JPH11145312A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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Publication number
JPH11145312A
JPH11145312A JP9305924A JP30592497A JPH11145312A JP H11145312 A JPH11145312 A JP H11145312A JP 9305924 A JP9305924 A JP 9305924A JP 30592497 A JP30592497 A JP 30592497A JP H11145312 A JPH11145312 A JP H11145312A
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JP
Japan
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transistor
memory device
nonvolatile semiconductor
semiconductor memory
fet
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Application number
JP9305924A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Hazama
博顕 間
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device in which the occurrence of read-disturb failure is suppressed by relaxing the electric field which is applied to a tunnel oxide film of unselected cells during the read period. SOLUTION: This device is an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device constructed with memory cells having a charge storage layer. Therein, the memory cell comprises a stacked-gate type MOS structure field-effect transistor (first MOS-FET) 14 formed on a first major face of a silicon semiconductor layer 10 and having a charge storage layer 12, and a transistor of a MIS-FET structure (second MOS-FET) 16, formed on a second major face of the silicon semiconductor layer 10. The first MOS-FET and the second MOS-FET use n<+> -diffused layers 16 in common.

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、不揮発性半導体記
される憶装置に関し、特にNAND型フラッシュメモリ
のリードディスターブ不良の発生を低減できる不揮発性
半導体記憶装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a memory device for storing a nonvolatile semiconductor memory, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device capable of reducing the occurrence of read disturb failure of a NAND flash memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、スタックゲート型の不揮発性半導
体記憶装置では、トンネル酸化膜に高電圧を印加して浮
遊ゲートに電子を蓄積したり、この浮遊ゲートから電子
を引き抜いたりしてデータを保持している。このプログ
ラム/消去の度にトンネル酸化膜には高電圧が印加さ
れ、トンネル酸化膜はしだいに劣化する。この劣化によ
って、低電界領域においてもトンネル酸化膜のリーク電
流が増大することが知られている。そして、前記リーク
電流の増大のために、浮遊ゲート中の電荷が読み出し動
作時に消失する不良(リードディスターブ不良)が発生
している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a stacked gate type nonvolatile semiconductor memory device, a high voltage is applied to a tunnel oxide film to accumulate electrons in a floating gate or to extract data from the floating gate to retain data. doing. A high voltage is applied to the tunnel oxide film each time the program / erase is performed, and the tunnel oxide film gradually deteriorates. It is known that this deterioration increases the leakage current of the tunnel oxide film even in a low electric field region. Due to the increase in the leak current, a defect (read disturb defect) in which the charge in the floating gate disappears during the read operation has occurred.

【0003】以下にこのリードディスターブ不良につい
て詳細に説明する。図21に、従来のNAND型フラッ
シュメモリにおけるセルの断面図を示す。シリコン基板
100上にはトンネル酸化膜である第1のゲート絶縁膜
102を介して浮遊ゲート電極104が形成され、この
浮遊ゲート電極104上には第2の絶縁膜106を介し
て制御ゲート電極108が形成されている。そして、図
21中の破線A内が1つのメモリセルを示している。
Hereinafter, this read disturb defect will be described in detail. FIG. 21 is a sectional view of a cell in a conventional NAND flash memory. A floating gate electrode 104 is formed on a silicon substrate 100 via a first gate insulating film 102 which is a tunnel oxide film, and a control gate electrode 108 is provided on the floating gate electrode 104 via a second insulating film 106. Are formed. And the inside of the broken line A in FIG. 21 indicates one memory cell.

【0004】ここで例として、“0”にプログラムされ
たセルのしきい値電圧は2V程度とし、“1”にプログ
ラムされたセル(消去セル)のしきい値電圧は−2V程
度とする。この場合に、選択セルの状態を読み出すため
には、非選択セルが“1”または“0”のいずれにプロ
グラムされていようとデータを読み出せるようにしなけ
ればならない。このため、非選択セルのワード線(制御
ゲート電極)には、プログラムされたセルのしきい値電
圧以上の電圧、例えば5Vを印加して、非選択セルを導
通させて動作させる必要がある。
Here, as an example, the threshold voltage of a cell programmed to "0" is about 2 V, and the threshold voltage of a cell (erase cell) programmed to "1" is about -2 V. In this case, in order to read the state of the selected cell, data must be read regardless of whether the unselected cell is programmed to be "1" or "0". Therefore, it is necessary to apply a voltage equal to or higher than the threshold voltage of the programmed cell, for example, 5 V to the word line (control gate electrode) of the unselected cell to make the unselected cell conductive and operate.

【0005】通常、この際のトンネル酸化膜に印加され
る電界は4〜5MV/cmである。トンネル酸化膜の特
性が劣化していない場合には、この電界ではトンネル酸
化膜のリーク電流はきわめて小さく、電荷抜けは無視で
きる。
Usually, the electric field applied to the tunnel oxide film at this time is 4 to 5 MV / cm. When the characteristics of the tunnel oxide film are not deteriorated, the leak current of the tunnel oxide film is extremely small in this electric field, and the charge loss can be ignored.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようにプログラム/消去を繰り返して行うと、トンネ
ル酸化膜が劣化してリーク電流が増大する。このリーク
電流の増大のために、浮遊ゲート中の電荷が消失すると
いう不良(リードディスターブ不良)が発生する。
However, when the program / erase is repeatedly performed as described above, the tunnel oxide film is deteriorated and the leak current increases. Due to the increase in the leak current, a defect that the charge in the floating gate disappears (read disturb defect) occurs.

【0007】図22に、トンネル酸化膜の劣化による典
型的なストレスリーク電流特性を示す。この図22から
わかるように、ストレスリーク電流密度(Current Dens
ity)はトンネル酸化膜に印加される電界、トンネル電
界(Electric Field)に依存しており、トンネル酸化膜
に印加される電界が強くなるに従って、ストレスリーク
電流密度も増加する。
FIG. 22 shows typical stress leakage current characteristics due to the deterioration of the tunnel oxide film. As can be seen from FIG. 22, the stress leakage current density (Current Dens
) depends on the electric field applied to the tunnel oxide film and the tunnel electric field (Electric Field), and the stress leak current density increases as the electric field applied to the tunnel oxide film increases.

【0008】このことから、読み出し時の非選択ワード
線に印加される電圧を抑制することにより、前記リード
ディスターブ不良の発生を大幅に減少させることが可能
であることがわかる。このように、読み出し時に非選択
セルのトンネル酸化膜に印加される電界を緩和するこ
と、すなわちトンネル酸化膜への印加電圧を低い電圧に
抑えることがリードディスターブ不良の発生を抑制する
ための大きな課題である。
From this, it can be seen that by suppressing the voltage applied to the unselected word line at the time of reading, it is possible to greatly reduce the occurrence of the read disturb failure. Thus, reducing the electric field applied to the tunnel oxide film of the non-selected cell at the time of reading, that is, suppressing the voltage applied to the tunnel oxide film to a low voltage is a major problem for suppressing the occurrence of read disturb failure. It is.

