JPH0779138B2 - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈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
素子中に少なくとも三つ以上の多ビットないし多状態を
記憶可能に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 storing at least three or more multi-bits or multi-states in a unit device.
〈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。<Prior Art> The non-volatile semiconductor memory device itself is publicly known, and various devices having respective structural and operating mechanism characteristics have been proposed so far.
それらをまず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、いわゆる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、すなわちEEPROM(EAROM)とに分けることができ
る。First, if they are classified with respect to a method of erasing or rewriting the stored contents, an electrically programmable read-only memory, a so-called EPROM, and a read-only memory that can be electrically erased or rewritten as well as programmed (write), That is, it can be divided into EEPROM (EAROM).
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。As is well known, in the former case, writing can be done electrically, but erasing must be done by another erasing operation such as UV irradiation. It is clear that the latter wins.
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。On the other hand, if the charge storage members are classified regardless of whether they are EPROM or EEPROM, at least as represented by a polymerized structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film in a so-called MNOS structure, at least, for example, One using a charge storage trap of one insulating film, for example
As typified by a FAMOS structure, there is one that uses a conductive floating gate that is embedded in an insulating film and does not form a discharge path anywhere.
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、その中に、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を
“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。Generally, these members and the charge storage traps in them are
It is often referred to generically as "charge storage structure",
In this document, this is regarded as one physical structural member, and hereinafter referred to as "charge storage member", in which it is actually involved in the charge storage, and the channel formation thereunder, or the channel being formed. The part that is involved in changing the state is called the “effective charge storage region”. 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.
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。However, it is clear that the "effective charge storage region" and the "charge storage member" may not match in terms of the area size or geometrical shape as an object.
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。For example, in the FAMOS structure and 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 in relation 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.
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。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.
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。In particular, in the case of electrically erasable ones such as EEPROM, for example, the accumulation state of electrons is defined as the accumulation state of holes with respect to logic "1", the neutralization state of accumulated electrons by injection of holes, or the emission of accumulated electrons. When the state is made to correspond to the logic "0", there are some cases where different injection mechanisms are adopted for the injection of electrons and the injection of holes.
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地にあ
るかの判別は、一般的には、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。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, a nonvolatile semiconductor memory device according to any of the above structures or classifications,
The determination of whether or not a predetermined carrier is held in the charge storage member, that is, in which logical place the present device memory content is, is generally, and simply, a certain gate voltage. This can be done depending on whether the channel is "conducting" or "non-conducting".
〈発明が解決しようとする問題点〉 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。<Problems to be Solved by the Invention> As described above, a large number of non-volatile semiconductor memory devices have been proposed so far, but all or most of them are not included in one device per unit. I could only remember bits.
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。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.
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、同じ単位の素子としても多ビ
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。The present invention has been made in view of the above-mentioned point of view by reviewing the existing non-volatile semiconductor memory device to provide a non-volatile semiconductor memory device capable of storing multi-bit or many states even if the same unit device is used. It is a thing.
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。If that happens, regardless of whether it is an EPROM or an EEPROM as described above, as a problem of another dimension, compared to the conventional,
The bit density within the defined geometrical area (or volume) for memory formation could be greatly improved.
〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記目的達成のため、 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、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、ソ
ース、ドレイン間のチャネル形成領域表面に実効電荷蓄
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
における改良として、 上記の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、互いに独立な三個以上から構成し、かつ、
それら三個以上の実効電荷蓄積領域のそれぞれの幅を全
て互いに異ならせた不揮発性半導体メモリ素子を提案す
る。<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a semiconductor region having a channel forming region between a source and a drain, which are separated from each other, and a channel forming region while maintaining insulating properties. A channel having a shape and size corresponding to the planar shape of the effective charge storage region is provided on the surface of the channel formation region between the source and drain by being provided so as to cover the effective charge storage region. As an improvement in an electrically writable or electrically writable / erasable non-volatile semiconductor memory device having a charge storage member selectively forming or changing a channel state. Three or more storage regions are independent from each other along the channel width direction orthogonal to the channel length direction, which is the direction connecting the source and drain. Configured, and,
We propose a nonvolatile semiconductor memory device in which the widths of the three or more effective charge storage regions are all different from each other.
〈作用および効果〉 明らかなように、本発明は実質的に従来既存の不揮発性
半導体メモリ素子に対し、その電荷蓄積機構部分に対す
る改良を指向している。<Operations and Effects> As is apparent, the present invention is directed to the improvement of the charge storage mechanism portion of the conventional non-volatile semiconductor memory device.
換言すれば、EPROMとして構成しようがEEPROM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、互いに独立な三個以上から構成
するのである。In other words, whether it is configured as an EPROM or an EEPROM, other components required for them are the same as the existing configuration, but as long as they are in accordance with the present invention, at least one source and one drain corresponding to each other are provided. The charge storage member, which has conventionally been capable of forming only a single effective charge storage region facing the channel formation region defined between them, is separated along the channel width direction and is composed of three or more independent ones. is there.
このような構成の本発明に従えば、全部で三個以上の実
効電荷蓄積領域に対し、それらの中のいくつに所定量の
電荷を蓄積させるかとか、あるいはさらにEEPROM構造と
した場合、それらの中のいくつの実効電荷蓄積領域から
蓄積電荷を追い出すか、またはそれらの中のいくつの実
効電荷蓄積領域に対して異種電荷を注入することで蓄積
電荷を中和するか等をも選択することにより、それら各
実効電荷蓄積領域の下に対応的に形成されるチャネルの
数を変えたり、あるいは各チャネルの状態を変えること
ができる。その状態、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互いに弁別可能
な三個以上の電流出力値ないし電圧出力値を得ることが
できるので、結局、本発明の不揮発性半導体メモリ素子
は、一つの素子で少なくとも3ビット以上の多ビットを
記憶できるものとなる。According to the present invention having such a configuration, for a total of three or more effective charge storage regions, how many of them store a predetermined amount of charges, or when an EEPROM structure is adopted, those charges are stored. By selecting how many effective charge storage areas in the stored charge to dissipate, or how many of those effective charge storage areas to neutralize the stored charge by injecting different types of charge. , The number of channels correspondingly formed under each effective charge storage region can be changed, or the state of each channel can be changed. Depending on the state, the number or state of the channels, three or more current output values or voltage output values which are discrete and discriminable from each other can be obtained between the source and the drain. In the semiconductor memory device, one device can store multi-bits of at least 3 bits or more.
