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JP2003046002A - Nonvolatile semiconductor memory device and method of operating the same - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and method of operating the same

Info

Publication number
JP2003046002A
JP2003046002A JP2001226719A JP2001226719A JP2003046002A JP 2003046002 A JP2003046002 A JP 2003046002A JP 2001226719 A JP2001226719 A JP 2001226719A JP 2001226719 A JP2001226719 A JP 2001226719A JP 2003046002 A JP2003046002 A JP 2003046002A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory
dielectric film
transistor
gate dielectric
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001226719A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Fujiwara
一郎 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2001226719A priority Critical patent/JP2003046002A/en
Publication of JP2003046002A publication Critical patent/JP2003046002A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】読み出し,消去を含めた書き込み動作サイクル
全体の時間が短く、CMOSプロセスとの親和性が高く
して、低コストのメモリ混載システムLSIの実現を容
易にする。 【解決手段】チャネルを共有したMIS型トランジスタ
とメモリトランジスタとを有し、メモリトランジスタの
ゲート誘電体膜GD1が複数の誘電体を積層させてな
り、その内部に離散化された電荷蓄積手段を含む。書き
込み時に、MIS型トランジスタとメモリトランジスタ
との境界付近で発生したホットエレクトロンHEを、ゲ
ート誘電体膜GD1内に、そのソースS側から注入する
(図8(A))。消去時に、ドレインD側で発生したホ
ットホールHH1,HH2を、ゲート誘電体膜GD1内
で蓄積された電子の分布領域にドレインD側から注入す
る(図8(B))。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To shorten the time of the entire writing operation cycle including reading and erasing, increase the affinity with the CMOS process, and easily realize a low-cost memory-embedded system LSI. A MIS transistor and a memory transistor sharing a channel are provided, and a gate dielectric film GD1 of the memory transistor is formed by laminating a plurality of dielectrics, and includes a discrete charge storage means therein. . During writing, hot electrons HE generated near the boundary between the MIS transistor and the memory transistor are injected into the gate dielectric film GD1 from the source S side (FIG. 8A). At the time of erasing, hot holes HH1 and HH2 generated on the drain D side are injected from the drain D side into the distribution region of the electrons accumulated in the gate dielectric film GD1 (FIG. 8B).

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、直列接続されたメ
モリトランジスタとMIS型トランジスタとを有し、メ
モリトランジスタのゲート誘電体膜が複数の誘電体を積
層されてなり、当該積層体の内部に離散化された電荷蓄
積手段を有した不揮発性半導体メモリ装置と、その動作
方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a memory transistor and a MIS type transistor connected in series, and a gate dielectric film of the memory transistor is formed by laminating a plurality of dielectrics. The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device having discretized charge storage means and an operating method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】高度情報化社会、或いは高速,広域ネッ
トワーク社会において、大容量のファイルメモリ、AV
用途メモリに対するニーズは大きい。殊に、大容量ディ
スクメモリの代替として、或いはモバイル情報端末に使
用される小型で信頼性が高いリムーバブルな記憶媒体と
して、不揮発性半導体メモリがその第1の候補になって
いる。
2. Description of the Related Art In advanced information society or high speed, wide area network society, large capacity file memory, AV
There is a great need for application memory. In particular, a non-volatile semiconductor memory is the first candidate as a substitute for a large-capacity disk memory or as a small and highly reliable removable storage medium used in a mobile information terminal.

【0003】一方、現在主にプリント基板上に実現され
ている1つのシステムまたはサブシステムそのものを1
つのLSIで実現することを目的としたシステムLSI
は、将来の情報機器のサイズ,性能,価格を左右するキ
ーデバイスとして注目されている。多くのシステムLS
Iにおいて、待機電源を必要としない不揮発性半導体メ
モリは必須となっている。システムLSI内に混載され
る不揮発性メモリにおいては、大容量,高速,低電圧,
低消費電力などの従来の不揮発性メモリに要求される性
能に加え、他のディジタル回路やアナログ回路を形成す
るCMOSプロセスとの高い親和性が要求される。
On the other hand, one system or subsystem itself which is currently mainly realized on a printed circuit board is
System LSI for the purpose of realizing with one LSI
Is attracting attention as a key device that influences the size, performance, and price of future information equipment. Many system LS
In I, a non-volatile semiconductor memory that does not require a standby power supply is essential. In the non-volatile memory embedded in the system LSI, large capacity, high speed, low voltage,
In addition to the performance required for conventional non-volatile memories such as low power consumption, high affinity with CMOS processes for forming other digital circuits and analog circuits is required.

【0004】この混載用途の不揮発性メモリでは、従
来、フローティングゲートFGを電荷蓄積層とするNO
R型メモリセルが用いられてきた。ところが、このメモ
リセルでは、電荷蓄積手段として機能するフローティン
グゲートFGがポリシリコンなどの単層の導電膜からな
るため、その下のトンネリング膜に局所的にリークパス
が発生した場合、多くの蓄積電荷がリークパスを通って
基板側に消失し、その結果、電荷保持特性が低下しやす
い。
In the non-volatile memory for mixed use, conventionally, the NO using the floating gate FG as the charge storage layer is conventionally used.
R-type memory cells have been used. However, in this memory cell, since the floating gate FG functioning as a charge storage means is made of a single-layer conductive film such as polysilicon, when a leak path is locally generated in the tunneling film below the floating gate FG, a large amount of stored charge is generated. It disappears to the substrate side through the leak path, and as a result, the charge retention characteristics tend to deteriorate.

【0005】そのような不利益を受けにくいことを理由
に、ゲート誘電体膜が複数の誘電体を積層させてなり、
その内部に電荷トラップなどの離散化された電荷蓄積手
段を含むMONOS型などのメモリ素子が注目されてい
る。MONOS型では、電荷蓄積手段が空間的に離散化
されているために、リークパス周囲の保持電荷が局所的
にリークするに過ぎず、その結果、FG型より電荷保持
特性に優れる。
Due to the fact that it is difficult to receive such a disadvantage, the gate dielectric film is formed by laminating a plurality of dielectrics,
Attention has been focused on a MONOS type memory device including a discrete charge storage means such as a charge trap therein. In the MONOS type, since the charge storage means is spatially discretized, the retained charges around the leak path only leak locally, and as a result, the charge retaining characteristic is superior to that of the FG type.

【0006】書き込み速度の向上を目的として、たとえ
ば、チャネルホットエレクトロン(CHE)をソース側
から注入するソースサイド注入型のMONOSトランジ
スタが報告された(IEEE Electron Device Letter 19,
1998, pp153 )。このソースサイド注入型MONOSト
ランジスタでは、サイドゲートの制御によりMONOS
トランジスタのソース側に高電界を発生させるため、電
荷の注入速度が改善された。
For the purpose of improving the writing speed, for example, a source side injection type MONOS transistor for injecting channel hot electrons (CHE) from the source side has been reported (IEEE Electron Device Letter 19,
1998, pp153). In this source side injection type MONOS transistor, MONOS is controlled by controlling the side gate.
Since a high electric field is generated on the source side of the transistor, the charge injection speed is improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の不揮発
性メモリ装置では、特にシステムLSIに混載すること
による要求を全て満足することが難しい。
In the conventional non-volatile memory device described above, it is difficult to meet all the requirements especially when the device is embedded in the system LSI.

【0008】システムLSIのCMOSプロセスでは、
素子の微細化が年々進み、現在はゲート長1.3μmが
実用化されている。ところが、FG型では、前記した電
荷保持特性の低下のためにトンネリング膜のスケーリン
グが困難であり、これがそのままゲート長のスケーリン
グを困難なものとしている。したがって、FG型をシス
テムLSIの混載メモリ素子に利用することを維持しよ
うとすると、そのメモリプロセスとCMOSプロセスと
の親和性が低下し、プロセス条件の共通性が保てない状
況を招いている。たとえば、ソース・ドレイン領域など
の不純物拡散層は素子の微細化に伴って高濃度,薄層化
を進める必要があるが、プロセスルールの差が開き過ぎ
ると、メモリ部とCMOS部とで別々に不純物拡散層を
形成する必要が生じる。また、FG型では、プログラム
や消去に10V以上の高電圧を必要とし、比較的高い耐
圧を維持するための特殊プロセスを必要とする。一方、
ロジック回路などでは低電圧化が進んでおり、この点で
もプロセスの親和性が低下している。
In the CMOS process of the system LSI,
The miniaturization of the device has progressed year by year, and a gate length of 1.3 μm is currently in practical use. However, in the FG type, it is difficult to scale the tunneling film due to the deterioration of the charge retention characteristics described above, which makes it difficult to scale the gate length as it is. Therefore, if it is attempted to maintain the use of the FG type in a mixed memory element of a system LSI, the affinity between the memory process and the CMOS process is lowered, and the commonality of process conditions cannot be maintained. For example, the impurity diffusion layers such as the source / drain regions need to be made higher in concentration and thinner in accordance with the miniaturization of the element. However, if the difference in the process rules is too wide, the memory section and the CMOS section are separated. It is necessary to form the impurity diffusion layer. Further, the FG type requires a high voltage of 10 V or more for programming and erasing, and requires a special process for maintaining a relatively high breakdown voltage. on the other hand,
In logic circuits and the like, lowering of voltage is progressing, and in this respect as well, the affinity of the process is decreasing.

【0009】前記した文献に記載の先行技術では、MO
NOS型素子に対しソースサイド注入により電荷の注入
効率を高め、書き込み速度の向上に効果がある。しか
し、不揮発性メモリの動作サイクルでは、一般に、書き
込み前消去を行って、一旦、書き込み対象のセル全ての
閾値をローレベルで揃えてから、必要なセルに書き込み
を行う。あるいは、消去レベルを揃えるために、さらに
消去の前に全てのセルをハイレベルに揃えることもあ
る。このように、不揮発性メモリの動作サイクル時間の
短縮のためには書き込み速度の向上だけでは片手落ちで
あり、同時に、消去速度の向上を進める必要がある。ま
た、この先行技術では、消去にトップ酸化膜側から電子
をトンネリングを利用して引き抜いている。したがっ
て、消去速度が遅い。このため、動作サイクル時間の低
減が十分でないという不利益がある。
In the prior arts described in the above-mentioned documents, the MO
The charge injection efficiency is improved by the source side injection to the NOS type element, which is effective in improving the writing speed. However, in a non-volatile memory operation cycle, generally, pre-erase erasure is performed to temporarily set the thresholds of all cells to be written at a low level, and then the required cells are written. Alternatively, in order to align the erase level, all cells may be aligned to the high level before further erasing. As described above, in order to shorten the operation cycle time of the non-volatile memory, it is not enough to improve the writing speed, but it is necessary to improve the erasing speed at the same time. Further, in this prior art, electrons are extracted from the top oxide film side by utilizing tunneling for erasing. Therefore, the erase speed is slow. Therefore, there is a disadvantage that the reduction of the operation cycle time is not sufficient.

【0010】このように、従来の不揮発性メモリ装置で
は、個々の書き込み時間や消去時間の低減という観点で
メモリセルアレイ方式や動作方式が決定され、こらが動
作サイクル全体の時間削減という観点から決定されてい
ない。また、前記したようにシステムLSIに混載する
観点での検討が不十分である。
As described above, in the conventional non-volatile memory device, the memory cell array method and the operation method are determined from the viewpoint of reducing the individual writing time and the erasing time, and these are determined from the viewpoint of reducing the time of the entire operation cycle. Not not. Further, as described above, the study from the viewpoint of being mixedly mounted on the system LSI is insufficient.

【0011】本発明は、読み出し,消去を含めた書き込
み動作サイクル全体の時間低減という観点から、あるい
は混載用メモリとしての観点から好適な素子構造、セル
アレイ方式および動作方法を新たに提案することを目的
とする。
An object of the present invention is to newly propose a device structure, a cell array system and an operation method suitable from the viewpoint of reducing the time of the entire write operation cycle including reading and erasing, or from the viewpoint of an embedded memory. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の観点に係る不揮発性メモリ装置の動
作方法は、ソース線とビット線との間に直列に接続され
チャネルを共有したMIS型トランジスタとメモリトラ
ンジスタとを有し、メモリトランジスタのゲート誘電体
膜が複数の誘電体を積層させてなり、当該積層膜内部に
離散化された電荷蓄積手段を含む不揮発性半導体メモリ
装置の動作方法であって、上記動作方法が以下の諸工
程、すなわち、書き込み時に、MIS型トランジスタと
メモリトランジスタとの境界付近で発生したホットエレ
クトロンを、メモリトランジスタのゲート誘電体膜内に
ソース側から注入し、消去時に、メモリトランジスタの
ドレイン側で発生したホットホールを、メモリトランジ
スタのゲート誘電体膜の電子の蓄積領域にドレイン側か
ら注入する。
In order to achieve the above object, in a method of operating a nonvolatile memory device according to a first aspect of the present invention, a channel connected in series between a source line and a bit line is provided. A non-volatile semiconductor memory device having a shared MIS type transistor and a memory transistor, a gate dielectric film of the memory transistor is formed by laminating a plurality of dielectrics, and including a discrete charge storage means inside the laminated film. Of the above-mentioned operation method, that is, hot electrons generated near the boundary between the MIS type transistor and the memory transistor at the time of writing are written in the gate dielectric film of the memory transistor from the source side. Hot holes generated on the drain side of the memory transistor during injection and erasing are removed by the gate dielectric of the memory transistor. It injected from the drain side to the electron accumulation region of.

