JPH11214548A - Structure of stacked gate memory cell and its manufacturing method - Google Patents

Structure of stacked gate memory cell and its manufacturing method

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JPH11214548A
JPH11214548A JP10165570A JP16557098A JPH11214548A JP H11214548 A JPH11214548 A JP H11214548A JP 10165570 A JP10165570 A JP 10165570A JP 16557098 A JP16557098 A JP 16557098A JP H11214548 A JPH11214548 A JP H11214548A
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JP
Japan
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voltage generator
memory cell
gate memory
stacked gate
power supply
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Application number
JP10165570A
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Japanese (ja)
Inventor
Meika Ki
明華 季
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SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRC
SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRCUIT CO Ltd
Original Assignee
SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRC
SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRCUIT CO Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a holding time similar to an EEPROMs, a flash memory cells or a DRAM cells and a comparatively long program erasing time by forming a tunnel oxide film structure of stacked gate memory cells. SOLUTION: A source diffusion region 265 and a second diffusion well 215 are connected to a source control voltage generator Vs , and a drain diffusion region 255 is connected to a drain control voltage generator Vd . Further, an upper plate electrode 250 of a capacitor which is a control gate of MOS transistors is connected to a word line voltage generator Vwordd , and a deep N-well diffusion region 210 is connected to a deep diffusion voltage generator Vnw1 . The source control voltage generator Vs , the drain control voltage generator Vd , the wordline voltage generator Vword , and the deep diffusion voltage generator Vnw1 are regulated and used for controlling a program, an erasion and a detection of digital data inside stacked gate memory cells.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、メモリセル(memory
cell)の構造に関し、特に、メモリセルの構造とその
製造方法に関するものであって、電気的消去書込み可能
型読出し専用メモリ(Electrically Erasable Programm
able Read Only Memory = EEPROM)に近い保持時間(re
tention time)を有し、ダイナミックランダムアクセス
メモリ(Dynamic Random Access Memory = DRAM)に近
い書込み・消去時間を有するスタックト(stacked)ゲ
ートメモリセルの構造とその製造方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a memory cell (memory cell).
The present invention relates to the structure of a memory cell, and more particularly to the structure of a memory cell and a method of manufacturing the same, and relates to an electrically erasable programmable read only memory (Electrically Erasable Programmable
retention time (re
The present invention relates to a structure of a stacked gate memory cell having a retention time and a write / erase time close to that of a dynamic random access memory (DRAM) and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】DRAMセルおよびDRAMアレイ(ar
rays)の構造および製造方法は、公知技術である。図1
(a)において、公知の高密度メモリセルの構造は、電
荷のオンオフを制御するトランジスタM1と、電荷を蓄
積するキャパシタCとから構成される。図1(b)にお
いて、トランジスタM1が3重ウェル中に作製されたN
MOSとなっている。P型基板10中に深いNウェル1
5が形成される。この深いNウェル15は、シリコンの
選択酸化(Local Oxidation of Silicon = LOCOS)でフ
ィールド酸化膜25を形成する際に、開口部分に形成さ
れる。深いNウェル15中に浅いPウェル20が形成さ
れる。NMOSであるトランジスタM1のゲート35
は、導電材料で形成されるものであって、例えば、絶縁
ゲート酸化膜32上にポリシリコン材料を配置するとと
もに、パターニングによりNMOSであるトランジスタ
1中のドレイン30およびソース40間のチャネル領
域37を形成する。
2. Description of the Related Art DRAM cells and DRAM arrays (ar
The structure and manufacturing method of rays are well known in the art. FIG.
(A), the structure of a known high-density memory cell is composed of a transistor M 1 for controlling the on-off charge, a capacitor C for storing charge. In FIG. 1 (b), N transistor M 1 is made in triplicate wells
MOS. Deep N well 1 in P-type substrate 10
5 are formed. The deep N-well 15, when forming a field oxide film 25 of silicon selective oxidation (Loc al O xidation of S ilicon = LOCOS), is formed in the opening portion. A shallow P well 20 is formed in a deep N well 15. The gate of the transistor M 1 is an NMOS 35
Is, there is formed a conductive material, for example, an insulating gate oxide film 32 with disposing the polysilicon material over the channel region 37 between the drain 30 and source 40 in the transistor M 1 is an NMOS by patterning To form

【0003】誘電膜50が、トランジスタM1中のN+
レイン30上に位置しており、この誘電膜50上に基板
10のバイアス電圧(biasing voltage)源と相互接続
する導電金属45を配置してキャパシタCを形成してい
る。このキャパシタCについては、後述する。特殊な構
造のキャパシタCについては、“The Evolution Of DRA
M Cell Technology" by El-Kareh et al., Solid State
Technology, May 1997, pp. 89-101を参照されたい。
メモリセルの最小蓄積静電容量(storage capacitanc
e)を約30〜40fF(フェムト・ファラド)に維持
するために、複雑な半導体製造プロセスによりこれらの
DRAMセル構造を改善する必要があった。なお、PM
OSトランジスタを採用したDRAMセルについては、
反対の極性ならびに手順により構成することができるの
で、改めて説明しない。
A dielectric film 50 is located on the N + drain 30 in the transistor M 1 , on which a conductive metal 45 interconnecting a biasing voltage source of the substrate 10 is disposed. To form the capacitor C. This capacitor C will be described later. For the capacitor C with a special structure, refer to “The Evolution Of DRA
M Cell Technology "by El-Kareh et al., Solid State
See Technology, May 1997, pp. 89-101.
Minimum storage capacitance of memory cell (storage capacitanc
In order to maintain e) at about 30-40 fF (femto farad), there was a need to improve these DRAM cell structures by complex semiconductor manufacturing processes. Note that PM
For DRAM cells employing OS transistors,
Since it can be constituted by the opposite polarity and procedure, it will not be described again.

【0004】従来技術においては、通常、深いNウェル
15に対して電力供給電圧源(power supply voltage s
ource)Vcc(すなわちチップ上の最高電位)を印加す
るとともに、Pウェル20に対しては基板バイアス電圧
源(substrate biasing voltage source)Vss(すなわ
ちチップ上の最低電圧)を印加していた。基板バイアス
電圧源Vssを接地電圧より低いもの(すなわちマイナス
電位)とすることで、トランジスタM1を通過するリー
ク電流(leakage current)を減少させていた。キャパ
シタC中に電荷が存在すればロジック値“1"であり、
電荷が存在しなければロジック値“0"である。キャパ
シタCとトランジスタM1中のN+ドレイン30とが接続
され、N+ソース40がビット線Vbitと接続され、かつ
ビット線VbitでDRAMセルの読出し・書込みを制御
していた。MOSトランジスタM1のゲート35および
ワード線Vwordが接続され、DRAMセルの選択に使用
されていた。
In the prior art, a power supply voltage source is typically provided for the deep N-well 15.
Ource) V cc (ie, the highest potential on the chip) was applied, and a substrate biasing voltage source V ss (ie, the lowest voltage on the chip) was applied to the P-well 20. The substrate bias voltage source V ss lower than the ground voltage (i.e., negative potential) With had reduced the leakage current (Leakage current) passing through the transistor M 1. If there is a charge in the capacitor C, the logic value is “1”,
If there is no charge, the logic value is “0”. And N + drain 30 in the capacitor C and the transistor M 1 is connected, N + source 40 is connected to the bit line V bit, and controlled the reading and writing of DRAM cells in the bit line V bit. MOS transistor M 1 of the gate 35 and the word line V word is connected, it was used in the selection of the DRAM cell.

【0005】消去可能型読出し専用メモリ(Erasable P
rogrammable Read Only Memory = EPROM)あるいはフラ
ッシュメモリセル(flash memory cell)は、DRAM
セルと同様に、製造方法ならびにその構造が公知のもの
である。図2(a)において、EPROMまたはフラッ
シュメモリセルは、MOSトランジスタM1上に構成さ
れる。MOSトランジスタM1のゲートとキャパシタC
の下部プレート(bottom plate)が結合され、かつキャ
パシタCのチャネルCchとも結合されている。MOSト
ランジスタM1およびキャパシタCのゲートは、フロー
ティングゲート(floating gate)構造となっている。
そして、キャパシタCの上部プレート(top plate)と
ワード線Vwordの制御電圧源(control voltage sourc
e)とが接続されている。キャパシタCの上部プレート
はMOSトランジスタのコントロールゲート(control
gate)となっている。フローティングゲート(すなわち
MOSトランジスタM1のゲート)の電位を簡単に表す
と、次の数式1となる。式中、γは、コントロールゲー
トの結合率(coupling ratio)である。
An erasable read-only memory (Erasable P)
rogrammable Read Only Memory (EPROM) or flash memory cell (flash memory cell)
As with the cell, the manufacturing method and its structure are known. In FIG. 2 (a), EPROM or flash memory cell is constructed on the MOS transistor M 1. The gate of the MOS transistor M 1 and the capacitor C
Are coupled to each other, and also to the channel Cch of the capacitor C. The gates of the MOS transistor M 1 and the capacitor C have a floating gate structure.
And, a control voltage source (control voltage source) for the top plate of the capacitor C and the word line V word.
e) and are connected. The upper plate of the capacitor C is a control gate (control) of the MOS transistor.
gate). Briefly represents the potential of the floating gate (i.e., the gate of the MOS transistor M 1), the following equation 1. Where γ is the coupling ratio of the control gate.

【0006】[0006]

【数1】Vfg = Vword+C/(C+Cch) = V
+γ
V fg = V word + C / (C + C ch ) = V
+ Γ

【0007】なお、フラッシュメモリセルとEPROM
セルとは類似しているが、フラッシュメモリセルには薄
いトンネル酸化膜(tunneling oxide)を備えているの
で、電気的な消去(electrically erased)が可能であ
る。
A flash memory cell and an EPROM
Although similar to cells, flash memory cells have a thin tunneling oxide, so that they can be electrically erased.

【0008】図2(b)において、P型基板110中に
EPROMあるいはフラッシュメモリセルを形成する。
深いNウェル115は、シリコンの選択分離でLOCO
S絶縁膜を形成する際に、開口部分に形成される。深い
Nウェル115内に浅いPウェル120を形成する。浅
いPウェル120内にN+ドレイン130とN+ソース1
40とを形成する。そして、基板110の表面上に比較
的薄いゲート酸化膜132を成長させる。通常、フラッ
シュメモリセルの薄いゲート酸化膜132は、その厚さ
を約90〜120Åとし、EPROMの薄いゲート酸化
膜132の厚さは、約150〜250Åである。フラッ
シュメモリセルの薄いゲート酸化膜132は、消去サイ
クル時に電子の通り抜けを促進するので、後述するよう
にトンネル酸化膜と呼ばれている。ドレイン130とソ
ース140との間にあるチャネル領域137上にポリシ
リコンのフローティングゲート135を形成する。フロ
ーティングゲート135上に誘電膜134を配置して第
2のポリシリコンであるコントロールゲート139と分
離する。次に、P型基板110内にP+を拡散して、接
点(terminal)からP型基板110に至る低抵抗経路を
提供する。この接点と基板電圧発生器(substrate volt
age generator)Vssとが接続している。多くのEPR
OMまたはフラッシュメモリにおいて、基板電圧発生器
ssは、通常、接地基準電位(0V)に設定される。ま
た、ソース140とソース制御電圧発生器(source con
trol voltage generator)Vsとが接続されている。コ
ントロールゲート139とワード線制御電圧源Vword
が接続されている。N+ドレイン130とビット線電圧
源Vbitとが接続されている。
Referring to FIG. 2B, an EPROM or a flash memory cell is formed in a P-type substrate 110.
The deep N-well 115 has a low
When the S insulating film is formed, it is formed in the opening. A shallow P well 120 is formed in a deep N well 115. N + drain 130 and N + source 1 in shallow P well 120
40 are formed. Then, a relatively thin gate oxide film 132 is grown on the surface of the substrate 110. Typically, the thin gate oxide 132 of the flash memory cell has a thickness of about 90-120 °, and the thin gate oxide 132 of the EPROM has a thickness of about 150-250 °. The thin gate oxide film 132 of the flash memory cell promotes the passage of electrons during an erase cycle, and is therefore called a tunnel oxide film as described later. A floating gate 135 of polysilicon is formed on a channel region 137 between the drain 130 and the source 140. A dielectric film 134 is arranged on the floating gate 135 to separate it from the control gate 139 which is the second polysilicon. Next, P + is diffused into the P-type substrate 110 to provide a low resistance path from the terminal to the P-type substrate 110. This contact and the substrate voltage generator (substrate volt
age generator) V ss is connected. Many EPR
In an OM or a flash memory, the substrate voltage generator V ss is usually set to a ground reference potential (0 V). Also, the source 140 and a source control voltage generator (source con
and trol voltage generator) V s is connected. The control gate 139 and the word line control voltage source V word are connected. N + drain 130 and bit line voltage source Vbit are connected.