【0009】そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされ
たものであり、読み出し時に非選択セルのトンネル酸化
膜に印加される電界を緩和することにより、リードディ
スターブ不良の発生を抑制することができる不揮発性半
導体記憶装置を提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and the occurrence of read disturb failure can be suppressed by relaxing the electric field applied to the tunnel oxide film of a non-selected cell at the time of reading. It is an object to provide a nonvolatile semiconductor memory device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置は、電荷蓄
積層を備えたメモリセルにより構成される電気的に書き
換え可能な不揮発性半導体記憶装置であって、前記メモ
リセルが、半導体層の第1の主面に形成された前記電荷
蓄積層を有するスタックゲート型の第1のトランジスタ
と、前記半導体層の第2の主面に形成されたMIS−F
ET構造を有する第2のトランジスタとから成り、前記
第1のトランジスタと前記第2のトランジスタが互いに
拡散層を共有することを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising an electrically rewritable nonvolatile semiconductor comprising a memory cell having a charge storage layer. A storage device, wherein the memory cell is formed on a first main surface of a stack gate type having the charge storage layer formed on a first main surface of a semiconductor layer, and formed on a second main surface of the semiconductor layer. MIS-F
And a second transistor having an ET structure, wherein the first transistor and the second transistor share a diffusion layer with each other.

【0011】また、さらに請求項2記載の不揮発性半導
体記憶装置は、請求項1記載の構成において、前記第1
のトランジスタのゲート長をL1、前記第2のトランジ
スタのゲート長をL2(L1<L2)としてこれらの差
をΔLとし、前記第1のトランジスタのゲート電極と前
記第2のトランジスタのゲート電極との位置ずれをδと
したとき、 ΔL = L2−L1>2δ が成り立つことを特徴とする。
Further, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the second aspect of the present invention, in the configuration according to the first aspect, the first semiconductor memory device has the first configuration.
The gate length of the first transistor is L1, the gate length of the second transistor is L2 (L1 <L2), the difference between them is ΔL, and the difference between the gate electrode of the first transistor and the gate electrode of the second transistor is When the displacement is represented by δ, the following condition is satisfied: ΔL = L2−L1> 2δ.

【0012】また、さらに請求項3記載の不揮発性半導
体記憶装置は、請求項1または2記載の構成において、
前記メモリセルが、SOI(Silicon on Insulator)構
造の素子領域に形成されていることを特徴とする。
Further, the non-volatile semiconductor memory device according to the third aspect has the configuration according to the first or second aspect,
The memory cell is formed in an element region having an SOI (Silicon on Insulator) structure.

【0013】また、さらに請求項4記載の不揮発性半導
体記憶装置は、請求項1乃至3のいずれかに記載の構成
において、前記メモリセルが2個以上直列に接続された
構造を有することを特徴とする。
Further, a nonvolatile semiconductor memory device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the configuration according to any one of the first to third aspects, the nonvolatile semiconductor memory device has a structure in which two or more memory cells are connected in series. And

【0014】また、さらに請求項5記載の不揮発性半導
体記憶装置は、請求項1乃至4のいずれかに記載の構成
において、前記メモリセルが2個以上直列に接続された
構造を有し、前記メモリセルのビット線側及びソース線
側の選択ゲートトランジスタが前記半導体層の第1の主
面に形成された前記第1のトランジスタと、前記半導体
層の第2の主面に形成された前記第2のトランジスタと
から成り、これら第1のトランジスタと前記第2のトラ
ンジスタが互いに拡散層を共有することを特徴とする。
Further, the non-volatile semiconductor memory device according to the fifth aspect has the structure according to any one of the first to fourth aspects, and has a structure in which two or more of the memory cells are connected in series. The first transistor in which select gate transistors on the bit line side and the source line side of the memory cell are formed on a first main surface of the semiconductor layer, and the first transistor formed on a second main surface of the semiconductor layer. And a second transistor, wherein the first transistor and the second transistor share a diffusion layer with each other.

【0015】また、さらに請求項6記載の不揮発性半導
体記憶装置は、請求項4または5記載の構成において、
選択メモリセルのデータ読み出し時に、非選択メモリセ
ルについては前記第2のトランジスタのゲート電極に電
圧を印加して導通させることにより、前記非選択メモリ
セルと直列接続された選択メモリセルのデータを読み出
すことを特徴とする。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6 has the configuration according to claim 4 or 5,
At the time of reading data from a selected memory cell, data is read from a selected memory cell connected in series with the non-selected memory cell by applying a voltage to the gate electrode of the second transistor to make the non-selected memory cell conductive. It is characterized by the following.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。まず、この発明の実施の
形態の不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルの構
造について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the structure of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described.

【0017】図1は、この発明の実施の形態の不揮発性
半導体記憶装置におけるメモリセルのレイアウトパター
ンを示す図である。この図1に示すように、SDG部
(素子領域)2とワード線4が互いに直交するようにレ
イアウトされ、SDG部2の間には素子分離領域6がレ
イアウトされている。
FIG. 1 is a diagram showing a layout pattern of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an SDG section (element area) 2 and a word line 4 are laid out so as to be orthogonal to each other, and an element isolation area 6 is laid out between the SDG sections 2.

【0018】図2(a)は図1中のA−A′に沿った断
面図であり、図2(b)は図1中のB−B′に沿った断
面図である。この図2に示すように、第1のシリコン半
導体層(以下シリコン層)10の表面側に電荷蓄積層と
しての浮遊ゲート電極12を有するスタックゲート型の
MOS構造電界効果型トランジスタ(以下第1のMOS
−FET)14が形成され、さらに前記第1のシリコン
層10の裏面側には通常のMIS−FET構造を有する
トランジスタ(以下第2のMOS−FET)16が形成
されている。そして、前記第1のMOS−FET14と
第2のMOS−FET16がそれぞれn+ 拡散層18を
共有しており、この第1のMOS−FET14と第2の
MOS−FET16とでメモリセルを構成している。
FIG. 2A is a sectional view taken along line AA 'in FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view taken along line BB' in FIG. As shown in FIG. 2, a stack gate type MOS structure field effect transistor (hereinafter, referred to as a first layer) having a floating gate electrode 12 as a charge storage layer on the surface side of a first silicon semiconductor layer (hereinafter, a silicon layer) 10. MOS
-FET) 14, and a transistor (hereinafter referred to as a second MOS-FET) 16 having a normal MIS-FET structure is formed on the back side of the first silicon layer 10. The first MOS-FET 14 and the second MOS-FET 16 share the n @ + diffusion layer 18, and the first MOS-FET 14 and the second MOS-FET 16 constitute a memory cell. ing.

