシリコン酸化膜14
の上面にはゲート電極17が形成されている。上記のゲ
ート構造体43を含むゲート構造を素子として考える
と、中央部に位置するMNOS(Metal-Nitride-Oxide-
Semicondactor)型メモリ1をMOS(Metal-Oxide-Sem
icondactor)型トランジスタ45で挟んだ構造である。
なお、MNOS型メモリ1及びMOS型トランジスタ4
5の閾電圧はともに正の値V1(V1<2[v])に調整
される。
As shown in FIG. 8, an N type drain layer 5 and a source layer 7 are provided in a P type silicon well layer 3 provided in a substrate (not shown). A gate oxide film 35 (thickness 1.5 to 3.0 is formed on the upper surface of the substrate near the center between the two layers.
nm) and silicon nitride film (SiN film) 33 (thickness 30 to 60 n
m) are stacked in this order to form the gate structure 43. A silicon oxide film 14 (thickness: 50 to 100 nm) is provided on both sides of the gate structure 43 on the upper surface of the substrate except where the gate structure 43 is formed.
Further, the silicon nitride film 33 and the silicon oxide film 14
A gate electrode 17 is formed on the upper surface of the. Considering a gate structure including the above-described gate structure 43 as an element, MNOS (Metal-Nitride-Oxide-) located in the central portion is considered.
Semicondactor type memory 1 is replaced with MOS (Metal-Oxide-Sem)
It is a structure sandwiched between (icondactor) type transistors 45.
The MNOS type memory 1 and the MOS type transistor 4
The threshold voltages of 5 are both adjusted to a positive value V1 (V1 <2 [v]).

【0005】上記のMNOS型メモリ1は、情報”0”
を記憶する状態(SiN膜33に電子がトラップされた状
態)と、情報”1”を記憶する状態(SiN膜33に電子
がトラップされていない状態)との二通りを取り得る。
この特徴を利用して記憶装置を提供することが出来る。
The above MNOS type memory 1 has information "0".
Can be stored in two states, that is, a state in which electrons are trapped in the SiN film 33 and a state in which information "1" is stored (a state in which electrons are not trapped in the SiN film 33).
A storage device can be provided by utilizing this feature.

【0006】この二状態を、図9に示すメモリ1のヒス
テリシスループに基づいて説明する。図9の横軸はゲー
ト電圧Vgを表わし、縦軸は閾電圧Vthを表わす。ゲー
ト電圧Vgとは、メモリのゲート電極に印加された電圧
である。また、閾電圧Vthとは、ゲート電極に印加する
電圧を大きくしていった場合に、一定ドレイン電圧にお
いてソース・ドレイン間に電流が流れ出す時のゲート電
圧である。なお、閾電圧Vthは、以下の式によって与え
られる。
These two states will be described based on the hysteresis loop of the memory 1 shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 9 represents the gate voltage Vg, and the vertical axis represents the threshold voltage Vth. The gate voltage Vg is a voltage applied to the gate electrode of the memory. The threshold voltage Vth is a gate voltage when a current flows between the source and the drain at a constant drain voltage when the voltage applied to the gate electrode is increased. The threshold voltage Vth is given by the following formula.

【0007】[0007]

【数1】 [Equation 1]

【0008】メモリ1に情報”0”を書込む場合、メモ
リ1のゲート電極17に10V程度の書き込みプログラミ
ング電圧を印加する。この時、ゲート電極17とチャン
ネル領域15間に発生する電界によって、チャンネル領
域15内の電子は高いエネルギーを持つようになり、い
くつかの電子はシリコン酸化膜35をトンネリングして
SiN膜33の中にはいり、トラップされる。この様な変
化によって、閾電圧VQ1は3V程度まで上昇する(図
9のQ1参照)。すなわち、メモリ1は、閾電圧3Vの
エンハンスメント形トランジスタとして働くようにな
る。すなわち、この状態が、メモリ1に情報”0”が書
込まれた状態である。なお、ゲート電圧が遮断されても
閾電圧はそのままの状態である(図9のR1参照)。
When writing information "0" to the memory 1, a write programming voltage of about 10 V is applied to the gate electrode 17 of the memory 1. At this time, an electric field generated between the gate electrode 17 and the channel region 15 causes electrons in the channel region 15 to have high energy, and some electrons tunnel through the silicon oxide film 35.
It enters into the SiN film 33 and is trapped. Due to such a change, the threshold voltage VQ1 rises to about 3V (see Q1 in FIG. 9). That is, the memory 1 operates as an enhancement type transistor having a threshold voltage of 3V. That is, this state is a state in which the information "0" is written in the memory 1. The threshold voltage remains unchanged even when the gate voltage is cut off (see R1 in FIG. 9).

【0009】次に、情報”0”を消去する為にはトラッ
プされた電子をチャンネル領域15に戻してやる必要が
ある。従って、チャンネル領域15に10V程度の電圧を
印加し、情報の書込時とは反対方向の電界を発生させ
て、チャンネル領域15に電子を戻してやる。また、チ
ャンネル領域15の正孔が、シリコン酸化膜35をトン
ネリングして、トラップされる。この様な変化によっ
て、3V程度の閾電圧VQ1が−1V程度の閾電圧VS
1に変化する(図9のS1参照)。すなわち、メモリ1
は、閾電圧−1Vのディプレッション形トランジスタと
して働くようになる。情報”0”が消去されたこの状態
は、メモリ1が情報”1”を記憶した状態を意味する。
なお、ゲート電圧が遮断されても閾電圧はそのままの状
態である(図9のT1参照)。 情報の読み出しにおい
ては、ゲート電極17に電圧V1と電圧VQ1との中間
のセンス電圧Vddを印加するとともにメモリのドレイン
層5とソース層7間に2V程度の読み出し用電圧Vmを
印加した時にチャンネル領域15に電流が流れるかどう
かで、情報”0”が記憶されているか、情報”1”が記
憶されているかが判断される。
Next, in order to erase the information "0", it is necessary to return the trapped electrons to the channel region 15. Therefore, a voltage of about 10 V is applied to the channel region 15 to generate an electric field in the direction opposite to that at the time of writing information, and electrons are returned to the channel region 15. Further, the holes in the channel region 15 are trapped by tunneling through the silicon oxide film 35. Due to such a change, the threshold voltage VQ1 of about 3V is changed to the threshold voltage VS of about -1V.
It changes to 1 (see S1 in FIG. 9). That is, the memory 1
Operates as a depletion type transistor having a threshold voltage of -1V. This state in which the information "0" is erased means that the memory 1 stores the information "1".
Even if the gate voltage is cut off, the threshold voltage remains unchanged (see T1 in FIG. 9). In reading information, when a sense voltage Vdd intermediate between the voltage V1 and the voltage VQ1 is applied to the gate electrode 17 and a read voltage Vm of about 2V is applied between the drain layer 5 and the source layer 7 of the memory, the channel region is formed. Whether or not information "0" is stored or information "1" is stored is determined depending on whether or not a current flows through 15.