【0009】従来の操作によれば、EPROMまたはフ
ラッシュメモリセルは、ワード線制御電圧源発生器V
wordを比較的高い負電圧(−10V)に設定して書込み
を行っていた。ビット線制御電圧発生器Vbitは、比較
的高い正電圧(6V)に設定されていた。ソース制御電
圧発生器Vsは、接地基準電位(0V)に設定されてい
た。このような電圧によって、ドレイン130に近いチ
ャネル領域137においてホットエレクトロン(hot el
ectrons)を発生させることができ、これらホットエレ
クトロンが十分なエネルギーを備え、かつ加速されてト
ンネル酸化膜132を通過して、フローティングゲート
135中に捕獲される。捕獲された電子によりメモリセ
ルのしきい値電圧(threshold voltage)がメモリセル
のコントロールゲートと比較して3〜5ボルト上昇す
る。この捕獲されたホットエレクトロンによって引き起
こされたしきい値電圧の変化により書込みが行われる。
この書込み方法は、通常、「チャネルホットエレクトロ
ン」書込みと呼ばれる。
According to conventional operation, an EPROM or flash memory cell is provided with a word line control voltage source generator V
Writing was performed by setting the word to a relatively high negative voltage (-10 V). The bit line control voltage generator V bit was set to a relatively high positive voltage (6 V). Source control voltage generator V s had been set to the ground reference potential (0V). With such a voltage, hot electrons (hot ellipse) are generated in the channel region 137 near the drain 130.
ectrons), and these hot electrons have sufficient energy and are accelerated through tunnel oxide 132 and are trapped in floating gate 135. The captured electrons raise the threshold voltage of the memory cell by 3-5 volts compared to the control gate of the memory cell. Writing is performed by a change in threshold voltage caused by the captured hot electrons.
This writing method is commonly referred to as "channel hot electron" writing.

【0010】別な書込み方法としては、ファウラー・ノ
ルドハイム(Fowler - Nordheim)形トンネル効果があ
り、ワード線制御電圧発生器Vwordを比較的高い正電圧
(15V)に設定して書込みを行っていた。ビット線制
御電圧発生器Vbitおよびソース制御電圧発生器Vsは、
接地基準電位(0V)に設定されていた。このようにし
て、トンネル酸化膜132を通過して電界を形成してい
たが、その大きさは約10MV/cmであった。この
時、電子がドレイン130およびソース140とチャネ
ル領域137とからフローティングゲート135へ突き
抜けて、これらホットエレクトロンがメモリセルのしき
い値電圧を電力供給電圧源Vccより大きいものとしてい
た。一般的に、ファウラー・ノルドハイムトンネル効果
の時間は1msecより大きいものであった。
As another writing method, there is a Fowler-Nordheim type tunnel effect, and writing is performed by setting a word line control voltage generator V word to a relatively high positive voltage (15 V). . Bit line control voltage generator V bit and source control voltage generator V s is
It was set to the ground reference potential (0 V). In this manner, an electric field was formed through the tunnel oxide film 132, and the magnitude was about 10 MV / cm. At this time, electrons penetrated from the drain 130 and the source 140 and the channel region 137 to the floating gate 135, and these hot electrons made the threshold voltage of the memory cell higher than the power supply voltage source Vcc . In general, the time of the Fowler-Nordheim tunnel effect was greater than 1 msec.

【0011】図2(b)において、EPROMまたはフ
ラッシュメモリセルは、ワード線制御電圧発生器Vword
により正電圧(ほぼVccに等しい)を発生して電子式消
去を行っていた。ソース制御電圧発生器Vsは、マイナ
スの電力供給電圧源(−Vcc)に設定されていた。この
状況において、ソース140およびフローティングゲー
ト重複領域142に近いトンネル酸化膜を通過した場所
に強い電界が発生していた。ファウラー・ノルドハイム
トンネル効果のメカニズムによって、フローティングゲ
ート135中の電子をソース140に導くものであっ
た。そして、EPROMセルは、セルアレイに紫外線を
当てて消去を行うものである。照射時間を十分に取る必
要があり、フローティングゲート135中に出現した電
子が紫外線から十分なエネルギーを獲得して初めてフロ
ーティングゲート135から離脱することができる。ま
た、DRAMセルの書込み・消去時間は約10-7secほ
どで、かつデータ保持時間は約100〜1000msecほ
どである。この時間が経過すれば、もしもデータがリフ
レッシュ(refreshed)または復原(restored)されな
ければ、図1(a)に示したキャパシタCのリーク電流
が大きくなって、データの流失を引き起こすことにな
る。また、EPROMまたはフラッシュメモリセルの書
込み・消去時間は約10msecほどで、データの保持時間
は約10年間ほどである。現在、科学技術の動向は、ト
ンネル酸化膜132をますます薄いものとしており、ト
ンネル酸化膜132内部のリーク電流が保持時間を短縮
するものとなっている。
In FIG. 2B, an EPROM or a flash memory cell includes a word line control voltage generator V word.
To generate a positive voltage (approximately equal to Vcc ) to perform electronic erasure. Source control voltage generator V s had been set to a negative power supply voltage source (-V cc). In this situation, a strong electric field was generated at a location where the source passed through the tunnel oxide film near the floating gate overlapping region 142. The electrons in the floating gate 135 were guided to the source 140 by the mechanism of the Fowler-Nordheim tunnel effect. The EPROM cell performs erasing by applying ultraviolet rays to the cell array. It is necessary to take a sufficient irradiation time, and the electrons appearing in the floating gate 135 can escape from the floating gate 135 only after acquiring sufficient energy from ultraviolet rays. The write / erase time of the DRAM cell is about 10 -7 sec, and the data retention time is about 100 to 1000 msec. After this time, if the data is not refreshed or restored, the leakage current of the capacitor C shown in FIG. 1A increases, causing data loss. The write / erase time of the EPROM or flash memory cell is about 10 msec, and the data retention time is about 10 years. At present, the trend of science and technology has made the tunnel oxide film 132 thinner and thinner, and the leakage current inside the tunnel oxide film 132 shortens the holding time.

【0012】アメリカ特許第5,598,357号(No
ble)において、2素子の不揮発性メモリセルが開示さ
れていた。このメモリセルは、一連の平面FETおよび
垂直FETを備えていた。垂直FETのフローティング
ゲートは、標準的なトレンチキャパシタ(例えば、B. E
l-Kareh et alが記載したもの)からなるトレンチ導体
(trench conductor)であった。コントロールゲートの
機能は、埋設されたNウェルにより実行されていた。そ
して、メモリセルの読出しは、垂直FETのVTを検出
することにより行われていた。
No. 5,598,357 (No.
ble), a two-element nonvolatile memory cell was disclosed. This memory cell comprised a series of planar and vertical FETs. The floating gate of a vertical FET is a standard trench capacitor (eg, BE
a trench conductor consisting of l-Kareh et al.). The function of the control gate was performed by the buried N-well. Then, reading of the memory cells has been carried out by detecting the V T of the vertical FET.

【0013】アメリカ特許第5,386,567号(Ac
ovic et al)において、トランジスタの不揮発性RAM
セルが開示されており、このRAMセルは2層のフロー
ティングゲートを備えて、電力が中断した時に、キャパ
シタの蓄積内容がフローティングゲートに移されるもの
であった。トンネル酸化膜により第1層目のフローティ
ングゲートとキャパシタのストレージノード(storage
node)とを分離して、フローティングゲートおよびキャ
パシタ間の電子トンネル現象を引き起こしていた。
US Pat. No. 5,386,567 (Ac
ovic et al), Transistor nonvolatile RAM
A cell was disclosed in which the RAM cell was provided with two layers of floating gates, and when power was interrupted, the contents of the capacitors were transferred to the floating gates. The first layer floating gate and the storage node (storage) of the capacitor are formed by the tunnel oxide film.
node) to cause electron tunneling between the floating gate and the capacitor.

【0014】なお、不揮発性RAMセルには、次の4種
類の操作手順がある。(1)RAM、(2)転送(tran
sfer)、(3)不揮発性蓄積、(4)リコール(recal
l)/消去である。電力が中断した時に、RAMセルが
転送モードとなって、データを電荷ストレージノードか
らフローティングゲートへ転送する。電力が除去された
時、RAMセルが不揮発性モードの操作を行う。電力が
復原すると、データがリコールされてストレージノード
に置かれ、フローティングゲートから消去される。
Note that the nonvolatile RAM cell has the following four types of operation procedures. (1) RAM, (2) Transfer (tran
sfer), (3) non-volatile storage, (4) recall (recal
l) / Erase. When power is interrupted, the RAM cell is in a transfer mode, transferring data from the charge storage node to the floating gate. When power is removed, the RAM cells operate in a non-volatile mode. When power is restored, the data is recalled and placed on the storage node and erased from the floating gate.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、従来のスタックトゲートメモリセルが、
EPROMまたはフラッシュメモリに匹敵する保持時間
を有するものでなく、DRAMに匹敵する書込み・消去
時間を有するものでなかったという点にある。また、メ
モリセルの最小蓄積静電容量を維持するために、複雑な
製造プロセスを必要としていた点にある。
The problem to be solved by the present invention is that a conventional stacked gate memory cell is
That is, it does not have a holding time comparable to an EPROM or a flash memory, and does not have a writing / erasing time comparable to a DRAM. Further, a complicated manufacturing process is required to maintain the minimum storage capacitance of the memory cell.