これはもちろん、本発明素子を多数個集積化したメモリ
装置として見ても、従来の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し、かつ、各素子当た
り3ビット以上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。As a matter of course, even when viewed as a memory device in which a large number of the elements of the present invention are integrated, it is easy to realize a higher bit density than that in the case of using the conventional elements, and at least 3 bits or more are provided for each element. It also means that a kind of parallel processing that can be handled at one time is possible, which can contribute to speeding up various processing operations related to the memory.
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。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.
〈実施例〉 以下、添付図面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。<Embodiment> Hereinafter, each embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1,2図は本発明の第一の実施例を示しているが、この
実施例は既存のMNOS構造ないしこれに類似の構造を採る
EEPROMを改良するに都合の良いものである。1 and 2 show the first embodiment of the present invention, which adopts the existing MNOS structure or a structure similar thereto.
It is convenient for improving the EEPROM.
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、第1図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。In this case, the substrate 1 is a bulk semiconductor substrate 11 of the first conductivity type.
As shown in the plane projection structure of FIG. 1, a source 21 and a drain 22 are formed in the surface region of the semiconductor substrate 11 with a predetermined distance therebetween. .
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。The source 21 and the drain 22 may be formed in a normal 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 of the same conductivity type as the semiconductor substrate 11 as long as it is formed as a region having a lower resistance than other regions.
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、第1図中の断面線II-IIに沿
う断面図である第2図に良く示されているように、通常
ゲート絶縁膜と呼称される絶縁膜構造8が設けられる。The semiconductor substrate surface region between the source 21 and the drain 22 can be regarded as a channel forming region 23 in which a channel can be selectively formed under a predetermined gate voltage application condition, as in a normal nonvolatile semiconductor memory device. However, on such a semiconductor substrate surface, as well shown in FIG. 2 which is a sectional view taken along a sectional line II-II in FIG. 1, an insulating film structure usually called a gate insulating film is formed. 8 are provided.
ここでは一例として既存のMNOS型ないしこれに類似の不
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。Here, as an example, since the existing MNOS type or a similar non-volatile semiconductor memory device is aimed at improvement, the gate insulating film 8 does not include the charge storage member 6 as recognized in these conventional structures. Combined with at least one insulating film
It has a superposed structure of different kinds of insulating films 61, 62 having a charge storage trap in 62.
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が
できる。As is well known, in the conventional MNOS structure, the first insulating film
Reference numeral 61 denotes a silicon oxide film that is thin enough to allow carriers to be tunneled from the surface of the semiconductor substrate 11, and the second insulating film 62 that overlaps with this is a silicon nitride film including charge accumulation traps. Any combination of heterogeneous dielectric polymer structures that have been previously reported, and may also be reported in the future, can be employed, so long as they can function.
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。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.
なお、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。It should be noted that a combination polymerization structure of three or more types may also 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 or the like, which has a characteristic that it can be rewritten at a low voltage, so that it can also be adopted.
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、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。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 22.
It suffices that it is formed only in the interval, but normally it is formed in a series on the entire surface of the substrate for ease of manufacturing.
しかるに、このゲート絶縁膜8ないし電荷蓄積部材6の
上の当該ソース、ドレイン間に相当する領域範囲には、
多結晶シリコン、金属、シリサイド等、適宜な導電材料
製ゲート電極が本発明に従い三個以上(図示の場合、5
1,52,53の三個)、形成される。However, the area of the gate insulating film 8 or the charge storage member 6 corresponding to the area between the source and the drain is
According to the present invention, three or more gate electrodes made of an appropriate conductive material such as polycrystalline silicon, metal, silicide, etc.
1,52,53) are formed.
これら各ゲート電極51,52,53は、第1図中に明示されて
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。For each of these gate electrodes 51, 52, 53, the direction connecting the source and drain is defined as the length direction, as clearly shown in FIG. 1 (this is the concept of normal channel length and channel width). It corresponds to the case where it is specified), and is separated from each other along the width direction and exists independently.
さらに、これらゲート電極51,52,53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2・W1,最も広幅の第三
ゲート電極53の当該幅W3は4・W1と設定されている。Further, the width W 1 , W 2 , W 3 of each of these gate electrodes 51, 52, 53 is
Are all different from each other, and in a sense, as a desirable consideration, the width W 2 of the second gate electrode 52 is 2 · W 1 and the width 3 of the widest third is for the first gate electrode 51 having the narrowest width W 1 . The width W 3 of the gate electrode 53 is set to 4 · W 1 .
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、nを3以上の整数
(すなわちn≧3)として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。The reason itself will be described later, but if you put it in advance,
The mutual relationship between the widths of the respective gate electrodes is wide when n is an integer of 3 or more (that is, n ≧ 3) and n gate electrodes are generalized, with the narrowest mutual width relationship as a reference. It means that there is a 2 n-1 times series relation (1,2,4,8, ...), which is a so-called multiple relation, because n is increased by 1.
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。However, the arrangement order in the width direction does not need to be arranged in order from the first gate electrode 51 having the narrowest width to the third gate electrode 53 having the widest width W 3 as illustrated, and is arbitrary. is there.
ここで注意しなければならないのは、このように一対の
ソース、ドレイン間にn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、n個の各ゲート電極幅に対応した幅のn個の互い
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。It should be noted here that the fact that the n gate electrodes 51, 52, 53 are provided between the pair of sources and drains in this way means that the members are actually formed as a single or continuous member. In view of its function, the existing charge storage member 6 is divided into n independent effective charge storage regions each having a width corresponding to each of the n gate electrode widths.
換言すれば、この実施例の場合には、本発明要旨構成中
において規定されているように、ソース、ドレイン間の
幅方向に沿い、n個の互いに独立な実効電荷蓄積領域を
設けるに際しての手段として、電荷蓄積部材6上にn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。In other words, in the case of this embodiment, as defined in the gist of the present invention, means for providing n independent effective charge storage regions along the width direction between the source and drain. As a result, a method of providing n gate electrodes 51, 52, 53 on the charge storage member 6 is adopted.
これについては以下の動作説明を参照すると、より明ら
かになる。This will become clearer with reference to the operation description below.
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)式のようになる。Generally, the operation of the MOS field effect transistor is expressed by the following formula 1) in the region where the drain voltage V D is small, and is expressed by the following formulas 2) and 3) in the saturation region.
VDsat≒VG-VT′ ……3) ただし、上記1)〜3)式中、 ID:ドレイン電流,VG:ゲート電圧, VT:閾値電圧,VT′:実効閾値電圧, L :チャネル長,W:チャネル幅, μ:キャリア表面移動度, Ci:ゲート絶縁膜容量, である。 V Dsat ≈ V G -V T ′ ... 3) However, in the above formulas 1) to 3), I D : drain current, V G : gate voltage, V T : threshold voltage, V T ′: effective threshold voltage, L: channel length, W: channel width, μ: carrier surface mobility, C i : gate insulating film capacitance.
