JPH0332067A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明はメモリトランジスタに記憶されたデータを電気
的に消去して新たなデータを書込むことができる電気的
消去可能型FROM (以下、EEFROMという)等
の不揮発性半導体記憶装置に関する。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Fields] The present invention relates to an electrically erasable FROM (hereinafter referred to as EEFROM) that can electrically erase data stored in a memory transistor and write new data. ) and other nonvolatile semiconductor memory devices.
[従来の技術]
従来から、電源を切っても書込まれたデータが消失しな
い不揮発性半導体記憶装置が種々研究開発されている。[Prior Art] Various types of nonvolatile semiconductor memory devices have been researched and developed in which written data does not disappear even when the power is turned off.
そして、近年、その中でEEFROMの開発が急速に進
み、各種の製品が実用化されている。In recent years, development of EEFROM has progressed rapidly, and various products have been put into practical use.
EEFROMには種々の構造のものがあり、近時、メモ
リトランジスタを直列に接続して構成されたものが提案
されている(R,5hlrota他Technical
digest of 1988 sy+*poslu
m on VLSItechnology 33乃至
34頁)。EEFROMs have various structures, and recently, one constructed by connecting memory transistors in series has been proposed (R, 5hlrota et al.
digest of 1988 sy+*poslu
mon VLSI Technology, pages 33-34).
第6図(a)は従来の不揮発性半導体記憶装置(EEP
ROM)の−例を示す平面図、第8図(b)は第6図(
a)のに−Klによる断面図、第6図(c)は第6図(
a)のL−L線による断面図、第6図(d)は第8図(
a)のM−M線による断面図である。Figure 6(a) shows a conventional non-volatile semiconductor memory device (EEP).
A plan view showing an example of a ROM), FIG. 8(b) is a plan view showing an example of a ROM), and FIG.
Fig. 6(c) is a cross-sectional view of -Kl in a), Fig. 6(c) is
6(d) is a cross-sectional view taken along line L-L in a), and FIG. 8(d) is
It is a sectional view taken along the MM line of a).
半導体基板21はその表面に形成されたフィールド絶縁
膜22により複数の素子形成領域に分割されており、各
フィールド絶縁822に囲まれた領域の半導体基板21
表面には、半導体基板21と反対導電型の不純物を拡散
することにより不純物拡散層23a及び23bが選択的
に形成されている。そして、基板21上には、メモリト
ランジスタの第1のゲート絶縁膜24及び選択用トラン
ジスタのゲート絶縁膜28が形成されている。The semiconductor substrate 21 is divided into a plurality of element forming regions by a field insulating film 22 formed on the surface thereof, and the semiconductor substrate 21 in a region surrounded by each field insulating film 822 is divided into a plurality of element formation regions.
Impurity diffusion layers 23a and 23b are selectively formed on the surface by diffusing impurities of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 21. Then, on the substrate 21, a first gate insulating film 24 of the memory transistor and a gate insulating film 28 of the selection transistor are formed.
この選択用トランジスタのゲート絶縁膜26上には選択
用トランジスタのゲート電極29が形成されている。一
方、メモリトランジスタの第1のゲート絶縁膜24上に
は浮遊ゲート電極27が選択的に形成されており、この
浮遊ゲート電極27上には第2のゲート絶縁膜25を介
して制御ゲート電極28が形成されている。これらのゲ
ート電極29、浮遊ゲート電極27及び制御ゲート電極
28等は層間絶縁膜30により被覆されている。A gate electrode 29 of the selection transistor is formed on the gate insulating film 26 of the selection transistor. On the other hand, a floating gate electrode 27 is selectively formed on the first gate insulating film 24 of the memory transistor, and a control gate electrode 28 is formed on the floating gate electrode 27 via a second gate insulating film 25. is formed. These gate electrode 29, floating gate electrode 27, control gate electrode 28, etc. are covered with an interlayer insulating film 30.
この層間絶fil!30上には所定の配線パターンで金
属配線32が形成されており、この金属配線32は層間
絶縁膜30の所定領域に形成されたコンタクト孔31を
介して基板表面の拡散層23aと接続されている。This interlayer film! A metal wiring 32 is formed on the interlayer insulating film 30 in a predetermined wiring pattern. There is.
この第6図(a)乃至(d)においては、上述の如く構
成された2個の選択用トランジスタの間に、上述の如く
構成された3個のメモリトランジスタが直列に接続され
て形成されている。In FIGS. 6(a) to 6(d), three memory transistors configured as described above are connected in series between two selection transistors configured as described above. There is.
第7図は、上述した不揮発性半導体記憶装置の等価回路
図である。この第7図を使用して、メモリトランジスタ
がNチャネルの場合のEEFROMの動作について説明
する。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the above-mentioned nonvolatile semiconductor memory device. Using FIG. 7, the operation of the EEFROM when the memory transistor is an N-channel will be explained.
符号Q511及びQsl+1は選択用トランジスタであ
り、符号Qs + QMIや、及び0Ml+2はメモリ
トランジスタである。各メモリトランジスタQ M+Q
Ml*r+Q□、の制御ゲート電極28はワード線X、
、X、や1及びXlや2に接続されている。また、選択
用トランジスタQs+及びQ SI+1のゲート電極2
9は、夫々第1の選択線zl及び第2の選択線z1.l
に接続されている。更に、選択用トランジスタQIl+
及びQs+++!びにメモリトランジスタQMIQM1
.I及びQMl、2はピット線YJ とソース線Sとの
間に直列に接続されている。Symbols Q511 and Qsl+1 are selection transistors, and symbols Qs + QMI and 0Ml+2 are memory transistors. Each memory transistor Q M+Q
The control gate electrode 28 of Ml*r+Q□ is connected to the word line X,
, X, ya1 and Xl ya2. In addition, the gate electrode 2 of the selection transistor Qs+ and Q SI+1
9 are the first selection line zl and the second selection line z1 . l
It is connected to the. Furthermore, the selection transistor QIl+
and Qs+++! and memory transistor QMIQM1
.. I and QMl,2 are connected in series between the pit line YJ and the source line S.
この不揮発性半導体記憶装置のデータ消去、書込み及び
読み出しの各モードにおけるビット線、選択線及びワー
ド線の電位を下記第1表に示す。The potentials of the bit line, selection line, and word line in each data erase, write, and read mode of this nonvolatile semiconductor memory device are shown in Table 1 below.
但し、表中、数値の単位はいずれもポル) (V)であ
る。However, the unit of all numerical values in the table is pol (V).
データを消去する場合は、ワードlx+ 。To erase data, use word lx+.
X 1+1及びXl、2を正電位側とし、ビット線Y。With X1+1 and Xl,2 on the positive potential side, bit line Y.
及びソース線Sを接地電位側として高電圧(例えば13
V)を印加する。そうすると、各メモリトランジスタQ
、、Q□、1及びQ□1の第1のゲート絶&を膜24中
の電界が強くなり、F−N電子トンネル現象が発生して
、半導体基板21及び拡散層23a、23bから、第1
のゲート絶1[24を介して、浮遊ゲート電極27に電
子が注入される。その結果、全てのメモリトランジスタ
の浮遊ゲート電極27に電子が注入された状態になり、
各メモリトランジスタQx*Qx+□及び0Ml+2の
しきい値電圧が上昇する。and a high voltage (for example, 13
V) is applied. Then, each memory transistor Q
, Q□, 1 and Q□1, the electric field in the film 24 becomes strong, an F-N electron tunneling phenomenon occurs, and the first gate is removed from the semiconductor substrate 21 and the diffusion layers 23a and 23b. 1
Electrons are injected into the floating gate electrode 27 via the gate isolation 1 [24]. As a result, electrons are injected into the floating gate electrodes 27 of all memory transistors,
The threshold voltages of each memory transistor Qx*Qx+□ and 0Ml+2 rise.
