JPH10189781A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory

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JPH10189781A
JPH10189781A JP35113996A JP35113996A JPH10189781A JP H10189781 A JPH10189781 A JP H10189781A JP 35113996 A JP35113996 A JP 35113996A JP 35113996 A JP35113996 A JP 35113996A JP H10189781 A JPH10189781 A JP H10189781A
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JP
Japan
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memory cell
layer
nonvolatile semiconductor
memory device
formation region
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JP35113996A
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Japanese (ja)
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Tadashi Ikeda
直史 池田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory having an NAND type memory block in which gate disturb can be suppressed by reducing the voltage being applied to the word line of a nonselect memory cell at the time of reading, threshold voltage of the nonselect memory cell has no effect on the verify operation of a select memory cell and the threshold voltage Vth can be made narrower. SOLUTION: Each memory cell MC in a memory cell block is connected in parallel with a transistor and formed to cover a part of a channel forming region in the breadthwise direction of gate on each channel forming region. The transistor is formed in a region where the memory cell MC is not formed and a thin part is formed in an insulation layer between the memory cell MC and a semiconductor layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的に書き換え
可能な記憶素子が複数個直列に接続されたNAND型の
不揮発性半導体記憶装置に関するものである。
The present invention relates to a NAND nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of electrically rewritable storage elements are connected in series.

【0002】[0002]

【従来の技術】電荷蓄積層を有する記憶素子を複数直列
に接続したNAND型の不揮発性半導体記憶装置は、N
OR型の不揮発性半導体記憶装置に比べてランダムアク
セスが遅いという欠点はあるが、1ビットあたりの記憶
素子の面積を小さくできるので高集積化に向いている。
NAND型の不揮発性半導体記憶装置の記憶素子の電荷
蓄積層には、例えば、フローティングゲートやMONO
S(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型、M
NOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型等の多
層絶縁膜が用いられる。ここで、図13および図14
に、電荷蓄積手層として、フローティングゲートを用い
たNAND型の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルブ
ロックの構造の一例を示し、図15および図16に、電
荷蓄積層として、多層絶縁膜を用いたNAND型の不揮
発性半導体記憶装置のメモリセルブロックの構造の一例
を示す。
2. Description of the Related Art A NAND-type nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of storage elements each having a charge storage layer are connected in series has a N
Although it has a drawback that random access is slower than an OR type nonvolatile semiconductor memory device, it is suitable for high integration because the area of a memory element per bit can be reduced.
A charge storage layer of a storage element of a NAND-type nonvolatile semiconductor storage device includes, for example, a floating gate or a MONO
S (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type, M
A multilayer insulating film such as a NOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) type is used. Here, FIG. 13 and FIG.
FIG. 15 shows an example of the structure of a memory cell block of a NAND nonvolatile semiconductor memory device using a floating gate as a charge storage layer, and FIGS. 15 and 16 show a case where a multilayer insulating film is used as a charge storage layer. 1 shows an example of the structure of a memory cell block of a NAND nonvolatile semiconductor memory device.

【0003】図13はフローティングゲート型のメモリ
セルブロックの平面図であり、図14は図13のB−
B’線における断面図である。図13および図14に示
すように、半導体基板58に形成されたLOCOS等の
素子分離領域51によって区画された記憶素子形成領域
には、拡散層領域52が所定の間隔で形成され、半導体
基板58の各拡散層領域52間には、絶縁膜59を介し
てフローティングゲート56が形成され、このフローテ
ィングゲート56上にはインターポリ絶縁膜60を介し
てワード線としての制御ゲート55が形成されている。
すなわち、上記のフローティングゲート56が電荷蓄積
層となってメモリセルを構成している。また、各メモリ
セルは、拡散層領域52を互いに共有することによって
直列接続されている。なお、ビットラインと接続される
ビットコンタクト53側に位置するゲート電極は選択ゲ
ート54となっている。
FIG. 13 is a plan view of a floating gate type memory cell block, and FIG.
It is sectional drawing in the B 'line. As shown in FIGS. 13 and 14, diffusion layer regions 52 are formed at predetermined intervals in a storage element formation region partitioned by element isolation regions 51 such as LOCOS formed on a semiconductor substrate 58. A floating gate 56 is formed between the respective diffusion layer regions 52 via an insulating film 59, and a control gate 55 as a word line is formed on the floating gate 56 via an interpoly insulating film 60. .
That is, the floating gate 56 serves as a charge storage layer to constitute a memory cell. The memory cells are connected in series by sharing the diffusion layer region 52 with each other. The gate electrode located on the side of the bit contact 53 connected to the bit line is a selection gate 54.

【0004】一方、図15はMONOS(Metal Oxide
Nitride Oxide Semiconductor)型のメモリセルブロック
の平面図であり、図15は図13のB−B’線における
断面図である。図15および図16に示すように、電荷
蓄積層として、酸化膜61、窒化膜62、酸化膜63か
ら構成されるONO膜が形成されており、他の構造は上
記した基本的にフローティングゲート型の不揮発性半導
体記憶装置と同様の構造を有している
FIG. 15 shows a MONOS (Metal Oxide).
FIG. 15 is a plan view of a (Nitride Oxide Semiconductor) type memory cell block, and FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. As shown in FIGS. 15 and 16, an ONO film composed of an oxide film 61, a nitride film 62, and an oxide film 63 is formed as a charge storage layer, and the other structure is basically a floating gate type. Has the same structure as the nonvolatile semiconductor memory device of

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ここで、図13〜図1
6に示した不揮発性半導体記憶装置のメモリセルブロッ
クの等価回路の一例を図17に示す。図17に示すよう
にNAND型の不揮発性半導体記憶装置の単位メモリセ
ルブロックは、選択トランジスタTR1,TR2の間に
複数(この場合には8個)のメモリセルMC1〜MC8
が直列接続されており、選択トランジスタTR1,TR
2はビット線BLおよびソース線SRLにそれぞれ接続
されている。
Here, FIG. 13 to FIG.
FIG. 17 shows an example of an equivalent circuit of the memory cell block of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. As shown in FIG. 17, the unit memory cell block of the NAND nonvolatile semiconductor memory device includes a plurality (eight in this case) of memory cells MC1 to MC8 between the select transistors TR1 and TR2.
Are connected in series, and the selection transistors TR1, TR1
2 is connected to the bit line BL and the source line SRL, respectively.

【0006】このようなメモリセルブロックにおける読
み出し動作は、例えばメモリセルMC5を選択した場合
に、選択メモリセルMC5のワード線WL5に0Vの電
圧を印加するとともに、非選択メモリセルのワード線W
L1〜WL4、WL6〜WL8にそれぞれの非選択メモ
リセルをオンさせる電圧を印加しする。そして、このと
きの選択メモリセルMC5のワード線WL5に電流が流
れるか否かを判定する。
In such a read operation in the memory cell block, for example, when the memory cell MC5 is selected, a voltage of 0 V is applied to the word line WL5 of the selected memory cell MC5, and the word line W of the non-selected memory cell is selected.
A voltage for turning on each non-selected memory cell is applied to L1 to WL4 and WL6 to WL8. Then, it is determined whether or not a current flows through the word line WL5 of the selected memory cell MC5 at this time.