【0013】この方法は、消去を含む書き込みサイクル
内の動作に好適である。この場合、上記MIS型トラン
ジスと上記メモリトランジスタとを有したメモリセルが
行列状に複数配置され、同一行に属する複数のメモリト
ランジスタのゲートがワード線により接続されているメ
モリセルアレイが上記不揮発性メモリ装置内に設けら
れ、当該メモリセルアレイ対する書き込みサイクルが以
下の諸工程、すなわち、メモリトランジスタのドレイン
が接続された全てのビット線と、選択された行のワード
線との間に、所定の電圧を印加して、メモリトランジス
タのドレインにホットホールを発生させ、発生させたホ
ットホールを対応するメモリトランジスタのゲート誘電
体膜内に注入して、選択された行内のメモリセルに対し
同時に消去を行い、書き込みデータに応じて電荷注入が
必要なセルが接続されたソース線とビット線との間に所
定の電圧を印加し、かつ、上記選択されたワード線に所
定の電圧を印加して、チャネル内にホットエレクトロン
を発生させ、ホットエレクトロンが発生したセル内で、
当該ホットエレクトロンをメモリトランジスタのゲート
誘電体膜内に注入して書き込みを行う各工程を含む。
This method is suitable for operations within a write cycle including erase. In this case, the memory cell array in which a plurality of memory cells having the MIS type transistors and the memory transistors are arranged in a matrix and the gates of the plurality of memory transistors belonging to the same row are connected by word lines are the nonvolatile memory. The write cycle for the memory cell array provided in the device is performed by the following steps, that is, a predetermined voltage is applied between all the bit lines connected to the drains of the memory transistors and the word line of the selected row. Apply to generate a hot hole in the drain of the memory transistor, inject the generated hot hole into the gate dielectric film of the corresponding memory transistor, and simultaneously erase the memory cells in the selected row, Source line and bit line connected to cells that require charge injection according to write data Applying a predetermined voltage between, and, by applying a predetermined voltage to the selected word line, to generate hot electrons in the channel, in a cell where hot electrons are generated,
Each step of injecting the hot electrons into the gate dielectric film of the memory transistor to perform writing is included.

【0014】好適に、上記ソース線の電圧印加と上記ビ
ット線の電圧印加を、メモリセルの列ごとに行う。ま
た、上記動作方法が検証読み出し工程を含み、当該検証
読み出し工程が更に以下の諸工程、すなわち、上記ホッ
トエレクトロンの注入時と同じ方向の電圧を上記ソース
線と上記ビット線間に供給し、上記メモリトランジスタ
のゲートに所定の電圧を印加し、上記ビット線の電位変
化を検出する各工程を更に含む。
Preferably, the voltage application to the source line and the voltage application to the bit line are performed for each column of memory cells. In addition, the operation method includes a verification read step, and the verification read step further includes the following steps, that is, supplying a voltage in the same direction as when the hot electrons are injected between the source line and the bit line, Each step of applying a predetermined voltage to the gate of the memory transistor and detecting the potential change of the bit line is further included.

【0015】この動作方法では、書き込みをソースサイ
ド注入により行い、消去を、たとえばバンド間トンネリ
ング電流に起因して発生したホットホールの注入により
行うため、たとえば書き込み前消去を含む書き込み動作
のサイクル時間が短くなる。また、書き込み後の検証の
ための読み出しを含む場合、ソース線は基準電圧で維持
し、書き込み時のビット線電位から読み出し時のビット
線電位に変化させるだけでよく、ソース線およびビット
線の大きな振幅での電位変化を伴わない。さらに、ソー
ス線とビット線が列ごとに分離されている場合、1つの
ワード線に接続されたメモリセル行を一括して動作させ
ることができる。以上より、本発明の第1の観点に係る
動作方法を用いることにより、並列動作させるメモリセ
ル数が多い場合でも、消去および/または読み出しを含
む書き込み動作のサイクル時間が低減される。
In this operating method, the programming is performed by the source side injection and the erasing is performed by injecting the hot holes generated due to the band-to-band tunneling current, so that the cycle time of the programming operation including the pre-writing erasing is performed. It gets shorter. Further, in the case of including reading for verification after writing, it is sufficient to maintain the source line at the reference voltage and change the bit line potential at the time of writing to the bit line potential at the time of reading, and the source line and the bit line are large. No potential change in amplitude. Further, when the source line and the bit line are separated for each column, the memory cell rows connected to one word line can be operated collectively. As described above, by using the operation method according to the first aspect of the present invention, the cycle time of the write operation including erase and / or read is reduced even when the number of memory cells to be operated in parallel is large.

【0016】本発明の第2の観点に係る不揮発性半導体
メモリ装置は、ソース電圧を供給するソース線と、ドレ
イン電圧を供給するビット線と、ドレインがビット線に
接続され、ゲート誘電体膜が複数の誘電体を積層させて
なり、当該積層体の内部に離散化された電荷蓄積手段を
含むメモリトランジスタと、メモリトランジスタとソー
ス線との間にメモリトランジスタとチャネルを共有して
直列接続されたMIS型トランジスタと、ホットエレク
トロンをメモリトランジスタのゲート誘電体膜内にソー
ス側から注入するための電圧、ホットホールをメモリト
ランジスタのゲート誘電体膜内にドレイン側から注入す
るための電圧を、ソース線、ビット線、メモリトランジ
スタのゲート、MIS型トランジスタのゲートに対しそ
れぞれ必要な電圧レベルと極性にて供給する電圧供給回
路とを有している。この電圧供給回路は、好適に、上記
メモリトランジスタのドレイン側でバンド間トンネリン
グ電流を発生させ、その電流に起因したホットホールを
上記ゲート誘電体膜内に注入するために必要な大きさと
極性の電圧を、少なくともメモリトランジスタのゲート
とドレイン間に供給する。
In a nonvolatile semiconductor memory device according to a second aspect of the present invention, a source line supplying a source voltage, a bit line supplying a drain voltage, a drain is connected to the bit line, and a gate dielectric film is formed. A memory transistor including a plurality of dielectrics laminated and including discrete charge storage means inside the laminated body, and the memory transistor and the source line were connected in series sharing the channel with the memory transistor. The MIS type transistor, a voltage for injecting hot electrons into the gate dielectric film of the memory transistor from the source side, and a voltage for injecting hot holes into the gate dielectric film of the memory transistor from the drain side are used. , The required voltage for the bit line, the gate of the memory transistor, and the gate of the MIS transistor And a voltage supply circuit for supplying at Bell and polarity. This voltage supply circuit preferably generates a band-to-band tunneling current on the drain side of the memory transistor, and a voltage of a magnitude and polarity required to inject hot holes resulting from the current into the gate dielectric film. Are supplied at least between the gate and drain of the memory transistor.

【0017】このような構成の不揮発性メモリ装置で
は、上記した機能を備えた電圧供給回路を有するため、
前述した本発明の動作方法を好適に実施できる。
Since the non-volatile memory device having such a configuration has the voltage supply circuit having the above-mentioned function,
The above-described operation method of the present invention can be suitably implemented.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】第1実施形態 図1は、本発明の実施形態に係る不揮発性メモリ装置の
要部構成を示すブロック図である。この不揮発性メモリ
装置は、大別すると、メモリ部と、たとえばCPUやロ
ジック回路などのCMOS部を含む。メモリ部とCMO
S部は同一の半導体基板に集積化されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. This non-volatile memory device roughly includes a memory unit and a CMOS unit such as a CPU or a logic circuit. Memory part and CMO
The S section is integrated on the same semiconductor substrate.

【0019】このメモリ部は、メモリセルアレイMC
A、ロウ制御回路RC、カラム制御回路CC、電源部P
S、アドレス制御回路ACを含む。ロウ制御回路RCと
メモリセルアレイMCAとは、複数のメモリワード線M
WL,複数のセレクトワード線SWLにより接続されて
いる。ロウ制御回路RCは、これらのワード線MWL,
SWLを制御するための回路であり、ロウデコーダ,ロ
ウバッファを含む。カラム制御回路CCとメモリセルア
レイMCAとは、複数のソース線SL,複数のビット線
BLにより接続されている。カラム制御回路CCは、こ
れらのソース線やビット線を制御するための回路であ
り、カラム選択回路,センスアンプ,書き込み回路、カ
ラムラッチ、入出力バッファなど、書き込み,消去およ
び読み出しに必要なカラム側の回路全てを含む。電源部
PSは電源電圧VCCから所定の電圧を生成する回路であ
る。また、アドレス制御回路ACは、アドレス信号AD
Rを入力してクロックCLKに同期させて、xアドレス
X−ADR,yアドレスY−ADRを出力する回路であ
り、アドレスバッファを含む。このうちロウ制御回路R
C,カラム制御回路CCおよび電源部PSにより、本発
明の“電圧供給回路”の機能が具体化されている。
This memory section includes a memory cell array MC
A, row control circuit RC, column control circuit CC, power supply unit P
S, address control circuit AC. The row control circuit RC and the memory cell array MCA include a plurality of memory word lines M.
WL and a plurality of select word lines SWL are connected. The row control circuit RC uses these word lines MWL,
This is a circuit for controlling the SWL and includes a row decoder and a row buffer. The column control circuit CC and the memory cell array MCA are connected by a plurality of source lines SL and a plurality of bit lines BL. The column control circuit CC is a circuit for controlling these source lines and bit lines, and includes a column selection circuit, a sense amplifier, a write circuit, a column latch, an input / output buffer, and the like, which is required for writing, erasing and reading. Including all circuits. The power supply unit PS is a circuit that generates a predetermined voltage from the power supply voltage V CC . Further, the address control circuit AC uses the address signal AD
It is a circuit that inputs R and outputs x-address X-ADR and y-address Y-ADR in synchronization with clock CLK, and includes an address buffer. Of these, the row control circuit R
The function of the "voltage supply circuit" of the present invention is embodied by C, the column control circuit CC, and the power supply section PS.

【0020】図2は、第1実施形態に係る分離ソース線
NOR型メモリセルアレイの等価回路図である。メモリ
セルM11,M12,…,M21,M22,…が、メモ
リセルアレイ内に行列状に配置されている。各メモリセ
ルは、電荷蓄積能力を有したメモリトランジスタMT
と、MIS型トランジスタから構成され電荷蓄積能力を
有しないセレクトトランジスタSTとからなる。メモリ
トランジスタMTとセレクトトランジスタSTは、ソー
ス線とビット線間に直列接続されている。すなわち、メ
モリトランジスタMTのドレインが対応するビット線B
Li(i=1,2,…)に接続され、セレクトトランジ
スタSTのソースが対応するソース線SLiに接続さ
れ、メモリトランジスタMTのソースとセレクトトラン
ジスタSTのドレインが接続されている。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the separated source line NOR type memory cell array according to the first embodiment. Memory cells M11, M12, ..., M21, M22, ... Are arranged in a matrix in the memory cell array. Each memory cell is a memory transistor MT having a charge storage capability.
And a select transistor ST composed of MIS type transistors and having no charge storage capability. The memory transistor MT and the select transistor ST are connected in series between the source line and the bit line. That is, the bit line B to which the drain of the memory transistor MT corresponds
Are connected to Li (i = 1, 2, ...), the source of the select transistor ST is connected to the corresponding source line SLi, and the source of the memory transistor MT and the drain of the select transistor ST are connected.

【0021】ソース線SLiとビット線BLiは列方向
に配置され、メモリセル列ごとに設けられている。メモ
リトランジスタMTのゲートは、行方向に配置されたメ
モリワード線に接続されている。すなわち、第1行のメ
モリセルM11,M21,…のメモリトランジスタMT
のゲートは、メモリワード線MWL1によって相互に接
続されている。また、第2行のメモリセルM12,M2
2,…のメモリトランジスタMTのゲートはメモリワー
ド線MWL2によって相互に接続されている。セレクト
トランジスタSTのゲートは、行方向に配置されたセレ
クトワード線に接続されている。すなわち、第1行のメ
モリセルM11,M21,…のセレクトトランジスタS
Tのゲートは、セレクトワード線SWL1によって相互
に接続されている。また、第2行のメモリセルM12,
M22,…のセレクトトランジスタSTのゲートはセレ
クトワード線SWL2によって相互に接続されている。
The source line SLi and the bit line BLi are arranged in the column direction, and are provided for each memory cell column. The gate of the memory transistor MT is connected to the memory word line arranged in the row direction. That is, the memory transistors MT of the memory cells M11, M21, ... In the first row.
The gates of are connected to each other by a memory word line MWL1. In addition, the memory cells M12 and M2 in the second row
The gates of the memory transistors MT of 2, ... Are connected to each other by a memory word line MWL2. The gate of the select transistor ST is connected to the select word line arranged in the row direction. That is, the select transistor S of the memory cells M11, M21, ... In the first row.
The gates of T are mutually connected by a select word line SWL1. In addition, the memory cells M12 of the second row,
The gates of the select transistors ST of M22, ... Are connected to each other by a select word line SWL2.

【0022】図3は、このNOR型メモリセルアレイの
概略平面図である。図4は、図3のA−A’線に沿った
断面側から見た鳥瞰図である。図5は、メモリセルの行
方向の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of this NOR type memory cell array. FIG. 4 is a bird's-eye view seen from the cross-section side along the line AA ′ in FIG. 3. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the memory cell in the row direction.

【0023】このNOR型メモリセルアレイでは、図4
に示すように、p型半導体基板SUB(pウエルでも
可)の表面にトレンチまたはLOCOSなどから誘電体
分離層ISOが形成されている。誘電体分離層ISO
は、図3に示すように、列方向に長い平行ストライプ形
状を有する。誘電体分離層ISOにほぼ直交して、メモ
リワード線MWLiと、セレクトワード線SWLi(i
=1,2,3,4,…)が配置されている。メモリワー
ド線MWLiとセレクトワード線SWLiは、薄い誘電
体膜を間に介在させて互いに並行に配置されている。
In this NOR type memory cell array, as shown in FIG.
As shown in, a dielectric isolation layer ISO is formed from a trench, LOCOS, or the like on the surface of the p-type semiconductor substrate SUB (p well may be used). Dielectric isolation layer ISO
Has a parallel stripe shape that is long in the column direction, as shown in FIG. The memory word line MWLi and the select word line SWLi (i are substantially orthogonal to the dielectric isolation layer ISO.
= 1, 2, 3, 4, ...) are arranged. The memory word line MWLi and the select word line SWLi are arranged in parallel with each other with a thin dielectric film interposed therebetween.