【0010】つまり、情報”0”が記憶されている場合
は、ゲート電極17に印加されたセンス電圧Vddはメモ
リ1の閾電圧VQ1(約3[v])より小さいが、メモリ
1の両側に隣接する様に設けられたMOS型トランジス
タ45の閾電圧V1よりは大きい。従って、チャンネル
領域23及び27は導通状態となるが、チャンネル領域
25は導通状態にはない。すなわち、チャンネル領域1
5には電流が流れない。一方、情報”1”が記憶されて
いる場合は、ゲート電極17に印加されたセンス電圧Vd
dはメモリ1の閾電圧VS1(約−1[v])及びMOS型
トランジスタ45の閾電圧V1のどちらよりも大きい。
従って、チャンネル領域23及び27及び25が全て導
通状態となる。すなわちチャンネル領域15に電流が流
れる。
That is, when the information "0" is stored, the sense voltage Vdd applied to the gate electrode 17 is smaller than the threshold voltage VQ1 (about 3 [v]) of the memory 1, but it is on both sides of the memory 1. It is higher than the threshold voltage V1 of the MOS type transistors 45 provided so as to be adjacent to each other. Therefore, the channel regions 23 and 27 are conductive, but the channel region 25 is not conductive. That is, the channel area 1
No current flows through 5. On the other hand, when the information “1” is stored, the sense voltage Vd applied to the gate electrode 17
d is larger than both the threshold voltage VS1 (about −1 [v]) of the memory 1 and the threshold voltage V1 of the MOS transistor 45.
Therefore, the channel regions 23, 27 and 25 are all in the conductive state. That is, a current flows through the channel region 15.

【0011】上記のメモリセルをマトリクスに配列し、
各行の全てのメモリセルのゲート電極17を接続するゲ
ートラインを各行ごとに設けるとともに各列の全てのメ
モリセルのドレイン層5を接続するドレイン側ライン及
びソース層7を接続するソース側ラインを各列ごとに設
ける。上記の様にメモリ回路を構成することによって、
情報の書込、読み出し及び一括消去を正確に行うことが
出来る。
The above memory cells are arranged in a matrix,
A gate line for connecting the gate electrodes 17 of all the memory cells in each row is provided for each row, and a drain side line for connecting the drain layers 5 and a source side line for connecting the source layers 7 of all the memory cells in each column are provided respectively. Provide for each row. By configuring the memory circuit as described above,
Information can be written, read, and collectively erased accurately.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
メモリセルを用いた不揮発性記憶装置には次のような問
題点があった。
However, the conventional nonvolatile memory device using the memory cell has the following problems.

【0013】半導体産業の発展にともない、不揮発性半
導体記憶装置の微細化および集積化が要求されている。
その要求にこたえる為にも書込プログラミング電圧の低
電圧化が望まれている。MNOS型メモリにおいて、一
般に書込プログラミング電圧の低電圧の目的で窒化膜の
薄膜化が実施されている。なぜならば、情報を書込む為
には、電子がゲート酸化膜をトンネリングできるだけの
電界をゲート酸化膜に印加する必要があるが、酸化膜に
印加される書込プログラミング電圧の分圧比は窒化膜を
薄膜化することにより上昇する。従って、窒化膜を薄膜
化することによって、情報を書込む為に必要な最低電界
強度をより低い書込プログラミング電圧で得ることが出
来るからである。
With the development of the semiconductor industry, miniaturization and integration of nonvolatile semiconductor memory devices are required.
In order to meet the demand, it is desired to lower the write programming voltage. In the MNOS type memory, generally, the thinning of the nitride film is performed for the purpose of a low write programming voltage. This is because, in order to write information, it is necessary to apply an electric field to the gate oxide film so that electrons can tunnel through the gate oxide film, but the division ratio of the write programming voltage applied to the oxide film is equal to that of the nitride film. It rises as it becomes thinner. Therefore, by thinning the nitride film, the minimum electric field strength necessary for writing information can be obtained with a lower write programming voltage.

【0014】ところが従来のメモリセルにおいては、シ
リコン窒化膜33をこれ以上薄膜化することが出来なか
った。というのは、シリコン窒化膜33をあまり薄膜化
すると、シリコン酸化膜35をトンネリングした電子が
シリコン窒化膜33内でトラップされずにゲート電極1
7に抜けてしまうからである。
However, in the conventional memory cell, the silicon nitride film 33 could not be made thinner. This is because if the silicon nitride film 33 is made too thin, the electrons tunneling through the silicon oxide film 35 will not be trapped in the silicon nitride film 33 and will not be trapped in the gate electrode 1.
The reason is that it will fall to 7.

【0015】また、シリコン窒化膜33の薄膜化によっ
て、情報消去時においてもシリコン酸化膜35をトンネ
リングした正孔がシリコン窒化膜33内でトラップされ
ずにゲート電極17に抜けてしまい、情報の消去が不完
全となることがあった。
Further, due to the thinning of the silicon nitride film 33, holes tunneling through the silicon oxide film 35 are not trapped in the silicon nitride film 33 but escape to the gate electrode 17 even when erasing information, and the information is erased. Was sometimes incomplete.

【0016】一方、このメモリ装置を長期間使用した場
合、情報”0”を記憶するメモリセルでは、窒化膜33
にトラップされている電子がゲート電極17に漏れてし
まうことがあった。極端な場合には情報書き込み状態の
閾電位の低下の為、情報読み出し時に誤読み出しを起こ
すことがあった。装置の長期にわたる信頼性という点に
おいて問題であった。
On the other hand, when this memory device is used for a long period of time, in the memory cell storing the information "0", the nitride film 33 is formed.
The electrons trapped in the gate may leak to the gate electrode 17. In an extreme case, since the threshold potential in the information writing state is lowered, erroneous reading may occur during information reading. It has been a problem in terms of long term reliability of the device.

【0017】また、ゲート電極17では正孔が発生する
ことがあるが、この時この正孔がシリコン窒化膜33を
介してシリコン酸化膜35にまで到達することがあっ
た。正孔がシリコン酸化膜35と衝突することによりシ
リコン酸化膜35が劣化することがあった。シリコン酸
化膜35の劣化がすすむと、トラップされている電子が
チャンネル領域15に戻ってしまう可能性が高くなる。
この場合、上記と同様に情報書き込み状態の閾電位の低
下の為、情報読み出し時に誤読み出しを起こすことがあ
った。装置の長期にわたる信頼性という点において問題
であった。
Further, holes may be generated in the gate electrode 17, but at this time, the holes sometimes reach the silicon oxide film 35 through the silicon nitride film 33. The holes may collide with the silicon oxide film 35 to deteriorate the silicon oxide film 35. If the deterioration of the silicon oxide film 35 proceeds, there is a high possibility that the trapped electrons will return to the channel region 15.
In this case, erroneous reading may occur at the time of reading information because the threshold potential in the information writing state is lowered as in the above case. It has been a problem in terms of long term reliability of the device.

【0018】よって、本発明は、上記の様な問題点を解
決し、1トランジスタ/セル構造で構成されたメモリマ
トリクス回路において、低電圧で情報を書込むことが出
来きるとともに電荷保持性能に優れた不揮発性記憶装置
を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention solves the above problems, and in a memory matrix circuit having a one-transistor / cell structure, information can be written at a low voltage and the charge retention performance is excellent. Another object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る半導体装
置は、第一導電型の半導体基板と、前記半導体基板内に
形成された第二導電型の少なくとも一対の拡散領域と、
前記半導体基板上の一対の拡散領域間の一部に設けられ
た第一絶縁膜と、前記半導体基板上の一対の拡散領域間
の一部に前記第一絶縁膜と隣接するように設けられた第
二絶縁膜と、前記第一絶縁膜の上に設けられた電荷保持
用の第三絶縁膜と、前記第三絶縁膜の上に設けられた第
四絶縁膜と、前記第二絶縁膜及び前記第三絶縁膜の上に
設けられた制御電極とを備えたことを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductivity type semiconductor substrate and at least a pair of second conductivity type diffusion regions formed in the semiconductor substrate.
A first insulating film provided on a part of the semiconductor substrate between a pair of diffusion regions, and a part of the semiconductor substrate between a pair of diffusion regions adjacent to the first insulating film. A second insulating film, a third insulating film for holding charges provided on the first insulating film, a fourth insulating film provided on the third insulating film, the second insulating film, and And a control electrode provided on the third insulating film.