【0007】上記の選択メモリセルMC5の読み出し時
に、非選択メモリセルMC1〜MC4、MC6〜MC8
はパストランジスタとして機能する非選択メモリセルの
ワード線WL1〜WL4、WL6〜WL8へ印加する電
圧は、各非選択メモリセルMC1〜MC4、MC6〜M
C8の有する最も高いしきい値よりも十分高い電圧とす
る必要がある。例えば、図18はフローティングゲート
型のメモリセルにおいて、1つのメモリセルに2ビッ
ト、すなわち4値を記憶させる多値技術を用いた場合の
しきい値電圧Vthの分布の一例を示しており、図19は
MONOS型のメモリセルにおけるしきい値電圧Vthの
分布をしめしている。図18においては、読み出し時に
おいて非選択メモリセルのワード線WL1〜WL4、W
L6〜WL8へ印加すべき電圧は、例えば5Vであり、
図19では、例えば2.5Vである。このため、各メモ
リセルのゲートディスターブが大きくなり、不揮発性半
導体記憶装置の信頼性が低下するという問題がある。
At the time of reading the selected memory cell MC5, the unselected memory cells MC1 to MC4, MC6 to MC8
Are voltages applied to the word lines WL1 to WL4, WL6 to WL8 of the unselected memory cells functioning as pass transistors.
The voltage must be sufficiently higher than the highest threshold value of C8. For example, FIG. 18 shows an example of the distribution of the threshold voltage Vth in the case of using a multi-level technique for storing two bits, that is, four values, in one memory cell in a floating gate type memory cell. Reference numeral 19 indicates the distribution of the threshold voltage Vth in the MONOS type memory cell. In FIG. 18, the word lines WL1 to WL4, W
The voltage to be applied to L6 to WL8 is, for example, 5V,
In FIG. 19, for example, it is 2.5V. For this reason, there is a problem that the gate disturbance of each memory cell increases and the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device decreases.

【0008】また、NAND型のメモリセルはその構造
上、非選択メモリセルのしきい値電圧Vthが、選択され
たメモリセルのベリファイ動作に影響をあたえるという
問題がある。すなわち、ベリファイチェックが完了して
書き込みが終了した時点を基準として、その後に、メモ
リセルブロック内の他のメモリセルにデータが書き込ま
れるとセル電流が小さくなるので、読みだし時にはしき
い値電圧Vthが上昇したように見えることがある。この
ことは、しきい値分布の広がりを大きくすることにつな
がっていた。特に、フローティングゲート型のメモリセ
ルを多値メモリセルとして用いた場合には、しきい値電
圧Vthの分布を細かいレベルで制御する必要があり、し
きい値電圧Vthの分布を狭帯化する必要があった。
In addition, the NAND type memory cell has a problem in that the threshold voltage Vth of the non-selected memory cell affects the verify operation of the selected memory cell due to its structure. That is, when data is written to another memory cell in the memory cell block after that, the cell current decreases when the verify check is completed and the writing is completed. May appear to rise. This has led to an increase in the spread of the threshold distribution. In particular, when a floating gate type memory cell is used as a multi-valued memory cell, it is necessary to control the distribution of the threshold voltage Vth at a fine level, and to narrow the distribution of the threshold voltage Vth. was there.

【0009】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、NAND型のメモリセルブロッ
クを有する不揮発性半導体記憶装置において、読みだし
時に非選択メモリセルのワード線への印加電圧を低減す
ることができてゲートディスターブを低減可能であり、
非選択メモリセルのしきい値電圧が選択メモリセルのベ
リファイ動作に影響を及ぼさず、しきい値電圧Vthの狭
帯化が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem. In a nonvolatile semiconductor memory device having a NAND-type memory cell block, a non-selected memory cell is connected to a word line at the time of reading. The applied voltage can be reduced, and gate disturbance can be reduced.
It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which a threshold voltage of an unselected memory cell does not affect a verify operation of a selected memory cell and a threshold voltage Vth can be narrowed.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、電荷蓄積層を
有する記憶素子が複数個直列接続されたメモリセルブロ
ックを一以上有する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記メモリセルブロックの各々の記憶素子には、トラン
ジスタがそれぞれ並列接続されており、前記各記憶素子
は、半導体層の記憶素子形成領域内に所定の間隔で形成
された拡散層領域を介して形成されており、前記電荷蓄
積層は、前記半導体層の各拡散層領域間に形成された各
チャネル形成領域上のゲート幅方向において、当該チャ
ネル形成領域の一部を覆うように形成されており、前記
トランジスタは、各チャネル形成領域上の前記電荷蓄積
層の非形成領域に形成されており、前記電荷蓄積層と前
記半導体層との間の絶縁膜には、膜厚が薄くなっている
薄膜化部が形成されている。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having at least one memory cell block in which a plurality of storage elements each having a charge storage layer are connected in series,
A transistor is connected in parallel to each storage element of the memory cell block, and each storage element is formed via a diffusion layer region formed at a predetermined interval in a storage element formation region of a semiconductor layer. The charge storage layer is formed so as to cover a part of the channel formation region in a gate width direction on each channel formation region formed between each diffusion layer region of the semiconductor layer, The transistor is formed in a region where the charge storage layer is not formed on each channel formation region, and an insulating film between the charge storage layer and the semiconductor layer has a reduced thickness. A part is formed.

【0011】これにより、NAND型のメモリセルブロ
ックの読み出し動作時に、非選択の記憶素子に並列に接
続されたトランジスタをオンすれば、非選択の記憶素子
をパストランジスタとして使用する必要がなくなり、ゲ
ートディスターブが低減される。また、非選択の記憶素
子においては、並列接続されたトランジスタの電流が支
配的になるため、非選択の記憶素子が選択された記憶素
子のベリファイ動作に影響を及ぼすことがなくなる。さ
らに、ゲート電極をトランジスタと記憶素子とで共有し
た際に、トランジスタのしきい値電圧を記憶素子のしき
い値電圧よりも低く設定しておけば、読み出しの際のゲ
ートディスターブが低減される。また、電荷蓄積層を形
成の際に、電荷蓄積層の位置に合わせズレが生じている
と、電荷蓄積層の電位がばらつくことが予想されるが、
本発明では、半導体層と電荷蓄積層との間の絶縁膜を部
分的に薄膜化することにより、電荷蓄積層の電位がばら
つくことがなく、書き込み・消去速度にばらつきが生じ
ない。
[0011] Thus, when the transistor connected in parallel to the non-selected storage element is turned on during the read operation of the NAND type memory cell block, it is not necessary to use the non-selected storage element as a pass transistor. Disturb is reduced. Further, in the unselected storage element, the current of the transistor connected in parallel becomes dominant, so that the unselected storage element does not affect the verify operation of the selected storage element. Further, when the gate electrode is shared by the transistor and the storage element, if the threshold voltage of the transistor is set lower than the threshold voltage of the storage element, gate disturb during reading is reduced. In addition, when the charge storage layer is formed and is misaligned with the position of the charge storage layer, the potential of the charge storage layer is expected to vary,
In the present invention, by partially reducing the thickness of the insulating film between the semiconductor layer and the charge storage layer, the potential of the charge storage layer does not vary and the writing / erasing speed does not vary.

【0012】本発明は、電荷蓄積層を有し3値以上の値
を記憶可能な記憶素子が複数個直列接続されたメモリセ
ルブロックを一以上有する不揮発性半導体記憶装置であ
って、前記メモリセルブロックの各々の記憶素子には、
トランジスタがそれぞれ並列接続されており、前記各記
憶素子は、半導体層の記憶素子形成領域内に所定の間隔
で形成された拡散層領域を介して形成されており、前記
電荷蓄積層は、前記半導体層の各拡散層領域間に形成さ
れた各チャネル形成領域上のゲート幅方向において、当
該チャネル形成領域の一部を覆うように形成されてお
り、前記トランジスタは、各チャネル形成領域上の前記
電荷蓄積層の非形成領域に形成されており、前記各々の
トランジスタのしきい値電圧が、前記記憶素子の有する
複数のしきい値電圧のうち最も高いしきい値電圧と2番
目に高いしきい値電圧との間にある。
The present invention is a nonvolatile semiconductor memory device having at least one memory cell block in which a plurality of storage elements each having a charge storage layer and capable of storing three or more values are connected in series. Each storage element in the block has
Transistors are respectively connected in parallel, each of the storage elements is formed via a diffusion layer region formed at a predetermined interval in a storage element formation region of a semiconductor layer, and the charge storage layer is In the gate width direction on each channel formation region formed between each diffusion layer region of the layer, the transistor is formed so as to cover a part of the channel formation region. The threshold voltage of each transistor is formed in a non-formation region of the storage layer, and the threshold voltage of each transistor is the highest threshold voltage and the second highest threshold voltage among the plurality of threshold voltages of the storage element. Between the voltage.