【0016】従って、この発明の第1の目的は、EPR
OMまたはフラッシュメモリセルに等しい保持時間を備
えたスタックトゲートメモリセルを提供することにあ
る。この発明の第2の目的は、DRAMセルに等しい書
込み・消去時間を備えたスタックトゲートメモリセルを
提供することにある。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide an EPR
It is to provide a stacked gate memory cell with a retention time equal to the OM or flash memory cell. A second object of the present invention is to provide a stacked gate memory cell having a write / erase time equal to that of a DRAM cell.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、所望
の目的を達成するために、この発明にかかるスタックト
ゲートメモリセルの構造とその製造方法は、半導体基板
中に第1導電型の深い拡散ウェル(diffusion well)を
注入形成し、かつ深い拡散ウェルと深い拡散電圧発生器
とを相互接続させるステップと、深い拡散ウェル内に第
2導電型の第2拡散ウェルを注入形成するステップと、
第2拡散ウェル中に第1導電型のドレイン拡散領域を注
入形成し、かつドレイン拡散領域とビット線電圧発生器
とを相互接続する工程、第2拡散ウェル中のドレイン拡
散領域から1チャネル長さの距離位置に第2導電型のソ
ース拡散領域を注入形成して、第2拡散ウェル中に限定
するとともに、ソース拡散領域とソース制御電圧発生器
とを相互接続する工程、チャネル領域中の半導体基板の
上表面にトンネル酸化膜を堆積して、チャネル長さをド
レイン拡散領域とソース拡散領域との間のチャネル領域
の長さとする工程、チャネル領域上面のトンネル酸化膜
上に第1ポリシリコン材料よりなるゲートを堆積する工
程を備えるMOSトランジスタを形成するステップと、
半導体基板の上表面に絶縁膜を堆積するとともに、複数
個の開口を設け、これらの開口を第2拡散ウェルおよび
ソース拡散領域ならびにゲートと相互接続するステップ
と、絶縁膜上に第2ポリシリコン材料よりなる第1プレ
ート電極を堆積し、この第1プレート電極が短絡プラグ
(shorting plug)により絶縁膜を複数個の開口のうち
1つの開口を貫通してゲートと相互接続し、ゲートおよ
び第1プレート電極によってMOSトランジスタのフロ
ーティングゲートを形成する工程、第1プレート電極上
にキャパシタ誘電膜を堆積する工程、キャパシタ誘電膜
上に第3ポリシリコン材料よりなる第2プレート電極を
堆積するとともに、前記第2プレート電極をワード線電
圧発生器に接続して、前記MOSトランジスタのコント
ロールゲートを形成する工程を備えるスタックトキャパ
シタを形成するステップとを具備する。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve a desired object, a structure of a stacked gate memory cell according to the present invention and a method of manufacturing the same are provided in a semiconductor substrate. Implanting a deep diffusion well and interconnecting the deep diffusion well and the deep diffusion voltage generator; implanting a second diffusion well of the second conductivity type in the deep diffusion well. ,
Implanting a drain diffusion region of the first conductivity type in the second diffusion well and interconnecting the drain diffusion region and the bit line voltage generator; one channel length from the drain diffusion region in the second diffusion well; Implanting a source diffusion region of the second conductivity type at a distance position of, and interconnecting the source diffusion region with the source control voltage generator while limiting the source diffusion region to the second diffusion well; Depositing a tunnel oxide film on the upper surface of the substrate to make the channel length the length of the channel region between the drain diffusion region and the source diffusion region. Forming a MOS transistor comprising depositing a gate comprising:
Depositing an insulating film on the upper surface of the semiconductor substrate, providing a plurality of openings, interconnecting the openings with the second diffusion well, the source diffusion region, and the gate; Depositing a first plate electrode comprising a first plate electrode, the first plate electrode interconnecting the insulating film with a gate through one of the plurality of openings by means of a shorting plug; Forming a floating gate of a MOS transistor with an electrode, depositing a capacitor dielectric film on a first plate electrode, depositing a second plate electrode made of a third polysilicon material on the capacitor dielectric film, Connecting the plate electrode to a word line voltage generator to form the control gate of the MOS transistor Forming a stacked capacitor comprising the steps of:

【0018】[0018]

【作用】ソース拡散領域および第2拡散ウェルがソース
制御電圧発生器と接続され、ドレイン拡散領域がビット
線電圧発生器と接続される。MOSトランジスタのコン
トロールゲートであるキャパシタの上部プレート電極が
ワード線電圧発生器と接続される。深いNウェル拡散領
域と深い拡散電圧発生器とが接続される。ソース制御電
圧発生器、ビット線電圧発生器、ワード線電圧発生器、
深い拡散電圧発生器が、調整を経てスタックトゲートメ
モリセル内部のディジタルデータのプログラム・消去・
検出(sensing)を制御することに用いられる。
The source diffusion region and the second diffusion well are connected to a source control voltage generator, and the drain diffusion region is connected to a bit line voltage generator. The upper plate electrode of the capacitor, which is the control gate of the MOS transistor, is connected to the word line voltage generator. The deep N-well diffusion region and the deep diffusion voltage generator are connected. Source control voltage generator, bit line voltage generator, word line voltage generator,
A deep diffusion voltage generator is used to program, erase, and delete digital data inside the stacked gate memory cell after adjustment.
Used to control sensing.

【0019】複数個のスタックトゲートメモリセルが、
行と列とからなるアレイに配置されるとともに、ソース
制御電圧発生器、ビット線電圧発生器、ワード線電圧発
生器、深い拡散電圧発生器、センス増幅器、周辺回路
(peripheral circuitry)を介して、集積回路メモリを
形成している。センス増幅器は、スタックトゲートメモ
リセル内部に存在しているディジタルデータを検出する
ものである。周辺回路が、ソース制御電圧発生器、ビッ
ト線電圧発生器、ワード線電圧発生器、深い拡散電圧発
生器、センス増幅器を制御する。
A plurality of stacked gate memory cells are
Arranged in an array of rows and columns, and through a source control voltage generator, a bit line voltage generator, a word line voltage generator, a deep diffusion voltage generator, a sense amplifier, and peripheral circuitry, Forming an integrated circuit memory. The sense amplifier detects digital data existing inside the stacked gate memory cell. Peripheral circuits control the source control voltage generator, bit line voltage generator, word line voltage generator, deep diffusion voltage generator, and sense amplifier.

【0020】[0020]

【実施例】以下、この発明にかかる好適な実施例を図面
に基づいて説明する。図3から図5において、半導体基
板210(図4a)の表面にフィールド酸化膜220を
成長させるとともに、フィールド酸化膜220間の開口
部分に3個のスタックトゲートメモリセル領域(図3)
をパターニングする。開口部分に第1導電型であるN型
材料を注入して深いPウェル210を形成する。そし
て、深いPウェル210内の1つの領域にマスクをして
第2導電型であるP型材料を注入することで、Pウェル
215を形成する。Pウェル215内の複数個の領域に
マスクをするとともに、第1導電型であるN型材料を注
入して、N+ドレイン拡散領域255およびN+ソース拡
散領域265を形成する。N+ソース拡散領域265に
近い1領域にマスクをして第2導電型であるP型材料を
注入し、Pウェル215中にP+コンタクト275(図
4b)を形成する。そして、半導体基板210の表面
で、かつN+ドレイン拡散領域255およびN+ソース拡
散領域265間のチャネル260上面に絶縁材料膜、例
えば二酸化シリコン膜または酸化された窒化シリコン膜
を成長させる。この絶縁材料膜が、スタックトゲートメ
モリセルのトンネル酸化膜225となる。このトンネル
酸化膜225上に第1ポリシリコンP1膜を堆積してゲ
ート230を形成する。これらのゲート230、N+
レイン拡散領域255、N+ソース拡散領域265によ
って、図5に等価回路を示したMOSトランジスタM1
を構成している。次に、ゲート230および半導体基板
210の残り部分の表面に絶縁膜285、例えば二酸化
シリコンを堆積する。絶縁膜285上にリソグラフィー
および酸化物エッチングにより複数個のコンタクトホー
ル(プラグ235のコンタクトホールを指す)を形成し
てから、第2ポリシリコンP2膜を堆積かつエッチング
してプラグ(P2プラグ)235を形成する。P2プラグ
235上に第3ポリシリコンP3膜240を堆積する。
この第3ポリシリコンP3膜240で図5に示したキャ
パシタCの第1プレート電極である下部プレート電極2
40が形成される。このようにして、ゲート230およ
びP2プラグ235ならびに下部プレート電極240に
よりスタックトゲートメモリセルのフローティングゲー
トが構成されるとともに、ディジタルデータを保持する
のに必要な電荷をスタックトゲートメモリセル中に蓄積
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 3 to 5, a field oxide film 220 is grown on the surface of the semiconductor substrate 210 (FIG. 4a), and three stacked gate memory cell regions (FIG. 3) are formed in openings between the field oxide films 220.
Is patterned. An N-type material of the first conductivity type is injected into the opening to form a deep P well 210. Then, the P well 215 is formed by implanting a P-type material of the second conductivity type using a mask in one region in the deep P well 210. A plurality of regions in the P well 215 are masked, and an N-type material of the first conductivity type is implanted to form an N + drain diffusion region 255 and an N + source diffusion region 265. Using a mask in one region near the N + source diffusion region 265, a P-type material of the second conductivity type is injected, and a P + contact 275 (FIG. 4B) is formed in the P well 215. Then, an insulating material film, for example, a silicon dioxide film or an oxidized silicon nitride film is grown on the surface of the semiconductor substrate 210 and on the upper surface of the channel 260 between the N + drain diffusion region 255 and the N + source diffusion region 265. This insulating material film becomes the tunnel oxide film 225 of the stacked gate memory cell. A first polysilicon P 1 film is deposited on this tunnel oxide film 225 to form a gate 230. The gate transistor 230, the N + drain diffusion region 255, and the N + source diffusion region 265 allow the MOS transistor M 1 shown in FIG.
Is composed. Next, an insulating film 285, for example, silicon dioxide, is deposited on the surface of the gate 230 and the remaining portion of the semiconductor substrate 210. After forming a plurality of contact holes (referring to the contact holes of the plug 235) on the insulating film 285 by lithography and oxide etching, a second polysilicon P 2 film is deposited and etched to form a plug (P 2 plug). 235 are formed. A third polysilicon P 3 film 240 is deposited on the P 2 plug 235.
Lower plate electrode 2 in the third polysilicon P 3 film 240 is first plate electrode of the capacitor C shown in FIG. 5
40 are formed. In this manner, the floating gates of the stacked gate memory cell is constituted by a gate 230 and P 2 plug 235 and lower plate electrode 240, the charge required to hold the digital data in the stacked gate memory cell accumulate.

【0021】図4と図5とにおいて、第3ポリシリコン
3膜240上に薄い絶縁膜を堆積してキャパシタCの
キャパシタ誘電膜245を形成する。このキャパシタ誘
電膜245上に第4ポリシリコンP4膜250を堆積
し、キャパシタCの第2プレート電極である上部プレー
ト電極250を形成するとともに、この上部プレート電
極250をメモリセルM1のコントロールゲート250
とする。そして、深い拡散電圧発生器Vnw1を深いNウ
ェル210と相互接続して、スタックトゲートメモリセ
ルおよび半導体基板210上のその他の回路に必要な電
圧バイアス(voltage biasing)を提供する。深いNウ
ェル210は、通常、深い拡散電圧発生器Vnw1に接続
されることで、プラスの電力供給電圧源(Vcc)レベル
となっている。
4 and 5, a thin insulating film is deposited on the third polysilicon P 3 film 240 to form a capacitor dielectric film 245 of the capacitor C. A fourth polysilicon P 4 film 250 is deposited on the capacitor dielectric film 245 to form an upper plate electrode 250 which is a second plate electrode of the capacitor C, and the upper plate electrode 250 is connected to the control gate of the memory cell M 1 . 250
And The deep diffusion voltage generator V nw1 is then interconnected with the deep N-well 210 to provide the necessary voltage biasing for the stacked gate memory cells and other circuits on the semiconductor substrate 210. The deep N-well 210 is typically connected to a deep diffused voltage generator Vnw1 , thereby attaining a positive power supply voltage source ( Vcc ) level.

【0022】図4において、Pウェル拡散電圧発生器V
pwlが、Pウェル拡散領域215と相互接続される。金
属膜270(図4b)を介してPウェル拡散領域215
とN+ソース拡散領域265とを一体的に固定する。P
ウェル拡散領域215およびN+ソース拡散領域265
ならびにP+コンタクト275が、いずれもPウェル拡
散電圧発生器Vpwlと相互接続されている(すなわちVs
=Vpwl)。スタックトゲートメモリセルアレイ中の各
行が、いずれもPウェル拡散領域215を形成する。P
ウェル拡散電圧発生器Vpwlは、スタックトゲートメモ
リセルアレイ中の各行に対して個別に印加することがで
きる。また、N+ドレイン拡散領域255とドレイン制
御電圧発生器Vdが接続されている。この発明にかかる
スタックトゲートメモリセル構造においては、ビット線
電圧発生器Vbitをドレイン制御電圧発生器Vdとしてお
り、第4ポリシリコンP4膜250と相互接続されてい
るのは、ワード線電源発生器Vwordである。
In FIG. 4, a P-well diffusion voltage generator V
pwl is interconnected with P-well diffusion region 215. P-well diffusion region 215 via metal film 270 (FIG. 4b)
And the N + source diffusion region 265 are integrally fixed. P
Well diffusion region 215 and N + source diffusion region 265
And P + contacts 275 are both interconnected with a P-well diffusion voltage generator V pwl (ie, V s
= V pwl ). Each row in the stacked gate memory cell array forms a P-well diffusion region 215. P
The well diffusion voltage generator Vpwl can be individually applied to each row in the stacked gate memory cell array. Further, the N + drain diffusion region 255 and the drain control voltage generator Vd are connected. In the stacked gate memory cell structure according to the present invention, the bit line voltage generator V bit is used as the drain control voltage generator V d, and the word line is connected to the fourth polysilicon P 4 film 250. Power generator V word .