【0020】請求項2に係る半導体装置は、請求項1の
半導体装置のおいて、少なくとも一対の拡散層はソース
層とドレイン層であり、制御電極はメモリゲート電極で
あることを特徴としている。
A semiconductor device according to a second aspect is the semiconductor device according to the first aspect, wherein at least the pair of diffusion layers are a source layer and a drain layer, and the control electrode is a memory gate electrode.

【0021】請求項3に係る請求項2の半導体装置の使
用方法は、請求項2に係る構造を持つメモリセルをマト
リクス状に配置するとともに、同一行に配置されたメモ
リセルのメモリゲート電極を接続するワードラインを各
行ごとに設け、同一列に配置されたメモリセルのドレイ
ンを接続するドレイン側ラインを各列ごとに設け、同一
列に配置されたメモリセルのソースを接続するソース側
ラインを各列ごとに設け、情報を書き込む際には、書込
希望のメモリセルのメモリゲート電極を接続するワード
ラインに書込プログラミング電圧を印加するとともに書
込希望のメモリセルのドレインを接続するドレイン側ラ
インを除く全てのドレイン側ラインにプログラミング禁
止電圧を印加すること、情報を読み出す際には、読み出
し希望メモリセルのメモリゲート電極にセンス電圧を印
加するとともに読み出し希望メモリセルのドレイン層を
接続するドレイン側ラインに読み出し用電圧を印加し、
読み出し希望メモリセルのドレイン及びソース間を電流
が流れるか否かを検出することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of using the semiconductor device according to the second aspect, in which the memory cells having the structure according to the second aspect are arranged in a matrix and the memory gate electrodes of the memory cells arranged in the same row are arranged. A word line to be connected is provided for each row, a drain side line for connecting the drains of the memory cells arranged in the same column is provided for each column, and a source side line for connecting the sources of the memory cells arranged in the same column is provided. Provided for each column, when writing information, the write programming voltage is applied to the word line that connects the memory gate electrode of the memory cell you want to write, and the drain side that connects the drain of the memory cell you want to write Apply programming inhibit voltage to all drain side lines except lines, and when reading information, read desired memory cell The read voltage is applied to the drain side line connecting the drain layer of the read desired memory cell to apply a sense voltage to the memory gate electrode,
It is characterized by detecting whether or not a current flows between the drain and the source of the memory cell desired to be read.

【0022】請求項4に係る半導体装置の製造方法は、
第一導電型半導体基板の全面に第一絶縁膜、電荷保持用
の第三絶縁膜、第四絶縁膜をこの順に積層する工程と、
前記半導体基板上に形成された第一絶縁膜及び第三絶縁
膜及び第四絶縁膜を選択的に除去し、第一絶縁膜及び第
三絶縁膜及び第四絶縁膜より構成されるゲート積層体を
形成する工程と、前記基板表面を酸化することにより前
記ゲート積層体の周囲の基板上面に第二絶縁膜を形成す
る工程と、前記ゲート積層体及び前記第二絶縁膜上面に
メモリゲート電極を形成する工程と、前記メモリゲート
電極をマスクとし、第二導電型不純物を注入・拡散し、
一対の第二導電型拡散領域を形成する工程とを備えたこ
とを特徴としている。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect is
A step of laminating a first insulating film, a third insulating film for holding charge, and a fourth insulating film in this order on the entire surface of the first conductivity type semiconductor substrate,
A gate stack including a first insulating film, a third insulating film, and a fourth insulating film, by selectively removing the first insulating film, the third insulating film, and the fourth insulating film formed on the semiconductor substrate. And a step of forming a second insulating film on the upper surface of the substrate around the gate stack by oxidizing the surface of the substrate, and a memory gate electrode on the upper surface of the gate stack and the second insulating film. Forming step and using the memory gate electrode as a mask, implanting and diffusing second conductivity type impurities,
And a step of forming a pair of second conductivity type diffusion regions.

【0023】[0023]

【作用】請求項1、請求項2、請求項4に係る半導体装
置およびその製造方法では、電荷保持用の第三絶縁膜と
制御電極の間に設けられた第四絶縁膜は、情報書込み時
に第一絶縁膜をトンネリングし制御電極に流入しようと
する電子を、せき止める。また、情報消去時に第一絶縁
膜をトンネリングし制御電極に流入しようとする正孔
を、せき止める。
In the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to claims 1, 2, and 4, the fourth insulating film provided between the third insulating film for holding charges and the control electrode is used for writing information. The electrons that tunnel through the first insulating film and try to flow into the control electrode are stopped. Further, at the time of erasing information, the first insulating film is tunneled to block the holes that try to flow into the control electrode.

【0024】また、前記第四絶縁膜は、第三絶縁膜に捕
獲されている電子が制御電極に漏れるのを防止する。さ
らに、前記第四絶縁膜は、制御電極から発生する正孔が
第一絶縁膜に到達することを防ぐ。
Further, the fourth insulating film prevents the electrons captured by the third insulating film from leaking to the control electrode. Further, the fourth insulating film prevents holes generated from the control electrode from reaching the first insulating film.

【0025】請求項3の半導体装置の使用方法では、請
求項2に係る構造を持つメモリセルをマトリクス状に配
置するとともに、同一行に配置されたメモリセルのメモ
リゲート電極を接続するワードラインを各行ごとに設
け、同一列に配置されたメモリセルのドレインを接続す
るドレイン側ラインを各列ごとに設け、同一列に配置さ
れたメモリセルのソースを接続するソース側ラインを各
列ごとに設け、情報を書き込む際には、書込希望のメモ
リセルのメモリゲート電極を接続するワードラインに書
込プログラミング電圧を印加するとともに書込希望のメ
モリセルのドレインを接続するドレイン側ラインを除く
全てのドレイン側ラインにプログラミング禁止電圧を印
加すること、情報を読み出す際には、読み出し希望メモ
リセルのメモリゲート電極にセンス電圧を印加するとと
もに読み出し希望メモリセルのドレイン層を接続するド
レイン側ラインに読み出し用電圧を印加し、読み出し希
望メモリセルのドレイン及びソース間を電流が流れるか
否かを検出することを特徴としている。
In the method of using the semiconductor device according to the third aspect, the memory cells having the structure according to the second aspect are arranged in a matrix, and the word line connecting the memory gate electrodes of the memory cells arranged in the same row is formed. A drain-side line that connects the drains of the memory cells arranged in the same column is provided for each column, and a source-side line that connects the sources of the memory cells arranged in the same column is provided for each column , When writing information, apply the write programming voltage to the word line that connects the memory gate electrode of the memory cell you want to write, and all except the drain side line that connects the drain of the memory cell you want to write. Applying a programming inhibit voltage to the drain side line, and when reading information, the memory gate of the memory cell you want to read It is possible to detect whether or not a current flows between the drain and source of the desired memory cell to be read by applying a sense voltage to the electrodes and applying a read voltage to the drain side line connecting the drain layer of the desired memory cell to be read. It has a feature.

【0026】従って、1トランジスタ/セル構造で構成
された半導体装置において誤書込及び誤読み出しを防止
する。
Therefore, erroneous writing and erroneous reading are prevented in a semiconductor device having a one-transistor / cell structure.