【0013】すなわち、各々のトランジスタのしきい値
電圧を記憶素子の有する複数のしきい値電圧のうち最も
高いしきい値電圧と2番目に高いしきい値電圧との間に
設定することにより、読み出しの際の多値メモリにおけ
るゲートディスターブが低減される。
That is, by setting the threshold voltage of each transistor between the highest threshold voltage and the second highest threshold voltage among the plurality of threshold voltages of the storage element, Gate disturb in the multi-level memory at the time of reading is reduced.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の不揮発性半導体記
憶装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0015】第1実施形態 図1は、本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセル
ブロックの第1実施形態を示す平面図であり、図2は図
1の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルブロックのA
−A’線における断面図である。図1および図2に示す
メモリセルブロックは、フローティングゲート型のメモ
リセルを直列接続したものである。なお、本実施形態で
は、フローティングゲート型のメモリセルを多値メモリ
セルとして用いた場合について説明する。
First Embodiment FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a memory cell block of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 2 is a memory cell block of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. A
It is sectional drawing in the -A 'line. The memory cell block shown in FIGS. 1 and 2 is obtained by connecting floating gate type memory cells in series. In this embodiment, a case where a floating gate type memory cell is used as a multi-level memory cell will be described.

【0016】すなわち、シリコン基板8に形成された、
例えばLOCOS法等で形成した素子分離領域2によっ
て区画されたメモリセル形成領域には、拡散層領域1が
所定の間隔で形成され、シリコン基板8の各拡散層領域
1間には、例えば、SiO2等の酸化膜からなる絶縁膜
9を介して、例えばポリシリコンからなるフローティン
グゲート6が形成されている。
That is, on the silicon substrate 8,
For example, a diffusion layer region 1 is formed at a predetermined interval in a memory cell formation region partitioned by an element isolation region 2 formed by the LOCOS method or the like. A floating gate 6 made of, for example, polysilicon is formed via an insulating film 9 made of an oxide film such as 2 .

【0017】フローティングゲート6は、シリコン基板
8に形成された各拡散層領域間に形成された各チャネル
形成領域上のゲート幅方向において、チャネル形成領域
の一部を覆うように形成されている。すなわち、フロー
ティングゲート6の一方側は素子分離領域2上に乗り上
げるように形成されている。このフローティングゲート
6上および絶縁膜9上には絶縁膜10を介してワード線
としてポリシリコンからなる制御ゲート5が形成されて
いる。
The floating gate 6 is formed so as to cover a part of the channel formation region in the gate width direction on each channel formation region formed between each diffusion layer region formed on the silicon substrate 8. That is, one side of the floating gate 6 is formed so as to ride on the element isolation region 2. A control gate 5 made of polysilicon is formed as a word line on the floating gate 6 and the insulating film 9 via the insulating film 10.

【0018】図2に示すように、フローティングゲート
6が覆っている領域Bには、メモリセルが構成されると
ともに、シリコン基板8のチャネル形成領域上に絶縁膜
9を介して直接制御ゲート5が形成された領域Aには、
トランジスタが形成されることになる。これらメモリト
セルとトランジスタとは、ソース・ドレインとなる拡散
層領域1が共通化されているため、並列接続されること
になる。また、上記の絶縁膜9は、シリコン基板8とフ
ローティングゲート6との間において膜厚が薄くなって
いる薄膜化部であるトンネル窓部9aが形成されてい
る。
As shown in FIG. 2, a memory cell is formed in a region B covered by the floating gate 6, and a control gate 5 is directly formed on a channel forming region of a silicon substrate 8 via an insulating film 9. In the formed area A,
A transistor will be formed. The memory cell and the transistor are connected in parallel because the diffusion layer region 1 serving as the source / drain is shared. In the insulating film 9, a tunnel window 9 a which is a thinned portion is formed between the silicon substrate 8 and the floating gate 6.

【0019】また、上記の各メモリトセルのしきい値電
圧Vthは、例えば、図4のように分布しており、上記の
各トランジスタのしきい値電圧Vthは、メモリセルのし
きい値電圧Vthのうち最も高いしきい値電圧と2番目に
高いしきい値電圧との間にあり、例えば3.0Vとなっ
ている。
The threshold voltage Vth of each memory cell is distributed, for example, as shown in FIG. 4, and the threshold voltage Vth of each transistor is equal to the threshold voltage Vth of the memory cell. It is between the highest threshold voltage and the second highest threshold voltage, for example, 3.0 V.

【0020】メモリトセルおよびトランジスタのしきい
値電圧Vthの設定は、シリコン基板8に各拡散層領域1
を不純物をイオン注入して形成する際に、メモリトセル
に対応する領域とトランジスタに対応する領域の不純物
濃度を調整することにより任意に設定可能である。
The threshold voltage Vth of the memory cell and the transistor is set in each diffusion layer region 1 in the silicon substrate 8.
Can be arbitrarily set by adjusting the impurity concentrations of the region corresponding to the memory cell and the region corresponding to the transistor when the impurity is formed by ion implantation of impurities.

【0021】一方、上記のように形成される各メモリセ
ルは、拡散層領域1を互いに共有することによって直列
接続されて、メモリセルブロックを構成している。な
お、拡散領域1の一端部において、ビットラインと接続
されるビットコンタクト3側に位置する制御ゲートは選
択ゲート4となっており、選択トランジスタTR1が形
成されている。また、他方の端部にも同様に、図示しな
い選択ゲートが形成されて選択トランジスタTR2が形
成さている。
On the other hand, the memory cells formed as described above are connected in series by sharing the diffusion layer region 1 with each other to form a memory cell block. At one end of the diffusion region 1, the control gate located on the side of the bit contact 3 connected to the bit line is the selection gate 4, and the selection transistor TR1 is formed. Similarly, a select gate (not shown) is formed at the other end to form a select transistor TR2.

【0022】ここで、図1および図2に示したメモリセ
ルブロックの等価回路の一例を図3に示す。図3に示す
ように、NAND型の不揮発性半導体記憶装置の単位メ
モリセルブロックは、ワード線SL1およびSL2を有
する選択トランジスタTR1,TR2の間にn個のメモ
リセルMC1〜MCnが直列接続されているとともに、
各メモリセルMC1〜MCnには上記したトランジスタ
PTR1〜PTRnが並列接続されている。また、選択
トランジスタTR1,TR2はビット線BLおよびソー
ス線SRLにそれぞれ接続されている。
Here, an example of an equivalent circuit of the memory cell block shown in FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the unit memory cell block of the NAND nonvolatile semiconductor memory device has n memory cells MC1 to MCn connected in series between select transistors TR1 and TR2 having word lines SL1 and SL2. Along with
The transistors PTR1 to PTRn are connected in parallel to the memory cells MC1 to MCn. The selection transistors TR1 and TR2 are connected to the bit line BL and the source line SRL, respectively.

【0023】以下、図3に示す等価回路に基づき、第1
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の読み出し動作
を説明する。例えば、メモリセルMC5を読みだすメモ
リセルとして選択した場合に、メモリセルMC5の制御
ゲート6であるワード線WL5の電圧を、例えば0V,
1.5V,2.8Vと順次変化させて、メモリセルMC
5がオンするか否かでどのしきい値電圧Vth分布にある
かを判定する。
Hereinafter, based on the equivalent circuit shown in FIG.
A read operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment will be described. For example, when the memory cell MC5 is selected as a memory cell to be read, the voltage of the word line WL5 which is the control gate 6 of the memory cell MC5 is set to, for example, 0V,
The voltage is sequentially changed to 1.5 V and 2.8 V to change the memory cell MC.
It is determined which threshold voltage Vth distribution is based on whether or not 5 is turned on.