【0023】ところで、当業者にとっては、上述したよ
うなスタックトゲートメモリセルの製造プロセスによっ
て、従来のDRAMセルの作製が可能であることが理解
できよう。実際、このスタックトゲートメモリセルと従
来のDRAMセルとを同時に1つの集積回路チップに作
り込むことができる。
By the way, those skilled in the art will understand that a conventional DRAM cell can be manufactured by the above-described manufacturing process of a stacked gate memory cell. In fact, the stacked gate memory cell and the conventional DRAM cell can be simultaneously formed on one integrated circuit chip.

【0024】図6において、4つのスタックトゲートメ
モリセルCELL11,CELL12,CELL21,CELL22を図
示しているが、スタックトゲートメモリセルCELL11お
よびCELL12でワード線電圧発生器Vword1により制御
される第1列を形成し、スタックトゲートメモリセルCE
LL21およびCELL22でワード線電圧発生器Vword2
より制御される第2列を形成する。スタックトゲートメ
モリセルCELL11およびCELL21は、ビット線電圧発生
器Vbit1により制御される第1行を形成し、スタックト
ゲートメモリセルCELL12およびCELL22でビット線電
圧発生器Vbit2により制御される第2行を形成してい
る。
FIG. 6 shows four stacked gate memory cells CELL11, CELL12, CELL21, CELL22. The first stacked gate memory cells CELL11 and CELL12 are controlled by a word line voltage generator V word1 . Form a column, stacked gate memory cells CE
LL21 and CELL22 form a second column controlled by word line voltage generator V word2 . Stacked gate memory cells CELL11 and CELL21, the bit line voltage generator V to form a first row that is controlled by bit1, the second controlled by the bit line voltage generator V bit2 in stacked gate memory cells CELL12 and CELL22 Form a row.

【0025】図7において、メモリセルCELL11に対し
てロジック値“1"のプログラムを行う(すなわち電子
をメモリセルCELL11のフローティングゲート内に注入
する)時、ビット線電圧発生器Vbit1(すなわち、ドレ
イン制御電圧発生器Vd。以下、同じ)がマイナスの電
力供給電圧源(−Vcc)のレベルに設定される。ワード
線電圧発生器Vword1は、プラスの電力供給電圧源(+
cc)のレベルに設定される。ソース制御電圧発生器V
sはプラスの電力供給電圧源(−Vcc)のレベルに設定
される。
In FIG. 7, when programming the logic value "1" to the memory cell CELL11 (ie, injecting electrons into the floating gate of the memory cell CELL11), the bit line voltage generator V bit1 (ie, the drain) The control voltage generator V d ( hereinafter the same) is set to the level of the negative power supply voltage source (−V cc ). The word line voltage generator V word1 has a positive power supply voltage source (+
V cc ). Source control voltage generator V
s is set to the level of the positive power supply voltage source (-V cc).

【0026】ビット線電圧発生器Vbit1およびソース制
御電圧発生器Vsを電力供給電圧源(−Vcc)のレベル
に設定変更すると、N+ドレイン拡散領域255および
+ソース拡散領域265ならびにPウェル拡散領域2
15の電圧レベルがマイナスの電力供給電圧源(−
cc)のレベルとなる。ワード線電圧発生器Vword1
プラスの電力供給電圧源(+Vcc)のレベルに設定する
と、第4ポリシリコンP4膜(キャパシタCの上部プレ
ート)250がプラスの電力供給電圧源(Vcc)のレベ
ルに設定される。このような状況では、第4ポリシリコ
ンP4膜250およびN+ドレイン拡散領域255間とP
ウェル拡散領域215およびN+ソース拡散領域265
間とにおいて、電界が拡大する。この電界の拡大がファ
ウラー・ノルドハイムトンネル効果を引き起こし、電子
-をトンネル酸化膜225を介してフローティングゲ
ート230に移動させる。ビット線電圧発生器V
bit1(=Vd)およびワード線電圧発生器Vword1ならび
にソース制御電圧発生器Vsが、接地基準電位(0V)
レベルに戻った時には、これらの電子e-がフローティ
ングゲート230内に閉じ込められる。このようにし
て、図5に示したメモリセルM1のしきい値電圧VTが変
更される。読出しを行う時、しきい値電圧VTの変更
は、スタックトゲートメモリセルアレイの外部におい
て、センス増幅器によりロジック値“1"であるものを
検出する。
When the bit line voltage generator V bit1 and the source control voltage generator V s are changed to the level of the power supply voltage source (-V cc ), the N + drain diffusion region 255, the N + source diffusion region 265 and the P + Well diffusion region 2
A power supply voltage source having a negative voltage level of 15 (−
V cc ). When the word line voltage generator V word1 is set to the level of the positive power supply voltage source (+ V cc ), the fourth polysilicon P 4 film (upper plate of the capacitor C) 250 is connected to the positive power supply voltage source (V cc ). Level. In such a situation, the distance between the fourth polysilicon P 4 film 250 and the N +
Well diffusion region 215 and N + source diffusion region 265
In between, the electric field expands. This expansion of the electric field causes the Fowler-Nordheim tunnel effect, which causes electrons e to move to the floating gate 230 through the tunnel oxide film 225. Bit line voltage generator V
bit1 (= V d) and the word line voltage generator V word1 and source control voltage generator V s is a ground reference potential (0V)
When returning to the level, these electrons e are trapped in the floating gate 230. In this manner, the threshold voltage V T of the memory cell M 1 shown in FIG. 5 is changed. When reading is performed, the threshold voltage VT is changed by detecting a logic value “1” by a sense amplifier outside the stacked gate memory cell array.

【0027】スタックトゲートメモリセルアレイに対す
るロジック値“0"のプログラムは、単一メモリセルに
対する消去によって行われる。不揮発性メモリ用語「プ
ログラム」とは、電子をフローティングゲートに入れる
ことを言う。プログラムならびに消去によりそれぞれロ
ジック値“1"または“0"の「書込み」を完成する。典
型的なフラッシュメモリまたはEPROMについていえ
ば、先ずアレイ全体に対する消去を行ってロジック値
“0"としてから、アレイについてのみロジック値“1"
を「書込み」あるいは「プログラム」する。EPROM
については、単一のメモリセルにプログラムおよび消去
能力が備わっているので、各メモリセルごとにロジック
値“1"または“0"の書込みを行う。
The programming of the logic value "0" to the stacked gate memory cell array is performed by erasing a single memory cell. Non-volatile memory The term "program" refers to putting electrons into the floating gate. "Programming" of a logic value "1" or "0" is completed by programming and erasing, respectively. For a typical flash memory or EPROM, first, the entire array is erased to a logic value "0", and then the logic value "1" is set only for the array.
Is "written" or "programmed". EPROM
With regard to, since a single memory cell has program and erase capabilities, writing of a logic value “1” or “0” is performed for each memory cell.

【0028】非選択性メモリセルは、ビット線電圧発生
器Vbit1(=Vd)およびワード線電圧発生器Vword1
らびにソース制御電圧発生器Vsのレベル設定の組み合
せにより、非選択性メモリセルを抑制してプログラムを
行うものであり、各メモリセルにつき、下記する表1に
設定された任意の電圧で非選択性メモリセルを抑制して
プログラムを行う。
The non-selective memory cell is formed by a combination of the bit line voltage generator V bit1 (= V d ), the word line voltage generator V word1 and the level setting of the source control voltage generator V s. , And programming is performed by suppressing non-selective memory cells at an arbitrary voltage set in Table 1 below for each memory cell.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】スタックトゲートメモリセルの列全体に対
するプログラムを行う時、列方向に接続されたワード線
電圧発生器Vwordが電力供給電圧源(Vcc)のレベルに
置かれる。列方向の各メモリセルに接続されたビット線
電圧発生器Vbit(=Vd)およびソース制御電圧発生器
sは、もしもメモリセルがプログラムによりロジック
値“1"となった場合、マイナスの電力供給電圧源(−
cc)レベルに置かれ、もしもメモリセルがプログラム
によりロジック値“0"となった場合、接地基準電位
(0V)のレベルに置かれる。また、行全体に対するプ
ログラムを行う時には、行方向のビット線電圧発生器V
bitおよび各行方向のメモリセルのソース制御電圧発生
器Vsによりマイナスの電力供給電圧源(−Vcc)レベ
ルに置かれる。行方向の各メモリセルのワード線電圧発
生器Vwordが電力供給電圧源(Vcc)のレベルに置か
れ、プログラムによりロジック値“1"となるか、ある
いは、接地基準電位(0V)のレベルに置かれて、プロ
グラムによりロジック値“0"となる。
When programming an entire column of stacked gate memory cells, a word line voltage generator V word connected in the column direction is placed at the level of a power supply voltage source (V cc ). Bit line voltage generator V bit (= V d) and a source control voltage generator V s which is connected to each memory cell in the column direction, if when the memory cell becomes a logic value "1" by the program, negative Power supply voltage source (-
V cc ) level, and if the memory cell becomes a logic value “0” by programming, it is placed at the level of the ground reference potential (0 V). When programming is performed for the entire row, the bit line voltage generator V in the row direction is used.
bit and source control voltage generator V s by the negative power supply voltage source in each row direction of the memory cell is placed in (-V cc) level. The word line voltage generator V word of each memory cell in the row direction is placed at the level of the power supply voltage source (V cc ) and becomes a logic value “1” by a program or the level of the ground reference potential (0 V). And becomes a logic value “0” by the program.

【0031】図8において、フローティングゲートから
のメモリセル消去または任意の電子の除去を説明する
と、先ずスタックトゲートメモリセルを消去する時に
は、ワード線電源発生器Vword1がマイナスの電力供給
電圧源(−Vcc)レベルに置かれる。ビット線電圧発生
器Vbit1およびソース制御電圧発生器Vs11が電力供給
電圧源(Vcc)のレベルに置かれる。ビット線電圧発生
器Vbit1(=Vd)およびワード線電源発生器Vword1
らびにソース制御電圧発生器Vs11が、第4ポリシリコ
ンP4膜(キャパシタCの上部プレート)250とN+
ドレイン拡散領域255との間に配置されるとともに、
Pウェル215およびN+ドレイン拡散領域265間に
電界を形成する。トンネル酸化膜225の電界により電
子e-をフローティングゲート230中に捕獲し、ファ
ウラー・ノルドハイムトンネル効果によりトンネル酸化
膜225を経てPウェル215およびN+ドレイン拡散
領域255ならびにN+ソース拡散領域265に移転さ
せる。従って、フローティングゲート230中に捕獲さ
れていた任意の電子e-を消去することができる。フロ
ーティングゲート230中の電子e-を除去するには、
メモリセルM1のしきい値電圧VTを復原する。
Referring to FIG. 8, the erasure of a memory cell or the removal of any electrons from the floating gate will be described. First, when erasing a stacked gate memory cell, the word line power generator V word1 uses a negative power supply voltage source ( -V cc ) level. Bit line voltage generator V bit1 and source control voltage generator V s11 are placed at the level of the power supply voltage source (V cc ). The bit line voltage generator V bit1 (= V d ), the word line power generator V word1 and the source control voltage generator V s11 are connected to the fourth polysilicon P4 film (upper plate of the capacitor C) 250 and N +
The drain diffusion region 255;
An electric field is formed between P well 215 and N + drain diffusion region 265. Electrons e are trapped in the floating gate 230 by the electric field of the tunnel oxide film 225, and are transferred to the P well 215, the N + drain diffusion region 255, and the N + source diffusion region 265 via the tunnel oxide film 225 by the Fowler-Nordheim tunnel effect. Relocate. Therefore, any electron e trapped in the floating gate 230 can be erased. To remove the electrons e in the floating gate 230,
To righting the threshold voltage V T of the memory cell M 1.