【0027】[0027]

【実施例】本発明の一実施例による不揮発性記憶装置の
メモリセルについて以下に説明する。図1にそのメモリ
セルの断面構成略図を示す。
EXAMPLE A memory cell of a nonvolatile memory device according to an example of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a schematic sectional view of the memory cell.

【0028】基板(図示省略)に設けられた第一導電型
の半導体領域であるP形シリコンウエル層3には、第二
導電型の一対の拡散領域であるN形ドレイン層5及びN
形ソース層7が設けられる。基板表面上で、ドレイン層
5とソース層7間の中央部分には第一絶縁膜であるシリ
コン酸化膜9(厚さ2nm程度)、電荷保持用の第三絶
縁膜であるシリコン窒化(SiN)膜11(厚さ10nm
程度)、第四絶縁膜であるシリコン酸化膜13(厚さ5
nm程度)がこの順に積層され、ゲート積層体12が構
成される。また、ゲート積層体12の両側には、ドレイ
ン層5及びソース層7に達するように第二絶縁膜である
シリコン酸化膜14(厚さ40nm程度)が設けられ
る。シリコン酸化膜13及びシリコン酸化膜14の上面
には制御電極であるポリシリコン膜17が形成される。
なお、この制御電極は、ドレイン層5とソース層7間の
領域(以下チャンネル領域15と呼ぶ)を制御できるよ
う形成される。また、チャンネル領域15のうち、シリ
コン酸化膜14の下位に位置する部分をそれぞれチャン
ネル領域23、27と呼び、ゲート積層体12の下位に
位置する部分をチャンネル領域25と呼ぶ。
In the P-type silicon well layer 3 which is a semiconductor region of the first conductivity type provided on the substrate (not shown), the N-type drain layers 5 and N which are a pair of diffusion regions of the second conductivity type.
Shaped source layer 7 is provided. On the surface of the substrate, a silicon oxide film 9 (thickness: about 2 nm) which is a first insulating film is formed in the central portion between the drain layer 5 and the source layer 7, and a silicon nitride (SiN) which is a third insulating film for holding charges. Membrane 11 (thickness 10 nm
Degree), the silicon oxide film 13 (thickness 5
(about nm) are stacked in this order to form the gate stacked body 12. A silicon oxide film 14 (having a thickness of about 40 nm) as a second insulating film is provided on both sides of the gate stacked body 12 so as to reach the drain layer 5 and the source layer 7. A polysilicon film 17, which is a control electrode, is formed on the upper surfaces of the silicon oxide film 13 and the silicon oxide film 14.
The control electrode is formed so that the region between the drain layer 5 and the source layer 7 (hereinafter referred to as the channel region 15) can be controlled. Further, in the channel region 15, the portions located below the silicon oxide film 14 are referred to as channel regions 23 and 27, respectively, and the portions located below the gate stacked body 12 are referred to as channel regions 25.

【0029】上記のメモリセルにおいて、ゲート積層体
12を含むゲート構造を素子として考えると、ゲート構
造の中央部に位置するM0NOS(Metal-Oxide-Nitrid
e-Oxide-Semicondactor)型メモリ2をMOS(Metal-O
xide-Semicondactor)型トランジスタ45で挟んだ構造
である。なお、MONOS型メモリの閾電圧及びMOS
型トランジスタ45の閾電圧は正の値V2(V2<3
[v])に調整される。すなわち、エンハンスメント形ト
ランジスタとして働く。
In the above memory cell, considering the gate structure including the gate stack 12 as an element, M0NOS (Metal-Oxide-Nitrid) located at the center of the gate structure is considered.
e-Oxide-Semicondactor) type memory 2 is replaced with MOS (Metal-O)
It is a structure sandwiched between xide-Semicondactor) type transistors 45. The threshold voltage and the MOS of the MONOS type memory
Type transistor 45 has a positive threshold voltage V2 (V2 <3
[v]). That is, it works as an enhancement type transistor.

【0030】上記のMONOS型メモリ2は、情報”
0”を記憶する状態(SiN膜11に電子がトラップされ
た状態)と、情報”1”を記憶する状態(SiN膜11に
電子がトラップされていない状態)との二通りを取り得
る。この特徴を利用して記憶装置を提供することが出来
る。
The MONOS type memory 2 has the information "
There are two possible modes: a state in which 0 "is stored (a state in which electrons are trapped in the SiN film 11) and a state in which information" 1 "is stored (a state in which electrons are not trapped in the SiN film 11). A storage device can be provided by utilizing the characteristics.

【0031】この二状態を、図3に示すメモリ2のヒス
テリシスループに基づいて説明する。メモリ2に情報”
0”を書込む場合、メモリ2のゲート電極17に6V程
度の書き込みプログラミング電圧VP1を印加する。この
時、ゲート電極17とチャンネル領域15間に発生する
電界によって、チャンネル領域15内の電子は高いエネ
ルギーを持つようになり、いくつかの電子はシリコン酸
化膜9をトンネリングしてSiN膜11に流入し、SiN膜1
1内を移動する。この移動中の電子は、バリアとして作
用するシリコン酸化膜13によりせき止められる。よっ
て、その電子はゲート電極17に抜けることなくSiN膜
11内でトラップされる。この様な変化にって、閾電圧
VQ2が3V程度まで上昇する(図3のQ2参照)。す
なわち、メモリ2は、閾電圧3Vのエンハンスメント形
トランジスタとして働くようになる。すなわち、この状
態が、メモリ2に情報”0”が書込まれた状態である。
なお、ゲート電圧が遮断されても閾電圧はそのままの状
態である(図3のR2参照)。
These two states will be described based on the hysteresis loop of the memory 2 shown in FIG. Information in memory 2 "
When writing "0", a programming voltage VP1 of about 6 V is applied to the gate electrode 17 of the memory 2. At this time, the electrons in the channel region 15 are high due to the electric field generated between the gate electrode 17 and the channel region 15. It becomes to have energy, some electrons tunnel through the silicon oxide film 9 and flow into the SiN film 11, and the SiN film 1
Move in 1. The moving electrons are stopped by the silicon oxide film 13 which acts as a barrier. Therefore, the electrons are trapped in the SiN film 11 without passing through the gate electrode 17. With such a change, the threshold voltage VQ2 rises to about 3V (see Q2 in FIG. 3). That is, the memory 2 comes to function as an enhancement type transistor having a threshold voltage of 3V. That is, this state is the state in which the information "0" is written in the memory 2.
The threshold voltage remains unchanged even when the gate voltage is cut off (see R2 in FIG. 3).

【0032】次に、情報”0”を消去する為にはトラッ
プされた電子をチャンネル領域15に戻してやる必要が
ある。従って、チャンネル領域15に6V程度のプログ
ラミング電圧VP2を印加し、情報の書込時とは反対方向
の電界を発生させて、チャンネル領域15に電子を戻し
てやる。同時に、この電界により、チャンネル領域15
の正孔はシリコン酸化膜9をトンネリングし、上述の電
子と同様にゲート電極17に抜けることなくSiN膜11
内でトラップされる。この様な変化によって、3V程度
の閾電圧が−1V程度の閾電圧VS2に変化する(図3
のS2参照)。すなわち、メモリ2は、閾電圧−1Vの
ディプレッション形トランジスタとして働くようにな
る。情報”0”が消去されたこの状態は、メモリ1が情
報”1”を記憶した状態を意味する。なお、ゲート電圧
が遮断されても閾電圧はそのままの状態である(図3の
T2参照)。
Next, in order to erase the information "0", it is necessary to return the trapped electrons to the channel region 15. Therefore, a programming voltage VP2 of about 6 V is applied to the channel region 15 to generate an electric field in the direction opposite to that at the time of writing information, and electrons are returned to the channel region 15. At the same time, due to this electric field, the channel region 15
Holes tunnel through the silicon oxide film 9 and, like the electrons described above, do not escape to the gate electrode 17 and the SiN film 11
Trapped inside. With such a change, the threshold voltage of about 3V changes to the threshold voltage VS2 of about -1V (FIG. 3).
See S2). That is, the memory 2 comes to function as a depletion type transistor having a threshold voltage of -1V. This state in which the information "0" is erased means that the memory 1 stores the information "1". Even if the gate voltage is cut off, the threshold voltage remains unchanged (see T2 in FIG. 3).