【0024】このとき、選択トランジスタTR1および
TR2、並びに読み出しを行わない非選択のメモリセル
MCに並列接続されたトランジスタPTRをすべてON
する。ここで、並列に形成されたトランジスタPTRの
しきい値電圧Vthは、図4に示したように、メモリセル
MCのしきい値電圧Vth分布のうち一番上の分布と2番
目の分布の間の3Vにあることから、非選択ワード線W
L全てに3.5V程度の電圧を印加すれば、非選択メモ
リセルMCのON,OFFに関らず、非選択のメモリセ
ルMCに並列接続されたトランジスタPTRがONす
る。なお、選択されたワード線WL5の電圧を、0V,
1.5V,2.8Vと順次変化させても、選択メモリセ
ルMC5に並列接続されたトランジスタPTR5はOF
F状態のままである。
At this time, all of the select transistors TR1 and TR2 and the transistor PTR connected in parallel to the unselected memory cell MC from which no reading is performed are turned on.
I do. Here, the threshold voltage Vth of the transistor PTR formed in parallel is, as shown in FIG. 4, between the uppermost distribution and the second distribution of the threshold voltage Vth distribution of the memory cell MC. 3V, the unselected word line W
When a voltage of about 3.5 V is applied to all L, the transistor PTR connected in parallel to the non-selected memory cell MC is turned on regardless of whether the non-selected memory cell MC is on or off. Note that the voltage of the selected word line WL5 is set to 0V,
Even if the voltages are sequentially changed to 1.5 V and 2.8 V, the transistor PTR5 connected in parallel to the selected memory cell MC5 is turned off.
It remains in the F state.

【0025】これにより、0V,1.5V,2.8Vの
いずれかの電圧で、選択されたメモリセルMC5がオン
すると、ビット線BLから選択トランジスタTR1,を
通じて、非選択のメモリセルMCに並列接続されたトラ
ンジスタPTR1〜PTR4,選択メモリセルMC5,
非選択のメモリセルMC6〜MCnおよびTR2を通じ
てソース線SRLに電流が流れ、メモリセルMC5がど
のしきい値電圧Vth分布にあるかを判定することができ
る。
As a result, when the selected memory cell MC5 is turned on at one of the voltages 0V, 1.5V, and 2.8V, the bit line BL is connected in parallel with the unselected memory cell MC through the selection transistor TR1. Connected transistors PTR1 to PTR4, selected memory cell MC5,
A current flows to the source line SRL through the unselected memory cells MC6 to MCn and TR2, and it is possible to determine which threshold voltage Vth distribution the memory cell MC5 has.

【0026】したがって、本実施形態においては、非選
択メモリセルMCのワード線WLの電位をしきい値電圧
Vthの一番上の分布より高く(例えば5V程度)設定す
る必要がなく、従来より低く設定することが可能であ
る。このため、非選択メモリセルMCのワード線WLに
高電圧を印加した際のゲートディスターブを抑制するこ
とができるので、不揮発性半導体記憶装置の信頼性を高
くすることができる。また、非選択メモリセルMCの電
流は並列に形成されたトランジスタPTRの電流が支配
的なので、非選択メモリセルMCのしきい値電圧Vthの
選択メモリセルMC5のベリファイ動作への影響が少な
い。この結果、従来に比べて、しきい値電圧Vth分布の
狭帯化が可能である。しきい値電圧Vth狭帯化が可能に
なると、読み出し時の非選択メモリセルMCのワード線
WLの電圧をさらにに下げることができるので、ゲート
ディスターブを一層低減することができる。
Therefore, in the present embodiment, it is not necessary to set the potential of the word line WL of the unselected memory cell MC higher than the uppermost distribution of the threshold voltage Vth (for example, about 5 V), and it is lower than the conventional case. It is possible to set. For this reason, gate disturb when a high voltage is applied to the word line WL of the non-selected memory cell MC can be suppressed, so that the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device can be increased. Further, since the current of the non-selected memory cell MC is dominated by the current of the transistor PTR formed in parallel, the threshold voltage Vth of the non-selected memory cell MC has little effect on the verify operation of the selected memory cell MC5. As a result, it is possible to narrow the distribution of the threshold voltage Vth as compared with the related art. When the threshold voltage Vth can be narrowed, the voltage of the word line WL of the unselected memory cell MC at the time of reading can be further reduced, so that the gate disturbance can be further reduced.

【0027】また、フローティングゲート型のメモリセ
ルでは、フローティングゲート6の形成の際に、フロー
ティングゲート6の位置に合わせズレが生じていると、
絶縁膜9の面積にばらつきが生じ、絶縁膜10との容量
結合比が変わってしまい、フローティングゲート6の電
位がばらつくことが予想される。このため、同じバイア
ス条件での各フローティングゲート6への電荷注入量が
ばらつく可能性があり、書き込み・消去速度にばらつき
が生じる可能性がある。
In a floating gate type memory cell, when the position of the floating gate 6 is misaligned when the floating gate 6 is formed,
It is expected that the area of the insulating film 9 varies, the capacitance coupling ratio with the insulating film 10 changes, and the potential of the floating gate 6 varies. Therefore, the amount of charge injected into each floating gate 6 under the same bias condition may vary, and the writing / erasing speed may vary.

【0028】しかしながら、本実施形態においては、絶
縁膜9を部分的に薄膜化したトンネル窓部9aが形成さ
れていることから、フローティングゲート6の位置合わ
せずれに対して影響を受けなくなるので、書き込み・消
去速度にばらつきが生じるということがなくなる。
However, in the present embodiment, since the tunnel window 9a in which the insulating film 9 is partially thinned is formed, it is not affected by the misalignment of the floating gate 6, so that the write operation is not performed. -Erasing speed does not vary.

【0029】第2実施形態 図5は、本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセル
ブロックの第2実施形態を示す平面図であり、図6はメ
モリセルブロックのA−A’線における断面図である。
本実施形態のメモリセルブロックと、第1実施形態のメ
モリセルブロックとの異なる点は、フローティングゲー
ト6の形成位置である。すなわち、フローティングゲー
ト6が、各拡散層領域1間に形成される各チャネル形成
領域上のゲート幅方向の略中央位置にチャネル形成領域
の有する幅よりも狭い幅で形成されている。このため、
フローティングゲート6は、チャネル領域全面を覆わず
に、チャネル領域の中央部分のみを覆うように形成さ
れ、チャネル領域の領域Bにメモリセルが形成される。
また、上記のメモリセルに並列接続されるトランジスタ
は、チャネル領域の領域A1 およびA2 の2つの領域に
形成され、メモリセルと2つのトランジスタが並列に形
成されることになる。
Second Embodiment FIG. 5 is a plan view showing a memory cell block of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a sectional view of the memory cell block taken along line AA '. It is.
The difference between the memory cell block of the present embodiment and the memory cell block of the first embodiment is the formation position of the floating gate 6. In other words, the floating gate 6 is formed at a substantially central position in the gate width direction on each channel formation region formed between the diffusion layer regions 1 with a width smaller than the width of the channel formation region. For this reason,
The floating gate 6 is formed so as to cover only the central portion of the channel region without covering the entire surface of the channel region, and a memory cell is formed in the region B of the channel region.
The transistors connected in parallel to the memory cell are formed in two regions A1 and A2 of the channel region, and the memory cell and the two transistors are formed in parallel.

【0030】また、第1実施形態と同様に、上記の絶縁
膜9は、シリコン基板8とフローティングゲート6との
間において膜厚が薄くなっている薄膜化部であるトンネ
ル窓部9aが形成されている。
Further, as in the first embodiment, the insulating film 9 has a tunnel window portion 9a which is a thinned portion between the silicon substrate 8 and the floating gate 6, which is a thinned portion. ing.