【0019】さらに詳述すると、第1のシリコン層10
の表面側にはトンネル酸化膜である第1のゲート絶縁膜
20を介して浮遊ゲート電極12が形成され、この浮遊
ゲート電極12上には第2の絶縁膜(ONO絶縁膜)2
2を介して制御ゲート電極24が形成されている。さら
に、前記第1のシリコン層10内には、この第1のMO
S−FET14のソースまたはドレインとなるn+ 拡散
層18が形成されている。これらにより、第1のシリコ
ン層10の表面側に第1のMOS−FET14が形成さ
れる。
More specifically, the first silicon layer 10
A floating gate electrode 12 is formed on a surface side of the first gate insulating film 20 via a first gate insulating film 20 which is a tunnel oxide film, and a second insulating film (ONO insulating film) 2 is formed on the floating gate electrode 12.
2, a control gate electrode 24 is formed. Further, the first MO layer is provided in the first silicon layer 10.
An n @ + diffusion layer 18 serving as a source or a drain of the S-FET 14 is formed. As a result, a first MOS-FET 14 is formed on the front side of the first silicon layer 10.

【0020】また、前記第1のシリコン層10の裏面側
には第3のゲート絶縁膜26を介してゲート電極28が
形成されている。そして、第1のシリコン層10内のn
+ 拡散層18を前記第1のMOS−FET14と共有し
て、第1のシリコン層10の裏面側に第2のMOS−F
ET16が形成される。前記第2のMOS−FET16
下には絶縁膜30が形成され、さらにこの絶縁膜30下
には第2のシリコン基板32が設けられている。
A gate electrode 28 is formed on the back surface of the first silicon layer 10 with a third gate insulating film 26 interposed therebetween. Then, n in the first silicon layer 10
+ Diffusion layer 18 is shared with the first MOS-FET 14 and a second MOS-F
ET16 is formed. The second MOS-FET 16
An insulating film 30 is formed under the insulating film 30, and a second silicon substrate 32 is provided below the insulating film 30.

【0021】次に、このように構成された不揮発性半導
体記憶装置のメモリセルの動作について説明する。図3
は、前記不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルの
模式的な回路図である。このメモリセルは、SOI(Si
licon on Insulator)構造を有しているため、消去の仕
方が通常のNAND型フラッシュメモリと大きく異な
る。これは、SOI構造を有し、かつメモリセルの面積
の増大を抑制するために、SOI基板の電位をコントロ
ールする電極が準備されておらず、基板(ウェル)電位
に相当する第1のシリコン層のp型領域における電位が
フローティングとなっているからである。このため、通
常のNAND型フラッシュメモリセルではウェルに正電
圧を印加して消去するが、このメモリセルではそのよう
な動作が不可能となる。
Next, the operation of the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device thus configured will be described. FIG.
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device. This memory cell has an SOI (Si
(Electronic Insulator) structure, the erasing method is significantly different from that of a normal NAND flash memory. This is because an electrode for controlling the potential of the SOI substrate is not prepared in order to have an SOI structure and to suppress an increase in the area of the memory cell, and the first silicon layer corresponding to the substrate (well) potential is not provided. Is floating in the p-type region. Therefore, in a normal NAND flash memory cell, erasing is performed by applying a positive voltage to the well, but such an operation becomes impossible in this memory cell.

【0022】そこで、以下のような動作により消去が行
われる。図4は、消去動作を実行させるための制御信号
を示す図である。消去時には、例えば以下の電圧をそれ
ぞれの端子に印加する。VSL=0V、VBL=0Vと
し、Vsgs(Vsgs1、Vsgs2)=5V、Vs
gd(Vsgd1、Vsgd2)=5Vを印加し、続い
て非選択セルの制御ゲート電極24及び第2のMOS−
FET16のゲート電極(非選択ゲート)28の少なく
とも一方に、Vbgi=5VあるいはVcgi=5Vを
印加する。この状態では、選択セルのソース及びドレイ
ンである両n+ 拡散層18の電位がそれぞれVSLとV
BLになり、VSLとVBLは0Vとしているため、選
択セルの両n+ 拡散層18は0Vとなる。
Therefore, erasure is performed by the following operation. FIG. 4 is a diagram showing a control signal for causing an erasing operation to be performed. At the time of erasing, for example, the following voltages are applied to the respective terminals. VSL = 0V, VBL = 0V, Vsgs (Vsgs1, Vsgs2) = 5V, Vs
gd (Vsgd1, Vsgd2) = 5V, and then the control gate electrode 24 of the non-selected cell and the second MOS-
Vbgi = 5V or Vcgi = 5V is applied to at least one of the gate electrodes (non-selection gates) 28 of the FET 16. In this state, the potentials of the n + diffusion layers 18 as the source and drain of the selected cell are VSL and V
BL, and VSL and VBL are at 0V, so that both n + diffusion layers 18 of the selected cell are at 0V.

【0023】なお、非選択セルの制御ゲート電極24及
び第2のMOS−FET16のゲート電極28のいずれ
か一方を5Vとする場合、他方は例えば0Vとすればよ
い。さらに、トンネル酸化膜である第1のゲート絶縁膜
20におけるリーク電流の発生を抑える観点から、非選
択セルの第2のMOS−FET16のゲート電極28に
Vbgi=5Vを印加し、制御ゲート電極24の電圧は
Vcgi=0Vとすることが好ましい。
When one of the control gate electrode 24 of the non-selected cell and the gate electrode 28 of the second MOS-FET 16 is set to 5V, the other may be set to 0V, for example. Further, from the viewpoint of suppressing the occurrence of leakage current in the first gate insulating film 20 which is a tunnel oxide film, Vbgi = 5V is applied to the gate electrode 28 of the second MOS-FET 16 of the non-selected cell, and the control gate electrode 24 Is preferably Vcgi = 0V.

【0024】ここで、選択セルの制御ゲート電極24に
消去用の電圧、例えばVcgi=−20Vを印加する。
選択セルの第2のMOS−FET16のゲート電極28
は、例えばフローティングとする。この電圧印加によ
り、選択セルの浮遊ゲート電極12とn+ 拡散層18が
トンネル酸化膜を挟んで重なり合うオーバラップ領域
で、トンネル効果を利用して電子を浮遊ゲート電極12
からn+ 拡散層18へ抜き去る。これにより、トンネル
電流(FN電流)が流れ、選択セルの消去が行われる。
所望の消去時間(Tpe)経過後に、制御ゲート電極2
4にVcgi=0Vを印加し、他の信号も順次オフ(0
V)にして消去が行われる。
Here, an erasing voltage, for example, Vcgi = -20 V is applied to the control gate electrode 24 of the selected cell.
Gate electrode 28 of second MOS-FET 16 of selected cell
Is floating, for example. By this voltage application, electrons are applied to the floating gate electrode 12 using the tunnel effect in an overlap region where the floating gate electrode 12 of the selected cell and the n + diffusion layer 18 overlap with the tunnel oxide film interposed therebetween.
To the n @ + diffusion layer 18. As a result, a tunnel current (FN current) flows, and the selected cell is erased.
After elapse of a desired erase time (Tpe), the control gate electrode 2
4 is applied with Vcgi = 0V, and other signals are sequentially turned off (0
V) to perform erasure.