【0033】情報の読み出しにおいては、ゲート電極1
7に電圧V2と電圧VQ2との中間のセンス電圧Vddを
印加するとともにメモリのドレイン層5とソース層7間
にある一定の読み出し用電圧Vmを印加した時にチャン
ネル領域15に電流が流れるかどうかで、情報”0”が
記憶されているか、情報”1”が記憶されているかが判
断される。
In reading information, the gate electrode 1
Whether a current flows through the channel region 15 when a sense voltage Vdd intermediate between the voltage V2 and the voltage VQ2 is applied to 7 and a constant read voltage Vm between the drain layer 5 and the source layer 7 of the memory is applied. , It is determined whether the information “0” is stored or the information “1” is stored.

【0034】詳しく述べると、情報”0”が記憶されて
いる場合は、ゲート電極17に印加されたセンス電圧V
ddはメモリ2の閾電圧VQ2(約3[v])より小さい
が、メモリ2の両側に隣接する様に設けられたMOS型
トランジスタ45の閾電圧V2よりは大きい。従って、
チャンネル領域23及び27は導通状態となるが、チャ
ンネル領域25は導通状態にはない。すなわち、チャン
ネル領域15には電流が流れない。
More specifically, when the information "0" is stored, the sense voltage V applied to the gate electrode 17
dd is lower than the threshold voltage VQ2 (about 3 [v]) of the memory 2, but higher than the threshold voltage V2 of the MOS transistor 45 provided adjacent to both sides of the memory 2. Therefore,
The channel regions 23 and 27 are conductive, but the channel region 25 is not conductive. That is, no current flows in the channel region 15.

【0035】一方、情報”1”が記憶されている場合
は、ゲート電極17に印加されたセンス電圧Vddはメモ
リ2の閾電圧VS2(約−1[v])及びMOS型トラン
ジスタ45の閾電圧V2のどちらよりも大きい。従っ
て、チャンネル領域23及び27及び25が全て導通状
態となる。すなわちチャンネル領域15に電流が流れ
る。
On the other hand, when the information "1" is stored, the sense voltage Vdd applied to the gate electrode 17 is the threshold voltage VS2 (about -1 [v]) of the memory 2 and the threshold voltage of the MOS transistor 45. Greater than either V2. Therefore, the channel regions 23, 27 and 25 are all in the conductive state. That is, a current flows through the channel region 15.

【0036】本発明の一実施例による不揮発性記憶装置
は、上記のメモリセルをマトリクス状に配列するととも
に1トランジスタ/セル構造で構成される。例えば、4
個のメモリセルで構成されたメモリ回路の概念図を図2
に示す。図2に基づいてメモリ回路の構成について以下
に説明する。
A non-volatile memory device according to an embodiment of the present invention has the above memory cells arranged in a matrix and has a one-transistor / cell structure. For example, 4
FIG. 2 is a conceptual diagram of a memory circuit composed of one memory cell.
Shown in. The configuration of the memory circuit will be described below with reference to FIG.

【0037】メモリセル2A及び2Bのゲート電極17
にはワードラインW1、メモリセル2C及び2Dのゲー
ト電極17にはワードラインW2がそれぞれ配線され
る。また、メモリセル2A及び2Cのドレイン層5には
ドレイン側ラインD1、メモリセル2B及び2Dのドレ
イン層5にはドレイン側ラインD2がそれぞれ配線され
る。さらに、メモリセル2A及び2Cのソース層7には
ソース側ラインS1、メモリセル2B及び2Dのソース
層7にはソース側ラインS2がそれぞれ配線される。な
お、各メモリセルのウエル層3にはウエルラインWEL
が接続されている。
Gate electrode 17 of memory cells 2A and 2B
Is connected to the word line W1, and the word line W2 is connected to the gate electrodes 17 of the memory cells 2C and 2D. The drain side line D1 is connected to the drain layers 5 of the memory cells 2A and 2C, and the drain side line D2 is connected to the drain layers 5 of the memory cells 2B and 2D. Further, the source side line S1 is connected to the source layer 7 of the memory cells 2A and 2C, and the source side line S2 is connected to the source layer 7 of the memory cells 2B and 2D. In addition, the well line WEL is formed in the well layer 3 of each memory cell.
Are connected.

【0038】次に、図4に情報の書込、読み出し及び消
去時のワードライン、ドレイン側ライン、ソース側ライ
ン、ウエルラインの電位状態を示す。まず、図2及び図
4に基づいて希望のメモリセルに情報を書込む場合につ
いて説明する。
Next, FIG. 4 shows potential states of the word line, the drain side line, the source side line and the well line at the time of writing, reading and erasing information. First, the case of writing information in a desired memory cell will be described with reference to FIGS.

【0039】例えばメモリセル2Aを選択し、情報”
0”を書込む際には、ロウデコーダ19によりワードラ
インW1に6V程度の書き込みプログラミング電圧VP1
を印加し、ドレイン側ラインD2に4V程度のプログラ
ミング禁止電圧Viを印加することにより行われる。な
お、ソース側ラインS1及びS2はオープンにし、ワー
ドラインW2、ドレイン側ラインD1及びウエルライン
WELは接地される。
For example, by selecting the memory cell 2A, information "
When writing "0", the row decoder 19 writes a write programming voltage VP1 of about 6V into the word line W1.
And a programming inhibit voltage Vi of about 4V is applied to the drain side line D2. The source side lines S1 and S2 are opened, and the word line W2, the drain side line D1 and the well line WEL are grounded.

【0040】この時、選択メモリセル2Aでは、ゲート
電極17にプログラミング電圧VP1が印加されているの
で、上述したようにウエル層3・ゲート電極17間に発
生した電界によって電子がシリコン窒化膜11にトラッ
プされる。この状態は、メモリセル2Aが情報”0”を
記憶した状態である。
At this time, in the selected memory cell 2A, since the programming voltage VP1 is applied to the gate electrode 17, electrons are generated in the silicon nitride film 11 by the electric field generated between the well layer 3 and the gate electrode 17 as described above. To be trapped. In this state, the memory cell 2A stores the information "0".

【0041】一方、非選択メモリセルであるメモリ2B
では、ゲート電極17にプログラミング電圧VP1が印加
されているがドレイン層5にプログラミング禁止電圧V
iが印加されているので、情報を書込む為に必要な電界
は発生しない。また、他の非選択メモリセルであるメモ
リセル2C及び2Dでは、ゲート電極17に書き込みプ
ログラミング電圧が印加されておらず、電界も発生しな
い。すなわち、情報は書込まれない。
On the other hand, the memory 2B which is a non-selected memory cell
Then, although the programming voltage VP1 is applied to the gate electrode 17, the programming inhibit voltage V is applied to the drain layer 5.
Since i is applied, the electric field necessary for writing information is not generated. Further, in the other non-selected memory cells, that is, the memory cells 2C and 2D, the write programming voltage is not applied to the gate electrode 17, and no electric field is generated. That is, no information is written.