第1表 この状態が、データが消去された状態である。Table 1 This state is a state in which data has been erased.
この消去モードにおいては、メモリトランジスタの選択
性はないため、全メモリに記憶されていたデータが同時
に消去される。In this erase mode, there is no selectivity of memory transistors, so data stored in all memories is erased at the same time.
一方、メモリトランジスタQMIQMt+を又はQ M
lや2にデータを書込むときは、ビツト線側Jと、書込
みをすべきメモリトランジスタQMIQMt+を又はQ
x++zよりもビット線側に接続されているメモリト
ランジスタのワード線Xl、X11又はXI+2とを高
電位(例えば20V)にすると共に、書込むべきメモリ
トランジスタQMIQMI□又は0Ml+2に接続され
たワード線X+−X++皇又はX、+2とソース線Sと
を接地電位にする。そうすると、第1のゲート絶縁1[
24中の電界が強くなり、F−N電子トンネル現象によ
り、浮遊ゲート電極27から電子が放出される。このと
き、制御ゲート電極28及びドレイン電極に高電圧が印
加されたメモリトランジスタ以外のメモリトランジスタ
の第1のゲート絶縁膜24の電界は小さくなり、F−N
電子トンネル現象を起こさないため、浮遊ゲート27か
ら電子は放出されない。これにより、メモリトランジス
タへの選択書込みが達成される。書込みを行うべきメモ
リトランジスタが複数の場合は、1個の選択用トランジ
スタQs+に接続されている複数個のメモリトランジス
タに対して、上述の方法により順次書込みを行う。On the other hand, the memory transistor QMIQMt+ or QM
When writing data to I or 2, connect the bit line side J and the memory transistor QMIQMt+ or Q
The word line Xl, X11, or XI+2 of the memory transistor connected to the bit line side than x++z is set to a high potential (for example, 20 V), and the word line X+- connected to the memory transistor QMIQMI□ or 0Ml+2 to be written. X++ or X, +2 and the source line S are set to the ground potential. Then, the first gate insulation 1 [
The electric field in the floating gate electrode 24 becomes stronger, and electrons are emitted from the floating gate electrode 27 due to the F-N electron tunneling phenomenon. At this time, the electric field in the first gate insulating film 24 of the memory transistors other than the memory transistor to which a high voltage is applied to the control gate electrode 28 and the drain electrode becomes small, and the F-N
Since no electron tunneling occurs, no electrons are emitted from the floating gate 27. Thereby, selective writing to the memory transistors is achieved. When there are a plurality of memory transistors to which writing is to be performed, writing is sequentially performed to the plurality of memory transistors connected to one selection transistor Qs+ by the above-described method.
また、このデータ書込み時には、選択用トランジスタQ
B l * 1に接続されている第2の選択線z1+
1はOVに保持する必要がある。これは、メモリトラン
ジスタの制御ゲート電極電位がOvでも書込みメモリト
ランジスタを介して流れるチャネル性電流があり、この
チャネル性電流を遮断するためである。Also, when writing this data, the selection transistor Q
The second selection line z1+ connected to B l * 1
1 must be held in OV. This is because even if the control gate electrode potential of the memory transistor is Ov, there is a channel current flowing through the write memory transistor, and this channel current is blocked.
メモリトランジスタに記憶されたデータを読み出す場合
は、ビツト線側JI第1の選択線zl及び第2の選択線
z1□を5Vに固定し、読み出すべきメモリトランジス
タに接続されたワード線X l # X +*s又はX
1+1のみを接地電位に接続する。そうすると、選択さ
れたメモリトランジスタが消去状態の場合、しきい値電
圧は正であるため、電流は流れない。一方、選択された
メモリトランジスタが書込み状態であればしきい値電圧
は負であるため、電流が流れる。この電流をセンスアン
プ等で検出し、夫々の状態を”l”又は”O″に対応し
た情報として取り扱うことができる。When reading the data stored in the memory transistor, fix the bit line side JI first selection line zl and second selection line z1□ to 5V, and connect the word line X l # X connected to the memory transistor to be read. +*s or X
Connect only 1+1 to ground potential. Then, when the selected memory transistor is in the erased state, the threshold voltage is positive, so no current flows. On the other hand, if the selected memory transistor is in the write state, the threshold voltage is negative, so current flows. This current can be detected by a sense amplifier or the like, and each state can be treated as information corresponding to "I" or "O".
このように、従来の不揮発性半導体記憶装置は電荷注入
領域、即ち各メモリトランジスタチャネル領域とドレイ
ン領域との間の電気的接続が選択用トランジスタ及びビ
ット線側のメモリトランジスタを介して行われている。As described above, in conventional nonvolatile semiconductor memory devices, the electrical connection between the charge injection region, that is, the channel region and the drain region of each memory transistor is performed via the selection transistor and the memory transistor on the bit line side. .
また、各浮遊ゲート電極が夫々のメモリトランジスタの
チャネル領域全面を覆っている。更に、素子分離のため
にフィールド絶縁膜を使用している。更にまた、読み出
し時にも電荷注入領域に読み出し用高電圧が印加される
という特徴を有している。Further, each floating gate electrode covers the entire channel region of the respective memory transistor. Furthermore, a field insulating film is used for element isolation. Furthermore, a high voltage for reading is applied to the charge injection region during reading as well.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、上述の如く、従来の不揮発性半導体記憶
装置は、電荷注入領域への電荷の供給がビット線側のメ
モリトランジスタを介して行われるため、1本の選択線
上のデータの書込みはシーケンシャルに行われる。この
ため、書込みに要する時間が長くなり、特に大容量のE
EFROMにおいて、長大なプログラムを書込むために
は、極めて長い時間を要するという欠点がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, as described above, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, charge is supplied to the charge injection region via the memory transistor on the bit line side. Writing of data on the line is performed sequentially. For this reason, the time required for writing becomes longer, especially for large-capacity
EFROM has a disadvantage in that it takes an extremely long time to write a long program.
また、書込み時に、ドレイン電圧は必ず選択用トランジ
スタ及びビット線側のメモリトランジスタを介して供給
されるため、選択されたメモリトランジスタのドレイン
領域への供給電圧はこれらのトランジスタのバックゲー
ト電圧が印加された場合のしきい値電圧骨だけ、ビット
線供給電圧よりも降下した電圧となってしまう。このた
め、ビット線電圧としては、本来書込みに必要な電圧よ
りも高い電圧が必要である。Furthermore, during writing, the drain voltage is always supplied via the selection transistor and the memory transistor on the bit line side, so the back gate voltage of these transistors is applied to the voltage supplied to the drain region of the selected memory transistor. In this case, the threshold voltage becomes a voltage lower than the bit line supply voltage. Therefore, the bit line voltage needs to be higher than the voltage originally required for writing.