【0024】各誘電体分離層ISOの間隔内の半導体領
域において、メモリワード線MWLiと1つ隣りのメモ
リワード線MWLi+1との間のスペースに、基板SU
Bと逆導電型の不純物が高濃度に導入されてドレイン領
域Dが形成されている。また、セレクトワード線SWL
iと1つ隣りのセレクトワード線SWLi+1との間の
スペースに、ドレイン領域Dと一括して同じ不純物が導
入されてソース領域Sが形成されている。このソース領
域Sとドレイン領域Dは、その大きさが行方向には誘電
体分離層ISOの間隔のみで規定され、列方向にはメモ
リワード線MWLiとMWLi+1との間隔あるいはセ
レクトワード線SWLiとSWLi+1との間隔で規定
される。したがって、ソース領域Sとドレイン領域D
は、その大きさと配置のばらつきに関しマスク合わせの
誤差が殆ど導入されないことから、極めて均一に形成さ
れている。
In the semiconductor region within the distance between the dielectric isolation layers ISO, the substrate SU is placed in the space between the memory word line MWLi and the memory word line MWLi + 1 adjacent thereto.
An impurity of the conductivity type opposite to that of B is introduced at a high concentration to form the drain region D. Also, select word line SWL
In the space between i and the adjacent select word line SWLi + 1, the same impurities as the drain region D are collectively introduced to form the source region S. The size of the source region S and the drain region D is defined only by the distance between the dielectric isolation layers ISO in the row direction, and the distance between the memory word lines MWLi and MWLi + 1 or the select word lines SWLi and SWLi + 1 in the column direction. Specified by the interval between and. Therefore, the source region S and the drain region D
Are almost uniformly formed because almost no mask alignment error is introduced with respect to variations in size and arrangement.

【0025】ワード線MWLi,SWLiの上部および
側壁は、絶縁層で覆われている。すなわち、ワード線M
WLi,SWLiの上部にオフセット絶縁層が配置さ
れ、それらの両側壁に、サイドウォール絶縁層が形成さ
れている。このオフセット絶縁層およびサイドウォール
絶縁層により、メモリワード線MWLiとMWLi+1
とのスペース部分およびセレクトワード線SWLiとS
WLi+1とのスペース部分に、ワード線に沿って細長
い自己整合コンタクトホールが開口されている。
The upper portions and side walls of the word lines MWLi and SWLi are covered with an insulating layer. That is, the word line M
An offset insulating layer is arranged on top of WLi and SWLi, and sidewall insulating layers are formed on both side walls thereof. The offset insulating layer and the sidewall insulating layer allow the memory word lines MWLi and MWLi + 1.
And space portions and select word lines SWLi and S
An elongated self-aligned contact hole is opened along the word line in the space portion with WLi + 1.

【0026】ソース領域Sまたはドレイン領域Dに一部
重なるように、自己整合コンタクトホール内に導電性材
料が互い違いに埋め込まれ、これによりビットコンタク
トBCおよびソースコンタクトSCが形成されている。
これらコンタクトBC,SCの形成では、自己整合コン
タクトホール全域を埋め込むように導電材料を堆積し、
その上に、エッチングマスク用のレジストパターンを形
成する。このとき、レジストパターンの一部を誘電体分
離層ISOに重ねる。そして、このレジストパターンを
マスクとしてレジストパターン周囲の導電材料をエッチ
ングにより除去する。これにより、2種類のコンタクト
BC,SCが同時に形成される。
The self-aligned contact holes are alternately filled with conductive materials so as to partially overlap the source region S or the drain region D, whereby the bit contacts BC and the source contacts SC are formed.
In forming these contacts BC and SC, a conductive material is deposited so as to fill the entire self-aligned contact hole,
A resist pattern for an etching mask is formed thereon. At this time, a part of the resist pattern is overlaid on the dielectric isolation layer ISO. Then, using this resist pattern as a mask, the conductive material around the resist pattern is removed by etching. As a result, two types of contacts BC and SC are simultaneously formed.

【0027】図示しない絶縁膜でコンタクト周囲の凹部
が埋め込まれている。この絶縁膜上を、ビットコンタク
トBC上に接触するビット線BL1,BL2,…と、ソ
ースコンタクトSC上に接触するソース線SL1,…が
交互に、平行ストライプ状に形成されている。
A recess around the contact is filled with an insulating film (not shown). On this insulating film, bit lines BL1, BL2, ... Contacting the bit contacts BC and source lines SL1, ... Contacting the source contacts SC are alternately formed in parallel stripes.

【0028】このNOR型セルアレイは、そのビット線
またはソース線に対するコンタクト形成が、自己整合コ
ンタクトホールの形成と、プラグの形成により達成され
る。自己整合コンタクトホールの形成では、ワード線と
の絶縁分離が達成されるとともに、ソース領域Sまたは
ドレイン領域Dの表出面が均一に形成される。そして、
ビットコンタクトBCおよびソースコンタクトSCの形
成は、この自己整合コンタクトホール内のソース領域S
またはドレイン領域Dの表出面に対して行う。したがっ
て、各プラグの基板接触面は、その列方向のサイズがほ
ぼ自己整合コンタクトホールの形成により決められ、そ
の分、コンタクト面積のバラツキは小さい。
In this NOR type cell array, contact formation with respect to the bit line or the source line is achieved by forming a self-aligned contact hole and forming a plug. In the formation of the self-aligned contact hole, insulation isolation from the word line is achieved, and the exposed surface of the source region S or the drain region D is uniformly formed. And
The formation of the bit contact BC and the source contact SC is performed by forming the source region S in the self-aligned contact hole.
Alternatively, it is performed on the exposed surface of the drain region D. Therefore, the size of the plug contact surface of the substrate in the column direction is substantially determined by the formation of the self-aligned contact holes, and the variation in the contact area is small accordingly.

【0029】ビットコンタクトBCまたはソースコンタ
クトSCと、ワード線との絶縁分離が容易である。すな
わち、ワード線形成時に一括してオフセット絶縁層を形
成しておき、その後、絶縁膜の成膜と、全面エッチング
(エッチバック)を行うだけでサイドウォール絶縁層が
形成される。また、ビットコンタクトBCとソースコン
タクトSC、さらに、ビット線とソース線が同一階層の
導電層をパターンニングして形成されるため、配線構造
が極めて簡素であり、工程数も少なく、製造コストを低
く抑えるのに有利な構造となっている。しかも、無駄な
空間が殆どないことから、各層の形成をウエハプロセス
限界の最小線幅Fで行った場合、8F2 に近いセル面積
で製造できる。
It is easy to isolate the bit contact BC or the source contact SC from the word line. That is, the sidewall insulating layer is formed only by forming the offset insulating layer collectively at the time of forming the word line, and then forming the insulating film and etching the entire surface (etchback). Further, since the bit contact BC and the source contact SC, and further the bit line and the source line are formed by patterning the conductive layers of the same layer, the wiring structure is extremely simple, the number of steps is small, and the manufacturing cost is low. It has an advantageous structure to suppress it. Moreover, since there is almost no wasted space, when each layer is formed with the minimum line width F which is the wafer process limit, it is possible to manufacture with a cell area close to 8F 2 .

【0030】図5において、ソース領域Sとドレイン領
域Dとの間に挟まれ、ワード線MWLiおよびSWLi
が交差する部分が、当該メモリトランジスタのチャネル
形成領域CHとなる。
In FIG. 5, the word lines MWLi and SWLi are sandwiched between the source region S and the drain region D.
The crossing point becomes a channel formation region CH of the memory transistor.

【0031】チャネル形成領域CH上のドレイン領域D
側部分には、第1ゲート誘電体膜GD1を介在させてメ
モリゲートMG(メモリワード線MWLi)が積層され
ている。また、チャネル形成領域CH上のソース領域S
側部分には、第2ゲート誘電体膜GD21を介在させて
セレクトゲートMG(セレクトワード線SWLi)が積
層されている。これらのワード線MWLi,SWLi
は、p型またはn型の不純物が高濃度に導入されたドー
プド多結晶珪素、またはドープド多結晶珪素と高融点金
属シリサイドとの積層膜からなる。ソース領域Sとドレ
イン領域Dとの間の距離で既定されるワード線対の実効
ゲート長は、0.13μm以下、たとえば100nm程
度である。なお、第1ゲート誘電体膜GD1は、セレク
トゲートSGとメモリゲートMGとの間に延在し、両ゲ
ート間の分離絶縁膜として用いられている。
Drain region D on the channel formation region CH
The memory gate MG (memory word line MWLi) is stacked on the side portion with the first gate dielectric film GD1 interposed therebetween. In addition, the source region S on the channel formation region CH
The select gate MG (select word line SWLi) is stacked on the side portion with the second gate dielectric film GD21 interposed therebetween. These word lines MWLi, SWLi
Is composed of doped polycrystalline silicon in which p-type or n-type impurities are introduced at a high concentration, or a laminated film of doped polycrystalline silicon and refractory metal silicide. The effective gate length of the word line pair defined by the distance between the source region S and the drain region D is 0.13 μm or less, for example, about 100 nm. The first gate dielectric film GD1 extends between the select gate SG and the memory gate MG and is used as an isolation insulating film between both gates.

【0032】第1ゲート誘電体膜GD1は、下層から順
に、ボトム誘電体膜BTM,電荷蓄積膜CHS,トップ
誘電体膜TOPから構成されている。ボトム誘電体膜B
TMは、たとえば、二酸化珪素膜を形成し、これを窒化
処理して用いる。ボトム誘電体膜BTMの厚さは、2.
5nmから6.0nmの範囲内で決めることができ、こ
こでは2.7nm〜3.5nmに設定されている。
The first gate dielectric film GD1 is composed of a bottom dielectric film BTM, a charge storage film CHS, and a top dielectric film TOP in order from the lower layer. Bottom dielectric film B
The TM is used, for example, by forming a silicon dioxide film and nitriding it. The thickness of the bottom dielectric film BTM is 2.
It can be determined within the range of 5 nm to 6.0 nm, and here, it is set to 2.7 nm to 3.5 nm.

【0033】電荷蓄積膜CHSは、たとえば6.0nm
の窒化シリコン(Six Ny (0<x<1,0<y<
1))膜から構成されている。この電荷蓄積膜CHS
は、たとえば減圧CVD(LP−CVD)により作製さ
れ、膜中にキャリアトラップが多く含まれている。電荷
蓄積膜CHSは、フレンケルプール型(FP型)の電気
伝導特性を示す。
The charge storage film CHS is, for example, 6.0 nm.
Silicon nitride (Six Ny (0 <x <1,0 <y <
1)) composed of a membrane. This charge storage film CHS
Is produced by, for example, low pressure CVD (LP-CVD), and the film contains many carrier traps. The charge storage film CHS exhibits Frenkel pool type (FP type) electric conduction characteristics.

【0034】トップ誘電体膜TOPは、電荷蓄積膜CH
Sとの界面近傍に深いキャリアトラップを高密度に形成
する必要があり、このため、例えば成膜後の窒化膜を熱
酸化して形成される。トップ誘電体膜TOPをHTO
(High Temperature chemicalvapor deposited Oxide)
法により形成したSiO2 膜としてもよい。トップ誘電
体膜TOPがCVDで形成された場合は熱処理によりこ
のトラップが形成される。トップ誘電体膜TOPの膜厚
は、メモリゲートMG(メモリワード線MWLi)から
のホールの注入を有効に阻止してデータ書換可能な回数
の低下防止を図るために、最低でも3.0nm、好まし
くは3.5nm以上が必要である。
The top dielectric film TOP is a charge storage film CH.
It is necessary to form a deep carrier trap at a high density in the vicinity of the interface with S. Therefore, for example, it is formed by thermally oxidizing the nitride film after film formation. Top dielectric film TOP to HTO
(High Temperature chemicalvapor deposited Oxide)
A SiO 2 film formed by the method may be used. When the top dielectric film TOP is formed by CVD, this trap is formed by heat treatment. The thickness of the top dielectric film TOP is at least 3.0 nm, preferably in order to effectively prevent injection of holes from the memory gate MG (memory word line MWLi) and prevent a decrease in the number of times data can be rewritten. Requires 3.5 nm or more.

【0035】このような構成のメモリトランジスタの製
造においては、まず、用意した半導体基板SUBに対し
誘電体分離層ISOおよびpウエルWを形成した後に、
必要に応じてしきい値電圧調整用のイオン注入等を行
う。
In the manufacture of the memory transistor having such a structure, first, the dielectric isolation layer ISO and the p well W are formed on the prepared semiconductor substrate SUB, and then,
Ion implantation or the like for adjusting the threshold voltage is performed as necessary.