【0025】この動作は、選択セルが接続されているワ
ード線に関して一括して行うことができる。さらに、直
列接続されたセルに関して順次消去を行うことにより、
すべてのメモリセルの消去が可能となる。
This operation can be performed collectively for the word line to which the selected cell is connected. Furthermore, by sequentially erasing cells connected in series,
All memory cells can be erased.

【0026】なおここでは、選択ゲートトランジスタの
ソース側及びドレイン側ともにシリコン層表面側の第1
チャネル及びシリコン層裏面側の第2チャネルを有し、
それらの両方を同電位にして用いる例を示したが、これ
に限るわけではなく、ソース側、ドレイン側いずれにつ
いても、表面及び裏面の片方側だけにゲート電極を設け
て片方のみチャネルを形成してもよく、またいずれかの
ゲート電極に例えば0Vを印加して、片方のチャネルの
みオンさせて動作させることも可能である。
Here, both the source side and the drain side of the select gate transistor are the first side on the silicon layer surface side.
A channel and a second channel on the back side of the silicon layer,
Although an example of using both of them at the same potential has been described, the present invention is not limited to this, and on both the source side and the drain side, a gate electrode is provided only on one side of the front surface and the back surface, and only one channel is formed. Alternatively, for example, 0 V may be applied to any one of the gate electrodes, and only one of the channels may be turned on to operate.

【0027】次に、書き込み動作について説明する。図
5は、書き込み動作を実行させるための制御信号を示す
図である。“0”書き込みのビット線に0Vを印加し、
また“1”書き込みのビット線には例えば9Vを印加す
る。この図5に示すように、ワード線側では、書き込み
ワード線(選択ゲート)にVcgi=20Vを印加し、
非選択ワード線(非選択ゲート)にVcgi=0Vを印
加する。さらに、非選択セル(非選択ゲート)にVbg
i=10Vを印加し、ビット線の電位をセルに転送でき
るようにする。また、選択ゲートトランジスタに関して
は、ドレイン側にはVsgd=10V、Vsgs=0V
を印加する。
Next, the write operation will be described. FIG. 5 is a diagram showing control signals for executing a write operation. Apply 0V to the bit line for “0” write,
For example, 9 V is applied to the bit line for writing “1”. As shown in FIG. 5, Vcgi = 20 V is applied to the write word line (select gate) on the word line side,
Vcgi = 0V is applied to an unselected word line (unselected gate). Further, Vbg is applied to a non-selected cell (non-selected gate).
i = 10 V is applied so that the potential of the bit line can be transferred to the cell. As for the select gate transistor, Vsgd = 10 V and Vsgs = 0 V on the drain side.
Is applied.

【0028】この動作の場合、選択セルの第2のMOS
−FET16のゲート電極(選択ゲート)28に関して
は、Vbgi=0Vまたは10Vのどちらを印加しても
動作は可能であり、さらにはフローティングとしてもよ
い。所望の書き込み時間(Tpw)後に、順次制御信号
の電圧を0Vに落とすことで書き込みが可能となる。
In the case of this operation, the second MOS of the selected cell
Regarding the gate electrode (selection gate) 28 of the FET 16, the operation is possible regardless of whether Vbgi = 0 V or 10 V is applied, and the operation may be floating. After a desired writing time (Tpw), writing can be performed by sequentially lowering the voltage of the control signal to 0V.

【0029】このとき、非選択セルの制御ゲート電極2
4(非選択ゲート)はVcgi=0Vまたはフローティ
ングとする。このため、従来の技術では誤書き込みマー
ジン等が不十分であったものが、大幅にマージンが拡大
される。
At this time, the control gate electrode 2 of the non-selected cell
4 (non-selection gate) is set to Vcgi = 0V or floating. For this reason, although the erroneous write margin and the like are insufficient in the conventional technique, the margin is greatly increased.

【0030】なおここでは、選択ゲートトランジスタの
ソース側及びドレイン側ともにシリコン層表面側の第1
チャネル及びシリコン層裏面側の第2チャネルを有し、
それらの両方を同電位にして用いる例を示したが、これ
に限るわけではなく、ソース側、ドレイン側いずれにつ
いても、表面及び裏面の片方側だけにゲート電極を設け
て片方のみチャネルを形成してもよく、またいずれかの
ゲート電極に例えば0Vを印加して、片方のチャネルの
みオンさせて動作させることも可能である。
Here, both the source side and the drain side of the select gate transistor are located on the first side of the silicon layer surface side.
A channel and a second channel on the back side of the silicon layer,
Although an example of using both of them at the same potential has been described, the present invention is not limited to this, and on both the source side and the drain side, a gate electrode is provided only on one side of the front surface and the back surface, and only one channel is formed. Alternatively, for example, 0 V may be applied to any one of the gate electrodes, and only one of the channels may be turned on to operate.

【0031】次に、読み出し動作について説明する。図
6は、読み出し動作を実行させるための制御信号を示す
図である。読み出し時には、選択セルのワード線(選択
ゲート)にVcgi=0V、非選択セルのワード線(非
選択ゲート)にVcgi=0Vを印加するかまたはフロ
ーティングとし、選択セルの第2のMOS−FET16
のゲート電極(選択ゲート)28もVbgi=0Vとす
る。一方、非選択セルの第2のMOS−FET16のゲ
ート電極(非選択ゲート)28にVbgi=5Vを印加
して第2のMOS−FET16をオンさせ、直列に接続
したセルの非選択セルを全てオン状態にする。これによ
り、浮遊ゲート電極12中の電荷量に応じたセル電流が
流れ、それを検知することにより読み出しが可能とな
る。
Next, the read operation will be described. FIG. 6 is a diagram showing a control signal for executing a read operation. At the time of reading, Vcgi = 0 V is applied to the word line (select gate) of the selected cell, and Vcgi = 0 V is applied to the word line (non-selected gate) of the unselected cell, or the word line is floating, and the second MOS-FET 16 of the selected cell is set.
The gate electrode (selection gate) 28 is also set to Vbgi = 0V. On the other hand, Vbgi = 5V is applied to the gate electrode (non-selection gate) 28 of the second MOS-FET 16 of the non-selected cell to turn on the second MOS-FET 16, and all the non-selected cells of the cells connected in series are turned on. Turn on. As a result, a cell current corresponding to the amount of charge in the floating gate electrode 12 flows, and reading out becomes possible by detecting the cell current.