更に、選択的にメモリトランジスタにデータを書込むと
きに、この選択メモリ以外のメモリトランジスタが全て
書込み済みであった場合、接地電位のソース線上に接続
されている第2の選択トランジスタがないと、選択トラ
ンジスタのしきい値が負になると同時にチャネル電流が
流れてしまつ。Furthermore, when data is selectively written to a memory transistor, if all memory transistors other than this selected memory have already been written, if there is no second selection transistor connected to the source line at ground potential, As soon as the threshold of the selection transistor becomes negative, the channel current flows.
このため、高電圧がチャージポンプ回路等の電流供給能
力が少ない回路で供給されているときは、このチャネル
性電流のために電源電圧の電位降下が起こり、書込み不
良が発生することがある。従って、従来の不揮発性半導
体記憶装置においては、チャネル性電流を遮断するため
の第2の選択用トランジスタが必須であり、不揮発性半
導体記憶装置の集積度の向上が困難である。Therefore, when a high voltage is supplied by a circuit with a low current supply capacity, such as a charge pump circuit, the channel current causes a potential drop in the power supply voltage, which may cause a write failure. Therefore, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, a second selection transistor for blocking the channel current is essential, making it difficult to improve the degree of integration of the nonvolatile semiconductor memory device.
更にまた、第8図に横軸に時間をとり、縦軸にしきい値
電圧をとって、書込み及び消去時のメモリトランジスタ
のしきい値の変動を示すように、消去を行うと浮遊ゲー
ト電極に電子が注入されるため、メモリトランジスタの
しきい値が時間と共に上昇する。このため、過剰に消去
を行うと、メモリトランジスタのしきい値が著しく上昇
する。Furthermore, as shown in Figure 8, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the threshold voltage, the fluctuation of the threshold voltage of the memory transistor during writing and erasing is shown. Due to the injection of electrons, the threshold of the memory transistor increases over time. Therefore, excessive erasing significantly increases the threshold value of the memory transistor.
そして、例えば、読み出し時に、選択された列内にしき
い値電圧が5v程度まで上昇したメモリトランジスタが
存在している場合、しきい値が制御電圧と略々同電位で
あるため、ビット線電流はこのメモリトランジスタによ
り制限されてしまう。For example, at the time of reading, if there is a memory transistor whose threshold voltage has increased to about 5V in the selected column, the bit line current will decrease because the threshold voltage is approximately the same potential as the control voltage. It is limited by this memory transistor.
このため、選択メモリにデータが書込まれてぃても、十
分な読み出し電流が得られないことがある。Therefore, even if data is written to the selected memory, a sufficient read current may not be obtained.
特に、メモリトランジスタのしきい値が5V以上となっ
ている場合は読み出し不良が発生する。In particular, when the threshold value of the memory transistor is 5V or more, read failures occur.
更にまた、メモリトランジスタの第1のゲート絶縁膜は
良好な書込み及び消去特性を得るためにその厚さを10
0λ以下にすることが一般的であるが、このため、読み
出し中であってもドレイン側の電界強度が強いため、ホ
ットエレクトロン現象が発生しやすい。このため、第8
図に示すように、読み出し中にホットエレクトロンが浮
遊ゲート電極に注入されて、誤消去が発生しやすい。Furthermore, the first gate insulating film of the memory transistor has a thickness of 10 mm to obtain good write and erase characteristics.
Although it is common to set it to 0λ or less, the electric field strength on the drain side is therefore strong even during reading, and hot electron phenomena are likely to occur. For this reason, the 8th
As shown in the figure, hot electrons are injected into the floating gate electrode during reading, which tends to cause erroneous erasing.
更にまた、素子分離領域に厚い酸化膜によるフィールド
絶縁膜が形成されている。通常、このフィールド絶縁膜
はL OG OS (Local oxldatlon
of sl目con )技術を使用して形成される。こ
のため、バーズビークが形成されるという難点があり、
またナローチャネル効果のため実効チャネル領域が減少
してしまうという欠点もある。Furthermore, a field insulating film made of a thick oxide film is formed in the element isolation region. Usually, this field insulating film is LOG OS (Local oxldatlon).
of sl.con) technology. For this reason, there is a problem that a bird's beak is formed.
Another drawback is that the effective channel area is reduced due to the narrow channel effect.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
書込みに要する時間が短く、書込み時の供給電源が低く
、高集積化が可能であり、安定した読み出し及び消去が
可能である不揮発性半導体記憶装置を提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of such problems, and includes:
It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device that requires a short time for writing, requires a low power supply during writing, can be highly integrated, and can perform stable reading and erasing.
[課題を解決するための手段]
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板表
面の所定領域に形成された拡散層と、この基板上に形成
された絶縁膜と、この絶縁膜上に所定のパターンで形成
された電荷注入電極と、この電荷注入電極上に形成され
た電極間絶縁膜と、前記基板上の前記絶縁膜上に選択的
に形成されその一端部が前記電極間絶縁膜上に配置され
た浮遊ゲート電極と、この浮遊ゲート電極上に形成され
たゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上から前記基板上
の前記絶縁膜上に延出して形成された制御ゲート電極と
、を有することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a diffusion layer formed in a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate, an insulating film formed on the substrate, and a diffusion layer formed on the insulating film. A charge injection electrode formed in a predetermined pattern, an interelectrode insulating film formed on the charge injection electrode, and an interelectrode insulating film selectively formed on the insulating film on the substrate, one end of which is formed on the interelectrode insulating film. a floating gate electrode disposed above, a gate insulating film formed on the floating gate electrode, and a control gate electrode formed extending from the gate insulating film onto the insulating film on the substrate; It is characterized by having the following.
[作用コ
本発明においては、半導体基板上に絶縁膜を介して電荷
注入電極が形成されており、浮遊ゲート電極の一端部は
電極間絶縁膜を介してこの電荷注入電極上に配置されて
いる。そして、この浮遊ゲート電極上に形成されたゲー
ト絶縁膜上から基板上に形成された絶縁膜上に延出した
領域に制御ゲート電極が形成されている。[Operation] In the present invention, a charge injection electrode is formed on a semiconductor substrate via an insulating film, and one end of the floating gate electrode is placed on this charge injection electrode via an interelectrode insulating film. . A control gate electrode is formed in a region extending from the gate insulating film formed on the floating gate electrode to the insulating film formed on the substrate.
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、データを消去
するときは各メモリトランジスタの浮遊ゲート電極への
電荷注入はこの電荷注入電極から行われる。消去時間を
過剰にして消去を行った場合、メモリトランジスタのし
きい値は制御ゲート電極直下のチャネルしきい値で決定
されるためこのチャネルしきい値以上には高くならない
。これにより、メモリトランジスタのしきい値は所定の
値となり、読み出し時の読み出し不良を回避できる。In the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, when erasing data, charge is injected into the floating gate electrode of each memory transistor from this charge injection electrode. If erasing is performed with an excessive erasing time, the threshold value of the memory transistor is determined by the channel threshold value directly below the control gate electrode, and therefore does not become higher than this channel threshold value. Thereby, the threshold value of the memory transistor becomes a predetermined value, and it is possible to avoid reading failures during reading.
また、データ書込み時には各浮遊ゲート電極から電荷注
入電極に向かって直接電子が放出される。Furthermore, during data writing, electrons are directly emitted from each floating gate electrode toward the charge injection electrode.