【0036】つぎに、半導体基板SUB上に、たとえば
数nm〜十数nmの二酸化珪素膜とドープド多結晶珪素
とを形成し、これらをパターンニングして、第2ゲート
誘電体膜GD2とセレクトゲートSG(セレクトワード
線SWLi)とのからなる積層膜を得る。次に、全面に
第1ゲート誘電体膜GD1を形成する。具体的に、たと
えば、短時間高温熱処理法(RTO法)により1000
℃,10secの熱処理を行い、酸化シリコン膜(ボト
ム誘電体膜BTM)を形成する。ボトム誘電体膜BTM
上にLP−CVD法により窒化シリコン膜(電荷蓄積膜
CHS)を、最終膜厚が6nmとなるように、これより
厚めに堆積する。このCVDは、たとえば、ジクロロシ
ラン(DCS)とアンモニアを混合したガスを用い、基
板温度730℃で行う。形成した窒化シリコン膜表面を
熱酸化法により酸化して、たとえば3.5nmの酸化シ
リコン膜(トップ誘電体膜TOP)を形成する。この熱
酸化は、たとえばH2 O雰囲気中で炉温度950℃で4
0分程度行う。これにより、トラップレベル(窒化シリ
コン膜の伝導帯からのエネルギー差)が2.0eV以下
の程度の深いキャリアトラップが約1〜2×1013/c
2 の密度で形成される。また、窒化膜が1nmに対し
熱酸化シリコン膜(トップ誘電体膜TOP)が1.5n
m形成され、この割合で下地の窒化膜厚が減少し、窒化
膜の最終膜厚が6nmとなる。
Next, on the semiconductor substrate SUB, a silicon dioxide film of, for example, several nm to tens of nm and doped polycrystalline silicon are formed, and these are patterned to form the second gate dielectric film GD2 and the select gate. A laminated film made of SG (select word line SWLi) is obtained. Next, the first gate dielectric film GD1 is formed on the entire surface. Specifically, for example, by a short time high temperature heat treatment method (RTO method), 1000
A heat treatment is performed at 10 ° C. for 10 seconds to form a silicon oxide film (bottom dielectric film BTM). Bottom dielectric film BTM
A silicon nitride film (charge storage film CHS) is deposited thereon by LP-CVD so as to have a final film thickness of 6 nm. This CVD is performed at a substrate temperature of 730 ° C. using, for example, a gas in which dichlorosilane (DCS) and ammonia are mixed. The surface of the formed silicon nitride film is oxidized by a thermal oxidation method to form, for example, a 3.5 nm silicon oxide film (top dielectric film TOP). This thermal oxidation is performed, for example, in a H 2 O atmosphere at a furnace temperature of 950 ° C. for 4 hours.
Do about 0 minutes. As a result, a deep carrier trap having a trap level (energy difference from the conduction band of the silicon nitride film) of 2.0 eV or less is about 1 to 2 × 10 13 / c.
It is formed with a density of m 2 . Further, the thermal oxidation silicon film (top dielectric film TOP) is 1.5 n for the nitride film of 1 nm.
m, the nitride film thickness of the underlying layer is reduced by this ratio, and the final film thickness of the nitride film becomes 6 nm.

【0037】全面に多結晶珪素を堆積して、これをエッ
チバックして、セレクトゲートSGの両側に導電性サイ
ドウォールを形成する。このときのエッチバックによ
り、導電性サイドウォールの周囲とセレクトゲートSG
上の第1ゲート誘電体膜GD1が除去される。セレクト
ゲートSGと片側の導電性サイドウォールとの上にオフ
セット絶縁膜を形成し、これをマスクにもう一方側の導
電性サイドウォールを除去する。この状態で、n型不純
物を基板にイオン注入し、ソース領域Sとドレイン領域
Dを形成する。オフセット絶縁膜とゲートMG,SGと
の積層体の側面に、絶縁性サイドウォール形成する。こ
れにより自己整合コンタクトが形成され、自己整合コン
タクトにより表出するソース領域Sおよびドレイン領域
Dに、ビットコンタクトBCおよびソースコンタクトS
Cを形成する。その後、これらプラグ周囲を層間絶縁膜
で埋め込み、層間絶縁膜上にビット線およびソース線を
形成した後、必要に応じて行う層間絶縁層を介した上層
配線の形成およびオーバーコート成膜とパッド開口工程
等を経て、当該不揮発性メモリセルアレイを完成させ
る。
Polycrystalline silicon is deposited on the entire surface and is etched back to form conductive sidewalls on both sides of the select gate SG. By etching back at this time, the periphery of the conductive sidewall and the select gate SG
The upper first gate dielectric film GD1 is removed. An offset insulating film is formed on the select gate SG and the conductive sidewall on one side, and the conductive sidewall on the other side is removed using this as a mask. In this state, n-type impurities are ion-implanted into the substrate to form the source region S and the drain region D. Insulating sidewalls are formed on the side surfaces of the stacked body of the offset insulating film and the gates MG and SG. As a result, a self-aligned contact is formed, and the bit contact BC and the source contact S are formed in the source region S and the drain region D exposed by the self-aligned contact.
Form C. After that, the periphery of these plugs is filled with an interlayer insulating film, bit lines and source lines are formed on the interlayer insulating film, and then, if necessary, formation of upper layer wiring through the interlayer insulating layer, overcoat film formation, and pad opening. The nonvolatile memory cell array is completed through steps and the like.

【0038】図6は、メモリセル構造の他の形態を示す
概略断面図である。このセル構造では、セレクトゲート
SGとメモリゲートMGとの間に、第1ゲート誘電体膜
GD1のほかに絶縁性スペーサSPRが形成されてい
る。また、メモリゲートMGはサイドウォール形状とな
っていない。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another form of the memory cell structure. In this cell structure, an insulating spacer SPR is formed between the select gate SG and the memory gate MG in addition to the first gate dielectric film GD1. Further, the memory gate MG does not have a sidewall shape.

【0039】このセルの製造では、第2ゲート誘電体膜
GD2とセレクトゲートSGとの積層体を形成した後、
その両側面に絶縁性サイドウォールを形成し、全面に、
第1ゲート誘電体膜GD1を形成し、多結晶珪素を堆積
する。その上から多結晶珪素をエッチバックし、セレク
トゲートSG上の第1ゲート誘電体膜GD1を表出さ
せ、さらに、そのセレクトゲートSG上の第1ゲート誘
電体膜GD1をエッチングにより除去する。全面に誘電
体からなるオフセット絶縁層を形成する。このとき、オ
フセット絶縁層の片側のエッジはセレクトゲートSGの
一方のエッジ上方に位置させる。このオフセット絶縁層
の形成時に用いたレジストをマスクに、メモリゲートM
Gとなる多結晶珪素を分離する。続いて、そのオフセッ
ト絶縁層の周囲に表出した第1ゲート誘電体膜GD1を
エッチングにより除去する。このとき同時に、セレクト
ゲートSGの片側の絶縁性サイドウォールが除去され、
もう一方側の絶縁性サイドウォールはオフセット絶縁層
の下方に保護されて絶縁性スペーサSPRとして残る。
In the manufacture of this cell, after the laminated body of the second gate dielectric film GD2 and the select gate SG is formed,
Insulating sidewalls are formed on both sides, and
A first gate dielectric film GD1 is formed and polycrystalline silicon is deposited. The polycrystalline silicon is etched back from above to expose the first gate dielectric film GD1 on the select gate SG, and the first gate dielectric film GD1 on the select gate SG is removed by etching. An offset insulating layer made of a dielectric material is formed on the entire surface. At this time, one edge of the offset insulating layer is located above one edge of the select gate SG. With the resist used as a mask for forming the offset insulating layer as a mask, the memory gate M
The polycrystalline silicon that becomes G is separated. Then, the first gate dielectric film GD1 exposed around the offset insulating layer is removed by etching. At the same time, the insulating sidewall on one side of the select gate SG is removed,
The insulating sidewall on the other side is protected below the offset insulating layer and remains as an insulating spacer SPR.

【0040】つぎに、このような構成の不揮発性メモリ
のバイアス設定例および動作について、メモリセルM1
1にデータを書き込む場合を例に説明する。図7(A)
は、書き込み時のバイアス条件を示す回路図、図7
(B)は消去時のバイアス条件を示す回路図である。ま
た、図8(A)は書き込み動作を示す図、図8(B)は
消去動作を示す図である。
Next, regarding the bias setting example and the operation of the nonvolatile memory having such a configuration, the memory cell M1
A case of writing data in 1 will be described as an example. FIG. 7 (A)
Is a circuit diagram showing bias conditions at the time of writing, FIG.
(B) is a circuit diagram showing bias conditions during erasing. 8A is a diagram showing a write operation, and FIG. 8B is a diagram showing an erase operation.

【0041】書き込み時に、図7(A)に示すように、
基板およびソース線SL1を基準電圧で保持し、選択し
たビット線BL1に所定の正電圧、例えば4.0Vを印
加する。また、選択したメモリワード線MWL1に所定
のプログラム電圧、例えば5.0Vを印加し、選択した
セレクトワード線SWL1にプログラム電圧より低い正
の電圧、例えば1.8Vを印加する。このとき、非選択
のメモリワード線MWL2,…および非選択のセレクト
ワード線SWL2,…は0Vとする。
At the time of writing, as shown in FIG.
The substrate and the source line SL1 are held at the reference voltage, and a predetermined positive voltage, for example 4.0 V, is applied to the selected bit line BL1. Further, a predetermined program voltage, for example 5.0V, is applied to the selected memory word line MWL1, and a positive voltage lower than the program voltage, for example 1.8V, is applied to the selected select word line SWL1. At this time, the unselected memory word lines MWL2, ... And the unselected select word lines SWL2 ,.

【0042】この書き込み条件下、図8(A)に示すよ
うに、書き込み対象のメモリセルM11においてチャネ
ルが形成される。そのとき、セレクトゲートSGとメモ
リゲートMGの境界付近下方で高電界が発生する。ソー
ス領域Sから供給されたチャネル電子がソースとドレイ
ン間電圧4Vにより加速されて、高電界領域でエネルギ
ーの高い電子(ホットエレクトロンHE)が発生する。
ホットエレクトロンHEの一部が、第1ゲート誘電体膜
GD1の最下層のボトム誘電体膜BTMを構成する二酸
化珪素とシリコンとのエネルギー障壁3.2eVを越え
て、第1ゲート誘電体膜GD1内の電荷トラップにソー
ス側から注入され、書き込みが行われる。なお、この書
き込み方法では、他のビット線BL2,…の印加電圧を
4Vとするか0Vで維持するかを決めることによって、
ページ書き込みが可能である。
Under this write condition, as shown in FIG. 8A, a channel is formed in the memory cell M11 to be written. At that time, a high electric field is generated below the boundary between the select gate SG and the memory gate MG. Channel electrons supplied from the source region S are accelerated by the source-drain voltage of 4 V, and high-energy electrons (hot electrons HE) are generated in the high electric field region.
Part of the hot electrons HE exceeds the energy barrier of 3.2 eV between silicon dioxide and silicon forming the bottom dielectric film BTM of the lowermost layer of the first gate dielectric film GD1 and passes through the inside of the first gate dielectric film GD1. The charge trap is injected from the source side and writing is performed. In this writing method, by determining whether the applied voltage of the other bit lines BL2, ... Is 4V or maintained at 0V,
Pages can be written.

【0043】消去時に、図7(B)に示すように、基板
を基準電圧で保持し、ソース線SLは例えばオープンと
する。選択したビット線BL1に所定の正電圧、例えば
5.0Vを印加し、選択したメモリワード線MWL1に
負の所定のプログラム電圧、例えば−5.0Vを印加す
る。このとき、選択したセレクトワード線SWL1に対
しては、0Vを印加するか、必要に応じて、プログラム
電圧より電圧値が小さい負電圧を印加する。また、非選
択のメモリワード線MWL2,…および非選択のセレク
トワード線SWL2,…は0Vとする。
At the time of erasing, as shown in FIG. 7B, the substrate is held at the reference voltage and the source line SL is opened, for example. A predetermined positive voltage, for example 5.0V, is applied to the selected bit line BL1, and a predetermined negative program voltage, for example, -5.0V is applied to the selected memory word line MWL1. At this time, 0V is applied to the selected select word line SWL1 or, if necessary, a negative voltage having a voltage value smaller than the program voltage is applied. Further, the unselected memory word lines MWL2, ... And the unselected select word lines SWL2 ,.

【0044】この消去条件下、図8(B)に示すよう
に、プログラム電圧(負電圧)によりビット線BL1に
接続されたドレイン領域Dの表面が深い空乏状態とな
り、エネルギーバンドの曲がりが急峻となる。このとき
バンド間トンネル効果により電子が価電子帯より導電帯
にトンネルし、n型不純物領域(ドレイン領域D)側に
流れ、その結果、ホールが発生する。発生したホール
は、チャネル形成領域の中央部側に若干ドリフトして、
そこで電界加速され、その一部がホットホールとなる。
このn型不純物領域端で発生した高エネルギー電荷(ホ
ットホール)は、その運動量(方向と大きさ)を維持し
ながら殆ど運動エネルギーを失うことなく効率よく、し
かも高速に第1ゲート誘電体膜GD1内の電荷トラップ
に注入される。
Under this erasing condition, as shown in FIG. 8B, the surface of the drain region D connected to the bit line BL1 is deeply depleted by the program voltage (negative voltage), and the energy band bends sharply. Become. At this time, electrons tunnel from the valence band to the conduction band due to the band-to-band tunnel effect and flow to the n-type impurity region (drain region D) side, and as a result, holes are generated. The generated holes slightly drift toward the center of the channel formation region,
There, the electric field is accelerated, and a part of it becomes a hot hole.
The high-energy charge (hot hole) generated at the edge of the n-type impurity region efficiently maintains the momentum (direction and size) of the n-type impurity region, loses little kinetic energy, and is high-speed at high speed. Injected into the charge trap inside.

【0045】この消去では、セレクトゲートSGの印加
電圧により、ドレイン領域D側のチャネル形成領域の電
界を変化させ、これによって、ホットホールの注入位置
を制御することができる。例えば、図8(B)に示すよ
うに、セレクトゲートSGの印加電圧によりホットホー
ルのドリフト量が変化し、ホットホールHH1とHH2
のように異なる位置から第1ゲート誘電体膜GD1内に
電荷注入することができる。その制御により、書き込み
時のホットエレクトロンHEの注入位置にホットホール
を効率良く注入することができ、その結果、消去効率が
向上する。
In this erasing, the electric field in the channel forming region on the drain region D side is changed by the voltage applied to the select gate SG, and thereby the injection position of the hot hole can be controlled. For example, as shown in FIG. 8B, the drift amount of the hot holes changes depending on the voltage applied to the select gate SG, and the hot holes HH1 and HH2
As described above, charges can be injected into the first gate dielectric film GD1 from different positions. By this control, hot holes can be efficiently injected into the injection position of the hot electrons HE at the time of writing, and as a result, the erase efficiency is improved.