【0032】このとき、通常のNAND型フラッシュメ
モリセルでは、浮遊ゲート12中の電荷量に依存せずに
非選択セルをオンさせるために、非選択セルの制御ゲー
ト電極24に高電圧を印加しなければならず、この電圧
の印加がトンネル酸化膜を劣化させ、リーク電流を増大
させていた。したがって、この制御ゲート電極24への
電圧印加が、浮遊ゲート12中の電荷を消失させる不良
(リードディスターブ不良)を発生させる原因となって
いた。しかし、この実施の形態では、このような非選択
セルの制御ゲート電極24への電圧印加がなくなるた
め、浮遊ゲート12中の電荷の消失を著しく低く抑える
ことができる。
At this time, in a normal NAND flash memory cell, a high voltage is applied to the control gate electrode 24 of the non-selected cell in order to turn on the non-selected cell without depending on the charge amount in the floating gate 12. The application of this voltage deteriorates the tunnel oxide film and increases the leak current. Therefore, the application of the voltage to the control gate electrode 24 causes a defect (read disturb defect) that causes the charge in the floating gate 12 to disappear. However, in this embodiment, since no voltage is applied to the control gate electrode 24 of such an unselected cell, the loss of the charge in the floating gate 12 can be suppressed to a remarkably low level.

【0033】なおここでは、選択ゲートトランジスタの
ソース側及びドレイン側ともにシリコン層表面側の第1
チャネル及びシリコン層裏面側の第2チャネルを有し、
それらの両方を同電位にして用いる例を示したが、これ
に限るわけではなく、ソース側、ドレイン側いずれにつ
いても、表面及び裏面の片方側だけにゲート電極を設け
て片方のみチャネルを形成してもよく、またいずれかの
ゲート電極に例えば0Vを印加して、片方のチャネルの
みオンさせて動作させることも可能である。
In this case, both the source side and the drain side of the select gate transistor are formed on the first side of the silicon layer surface side.
A channel and a second channel on the back side of the silicon layer,
Although an example of using both of them at the same potential has been described, the present invention is not limited to this, and on both the source side and the drain side, a gate electrode is provided only on one side of the front surface and the back surface, and only one channel is formed. Alternatively, for example, 0 V may be applied to any one of the gate electrodes, and only one of the channels may be turned on to operate.

【0034】次に、この実施の形態の不揮発性半導体記
憶装置に製造方法について説明する。図7(a)、
(b)〜図17(a)、(b)は、この実施の形態の不
揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す各製造工程の断
面図である。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described. FIG. 7 (a),
17B to 17A and 17B are cross-sectional views of respective manufacturing steps showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment.

【0035】まず、図7(a)、(b)に示すように、
シリコン層10上に素子分離領域6を形成し、この素子
分離領域6に囲まれた素子領域に第3のゲート絶縁膜2
6を、例えばシリコン酸化膜で150オングストローム
形成する。この第3のゲート絶縁膜26上に、例えばL
PCVD法により多結晶シリコン膜28を2000オン
グストローム形成する。
First, as shown in FIGS. 7A and 7B,
An element isolation region 6 is formed on the silicon layer 10, and a third gate insulating film 2 is formed in the element region surrounded by the element isolation region 6.
6 is formed, for example, with a silicon oxide film to a thickness of 150 Å. On this third gate insulating film 26, for example, L
A polycrystalline silicon film 28 is formed to a thickness of 2000 angstroms by the PCVD method.

【0036】続いて、POCl3 を添加したガス中での
熱処理等により、前記多結晶シリコン膜28中に不純物
として燐(P)を導入する。さらに、リソグラフィ法に
より図7(a)、(b)に示すようなレジストパターン
40を形成する。
Subsequently, phosphorus (P) is introduced as an impurity into the polycrystalline silicon film 28 by a heat treatment in a gas to which POCl 3 is added. Further, a resist pattern 40 as shown in FIGS. 7A and 7B is formed by lithography.

【0037】そして、前記レジストパターン40をマス
ク材として、RIEにより燐が拡散された前記多結晶シ
リコン膜28を加工し、図8(a)、(b)に示すよう
に、第2のMOS−FET16のゲート電極28を形成
する。
Then, using the resist pattern 40 as a mask material, the polycrystalline silicon film 28 into which phosphorus has been diffused by RIE is processed, and as shown in FIGS. The gate electrode 28 of the FET 16 is formed.

【0038】続いて、図9(a)、(b)に示すよう
に、絶縁膜30を10000オングストローム形成す
る。この絶縁膜30は、例えばCVD法によりシリコン
酸化膜にて形成する。さらに、図10(a)、(b)に
示すように、前記絶縁膜30をエッチバックして絶縁膜
30表面の平坦化を行う。この平坦化は、例えばCMP
法などにより行えばよい。
Subsequently, as shown in FIGS. 9A and 9B, the insulating film 30 is formed to 10000 angstroms. This insulating film 30 is formed of, for example, a silicon oxide film by a CVD method. Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the insulating film 30 is etched back to flatten the surface of the insulating film 30. This planarization is performed, for example, by CMP.
It may be performed by a method.

【0039】次に、図11(a)、(b)に示すよう
に、シリコン層10上の前記絶縁膜30の表面と、別途
準備したシリコン基板32の表面とを貼り合わせる。そ
の後、貼り合わせ界面の強度を強くするために、例えば
800℃以上でアニールを行う。
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the surface of the insulating film 30 on the silicon layer 10 and the surface of the separately prepared silicon substrate 32 are bonded. After that, annealing is performed at, for example, 800 ° C. or more in order to increase the strength of the bonding interface.

【0040】さらに、図12(a)、(b)に示すよう
に、前記シリコン層10を薄膜化する。これは、例えば
研磨などによりシリコン層10を薄膜にし、最後にCM
P法等でエッチングを行い、素子分離領域6の表面が露
出した段階でエッチングを終了させる手法などを用いて
行う。この工程により、島状のSOI(Silicon on Ins
ulator)型のSDG部2が形成される。
Further, as shown in FIGS. 12A and 12B, the silicon layer 10 is thinned. This is because, for example, the silicon layer 10 is thinned by polishing, etc.
Etching is performed by the P method or the like, and the etching is completed when the surface of the element isolation region 6 is exposed. Through this process, island-shaped SOI (Silicon on Ins)
(ulator) type SDG section 2 is formed.