従って、他のメモリトランジスタのしきい値の影響を回
避できるため、低い電圧でデータの書込みを行うことが
できる。更に、この電荷注入電極に流れる電流は微弱な
トンネル電流のみであるので、過電流が流れることを回
避するための第2の選択用トランジスタが不要である。Therefore, since the influence of the threshold voltages of other memory transistors can be avoided, data can be written at a low voltage. Furthermore, since the current flowing through this charge injection electrode is only a weak tunnel current, there is no need for a second selection transistor to prevent overcurrent from flowing.
更にまた、複数個のメモリトランジスタに同時にデータ
を書込むことも可能である。Furthermore, it is also possible to write data to multiple memory transistors simultaneously.
更にまた、読み出し時においては、例えば電荷注入電極
を接地電位とすることにより、この電荷注入電極をシー
ルドプレート電極として作用させることができるため、
高濃度のチャネルストッパー不純物が不要であり、ナロ
ーチャネル効果を低減できる。Furthermore, at the time of reading, for example, by setting the charge injection electrode to the ground potential, this charge injection electrode can act as a shield plate electrode.
Highly concentrated channel stopper impurities are not required, and narrow channel effects can be reduced.
更にまた、メモリトランジスタのチャネル領域は読み出
し時に使用されるのみであるので、浮遊ゲート電極下の
絶縁膜を従来のように極端に薄くする必要がない。従っ
て、この浮遊ゲート電極下の絶縁膜を適正な厚さとする
ことにより、読み出し時の電界強度を低減して、ホット
エレクトロンによる誤消去の発生を抑制できる。Furthermore, since the channel region of the memory transistor is only used for reading, there is no need to make the insulating film under the floating gate electrode extremely thin as in the conventional case. Therefore, by setting the insulating film under the floating gate electrode to an appropriate thickness, the electric field strength during reading can be reduced and the occurrence of erroneous erasing due to hot electrons can be suppressed.
[実施例コ
次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照して
説明する。[Embodiments] Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第1図(a)は本発明の第1の実施例を示す平面図、第
1図(b)は第1図(a)のA−A線による断面図、第
1図(c)は第1図(a)のB−B線による断面図、第
1図(d)は第1図(a)のC−C線による断面図、第
1図(e)は第1図(a)のD−D線による断面図、第
1図(f)は第1図(a)のE−B線による断面図であ
る。FIG. 1(a) is a plan view showing the first embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a sectional view taken along line A-A in FIG. 1(a), and FIG. 1(a) is a sectional view taken along line B-B, FIG. 1(d) is a sectional view taken along line C-C of FIG. 1(a), and FIG. 1(e) is a sectional view taken along line C-C of FIG. 1(a). FIG. 1(f) is a cross-sectional view taken along line DD and FIG. 1(f) is a cross-sectional view taken along line E-B in FIG. 1(a).
半導体基板1表面の所定領域に、基板1と反対導電型の
拡散層3a、3b及び3cが選択的に形成されている。Diffusion layers 3a, 3b, and 3c of conductivity type opposite to that of the substrate 1 are selectively formed in predetermined regions on the surface of the semiconductor substrate 1.
基板1上の所定領域には夫々第1のゲート絶縁膜41選
択用トランジスタのゲート絶縁膜6.シールドプレート
用絶縁B!X14及び第3のゲート絶縁fla17が形
成されている。シールドプレート用絶縁膜14上には電
荷注入電極13が帯状に形成されており、この電荷注入
電極13上にはF’−N)ンネル絶縁膜15及び電極間
絶縁膜16が被着されている。そして、第1のゲート絶
縁膜4上には浮遊ゲート電極7が選択的に形成されてい
るが、この浮遊ゲート電極7の一方の端部はF−N)ン
ネル絶縁膜15を介して電荷注入電極13上に配置され
ている。この浮遊ゲート?tt極7上には第2のゲート
絶縁膜5が被着されている。A first gate insulating film 41 and a gate insulating film 6 of a selection transistor are respectively formed in predetermined regions on the substrate 1. Insulation B for shield plate! X14 and a third gate insulating fla17 are formed. A charge injection electrode 13 is formed in a band shape on the shield plate insulating film 14, and an F'-N) channel insulating film 15 and an interelectrode insulating film 16 are deposited on the charge injection electrode 13. . A floating gate electrode 7 is selectively formed on the first gate insulating film 4, and one end of the floating gate electrode 7 is injected with charges via the F-N) channel insulating film 15. It is arranged on the electrode 13. This floating gate? A second gate insulating film 5 is deposited on the tt electrode 7.
浮遊ゲー)?1!極7上には、電荷注入電極13と直交
するようにして、複数本(図では3本)の帯状の制御ゲ
ート電極8が形成されている。そして、この制御ゲート
電極8と平行に、選択用トランジスタのゲート電極9が
形成されている。Floating game)? 1! A plurality of (three in the figure) strip-shaped control gate electrodes 8 are formed on the pole 7 so as to be perpendicular to the charge injection electrode 13 . A gate electrode 9 of a selection transistor is formed parallel to this control gate electrode 8.
そして、全面には層間絶縁膜10が被覆されている。こ
の層間絶縁膜10上には金属配線電極12が所定の配線
パターンで形成されている。この金属配線電極12は層
間絶縁[10に選択的に形成されたビット線コンタクト
孔11を介して拡散層3aに接続されている。The entire surface is covered with an interlayer insulating film 10. A metal wiring electrode 12 is formed on this interlayer insulating film 10 in a predetermined wiring pattern. This metal wiring electrode 12 is connected to the diffusion layer 3a via a bit line contact hole 11 selectively formed in the interlayer insulation [10].
次に、Nチャネルメモリトランジスタの場合について、
本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説
明する。Next, regarding the case of an N-channel memory transistor,
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described.
先ず、P型半導体基板1の所定領域にヒ素(As)をイ
オン注入してソース接続用の拡散層3cを形成する。そ
の後、基板1の表面を酸化させてシールドプレート月給
縁plX14を700Åの厚さに形成する。First, arsenic (As) is ion-implanted into a predetermined region of the P-type semiconductor substrate 1 to form a source connection diffusion layer 3c. Thereafter, the surface of the substrate 1 is oxidized to form a shield plate rim plX14 with a thickness of 700 Å.
次に、全面にリン(P)を導入した多結晶シリコン膜を
2000大の厚さに被着して、複数本の相互に平行な帯
状のパターンを形成し、残膜を除去して、電荷注入電極
13を得る。Next, a polycrystalline silicon film doped with phosphorus (P) is deposited on the entire surface to a thickness of 2,000 μm to form a pattern of multiple parallel strips, and the remaining film is removed. An injection electrode 13 is obtained.
次に、例えば900 ’Cに加熱して基板1の表面に3
00λ、電荷注入電極13の表面に500λの酸化膜を
夫々形成する。この酸化膜は第1のゲート絶縁膜4及び
F−Nl−ンネル絶縁膜15となる。Next, the surface of the substrate 1 is heated to, for example, 900'C and
An oxide film with a thickness of 00λ and a thickness of 500λ is formed on the surface of the charge injection electrode 13, respectively. This oxide film becomes the first gate insulating film 4 and the F-Nl-channel insulating film 15.