【0046】読み出しでは、ページ読み出しを基本とす
る。図9は、読み出し時のバイアス条件を示す回路図で
ある。この読み出しは、書き込み時とソース・ドレイン
間電圧の印加方向が同じフォワードバイアスにて行う。
図9に示すように、ビット線BL1,BL2,…に所定
のドレイン電圧、たとえば1.0Vを印加する。非選択
のメモリワード線MWL2…および非選択のセレクトワ
ード線SWL2…に所定の読み出し禁止電圧、たとえば
−0.3Vを印加し、ソース線SL1,SL2,および
基板に0Vを印加する。この状態で、選択されたセレク
トワード線SWL1にセレクトトランジスタSTがオン
する電圧、例えば1.8〜2.4Vを印加し、選択され
たメモリワード線MWL1に所定の正電圧、たとえば
1.8〜2.4Vを印加する。これにより、選択行のメ
モリセルM11,M21,…において、書き込み状態に
応じてメモリトランジスタMTがオンまたはオフし、オ
ンした場合のみビット線電圧が変化する。この電圧変化
を図示しないセンスアンプ等で増幅して読み出す。
In reading, page reading is basically used. FIG. 9 is a circuit diagram showing a bias condition at the time of reading. This reading is performed with a forward bias in which the source-drain voltage application direction is the same as that during writing.
As shown in FIG. 9, a predetermined drain voltage, for example 1.0 V, is applied to the bit lines BL1, BL2, .... A predetermined read inhibit voltage, for example, -0.3V is applied to unselected memory word lines MWL2 ... And unselected select word lines SWL2 ... And 0V is applied to the source lines SL1, SL2 and the substrate. In this state, a voltage for turning on the select transistor ST, for example, 1.8 to 2.4 V is applied to the selected select word line SWL1, and a predetermined positive voltage, for example, 1.8 to 2.4 is applied to the selected memory word line MWL1. Apply 2.4V. As a result, in the memory cells M11, M21, ... Of the selected row, the memory transistor MT is turned on or off according to the write state, and the bit line voltage changes only when turned on. This voltage change is amplified by a sense amplifier (not shown) or the like and read.

【0047】ところで、セレクトトランジスタSTがな
い場合、消去時にホットホール注入が過剰に行われメモ
リトランジスタMTのしきい値電圧が大きく低下する
と、読み出し時の電流量がばらつく上、電流消費も無駄
が多い。
When the select transistor ST is not provided, if hot hole injection is excessively performed at the time of erasing and the threshold voltage of the memory transistor MT is greatly reduced, the current amount at the time of reading varies and the current consumption is also wasteful. .

【0048】本発明のようにセレクトトランジスタST
を有したセル構造では、そのセレクトトランジスタST
のしきい値電圧Vth(ST)が、たとえば0.5〜0.6V
程度に予め設定されている。このため、メモリトランジ
スタMTに過剰消去がされている場合でも、その影響を
読み出し時に受けない。なぜなら、メモリトランジスタ
MTのしきい値電圧Vth(MT)が大きく低下し読み出し電
流が増大しようとすると、セレクトトランジスタSTが
カットオフしリミッタとして機能するからである。した
がって、このメモリセルではセレクトトランジスタST
のしきい値電圧制御を通して読み出し電流の上限が制御
でき、無駄な電流消費がないという利点がある。
As in the present invention, the select transistor ST
In the cell structure having the
Has a threshold voltage Vth (ST) of, for example, 0.5 to 0.6 V
It is preset to the degree. Therefore, even if the memory transistor MT is over-erased, it is not affected by the reading. This is because the select transistor ST cuts off and functions as a limiter when the threshold voltage Vth (MT) of the memory transistor MT is greatly reduced and the read current is increased. Therefore, in this memory cell, the select transistor ST
There is an advantage that the upper limit of the read current can be controlled through the control of the threshold voltage, and unnecessary current consumption does not occur.

【0049】書き込み状態、消去状態のメモリセルの電
流−電圧特性について検討した。この結果、ドレイン電
圧1. 0Vでの非選択セルM12,…からのオフリーク
電流値は、読み出し時に非選択ワード線MWLi,SW
Liを−0.3V程度にバイアスしているため、約1n
Aと小さかった。この場合の読み出し電流は1μA以上
であるため、非選択セルの誤読み出しが生じることはな
い。したがって、ゲート長100nmのMONOS型メ
モリトランジスタMTにおいて読み出し時のパンチスル
ー耐圧のマージンは十分あることが分かった。また、ゲ
ート電圧1.8Vでのリードディスターブ特性も評価し
たが、3×108 sec以上時間経過後でも読み出しが
可能であることが分かった。
The current-voltage characteristics of the memory cell in the written state and the erased state were examined. As a result, the off-leakage current values from the non-selected cells M12, ... At the drain voltage of 1.0 V are the non-selected word lines MWLi, SW at the time of reading.
Since Li is biased to about -0.3 V, about 1 n
It was as small as A. Since the read current in this case is 1 μA or more, erroneous read of the non-selected cell does not occur. Therefore, it was found that the MONOS type memory transistor MT having a gate length of 100 nm has a sufficient margin of punch-through breakdown voltage at the time of reading. In addition, the read disturb characteristic at a gate voltage of 1.8 V was also evaluated, but it was found that reading could be performed even after a lapse of 3 × 10 8 sec or more.

【0050】ボトム誘電体膜BTMの膜厚が2.9nm
のメモリトランジスタMTのデータ書き換え特性を検討
した。その結果、10万回までのしきい値電圧差のナロ
ーイング(narrowing) は小さく、書き換え回数10万回
を満足していることが分かった。また、上記何れの場合
も、書き換え回数100万回までは十分なしきい値電圧
差が維持されていることを確認した。データ保持特性は
1×105 回のデータ書換え後で85℃、10年を満足
した。
The bottom dielectric film BTM has a film thickness of 2.9 nm.
The data rewriting characteristic of the memory transistor MT of was examined. As a result, it was found that the narrowing of the threshold voltage difference up to 100,000 times was small and the number of rewrites was 100,000. Also, in any of the above cases, it was confirmed that a sufficient threshold voltage difference was maintained until the number of rewrites was 1 million. The data retention characteristics satisfied 85 ° C. for 10 years after the data was rewritten 1 × 10 5 times.

【0051】以上より、ゲート長100nmのMONO
S型不揮発性メモリトランジスタとして十分な特性が得
られていることを確かめることができた。
From the above, the MONO having a gate length of 100 nm
It was confirmed that sufficient characteristics were obtained as an S-type non-volatile memory transistor.

【0052】第2実施形態 図10に第2実施形態に係るメモリセルアレイの等価回
路を示す。図11に、このメモリセルアレイの行方向の
断面側から見た鳥瞰図を示す。
Second Embodiment FIG. 10 shows an equivalent circuit of a memory cell array according to the second embodiment. FIG. 11 shows a bird's-eye view of this memory cell array viewed from the cross-sectional side in the row direction.

【0053】図10に示すメモリセルアレイは、図2の
第1実施形態に係るメモリセルアレイと比較すると、行
方向に隣接する2セルが1本のソース線SLを共有して
いる。したがって、この2セルで見ると、中央のソース
線SLの両側に2つのセレクトトランジスタSTが接続
され、そのそれぞれの外側にメモリトランジスタMTが
配置されている。セレクトトランジスタSTのドレイン
と、メモリトランジスタMTのソースが接続され、メモ
リトランジスタMTのドレインが対応するビット線BL
1またはBL2に接続されている。
In the memory cell array shown in FIG. 10, as compared with the memory cell array according to the first embodiment of FIG. 2, two cells adjacent in the row direction share one source line SL. Therefore, when viewed from these two cells, two select transistors ST are connected to both sides of the central source line SL, and the memory transistor MT is arranged outside each of them. The drain of the select transistor ST and the source of the memory transistor MT are connected, and the drain of the memory transistor MT corresponds to the bit line BL.
1 or BL2.

【0054】図2のメモリセルアレイでは、同一行に属
するメモリトランジスタMTのゲート(メモリゲートM
G)が行方向に長いメモリワード線MWLiに接続され
ていた。これに対し、図10のメモリセルアレイでは、
同一列に属するメモリトランジスタMTのゲートが、列
方向に長い制御線CLiに接続されている。
In the memory cell array of FIG. 2, the gates (memory gates M of the memory transistors MT belonging to the same row are included.
G) was connected to the memory word line MWLi long in the row direction. On the other hand, in the memory cell array of FIG.
The gates of the memory transistors MT belonging to the same column are connected to the control line CLi long in the column direction.

【0055】この2列のメモリセル群が、メモリセルア
レイ全体では繰り返されることになる。2列のメモリセ
ル群同士は、例えばLOCOSまたはトレンチ素子分離
層等の誘電体分離層ISO1により絶縁分離されてい
る。このように、第2実施形態に係るメモリセルアレイ
は、FG型における、いわゆるHi−CR型と同じアレ
イ構成となる。
The two columns of memory cell groups are repeated in the entire memory cell array. The memory cell groups in the two columns are isolated from each other by a dielectric isolation layer ISO1 such as a LOCOS or a trench element isolation layer. As described above, the memory cell array according to the second embodiment has the same array configuration as the so-called Hi-CR type in the FG type.

【0056】図11において、基板SUB内の表面側に
pウエルWが形成され、そのウエル表面側部分に、列方
向に長い平行ストライプ状のSTIからなる誘電体分離
層ISO1が形成されている。2つの誘電体分離層IS
O1に挟まれたウエル部分に、3本のn+ 不純物領域が
誘電体分離層ISO1と平行なストライプ状に形成され
ている。その外側の2本は誘電体分離層ISO1に隣接
し、ビット線BL1,BL2を構成する。ビット線BL
1,BL2に挟まれた中央のn+ 不純物領域は、共有ソ
ース線SLを構成する。
In FIG. 11, a p-well W is formed on the surface side inside the substrate SUB, and a dielectric isolation layer ISO1 made of parallel stripe-shaped STI long in the column direction is formed on the well surface side portion. Two dielectric isolation layers IS
In the well portion sandwiched by O1, three n + impurity regions are formed in a stripe shape parallel to the dielectric isolation layer ISO1. The two outer layers are adjacent to the dielectric isolation layer ISO1 and form the bit lines BL1 and BL2. Bit line BL
The central n + impurity region sandwiched between 1 and BL2 constitutes a shared source line SL.

【0057】共有ソース線SLの幅方向両側のp型ウエ
ル領域上に、単層の第2ゲート誘電体膜GD2を介在さ
せた状態で制御ゲートSGが設けられている。制御ゲー
トSGは、例えばドープド多結晶珪素,ドープド非晶質
珪素などからなり列方向に長い平行ストライプ形状の導
電材料から構成される。ただし、この導電材料は、セル
間領域に該当する箇所で離散的に絶縁化され、これによ
り誘電体分離層ISO2が形成されている。
Control gates SG are provided on the p-type well regions on both sides of the shared source line SL in the width direction with a single-layer second gate dielectric film GD2 interposed. The control gate SG is made of, for example, doped polycrystalline silicon, doped amorphous silicon, or the like, and a parallel stripe-shaped conductive material long in the column direction. However, this conductive material is discretely insulated at the location corresponding to the inter-cell region, thereby forming the dielectric isolation layer ISO2.

【0058】セレクトゲートSGおよび誘電体分離層I
SO2の外側の側面それぞれに、誘電体膜、ここでは第
1ゲート誘電体膜GD1を介在させた状態で導電性サイ
ドウォールからなる制御線CL1,CL2が形成されて
いる。制御線CL1,CL2はメモリトランジスタMT
のゲート電極(メモリゲートMG)として機能する。制
御線CL1は、セレクトゲートSGとビット線BL1と
の間のp型ウエル表面領域に対し、電荷蓄積能力を有し
た第1ゲート誘電体膜GD1を挟んで対峙する。同様
に、制御線CL2は、セレクトゲートSGとビット線B
L2との間のp型ウエル表面領域に対し、電荷蓄積能力
を有した第1ゲート誘電体膜GD1を挟んで対峙する。
Select gate SG and dielectric isolation layer I
Control lines CL1 and CL2 made of conductive sidewalls are formed on the respective outer side surfaces of SO2 with a dielectric film, here a first gate dielectric film GD1, interposed. Control lines CL1 and CL2 are memory transistors MT
Function as a gate electrode (memory gate MG). The control line CL1 faces the p-type well surface region between the select gate SG and the bit line BL1 with the first gate dielectric film GD1 having a charge storage capability interposed therebetween. Similarly, the control line CL2 includes a select gate SG and a bit line B.
The p-type well surface region between L2 and L2 is faced with the first gate dielectric film GD1 having a charge storage capability interposed therebetween.

【0059】同一行のセルに属する複数の制御ゲートS
Gは、行方向に長い上層配線からなるワード線WL1,
WL2,…の何れかに導電性プラグ等を介して接続され
ている。特に図示していないが、導電性プラグ周囲およ
びセル間スペースに層間絶縁膜を構成する絶縁材料が埋
め込まれ、ワード線WL1,WL2,…は、この層間絶
縁膜上に配置されている。
A plurality of control gates S belonging to cells in the same row
G is a word line WL1, which is composed of an upper layer wiring long in the row direction.
It is connected to any of WL2, ... Via a conductive plug or the like. Although not shown in particular, an insulating material forming an interlayer insulating film is buried around the conductive plug and the space between cells, and the word lines WL1, WL2, ... Are arranged on the interlayer insulating film.

【0060】このメモリセルは、ソース線が2つのメモ
リセル列間で共有されていることから、行方向のメモリ
セルサイズが第1実施形態より若干短縮され、約7F2
(=3.5F×2F)のセル面積が実現されている。
In this memory cell, since the source line is shared between the two memory cell columns, the memory cell size in the row direction is slightly shortened as compared with the first embodiment, and the memory cell size is about 7F 2
A cell area of (= 3.5F × 2F) is realized.