【0042】次に、図2及び図4に基づいて、希望のメ
モリセルの情報の読み出しについて説明する。例えばメ
モリセル2Aを選択し、情報を読み出す際には、ロウデ
コーダ19によりワードラインW1に2V程度のセンス
電圧Vddを印加し、ドレイン側ラインD1に2V程度の
読み出し用電圧Vmを印加することにより行われる。な
お、ドレイン側ラインD2及びソース側ラインS2はオ
ープンにし、ワードラインW2、ソース側ラインS1及
びウエルラインWELは接地される。
Next, reading of information from a desired memory cell will be described with reference to FIGS. For example, when the memory cell 2A is selected and information is read, the row decoder 19 applies the sense voltage Vdd of about 2V to the word line W1 and the read voltage Vm of about 2V to the drain side line D1. Done. The drain side line D2 and the source side line S2 are opened, and the word line W2, the source side line S1 and the well line WEL are grounded.

【0043】この時、選択メモリセル2Aが情報”0”
を記憶する(シリコン窒化膜に電子がトラップされた)
状態の場合、ゲート電極17にセンス電圧Vddが印加さ
れているので、上述したようにチャンネル領域23及び
27は導通状態となるが、チャンネル領域25は導通状
態にはない。すなわち、チャンネル領域15は全体とし
て導通状態にない。また、ドレイン側ラインD1と接続
する非選択メモリセル2Cは、ゲート電極17にセンス
電圧Vddが印加されていないから記憶する情報の種類に
かかわらずチャンネル領域15は導通状態にない。従っ
て、ドレイン側ラインD1を流れる電流はメモリセル2
Aには漏れず、そのままコラムデコーダ21に入力され
る。
At this time, the selected memory cell 2A has information "0".
Is stored (electrons are trapped in the silicon nitride film)
In the case of the state, since the sense voltage Vdd is applied to the gate electrode 17, the channel regions 23 and 27 are in the conductive state as described above, but the channel region 25 is not in the conductive state. That is, the channel region 15 is not conductive as a whole. In the non-selected memory cell 2C connected to the drain side line D1, the channel region 15 is not conductive regardless of the type of information stored because the sense voltage Vdd is not applied to the gate electrode 17. Therefore, the current flowing through the drain side line D1 is
It is not leaked to A, and is directly input to the column decoder 21.

【0044】一方、メモリセル2Aが情報”1”を記憶
する(シリコン窒化膜に電子がトラップされていない)
状態の場合、ゲート電極17にセンス電圧Vddが印加さ
れているので、上述したように、チャンネル領域23、
25、27は全て導通状態となる。すなわちチャンネル
領域15は導通状態にある。また、上記と同じ理由から
非選択メモリセル2Dは導通状態にない。従って、ドレ
イン側ラインD1を流れる電流はメモリセル2Aのチャ
ンネル領域15を流れ、ソース側ラインS1を介して接
地電位に落ちる。すなわち、コラムデコーダ21には電
流が入力されない。なお、非選択メモリセル2B及び2
Dを接続するドレイン側ラインには読み出し用電圧Vm
が印加されていない。この様にして、コラムデコーダ2
1に電流が入力されるか否かで、情報は識別され、読み
出される。
On the other hand, the memory cell 2A stores information "1" (electrons are not trapped in the silicon nitride film).
In the case of the state, since the sense voltage Vdd is applied to the gate electrode 17, as described above, the channel region 23,
25 and 27 are all in a conductive state. That is, the channel region 15 is in the conductive state. Further, the non-selected memory cell 2D is not in the conductive state for the same reason as above. Therefore, the current flowing through the drain side line D1 flows through the channel region 15 of the memory cell 2A and drops to the ground potential through the source side line S1. That is, no current is input to the column decoder 21. The unselected memory cells 2B and 2B
A read voltage Vm is applied to the drain side line connecting D
Is not applied. In this way, the column decoder 2
Information is identified and read depending on whether or not a current is input to the unit 1.

【0045】最後に、図2及び図4に基づいて情報”
0”をワードラインごとに消去する場合について説明す
る。例えばワードラインW1に接続するメモリセル2A
及び2Bの情報”0”を消去する際には、ワードライン
W1に−6V程度のプログラミング電圧VP2を印加し、
ウエル層3を接地することにより行われる。なお、ドレ
イン側ラインD1及びD2とソース側ラインS1及びS
2はオープンにし、ワードラインW2は接地される。
Finally, the information "on the basis of FIGS. 2 and 4"
A case of erasing "0" for each word line will be described. For example, the memory cell 2A connected to the word line W1.
When erasing the information "0" of 2B and 2B, a programming voltage VP2 of about -6V is applied to the word line W1,
This is performed by grounding the well layer 3. The drain side lines D1 and D2 and the source side lines S1 and S
2 is opened and the word line W2 is grounded.

【0046】この時、メモリセル2A及び2Bでは、ゲ
ート電極17にプログラミング電圧VP2が印加されてい
るので、上述したようにウエル層3・ゲート電極17間
に発生した情報”0”書込時とは反対方向の電界によっ
てシリコン窒化膜11にトラップされている電子はウエ
ル層3に戻る。この状態は、メモリセルの消去状態、つ
まり情報”1”を記憶した状態である。なお、ワードラ
インW2に接続するメモリセル2C及び2Dでは、ゲー
ト電極にプログラミング電圧VP2が印加さていないから
電界は発生せず、当然情報の消去も行われない。
At this time, since the programming voltage VP2 is applied to the gate electrode 17 in the memory cells 2A and 2B, the time "0" is written in the information "0" generated between the well layer 3 and the gate electrode 17 as described above. The electrons trapped in the silicon nitride film 11 by the electric field in the opposite direction return to the well layer 3. This state is the erased state of the memory cell, that is, the state in which the information "1" is stored. In the memory cells 2C and 2D connected to the word line W2, the electric field is not generated because the programming voltage VP2 is not applied to the gate electrode, and information is not erased.

【0047】次に、このメモリ回路の製造方法につい
て、メモリセル部を中心に説明する。図5、図6及び図
7は製造工程を説明する為の図である。
Next, a method of manufacturing this memory circuit will be described focusing on the memory cell portion. 5, 6 and 7 are views for explaining the manufacturing process.

【0048】方位(100)のN形シリコン基板4(厚
さ2ー5Ωcm)を準備し、その上面からボロン
(B+)を打込み拡散し、P形ウエル層3を形成する
(図5A)。次に、LOCOS法によりフィールド酸化
膜6で素子分離領域を形成する(図5B)。次に、基板
上にシリコン酸化膜9(厚さ2nm程度)、シリコン窒
化膜11(厚さ10nm)さらにシリコン酸化膜13
(厚さ5nm程度)をこの順で堆積させる(図5C)。
An N-type silicon substrate 4 (thickness 2-5 Ωcm) having an orientation (100) is prepared, and boron (B + ) is implanted and diffused from the upper surface to form a P-type well layer 3 (FIG. 5A). Next, an element isolation region is formed by the field oxide film 6 by the LOCOS method (FIG. 5B). Next, a silicon oxide film 9 (thickness: about 2 nm), a silicon nitride film 11 (thickness: 10 nm), and a silicon oxide film 13 are formed on the substrate.
(Thickness of about 5 nm) is deposited in this order (FIG. 5C).