次に、全面に多結晶シリコン膜を2000λの厚さに被
着形成し、この多結晶シリコン膜にリンを導入した後、
所定の形状にバターニングして浮遊ゲート電極7を形成
する。Next, a polycrystalline silicon film was deposited on the entire surface to a thickness of 2000λ, and after introducing phosphorus into this polycrystalline silicon film,
The floating gate electrode 7 is formed by patterning into a predetermined shape.
次に、基板1及び電荷注入電極13上の不要の残膜を除
去した後、例えば1150°Cに加熱して基板表面に2
50大、電荷注入電極13及び浮遊ゲート電極7の表面
に350大の酸化膜を夫々形成する。Next, after removing unnecessary residual films on the substrate 1 and the charge injection electrode 13, the substrate is heated to, for example, 1150°C to coat the surface of the substrate.
An oxide film of 350 mm and 350 mm is formed on the surfaces of the charge injection electrode 13 and the floating gate electrode 7, respectively.
この基板1上の酸化膜は第3のゲート絶縁膜17及び選
択トランジスタゲート絶縁膜6となり、浮遊ゲート電極
7上の酸化膜は第2のゲート絶縁膜5となり、電荷注入
電極13上の酸化膜は電極間絶縁膜16となる。The oxide film on this substrate 1 becomes the third gate insulating film 17 and the selection transistor gate insulating film 6, the oxide film on the floating gate electrode 7 becomes the second gate insulating film 5, and the oxide film on the charge injection electrode 13. becomes an interelectrode insulating film 16.
次に、全面に多結晶シリコン膜を4000λの厚さに被
着形成し、この多結晶シリコン膜にリンを導入した後、
所定のパターンに成形して制御ゲート電極8及び選択用
トランジスタゲート電極9を形成する。Next, a polycrystalline silicon film was deposited on the entire surface to a thickness of 4000λ, and after introducing phosphorus into this polycrystalline silicon film,
A control gate electrode 8 and a selection transistor gate electrode 9 are formed by molding into a predetermined pattern.
次に、基板1の表面にヒ素を選択的にイオン注入してメ
モリトランジスタ及び選択用トランジスタのソース・ド
レイン領域となる拡散層3a及び3bを形成する。Next, arsenic is selectively ion-implanted into the surface of the substrate 1 to form diffusion layers 3a and 3b which will become the source/drain regions of the memory transistor and the selection transistor.
次に、全面に、例えばBPSG (ホウ素とリンとを高
濃度で添加したシリコン酸化物)等により層間絶縁[1
0を形成した後、この層間絶縁膜10の表面から拡散層
3aに到達するコンタクト孔11を形成する。Next, interlayer insulation [1
After forming the interlayer insulating film 10, a contact hole 11 reaching the diffusion layer 3a from the surface of the interlayer insulating film 10 is formed.
次いで、このコンタクト孔11を埋め込むようにして、
層間綿mgio上に所定のパターンで金属配線12を形
成する。これにより、本実施例に係る不揮発性半導体記
憶装置が完成する。Next, this contact hole 11 is filled with
Metal wiring 12 is formed in a predetermined pattern on the interlayer cotton mgio. As a result, the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment is completed.
第2図は本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の等価
回路図である。但し、この不揮発性半導体記憶装置は第
1図(a)に示す2個のコンタクト孔11を通る垂直面
を対称面として同一のトランジスタ群が形成されて、相
互に電気的に接続されて構成されており、第2図にはそ
の2群の部分のみ示す。第1図(a)乃至(f)におけ
る制御ゲート電極8は、第2図においてワード線XII
JIXl、J+1 + XIIJ。21 X l+1.
JI31 X I+I+J。4゜X l+I+J+ls
で示される。同様に、金属配線12はビット線Ykly
k+tに、電荷注入電極13はプログラム線W、、Wk
、、に、選択用トランジスタゲート電極9は列選択線Z
llZI+1により示される。また、選択用トランジス
タは符号Q Sll+l+Q 8に+I+l+ Qsk
+++n Qsk+++++tで示されており、メモリ
トランジスタは符号Q Mk、1Q Mk+J。。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment. However, this nonvolatile semiconductor memory device is constructed in such a way that identical transistor groups are formed with the vertical plane passing through the two contact holes 11 shown in FIG. FIG. 2 shows only the second group. The control gate electrode 8 in FIGS. 1(a) to (f) is connected to the word line XII in FIG.
JIXl, J+1 + XIIJ. 21 X l+1.
JI31 X I+I+J. 4゜X l+I+J+ls
It is indicated by. Similarly, the metal wiring 12 is connected to the bit line Ykly
k+t, the charge injection electrode 13 connects the program lines W, , Wk
, , the selection transistor gate electrode 9 is connected to the column selection line Z.
Denoted by llZI+1. In addition, the selection transistor has the symbol Q Sll+l+Q 8 +I+l+ Qsk
+++n Qsk+++++t, and the memory transistors are denoted Q Mk, 1Q Mk+J. .
Q Mll+Jや2+ QMk、r。31 QMk、+
4+ QMk+J+5+Q Mu◆I、JI QMh◆
I+J+II QMIl+IIJ◆21 QMb・h」
◆3゜Q□1.□や4+ QMll+I+J+5で示
されている。メモリトランジスタは11ゲート電極トラ
ンジスタと、2層ゲートトランジスタとが並列接続され
ている。Q Mll+J and 2+ QMk, r. 31 QMk, +
4+ QMk+J+5+Q Mu◆I, JI QMh◆
I+J+II QMIl+IIJ◆21 QMb・h”
◆3゜Q□1. It is shown as □ or 4+ QMll+I+J+5. The memory transistor includes 11 gate electrode transistors and a 2-layer gate transistor connected in parallel.
本実施例の不揮発性半導体記憶装置の各動作モードにお
けるワード線、プログラム線、ビット線及び列選択線の
電位を下記第2表にまとめて示す。The potentials of the word line, program line, bit line, and column selection line in each operation mode of the nonvolatile semiconductor memory device of this example are summarized in Table 2 below.
但し、表中、数値の単位はポル) (V)である。However, in the table, the numerical unit is pol) (V).
第3図(a)乃至(h)は、各メモリトランジスタに着
目して、ワード線、プログラム線、ビット線及び列選択
線の電位とメモリトランジスタの動作を示す回路図であ
る。FIGS. 3(a) to 3(h) are circuit diagrams showing potentials of word lines, program lines, bit lines, and column selection lines and operations of memory transistors, focusing on each memory transistor.
ワード線(制御ゲート電極8)とプログラム線〔電荷注
入N極13)との電位差が第3図(a)及び(b)に示
すように20Vであるとき、即ちバイアス状態のときは
、F−N)ンネル絶縁膜15に電荷を注入するのに十分
な電界が発生し、F−Nトンネル現象が発生する。When the potential difference between the word line (control gate electrode 8) and the program line (charge injection N pole 13) is 20V as shown in FIGS. 3(a) and (b), that is, in the bias state, F- N) An electric field sufficient to inject charge into the tunnel insulating film 15 is generated, and an FN tunnel phenomenon occurs.