【0061】なお、各メモリセルの断面構造自体は図5
と同じであり、図6の変形も可能である。また、第1,
第2ゲート誘電体膜GD1,GD2の材料およびその形
成方法も第1実施形態と同じである。さらに、基本的な
書き込み,消去および読み出しの動作は第1実施形態と
同じである。したがって、ここでの詳細な説明は省略す
る。
The sectional structure of each memory cell is shown in FIG.
The same as the above, but a modification of FIG. 6 is also possible. Also, the first
The material of the second gate dielectric films GD1 and GD2 and the method of forming the same are the same as in the first embodiment. Furthermore, the basic write, erase and read operations are the same as in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof is omitted here.

【0062】第2実施形態においても、第1実施形態と
同様に、特に消去にドレイン側からのホットホール注入
を用い、検証読み出しをフォワードバイアスにて行うこ
とから、消去および読み出しを含む書き込み動作のサイ
クル時間をトータルで短くできるという利点がある。ま
た、チャネル中央部にMIS型トランジスタSTが形成
され、そのMIS型トランジスタSTのしきい値電圧V
th(ST)が、たとえば0.5〜0.6Vに予め設定されて
いる。このため、第1実施形態と同様に、メモリトラン
ジスタが過剰消去されている場合でも、その読み出し時
に、MIS型トランジスタが電流リミッタとして機能
し、読み出し電流の上限が規制され、無駄な電流消費が
ないという利点がある。
In the second embodiment as well, as in the first embodiment, in particular, since hot hole injection from the drain side is used for erasing and verification reading is performed with a forward bias, write operations including erasing and reading can be performed. There is an advantage that the cycle time can be shortened in total. Further, the MIS type transistor ST is formed in the center of the channel, and the threshold voltage V of the MIS type transistor ST is
th (ST) is preset to, for example, 0.5 to 0.6V. Therefore, as in the first embodiment, even when the memory transistor is over-erased, the MIS transistor functions as a current limiter at the time of reading, the upper limit of the read current is regulated, and unnecessary current consumption does not occur. There is an advantage.

【0063】第3実施形態 図12に第3実施形態に係るメモリセルアレイの等価回
路を示す。図13に、このメモリセルアレイの平面図
を、図14に図13のB−B’線に沿った断面側から見
た鳥瞰図を示す。
Third Embodiment FIG. 12 shows an equivalent circuit of a memory cell array according to the third embodiment. FIG. 13 shows a plan view of this memory cell array, and FIG. 14 shows a bird's-eye view as seen from the sectional side along the line BB ′ of FIG.

【0064】このメモリセルアレイでは、ビット線が主
ビット線と副ビット線とに階層化され、ソース線が主ソ
ース線と副ソース線とに階層化されている。主ビット線
MBL1にセレクトトランジスタS11を介して副ビッ
ト線SBL1が接続され、主ビット線MBL2にセレク
トトランジスタS21を介して副ビット線SBL2が接
続されている。また、主ソース線MSL1にセレクトト
ランジスタS12を介して副ソース線SSL1が接続さ
れ、主ソース線MSL2にセレクトトランジスタS22
を介して副ソース線SSL2が接続されている。
In this memory cell array, the bit lines are hierarchized into main bit lines and sub bit lines, and the source lines are hierarchized into main source lines and sub source lines. The sub-bit line SBL1 is connected to the main bit line MBL1 via the select transistor S11, and the sub-bit line SBL2 is connected to the main bit line MBL2 via the select transistor S21. The sub-source line SSL1 is connected to the main source line MSL1 through the select transistor S12, and the main source line MSL2 is connected to the select transistor S22.
The sub-source line SSL2 is connected via.

【0065】副ビット線SBL1と副ソース線SSL1
との間に、スプリットゲート構造のメモリトランジスタ
MT11〜MT1n(たとえば、n=128)が並列接
続され、副ビット線SBL2と副ソース線SSL2との
間に、メモリトランジスタMT21〜MT2nが並列接
続されている。この互いに並列に接続されたn個のメモ
リトランジスタと、2つのセレクトトランジスタ(S1
1とS12、又は、S21とS22)とにより、メモリ
セルアレイを構成する単位ブロックが構成される。
Sub bit line SBL1 and sub source line SSL1
Memory transistors MT11 to MT1n (for example, n = 128) having a split gate structure are connected in parallel with each other, and memory transistors MT21 to MT2n are connected in parallel between the sub bit line SBL2 and the sub source line SSL2. There is. The n memory transistors connected in parallel to each other and two select transistors (S1
1 and S12, or S21 and S22) form a unit block forming a memory cell array.

【0066】ワード方向に隣接するメモリトランジスタ
MT11,MT21,…の各ゲートがワード線WL1に
接続されている。同様に、メモリトランジスタMT1
2,MT22,…の各ゲートがワード線WL2に接続さ
れ、また、メモリトランジスタMT1n,MT2n,…
の各ゲートがワード線WLnに接続されている。ワード
方向に隣接するセレクトトランジスタS11,…は選択
ゲート線SG11により制御され、セレクトトランジス
タS21,…は選択ゲート線SG21により制御され
る。同様に、ワード方向に隣接するセレクトトランジス
タS12,…は選択ゲート線SG12により制御され、
セレクトトランジスタS22,…は選択ゲート線SG2
2により制御される。
The gates of the memory transistors MT11, MT21, ... Adjacent to the word direction are connected to the word line WL1. Similarly, the memory transistor MT1
, MT22, ... Gates are connected to the word line WL2, and memory transistors MT1n, MT2n ,.
Each gate of is connected to the word line WLn. The select transistors S11, ... Adjacent to the word direction are controlled by the select gate line SG11, and the select transistors S21, ... Are controlled by the select gate line SG21. Similarly, the select transistors S12, ... Adjacent to the word direction are controlled by the select gate line SG12,
The select transistors S22, ... Are select gate lines SG2.
Controlled by 2.

【0067】このメモリセルアレイでは、図14に示す
ように、半導体基板SUBの表面にpウエルWが形成さ
れている。pウエルWは、トレンチに絶縁物を埋め込ん
でなり平行ストライプ状に配置された誘電体分離層IS
Oにより、ワード方向に絶縁分離されている。
In this memory cell array, as shown in FIG. 14, the p well W is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB. The p well W is a dielectric isolation layer IS in which trenches are filled with an insulator and arranged in parallel stripes.
O is electrically isolated in the word direction.

【0068】誘電体分離層ISOにより分離された各p
ウエル部分が、メモリトランジスタの活性領域となる。
活性領域内の幅方向両側で、互いの距離をおいた平行ス
トライプ状にn型不純物が高濃度に導入され、これによ
り、副ビット線SBL1,SBL2(以下、SBLと表
記)および副ソース線SSL1,SSL2(以下、SS
Lと表記)が形成されている。副ビット線SBLおよび
副ソース線SSL上に絶縁膜を介して直交して、各ワー
ド線WL1,WL2,WL3,WL4,…(以下、WL
と表記)が等間隔に配線されている。これらのワード線
WLは、内部に電荷蓄積手段を含む誘電体膜または単層
の誘電体膜を介してpウエルW上および誘電体分離層I
SO上に接している。副ビット線SBLと副ソース線S
SLとの間のpウエルWの部分と、各ワード線WLとの
交差部分がメモリトランジスタのチャネル形成領域とな
り、そのチャネル形成領域に接する副ビット線部分がド
レイン、副ソース線部分がソースとして機能する。
Each p separated by the dielectric separation layer ISO
The well portion becomes the active region of the memory transistor.
N-type impurities are introduced at high concentration in parallel stripes spaced apart from each other in the width direction in the active region, whereby the sub-bit lines SBL1 and SBL2 (hereinafter referred to as SBL) and the sub-source line SSL1 are formed. , SSL2 (hereinafter, SS
L) is formed. Each of the word lines WL1, WL2, WL3, WL4, ... (Hereinafter, referred to as WL is orthogonal to the sub bit line SBL and the sub source line SSL with an insulating film interposed therebetween.
Is written at equal intervals. These word lines WL are formed on the p-well W and the dielectric isolation layer I via a dielectric film or a single-layer dielectric film containing charge storage means inside.
It is in contact with SO. Sub bit line SBL and sub source line S
The intersection of the p well W with SL and each word line WL serves as a channel forming region of the memory transistor, the sub bit line portion in contact with the channel forming region functions as a drain, and the sub source line portion functions as a source. To do.

【0069】ワード線WLの上面および側壁は、オフセ
ット絶縁層および絶縁性サイドウォール(本例では、通
常の層間絶縁層でも可)により覆われている。これら絶
縁層には、所定間隔で副ビット線SBLに達するビット
コンタクトBCと、副ソース線SSLに達するソースコ
ンタクトSCとが形成されている。これらのコンタクト
BC,SCは、たとえば、ビット方向のメモリトランジ
スタ128個ごとに設けられている。また、絶縁層上
を、ビットコンタクトBC上に接触する主ビット線MB
L1,MBL2,…(以下、MBLと表記)と、ソース
コンタクトSC上に接触する主ソース線MSL1,MS
L2,…(以下、MSLと表記)が交互に、平行ストラ
イプ状に形成されている。
The upper surface and the side wall of the word line WL are covered with an offset insulating layer and an insulating side wall (in this example, a normal interlayer insulating layer may be used). Bit contacts BC that reach the sub-bit line SBL and source contacts SC that reach the sub-source line SSL are formed in these insulating layers at predetermined intervals. These contacts BC and SC are provided, for example, for every 128 memory transistors in the bit direction. In addition, the main bit line MB that comes into contact with the bit contact BC on the insulating layer
L1, MBL2, ... (hereinafter referred to as MBL), and main source lines MSL1 and MS that come into contact with the source contact SC.
L2, ... (Hereinafter, referred to as MSL) are alternately formed in parallel stripes.

【0070】このメモリセルアレイは、ビット線および
ソース線が階層化され、メモリセルごとにビットコンタ
クトBCおよびソースコンタクトSCを形成する必要が
ない。したがって、コンタクト抵抗自体のバラツキは基
本的にない。ビットコンタクトBCおよびソースコンタ
クトSCは、たとえば128個のメモリセルごとに設け
られるが、このプラグ形成を自己整合的に行わないとき
は、オフセット絶縁層および絶縁性サイドウォールは必
要ない。すなわち、通常の層間絶縁膜を厚く堆積してメ
モリトランジスタを埋め込んだ後、通常のフォトリソグ
ラフィとエッチングによりコンタクトを開口する。
In this memory cell array, the bit lines and the source lines are hierarchized, and it is not necessary to form the bit contact BC and the source contact SC for each memory cell. Therefore, there is basically no variation in the contact resistance itself. The bit contact BC and the source contact SC are provided for every 128 memory cells, for example, but if this plug formation is not performed in a self-aligned manner, the offset insulating layer and the insulating sidewall are not necessary. That is, a normal interlayer insulating film is deposited thickly to embed a memory transistor, and then contacts are opened by normal photolithography and etching.

【0071】副ビット線および副ソース線を不純物領域
で構成した疑似コンタクトレス構造として無駄な空間が
殆どないことから、各層の形成をウエハプロセス限界の
最小線幅Fで行った場合、8F2 に近い非常に小さいセ
ル面積で製造できる。さらに、ビット線とソース線が階
層化されており、セレクトトランジスタS11又はS2
1が非選択の単位ブロックにおける並列メモリトランジ
スタ群を主ビット線MBL1またはMBL2から切り離
すため、主ビット線の容量が著しく低減され、高速化、
低消費電力化に有利である。また、セレクトトランジス
タS12またはS22の働きで、副ソース線を主ソース
線から切り離して、低容量化することができる。なお、
更なる高速化のためには、副ビット線SBLおよび副ソ
ース線SSLをシリサイドを張りつけた不純物領域で形
成し、主ビット線MBLおよび主ソース線MSLをメタ
ル配線とするとよい。
Since there is almost no wasted space as a pseudo contactless structure in which the sub-bit line and the sub-source line are made of impurity regions, when each layer is formed with the minimum line width F of the wafer process limit, it becomes 8F 2 . It can be manufactured with a very small cell area. Further, the bit line and the source line are hierarchized, and the select transistor S11 or S2
Since 1 separates the parallel memory transistor group in the unit block of non-selection from the main bit line MBL1 or MBL2, the capacity of the main bit line is significantly reduced and the speed is increased.
It is advantageous for low power consumption. In addition, the function of the select transistor S12 or S22 can separate the sub source line from the main source line to reduce the capacitance. In addition,
In order to further increase the speed, it is preferable that the sub bit line SBL and the sub source line SSL are formed of impurity regions to which silicide is attached, and the main bit line MBL and the main source line MSL are metal wiring.

【0072】図15に、メモリトランジスタの行方向の
拡大断面図を示す。図15において、副ビット線をなす
ドレイン不純物領域Dと副ソース線をなすソース領域S
との間に挟まれ、ワード線WLが交差する部分が、当該
メモリトランジスタのチャネル形成領域CHとなる。
FIG. 15 shows an enlarged cross-sectional view of the memory transistor in the row direction. In FIG. 15, a drain impurity region D forming a sub bit line and a source region S forming a sub source line.
A portion which is sandwiched between and and which intersects the word line WL becomes a channel formation region CH of the memory transistor.