【0041】この後は、通常のNAND型フラッシュメ
モリの製造工程によりこの不揮発性半導体記憶装置が形
成される。以下に、その工程を簡単に記述する。図13
(a)、(b)に示すように、前記SDG部2の表面に
トンネル酸化膜を有する第1のゲート絶縁膜20を形成
し、さらにこの第1のゲート絶縁膜20上に例えばLP
CVD法により多結晶シリコン膜12を1500オング
ストローム形成する。続いて、例えばPOCl3 を添加
したガス中での熱処理等により、前記多結晶シリコン膜
12中に不純物として燐(P)を導入する。その後、通
常のリソグラフィ法によりセルアレイ部にスリット42
を形成する。
Thereafter, the non-volatile semiconductor memory device is formed by a normal NAND flash memory manufacturing process. The steps will be described briefly below. FIG.
As shown in (a) and (b), a first gate insulating film 20 having a tunnel oxide film is formed on the surface of the SDG portion 2, and further, for example, LP on the first gate insulating film 20 is formed.
The polycrystalline silicon film 12 is formed to 1500 angstroms by the CVD method. Subsequently, phosphorus (P) is introduced as an impurity into the polycrystalline silicon film 12 by, for example, a heat treatment in a gas to which POCl3 is added. Thereafter, slits 42 are formed in the cell array portion by a normal lithography method.
To form

【0042】続いて、図14(a)、(b)に示すよう
に、前記多結晶シリコン膜12の表面を酸化して50オ
ングストロームの酸化膜を形成し、さらに例えばLPC
VD法によりシリコン窒化膜を100オングストローム
形成し、さらにこのシリコン窒化膜上にシリコン酸化膜
を50オングストローム形成する。これら3つの膜によ
りONO膜22が形成される。
Subsequently, as shown in FIGS. 14A and 14B, the surface of the polycrystalline silicon film 12 is oxidized to form an oxide film having a thickness of 50 Å.
A 100 .ANG. Silicon nitride film is formed by the VD method, and a 50 .ANG. Silicon oxide film is formed on the silicon nitride film. The ONO film 22 is formed by these three films.

【0043】その後、前記ONO膜22上に、例えばL
PCVD法により多結晶シリコン膜24を4000オン
グストローム形成する。続いて、POCl3 を添加した
ガス中での熱処理等により、前記多結晶シリコン膜24
中に不純物として燐(P)を導入する。なお、ここでは
図示していないが、前記多結晶シリコン膜24上にタン
グステンシリサイドなどの高融点金属シリサイドを積層
形成してもよい。
Thereafter, for example, L
The polycrystalline silicon film 24 is formed to 4000 angstroms by the PCVD method. Subsequently, the polycrystalline silicon film 24 is subjected to a heat treatment in a gas to which POCl3 is added.
Phosphorus (P) is introduced therein as an impurity. Although not shown here, a high melting point metal silicide such as tungsten silicide may be laminated on the polycrystalline silicon film 24.

【0044】続いて、セル部の加工のために、リソグラ
フィ法により図15(a)、(b)に示すようなレジス
トパターン44を形成する。そして、図16(a)、
(b)に示すように、前記レジストパターン44をマス
ク材として、燐が拡散された前記多結晶シリコン膜2
4、ONO膜22、及び燐が拡散された前記多結晶シリ
コン膜12を順次RIEにより加工し、制御ゲート電極
24と浮遊ゲート電極12を形成する。
Subsequently, for processing the cell portion, a resist pattern 44 as shown in FIGS. 15A and 15B is formed by lithography. Then, FIG.
As shown in (b), the polycrystalline silicon film 2 in which phosphorus has been diffused using the resist pattern 44 as a mask material.
4. The ONO film 22 and the polycrystalline silicon film 12 in which phosphorus is diffused are sequentially processed by RIE to form the control gate electrode 24 and the floating gate electrode 12.

【0045】さらに、図17(a)、(b)に示すよう
に、前記制御ゲート電極24をマスクとして砒素(A
s)をイオン注入することにより、n+ 拡散層18を形
成する。その後、通常の工程に従って、この不揮発性半
導体記憶装置の製造を行う。
Further, as shown in FIGS. 17A and 17B, arsenic (A) is formed using the control gate electrode 24 as a mask.
By ion implantation of s), an n @ + diffusion layer 18 is formed. Thereafter, the non-volatile semiconductor storage device is manufactured according to a normal process.

【0046】なお、前記実施の形態では、図7(b)に
示すように、素子分離領域6が部分的にシリコン層10
に埋め込まれ、このシリコン層10上に盛り上がった構
造を有しているが、シリコン層10表面に関しては特に
盛り上がっている必要はなく、例えば図18に示すよう
に、シリコン層10に溝を掘ってそこを絶縁膜で埋め込
んだトレンチ構造の素子分離領域50を用いることも可
能である。このトレンチ構造の素子分離領域50を用い
て、製造した不揮発性半導体記憶装置を図19に示す。
In the above embodiment, as shown in FIG. 7B, the element isolation region 6 is partially formed in the silicon layer 10.
And has a raised structure on the silicon layer 10. However, the surface of the silicon layer 10 does not need to be raised particularly. For example, as shown in FIG. It is also possible to use an element isolation region 50 having a trench structure in which the insulating film is buried. FIG. 19 shows a nonvolatile semiconductor memory device manufactured using the element isolation region 50 having the trench structure.

【0047】また、選択ゲートトランジスタの製造方法
については、前記実施の形態では特に言及していない
が、メモリセルと同様の製造工程で第1及び第2のMO
S−FETを有する構造とすることができる。このよう
にすれば、選択ゲートトランジスタとセルを同一の工程
で作成できるため、セルアレイ中での加工が容易になる
というメリットがある。
Although the method of manufacturing the select gate transistor is not specifically described in the above embodiment, the first and second MOs are manufactured in the same manufacturing process as that of the memory cell.
A structure having an S-FET can be employed. In this case, since the select gate transistor and the cell can be formed in the same process, there is an advantage that the processing in the cell array becomes easy.

【0048】以上説明したようにこの実施の形態の不揮
発性半導体記憶装置によれば、メモリセルの面積を増加
することなく、選択セルの読み出し時に非選択セルのト
ンネル酸化膜に電界を印加しなくてもよいため、読み出
し動作に伴う非選択セルの蓄積データ抜けによる不良
(リードディスターブ不良)の発生を抑制することがで
きる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, the electric field is not applied to the tunnel oxide film of the non-selected cell at the time of reading the selected cell without increasing the area of the memory cell. Therefore, it is possible to suppress occurrence of a defect (read disturb defect) due to missing stored data in a non-selected cell due to a read operation.