このとき、第3図(a)に示すようにワード線側が高電
位にバイアスされている場合は、電荷注入電極13から
浮遊ゲート電極7に向かって電子が注入され、消去が行
われる。この場合、第2表に示すように電圧を印加する
ことにより同一のワード線に接続された複数個のメモリ
トランジスタのデータのみを消去することもできる。し
かし、全てのデータを消去する場合は、非選択メモリト
ランジスタに印加する電圧ストレスが少ない、−括モー
ドで行うことが好ましい。一方、第3図(b)に示すよ
うにプログラム線側が高電位にバイアスされている場合
は、浮遊ゲート電極7から電荷注入電極13へ電子の放
出が行われ、書込みが行われる。At this time, if the word line side is biased to a high potential as shown in FIG. 3(a), electrons are injected from the charge injection electrode 13 toward the floating gate electrode 7, and erasing is performed. In this case, by applying a voltage as shown in Table 2, it is also possible to erase only the data of a plurality of memory transistors connected to the same word line. However, when all data is to be erased, it is preferable to use the -batch mode, which applies less voltage stress to unselected memory transistors. On the other hand, when the program line side is biased to a high potential as shown in FIG. 3(b), electrons are emitted from the floating gate electrode 7 to the charge injection electrode 13, and writing is performed.
第3図(C)乃至(f)に示すように、ワード線又はプ
ログラム線のいずれか一方を中間電位、例えば10Vと
することにより、F−N)ンネル絶縁1/X15中の電
界が緩和されて同一ワード線及び選択線の書込み禁止や
同一プログラム線の選択的書込み等が実現できる。As shown in FIGS. 3(C) to (f), by setting either the word line or the program line to an intermediate potential, for example 10V, the electric field in the F-N channel insulation 1/X15 is relaxed. It is possible to prohibit writing to the same word line and selection line, selectively write to the same program line, etc.
第3図(g)に示すように、ワード線とプログラム線と
の間に電位差がない場合は、メモリトランジスタのしき
い値は変動しない。そして、第3図(h)に示すように
、ワード線に6Vの電圧が印加されたメモリトランジス
タの情報を読み出すことができる。このとき、電界注入
領域のM!X厚及び膜質を適性に選択することにより、
F−Nl−ンネル絶縁膜15に発生する電界を電子トン
ネル現象が発生する電界強度よりも小さくすることがで
きる。これにより、読み出し中のメモリトランジスタの
しきい値の変動を回避することができる。As shown in FIG. 3(g), when there is no potential difference between the word line and the program line, the threshold value of the memory transistor does not change. Then, as shown in FIG. 3(h), information of the memory transistor to which a voltage of 6V is applied to the word line can be read. At this time, M! of the electric field injection region! By appropriately selecting X thickness and film quality,
The electric field generated in the F-Nl-channel insulating film 15 can be made smaller than the electric field strength at which electron tunneling occurs. This makes it possible to avoid fluctuations in the threshold value of the memory transistor during reading.
上述の如く、本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置は
、メモリトランジスタへの書込み及び消去はワード線と
プログラム線との間の電位差のみで制御される。このと
き、ビット線及び列選択線は書込み又は消去には影響を
与えない。しかし、プログラム線(電荷注入電極13)
にに電圧が印加された場合、寄生チャネルが形成されて
しまうため、ビット線は全て開放状態に保持されること
が好ましい。As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, writing and erasing to the memory transistor is controlled only by the potential difference between the word line and the program line. At this time, the bit line and column selection line do not affect writing or erasing. However, the program line (charge injection electrode 13)
If a voltage is applied to the bit lines, a parasitic channel will be formed, so it is preferable to keep all the bit lines open.
第4図は横軸に時間をとり、縦軸にしきい値電圧をとっ
て、本実施例の不揮発性半導体装置を構成するメモリト
ランジスタのしきい値変動特性を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the threshold voltage fluctuation characteristics of the memory transistor constituting the nonvolatile semiconductor device of this embodiment, with time plotted on the horizontal axis and threshold voltage plotted on the vertical axis.
この第4図から明らかなよ。This is clear from Figure 4.
うに、本実施例においては過剰に消去を行っても、メモ
リトランジスタのしきい値は制御ゲート電極直下のチャ
ネルのしきい値で決定される値以上にはならない。この
ため、過剰の消去動作に起因する読み出し不良を防止で
きる。但し、この場合、長時間のストレスにより電子の
微弱なトンネル現象が発生してしきい値が変動するため
、書き替え回数の設定には注意が必要である。Thus, in this embodiment, even if excessive erasing is performed, the threshold value of the memory transistor does not exceed the value determined by the threshold value of the channel directly below the control gate electrode. Therefore, read failures caused by excessive erasing operations can be prevented. However, in this case, care must be taken in setting the number of rewrites because a weak tunneling phenomenon of electrons occurs due to long-term stress and the threshold value fluctuates.
本実施例において、浮遊ゲート電極7に電荷が注入され
る場合は平面視で浮遊ゲート電極7が電荷注入電極13
とオーバーラツプしている部分であり、この電荷注入領
域は各メモリトランジスタに個別的に設けられている。In this embodiment, when charge is injected into the floating gate electrode 7, the floating gate electrode 7 is connected to the charge injection electrode 13 in plan view.
This charge injection region is provided individually for each memory transistor.
そして、この電荷注入領域への電荷の供給は電気抵抗が
低い電荷注入電極13により行われる。このため、列方
向に配列したメモリトランジスタへの書込みは、データ
に応じて、ワード線に電圧を印加することにより、−括
に書込むことができる。このため、プログラム書込みに
要する時間を従来に比して短縮することができる。Charge is supplied to this charge injection region by a charge injection electrode 13 having low electrical resistance. Therefore, writing to the memory transistors arranged in the column direction can be performed in batches by applying a voltage to the word line according to data. Therefore, the time required to write a program can be reduced compared to the conventional method.
また、メモリトランジスタのチャネルは浮遊ゲート電極
7と制御電極8とにより夫々構成される。Further, the channel of the memory transistor is constituted by a floating gate electrode 7 and a control electrode 8, respectively.
従って、等価回路においては、制御ゲー)7[1極8に
よりチャネル電位が制御されるトランジスタと、浮遊ゲ
ート電極7によりチャネル電位が制御されるトランジス
タとが並列接続されたものとなる。Therefore, in the equivalent circuit, a transistor whose channel potential is controlled by the control gate 7 and a transistor whose channel potential is controlled by the floating gate electrode 7 are connected in parallel.
このため、書込み時には、浮遊ゲート電極下のチャネル
しきい値がメモリトランジスタのしきい値を決定し、消
去時には2つのチャネル領域のうちの低い方のチャネル
領域(通常は、制御ゲート電極8直下のチャネル領域)
がメモリトランジスタのしきい値を決定する。従って、
消去時に過大な消去を行っても、このしきい値以上には
大きくならないため、読み出し不良を回避できる。Therefore, during writing, the channel threshold value under the floating gate electrode determines the threshold value of the memory transistor, and during erasing, the lower channel region of the two channel regions (usually the one directly below the control gate electrode 8) determines the threshold value of the memory transistor. channel area)
determines the threshold of the memory transistor. Therefore,
Even if excessive erasing is performed during erasing, the value will not exceed this threshold value, so read failures can be avoided.
更に、読み出し時にはプログラム線をOvに固定して、
電荷注入電極13をシールドプレートとして使用する。Furthermore, when reading, fix the program line to Ov,
Charge injection electrode 13 is used as a shield plate.