【0073】チャネル形成領域CH上には、第1ゲート
誘電体膜GD1または第2ゲート誘電体膜GD2を介し
てメモリトランジスタのゲート電極(ワード線WL)が
積層されている。第1ゲート誘電体膜GD1は複数の誘
電体層を積層させ、内部に電荷トラップを多く含む膜で
あり、第2ゲート誘電体膜GD2は単層の膜であり、電
荷蓄積能力を有しない。第1ゲート誘電体膜GD1は、
ドレイン領域D上の途中からチャネル形成領域CH上の
途中まで延在する。その他のチャネル形成領域部分上、
ドレイン領域部分上、およびソース領域S上の全域に、
第2ゲート誘電体膜GD2が形成されている。第1ゲー
ト誘電体膜GD1および第2ゲート誘電体膜GD2の膜
構造、および製造方法は、第1実施形態と同じである。
On the channel forming region CH, the gate electrode (word line WL) of the memory transistor is laminated via the first gate dielectric film GD1 or the second gate dielectric film GD2. The first gate dielectric film GD1 is a film in which a plurality of dielectric layers are stacked and has many charge traps inside, and the second gate dielectric film GD2 is a single-layer film and has no charge storage capability. The first gate dielectric film GD1 is
It extends from the middle of the drain region D to the middle of the channel formation region CH. On the other channel formation region part,
On the drain region and the entire source region S,
The second gate dielectric film GD2 is formed. The film structure of the first gate dielectric film GD1 and the second gate dielectric film GD2, and the manufacturing method are the same as in the first embodiment.

【0074】ワード線WLは、一般に、p型またはn型
の不純物が高濃度に導入されて導電化されたドープド多
結晶珪素、またはドープド多結晶珪素と高融点金属シリ
サイドとの積層膜からなる。ソース領域Sとドレイン領
域Dとの距離で既定される、このメモリトランジスタの
実効ゲート長は0.13μm以下、たとえば100nm
程度である。本実施形態のメモリセルでは、このように
第1ゲート誘電体膜GD1上の電極と第2ゲート誘電体
膜GD2上の電極が共通の導電層からなる。これは、い
わゆるスプリットゲートと称されるゲート構造と同じで
ある。
The word line WL is generally formed of doped polycrystalline silicon in which p-type or n-type impurities are introduced at a high concentration to make it conductive, or a laminated film of doped polycrystalline silicon and a refractory metal silicide. The effective gate length of this memory transistor, which is defined by the distance between the source region S and the drain region D, is 0.13 μm or less, for example, 100 nm.
It is a degree. In the memory cell of the present embodiment, the electrode on the first gate dielectric film GD1 and the electrode on the second gate dielectric film GD2 are thus formed of a common conductive layer. This is the same as a so-called split gate structure.

【0075】このメモリセルアレイの製造においては、
まず、用意した半導体基板SUBに対し誘電体分離層I
SOおよびpウエルWを形成した後に、副ビット線SB
L(ドレイン領域D)および副ソース線SSL(ソース
領域S)となる不純物領域をイオン注入により形成す
る。また、しきい値電圧調整用のイオン注入等を必要に
応じて行う。
In manufacturing this memory cell array,
First, the dielectric isolation layer I is added to the prepared semiconductor substrate SUB.
After forming the SO and p well W, the sub bit line SB
Impurity regions to be L (drain region D) and sub-source line SSL (source region S) are formed by ion implantation. Ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed as necessary.

【0076】つぎに、pウエルW上に第1ゲート誘電体
膜GD1と第2ゲート誘電体膜GD2を作り分ける。具
体的には、第1実施形態と同様な方法によって全面に第
1ゲート誘電体膜GD1を形成する。この第1ゲート誘
電体膜GD1をパターンニングする。すなわち、第1ゲ
ート誘電体膜GD1を、ドレイン領域Dの端部を含む必
要な領域(メモリ部)に残して、他の領域(非メモリ
部)で除去する。そして、この第1ゲート誘電体膜GD
1を除去したウエル表面を熱酸化して第2ゲート誘電体
膜GD2を形成する。なお、上記第1ゲート誘電体膜G
D1の形成では、ボトム誘電体膜BTMと電荷蓄積膜C
HSとまで行い、この第2ゲート誘電体膜GD2の熱酸
化と同時に、第1ゲート誘電体膜GD1のトップ誘電体
膜TOPを形成してもよい。あるいは、第1ゲート誘電
体膜GD1の除去工程において、非メモリ部でトップ誘
電体膜TOPと電荷蓄積膜CHSのみを除去し、さらに
必要な熱酸化を行って非メモリ部に残ったボトム誘電体
膜BTMの膜厚を増加させ、これにより第2ゲート誘電
体膜GD2を形成してもよい。
Next, the first gate dielectric film GD1 and the second gate dielectric film GD2 are separately formed on the p well W. Specifically, the first gate dielectric film GD1 is formed on the entire surface by the same method as in the first embodiment. This first gate dielectric film GD1 is patterned. That is, the first gate dielectric film GD1 is left in a necessary region (memory portion) including the end portion of the drain region D, and is removed in another region (non-memory portion). Then, the first gate dielectric film GD
The well surface from which 1 has been removed is thermally oxidized to form the second gate dielectric film GD2. The first gate dielectric film G
In forming D1, the bottom dielectric film BTM and the charge storage film C are formed.
Up to HS, the top dielectric film TOP of the first gate dielectric film GD1 may be formed simultaneously with the thermal oxidation of the second gate dielectric film GD2. Alternatively, in the step of removing the first gate dielectric film GD1, only the top dielectric film TOP and the charge storage film CHS are removed in the non-memory portion, and further the necessary thermal oxidation is performed to leave the bottom dielectric material remaining in the non-memory portion. The film thickness of the film BTM may be increased to form the second gate dielectric film GD2.

【0077】ワード線WLとなる導電膜とオフセット絶
縁層(不図示)との積層膜を積層させ、この積層膜を一
括して同一パターンにて加工する。このときワード線周
囲の第1ゲート誘電体膜GD1および第2ゲート誘電体
膜GD2も除去する。続いて、図14のメモリセルアレ
イ構造とするために、絶縁性サイドウォールの形成によ
って自己整合コンタクトを開口し、自己整合コンタクト
により表出するドレイン領域D(副ビット線SBL)お
よびソース領域S(副ソース線SSL)上に、ビットコ
ンタクトBCおよびソースコンタクトSCを形成する。
その後、これらプラグ周囲を層間絶縁膜で埋め込み、層
間絶縁膜上に主ビット線MBLおよび主ソース線MSL
を形成した後、必要に応じて行う層間絶縁層を介した上
層配線の形成およびオーバーコート成膜とパッド開口工
程等を経て、当該メモリセルアレイを完成させる。
A laminated film of a conductive film to be the word line WL and an offset insulating layer (not shown) is laminated, and this laminated film is processed in the same pattern all at once. At this time, the first gate dielectric film GD1 and the second gate dielectric film GD2 around the word line are also removed. Subsequently, in order to obtain the memory cell array structure of FIG. 14, the self-aligned contact is opened by forming the insulating sidewall, and the drain region D (sub-bit line SBL) and the source region S (sub-electrode) exposed by the self-aligned contact are formed. The bit contact BC and the source contact SC are formed on the source line SSL).
Thereafter, the periphery of these plugs is filled with an interlayer insulating film, and the main bit line MBL and the main source line MSL are formed on the interlayer insulating film.
After forming, the memory cell array is completed through the formation of upper layer wiring via an interlayer insulating layer, the overcoat film formation, the pad opening step, and the like, which are performed as necessary.

【0078】図12のセレクトトランジスタS11〜S
22をオンまたはオフさせる動作が必要となるが、それ
以外の基本的な書き込み,消去および読み出しの動作は
第1実施形態と同じである。したがって、ここでの詳細
な説明は省略する。
Select transistors S11 to S of FIG.
The operation of turning on or off 22 is required, but other basic write, erase and read operations are the same as in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof is omitted here.

【0079】ただし、スプリットゲート型トランジスタ
においては、第1ゲート誘電体膜GD1が形成されたド
レイン側のメモリ部と、第2ゲート誘電体膜GD2が形
成されたソース側の非メモリ部とは、共通のゲート電極
により制御される。このため、必然的に、メモリ部と非
メモリ部のゲート印加電圧は同じとなる。この点が、第
1実施形態と異なり、本実施形態での動作は、第1実施
形態においてセレクトゲートSGとメモリゲートMGと
の印加電圧が等しい特殊な場合に相当する。このため、
書き込み時のホットエレクトロンHEの注入効率は第1
実施形態ほど向上しない可能性があり、消去時のホット
ホール注入位置制御にも限界がある。その一方で、本実
施形態のメモリセルのゲート構造は第1実施形態より簡
素であり、製造工程も少なく、メモリセル面積も小さく
しやすいという利点がある。
However, in the split gate type transistor, the drain side memory portion on which the first gate dielectric film GD1 is formed and the source side non-memory portion on which the second gate dielectric film GD2 is formed are It is controlled by a common gate electrode. Therefore, the gate applied voltages of the memory section and the non-memory section are necessarily the same. In this respect, unlike the first embodiment, the operation in the present embodiment corresponds to the special case in which the applied voltages to the select gate SG and the memory gate MG are the same in the first embodiment. For this reason,
The injection efficiency of hot electrons HE during writing is the first
It may not be improved as much as the embodiment, and there is a limit to hot hole injection position control at the time of erasing. On the other hand, the gate structure of the memory cell of this embodiment is simpler than that of the first embodiment, and has the advantages that the number of manufacturing steps is small and the memory cell area can be easily reduced.

【0080】第3実施形態においても、第1実施形態と
同様に、特に消去にドレイン側からのホットホール注入
を用い、検証読み出しをフォワードバイアスにて行うこ
とから、消去および読み出しを含む書き込み動作のサイ
クル時間をトータルで短くできるという利点がある。
In the third embodiment as well, as in the first embodiment, in particular, hot hole injection from the drain side is used for erasing, and verification reading is performed with a forward bias, so that a writing operation including erasing and reading can be performed. There is an advantage that the cycle time can be shortened in total.

【0081】第1〜第3実施形態で示した以外のセルア
レイ構造、例えば、バーチャルグランドセル構造であっ
ても本発明が適用できる。また、以上の第1〜第3実施
形態では、メモリトランジスタとしてMONOS型を説
明したが、本発明は、いわゆるMNOS型、シリコンナ
ノ結晶型、微細分割FG型など、電荷蓄積手段が少なく
とも平面方向で離散化された構造のメモリトランジスタ
全てに適用できる。
The present invention can be applied to cell array structures other than those shown in the first to third embodiments, for example, a virtual ground cell structure. Further, in the above first to third embodiments, the MONOS type has been described as the memory transistor, but the present invention has a charge storage means such as a so-called MNOS type, a silicon nanocrystal type, or a fine division FG type in at least the plane direction. It can be applied to all memory transistors having a discretized structure.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
不揮発性半導体メモリ装置の動作方法によれば、消去
(および読み出し)を含む書き込み動作のサイクル時間
をトータルで短くできる。また、並列動作のセル数を大
きくできることから、メモリセルアレイ全体の動作時間
を短くできる。また、最大動作電圧を5Vにまで低電圧
化可能なため、通常広く用いられている周辺回路の高耐
圧回路は必要なく、低耐圧仕様のトランジスタで周辺回
路を構成できる。その結果として、マスク枚数を低減で
き、混載NVM(Non-VolatileMemory )として、低コ
スト化することができる。
As described above, according to the operating method of the non-volatile semiconductor memory device of the present invention, the cycle time of write operation including erase (and read) can be shortened in total. Moreover, since the number of cells for parallel operation can be increased, the operation time of the entire memory cell array can be shortened. Further, since the maximum operating voltage can be lowered to 5 V, the high breakdown voltage circuit of the peripheral circuit which is generally widely used is not required, and the peripheral circuit can be configured by the transistor of the low breakdown voltage specification. As a result, the number of masks can be reduced, and the cost can be reduced as a mixed NVM (Non-Volatile Memory).

【0083】本発明に係る不揮発性半導体メモリ装置
は、このような効果を奏する動作方法を好適に実施でき
る構成を有している。また、電荷蓄積手段が離散化され
ているため電荷保持特性に優れ、記憶素子のスケーリン
グが容易であり、かつ動作電圧を低くできる。このた
め、CMOSプロセスとの親和性が高く、低コストのメ
モリ混載システムLSIとして実現が容易である。
The non-volatile semiconductor memory device according to the present invention has a structure capable of suitably carrying out the operating method having such effects. Further, since the charge storage means is discretized, the charge retention characteristics are excellent, the storage element can be easily scaled, and the operating voltage can be lowered. Therefore, it has a high affinity with the CMOS process and can be easily realized as a low-cost memory-embedded system LSI.

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

【図1】本発明の実施形態に係る不揮発性メモリ装置の
要部構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態に係る分離ソース線NO
R型メモリセルアレイの等価回路図である。
FIG. 2 is an isolated source line NO according to the first embodiment of the present invention.
It is an equivalent circuit diagram of an R-type memory cell array.

【図3】本発明の第1実施形態に係るメモリセルアレイ
の概略平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of a memory cell array according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態に係り、図3のA−A’
線に沿った断面側から見た鳥瞰図である。
FIG. 4 relates to the first embodiment of the present invention, and is AA ′ of FIG.
It is the bird's-eye view seen from the cross section along the line.

【図5】本発明の第1実施形態に係るメモリセルの行方
向の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in the row direction of the memory cell according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態において、メモリセル構
造の他の形態を示す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another form of the memory cell structure according to the first embodiment of the present invention.

【図7】(A)は本発明の第1実施形態に係るメモリセ
ルアレイの書き込み時のバイアス条件を示す回路図、
(B)は消去時のバイアス条件を示す回路図である。
FIG. 7A is a circuit diagram showing bias conditions at the time of writing in the memory cell array according to the first embodiment of the present invention;
(B) is a circuit diagram showing bias conditions during erasing.

【図8】(A)は本発明の第1実施形態に係るメモリセ
ルアレイの書き込み動作を示す図、(B)は消去動作を
示す図である。
FIG. 8A is a diagram showing a write operation of the memory cell array according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a diagram showing an erase operation.