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。The above equations 1) and 2) show that for a given drain voltage V D , gate voltage V G and threshold voltage V T (or V T ′), the drain current I D is proportional to the channel width W. Shows.
しかるに、本発明のこの実施例の不揮発性半導体メモリ
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
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。However, in the non-volatile semiconductor memory device of this embodiment of the present invention, in the channel formation region 23 on the surface of the semiconductor substrate below each gate electrode 51, 52, 53, each formed under each gate electrode. The channels C 1 , C 2 , and C 3 can be selectively induced or extinguished under predetermined common gate voltage application conditions depending on whether or not charges are accumulated in the effective charge accumulation region.
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。Specifically, for example, when a relatively high voltage of a predetermined value or more is applied to the selected gate electrode, electrons are injected from the surface side of the semiconductor substrate only in the portion of the charge storage member 6 corresponding to the area or shape of the gate electrode. Or holes can be injected or expelled from it, and accordingly,
Under the predetermined common gate voltage application condition after removing the high voltage, only the corresponding portion in the channel forming region 23,
The channel is triggered.
第2図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をチャネル形成
領域23中に点線で示してある。In order to schematically show this pattern in FIG. 2, it is induced under each of the gate electrodes and the effective charge storage regions corresponding to the gate electrodes under the predetermined common gate voltage application condition as described above. The respective channels C 1 , C 2 , C 3 are shown in the channel forming region 23 by dotted lines.
ここでまず簡単のため、そうした各チャネルC1,C2,C3の
幅が、対応する各ゲート電極の幅と同じW1,W2,W3であっ
て、当然、それら相互の幅関係も同じ比率1:2:4であっ
たとすると、それら全てのチャネルに関してその両端電
極であるソース21、ドレイン22が共通となっている本発
明の不揮発性半導体メモリ素子においては、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、その組合せのいかんに応じて可変となる。For the sake of simplicity, the width of each of the channels C 1 , C 2 , and C 3 is W 1 , W 2 , and W 3 that are the same as the width of the corresponding gate electrode, and of course, their width relation Assuming that the same ratio is 1: 2: 4, in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention in which the source 21 and the drain 22 that are the electrodes at both ends of all the channels are common, the above 1),
The value W in the equation (2) becomes variable depending on the width and number of channels actually induced in the channel formation region 23 under a predetermined common gate voltage application condition and the combination thereof.
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4・W1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。For example, when only the narrowest channel C 1 is induced or “conducted” under a given common gate voltage application condition,
When only the channel C 3 having the widest width of 4 times that is conducting, the channel width W naturally becomes 4 · W 1 , and under the same applied voltage value condition, the obtained drain current I D also becomes four. Doubled.
こうしたことから、第1,2図示実施例のように、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、
次表のように、計八つのチャネル形成状態を具現でき
る。Therefore, in the nonvolatile semiconductor memory device having the three individual and independent gate electrodes 51, 52 and 53 as in the first and second illustrated embodiments, under a predetermined common gate voltage application condition. On the contrary, when all channels C 1 , C 2 , C 3 are “non-conducting” and under the same common gate voltage application condition, all channels C 1 , C 2 , C 3 are “conducting” Including time
As shown in the following table, a total of eight channel formation states can be realized.
ただし“導通”は論理値“1"で、“非導通”は論理値
“0"で表している。However, "conduction" is represented by a logical value "1" and "non-conduction" is represented by a logical value "0".
明らかなように、この実施例の不揮発性半導体メモリ素
子においては、八つの状態を二進数3ビットで表すこと
ができ、この二進数3ビット情報はまた、各場合のドレ
イン電流比の相違によって読出し得ることが分かる。 As is apparent, in the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, eight states can be represented by binary 3 bits, and this binary 3 bit information is also read by the difference of drain current ratio in each case. You know you will get.
すなわち、第3図に代表的な電流−電圧特性の模式図で
示されるように、所定の共通ゲート電圧VGを各ゲートに
印加し、所定のドレイン電圧VDを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
な電荷に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, as shown in a typical current-voltage characteristic diagram of FIG. 3, in a state where a predetermined common gate voltage V G is applied to each gate and a predetermined drain voltage V D is applied, By the previous write operation, 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, Therefore, if necessary, it is possible to obtain eight kinds of discriminable voltage information by adding a load resistance having an appropriate value.
この実施例から推せば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)を三個以上の数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。As can be easily generalized from this embodiment, the number n of effective charge storage regions (or gate electrodes for forming the same) is three or more, and the width of these n effective charge storage regions is set to n. 2 n-1 : 2 n-2 : …… 2: 1, the drain current has an almost constant change width ΔI D each time the binary number is incremented by 1 or decremented.
It is possible to realize an n-bit nonvolatile memory element in which I D changes.
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く、
それでも本発明は同様に満足される。Of course, as described above, it is possible that the drain current I D as the result of reading the stored contents changes with a substantially constant change width ΔI D each time the stored contents change by a number “1” in binary. For example, after converting this into a voltage value, each storage logic value is discriminated by comparison with (n-1) reference voltage levels which are set to just the middle between adjacent storage logic values. In this case, it is desirable because the maximum discrimination margin allowed for the comparison reference voltage can be taken, but from a theoretical point of view, different values that can be discriminated for each stored logical value and that do not overlap can be used. If the drain current I D of is obtained, the change width ΔI D does not have to be constant,
Nevertheless, the invention is equally satisfied.
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。Further, in the above description, it is assumed that the width of each channel selectively formed under a predetermined common gate voltage application condition is equal to the width of each gate electrode or the effective charge storage region for forming it. Although shown by W 1 , W 2 , and W 3 , in an actually manufactured element, all of these relationships may not necessarily match.
そうした場合にはもちろん、当該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。In such a case, it is needless to say that the width of the gate electrode and the width of the effective charge storage region associated therewith are designed so that the width of the channel that can be formed under the predetermined common gate voltage application condition has a desired width relationship. become.
なお、第1図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。As shown in FIG. 1, common source 21
The source electrode 3 and the drain electrode 4 are attached to the common drain 22 and the common drain 22 by a normal technique.
また、第2図中、仮想線で示されるように、基板1がこ
れまで述べてきたようにバルク半導体基板11ではなく、
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を例えば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上に半導体
層を形成して成るものである場合には、当該半導体層に
チャネル形成領域を設けることもできる。Further, as shown by the phantom line in FIG. 2, the substrate 1 is not the bulk semiconductor substrate 11 as described above,
In the case where a semiconductor layer 13 such as single crystal silicon is heteroepitaxially grown on an insulating substrate 12 such as sapphire or spinel, or a semiconductor layer is generally formed on the insulating substrate. Alternatively, a channel formation region can be provided in the semiconductor layer.