これにより、各メモリトランジスタのチャネルは電荷注
入電極13により電気的に分離される。このため、電荷
注入電極13の電位が寄生チャネルのしきい値以下であ
れば、隣接されたビット間を完全に分離することができ
る。Thereby, the channels of each memory transistor are electrically isolated by the charge injection electrode 13. Therefore, if the potential of the charge injection electrode 13 is below the threshold of the parasitic channel, adjacent bits can be completely isolated.
第5図(a)は本発明の第2の実施例を示す平面図、第
5図(b)は第5図(a)のF−F線による断面図、第
5図(C)は第5図(a)のG−G線による断面図、第
5図(d)は第5図(a)のH−H線による断面図、第
5図(e)は第5図(a)のI−I線による断面図、第
5図(f)は第5図(a)のJ−J線による断面図であ
る。FIG. 5(a) is a plan view showing the second embodiment of the present invention, FIG. 5(b) is a sectional view taken along the line F--F in FIG. 5(a), and FIG. 5(a) is a sectional view taken along line GG, FIG. 5(d) is a sectional view taken along line HH in FIG. 5(a), and FIG. 5(e) is a sectional view taken along line HH in FIG. 5(a). FIG. 5(f) is a cross-sectional view taken along line I--I, and FIG. 5(f) is a cross-sectional view taken along line J--J in FIG. 5(a).
本実施例が第1の実施例と異なる点はソース配線を多結
晶シ′リコン等の半導体配線層で形成し基板上に配置し
たことにあり、その他の構造は基本的には第1の実施例
と同様であるので、第5図(a)乃至(f)において第
1図(a)乃至(f)と同一物には同一符号を付してそ
の詳しい説明は省略する。This embodiment differs from the first embodiment in that the source wiring is formed of a semiconductor wiring layer such as polycrystalline silicon and placed on the substrate, and the other structure is basically the same as that of the first embodiment. Since it is similar to the example, the same reference numerals are given to the same parts in FIGS. 5(a) to 5(f) as in FIGS. 1(a) to 1(f), and detailed explanation thereof will be omitted.
第1の実施例においては各拡散層3b間に接続を拡fi
層3cにより行っていたが、本実施例においては、基板
1上に形成した半導体配線層18により各拡散層3b間
を接続している。また、層間絶縁膜10上に形成された
金属配線12aと基板1表面の拡散層3aとの間にコン
タクト孔19を埋め込んで形成した半導体配線層18が
設けられている。In the first embodiment, the connection between each diffusion layer 3b is expanded.
Although this was done using the layer 3c, in this embodiment, the semiconductor wiring layer 18 formed on the substrate 1 connects each diffusion layer 3b. Further, a semiconductor wiring layer 18 formed by filling a contact hole 19 is provided between the metal wiring 12a formed on the interlayer insulating film 10 and the diffusion layer 3a on the surface of the substrate 1.
本実施例においては、上述の如く、ソース配線が多結晶
シリコン等による低抵抗の半導体配線層18により行わ
れているため、ソース寄生抵抗を低減することができる
。また、コンタクト孔19に埋め込まれる半導体配線層
18を自己整合的に形成することにより、ビット線コン
タクト11と選択用トランジスタゲート電極9との間隔
を小さくすることができるという利点がある。In this embodiment, as described above, the source wiring is formed by the low-resistance semiconductor wiring layer 18 made of polycrystalline silicon or the like, so that the source parasitic resistance can be reduced. Further, by forming the semiconductor wiring layer 18 embedded in the contact hole 19 in a self-aligned manner, there is an advantage that the distance between the bit line contact 11 and the selection transistor gate electrode 9 can be reduced.
本実施例においても第1の実施例と同様の効果を得るこ
とができる。In this embodiment as well, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
[発明の効果コ
以上説明したように、本発明に係る不揮発性半導体記憶
装置は、半導体基板上に絶縁膜を介して電荷注入電極が
形成されており、浮遊ゲート電極の一部が絶縁膜を介し
てこの電荷注入電極上に配置されているから、電荷注入
領域への電荷の注入が電荷注入電極を介して行われるた
め、この電荷注入電極に接続されたメモリトランジスタ
に対して同時に電荷を注入することができる。これによ
り、最大で1列の複数のメモリトランジスタに同時に書
込みを行うとか可能であり、プログラム書込みに要する
時間を従来に比して著しく短縮することができる。この
効果は、データラッチ機能を内蔵した書込み装置、特に
大量のデータを1旦バッファメモリに取込んだ後に書込
みを行うことができる機能を有する書込み装置を使用す
る場合に特に有効であり、大容量の不揮発性半導体装置
に対して、迅速なプログラム書込みが可能である。[Effects of the Invention] As explained above, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a charge injection electrode is formed on a semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween, and a part of the floating gate electrode is formed through an insulating film. Since charge is injected into the charge injection region via the charge injection electrode, charge is simultaneously injected into the memory transistor connected to this charge injection electrode. can do. As a result, it is possible to simultaneously write to a plurality of memory transistors in one column at most, and the time required for program writing can be significantly shortened compared to the conventional method. This effect is particularly effective when using a writing device with a built-in data latch function, especially a writing device that has the function of writing after a large amount of data has been loaded into the buffer memory. It is possible to quickly write programs to non-volatile semiconductor devices.
また、書込み時の電荷注入領域への電荷の供給は電荷注
入電極から各メモリトランジスタに対して直接前われる
。このため、書込み電圧の降下が発生しないため、低電
圧で書込みが行われると共に、書込みの信頼性が高い。Furthermore, charge is supplied to the charge injection region during writing directly from the charge injection electrode to each memory transistor. Therefore, since no drop in the write voltage occurs, writing is performed at a low voltage and the reliability of writing is high.
更に、電荷注入電極からの電流流出は微弱なトンネル電
流以外はない。このため、電荷注入電極からの電流流出
を抑制するための選択用トランジスタが不要である。従
って、半導体装置の集積度を従来に比して向上すること
ができる。Furthermore, there is no current outflow from the charge injection electrode other than a weak tunnel current. Therefore, there is no need for a selection transistor for suppressing current outflow from the charge injection electrode. Therefore, the degree of integration of the semiconductor device can be improved compared to the conventional method.
更にまた、消去メモリトランジスタのしきい値は制御ゲ
ート電極下のチャネルのしきい値で決定される。このた
め、過剰の消去を行っても、読み出し時の非選択トラン
ジスタのオン電流は確実に確保できる。また、消去時の
しきい値が一定であるため、安定した読み出し動作が可
能になる。Furthermore, the threshold of the erase memory transistor is determined by the threshold of the channel under the control gate electrode. Therefore, even if excessive erasing is performed, the on-current of the non-selected transistors during reading can be ensured. Furthermore, since the threshold value during erasing is constant, stable read operations are possible.
更にまた、メモリトランジスタのチャネル領域は読み出
しのためにのみ使用される。このため、第1及び第3の
ゲート絶縁膜は200Å程度以上の厚さで十分である。Furthermore, the channel region of the memory transistor is used only for reading. Therefore, it is sufficient for the first and third gate insulating films to have a thickness of about 200 Å or more.
この結果、ホットエレクトロンの発生が従来に比して少
なくなり、読み出し時に誤消去の発生が抑制される。As a result, fewer hot electrons are generated than in the past, and the occurrence of erroneous erasure during reading is suppressed.