【0049】またさらに、書き込み時のディスターブ不
良に対してもバックゲート側のトランジスタ(第2のM
OS−FET16)でビット線電圧を転送できるため、
耐性が向上する。さらに、選択ゲートトランジスタにも
同様の構造を用いることにより、選択ゲートトランジス
タの電流駆動力が改善され動作性能が向上する。また、
セルにおいては“1”書き込みの際に中間電位の転送を
行うが、セルがSOI構造となっており、しきい値電圧
に対する基板電圧依存性がないため電位の転送が容易で
あり、従来よりも低い電圧の印加で中間電位の転送が行
える。これにより、セル設計マージンが向上する。
Further, a transistor on the back gate side (second M
Since the bit line voltage can be transferred by the OS-FET 16),
Improves resistance. Further, by using a similar structure for the select gate transistor, the current driving capability of the select gate transistor is improved and the operation performance is improved. Also,
In the cell, an intermediate potential is transferred at the time of writing "1". However, since the cell has an SOI structure and has no dependency on the substrate voltage with respect to the threshold voltage, the potential can be easily transferred. An intermediate potential can be transferred by applying a low voltage. Thereby, a cell design margin is improved.

【0050】ところで、前述した製造方法においてn+
拡散層18は、浮遊ゲート電極12及び制御ゲート電極
24に対してセルフアラインで形成されているが、ゲー
ト電極28に対してはセルフアラインで形成されていな
い。したがって、リソグラフィ時の合わせずれが大きい
とき、前記ゲート電極28をゲートとする第2のMOS
−FET16が形成できない場合、すなわちオフセット
型のMOS−FETとなる場合が発生する。このオフセ
ット型のMOS−FETとなるのを防ぐために、以下の
ようなメモリセルの寸法関係で設計するとよい。
Incidentally, in the manufacturing method described above, n +
The diffusion layer 18 is formed in a self-aligned manner with respect to the floating gate electrode 12 and the control gate electrode 24, but is not formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 28. Therefore, when the misalignment at the time of lithography is large, the second MOS having the gate electrode 28 as a gate is used.
-The case where the FET 16 cannot be formed, that is, the case where an offset type MOS-FET is formed occurs. In order to prevent the offset-type MOS-FET from being formed, it is preferable to design the memory cell according to the following dimensional relationship of the memory cells.

【0051】以下に前記実施の形態の不揮発性半導体記
憶装置を製造する過程で、リソグラフィの合わせ余裕の
マージンを拡大させるためのメモリセルの寸法関係につ
いて説明する。
In the following, a description will be given of the dimensional relationship of memory cells for increasing the margin of lithography alignment margin in the process of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the above embodiment.

【0052】図20は、リソグラフィの合わせ余裕のマ
ージンを拡大させるためのメモリセルの寸法関係を示す
不揮発性半導体記憶装置の断面図である。この図20に
示すように、シリコン層10の上面側に、順にトンネル
酸化膜である第1のゲート絶縁膜20、浮遊ゲート電極
12、ONO絶縁膜22、及び制御ゲート電極24を有
し、さらにこの制御ゲート電極24の両側のシリコン層
10内にソース、ドレインとなるn+ 拡散層18を有す
るスタック型の第1のMOS−FET14が形成されて
いる。さらに、シリコン層10の下面側に、第3のゲー
ト絶縁膜26、及びゲート電極28を有する第2のMO
S−FET16が形成されている。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device showing the dimensional relationship of memory cells for increasing the margin of lithography alignment margin. As shown in FIG. 20, a first gate insulating film 20, which is a tunnel oxide film, a floating gate electrode 12, an ONO insulating film 22, and a control gate electrode 24 are sequentially provided on the upper surface side of the silicon layer 10, In the silicon layer 10 on both sides of the control gate electrode 24, a stacked first MOS-FET 14 having an n @ + diffusion layer 18 serving as a source and a drain is formed. Further, a second MO having a third gate insulating film 26 and a gate electrode 28 on the lower surface side of the silicon layer 10 is formed.
An S-FET 16 is formed.

【0053】ここで、リソグラフィ法による合わせずれ
をδとして、図20に示すように、図面上でこの合わせ
ずれδを制御ゲート電極24とゲート電極28とのずれ
量とする。さらに、制御ゲート電極24のゲート長をL
1、ゲート電極28のゲート長をL2とし、これらの差
をΔLとすると、上記実施の形態の不揮発性半導体記憶
装置は、ΔL = L2−L1>2δ…(1) を満足
しており、設計上制御ゲート電極24とゲート電極28
のチャネル長方向の中心が一致している場合には、第2
のMOS−FET16はオフセット型のMOS−FET
にはならない。したがって、第2のMOS−FET16
のゲート長L2と第1のMOS−FET14のゲート長
L1との差ΔLが式(1)を満足する限り、第2のMO
S−FET16がオフセット型のMOS−FETになる
ことはなく、所望の動作を実現することができる。
Here, assuming that the misalignment by the lithography method is δ, as shown in FIG. 20, this misalignment δ is the amount of misalignment between the control gate electrode 24 and the gate electrode 28 on the drawing. Further, the gate length of the control gate electrode 24 is set to L
1. Assuming that the gate length of the gate electrode 28 is L2 and the difference between them is ΔL, the nonvolatile semiconductor memory device of the above embodiment satisfies ΔL = L2−L1> 2δ (1) Upper control gate electrode 24 and gate electrode 28
If the centers in the channel length direction match, the second
MOS-FET 16 is an offset type MOS-FET
It does not become. Therefore, the second MOS-FET 16
As long as the difference ΔL between the gate length L2 of the first MOS-FET 14 and the gate length L1 of the first MOS-FET 14 satisfies the expression (1), the second MO
The S-FET 16 does not become an offset type MOS-FET, and a desired operation can be realized.

【0054】すなわち、メモリセル側(第1のMOS−
FET14側)はスタックゲートに対してMOS−FE
Tのソース、ドレイン(n+ 拡散層18)をセルフアラ
インで形成することが可能であるが、バックチャネル側
(第2のMOS−FET16側)のパストランジスタを
セルフアラインで形成することはできない。したがっ
て、この場合拡散層との合わせ余裕を非常に厳しく管理
しないとオフセット型のMOS−FETになる可能性が
あり、合わせ余裕のマージンが大きくないとその管理が
難しい。そこで、前述した寸法関係を有するようにバッ
クチャネル側のゲート長L2をメモリセル側のゲート長
L1より長くすることにより、合わせ余裕を拡大して管
理を容易化し、オフセット型のMOS−FETになる可
能性をなくすことができる。
That is, the memory cell side (the first MOS-
FET 14) is MOS-FE to the stack gate.
Although the source and drain of T (n @ + diffusion layer 18) can be formed by self-alignment, the pass transistor on the back channel side (second MOS-FET 16 side) cannot be formed by self-alignment. Therefore, in this case, if the alignment margin with the diffusion layer is not very strictly managed, there is a possibility that the MOS-FET will be an offset type MOS FET, and if the alignment margin is not large, the management is difficult. Therefore, by making the gate length L2 on the back channel side longer than the gate length L1 on the memory cell side so as to have the above-described dimensional relationship, the alignment margin is expanded to facilitate management, and an offset type MOS-FET is obtained. Possibilities can be eliminated.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、読み
出し時に非選択セルのトンネル酸化膜に印加される電界
を緩和することにより、リードディスターブ不良の発生
を抑制することができる不揮発性半導体記憶装置を提供
することが可能である。
As described above, according to the present invention, by reducing the electric field applied to the tunnel oxide film of a non-selected cell at the time of reading, the occurrence of a read disturb failure can be suppressed. It is possible to provide a storage device.