以上、第一の実施例を通じ、本発明の基本的な理解は得
られたと思われるので、次に本発明に従う下位概念的な
改変例として、各種の断面構造的な改変例ないし実施例
を挙げて行く。As described above, since it is believed that the basic understanding of the present invention has been obtained through the first embodiment, various cross-sectional structural modifications or examples are given as subordinate conceptual modifications according to the present invention. Go.
ただし、以下のいずれの実施例においても、既述した本
発明の動作原理はそのままに適用でき、また各種部材の
変更例等の配慮についても、特にその実施例では適用で
きない旨を明記しない限り同様に適用できるので、重複
を避けるため、特に各実施例に個別の事項を除き、そう
した動作説明や変更例等は最早、再掲を省くと共に、簡
単のため、本発明により三個以上の数n個に一般化され
る実効電荷蓄積領域も、先の実施例と同様、三つ示すに
留めて置く。However, in any of the following embodiments, the operation principle of the present invention described above can be applied as it is, and also in consideration of modification examples of various members and the like, the same applies unless it is specified that the embodiment is not applicable. Therefore, in order to avoid duplication, in particular, except for individual matters in each embodiment, such operation explanations and modifications are no longer required to be re-posted, and for simplification, three or more number n The effective charge storage region generalized to (3) is also limited to three as in the previous embodiment.
第4図示の実施例は、電荷蓄積部材にいわゆる浮遊ゲー
ト構成を採用するEEPROMに本発明を適用した場合であ
る。図示されている面は第2図示の面と同様の断面線に
沿う面である。The fourth illustrated embodiment is a case where the present invention is applied to an EEPROM that employs a so-called floating gate structure for a charge storage member. The surface shown is a surface along a section line similar to the surface shown in the second illustration.
電荷蓄積部材6を構成するのに導電性浮遊ゲート63を用
いると、先の実施例における異種絶縁膜重合構造61,62
を採用した場合と異なり、蓄積された電荷はチャネル形
成領域と平行な面内で当該浮遊ゲート内を動き得るの
で、この実施例においては本発明要旨構成に従い、ソー
ス、ドレインを結ぶ方向と直交する幅方向(チャネル幅
方向と同じ)にn個の実効電荷蓄積領域を形成するに際
し、当該浮遊ゲートを各実効電荷蓄積領域と実質的に一
対一で対応する各所定幅W1,W2,W3のn個63-1,63-2,63-3
から成るようにしている。When the conductive floating gate 63 is used to form the charge storage member 6, the different insulating film overlapping structures 61 and 62 in the previous embodiment are used.
Unlike the case of adopting, the accumulated charge can move in the floating gate in a plane parallel to the channel formation region, and therefore, in this embodiment, according to the structure of the present invention, it is orthogonal to the direction connecting the source and drain. When forming n effective charge storage regions in the width direction (the same as the channel width direction), the floating gates have predetermined widths W 1 , W 2 , W corresponding to the effective charge storage regions substantially one-to-one. 3 of n 63 -1, 63 -2, 63 -3
I am trying to consist of.
もちろん、先の実施例と同様、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の幅を規定すれ
ば、これに応じてチャネル形成領域23中に所定の共通ゲ
ート電圧印加条件下で選択的に形成される各対応チャネ
ルC1,C2,C3の幅も定まり、したがって三つの浮遊ゲート
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、対応的なそれぞれの値となる。Of course, as in the previous embodiment, if the width of each floating gate 63 -1 , 63 -2 , 63 -3 as the width of each effective charge storage region is defined, the predetermined width is set in the channel formation region 23 accordingly. The width of each corresponding channel C 1 , C 2 , C 3 selectively formed under the condition that the common gate voltage of
63 -1 , 63 -2 , 63 -3 Current drain I D related to the reading of a total of eight types of memory contents obtained depending on how many charges are stored, including the case where the charges are stored and the case where no charges are stored. The value of is also the corresponding value.
なおこの実施例の構造のような場合にも、少なくとも当
該浮遊ゲート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。Even in the case of the structure of this embodiment, at least the floating gate and the semiconductor substrate may not be formed of the same insulating film between the semiconductor substrate and the floating gate, and two or more of them may be used. It may have a multi-layer insulation film superposition structure as described above.
この第4図示の構造は、実はEEPROMでなくEPROMであっ
ても、構造的には同第4図示のように同様な形で表し
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に留まるかEEPROMとし得
るかが定まる。The structure shown in FIG. 4 can be expressed in a similar form as shown in FIG. 4 even if it is actually an EPROM instead of an EEPROM, and it depends on the material and thickness of each member, and other parameters. In each floating gate 63 -i (i = 1,2,3, ... n), only one kind of charge can be electrically stored, or the stored charge can be electrically driven out. Whether or not it is possible to inject charge of opposite polarity also determines whether it is possible to stay in EPROM or EEPROM.
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く、このこと自体
は本発明が直接に規定するものではない。Which method to use may be determined by selecting a method required by a known existing technique, including the avalanche injection in the classic FAMOS and the selection of the injection mechanism, which is directly defined by the present invention. Not a thing.
この実施例のように、実効電荷蓄積領域を物としても分
割的に形成するという概念は、先の実施例で用いた異種
絶縁膜構造についても原理的には採用可能であり、第5
図示の実施例のような構成とすることができる。As in this embodiment, the concept of forming the effective charge storage region in a divided manner as an object can also be applied in principle to the heterogeneous insulating film structure used in the previous embodiment.
The configuration may be as in the illustrated embodiment.
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、それぞれの所定の幅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。That is, the first insulating film 61 and the second charge storage member 6 made of an insulating film 62, each of the predetermined width W 1, W 2, W each independently portion 64 -1 3 64 -2, 64 - It consists of three .
この実施例では、これらn個の個々の異種絶縁膜重合構
造64-1,64-2,64-3は、それらをさらに適当なる保護絶縁
膜81で埋設させた後、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。In this embodiment, these n individual heterogeneous insulating film polymerized structures 64 -1 , 64 -2 , 64 -3 are further buried by a suitable protective insulating film 81, and then charge injection is performed thereon. Each gate electrode 51, 52, 53 is provided which contributes only to the charge, or also contributes to the injection of the bipolar charge or the discharge of the accumulated charge.
このようにした場合には、各実効電荷蓄積領域は、当該
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によりその幅が規定され
るから、その上に形成されるゲート電極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に対し、少しくはみ出すよ
うな寸法関係になっていても良い。In this case, each effective charge storage region has a structure in which the different insulating film overlapping structures 64 -1 , 64 -2 , 64 formed separately.