【0049】次に、マスクのパターンニングにより上述
の積層部を選択的カットし、シリコン窒化膜11をシリ
コン酸化膜9、13で挟んだゲート積層体12を形成す
る(図6A)。次に、熱酸化によりシリコン表面を酸化
し、ゲート積層体12の両側に厚さ40nm程度のシリ
コン酸化膜14を形成する(図6B)。
Next, the above-mentioned laminated portion is selectively cut by patterning a mask to form a gate laminated body 12 in which the silicon nitride film 11 is sandwiched between the silicon oxide films 9 and 13 (FIG. 6A). Next, the silicon surface is oxidized by thermal oxidation to form a silicon oxide film 14 having a thickness of about 40 nm on both sides of the gate stacked body 12 (FIG. 6B).

【0050】次に、これらの上面でゲート積層体12及
びその両側のシリコン酸化膜14の一部にまで達するよ
うにゲート電極17を形成する(図6C)。次に、ゲー
ト電極17をマスクとし、N形不純物、例えばひ素を注
入・拡散し、N+ドレイン層5およびN+ソース層7を形
成する(図7A)。次に、シリコン酸化膜等の層間絶縁
膜29を成長させ、層間絶縁膜29に所要のコンタクト
正孔を形成する。さらに、AlーSi等の金属層31を
用いて、各電極の金属配線を形成する。
Next, a gate electrode 17 is formed so as to reach the gate stacked body 12 and a part of the silicon oxide film 14 on both sides of the upper surface thereof (FIG. 6C). Next, using the gate electrode 17 as a mask, N-type impurities such as arsenic are implanted and diffused to form the N + drain layer 5 and the N + source layer 7 (FIG. 7A). Next, an interlayer insulating film 29 such as a silicon oxide film is grown, and required contact holes are formed in the interlayer insulating film 29. Further, the metal wiring of each electrode is formed by using the metal layer 31 such as Al-Si.

【0051】本発明に係る製造方法では、上記の様にシ
リコン酸化膜9(厚さ2nm程度)、シリコン窒化膜1
1(厚さ10nm程度)、シリコン酸化膜13(厚さ5
nm程度)から構成されるゲート積層体12を形成した
後に基板表面から熱酸化することによって第二絶縁膜で
ある厚さ40nm程度のシリコン酸化膜14を形成する
ことを特徴としている。従って、この時ゲート積層体1
2の最上部のシリコン酸化膜13の膜厚をほぼ5nm程
度に保ちつつ、シリコン基板4上面に膜厚40nm程度
のシリコン酸化膜14を形成することが出来る。なお、
この熱酸化によってシリコン酸化膜13の膜厚も若干成
長するが、この様な成長分をあらかじめ見越してシリコ
ン酸化膜13の膜厚を設定すると良い。
In the manufacturing method according to the present invention, as described above, the silicon oxide film 9 (thickness: about 2 nm) and the silicon nitride film 1 are formed.
1 (thickness about 10 nm), silicon oxide film 13 (thickness 5
It is characterized in that the silicon oxide film 14 having a thickness of about 40 nm, which is the second insulating film, is formed by thermal oxidation from the surface of the substrate after forming the gate stacked body 12 composed of about 2 nm). Therefore, at this time, the gate stack 1
It is possible to form the silicon oxide film 14 having a film thickness of about 40 nm on the upper surface of the silicon substrate 4 while keeping the film thickness of the uppermost silicon oxide film 13 of 2 at about 5 nm. In addition,
Although the film thickness of the silicon oxide film 13 is slightly grown by this thermal oxidation, it is advisable to set the film thickness of the silicon oxide film 13 in consideration of such a growth amount in advance.

【0052】なお、上記実施例では、第一導電型をP型
とし第二導電型をN型としたが、第一導電型をP型と
し、第二導電型をN型としてもよい。
Although the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type in the above embodiment, the first conductivity type may be P type and the second conductivity type may be N type.

【0053】[0053]

【発明の効果】請求項1、請求項2、請求項4に係る半
導体装置およびその製造方法では、電荷保持用の第三絶
縁膜と制御電極の間に設けられた第四絶縁膜は、情報書
込み時に第一絶縁膜をトンネリングし制御電極に流入し
ようとする電子を、せき止める。また、情報消去時に第
一絶縁膜をトンネリングし制御電極に流入しようとする
正孔を、せき止める。
According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to claims 1, 2, and 4, the fourth insulating film provided between the third insulating film for holding charges and the control electrode is made of information. At the time of writing, the first insulating film is tunneled to stop the electrons that try to flow into the control electrode. Further, at the time of erasing information, the first insulating film is tunneled to block the holes that try to flow into the control electrode.

【0054】従って、電荷保持用の第三絶縁膜の膜厚を
薄膜化することが可能となり、ひいては書込電圧及び消
去電圧の低電圧化を達成できる。
Therefore, it is possible to reduce the film thickness of the third insulating film for holding electric charges, and it is possible to reduce the write voltage and the erase voltage.

【0055】また、前記第四絶縁膜は、第三絶縁膜に捕
獲されている電子が制御電極に漏れるのを防止する。
Further, the fourth insulating film prevents the electrons trapped in the third insulating film from leaking to the control electrode.

【0056】従って、半導体装置の電荷保持性能が向上
する。
Therefore, the charge retention performance of the semiconductor device is improved.

【0057】さらに、前記第四絶縁膜は、制御電極から
発生する正孔が第一絶縁膜に到達することを防ぐ。
Further, the fourth insulating film prevents holes generated from the control electrode from reaching the first insulating film.

【0058】従って、正孔による第一絶縁膜の損傷に起
因する第一絶縁膜の劣化を防止する。よって、第一絶縁
膜の劣化よる捕獲電子の基板内への戻りを防止する。つ
まり、半導体装置の電荷保持性能が向上する。
Therefore, deterioration of the first insulating film due to damage of the first insulating film due to holes is prevented. Therefore, return of trapped electrons into the substrate due to deterioration of the first insulating film is prevented. That is, the charge retention performance of the semiconductor device is improved.

【0059】請求項3の半導体装置の使用方法では、請
求項2に係る構造を持つメモリセルをマトリクス状に配
置するとともに、同一行に配置されたメモリセルのメモ
リゲート電極を接続するワードラインを各行ごとに設
け、同一列に配置されたメモリセルのドレインを接続す
るドレイン側ラインを各列ごとに設け、同一列に配置さ
れたメモリセルのソースを接続するソース側ラインを各
列ごとに設け、情報を書き込む際には、書込希望のメモ
リセルのメモリゲート電極を接続するワードラインに書
込プログラミング電圧を印加するとともに書込希望のメ
モリセルのドレインを接続するドレイン側ラインを除く
全てのドレイン側ラインにプログラミング禁止電圧を印
加すること、情報を読み出す際には、読み出し希望メモ
リセルのメモリゲート電極にセンス電圧を印加するとと
もに読み出し希望メモリセルのドレイン層を接続するド
レイン側ラインに読み出し用電圧を印加し、読み出し希
望メモリセルのドレイン及びソース間を電流が流れるか
否かを検出することを特徴としている。よって、1トラ
ンジスタ/セル構造で構成された半導体装置において誤
書込及び誤読み出しを防止する。
In the method of using the semiconductor device according to the third aspect, the memory cells having the structure according to the second aspect are arranged in a matrix, and the word lines connecting the memory gate electrodes of the memory cells arranged in the same row are formed. A drain-side line that connects the drains of the memory cells arranged in the same column is provided for each column, and a source-side line that connects the sources of the memory cells arranged in the same column is provided for each column , When writing information, apply the write programming voltage to the word line that connects the memory gate electrode of the memory cell you want to write, and all except the drain side line that connects the drain of the memory cell you want to write. Applying a programming inhibit voltage to the drain side line, and when reading information, the memory gate of the memory cell you want to read It is possible to detect whether or not a current flows between the drain and the source of the desired memory cell to be read by applying a sense voltage to the electrodes and applying a read voltage to the drain side line connecting the drain layer of the desired memory cell to be read. It has a feature. Therefore, erroneous writing and erroneous reading are prevented in the semiconductor device having the one-transistor / cell structure.