【0031】上記のような構成とすることにより、リソ
グラフィー工程において、フローティングゲート6のチ
ャネル形成領域への合わせずれが生じても、フローティ
ングゲート6はチャネル形成領域上の略中央位置に形成
され、端部が素子分離領域2に接していないため、絶縁
膜9の面積と絶縁膜10との容量結合比が変化すること
がない。このため、フローティングゲート6の電位がば
らつくことがなく、各フローティングゲート6への電荷
注入量がばらつくことがなく、書き込み・消去速度にば
らつきが生じることはなくなる。
With the above configuration, even if the floating gate 6 is misaligned with the channel forming region in the lithography process, the floating gate 6 is formed at a substantially central position on the channel forming region, Since the portion is not in contact with the element isolation region 2, the capacitance coupling ratio between the area of the insulating film 9 and the insulating film 10 does not change. Therefore, the potential of the floating gate 6 does not vary, the amount of charge injected into each floating gate 6 does not vary, and there is no variation in the writing / erasing speed.

【0032】また、この場合、絶縁膜9の面積と絶縁膜
10との面積がほぼ同じであるため、容量結合比が非常
に小さくなり、書き込み消去時の電圧を高くしなければ
ならない心配がある。しかし、薄膜化部であるトンネル
窓部9aが形成されていることから、容量結合比を増大
させることができるので、書き込み消去時の電圧を小さ
くすることができる。
In this case, since the area of the insulating film 9 and the area of the insulating film 10 are almost the same, the capacitance coupling ratio becomes very small, and there is a concern that the voltage at the time of writing / erasing must be increased. . However, since the tunnel window 9a, which is a thinned portion, is formed, the capacitance coupling ratio can be increased, so that the voltage at the time of writing / erasing can be reduced.

【0033】さらに、フローティングゲート6の位置に
合わせずれが生じても、フローティングゲート6はチャ
ネル形成領域上の略中央位置に形成され、端部が素子分
離領域2に接していないため、端部における蓄積容量に
ばらつきが生ぜず、両側に形成される2つトランジスタ
のゲート幅の和は常に等しくなるので、当該トランジス
タの電流量がばらつくことがなく、ベリファイ動作に影
響を与えることがない。なお、図5および図6に示すメ
モリセルブロックの等価回路は、第1実施形態例と同様
となり、読み出し動作も同様であるので、説明を省略す
る。
Further, even if the position of the floating gate 6 is misaligned, the floating gate 6 is formed at a substantially central position on the channel forming region, and the end is not in contact with the element isolation region 2. Since there is no variation in the storage capacitance and the sum of the gate widths of the two transistors formed on both sides is always equal, the amount of current of the transistors does not vary and does not affect the verify operation. Note that the equivalent circuits of the memory cell blocks shown in FIGS. 5 and 6 are the same as those of the first embodiment, and the read operation is also the same, so that the description will be omitted.

【0034】第3実施形態 図7は、本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセル
ブロックの第1実施形態を示す平面図であり、図8は図
1の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルブロックのA
−A’線における断面図である。図7および図8に示す
メモリセルブロックは、MONOS型のメモリセルを直
列接続したものである。なお、本実施形態では、MON
OS型のメモリセルを2値メモリセルとして用いた場合
について説明する。
Third Embodiment FIG. 7 is a plan view showing a first embodiment of the memory cell block of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 8 is a memory cell block of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. A
It is sectional drawing in the -A 'line. The memory cell blocks shown in FIGS. 7 and 8 are MONOS type memory cells connected in series. In the present embodiment, the MON
A case where an OS-type memory cell is used as a binary memory cell will be described.

【0035】図7および図8において、シリコン基板8
(通常、メモリトランジスタにはNMOSを用いるので
P型基板あるいはP型のウエル)上に、約2nm程度の
酸化膜からなる第1絶縁膜11と、この第1絶縁膜11
上に形成された電荷蓄積層となる第2絶縁層12と、約
4nm程度の酸化膜からなる第3絶縁膜13とからなる
多層絶縁膜が素子分離領域2に接するように形成されて
いる。これら第1絶縁膜11、第2絶縁膜12および第
3絶縁膜からなる多層絶縁膜は、シリコン基板8の各拡
散層領域1間に形成された各チャネル形成領域上のゲー
ト幅方向において、当該チャネル形成領域の一部を覆う
ように形成されている。これにより、MONOS型のメ
モリセルが構成されている。また、この多層絶縁膜の側
方に隣接して絶縁膜9が形成されており、多層絶縁膜お
よび絶縁膜9を覆うように制御ゲート5が形成されてい
る。これにより、上記のMONOS型のメモリセルと並
列接続されたトランジスタが構成されている。
7 and 8, the silicon substrate 8
(A P-type substrate or a P-type well is usually used because an NMOS is used for a memory transistor.) A first insulating film 11 made of an oxide film of about 2 nm and a first insulating film 11
A multilayer insulating film including a second insulating layer 12 serving as a charge storage layer and a third insulating film 13 formed of an oxide film of about 4 nm is formed so as to be in contact with the element isolation region 2. The multilayer insulating film including the first insulating film 11, the second insulating film 12, and the third insulating film is provided in a gate width direction on each channel forming region formed between the respective diffusion layer regions 1 of the silicon substrate 8. It is formed so as to cover a part of the channel formation region. As a result, a MONOS type memory cell is formed. An insulating film 9 is formed adjacent to the side of the multilayer insulating film, and a control gate 5 is formed so as to cover the multilayer insulating film and the insulating film 9. Thus, a transistor connected in parallel with the MONOS type memory cell is formed.

【0036】上記のようなMONOS型のメモリセル
は、窒化膜からなる第2絶縁層12に蓄えた電荷量に応
じて当該メモリセル(メモリトランジスタ)のしきい値
電圧Vthが変化することを利用することにより、上方を
記憶している。第2絶縁層12は、SiNを用いること
が多く、膜中に電子をトラップすることにより電荷を保
持している。低電圧で書き込む為には、膜厚は10nm
以下のものが使われる。
The MONOS type memory cell described above utilizes the fact that the threshold voltage Vth of the memory cell (memory transistor) changes according to the amount of charge stored in the second insulating layer 12 made of a nitride film. By doing so, the upper part is memorized. The second insulating layer 12 often uses SiN, and retains electric charge by trapping electrons in the film. For writing at low voltage, the film thickness is 10 nm
The following are used:

【0037】一方、上記のように形成される各メモリセ
ルは、拡散層領域1を互いに共有することによって直列
接続されて、メモリセルブロックを構成している。な
お、拡散領域1の一端部において、ビットラインと接続
されるビットコンタクト3側に位置する制御ゲートは選
択ゲート4となっており、選択トランジスタTR1が形
成されている。また、他方の端部にも同様に、図示しな
い選択ゲートが形成されて選択トランジスタTR2が形
成さている。
On the other hand, the memory cells formed as described above are connected in series by sharing the diffusion layer region 1 with each other to form a memory cell block. At one end of the diffusion region 1, the control gate located on the side of the bit contact 3 connected to the bit line is the selection gate 4, and the selection transistor TR1 is formed. Similarly, a select gate (not shown) is formed at the other end to form a select transistor TR2.

【0038】上記のように構成されるメモリセルブロッ
クの等価回路は、第1および第2実施形態の等価回路と
して図3に示したものと同様のものとなる。次に、この
ようなMONOS型のメモリセルにトランジスタが並列
接続されたメモリセルブロックの読み出し動作を図3に
示す等価回路に基づき説明する。
The equivalent circuit of the memory cell block configured as described above is the same as that shown in FIG. 3 as the equivalent circuit of the first and second embodiments. Next, a read operation of a memory cell block in which a transistor is connected in parallel to such a MONOS type memory cell will be described with reference to an equivalent circuit shown in FIG.