Since the width is defined by the widths W 1 , W 2 , and W 3 set to -3 , the gate electrodes 51, 52, and 53 formed thereon correspond to themselves unless they overlap each other. The dimensional relationship may be such that it slightly protrudes from the effective charge storage region or the width of the polymerized structure.
また、この実施例の構造を得るには、第1,2図示実施例
のように、基板表面に平行に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に切り出すことができる。Further, in order to obtain the structure of this embodiment, as in the first and second illustrated embodiments, after forming different kinds of insulating film polymerized structures uniformly in parallel to the substrate surface, each individual portion is etched by a technique such as etching.
It can be cut into 64 -1 , 64 -2 , 64 -3 .
もっとも、異種絶縁膜重合構造を電荷蓄積部材として用
いる場合には、むしろ、基板表面に一様にこれを形成で
きるということは長所である。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として第1,2図
示のように全面形成した異種絶縁膜重合構造を用いる方
が浮遊ゲート63-iを用いるよりも利点がある。However, in the case of using the different insulating film polymerized structure as the charge storage member, it is rather advantageous that it can be uniformly formed on the substrate surface. In other words, in terms of simplifying the manufacturing process, it is advantageous to use the heterogeneous insulating film superposition structure formed over the entire surface as the charge storage member 6 as shown in the first and second illustrations than to use the floating gate 63 -i. .
浮遊ゲート63-iでは、先に少し述べたが、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
なく、所定幅W1,W2,W3の実効電荷蓄積領域を形成するに
はどうしても第4図示のように個別にこれを形成する必
要がある。In the floating gate 63 -i , as mentioned above, the injected charges can move in the lateral direction (direction parallel to the substrate surface) within the floating gate. In order to form not only the defined gate electrodes 51, 52 and 53 individually but also the effective charge storage regions of the predetermined widths W 1 , W 2 and W 3 , it is necessary to form them individually as shown in FIG. There is a need to.
次に、本発明による不揮発性半導体メモリ素子を、さら
に単位の素子としてその占有面積を十分に低減化するこ
とが可能な実施例につき説明する。Next, an example in which the non-volatile semiconductor memory device according to the present invention can be used as a unit device and the occupied area thereof can be sufficiently reduced will be described.
第6,7図に示すように、本発明により形成されるn個の
実効電荷蓄積領域は、これまでに述べてきたように、全
て基板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
くつかは主面に対して相対的に隆起した半導体台状部9
の側面に設けることができる。As shown in FIGS. 6 and 7, the n effective charge storage regions formed by the present invention are all on the main surface of the substrate 1 (in this case, the bulk semiconductor substrate 11) as described above. Rather than being formed only in parallel planes, at least some of them are raised relative to the main surface.
Can be provided on the side surface of.
すなわち、半導体基板11の表面をエッチング等により、
例えば第6図示の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、第6図中の断面線VII-VIIに沿う断
面図である第7図中に明示のように、当該台状部表面に
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、本発明の趣旨に従って当該台状部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
ート電極を形成すれば、占有面積という二次元的な概念
からは極めて小型なものが提供できる。That is, by etching the surface of the semiconductor substrate 11,
For example, as shown in FIG. 6, the trapezoidal portion 9 having a quadrilateral shape in plan view is left, and as shown in FIG. 7 which is a sectional view taken along a sectional line VII-VII in FIG. After uniformly forming the charge storage member 6 composed of the different insulating film overlapping structures 61 and 62 on the surface of the trapezoidal portion, not only the upper plane of the trapezoidal portion 9 but also the plane of the main surface of the substrate according to the gist of the present invention. For example, if several gate electrodes are formed on the side surface of the trapezoidal part that is in a standing relationship at a certain angle, as in the case of the gate electrodes 51 and 52, a two-dimensional area called an occupied area can be obtained. From such a concept, it is possible to provide a very small one.
特にこの場合、最も広い幅のゲート電極53を台状部9の
上面に付せば、このゲート電極53の幅を仮に従来の単一
記憶内容不揮発性半導体メモリ素子に用いられていると
ほぼ同じ程度に留めると、他のゲート電極51,52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、高さ方向の寸法大型化も伴わ
ないで済む。In this case, in particular, if the widest gate electrode 53 is attached to the upper surface of the trapezoidal portion 9, the width of the gate electrode 53 is almost the same as that used in the conventional single memory content nonvolatile semiconductor memory device. Since the other gate electrodes 51, 52 may be narrower than this, the thickness of the trapezoidal portion 9 is not required so much, and the size in the height direction is not increased. I'm done.
なお、ソース、ドレインの各領域およびそれらに導通を
採るための電極3,4は、第6図中に明示のように、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。It should be noted that the source and drain regions and the electrodes 3 and 4 for establishing conduction with them are orthogonal to the side surface of the trapezoidal portion where the gate electrodes 51 and 52 are provided, as clearly shown in FIG. It may be formed on each side surface of the pair of trapezoidal portions.
もちろん、このような構成を採用する場合、第8図示の
ように、当該台状部9の側面が基板主面に対し、直角に
立ち上がっている場合が最も平面寸法を節約できる結果
となること、言うまでもない。Of course, in the case of adopting such a configuration, as shown in the eighth drawing, the case where the side surface of the trapezoidal portion 9 rises at a right angle with respect to the main surface of the substrate results in the most saving of the plane dimension. Needless to say.
また、この第6,7,8図示の実施例も、電荷蓄積部材6を
第4図示のようなn個の浮遊ゲート構成に変えることも
できる。Also, in the embodiments shown in the sixth, seventh and eighth embodiments, the charge storage member 6 can be changed to the structure of n floating gates as shown in the fourth embodiment.
ただしその場合、半導体台状部9の当該各浮遊ゲートを
添付する側面が垂直に近く立ち上がっていると、むしろ
これら浮遊ゲートの埋設形成には不向きとなる。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。それでも、全くにして平らな平面内に本発明に従
ってn個のゲート電極を並設する場合に比せば、当然、
占有面積の低減効果は十分期待することができる。However, in that case, if the side surfaces of the semiconductor platform 9 to which the respective floating gates are attached rise nearly vertically, they are rather unsuitable for the buried formation of these floating gates. It is easier in manufacturing to have at least some inclination. Nevertheless, compared with the case of arranging n gate electrodes in parallel according to the present invention in a completely flat plane, naturally,
A sufficient effect of reducing the occupied area can be expected.