更にまた、隣り合う列のメモリトランジスタのチャネル
は電荷注入電極を接地電位とすることにより素子分離さ
れる。このため、実効メモリトランジスタチャネルの設
計値からの細りは少なく、高濃度のチャネルストッパー
不純物が不要のため、ナローチャネル効果が抑制される
。従って、大きなチャネル電流を得ることができる。Furthermore, the channels of memory transistors in adjacent columns are isolated by setting the charge injection electrodes to ground potential. Therefore, the effective memory transistor channel is less narrowed from the designed value, and a high concentration channel stopper impurity is not required, so that the narrow channel effect is suppressed. Therefore, a large channel current can be obtained.
第1図(a)は本発明の第1の実施例を示す平面図、第
1図(b)は第1図(a)のA−A線による断面図、第
1図(C)は第1図(a)のB−BAIによる断面図、
第1図(d)は第1図(a)のC−G線による断面図、
第1図(e)は第1図(a)のD−D線による断面図、
第1図(f)は第1図(a)のE−E線による断面図、
第2図は同じくその等価回路図、第3図(a)乃至(h
)は個々のメモリトランジスタに着目して、ワード線、
プログラム線、ビット線及び列選択線の電位とメモリト
ランジスタの動作を示す回路図、第4図は横軸に時間を
とり、縦軸にしきい値電圧をとって、メモリトランジス
タの −しきい
値変動特性を示すグラフ図、第5図(a)は本発明の第
2の実施例を示す平面図、第5図(b)は第5図(a)
のF−F線による断面図、第5図(C)は第5図(a)
のG−G線による断面図、第6図(d)は第5図(a)
のH−E線による断面図、第5図(e)は第5図(a)
のI−I線による断面図、第5図(f)は第5図(a)
のJ−J線による断面図、第6図(a)は従来の不揮発
性半導体記憶装置の一例を示す平面図、第6図(b)は
第6図(a)のに−に線による断面図、第6図(C)は
第6図(a)のL−L線による断面図、第6図(d)は
第6図(a)のM−M線による断面図、第7図は同じく
その不揮発性半導体記憶装置の等価回路図、第8図は横
軸に時間をとり、縦軸にしきい値電圧をとって従来の不
揮発性半導体記憶装置の書込み及び消去時におけるメモ
リトランジスタのしきい値の変動特性を示すグラフ図で
ある。
1.21;半導体基板、3am 3b+ 3c+ 23
a、23b;拡散層、4.24;第1のゲート絶m膜、
5.25;第2のゲート絶縁膜、6.26;選択用トラ
ンジスタのゲート絶縁膜、7,27;浮遊ゲート電極、
8.28;制御ゲート電極、9.29;選択用トランジ
スタのゲート電極、10.30;層間絶縁膜、11.1
9.31;コンタクト孔、12+ 12a+ 32;
金属配線、13;電荷注入電極、14;シールドプレー
ト月給縁膜、15;F−N)ンネル絶縁膜、16;電極
間絶縁膜、17;第3のゲート絶縁膜、18;半導体配
線層FIG. 1(a) is a plan view showing the first embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a sectional view taken along line A-A in FIG. 1(a), and FIG. Cross-sectional view taken by B-BAI in Figure 1 (a),
FIG. 1(d) is a sectional view taken along line C-G in FIG. 1(a),
FIG. 1(e) is a sectional view taken along line D-D in FIG. 1(a),
FIG. 1(f) is a cross-sectional view taken along line E-E in FIG. 1(a),
Figure 2 is the equivalent circuit diagram, and Figures 3 (a) to (h)
) focuses on individual memory transistors, word lines,
FIG. 4 is a circuit diagram showing the potentials of the program line, bit line, and column selection line and the operation of the memory transistor. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the threshold voltage. A graph diagram showing the characteristics, FIG. 5(a) is a plan view showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 5(b) is a diagram showing FIG. 5(a).
A cross-sectional view taken along line F-F of FIG. 5(C) is FIG. 5(a)
A cross-sectional view taken along the line G-G of FIG. 6(d) is the same as FIG. 5(a).
5(e) is a cross-sectional view taken along the H-E line of FIG. 5(a).
5(f) is a cross-sectional view taken along line I-I of FIG. 5(a).
FIG. 6(a) is a plan view showing an example of a conventional nonvolatile semiconductor memory device, and FIG. 6(b) is a cross-sectional view taken along line J-J in FIG. 6(a). Figure 6(C) is a cross-sectional view taken along line LL in Figure 6(a), Figure 6(d) is a cross-sectional view taken along line M-M in Figure 6(a), and Figure 7 is a cross-sectional view taken along line LL in Figure 6(a). Similarly, the equivalent circuit diagram of the non-volatile semiconductor memory device, FIG. 8, shows the threshold of the memory transistor during writing and erasing of the conventional non-volatile semiconductor memory device, with time on the horizontal axis and threshold voltage on the vertical axis. FIG. 3 is a graph diagram showing a value variation characteristic. 1.21; Semiconductor substrate, 3am 3b+ 3c+ 23
a, 23b; diffusion layer; 4.24; first gate insulation film;
5.25; second gate insulating film, 6.26; gate insulating film of selection transistor, 7, 27; floating gate electrode,
8.28; Control gate electrode, 9.29; Gate electrode of selection transistor, 10.30; Interlayer insulating film, 11.1
9.31; Contact hole, 12+ 12a+ 32;
Metal wiring, 13; Charge injection electrode, 14; Shield plate monthly supply edge film, 15; F-N) channel insulating film, 16; Interelectrode insulating film, 17; Third gate insulating film, 18; Semiconductor wiring layer
Claims (1)
、この基板上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に所
定のパターンで形成された電荷注入電極と、この電荷注
入電極上に形成された電極間絶縁膜と、前記基板上の前
記絶縁膜上に選択的に形成されその一端部が前記電極間
絶縁膜上に配置された浮遊ゲート電極と、この浮遊ゲー
ト電極上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁
膜上から前記基板上の前記絶縁膜上に延出して形成され
た制御ゲート電極と、を有することを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。(1) A diffusion layer formed in a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate, an insulating film formed on this substrate, a charge injection electrode formed in a predetermined pattern on this insulating film, and a charge injection electrode formed on this charge injection electrode. an interelectrode insulating film formed on the substrate; a floating gate electrode selectively formed on the insulating film on the substrate and having one end disposed on the interelectrode insulating film; and a floating gate electrode formed on the floating gate electrode. 1. A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a gate insulating film, and a control gate electrode formed extending from the gate insulating film onto the insulating film on the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16761389A JP2817215B2 (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | Nonvolatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16761389A JP2817215B2 (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | Nonvolatile semiconductor memory device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332067A true JPH0332067A (en) | 1991-02-12 |
| JP2817215B2 JP2817215B2 (en) | 1998-10-30 |
Family
ID=15853031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16761389A Expired - Fee Related JP2817215B2 (en) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | Nonvolatile semiconductor memory device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2817215B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11274438A (en) * | 1998-03-18 | 1999-10-08 | Ricoh Co Ltd | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP16761389A patent/JP2817215B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11274438A (en) * | 1998-03-18 | 1999-10-08 | Ricoh Co Ltd | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2817215B2 (en) | 1998-10-30 |
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