【0032】消去されなかったメモリセルは、それぞれ
のビット線電圧発生器Vbitおよびワード線電圧発生器
wordならびにソース制御電圧発生器Vsを備えるとと
もに、次の表2に示した電圧レベルにより設定される。
The memory cells that have not been erased have their own bit line voltage generator V bit, word line voltage generator V word, and source control voltage generator V s, and have the voltage levels shown in Table 2 below. Is set.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】これらの電圧レベルによって、消去されな
かったメモリセルがトンネル酸化膜内部の電界不足によ
りファウラー・ノルドハイムトンネル効果を引き起こす
ように設定する。
These voltage levels are set so that the memory cells that have not been erased cause the Fowler-Nordheim tunnel effect due to the lack of the electric field inside the tunnel oxide film.

【0035】メモリセル全体の列方向消去は、列方向の
ワード線電圧発生器Vwordをマイナスの電力供給電圧源
(−Vcc)レベルに置き、ビット線電圧発生器Vbit
よびソース制御電圧発生器Vsを列方向の各メモリセル
に接続し、かつプラスの電力供給電圧源(Vcc)レベル
で消去を行う。また、行方向全体の消去は、行方向の各
メモリセルに接続された全部のワード線電圧発生器V
wordをマイナスの電力供給電圧源(−Vcc)レベルに置
き、行方向のビット線電圧発生器Vbit(=Vd)および
ソース制御電圧発生器Vsをプラスの電力供給電圧源
(Vcc)レベルに設定して消去を行う。そして、アレイ
全体の消去は、ワード線電圧発生器Vwordをマイナスの
電力供給電圧源(−Vcc)レベルに置き、全部のビット
線電圧発生器Vbit(=Vd)およびソース制御電圧発生
器Vsをプラスの電力供給電圧源(Vc c)レベルに置い
て消去を行う。
To erase the entire memory cell in the column direction, the word line voltage generator V word in the column direction is set at the level of the negative power supply voltage source (−V cc ), and the bit line voltage generator V bit and the source control voltage generator are generated. connect the vessel V s in each memory cell in the column direction, erasing and with positive power supply voltage source (V cc) level. Further, erasing in the entire row direction is performed by all word line voltage generators V connected to each memory cell in the row direction.
word a negative power supply voltage source (-V cc) placed level, the row direction of the bit line voltage generator V bit (= V d) and a source control voltage generator V s a positive power supply voltage source (V cc ) Set to level and erase. Then, erasing the entire array places the word line voltage generator V word at the negative power supply voltage source (-V cc ) level, and all bit line voltage generators V bit (= V d ) and source control voltage generation erasing the vessel V s positive power supply voltage source placed (V c c) levels.

【0036】図8(b)において、スタックトゲートメ
モリセルのアレイに蓄積されているディジタルデータ
は、ソース制御電圧発生器Vs11を電力供給電圧源(0
V)レベルに置いて読出しを行う。ワード線電圧発生器
word1をプラスの電力供給電圧源(Vcc)レベルに置
き、かつビット線電圧発生器Vbit1(=Vd)をあらか
じめ充電して半分の電力供給電圧源(Vcc/2)レベル
に置く。もしもスタックトゲートメモリセルCELL11が
消去またはプログラムされてロジック値“0"となった
場合、メモリセルのしきい値電圧VTが降下してMOS
トランジスタM1をオン(導通)にする。この時、ビッ
ト線に接続されたセンス増幅器(図示せず)が検出し
て、ロジック値“0"となる。しかしながら、もしもス
タックトゲートメモリセルCELL11がプログラムされて
ロジック値“1"となった場合、メモリセルのしきい値
電圧VTが上昇してMOSトランジスタM1をオフ(非導
通)にする。この状況においては、ビット線に現れた電
圧(Vcc/2)が変更されないので、ビット線に接続さ
れたセンス増幅器が検出して、ロジック値“1"とな
る。なお、ビット線電圧発生器Vbitおよびワード線電
圧発生器Vwordならびにソース制御電圧発生器Vsおよ
びセンス増幅器に対する設定値の制御は、スタックトゲ
ートメモリセルのアレイに接続された外部の周辺回路に
より行う。
In FIG. 8B, digital data stored in an array of stacked gate memory cells is supplied to a source control voltage generator Vs11 by a power supply voltage source (0
V) Read at level. The word line voltage generator V word1 is placed at the positive power supply voltage source (V cc ) level, and the bit line voltage generator V bit1 (= V d ) is pre-charged to halve the power supply voltage source (V cc / 2) Put it on the level. If a logic value "0" is erased or programmed is stacked gate memory cell CELL11 If, MOS and the threshold voltage V T of the memory cell is lowered
The transistor M 1 is turned on (conducting). At this time, a sense amplifier (not shown) connected to the bit line detects the signal and changes the logic value to “0”. However, if the case where the stacked gate memory cell CELL11 becomes a logic value "1" is programmed, the threshold voltage V T of the memory cell rises to the MOS transistor M 1 off (non-conducting). In this situation, since the voltage (V cc / 2) appearing on the bit line is not changed, the sense amplifier connected to the bit line detects it and becomes a logic value "1". The control of the set values for the bit line voltage generator V bit and the word line voltage generator V word, the source control voltage generator V s and the sense amplifier is performed by an external peripheral circuit connected to an array of stacked gate memory cells. Performed by

【0037】“High Endurance Ultra-Thin Tunnel Oxi
de For Dynamic Memory",C. Wann and C. Hu, Proceedi
ngs of IEDM, IEEE, 1995, p.867において、メモリセル
のプログラム・消去時に、超薄膜のトンネル酸化膜が非
常に高速なファウラー・ノルドハイムトンネル効果を引
き起こすことが記載されている。従って、この発明にか
かるトンネル酸化膜の厚さを約60〜70Åとすれば、
プログラム・消去時間が約10〜100nsの範囲とな
る。この発明にかかるスタックトゲートメモリセル構造
は、El-Karehなどが開示したものに近く、いずれも大き
い静電容量を備えて高い結合率(γ=約0.95)を有
するものである。そして、コントロールゲート結合率
(γ)は、コントロールゲートからフローティングゲー
トに至るキャパシタCをフローティングゲートで測定さ
れる総静電容量(Ctot)で割ったものであり、Ctot
C+Cch+その他の漂遊静電容量(stray capacitanc
e)という関係がある。Cchは、コントロールゲート2
30およびチャネル260(図4b)間の静電容量であ
る。従って、結合率は、次の数式2で表すことができ
る。
"High Endurance Ultra-Thin Tunnel Oxi
de For Dynamic Memory ", C. Wann and C. Hu, Proceedi
In ngs of IEDM, IEEE, 1995, p.867, it is described that an ultra-thin tunnel oxide film causes a very high-speed Fowler-Nordheim tunnel effect when a memory cell is programmed or erased. Therefore, if the thickness of the tunnel oxide film according to the present invention is about 60 to 70 °,
The program / erase time is in the range of about 10 to 100 ns. The stacked gate memory cell structure according to the present invention is similar to that disclosed by El-Kareh et al., Each having a large capacitance and having a high coupling ratio (γ = about 0.95). The control gate coupling ratio (γ) is obtained by dividing the capacitor C from the control gate to the floating gate by the total capacitance (C tot ) measured at the floating gate, and C tot =
C + C ch + other stray capacitanc
e). C ch is control gate 2
30 and the capacitance between channel 260 (FIG. 4b). Therefore, the coupling ratio can be expressed by the following Equation 2.

【0038】[0038]

【数2】 γ = C/Ctot = C/(C+CchΓ = C / C tot = C / (C + C ch )

【0039】この発明にかかるスタックトゲートメモリ
セルにおいて、キャパシタCの値は約30fFで、フロ
ーティングゲート230およびチャネル260間の静電
容量が約1fFであるから、結合率(γ)は約0.97
である。コントロールゲートに対してバイアス電圧の印
加する際、結合率(γ)が大きければフローティングゲ
ート電位の制御が簡略化できる。フローティングゲート
電位(Vfg)は、次の数式3で表すことができる。な
お、式中、Qはフローティングゲートの純電荷(net el
ectron charge)である。
In the stacked gate memory cell according to the present invention, the value of the capacitor C is about 30 fF, and the capacitance between the floating gate 230 and the channel 260 is about 1 fF. 97
It is. When a bias voltage is applied to the control gate, the control of the floating gate potential can be simplified if the coupling ratio (γ) is large. The floating gate potential (V fg ) can be expressed by the following Equation 3. In the equation, Q is the net charge of the floating gate (net el
ectron charge).

【0040】[0040]

【数3】Vfg = γVword+(1−γ)Vpwl+Q/
totword+Q/Ctot
V fg = γV word + (1−γ) V pwl + Q /
C tot V word + Q / C tot

【0041】もしフローティングゲート230にマイナ
スの電荷が存在すれば、Vfg=VTとなる。ワード線電
圧発生器Vwordのしきい値電圧は、次の数式4で表す。
[0041] If there exists a negative charge on the floating gate 230, a V fg = V T. The threshold voltage of the word line voltage generator V word is expressed by the following equation (4).

【0042】[0042]

【数4】Vword = VT+C/Ctot ## EQU4 ## V word = V T + C / C tot

【0043】上述の薄いトンネル酸化膜225(約60
〜70Å)は、5VのVcc操作電圧において、その厚さ
が長時間(1ヶ月以上)のデータ保持を回避するのに十
分なものとなる。
The above-mentioned thin tunnel oxide film 225 (about 60
Å70 °), at a Vcc operating voltage of 5V, its thickness is sufficient to avoid long term (one month or more) data retention.

【0044】この発明にかかるスタックトゲートメモリ
セルのトンネル酸化膜構造により、EEPROMと同様
な保持時間ならびに比較的長いプログラム・消去時間を
提供することができる。あるいは、DRAMと同様な比
較的短い保持時間であるが、比較的高速なプログラム・
消去時間を提供することができる。その保持時間は、E
EPROM(約10年間)より短いが、DRAM(約2
00ms)よりも長い。DRAMとEEPROMとは類似
したものであり、データ蓄積方式としては有用なもので
あり、低いパワー時にも優れた書込み特性を有してい
る。とりわけ、電力供給電圧源が欠乏した短時間(約1
ヶ月)においては、蓄積したデータが不揮発性となるも
のである。
The tunnel oxide film structure of the stacked gate memory cell according to the present invention can provide the same retention time as the EEPROM and a relatively long program / erase time. Alternatively, a program having a relatively short holding time similar to that of a DRAM but having a relatively high
An erasure time can be provided. The holding time is E
Although shorter than EPROM (about 10 years), DRAM (about 2 years)
00ms). DRAMs and EEPROMs are similar, are useful as a data storage method, and have excellent write characteristics even at low power. In particular, short periods of time (about 1
Months), the accumulated data becomes non-volatile.