さらに、第7図中に仮想線による分離線で示すように、
これも先の実施例と同様、本実施例の活性領域はバルク
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、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、その下
の絶縁物基板12にも加工が施され、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
有する第8図示実施例においても、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. 7,
As in the previous embodiment, the active region of this embodiment may be configured with respect to the semiconductor layer 13 formed on the bulk insulator substrate 12, and in this case, only the semiconductor layer is also the trapezoidal portion 9. May be formed so that the insulating substrate 12 thereunder is also processed so that the raised portion of the insulating substrate 12 bites into the inside of the platform 9. It may be. This point is the same in the eighth illustrated embodiment having a steep side surface, although not shown.
ところで、これまでの実施例は、その最下部の物理的な
支持基板としては絶縁物基板12を用い得ることを一部示
してきたが、むしろ上記のように半導体台状部9を設け
るという実施例の場合には、特に絶縁物基板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、適宜な箇所でその都度述
べるように、各種付帯的な効果をも期待できるので、よ
り望ましい。By the way, the above-mentioned embodiments have partially shown that the insulating substrate 12 can be used as the lowermost physical support substrate, but rather, the semiconductor platform 9 is provided as described above. In the case of the example, in particular, when a so-called semiconductor island is formed on the insulator substrate 12 and is used as the above-described semiconductor base portion 9, various auxiliary materials are provided as described below at appropriate places. It is more desirable because it can be expected to have an effect.
第9,10図はそうした実施例の代表例を示している。両図
の関係は第1,2図、第6,7図と同様で、第9図中の断面線
X−Xに従うものが第10図である。Figures 9 and 10 show a representative example of such an embodiment. The relationship between both figures is the same as in FIGS. 1, 2 and 6 and 7, and FIG. 10 is taken along the section line XX in FIG.
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。The substrate 1 is an insulating substrate 12, which may be, for example, sapphire, spinel, or the like. On such an insulator substrate 12, good quality single crystal silicon can be grown by well-known heteroepitaxial growth or the like.
こうして成長ないし形成した単結晶シリコ膜に対し、適
当なるドライ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。この半導体島9は、本書で一
連に呼称する半導体台状部9に相当し、第9図に示され
ているように、この実施例でも当該半導体台状部9の平
面形状は四辺形となっている。The single crystal silicon film thus grown or formed is subjected to an appropriate dry or wet etching treatment,
Form a “semiconductor island” 9. This semiconductor island 9 corresponds to a semiconductor trapezoidal portion 9 which will be referred to as a series in this document, and as shown in FIG. 9, the planar shape of the semiconductor trapezoidal portion 9 is also a quadrangle in this embodiment. ing.
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12、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。Among the side surfaces of the semiconductor base portion 9 which are erected at a certain angle with respect to the main surface of the substrate, the side surfaces facing in one direction when viewed in plan have a conductivity opposite to that of the semiconductor base portion 9. Mold,
Alternatively, a source 12 and a drain 22 having lower resistance than the others are formed, and dedicated electrodes 3 and 4 are attached to each of them.
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、一般に半導体台状部9の表面(側
面を含む)に一連に異種絶縁膜重合構造61,62から成る
電荷蓄積部材6が設けられている。Source 21 and drain 22 and electrodes 3 and 4 that conduct electricity to them
In general, a charge storage member 6 composed of different insulating film superposition structures 61 and 62 is provided on the surface (including the side surface) of the semiconductor base 9 except the connection portion with.
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、本発明の趣旨に従い、電荷蓄積部材6
を兼ねるゲート絶縁膜8の上にn個のゲート電極51,52,
53が設けられている。On the other hand, in the direction orthogonal to the direction connecting the source and the drain in plan view, the charge storage member 6 is provided in accordance with the gist of the present invention.
N gate electrodes 51, 52, on the gate insulating film 8 serving also as
53 are provided.
この中、既述した第6,7図示の実施例と同様、最も広い
幅W3のゲート電極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
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。Among them, the gate electrode 53 having the widest width W 3 is formed in parallel along the flat upper surface of the trapezoidal portion 9 as in the above-described sixth and seventh embodiments, but the narrowest width W 3 is formed. The gate electrodes 51 and 52 having a width W 2 intermediate between W 1 and W 1 are formed parallel to the side surface of the trapezoidal portion.
これは、すでに第6,7図示の実施例について述べたと同
様に、当該最も広い幅のゲート電極53を台状部9の上面
に形成することによって台状部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、台状部成形のための十分な厚さと
することができ、したがってまた、素子の厚さ方向の大
型化を阻み得ることになる。This is because the widest width of the gate electrode 53 is formed on the upper surface of the trapezoidal portion 9 so that the thickness of the trapezoidal portion 9 can be minimized, as described in the sixth and seventh embodiments. It also means that, in fact, even a semiconductor layer of a thickness that can be epitaxially grown with good controllability on the insulator substrate 12, can be a sufficient thickness for trapezoidal portion molding, Therefore, it is also possible to prevent the device from becoming larger in the thickness direction.
なお理解の簡単のため、本実施例においてもn個のゲー
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、最初の第1,2図示実施例に代表さ
せて説明した本発明の動作、これを証明する式1)〜
3)や、記憶内容とその読出し関係等の説明は、この実
施例においても全く同様に適用することができる。For easy understanding, the relationship between the widths W 1 , W 2 and W 3 of the n gate electrodes 51, 52 and 53 is shown as 1: 2: 4 also in this embodiment. Therefore, it goes without saying that the operation of the present invention described with reference to the first and second illustrated embodiments, the equations 1) to
The description of 3) and the stored contents and the read relationship thereof can be applied in the same manner in this embodiment.
ただしこの実施例の場合、台状部側面に形成されている
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。However, in the case of this embodiment, the gate electrodes 51, 52 formed on the side surface of the trapezoidal portion have the portions 51 ', 52' protruding along the surface of the insulator substrate 12, but these portions 51 ' , 52 ′
Is an ineffective portion for formation of the effective charge storage region or selective channel formation. Therefore, based on the equations described in connection with the equations 1) to 3), the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is The protruding portions 51 ', 52' need not be taken into account for a similar understanding of the operation.
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、当該台状部の側面に形成するゲ
ート電極や、同様にソース電極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出る。Rather, as shown in this embodiment, the semiconductor base 9 is formed on the insulator substrate 12 to form the channel forming region 23.
When formed on the side surface of the trapezoidal portion, the gate electrode, the source electrode 3, the drain electrode 4, and the like have protrusions such as the protrusions 51 'and 52'. However, since it is only placed on the insulating substrate, no problems occur, and therefore, the dimensional accuracy of this portion can be relaxed, and there is an advantage that manufacturing is easy.