【0060】従って、1トランジスタ/セル構造の半導
体装置を提供し、装置の集積度を向上させることが出来
る。
Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a one-transistor / cell structure and improve the degree of integration of the device.

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

【図1】本発明の一実施例によるメモリセルの構成概念
図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例によるメモリ回路の構成略図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a memory circuit according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例によるメモリ2の閾電位のヒ
ステリシスループを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a hysteresis loop of a threshold potential of the memory 2 according to the embodiment of the present invention.

【図4】情報の書込、読み出し、消去時における各配線
ラインの電位状態を示す為の図である。
FIG. 4 is a diagram showing a potential state of each wiring line at the time of writing, reading, and erasing information.

【図5】本発明の一実施例によるメモリ回路の製造工程
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the memory circuit according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例によるメモリ回路の製造工程
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of a memory circuit according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例によるメモリ回路の製造工程
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the memory circuit according to the embodiment of the present invention.

【図8】従来のメモリセルの断面構成略図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a conventional memory cell.

【図9】従来のメモリ2の閾電位のヒステリシスループ
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a hysteresis loop of the threshold potential of the conventional memory 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3・・・P形ウエル層 5・・・N形ドレイン層 7・・・N形ソース層 9・・・シリコン酸化膜 11・・・シリコン窒化膜 12・・・ゲート積層体 13・・・シリコン酸化膜 14・・・シリコン酸化膜 17・・・ポリシリコン膜 W1、W2・・・ワードライン D1、D2・・・ドレイン側ライン S1、S2・・・ソース側ライン 3 ... P-type well layer 5 ... N-type drain layer 7 ... N-type source layer 9 ... Silicon oxide film 11 ... Silicon nitride film 12 ... Gate laminated body 13 ... Silicon Oxide film 14 ... Silicon oxide film 17 ... Polysilicon film W1, W2 ... Word line D1, D2 ... Drain side line S1, S2 ... Source side line

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第一導電型の半導体領域と、 前記半導体領域内に形成された第二導電型の少なくとも
一対の拡散領域と、 前記半導体領域上で一対の拡散領域間の一部に設けられ
た第一絶縁膜と、 前記半導体領域上で一対の拡散領域間に前記第一絶縁膜
と隣接するように設けられた第二絶縁膜と、 前記第一絶縁膜の上に設けられた電荷保持用の第三絶縁
膜と、 前記第三絶縁膜の上に設けられた第四絶縁膜と、 前記第二絶縁膜及び前記第四絶縁膜の上に設けられた制
御電極と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor region of a first conductivity type, at least a pair of diffusion regions of a second conductivity type formed in the semiconductor region, and a part of the semiconductor region provided between the pair of diffusion regions. A first insulating film, a second insulating film provided between the pair of diffusion regions on the semiconductor region so as to be adjacent to the first insulating film, and a charge retention film provided on the first insulating film. A third insulating film, a fourth insulating film provided on the third insulating film, and a control electrode provided on the second insulating film and the fourth insulating film. A semiconductor device characterized by:
【請求項2】請求項1の半導体装置において、 一対の拡散層はソース層及びドレイン層であり、 制御電極はメモリゲート電極であること、 を特徴とする半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the pair of diffusion layers are a source layer and a drain layer, and the control electrode is a memory gate electrode. 【請求項3】請求項2に係る構造を持つメモリセルをマ
トリクス状に配置するとともに、 同一行に配置されたメモリセルのメモリゲート電極を接
続するワードラインを各行ごとに設け、 同一列に配置されたメモリセルのドレインを接続するド
レイン側ラインを各列ごとに設け、 同一列に配置されたメモリセルのソースを接続するソー
ス側ラインを各列ごとに設け、 情報を書き込む際には、書込希望のメモリセルのメモリ
ゲート電極を接続するワードラインに書込プログラミン
グ電圧を印加するとともに書込希望のメモリセルのドレ
インを接続するドレイン側ラインを除く全てのドレイン
側ラインにプログラミング禁止電圧を印加すること、 情報を読み出す際には、読み出し希望メモリセルのメモ
リゲート電極にセンス電圧を印加するとともに読み出し
希望メモリセルのドレイン層を接続するドレイン側ライ
ンに読み出し用電圧を印加し、読み出し希望メモリセル
のドレイン及びソース間を電流が流れるか否かを検出す
ること、 を特徴とする半導体装置の使用方法。
3. The memory cells having the structure according to claim 2 are arranged in a matrix, and word lines for connecting the memory gate electrodes of the memory cells arranged in the same row are provided for each row and arranged in the same column. A drain side line connecting the drains of the memory cells arranged in each column is provided for each column, and a source side line connecting the sources of the memory cells arranged in the same column is provided for each column. The programming programming voltage is applied to the word line connecting the memory gate electrode of the desired memory cell, and the programming inhibiting voltage is applied to all drain side lines except the drain side line connecting the drain of the desired memory cell. To read information, apply a sense voltage to the memory gate electrode of the memory cell you want to read. A read voltage is applied to the drain side line connecting the drain layer of the memory cell desired to be read, and whether or not a current flows between the drain and source of the memory cell desired to be read is detected. how to use.
【請求項4】第一導電型半導体基板の全面に第一絶縁
膜、電荷保持用の第三絶縁膜、第四絶縁膜をこの順に積
層する工程と、 前記半導体基板上に形成された第一絶縁膜及び第三絶縁
膜及び第四絶縁膜を選択的に除去し、第一絶縁膜及び第
三絶縁膜及び第四絶縁膜より構成されるゲート積層体を
形成する工程と、 前記基板表面を酸化することにより前記ゲート積層体の
周囲の基板上面に第二絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート積層体及び前記第二絶縁膜上面にメモリゲー
ト電極を形成する工程と、 前記メモリゲート電極をマスクとし、第二導電型不純物
を注入・拡散し、一対の第二導電型拡散領域を形成する
工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A step of laminating a first insulating film, a third insulating film for holding a charge, and a fourth insulating film in this order on the entire surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and a first film formed on the semiconductor substrate. A step of selectively removing the insulating film, the third insulating film and the fourth insulating film to form a gate laminated body composed of the first insulating film, the third insulating film and the fourth insulating film; Forming a second insulating film on the upper surface of the substrate around the gate stack by oxidation, forming a memory gate electrode on the upper surface of the gate stack and the second insulating film, and forming the memory gate electrode And a step of implanting and diffusing a second conductivity type impurity to form a pair of second conductivity type diffusion regions, using the mask as a mask.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100440095B1 (en) * 2000-07-03 2004-07-14 샤프 가부시키가이샤 Nonvolatile semiconductor memory device, process of manufacturing the same and method of operating the same
JP2004260173A (en) * 2003-02-24 2004-09-16 Samsung Electronics Co Ltd Method for manufacturing nonvolatile semiconductor memory device
JP2007109955A (en) * 2005-10-14 2007-04-26 Sharp Corp Semiconductor storage device and manufacturing method thereof

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