【0045】図9において、プログラム操作ならびに書
込み時間に対するタイミング制御を説明すると、先ず図
9(a)に示したように、プログラム操作開始時にソー
ス制御電圧発生器VsおよびPウェル拡散電圧発生器V
pwlがマイナスの電力供給電圧源(−Vcc)レベルとな
り、かつ同時にビット線電圧発生器Vbitをマイナスの
電力供給電圧源(−Vcc)レベルとし、ワード線電圧発
生器Vwordを力供給電圧源(Vcc)レベルとする。つま
り、一旦、チャネルが反転すると、ソース制御電圧発生
器VsおよびPウェル拡散電圧発生器Vpwlがマイナスの
電力供給電圧源(−Vcc)レベルとなり、かつワード線
電圧発生器Vwordがプラスの電力供給電圧源(Vcc)レ
ベルとなった時に、ビット線電圧発生器Vbitが高抵抗
状態となる。
[0045] In FIG. 9, when explaining the program operation and timing control for write time, first 9, as shown in (a), the source control voltage generator during program operation start V s and P-well diffusion voltage generator V
pwl becomes negative power supply voltage source (-V cc) level and the bit line voltage generator V bit negative power supply voltage source (-V cc) level at the same time, the force supplied to the word line voltage generator V word It is set to the voltage source ( Vcc ) level. In other words, once the channel is reversed, the source control voltage generator V s and P-well diffusion voltage generator V pwl a negative power supply voltage source becomes (-V cc) level and the word line voltage generator V word plus When the power supply voltage source (V cc ) level is reached, the bit line voltage generator V bit enters a high resistance state.

【0046】トンネル酸化膜の厚さが比較的厚い(約1
00Å)時には、スタックトゲートメモリセルのプログ
ラム時間が10msecより大きくなる。しかし、トンネル
酸化膜の厚さが薄い(約60〜70Å)時には、スタッ
クトゲートメモリセルのプログラム時間が10nsecより
小さくなる。
The thickness of the tunnel oxide film is relatively thick (about 1
00Å), the programming time of the stacked gate memory cell becomes longer than 10 msec. However, when the thickness of the tunnel oxide film is small (about 60 to 70 °), the programming time of the stacked gate memory cell becomes shorter than 10 nsec.

【0047】図9(b)において、消去操作は、プログ
ラム操作開始時に、ソース制御電圧発生器VsおよびP
ウェル拡散電圧発生器Vpwlがプラスの電力供給電圧源
(+Vcc)レベルとなり、かつ同時にビット線電圧発生
器Vbitをプラスの電力供給電圧源(+Vcc)レベルと
し、ワード線電圧発生器Vwordをマイナスの力供給電圧
源(−Vcc)レベルとする。つまり、一旦、ソース制御
電圧発生器VsおよびPウェル拡散電圧発生器Vpwlが電
力供給電圧源(+Vcc)レベルとなれば、ビット線電圧
発生器Vbitは、高抵抗状態となり、Pウェルとビット
線との接合面に小さな順方向のバイアス電圧を印加する
と、ビット線電圧発生器Vbitが電力供給電圧源(+V
cc)レベルにクランプされる。
[0047] In FIG. 9 (b), the erase operation, when the program operation starts, the source control voltage generator V s and P
The well diffusion voltage generator V pwl is at the level of the positive power supply voltage source (+ V cc ), and the bit line voltage generator V bit is at the same time as the level of the positive power supply voltage source (+ V cc ). the word negative force supply voltage source and (-V cc) level. That is, once the source control voltage generator V s and the P-well diffusion voltage generator V pwl are at the power supply voltage source (+ V cc ) level, the bit line voltage generator V bit goes into a high resistance state and the P-well When a small forward bias voltage is applied to the junction between the bit line and the bit line, the bit line voltage generator V bit causes the power supply voltage source (+ V
cc ) clamped to the level.

【0048】以上のごとく、この発明を好適な実施例に
より開示したが、当業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更
ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特
許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等
な領域を基準として定めなければならない。
As described above, the present invention has been disclosed by the preferred embodiments. However, as will be easily understood by those skilled in the art, appropriate changes and modifications can be made within the technical idea of the present invention. Therefore, the scope of patent protection must be determined based on the claims and their equivalents.

【0049】[0049]

【発明の効果】前記構成により、この発明にかかるスタ
ックトゲートメモリセルは、そのトンネル酸化膜構造に
より、EEPROMと同様な保持時間ならびに比較的長
いプログラム・消去時間を提供することができる。ある
いは、DRAMと同様な比較的短い保持時間であるが、
比較的高速なプログラム・消去時間を提供することがで
きる。その保持時間は、EEPROM(約10年間)よ
り短いが、DRAM(約200ms)よりも長い。また、
低いパワー時にも優れた書込み特性を有している。とり
わけ、電力供給電圧源が欠乏した短時間(約1ヶ月)に
おいては、蓄積したデータが不揮発性となるものであ
る。従って、産業上の利用価値が高い。
As described above, the stacked gate memory cell according to the present invention can provide the same retention time as the EEPROM and a relatively long program / erase time due to its tunnel oxide film structure. Alternatively, it has a relatively short holding time similar to a DRAM,
A relatively fast program / erase time can be provided. Its retention time is shorter than EEPROM (about 10 years) but longer than DRAM (about 200 ms). Also,
It has excellent write characteristics even at low power. In particular, in a short time (about one month) when the power supply voltage source is deficient, the accumulated data becomes non-volatile. Therefore, the industrial use value is high.

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

【図1】(a)は、従来技術にかかるDRAMを示す回
路図であり、(b)は、その半導体装置を示す断面図で
ある。
FIG. 1A is a circuit diagram illustrating a DRAM according to a conventional technique, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device.

【図2】(a)は、従来技術にかかるEEPROMを示
す回路図であり、(b)は、その半導体装置を示す断面
図である。
FIG. 2A is a circuit diagram illustrating an EEPROM according to the related art, and FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device.

【図3】この発明にかかるスタックトゲートメモリセル
を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a stacked gate memory cell according to the present invention.

【図4】(a)は、図3の4A−4A′に沿って断面表
示したスタックトゲートメモリセルを示す断面図であ
り、(b)は、図3の4B−4B′に沿って断面表示し
たスタックトゲートメモリセルを示す断面図である。
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a stacked gate memory cell taken along the line 4A-4A 'in FIG. 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line 4B-4B' in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the displayed stacked gate memory cell.

【図5】この発明にかかるスタックトゲートメモリセル
を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a stacked gate memory cell according to the present invention.

【図6】この発明にかかるスタックトゲートメモリセル
アレイを示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a stacked gate memory cell array according to the present invention.

【図7】(a)は、この発明にかかるスタックトゲート
メモリセルでロジック値“1"のプログラムを行う様子
を示した断面図であり、(b)は、ロジック値“1"の
プログラムを行う状態を示した回路図である。
FIG. 7A is a cross-sectional view showing a state in which a logic value “1” is programmed in the stacked gate memory cell according to the present invention. FIG. 7B is a sectional view showing a state in which the logic value “1” is programmed. FIG. 4 is a circuit diagram showing a state in which the operation is performed.

【図8】(a)は、この発明にかかるスタックトゲート
メモリセルで消去操作を行う様子を示した断面図であ
り、(b)は、消去操作を行う状態を示した回路図であ
る。
FIG. 8A is a cross-sectional view showing a state where an erase operation is performed in the stacked gate memory cell according to the present invention, and FIG. 8B is a circuit diagram showing a state where the erase operation is performed.

【図9】(a)は、この発明にかかるスタックトゲート
メモリセルのプログラム周期を示すタイミング図であ
り、(b)は、消去サイクルを示すタイミング図であ
る。
FIG. 9A is a timing chart showing a program cycle of the stacked gate memory cell according to the present invention, and FIG. 9B is a timing chart showing an erase cycle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

210 半導体基板(深い拡散ウェル) 215 Pウェル(第2拡散ウェル) 220 フィールド酸化膜 225 トンネル酸化膜 230 ゲート(フローティングゲート) 235 プラグ(P2プラグ/短絡プラグ) 240 下部プレート電極(第3ポリシリコンP3
/第1プレート電極) 245 キャパシタ誘電膜 250 コントロールゲート(第4ポリシリコンP4
膜/第2プレート電極) 255 N+ドレイン拡散領域(ドレイン拡散領域) 260 チャネル(チャネル領域) 265 N+ソース拡散領域(ソース拡散領域) 285 絶縁膜 Vbit ビット線電圧発生器 Vword ワード線電圧発生器 Vnwl Nウェル拡散電圧発生器(深い拡散電圧発生
器) Vpwl Pウェル拡散電圧発生器 Vs ソース制御電圧発生器 Vd ドレイン制御電圧発生器
210 Semiconductor substrate (deep diffusion well) 215 P well (second diffusion well) 220 Field oxide film 225 Tunnel oxide film 230 Gate (floating gate) 235 Plug (P 2 plug / short plug) 240 Lower plate electrode (third polysilicon) P 3 film / first plate electrode) 245 capacitor dielectric layer 250 a control gate (fourth polysilicon P 4
255 N + drain diffusion region (drain diffusion region) 260 channel (channel region) 265 N + source diffusion region (source diffusion region) 285 insulating film V bit bit line voltage generator V word word line voltage Generator V nwl N well diffusion voltage generator (deep diffusion voltage generator) V pwl P well diffusion voltage generator V s source control voltage generator V d drain control voltage generator