このように絶縁物基板上の半導体台状部上に本発明の不
揮発性半導体メモリ素子が形成される場合には、上記に
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、また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 where the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is formed on the semiconductor base portion on the insulating substrate as described above, in addition to the above, there is an advantage that no special separating means is required between adjacent devices. There is also an advantage that no particular insulation treatment or the like is required on the surface portion of the mutual wiring portion which is in contact with the substrate.
さらに、本発明の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、第11図示の実施例のように、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る。Further, when the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is formed on the insulating substrate, the conductive member 54 covering the lower side of the semiconductor platform 9 is placed in the insulating substrate 12 as in the eleventh embodiment. It can also be formed by embedding in.
そして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。And when such a conductive member 54 is provided, it can be used in various ways.
一つは電磁シールドとして用いることがある。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する電磁障壁をこ
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。One is sometimes used as an electromagnetic shield. That is, like the usual shield structure, the conductive member 54 forms an electromagnetic barrier against an electromagnetic wave that may wrap around the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention from the bottom or the thick side of the substrate. be able to. 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.
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。On the other hand, when the conductive member 54 is used as a kind of auxiliary control gate and a proper bias is applied to it, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can be controlled in more detail.
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に近くなっているゲート電極幅に対応するチャネ
ルC1,C2の当該チャネル幅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。For example, by being provided on the side surface of the trapezoidal portion 9, it is possible to finely adjust the channel width of the channels C 1 and C 2 corresponding to the gate electrode width near the insulator substrate 12, or each effective channel. Irrespective of the stored contents in the charge storage region, an appropriate bias application to the conductive member 54 can prevent the channel from being induced, or an operation to prevent current from flowing in the channel.
実際上、後者の場合、導電性部材54は特殊な応用として
の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。In fact, in the latter case, the conductive member 54 can be used as an electrode for applying a read inhibit command signal when the read inhibit condition is satisfied as a special application.
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、記憶内容のいかんに
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。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 state of all channels regardless of the stored contents.
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、既述の実施例中においても最下層に絶縁物
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。As described above, the conductive member 54 that can be selectively used for various functions can be similarly applied to the embodiment having the insulating substrate or the insulating layer as the lowermost layer in the above-described embodiments. it can.
もちろん、第9〜11図示の二つの実施例でも、半導体島
ないし台状部9の側面形状が、先の第8図示実施例と同
様に、第12図示のように絶縁物基板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、逆に言えば従来例の単一ビット不揮発性
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。Of course, in the two embodiments shown in the ninth to eleventh embodiments, the side surface shape of the semiconductor island or the trapezoidal portion 9 is the same as that in the eighth embodiment shown in the above, as shown in the twelfth embodiment. The more vertical it is, the smaller the area occupied by the element can be reduced. Conversely, the multi-bit area of the present invention can be made within the same area as the conventional single-bit non-volatile semiconductor memory element. Or, the multi-state memory function can be realized.
全く同様に、電荷蓄積部材6としては第13図示のよう
に、n個の浮遊ゲート63-iを用いることもでき、さらに
これら第12,13図示実施例中においても、仮想線で示し
てあるように、第11図中に示された補助導電性部材54は
これを同様に組込むことができる。In the same manner, n floating gates 63 -i can be used as the charge storage member 6 as shown in the thirteenth illustration, and in the twelfth and thirteenth illustrated embodiments, they are also shown by phantom lines. Thus, the auxiliary conductive member 54 shown in FIG. 11 can be similarly incorporated therein.
このようにした場合の動作および各種の配慮は、代表的
に第4図および第11図示の各実施例に即してすでに述べ
た所と一致するので、ここでの再掲は省略する。The operation and various considerations in this case are the same as those already described in connection with the embodiments shown in FIGS. 4 and 11 as a representative, and therefore the repetitive description is omitted here.
なお、第10図中に仮想線の分離線で示されているよう
に、当該第9図から上記第13図示実施例までに関し、絶
縁性の層上に半導体アイランドと一般呼称されるような
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ではなくとも、逆に適当なる半導体
基板11等であっても、その表面領域を適当深さに亘り酸
化するとか、あるいは意図的に別途成長させる等して絶
縁層14が形成してあれば、その上に分離的に半導体台状
部9を形成することにより、それら実施例はこれまでと
全く同様に機能することができる。すなわち、バルク絶
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。As shown by the phantom separation lines in FIG. 10, semiconductors generally referred to as semiconductor islands on the insulating layer in FIGS. 9 to 13 are shown. When forming the trapezoidal portion 9, even if the substrate itself is not the bulk insulator substrate 12, but on the contrary it is a suitable semiconductor substrate 11 or the like, its surface region is oxidized to an appropriate depth, or If the insulating layer 14 is formed by, for example, separately growing separately, by separately forming the semiconductor base portion 9 thereon, those embodiments can function exactly as before. . That is, the surface insulating substrate may be used instead of the bulk insulator substrate.
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、これを下地絶縁層
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。In particular, for a silicon oxide film, which is an amorphous material, a good 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.
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
ごと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。Regardless of whether the substrate is a bulk insulator substrate or a surface insulating substrate, at least a semiconductor base portion 9 which is separately formed
When each of the nonvolatile semiconductor memory elements of the present invention is formed for each, in addition to the various incidental effects due to the above-mentioned insulation, it is easy to obtain a three-dimensional laminated structure. That said, it can be expected to have a considerable effect in the future.
第14図示の実施例はそうした場合の一概念構成を示して
いる。The 14th embodiment shows a conceptual configuration in such a case.
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n個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を第二の基板ないし
第二の表面絶縁層と考えて、その下の埋蔵した不揮発性
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。That is, as Taki described so far, the non-volatile with n effective charge storage regions according to the present invention on the first substrate 1-1 with bulk insulation or consists of a substrate 12 an insulating layer 14 or on the surface, first one layer of a semiconductor memory device, if the formed, embedding the device by covering the upper surface with a suitable Naru insulator layer 1 -2 the insulating layer 1 -2 second substrate to a second surface insulating The process of considering a layer and forming again a nonvolatile semiconductor memory element having the same structure as the embedded nonvolatile semiconductor memory element thereunder is repeated over the required number of stacked layers.
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。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.
もちろんこの実施例においても、同第14図中にあっては
図面の煩雑化を避けるため、詳しくは示していないが、
本発明の趣旨に従い、一対の同一のソース、ドレイン間
にn個の実効電荷蓄積領域を形成するための電荷蓄積部
材6-1,6-2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n個のゲート電極51-1,52-1,53-1:51-2,52
-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, in this embodiment also, although not shown in detail in FIG. 14 in order to avoid complication of the drawing,
Accordance with the purpose of the present invention, a pair of the same source, the charge storage member 6 -1 to form an n number of the effective charge storage regions between the drain 6 -2, heterologous insulating films 61 and 62, or more It may have a different insulating film superposition structure having a laminated insulating film, or n gate electrodes 51 -1 , 52 -1 , 53 -1 : 51 -2 that contribute to both writing and / or reading of the memory. , 52
It may be a floating gate structure provided under -2 , 53 -2 .