【0039】ここで、MONOS型のメモリセルMCの
しきい値電圧Vthの分布は、例えば図9に示すような分
布となっている。このとき、メモリセルMCと並列に形
成されたトランジスタPTRのしきい値電圧Vthを、メ
モリセルMCの高い方のしきい値電圧Vth分布より低
く、この場合、例えば、0.5Vに設定されている。
Here, the distribution of the threshold voltage Vth of the MONOS type memory cell MC is, for example, as shown in FIG. At this time, the threshold voltage Vth of the transistor PTR formed in parallel with the memory cell MC is lower than the higher threshold voltage Vth distribution of the memory cell MC. In this case, for example, it is set to 0.5V. I have.

【0040】例えば、メモリセルMC5を読みだすメモ
リセルとして選択した場合に、メモリセルMC5の制御
ゲート6であるワード線WL5の電圧を、0Vとして、
メモリセルMC5がオンするか否かで“1”か“0”を
判定する。このとき、選択トランジスタTR1およびT
R2、並びに読み出しを行わない非選択のメモリセルM
Cに並列接続されたトランジスタPTRをすべてONす
る。非選択ワード線WLに1.5V程度の電圧を印加す
れば、メモリセルのON,OFFにかかわらず、並列に
形成されたトランジスタPTRがONする。なお、選択
メモリセルMC5に並列接続されたトランジスタPTR
5はOFF状態のままである。
For example, when the memory cell MC5 is selected as a memory cell to be read, the voltage of the word line WL5 which is the control gate 6 of the memory cell MC5 is set to 0V.
"1" or "0" is determined depending on whether or not the memory cell MC5 is turned on. At this time, the select transistors TR1 and T
R2, and unselected memory cells M that do not perform reading
Turn on all the transistors PTR connected in parallel to C. When a voltage of about 1.5 V is applied to the unselected word lines WL, the transistors PTR formed in parallel are turned on regardless of whether the memory cells are on or off. The transistor PTR connected in parallel to the selected memory cell MC5
5 remains OFF.

【0041】これにより、選択されたメモリセルMC5
がオンすると、ビット線BLから選択トランジスタTR
1,を通じて、非選択のメモリセルMCに並列接続され
たトランジスタPTR1〜PTR4,選択メモリセルM
C5,非選択のメモリセルMC6〜MCnおよびTR2
を通じてソース線SRLに電流が流れ、メモリセルMC
5が“1”か“0”のいずれのデータを保持しているか
を判定することができる。
Thus, the selected memory cell MC5
Is turned on, the bit line BL switches the selection transistor TR
1, the transistors PTR1 to PTR4 connected in parallel to the unselected memory cell MC, and the selected memory cell M
C5, unselected memory cells MC6 to MCn and TR2
Current flows to source line SRL through memory cell MC
It is possible to determine whether 5 holds data “1” or “0”.

【0042】並列接続されたトランジスタPTRがない
場合には、“0”データが書き込まれたメモリセルMC
のしきい値電圧Vth分布(しきい値分布の高いほうの分
布)より、十分に高い値、例えば、2.5Vにする必要
があった。しかし本実施形態によれば、メモリセルMC
と並列にトランジスタPTRが並列接続されているとと
もに、そのしきい値電圧VthがメモリセルMCの高い方
のしきい値電圧Vth分布より低く設定されていることか
ら、読み出し時における非選択メモリセルMCのゲート
電圧を低く設定することが可能であるため、ゲートディ
スターブを受けにくくなり、信頼性を高くすることがで
きる。
If there is no transistor PTR connected in parallel, the memory cell MC in which "0" data is written
It is necessary to set the threshold voltage to a sufficiently higher value, for example, 2.5 V, than the threshold voltage Vth distribution (the higher threshold distribution). However, according to the present embodiment, the memory cell MC
The transistor PTR is connected in parallel with the memory cell MC, and its threshold voltage Vth is set lower than the higher threshold voltage Vth distribution of the memory cell MC. Can be set low, so that gate disturb is less likely to occur and reliability can be improved.

【0043】また、NAND型メモリセルブロックは構
造上、非選択メモリセルのしきい値が、選択されたセル
のベリファイ動作に影響をあたえるという問題がある。
即ち、ベリファイがパスして書き込みが終了した時点を
基準とすると、その後、NANDストリング内の他のセ
ルにデータが書き込まれると、セル電流が小さくなるの
で、読みだし時にはしきい値が上がったように見える。
これは、しきい値分布の広がりを大きくすることにつな
がっていた。
Further, the NAND type memory cell block has a problem in that the threshold value of the non-selected memory cell affects the verify operation of the selected cell.
That is, based on the time when the verification is passed and the writing is completed, if data is subsequently written to another cell in the NAND string, the cell current becomes smaller, so that the threshold value seems to rise at the time of reading. Looks like.
This has led to an increase in the spread of the threshold distribution.

【0044】しかし、本実施形態によれば、非選択メモ
リセルの電流は並列に形成されたトランジスタの電流が
支配的なので、非選択メモリセルのしきい値が選択メモ
リセルのベリファイ動作へ影響及ぼすことがない。した
がって、従来よりしきい値分布の狭帯化が可能であり、
マージンを大きくすることができる、あるいは、読み出
し時の非選択メモリセルのワード線電圧を更に下げてゲ
ートディスターブを低減することもできる。
However, according to the present embodiment, since the current of the non-selected memory cell is dominated by the current of the transistor formed in parallel, the threshold value of the non-selected memory cell affects the verify operation of the selected memory cell. Nothing. Therefore, it is possible to narrow the threshold distribution more than before,
The margin can be increased, or the word line voltage of a non-selected memory cell at the time of reading can be further reduced to reduce gate disturb.

【0045】第4実施形態 図10は、本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセ
ルブロックの第1実施形態を示す平面図であり、図11
は図10の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルブロッ
クのA−A’線における断面図である。本実施形態のメ
モリセルブロックと、第3実施形態のメモリセルブロッ
クとの異なる点は、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12お
よび第3絶縁膜13からなる多層絶縁膜の形成位置であ
る。
Fourth Embodiment FIG. 10 is a plan view showing a first embodiment of a memory cell block of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the memory cell block of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 10 taken along line AA ′. The difference between the memory cell block of the present embodiment and the memory cell block of the third embodiment is the formation position of the multilayer insulating film including the first insulating film 11, the second insulating film 12, and the third insulating film 13. .

【0046】すなわち、多層絶縁膜が、各拡散層領域1
間に形成される各チャネル形成領域上のゲート幅方向の
略中央位置にチャネル形成領域の有する幅よりも狭い幅
で形成されている。このため、多層絶縁膜は、チャネル
領域全面を覆わずに、チャネル領域の中央部分のみを覆
うように形成され、チャネル領域の領域Bにメモリセル
が形成される。また、上記のメモリセルに並列接続され
るトランジスタは、チャネル領域の領域A1 およびA2
の2つの領域に形成され、メモリセルと2つのトランジ
スタが並列に形成されることになる。なお、図10およ
び図11のメモリセルブロックの等価回路は上記の実施
形態の場合と同じであり、図3に示すとおりである。読
み出し動作も第3実施形態と同様であるので説明を省略
する。
That is, the multilayer insulating film is formed in each diffusion layer region 1
At a substantially central position in the gate width direction on each of the channel formation regions formed therebetween, the width is smaller than the width of the channel formation region. Therefore, the multilayer insulating film is formed so as to cover only the central portion of the channel region without covering the entire surface of the channel region, and the memory cell is formed in the region B of the channel region. Further, the transistors connected in parallel to the above-mentioned memory cells include the channel regions A1 and A2.
And the memory cell and the two transistors are formed in parallel. Note that the equivalent circuits of the memory cell blocks in FIGS. 10 and 11 are the same as those in the above embodiment, and are as shown in FIG. The read operation is the same as that of the third embodiment, and the description is omitted.