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)半導体基板中に注入形成され、深
い拡散電圧発生器と相互接続する第1導電型の深い拡散
ウェルと、 (b)前記深い拡散ウェル内部に注入形成される第2導
電型の第2拡散ウェルと、 (c)MOSトランジスタであって、 前記第1導電型の材料を前記第2拡散ウェル中に注入し
て形成され、ビット線電圧発生器と相互接続するドレイ
ン拡散領域と、 前記第2導電型の材料を前記第2拡散ウェル中に注入し
て形成され、前記ドレイン拡散領域から1チャネルの長
さの距離に位置するとともに、ソース制御電圧発生器と
相互接続するソース拡散領域と、 チャネル領域内の前記半導体基板上に配置され、前記チ
ャネルの長さが、前記ドレイン拡散領域と前記ソース拡
散領域との間の前記チャネル領域の長さであるトンネル
酸化膜と、 前記チャネル領域上面の前記トンネル酸化膜上に配置さ
れる第1ポリシリコン材料よりなるゲートと、 から構成されるMOSトランジスタと、 (d)前記半導体基板上に位置するとともに、複数個の
開口を設けて、前記第2拡散ウェル、前記ドレイン拡散
領域、前記ソース拡散領域、前記ゲートと相互接続させ
る絶縁膜と、 (e)スタックトキャパシタであって、 前記絶縁膜上に堆積され、短絡プラグを介して前記絶縁
膜の前記複数個の開口のうち1つの開口を貫通して前記
ゲートと相互接続され、前記ゲートとともに前記MOS
トランジスタのフローティングゲートを形成する第2ポ
リシリコン材料よりなる第1プレート電極と、 前記第1プレート電極上に配置されるキャパシタ誘電膜
と、 前記キャパシタ誘電膜上に配置されて、ワード線電圧発
生器と相互接続し、前記MOSトランジスタのコントロ
ールゲートを形成する第3ポリシリコン材料よりなる第
2プレート電極と、 から構成されるスタックトキャパシタと、 を備えていることを特徴とするスタックトゲートメモリ
セルの構造。
1. A deep diffusion well of a first conductivity type which is implanted in a semiconductor substrate and interconnects with a deep diffusion voltage generator, and a second implant which is implanted in the deep diffusion well. (C) a MOS transistor, wherein the MOS transistor is formed by injecting the first conductivity type material into the second diffusion well and interconnected with a bit line voltage generator; And a region formed by injecting the second conductivity type material into the second diffusion well, located at a distance of one channel length from the drain diffusion region and interconnecting with a source control voltage generator. A source diffusion region; and a tunnel acid disposed on the semiconductor substrate in the channel region, wherein the length of the channel is the length of the channel region between the drain diffusion region and the source diffusion region. A MOS transistor comprising: a first polysilicon material disposed on the tunnel oxide film on the upper surface of the channel region; and a plurality of MOS transistors located on the semiconductor substrate. An insulating film provided with an opening to interconnect with the second diffusion well, the drain diffusion region, the source diffusion region, and the gate; and (e) a stacked capacitor, which is deposited on the insulating film and short-circuited. The insulating film is interconnected with the gate through one of the plurality of openings in the insulating film through a plug, and the MOS is connected together with the gate.
A first plate electrode made of a second polysilicon material forming a floating gate of the transistor; a capacitor dielectric film disposed on the first plate electrode; a word line voltage generator disposed on the capacitor dielectric film A stacked capacitor comprising: a second plate electrode made of a third polysilicon material interconnected with the second transistor and forming a control gate of the MOS transistor; and a stacked capacitor comprising: Structure.
【請求項2】 (a)複数個のスタックトゲートメモリ
セルであって、アレイとして配置され、このアレイが複
数の行ならびに複数の列であるとともに、各スタックト
ゲートメモリセルが、 半導体基板中に注入形成される第1導電型の深い拡散ウ
ェルと、 前記深い拡散ウェル内部に注入形成される第2導電型の
第2拡散ウェルと、 前記第1導電型の材料を前記第2拡散ウェル中に注入形
成したドレイン拡散領域と、前記第2導電型の材料を前
記第2拡散ウェル中に注入して形成され、前記ドレイン
拡散領域から1チャネル長さの距離に位置しており、前
記第2拡散ウェル中に限定されるソース拡散領域と、チ
ャネル領域内の前記半導体基板の上表面に配置され、前
記チャネルの長さが前記ドレイン拡散領域と前記ソース
拡散領域との間の長さであるトンネル酸化膜と、前記チ
ャネル領域上面の前記トンネル酸化膜上に位置する第1
ポリシリコン膜よりなるゲートと、から構成されるMO
Sトランジスタと、 前記半導体基板上に位置し、かつ複数個の開口を有する
ものであって、これらの開口が前記第2拡散ウェル、前
記ドレイン拡散領域、前記ソース拡散領域、前記ゲート
と相互接続する絶縁膜と、 前記絶縁膜上に堆積され、短絡プラグを介して前記絶縁
膜の前記複数個の開口のうち1つの開口を貫通し、前記
ゲートと相互接続され、前記ゲートとともに前記MOS
トランジスタのフローティングゲートを形成する第2ポ
リシリコン材料よりなる第1プレート電極と、前記第1
プレート電極上に配置されるキャパシタ誘電膜と、前記
キャパシタ誘電膜上に配置されて、ワード線電圧発生器
と相互接続し、前記MOSトランジスタのコントロール
ゲートを形成する第3ポリシリコン材料よりなる第2プ
レート電極と、から構成されるスタックトキャパシタ
と、 を備えている複数個のスタックトメモリセルと、 (b)それぞれが、前記スタックトゲートメモリセルの
前記アレイの列方向に配置され、各スタックトゲートメ
モリセル中の各スタックトキャパシタの前記第2プレー
ト電極と接続される複数個のワード線電圧発生器と、 (c)それぞれが、前記スタックトゲートメモリセルの
前記ドレイン拡散領域に接続され、前記スタックトゲー
トメモリセルの前記アレイの行方向に配置される複数個
のビット線電圧発生器と、 (d)前記各スタックトゲートメモリセルの深い拡散ウ
ェルに接続する深い拡散電圧発生器と、 (e)それぞれが、前記ソース拡散領域に接続され、か
つ各スタックトゲートメモリセルの前記第2拡散ウェル
に接続されるとともに、各スタックトゲートメモリセル
が前記複数の行のうち1行方向に配置される複数個のソ
ース制御電圧発生器と、 (f)それぞれが、各スタックトゲートメモリセルの前
記ドレイン拡散領域に接続され、各スタックトゲートメ
モリセルが前記複数の行のうち1行方向に配置され、か
つ各スタックトゲートメモリセルに保存されているディ
ジタルデータを検出する複数個のセンス増幅器と、 (g)それぞれが、前記複数のワード線電圧発生器と接
続し、前記複数のビット線電圧発生器と接続し、前記深
い拡散電圧発生器と接続し、前記複数のソース制御電源
発生器と接続し、前記複数のセンス増幅器と接続して、
前記複数のスタックトゲートメモリセルのプログラムお
よび消去ならびに検出を制御する複数の周辺回路と、 を備えていることを特徴とするスタックトゲートメモリ
セルの構造。
2. (a) A plurality of stacked gate memory cells are arranged as an array, wherein the array is a plurality of rows and a plurality of columns, and each stacked gate memory cell is located in a semiconductor substrate. A first conductivity type deep diffusion well implanted into the deep diffusion well; a second conductivity type second diffusion well implanted inside the deep diffusion well; and a first conductivity type material in the second diffusion well. A drain diffusion region implanted into the second diffusion well and formed by injecting the second conductivity type material into the second diffusion well, and located at a distance of one channel length from the drain diffusion region; A source diffusion region defined in a diffusion well, and a channel disposed on an upper surface of the semiconductor substrate in a channel region, wherein a length of the channel is a length between the drain diffusion region and the source diffusion region. And a first oxide film located on the tunnel oxide film on the upper surface of the channel region.
MO composed of a gate made of a polysilicon film and
An S transistor, which is located on the semiconductor substrate and has a plurality of openings, wherein these openings are interconnected with the second diffusion well, the drain diffusion region, the source diffusion region, and the gate. An insulating film, deposited on the insulating film, penetrating through one of the plurality of openings in the insulating film through a short-circuit plug, interconnected with the gate, and the MOS together with the gate;
A first plate electrode made of a second polysilicon material forming a floating gate of the transistor;
A second capacitor dielectric film disposed on the plate electrode and a second polysilicon material disposed on the capacitor dielectric film and interconnected with a word line voltage generator to form a control gate of the MOS transistor; A plurality of stacked memory cells comprising: a stacked capacitor comprising: a plate electrode; and (b) a plurality of stacked memory cells each arranged in a column direction of the array of the stacked gate memory cells. A plurality of word line voltage generators connected to the second plate electrode of each stacked capacitor in the stacked gate memory cell; and (c) each connected to the drain diffusion region of the stacked gate memory cell. A plurality of bit line voltage generators arranged in a row direction of said array of said stacked gate memory cells (D) a deep diffusion voltage generator connected to a deep diffusion well of each of the stacked gate memory cells; and (e) each being connected to the source diffusion region, and A plurality of source control voltage generators connected to the diffusion well and each stacked gate memory cell being arranged in one row direction of the plurality of rows; A plurality of sense gates connected to the drain diffusion region, wherein each stacked gate memory cell is arranged in one row direction among the plurality of rows and detects digital data stored in each stacked gate memory cell. (G) each connected to the plurality of word line voltage generators; connected to the plurality of bit line voltage generators; Connected to the pressure generator, connected to the plurality of source control power generator, connected with said plurality of sense amplifiers,
And a plurality of peripheral circuits for controlling programming, erasing, and detection of the plurality of stacked gate memory cells.
【請求項3】 (a)半導体基板中に第1導電型の深い
拡散ウェルを注入形成し、かつ前記深い拡散ウェルと深
い拡散電圧発生器とを相互接続させるステップと、 (b)前記深い拡散ウェル内に第2導電型の第2拡散ウ
ェルを注入形成するステップと、 (c)MOSトランジスタを形成するステップであっ
て、 前記第2拡散ウェル中に第1導電型のドレイン拡散領域
を注入形成し、かつ前記ドレイン拡散領域とビット線電
圧発生器とを相互接続する工程と、 前記第2拡散ウェル中の前記ドレイン拡散領域から1チ
ャネル長さの距離に位置する第2導電型のソース拡散領
域を注入形成して、前記第2拡散ウェル中に限定すると
ともに、前記ソース拡散領域とソース制御電圧発生器と
を相互接続する工程と、 チャネル領域中の前記半導体基板の上表面にトンネル酸
化膜を堆積して、前記チャネル長さを、前記ドレイン拡
散領域と前記ソース拡散領域との間の前記チャネル領域
の長さとする工程と、 前記チャネル領域上面の前記トンネル酸化膜上に第1ポ
リシリコン材料よりなるゲートを堆積する工程と、 を含むMOSトランジスタを形成するステップと、 (d)前記半導体基板の前記上表面に絶縁膜を堆積する
とともに、複数個の開口を設け、これらの開口を前記第
2拡散ウェルおよび前記ソース拡散領域ならびに前記ゲ
ートと相互接続するステップと、 (e)スタックトキャパシタを形成するステップであっ
て、 前記絶縁膜上に第2ポリシリコン材料よりなる第1プレ
ート電極を堆積し、この第1プレート電極が短絡プラグ
により前記絶縁膜を前記複数個の開口のうち1つの開口
を貫通して前記ゲートと相互接続し、前記ゲートおよび
前記第1プレート電極によって前記MOSトランジスタ
のフローティングゲートを形成する工程と、 前記第1プレート電極上にキャパシタ誘電膜を堆積する
工程と、 このキャパシタ誘電膜上に第3ポリシリコン材料よりな
る第2プレート電極を堆積するとともに、前記第2プレ
ート電極をワード線電圧発生器に接続して、前記MOS
トランジスタのコントロールゲートを形成する工程と、 を含むスタックトキャパシタを形成するステップとを含
むことを特徴とするスタックトゲートメモリセルの製造
方法。
3. A method comprising: (a) implanting a deep diffusion well of a first conductivity type in a semiconductor substrate and interconnecting the deep diffusion well and a deep diffusion voltage generator; and (b) the deep diffusion. Implanting a second diffusion well of the second conductivity type in the well; and (c) forming a MOS transistor, wherein a drain diffusion region of the first conductivity type is implanted in the second diffusion well. Interconnecting the drain diffusion region and the bit line voltage generator; and a second conductivity type source diffusion region located at a distance of one channel length from the drain diffusion region in the second diffusion well. Implanting and limiting to within the second diffusion well and interconnecting the source diffusion region and a source control voltage generator; and Depositing a tunnel oxide film on the surface to make the channel length the length of the channel region between the drain diffusion region and the source diffusion region; and Depositing a gate made of a first polysilicon material; and forming a MOS transistor comprising: (d) depositing an insulating film on the upper surface of the semiconductor substrate and providing a plurality of openings; Interconnecting the opening with the second diffusion well, the source diffusion region, and the gate; and (e) forming a stacked capacitor, wherein a second capacitor made of a second polysilicon material is formed on the insulating film. One plate electrode is deposited, and the first plate electrode is connected to one of the plurality of openings by the short-circuit plug. Forming a floating gate of said MOS transistor with said gate and said first plate electrode, interconnecting said gate with said first plate electrode; depositing a capacitor dielectric film on said first plate electrode; Depositing a second plate electrode made of a third polysilicon material on the dielectric film, connecting the second plate electrode to a word line voltage generator,
A method of manufacturing a stacked gate memory cell, comprising: forming a control gate of a transistor; and forming a stacked capacitor including:
【請求項4】 前記深い拡散電圧発生器が、電力供給電