しかるに、これまでは、本発明の不揮発性半導体メモリ
素子を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。However, so far, it is possible to use the non-volatile semiconductor memory device of the present invention as an EPROM or an EEPROM, but in any case, it is finally limited to the case of handling a digital value, and In the above embodiment, the description has been made that the 3-bit binary value is read.
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、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。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. Since it is possible to obtain the n-stage drain current I D according to the storage state, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is essentially a kind of digital-analog converter whose output is obtained. It can be said that it is a multi-bit non-volatile semiconductor memory device with analog conversion output, which is built in the stage, and in that case, the dynamic range of the reproduced analog output is (6n + 1.8) dB at maximum according to the well-known definition formula. Will be done.
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弱程度得られ、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沿えば、すでに市販されて
いるPCMデジタル録音技術と同様、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, in the case where the number of effective charge storage regions formed between a pair of sources and drains is 8 and the maximum number of channels is 8 (that is, 8-bit storage element) according to the present invention, the above-described embodiment As can be seen in the inside, even if linear quantization is attempted from the narrowest channel to the maximum width channel in a doubling relationship, the dynamic
A range of about 50 dB can be obtained, the effective charge storage region or channel width is intentionally removed from the doubling relation by an appropriate relation, and along with the known appropriate non-linear quantization, it can be compared with the commercially available PCM digital recording technology. Similarly, a dynamic range of up to 90 dB can be obtained. This is a sufficient value as a matter of course.
なお、先の半導体台状部9を用いる実施例においては、
当該台状部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n個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 the embodiment using the semiconductor platform 9, the
Although the planar shape of the trapezoidal portion is shown as a quadrangle, the shape is not limited to this. Even if the shape is arbitrary, it is possible to form n effective charge storage regions in the width direction orthogonal to the direction in which the source and the drain are opposed to each other. 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.
第1,2図は本発明による多ビットないし多状態不揮発性
半導体メモリ素子の基本的な第一実施例の概略構成図、
第3図は第一実施例または他の実施例において得ること
のできるメモリ内容読出し結果の説明図、第4図および
第5図はそれぞれ第一実施例に対する改変例の概略構成
図、第6,7図は隆起的に形成した半導体台状部に本発明
の不揮発性半導体メモリ素子を構築する実施例の概略構
成図、第8図は第6,7図示実施例の改変例の概略構成
図、第9,10図は絶縁物基板または表面絶縁性基板上に形
成された半導体台状部に本発明の不揮発性半導体メモリ
素子を構築する実施例の概略構成図、第11図、第12図、
第13図の各図はそれぞれ第9,10図示実施例の改変例の概
略構成図、第14図は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。 図中、1は基板、6は電荷蓄積部材、8はゲート絶縁
膜、9は半導体台状部、11はバルク半導体基板、12はバ
ルク絶縁物基板、13は半導体層、14は絶縁層、21はソー
ス、22はドレイン、23はチャネル形成領域、51,52,53は
ゲート電極、61,62は絶縁膜、63-1,63-2,63-3は浮遊ゲ
ート、64-1,64-2,64-3は局所的に形成された異種絶縁膜
重合構造、C1,C2,C3は形成され得るチャネル、W1,W2,W3
はゲート電極または実効電荷蓄積領域またはチャネルの
幅、である。1 and 2 are schematic configuration diagrams of a basic first embodiment of a multi-bit or multi-state nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention,
FIG. 3 is an explanatory diagram of a memory content reading result that can be obtained in the first embodiment or another embodiment, and FIGS. 4 and 5 are schematic configuration diagrams of modified examples of the first embodiment, respectively. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an embodiment in which a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is constructed on a semiconductor base portion formed in a ridge, and FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a modified example of the embodiments shown in FIGS. 9 and 10 are schematic configuration diagrams of an example of constructing a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention in a semiconductor platform portion formed on an insulating substrate or a surface insulating substrate, FIG. 11, FIG. 12,
Each drawing of FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a modified example of the embodiments shown in FIGS. 9 and 10, and FIG. 14 is a concept for developing a nonvolatile semiconductor memory device constructed according to the present invention into a three-dimensional laminated structure. It is explanatory drawing which shows a structure. In the figure, 1 is a substrate, 6 is a charge storage member, 8 is a gate insulating film, 9 is a semiconductor platform, 11 is a bulk semiconductor substrate, 12 is a bulk insulator substrate, 13 is a semiconductor layer, 14 is an insulating layer, 21 source, a drain, 23 denotes a channel forming region 22, 51, 52 gate electrode, 61 and 62 an insulating film, 63 -1, 63 -2, 63 -3 floating gate, 64 -1, 64 - 2 , 64 -3 are locally formed heterogeneous insulating film polymer structures, C 1 , C 2 , C 3 are channels that can be formed, W 1 , W 2 , W 3
Is the width of the gate electrode or effective charge storage region or channel.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792 (56)参考文献 特開 昭61−50369(JP,A) 特開 昭62−94987(JP,A) 特開 昭60−169172(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 29/792 (56) References JP 61-50369 (JP, A) JP 62- 94987 (JP, A) JP-A-60-169172 (JP, A)
Claims (3)
ネル形成領域を有する半導体領域と,上記チャネル形成
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
形成領域表面に上記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、互いに独立な三個以上から構成し; かつ、該三個以上の実効電荷蓄積領域のそれぞれの幅
を、全て互いに異ならせたこと; 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 storing electric charge, a channel having a shape and size corresponding to the planar shape of the effective charge storage region is selectively formed on the surface of the channel formation 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 that changes the state of the effective charge storage region; and connecting the effective charge storage region between the source and the drain. Along the channel width direction, which is orthogonal to the channel length direction, which is the direction of the channel, is composed of three or more independent ones; and the three or more effective charge storages. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim; that the width of each of the regions, all made different from each other.
体メモリ素子であって; 上記三個以上の実効電荷蓄積領域は、最も狭いものから
最も広いものへ、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。2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the three or more effective charge storage regions are doubled in width from the narrowest to the widest. A non-volatile semiconductor memory device characterized by:
体メモリ素子であって; 上記三個以上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。3. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the three or more effective charge storage regions correspond to non-linear quantization for analog conversion and reproduction of stored logical values. , From the narrowest to the widest, the width of which is intentionally removed from the relationship;
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