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

【図1】この発明の実施の形態の不揮発性半導体記憶装
置におけるメモリセルのレイアウトパターンを示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a layout pattern of a memory cell in a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;

【図2】(a)は図1中のA−A′に沿った断面図であ
り、(b)は図1中のB−B′に沿った断面図である。
2A is a cross-sectional view along AA 'in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view along BB' in FIG.

【図3】この発明の実施の形態の不揮発性半導体記憶装
置におけるメモリセルの模式的な回路図である。
FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention;

【図4】消去動作を実行させるための制御信号を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a control signal for causing an erasing operation to be performed.

【図5】書き込み動作を実行させるための制御信号を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing control signals for executing a write operation.

【図6】読み出し動作を実行させるための制御信号を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a control signal for executing a read operation.

【図7】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図8】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of the embodiment.

【図9】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図10】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図11】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図12】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図13】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図14】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図15】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図16】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図17】この実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法を示す製造工程の断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a manufacturing step showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.

【図18】この実施の形態の変形例の不揮発性半導体記
憶装置の製造工程の断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the nonvolatile semiconductor memory device according to the modification of the embodiment.

【図19】この実施の形態の変形例の不揮発性半導体記
憶装置の断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a modification of the embodiment.

【図20】リソグラフィの合わせ余裕のマージンを拡大
させるためのメモリセルの寸法関係を示す不揮発性半導
体記憶装置の断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device showing a dimensional relationship of a memory cell for expanding a margin of lithography alignment allowance.

【図21】従来のNAND型フラッシュメモリにおける
メモリセルの断面図である。
FIG. 21 is a sectional view of a memory cell in a conventional NAND flash memory.

【図22】トンネル酸化膜の劣化による典型的なストレ
スリーク電流特性を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing typical stress leak current characteristics due to deterioration of a tunnel oxide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…SDG部 4…ワード線 6…素子分離領域 10…第1のシリコン半導体層(シリコン層) 12…浮遊ゲート電極 14…スタックゲート型のMOS構造電界効果型トラン
ジスタ(第1のMOS−FET) 16…MIS−FET構造を有するトランジスタ(第2
のMOS−FET) 18…n+ 拡散層 20…第1のゲート絶縁膜 22…第2の絶縁膜(ONO絶縁膜) 24…制御ゲート電極 26…第3のゲート絶縁膜 28…ゲート電極 30…絶縁膜 32…第2のシリコン基板 40…レジストパターン 42…スリット 44…レジストパターン 50…素子分離領域
2 SDG part 4 Word line 6 Element isolation region 10 First silicon semiconductor layer (silicon layer) 12 Floating gate electrode 14 Stack gate type MOS structure field effect transistor (first MOS-FET) 16... A transistor having a MIS-FET structure (second transistor)
18 n + diffusion layer 20 first gate insulating film 22 second insulating film (ONO insulating film) 24 control gate electrode 26 third gate insulating film 28 gate electrode 30 Insulating film 32 second silicon substrate 40 resist pattern 42 slit 44 resist pattern 50 element isolation region

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電荷蓄積層を備えたメモリセルにより構
成される電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装
置において、 前記メモリセルが、半導体層の第1の主面に形成された
前記電荷蓄積層を有するスタックゲート型の第1のトラ
ンジスタと、前記半導体層の第2の主面に形成されたM
IS−FET構造を有する第2のトランジスタとから成
り、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタ
が互いに拡散層を共有することを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置。
1. An electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device comprising a memory cell having a charge storage layer, wherein the memory cell is formed on a first main surface of a semiconductor layer. A first transistor of a stack gate type having a layer and an M formed on a second main surface of the semiconductor layer.
A nonvolatile semiconductor memory device comprising a second transistor having an IS-FET structure, wherein the first transistor and the second transistor share a diffusion layer with each other.
【請求項2】 前記第1のトランジスタのゲート長をL
1、前記第2のトランジスタのゲート長をL2(L1<
L2)としてこれらの差をΔLとし、前記第1のトラン
ジスタのゲート電極と前記第2のトランジスタのゲート
電極との位置ずれをδとしたとき、 ΔL = L2−L1>2δ が成り立つことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半
導体記憶装置。
2. The gate length of the first transistor is L
1. The gate length of the second transistor is L2 (L1 <
L2), when ΔL is the difference between the two, and δ is the displacement between the gate electrode of the first transistor and the gate electrode of the second transistor, ΔL = L2−L1> 2δ. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記メモリセルは、SOI(Silicon on
Insulator)構造の素子領域に形成されていることを特
徴とする請求項1または2記載の不揮発性半導体記憶装
置。
3. The memory cell according to claim 1, wherein the memory cell is an SOI (Silicon on Silicon).
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed in an element region having an Insulator structure.
【請求項4】 前記メモリセルが2個以上直列に接続さ
れた構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれか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 the nonvolatile semiconductor memory device has a structure in which two or more memory cells are connected in series.
【請求項5】 前記メモリセルが2個以上直列に接続さ
れた構造を有し、前記メモリセルのビット線側及びソー
ス線側の選択ゲートトランジスタが前記半導体層の第1
の主面に形成された前記第1のトランジスタと、前記半
導体層の第2の主面に形成された前記第2のトランジス
タとから成り、これら第1のトランジスタと前記第2の
トランジスタが互いに拡散層を共有することを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の不揮発性半導体記
憶装置。
5. A memory cell having a structure in which two or more memory cells are connected in series, and a select gate transistor on a bit line side and a source line side of the memory cell is a first gate of the semiconductor layer.
And a second transistor formed on a second main surface of the semiconductor layer. The first transistor and the second transistor are diffused with each other. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device shares a layer.
【請求項6】 選択メモリセルのデータ読み出し時に、
非選択メモリセルについては前記第2のトランジスタの
ゲート電極に電圧を印加して導通させることにより、前
記非選択メモリセルと直列接続された選択メモリセルの
データを読み出すことを特徴とする請求項4または5記
載の不揮発性半導体記憶装置。
6. When reading data from a selected memory cell,
The data of a selected memory cell connected in series with the non-selected memory cell is read by applying a voltage to the gate electrode of the second transistor to make the non-selected memory cell conductive. Or the nonvolatile semiconductor memory device according to 5.
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