【図9】本発明の第1実施形態に係るメモリセルアレイ
の読み出し時のバイアス条件を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a bias condition at the time of reading of the memory cell array according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2実施形態に係るメモリセルアレ
イの等価回路図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2実施形態に係るメモリセルアレ
イの、行方向の断面側から見た鳥瞰図である。
FIG. 11 is a bird's-eye view of the memory cell array according to the second embodiment of the present invention as seen from the cross-sectional side in the row direction.

【図12】本発明の第3実施形態に係るメモリセルアレ
イの等価回路図である。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3実施形態に係るメモリセルアレ
イの平面図である。
FIG. 13 is a plan view of a memory cell array according to a third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3実施形態に係り、図13のB−
B’線に沿った断面側から見た鳥瞰図である。
FIG. 14 relates to the third embodiment of the present invention and is B- in FIG.
It is the bird's-eye view seen from the cross section side along the B ′ line.

【図15】本発明の第2実施形態に係るメモリトランジ
スタの行方向の拡大断面図である。
FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view in the row direction of the memory transistor according to the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MCA…メモリセルアレイ、RC…ロウ制御回路(電圧
供給回路)、CC…カラム制御回路(電圧供給回路)、
PS…電源(電圧供給回路)、M11等…メモリセル、
MT…メモリトランジスタ、ST…セレクトトランジス
タ(MIS型トランジスタ)、MG…メモリゲート(第
1ゲート電極)、SG…セレクトゲート(第2ゲート電
極)、SL1等…ソース線、BL1等…ビット線、MW
L1等…メモリワード線(ワード線)、SWL1等…セ
レクトワード線、CL1等…制御線、GD1…第1ゲー
ト誘電体膜、GD2…第2ゲート誘電体膜。
MCA ... Memory cell array, RC ... Row control circuit (voltage supply circuit), CC ... Column control circuit (voltage supply circuit),
PS ... Power supply (voltage supply circuit), M11, etc .... Memory cell,
MT ... Memory transistor, ST ... Select transistor (MIS type transistor), MG ... Memory gate (first gate electrode), SG ... Select gate (second gate electrode), SL1, etc .... Source line, BL1, etc .... Bit line, MW
L1 and the like ... Memory word line (word line), SWL1 and the like ... Select word line, CL1 and the like ... Control line, GD1 ... First gate dielectric film, GD2 ... Second gate dielectric film.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/792 Fターム(参考) 5B025 AA07 AC01 AD04 AD08 AE05 AE07 5F083 EP18 EP32 EP34 EP35 EP77 ER02 ER05 ER11 ER30 GA06 KA06 KA12 LA12 LA16 MA06 MA16 MA19 NA01 PR13 PR39 5F101 BA45 BC11 BD10 BD22 BD36 BE05 BE07 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme coat (reference) H01L 29/792 F term (reference) 5B025 AA07 AC01 AD04 AD08 AE05 AE07 5F083 EP18 EP32 EP34 EP35 EP77 ER02 ER05 ER11 ER30 GA06 KA06 KA12 LA12 LA16 MA06 MA16 MA19 NA01 PR13 PR39 5F101 BA45 BC11 BD10 BD22 BD36 BE05 BE07

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ソース線とビット線との間に直列に接続さ
れチャネルを共有したMIS型トランジスタとメモリト
ランジスタとを有し、メモリトランジスタのゲート誘電
体膜が複数の誘電体を積層させてなり、当該積層膜内部
に離散化された電荷蓄積手段を含む不揮発性半導体メモ
リ装置の動作方法であって、 上記動作方法が以下の諸工程、すなわち、 書き込み時に、MIS型トランジスタとメモリトランジ
スタとの境界付近で発生したホットエレクトロンを、メ
モリトランジスタのゲート誘電体膜内にソース側から注
入し、 消去時に、メモリトランジスタのドレイン側で発生した
ホットホールを、メモリトランジスタのゲート誘電体膜
の電子の蓄積領域にドレイン側から注入する各工程を含
む不揮発性半導体メモリ装置の動作方法。
1. A memory transistor comprising a MIS type transistor connected in series between a source line and a bit line and sharing a channel, and a memory transistor, wherein a gate dielectric film of the memory transistor is formed by laminating a plurality of dielectrics. A method for operating a nonvolatile semiconductor memory device including discrete charge storage means inside the laminated film, wherein the operating method includes the following steps, that is, a boundary between a MIS transistor and a memory transistor at the time of writing. Hot electrons generated in the vicinity are injected into the gate dielectric film of the memory transistor from the source side, and during erase, hot holes generated on the drain side of the memory transistor are stored in the electron storage area of the gate dielectric film of the memory transistor. A method for operating a non-volatile semiconductor memory device, including the steps of implanting from the drain side to the semiconductor device.
【請求項2】上記MIS型トランジスタと上記メモリト
ランジスタとを有したメモリセルが行列状に複数配置さ
れ、同一行に属する複数のメモリトランジスタのゲート
がワード線により接続されているメモリセルアレイが上
記不揮発性メモリ装置内に設けられ、 当該メモリセルアレイ対する書き込みサイクルが以下の
諸工程、すなわち、 メモリトランジスタのドレインが接続された全てのビッ
ト線と、選択された行のワード線との間に、所定の電圧
を印加して、メモリトランジスタのドレインにホットホ
ールを発生させ、 発生させたホットホールを対応するメモリトランジスタ
のゲート誘電体膜内に注入して、選択された行内のメモ
リセルに対し同時に消去を行い、 書き込みデータに応じて電荷注入が必要なセルが接続さ
れたソース線とビット線との間に所定の電圧を印加し、
かつ、上記選択されたワード線に所定の電圧を印加し
て、チャネル内にホットエレクトロンを発生させ、 ホットエレクトロンが発生したセル内で、当該ホットエ
レクトロンをメモリトランジスタのゲート誘電体膜内に
注入して書き込みを行う各工程を含む請求項1記載の不
揮発性半導体メモリ装置の動作方法。
2. A memory cell array in which a plurality of memory cells having the MIS type transistors and the memory transistors are arranged in a matrix and the gates of the plurality of memory transistors belonging to the same row are connected by word lines. A write cycle for the memory cell array provided in a non-volatile memory device is performed between the following steps, that is, between all the bit lines connected to the drains of the memory transistors and the word line of the selected row. A voltage is applied to generate a hot hole in the drain of the memory transistor, and the generated hot hole is injected into the gate dielectric film of the corresponding memory transistor to simultaneously erase the memory cells in the selected row. And the source line and cell connected to the cell that needs to inject charge according to the write data. Apply a predetermined voltage between the
At the same time, a predetermined voltage is applied to the selected word line to generate hot electrons in the channel, and the hot electrons are injected into the gate dielectric film of the memory transistor in the cell where the hot electrons are generated. 2. The method for operating a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, including each step of writing by writing.
【請求項3】上記ソース線の電圧印加と上記ビット線の
電圧印加を、メモリセルの列ごとに行う請求項2記載の
不揮発性半導体メモリ装置の動作方法。
3. The method for operating a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the voltage application to the source line and the voltage application to the bit line are performed for each column of memory cells.
【請求項4】上記動作方法が検証読み出し工程を含み、 当該検証読み出し工程が更に以下の諸工程、すなわち、 上記ホットエレクトロンの注入時と同じ方向の電圧を上
記ソース線と上記ビット線間に供給し、 上記メモリトランジスタのゲートに所定の電圧を印加
し、 上記ビット線の電位変化を検出する各工程を更に含む請
求項1記載の不揮発性半導体メモリ装置の動作方法。
4. The operation method includes a verification read step, and the verification read step further includes the following steps, that is, supplying a voltage in the same direction as when the hot electrons are injected between the source line and the bit line. 2. The method of operating a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising the steps of applying a predetermined voltage to the gate of the memory transistor and detecting a potential change of the bit line.
【請求項5】ソース電圧を供給するソース線と、 ドレイン電圧を供給するビット線と、 ドレインがビット線に接続され、ゲート誘電体膜が複数
の誘電体を積層させてなり、当該積層体の内部に離散化
された電荷蓄積手段を含むメモリトランジスタと、 メモリトランジスタとソース線との間にメモリトランジ
スタとチャネルを共有して直列接続されたMIS型トラ
ンジスタと、 ホットエレクトロンをメモリトランジスタのゲート誘電
体膜内にソース側から注入するための電圧、ホットホー
ルをメモリトランジスタのゲート誘電体膜内にドレイン
側から注入するための電圧を、ソース線、ビット線、メ
モリトランジスタのゲート、MIS型トランジスタのゲ
ートに対しそれぞれ必要な電圧レベルと極性にて供給す
る電圧供給回路とを有した不揮発性半導体メモリ装置。
5. A source line supplying a source voltage, a bit line supplying a drain voltage, a drain connected to the bit line, and a gate dielectric film formed by laminating a plurality of dielectrics. A memory transistor including a charge storage means discretized therein, a MIS transistor connected in series between the memory transistor and a source line, sharing a channel with the memory transistor, and hot electrons used as a gate dielectric of the memory transistor. The voltage for injecting from the source side into the film and the voltage to inject hot holes from the drain side into the gate dielectric film of the memory transistor are the source line, the bit line, the gate of the memory transistor, the gate of the MIS type transistor. Each has a voltage supply circuit that supplies it with the required voltage level and polarity. Memory device.
【請求項6】上記電圧供給回路は、上記メモリトランジ
スタのドレイン側でバンド間トンネリング電流を発生さ
せ、その電流に起因したホットホールを上記ゲート誘電
体膜内に注入するために必要な大きさと極性の電圧を、
少なくともメモリトランジスタのゲートとドレイン間に
供給する請求項5記載の不揮発性半導体メモリ装置。
6. The voltage supply circuit generates a band-to-band tunneling current on the drain side of the memory transistor, and the size and polarity required for injecting hot holes caused by the current into the gate dielectric film. Voltage of
The non-volatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein at least it is supplied between the gate and the drain of the memory transistor.
【請求項7】第1導電型半導体からなるチャネル形成領
域と、 第2導電型半導体からなりチャネル形成領域を挟むソー
ス領域およびドレン領域と、 ドレイン領域に接したチャネル形成領域部分上に積層さ
れた複数の誘電体膜からなり、チャネル形成領域に対向
した面内で離散化された電荷蓄積手段を内部に含む第1
ゲート誘電体膜と、 第1ゲート誘電体膜のソ−ス側端に近接したチャネル形
成領域部分上に形成され、電荷蓄積能力を有しない単層
の誘電体からなる第2ゲート誘電体膜と、 第1ゲート誘電体膜上に形成された第1ゲート電極と、 第1ゲート電極と絶縁され、第2ゲート誘電体膜上に形
成された第2ゲート電極とを有した請求項5記載の不揮
発性半導体メモリ装置。
7. A channel formation region made of a first conductivity type semiconductor, a source region and a drain region made of a second conductivity type semiconductor and sandwiching the channel formation region, and a channel formation region portion in contact with the drain region. A first charge storage unit which is composed of a plurality of dielectric films and is discretized in a plane facing the channel formation region;
A gate dielectric film, and a second gate dielectric film formed of a single-layer dielectric having no charge storage capability, formed on a channel formation region portion near the source side end of the first gate dielectric film. The first gate electrode formed on the first gate dielectric film, and the second gate electrode formed on the second gate dielectric film and insulated from the first gate electrode. Non-volatile semiconductor memory device.
【請求項8】第1導電型半導体からなるチャネル形成領
域と、 第2導電型半導体からなりチャネル形成領域を挟むソー
ス領域およびドレイン領域と、 ドレイン領域に接したチャネル形成領域部分上に積層さ
れた複数の誘電体膜からなり、チャネル形成領域に対向
した面内で離散化された電荷蓄積手段を内部に含む第1
ゲート誘電体膜と、 第1ゲート誘電体膜のソ−ス側端に近接したチャネル形
成領域部分上に形成され、電荷蓄積能力を有しない単層
の誘電体からなる第2ゲート誘電体膜と、 第1ゲート誘電体膜上と第2ゲート誘電体膜上に形成さ
れたゲート電極と を有した請求項5記載の不揮発性半導体メモリ装置。
8. A channel formation region made of a first conductivity type semiconductor, a source region and a drain region made of a second conductivity type semiconductor, sandwiching the channel formation region, and a channel formation region portion in contact with the drain region. A first charge storage unit which is composed of a plurality of dielectric films and is discretized in a plane facing the channel formation region;
A gate dielectric film and a second gate dielectric film formed of a single-layer dielectric formed on the channel formation region portion near the source side end of the first gate dielectric film and having no charge storage capability. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, further comprising a gate electrode formed on the first gate dielectric film and the second gate dielectric film.
【請求項9】上記MIS型トランジスタと上記メモリト
ランジスタとを有したメモリセルが行列状に複数配置さ
れ、 同一行に属する複数のメモリトランジスタのゲートがワ
ード線に接続され、 同一列に属する複数のMISトランジスタのソースが、
列ごとに分離されたソース線に接続され、 同一列に属する複数のメモリトランジスタのドレイン
が、列ごとに分離されたビット線に接続されている請求
項5に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
9. A plurality of memory cells having the MIS type transistors and the memory transistors are arranged in a matrix, the gates of the plurality of memory transistors belonging to the same row are connected to a word line, and the plurality of memory cells belonging to the same column. The source of the MIS transistor is
The non-volatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the plurality of memory transistors belonging to the same column are connected to source lines separated for each column, and the drains of the memory transistors are connected to bit lines separated for each column.
【請求項10】上記MIS型トランジスタと上記メモリ
トランジスタとを有したメモリセルが行列状に複数配置
されたメモリセルアレイと、上記電圧供給回路を含むメ
モリ制御回路、および、CMOSプロセスにより形成さ
れた他の回路が、同一の半導体基板に集積化されている
請求項5記載の不揮発性半導体メモリ装置。
10. A memory cell array in which a plurality of memory cells each having the MIS type transistor and the memory transistor are arranged in a matrix, a memory control circuit including the voltage supply circuit, and another formed by a CMOS process. 6. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the circuits are integrated on the same semiconductor substrate.
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