圧源である請求項1ないし請求項3のいずれかの請求項
に記載のスタックトゲートメモリセルの構造とその製造
方法。
4. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 1, wherein the deep diffusion voltage generator is a power supply voltage source, and a method of manufacturing the same.
【請求項5】 前記スタックトゲートメモリセルの保持
時間が、DRAMよりもかなり長いものである請求項1
ないし請求項3のいずれかの請求項に記載のスタックト
ゲートメモリセルの構造とその製造方法。
5. The stacked gate memory cell of claim 1, wherein the retention time is substantially longer than that of a DRAM.
4. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 3, and a method of manufacturing the same.
【請求項6】 前記保持時間が、200msより大きいも
のである請求項5記載のスタックトゲートメモリセルの
構造とその製造方法。
6. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 5, wherein said holding time is longer than 200 ms.
【請求項7】 前記保持時間が、EEPROMよりも短
いものである請求項1ないし請求項3のいずれかの請求
項に記載のスタックトゲートメモリセルの構造とその製
造方法。
7. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 1, wherein the retention time is shorter than that of an EEPROM.
【請求項8】 前記保持時間が、10年間より短いもの
である請求項7記載のスタックトゲートメモリセルの構
造とその製造方法。
8. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 7, wherein said retention time is shorter than 10 years.
【請求項9】 前記プログラム時間が、約10ns〜10
msの範囲である請求項1ないし請求項3のいずれかの請
求項に記載のスタックトゲートメモリセルの構造とその
製造方法。
9. The program time is about 10 ns to 10 ns.
The structure of the stacked gate memory cell according to any one of claims 1 to 3, which is in the range of ms, and a manufacturing method thereof.
【請求項10】 前記消去時間が、約10ns〜10msの
範囲である請求項1ないし請求項3のいずれかの請求項
に記載のスタックトゲートメモリセルの構造とその製造
方法。
10. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 1, wherein the erase time is in a range of about 10 ns to 10 ms.
【請求項11】 前記メモリセルが、DRAMセルであ
る請求項1ないし請求項3のいずれかの請求項に記載の
スタックトゲートメモリセルの構造とその製造方法。
11. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 1, wherein said memory cell is a DRAM cell, and a method of manufacturing the same.
【請求項12】 前記メモリセルが、EEPROMセル
である請求項1ないし請求項3のいずれかの請求項に記
載のスタックトゲートメモリセルの構造とその製造方
法。
12. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 1, wherein said memory cell is an EEPROM cell, and a method of manufacturing the same.
【請求項13】 前記トンネル酸化膜の厚さが、約60
〜70Åである請求項1ないし請求項3、請求項11の
いずれかの請求項に記載のスタックトゲートメモリセル
の構造とその製造方法。
13. The method according to claim 1, wherein the thickness of the tunnel oxide film is about 60.
The structure of a stacked gate memory cell according to any one of claims 1 to 3, and a manufacturing method thereof, wherein the angle is up to 70 °.
【請求項14】 前記トンネル酸化膜の厚さが、約10
0Åである請求項1ないし請求項3、請求項12のいず
れかの請求項に記載のスタックトゲートメモリセルの構
造とその製造方法。
14. The method according to claim 1, wherein the thickness of the tunnel oxide film is about 10
The structure of a stacked gate memory cell according to any one of claims 1 to 3, and a method of manufacturing the same, wherein 0 °.
【請求項15】 前記メモリセルの結合率が、約0.9
5である請求項1ないし請求項3のいずれかの請求項に
記載のスタックトゲートメモリセルの構造とその製造方
法。
15. The method according to claim 15, wherein the coupling ratio of the memory cells is about 0.9.
The structure of the stacked gate memory cell according to any one of claims 1 to 3, and a manufacturing method thereof.
【請求項16】 前記メモリセルをプログラムによりロ
ジック値“1"とすることが、前記ビット線電圧発生器
をマイナスの前記電力供給電圧源レベルとし、前記ワー
ド線電圧発生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルと
し、前記ソース制御電圧発生器をマイナスの前記電力供
給電圧源レベルとし、前記深い拡散電圧発生器をプラス
の前記電力供給電圧源レベルとすることによって達成さ
れるものである請求項1ないし請求項3のいずれかの請
求項に記載のスタックトゲートメモリセルの構造とその
製造方法。
16. The method according to claim 16, wherein the logic value of the memory cell is set to "1" by programming the bit line voltage generator to the negative power supply voltage source level and the word line voltage generator to the positive power supply voltage. 2. The method according to claim 1, wherein the power source voltage level is set to be negative, the source control voltage generator is set to the negative power supply voltage source level, and the deep diffusion voltage generator is set to the positive power supply voltage source level. 4. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 3, and a method of manufacturing the same.
【請求項17】 前記メモリセルをプログラムによりロ
ジック値“0"とすることが、前記ビット線電圧発生器
を接地基準電位とし、前記ワード線電圧発生器をプラス
の前記電力供給電圧源レベルとし、前記ソース制御電圧
発生器をマイナスの前記電力供給電圧源レベルとし、前
記深い拡散電圧発生器をプラスの前記電力供給電圧源レ
ベルとすることによって達成されるものである請求項1
ないし請求項3のいずれかの請求項に記載のスタックト
ゲートメモリセルの構造とその製造方法。
17. The method according to claim 17, wherein the logic value of the memory cell is set to "0" by programming, the bit line voltage generator is set to a ground reference potential, the word line voltage generator is set to the positive power supply voltage source level, 2. The method of claim 1, wherein the source control voltage generator is at the negative power supply voltage source level and the deep diffusion voltage generator is at the positive power supply voltage source level.
4. The structure of a stacked gate memory cell according to claim 3, and a method of manufacturing the same.
【請求項18】 前記メモリセルでの消去が、前記ワー
ド線電圧発生器をマイナスの前記電力供給電圧源レベル
とし、前記ビット線電圧発生器をプラスの前記電力供給
電圧源レベルとし、前記ソース制御電圧発生器をマイナ
スの前記電力供給電圧源レベルとし、前記深い拡散電圧
発生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルとすること
によって達成されるものである請求項1ないし請求項3
のいずれかの請求項に記載のスタックトゲートメモリセ
ルの構造とその製造方法。
18. The method of claim 17, wherein the erasing in the memory cell comprises: setting the word line voltage generator to the negative power supply voltage source level; setting the bit line voltage generator to the positive power supply voltage source level; 4. The method according to claim 1, wherein the voltage generator is at the negative power supply voltage level and the deep diffusion voltage generator is at the positive power supply voltage level.
A structure of a stacked gate memory cell according to any one of claims 1 to 4, and a method of manufacturing the same.
【請求項19】 前記複数のスタックトゲートメモリセ
ルの1行に対するプログラムが、同時に、前記ビット線
電圧発生器をマイナスの前記電力供給電圧源レベルと
し、前記ワード線電圧発生器をプラスの前記電力供給電
圧源レベルとして、前記複数のスタックトゲートメモリ
セルの前記行においてプログラムを行ってロジック値
“1"とするとともに、前記ワード線電圧発生器を前記
接地基準電位レベルとして、前記複数のスタックトゲー
トメモリセルの前記行においてプログラムを行ってロジ
ック値“0"とし、前記ソース制御電圧発生器をマイナ
スの前記電力供給電圧源レベルとし、前記深い拡散電圧
発生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルとするもの
である請求項2または請求項4記載のスタックトゲート
メモリセルの構造。
19. The program for a row of the plurality of stacked gate memory cells may include simultaneously setting the bit line voltage generator to the negative power supply voltage source level and setting the word line voltage generator to the positive power supply voltage. The supply voltage source level is programmed in the row of the plurality of stacked gate memory cells to a logic value “1”, and the word line voltage generator is set to the ground reference potential level to set the plurality of stacked gate memory cells. Programming in the row of gate memory cells to a logic value "0", the source control voltage generator at the negative power supply voltage source level, and the deep diffusion voltage generator at the positive power supply voltage source level; The structure of the stacked gate memory cell according to claim 2 or 4, wherein
【請求項20】 前記複数のスタックトゲートメモリセ
ルの1列に対するプログラムが、同時に、前記ビット線
電圧発生器をマイナスの前記電力供給電圧源レベルとし
て、前記複数のスタックトゲートメモリセルの前記列に
おけるプログラムを行ってロジック値“1"とするとと
もに、前記ワード線電圧発生器を前記接地基準電位レベ
ルとして、前記複数のスタックトゲートメモリセルの前
記列におけるプログラムを行ってロジック値“0"と
し、前記ソース制御電圧発生器をマイナスの前記電力供
給電圧源レベルとし、前記深い拡散電圧発生器をプラス
の前記電力供給電圧源レベルとするものである請求項2
または請求項4記載のスタックトゲートメモリセルの構
造。
20. A program for a column of said plurality of stacked gate memory cells, wherein said bit line voltage generator is simultaneously set to said negative power supply voltage source level. And the word line voltage generator is set to the ground reference potential level, and the program in the column of the plurality of stacked gate memory cells is performed to set the logic value to "0". And the source control voltage generator being at the negative power supply voltage source level and the deep diffusion voltage generator being at the positive power supply voltage source level.
5. The structure of the stacked gate memory cell according to claim 4.
【請求項21】 前記複数のスタックトゲートメモリセ
ルの1行に対する消去が、全部の前記複数のビット線電
源発生器をマイナスの前記電力供給電圧源レベルとし、
かつ前記行中の前記複数のスタックトゲートメモリセル
に接続し、前記行の前記ビット線電源発生器をプラスの
前記電力供給電圧源レベルとし、前記行中の全部の前記
複数のスタックトゲートメモリセルの前記ソース制御電
圧発生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルとし、前
記深い拡散電圧発生器をプラスの前記電力供給電圧源レ
ベルとするものである請求項2または請求項4記載のス
タックトゲートメモリセルの構造。
21. Erasing a row of the plurality of stacked gate memory cells causes all of the plurality of bit line power generators to be at the negative power supply voltage source level;
And connecting the plurality of stacked gate memory cells in the row to the plurality of stacked gate memory cells in the row and setting the bit line power generator in the row to the positive power supply voltage source level. 5. A stack according to claim 2 or claim 4, wherein the source control voltage generator of the cell is at the positive power supply voltage source level and the deep diffusion voltage generator is at the positive power supply voltage source level. Gate memory cell structure.
【請求項22】 前記複数のスタックトゲートメモリセ
ルの1列に対する消去が、前記複数のビット線電源発生
器をマイナスのマイナスの前記電力供給電圧源レベルと
し、かつ前記行中の前記複数のスタックトゲートメモリ
セルに接続し、前記複数のスタックトゲートメモリセル
の全部の前記複数のビット線電源発生器をプラスの前記
電力供給電圧源レベルとし、かつ前記列に接続し、全部
の前記複数のスタックトゲートメモリセルの前記複数の
ソース制御電圧発生器をプラスの前記電力供給電圧源レ
ベルとし、かつ前記列に接続させ、前記深い拡散電圧発
生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルとするもので
ある請求項2または請求項4記載のスタックトゲートメ
モリセルの構造。
22. Erasing a column of the plurality of stacked gate memory cells causes the plurality of bit line power generators to be at the negative power supply voltage source level and the plurality of stacks in the row. Connected to the gate memory cells, all of the plurality of bit line power generators of the plurality of stacked gate memory cells are at the positive power supply voltage source level, and connected to the column, and all of the plurality of stacked gate memory cells are connected to the column. The plurality of source control voltage generators of a stacked gate memory cell being at the positive power supply voltage source level and connected to the column, and the deep diffusion voltage generator being at the positive power supply voltage source level The structure of the stacked gate memory cell according to claim 2 or 4, wherein
【請求項23】 前記複数のスタックトゲートメモリセ
ルの前記アレイに対する消去が、前記複数のスタックト
ゲートメモリセルアレイの全部の前記複数のビット線電
源発生器をマイナスのマイナスの前記電力供給電圧源レ
ベルとし、前記アレイの全部の前記複数のワード線電源
発生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルとし、前記
アレイの全部の前記複数のソース制御電圧発生器をプラ
スの前記電力供給電圧源レベルとし、前記深い拡散電圧
発生器をプラスの前記電力供給電圧源レベルとするもの
である請求項2または請求項4記載のスタックトゲート
メモリセルの構造。
23. An erase operation on the array of the plurality of stacked gate memory cells causes the plurality of bit line power generators of the plurality of stacked gate memory cell arrays to have a negative power supply voltage source level. Wherein all of the plurality of word line power generators of the array are at the positive power supply voltage source level, and all of the plurality of source control voltage generators of the array are at the positive power supply voltage source level; The structure of a stacked gate memory cell according to claim 2 or 4, wherein the deep diffusion voltage generator is at the positive power supply voltage source level.
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