【0047】第3実施形態における多層絶縁膜は、素子
分離領域2と接する位置に形成されているため、リソグ
ラフィ工程において合わせズレが生じると、多層絶縁膜
の面積にばらつきが生じ、メモリセルのしきい値にばら
つきが生じる可能性がある。また、並列に形成されたト
ランジスタのゲート幅もばらつくことになるのでパスト
ランジスタの電流量がばらつきベリファイ動作に影響を
及ぼすことがある。
Since the multilayer insulating film in the third embodiment is formed at a position in contact with the element isolation region 2, if misalignment occurs in the lithography step, the area of the multilayer insulating film will vary, and the memory cell size will be reduced. The threshold may vary. In addition, since the gate widths of the transistors formed in parallel also vary, the current amount of the pass transistor varies, which may affect the verify operation.

【0048】しかしながら、本実施形態では、第1絶縁
膜11、第2絶縁膜12および第3絶縁膜13からなる
多層絶縁膜を形成する際、チャネル領域の中央部分のみ
に形成することにより、多層絶縁膜の位置に合わせズレ
が生じても、多層絶縁膜の面積にばらつきが生ずること
がなく、メモリセルのしきい値電圧Vthにばらつきを生
じることがなくなる。また、並列に形成された2つトラ
ンジスタのゲート幅の全長は常に一定となり、トランジ
スタの電流量がばらつきベリファイ動作に影響を及ぼす
ことがない。
However, in the present embodiment, when forming a multilayer insulating film composed of the first insulating film 11, the second insulating film 12, and the third insulating film 13, the multilayer insulating film is formed only in the central portion of the channel region. Even if the position of the insulating film is misaligned, the area of the multilayer insulating film does not vary, and the threshold voltage Vth of the memory cell does not vary. Further, the total length of the gate width of the two transistors formed in parallel is always constant, so that the current amount of the transistors varies and does not affect the verify operation.

【0049】さらに、本実施形態に係るメモリセルは、
端部が素子分離領域2と接する位置に形成されていない
ため、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12および第3絶縁
膜13からなる多層絶縁膜の端部における不完全な書き
込みおよび消去を回避することができる。
Further, the memory cell according to the present embodiment
Since the end is not formed at a position in contact with the element isolation region 2, incomplete writing and erasing at the end of the multilayer insulating film including the first insulating film 11, the second insulating film 12, and the third insulating film 13 are prevented. Can be avoided.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、電荷蓄積層を有する記憶素子が複数個直列接続され
たメモリセルブロックの各記憶素子における読み出し時
に、非選択の記憶素子のワード線の電位をしきい値電圧
の一番上の分布より高く設定する必要がなく、従来より
低く設定することが可能であるため、非選択の記憶素子
のワード線に高電圧を印加した際のゲートディスターブ
を抑制することができるので、不揮発性半導体記憶装置
の信頼性を高くすることができる。
As described above, according to the present invention, at the time of reading from each storage element of a memory cell block in which a plurality of storage elements each having a charge storage layer are connected in series, the word of an unselected storage element is read. It is not necessary to set the potential of the line higher than the top distribution of the threshold voltage, and it is possible to set the line potential lower than in the conventional case. Therefore, when a high voltage is applied to the word line of the non-selected storage element, Since gate disturbance can be suppressed, the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device can be increased.

【0051】また、非選択の記憶素子の電流は並列に形
成されたトランジスタの電流が支配的なので、非選択の
記憶素子のしきい値電圧の選択された記憶素子のベリフ
ァイ動作への影響が少ない。この結果、従来に比べて、
しきい値電圧分布の狭帯化が可能であり、ゲートディス
ターブを一層低減することができる。
Since the current of the non-selected storage element is dominated by the current of the transistors formed in parallel, the threshold voltage of the non-selected storage element has little effect on the verify operation of the selected storage element. . As a result,
The band width of the threshold voltage distribution can be narrowed, and the gate disturbance can be further reduced.

【0052】また、本発明は、フローティングゲート型
の記憶素子の絶縁膜を部分的に薄膜化しているので、フ
ローティングゲートの位置合わせずれに対して影響を受
けなくなるので、書き込み・消去速度にばらつきが生じ
るということがなくなる。
In the present invention, since the insulating film of the floating gate type storage element is partially thinned, it is not affected by misalignment of the floating gate. Will not occur.

【0053】さらに、本発明は、各記憶素子が各チャネ
ル形成領域上のゲート幅方向の略中央位置にチャネル形
成領域の有する幅よりも狭い幅で形成されているととも
に、並列接続されるトランジスタが記憶素子の形成位置
の両側に形成されているため、記憶素子の位置に合わせ
ズレが生じても、記憶素子の電荷蓄積層の面積にばらつ
きが生ずることがなく、記憶素子のしきい値電圧にばら
つきを生じることがなくなる。また、並列に形成された
2つトランジスタのゲート幅の全長は常に一定となり、
トランジスタの電流量は一定となり、ベリファイ動作に
影響を及ぼすことがない。
Further, according to the present invention, each storage element is formed at a substantially central position in the gate width direction on each channel formation region with a width smaller than the width of the channel formation region, and the transistors connected in parallel are formed. Since it is formed on both sides of the storage element forming position, even if the storage element is misaligned, the area of the charge storage layer of the storage element does not vary, and the threshold voltage of the storage element is reduced. Variation does not occur. Also, the total length of the gate width of the two transistors formed in parallel is always constant,
The amount of current of the transistor is constant, and does not affect the verify operation.

【0054】さらに、本発明は、各記憶素子が各チャネ
ル形成領域上のゲート幅方向の略中央位置にチャネル形
成領域の有する幅よりも狭い幅で形成されているととも
に、並列接続されるトランジスタが記憶素子の形成位置
の両側に形成されており、端部が素子分離領域と接する
位置に形成されていないことから、電荷蓄積層の端部に
おける不完全な書き込みおよび消去を回避することがで
きる。
Further, according to the present invention, each storage element is formed at a substantially central position in the gate width direction on each channel formation region with a width smaller than the width of the channel formation region, and the transistors connected in parallel are formed. Since it is formed on both sides of the storage element formation position and the end is not formed at a position in contact with the element isolation region, incomplete writing and erasing at the end of the charge storage layer can be avoided.

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

【図1】本発明の不揮発性半導体記憶装置の第1実施形
態を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図2】図1の不揮発性半導体記憶装置のA−A’線に
おける断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.

【図3】図1および図2に示す不揮発性半導体記憶装置
の等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 1 and 2;

【図4】図1の不揮発性半導体記憶装置のしきい値の分
布の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a distribution of threshold values of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 1;

【図5】本発明の不揮発性半導体記憶装置の第2実施形
態を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図6】図5の不揮発性半導体記憶装置のA−A’線に
おける断面図である。
6 is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 5 taken along line AA ′.

【図7】本発明の不揮発性半導体記憶装置の第3実施形
態を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a third embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図8】図7の不揮発性半導体記憶装置のA−A’線に
おける断面図である。
8 is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 7 taken along line AA '.

【図9】図7の不揮発性半導体記憶装置のしきい値の分
布の一例を示す図である。
9 is a diagram showing an example of a distribution of threshold values of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 7;

【図10】本発明の不揮発性半導体記憶装置の第4実施
形態を示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a fourth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図11】図10の不揮発性半導体記憶装置のA−A’
線における断面図である。
11 is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.
It is sectional drawing in a line.

【図12】NAND型の不揮発性半導体記憶装置の構造
の一例を示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing an example of the structure of a NAND nonvolatile semiconductor memory device.

【図13】図12の不揮発性半導体記憶装置のB−B’
線における断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.
It is sectional drawing in a line.

【図14】NAND型の不揮発性半導体記憶装置の構造
の他の例を示す平面図である。
FIG. 14 is a plan view showing another example of the structure of the NAND nonvolatile semiconductor memory device.

【図15】図14の不揮発性半導体記憶装置のB−B’
線における断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.
It is sectional drawing in a line.

【図16】図12〜図15に示す不揮発性半導体記憶装
置の等価回路図である。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 12 to 15;

【図17】図12の不揮発性半導体記憶装置のしきい値
の分布の一例を示す図である。
17 is a diagram illustrating an example of a distribution of threshold values of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 12;

【図18】図14の不揮発性半導体記憶装置のしきい値
の分布の一例を示す図である。
18 is a diagram illustrating an example of a distribution of threshold values of the nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 14;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…拡散層領域,2…素子分離領域,3…ビット線コン
タクト,4…選択ゲート,5…制御ゲート,6…フロー
ティングゲート,8…シリコン基板,9…絶縁膜,9a
…トンネル窓部,10…絶縁膜,11…第1絶縁膜,1
2…第2絶縁膜,13…第3絶縁膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diffusion layer area, 2 ... Element isolation area, 3 ... Bit line contact, 4 ... Select gate, 5 ... Control gate, 6 ... Floating gate, 8 ... Silicon substrate, 9 ... Insulating film, 9a
... Tunnel window, 10 ... Insulating film, 11 ... First insulating film, 1
2 ... second insulating film, 13 ... third insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/115 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 27/115

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電荷蓄積層を有する記憶素子が複数個直列
接続されたメモリセルブロックを一以上有する不揮発性
半導体記憶装置であって、 前記メモリセルブロックの各々の記憶素子には、トラン
ジスタがそれぞれ並列接続されており、 前記各記憶素子は、半導体層の記憶素子形成領域内に所
定の間隔で形成された拡散層領域を介して形成されてお
り、 前記電荷蓄積層は、前記半導体層の各拡散層領域間に形
成された各チャネル形成領域上のゲート幅方向におい
て、当該チャネル形成領域の一部を覆うように形成され
ており、 前記トランジスタは、各チャネル形成領域上の前記電荷
蓄積層の非形成領域に形成されており、 前記電荷蓄積層と前記半導体層との間の絶縁膜には、膜
厚が薄くなっている薄膜化部が形成されている不揮発性
半導体記憶装置。
1. A nonvolatile semiconductor memory device having at least one memory cell block in which a plurality of storage elements each having a charge storage layer are connected in series, wherein each storage element of the memory cell block includes a transistor. The storage elements are connected in parallel, and each of the storage elements is formed via a diffusion layer area formed at a predetermined interval in a storage element formation area of a semiconductor layer, and the charge storage layer is each of the semiconductor layers. In the gate width direction on each channel formation region formed between the diffusion layer regions, the transistor is formed so as to cover a part of the channel formation region. A non-volatile semiconductor formed in a non-formation region, wherein a thinned portion having a reduced thickness is formed in an insulating film between the charge storage layer and the semiconductor layer;憶 apparatus.
【請求項2】前記各記憶素子は、半導体層の記憶素子形
成領域内に所定の間隔で形成された拡散層領域を介して
形成されており、 前記電荷蓄積層は、前記半導体層の各拡散層領域間に形
成される各チャネル形成領域上のゲート幅方向の略中央
位置にチャネル形成領域の有する幅よりも狭い幅で形成
されており、 前記トランジスタは、前記電荷蓄積層の形成位置の両側
に形成されている請求項1に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the storage elements is formed via a diffusion layer region formed at a predetermined interval in a storage element formation region of a semiconductor layer. A width smaller than a width of the channel formation region at a substantially central position in a gate width direction on each channel formation region formed between the layer regions; and the transistor is formed on both sides of a position where the charge storage layer is formed. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed.
【請求項3】前記各記憶素子および各トランジスタは、
隣り合う記憶素子およびトランジスタ間で前記拡散層領
域を共有している請求項1に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
3. The storage device and the transistor,
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said diffusion layer region is shared between adjacent storage elements and transistors.
【請求項4】前記各電荷蓄積層とこれに並列接続される
各トランジスタとは、互いのゲート電極を共有している
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of said charge storage layers and each of said transistors connected in parallel to each other share a gate electrode of each other.
【請求項5】前記電荷蓄積層は、前記半導体層上に絶縁
膜を介して形成されたフローティングゲートである請求
項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said charge storage layer is a floating gate formed on said semiconductor layer via an insulating film.
【請求項6】前記電荷蓄積層が多層絶縁膜より構成して
ある請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said charge storage layer comprises a multilayer insulating film.
【請求項7】前記トランジスタのしきい値電圧が、前記
電荷蓄積層を有する記憶素子のしきい値電圧よりも低い
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a threshold voltage of said transistor is lower than a threshold voltage of a storage element having said charge storage layer.
【請求項8】電荷蓄積層を有し3値以上の値を記憶可能
な記憶素子が複数個直列接続されたメモリセルブロック
を一以上有する不揮発性半導体記憶装置であって、 前記メモリセルブロックの各々の記憶素子には、トラン
ジスタがそれぞれ並列接続されており、 前記各記憶素子は、半導体層の記憶素子形成領域内に所
定の間隔で形成された拡散層領域を介して形成されてお
り、 前記電荷蓄積層は、前記半導体層の各拡散層領域間に形
成された各チャネル形成領域上のゲート幅方向におい
て、当該チャネル形成領域の一部を覆うように形成され
ており、 前記トランジスタは、各チャネル形成領域上の前記電荷
蓄積層の非形成領域に形成されており、 前記各々のトランジスタのしきい値電圧が、前記記憶素
子の有する複数のしきい値電圧のうち最も高いしきい値
電圧と2番目に高いしきい値電圧との間にある不揮発性
半導体記憶装置。
8. A nonvolatile semiconductor memory device having at least one memory cell block in which a plurality of storage elements each having a charge storage layer and capable of storing three or more values are connected in series, wherein: A transistor is connected to each storage element in parallel, and each storage element is formed via a diffusion layer region formed at a predetermined interval in a storage element formation region of a semiconductor layer, The charge storage layer is formed so as to cover a part of the channel formation region in a gate width direction on each channel formation region formed between the respective diffusion layer regions of the semiconductor layer. A threshold voltage of each of the transistors is formed in a non-formation region of the charge storage layer over a channel formation region; The nonvolatile semiconductor memory device that is between the high threshold voltage and a high threshold voltage to the second well.
【請求項9】前記各記憶素子は、半導体層の記憶素子形
成領域内に所定の間隔で形成された拡散層領域を介して
形成されており、 前記電荷蓄積層は、前記半導体層の各拡散層領域間に形
成される各チャネル形成領域上のゲート幅方向の略中央
位置にチャネル形成領域の有する幅よりも狭い幅で形成
されており、 前記トランジスタは、前記電荷蓄積層の形成位置の両側
に形成されている請求項8に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
9. Each of the storage elements is formed via a diffusion layer region formed at a predetermined interval in a storage element formation region of a semiconductor layer, and the charge storage layer is formed by a diffusion layer of the semiconductor layer. A width smaller than a width of the channel formation region at a substantially central position in a gate width direction on each channel formation region formed between the layer regions; and the transistor is formed on both sides of a position where the charge storage layer is formed. 9. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 8, wherein the non-volatile semiconductor storage device is formed as follows.
【請求項10】前記各記憶素子および各トランジスタ
は、隣り合う記憶素子およびトランジスタ間で前記拡散
層領域を共有している請求項8に記載の不揮発性半導体
記憶装置。
10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein each of said storage elements and each of said transistors share said diffusion layer region between adjacent storage elements and transistors.
【請求項11】前記各電荷蓄積層とこれに並列接続され
る各トランジスタとは、互いのゲート電極を共有してい
る請求項8に記載の不揮発性半導体記憶装置。
11. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein each of said charge storage layers and each of said transistors connected in parallel to each other share a gate electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3054723A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-02 Stmicroelectronics (Rousset) Sas COMPACT EEPROM CELL-MEMORY WITH REDUCED TUNNEL INJECTION AREA

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3054723A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-02 Stmicroelectronics (Rousset) Sas COMPACT EEPROM CELL-MEMORY WITH REDUCED TUNNEL INJECTION AREA
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