JPH05267681A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device

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Publication number
JPH05267681A
JPH05267681A JP6225692A JP6225692A JPH05267681A JP H05267681 A JPH05267681 A JP H05267681A JP 6225692 A JP6225692 A JP 6225692A JP 6225692 A JP6225692 A JP 6225692A JP H05267681 A JPH05267681 A JP H05267681A
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JP
Japan
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gate
insulating film
diffusion layer
oxide film
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP6225692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takanori Ozawa
孝典 小澤
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.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/032,119 priority patent/US5477068A/en
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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the sectional area of a gate of a select transistor, reduce the resistance of the gate, and increase the reading speed of stored data, by making a side wall spacer formed slenderly on the side part of a gate of a select transistor function as an insulating film for holding electric charges. CONSTITUTION:A P-type well 2 formed on an N-type silicon substrate 1 is isolated according to specified element forming regions by a field oxide film 3. In a channel region between a drain diffusion layer 11 and a source diffusion layer 12, a side wall spacer 7a which is slenderly formed by interposing a tunnel oxide film 6 and functions as an insulating film for holding electric charges is formed in a region in the vicinity of the drain diffusion layer 11. Said sidewall spacer 7a is composed of, e.g. a poly-silicon film. In the channel region, a common gate 10a is formed in the source side region via a gate oxide film 9, so as to stretch as far as the upper region of the side-wall spacer 7a while interposing an insulating film 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、EEPROM(Electr
ically Erasable/Programable Read Only Memory)のよ
うな不揮発性半導体記憶装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an EEPROM (Electr
The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device such as a physically erasable / programmable read only memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】典型的な先行技術は、図7に示されてい
る。すなわち、この先行技術の不揮発性半導体記憶装置
において用いられるメモリトランジスタはトラップ型と
称されるもので、P型半導体基板61にN+ 型高濃度不
純物領域を形成してソース拡散層62およびドレイン拡
散層63が設けられ、その間の半導体基板61の表面に
エレクトロンまたはホールを捕獲することができる絶縁
膜64が形成され、この絶縁膜6上にゲート65が形成
されている。絶縁膜64は、トンネル酸化膜64Aおよ
びトップ酸化膜64Bによって、窒化膜64Cを挟持し
たサンドイッチ構造の、いわゆるONO膜で構成されて
いる。
2. Description of the Related Art A typical prior art is shown in FIG. That is, the memory transistor used in this non-volatile semiconductor memory device of the prior art is called a trap type, and an N + type high-concentration impurity region is formed in a P type semiconductor substrate 61 to form a source diffusion layer 62 and a drain diffusion layer. A layer 63 is provided, an insulating film 64 capable of capturing electrons or holes is formed on the surface of the semiconductor substrate 61 between the layers 63, and a gate 65 is formed on the insulating film 6. The insulating film 64 is a so-called ONO film having a sandwich structure in which a nitride film 64C is sandwiched by a tunnel oxide film 64A and a top oxide film 64B.

【0003】データの書込に当たっては、ゲート65と
基板61との間にゲート65側が正となるような書込電
圧VP が印加され、基板61からの直接トンネリングに
よってトンネル酸化膜64Aを透過して窒化膜64C中
に電子が注入される。この電子を窒化膜64C中に捕獲
させた書込状態では、このメモリトランジスタを導通さ
せるための閾値電圧は高い値をとる。
In writing data, a write voltage V P that makes the gate 65 side positive is applied between the gate 65 and the substrate 61, and the tunnel oxide film 64A is transmitted by direct tunneling from the substrate 61. Electrons are injected into the nitride film 64C. In the written state in which the electrons are captured in the nitride film 64C, the threshold voltage for making the memory transistor conductive has a high value.

【0004】データの消去に当たっては、ゲート65と
基板61との間にゲート65側が負となるような消去電
圧VE が印加され、これにより直接トンネリングによ
り、窒化膜64C中の電子がトンネル酸化膜64Aを透
過して、基板61中に引き抜かれる。窒化膜64C中に
電子が捕獲されていない消去状態では、このメモリトラ
ンジスタを導通させるための閾値電圧は低い値をとる。
In erasing data, an erasing voltage V E that makes the gate 65 side negative is applied between the gate 65 and the substrate 61, whereby direct tunneling causes electrons in the nitride film 64C to tunnel oxide film. After passing through 64A, it is extracted into the substrate 61. In the erased state where electrons are not captured in the nitride film 64C, the threshold voltage for making the memory transistor conductive has a low value.

【0005】データの読出は、書込状態および消去状態
における上記の2つの閾値の間の中間的な電圧値を有す
るセンス電圧をゲート65に印加するとともに、当該メ
モリトランジスタが導通するか遮断状態に保持されるか
を監視することによって達成できる。このようなトラッ
プ型のメモリトランジスタを用いたEEPROMには、
各セルのメモリトランジスタごとにセレクトトランジス
タを設けて各セルごとに情報の書込、消去および読出が
独立に行えるようにしたフルフューチャー型のものと、
情報の書込および読出は各セルごとに行い、消去は全て
のセルに対して一括して行うようにしたフラッシュ型の
ものとがある。
To read data, a sense voltage having an intermediate voltage value between the two threshold values in the write state and the erase state is applied to gate 65, and the memory transistor is turned on or off. This can be achieved by monitoring what is retained. An EEPROM using such a trap type memory transistor is
A full-future type in which a select transistor is provided for each memory transistor of each cell and information can be written, erased, and read independently for each cell,
There is a flash type in which writing and reading of information is performed for each cell and erasing is performed collectively for all cells.

【0006】ところが、フルフューチャー型のものは、
セレクトトランジスタを個々のセルごとに設けているの
で、セル面積が大きくなり、高集積化が困難である。こ
のため、最近では、フラッシュ型のものの開発が盛んに
行われている。
However, the full-future type is
Since the select transistor is provided for each individual cell, the cell area becomes large and high integration is difficult. For this reason, recently, flash-type devices have been actively developed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板上
の全てのセルの記憶情報を一括消去するためには、信号
電荷の消去に要する時間が最も長いセルに合わせて全体
の消去時間を長めに設定する必要がある。このため、信
号電荷が比較的速く消去されるセルでは、信号電荷が過
剰に引き抜かれて、このセルのメモリトランジスタの絶
縁膜64に正電荷が蓄積されるという過剰消去が生じ
る。このような過剰消去が生じると、各セルの間でトラ
ンジスタの閾値にばらつきが生じることになるので、読
出動作が不安定になるおそれがある。たとえば、過剰消
去が生じたセルのメモリトランジスタでは、非選択状態
であっても、絶縁膜に蓄積された正電荷のためにチャネ
ルが形成され、ソース−ドレイン間に電流が流れてしま
うという問題が生じ、目的とするセルからの記憶情報の
読出が不確実になる。
However, in order to erase the stored information of all the cells on the substrate all at once, the overall erase time is set to be long in accordance with the cell that requires the longest time to erase the signal charge. There is a need to. Therefore, in a cell in which the signal charge is erased relatively quickly, the signal charge is excessively extracted and positive charge is accumulated in the insulating film 64 of the memory transistor of this cell, which is an excessive erase. When such over-erasure occurs, the threshold value of the transistor varies among cells, and the read operation may become unstable. For example, in a memory transistor of a cell in which over-erase has occurred, even if it is in a non-selected state, a channel is formed due to the positive charge accumulated in the insulating film, and a current flows between the source and the drain. Then, the reading of the stored information from the target cell becomes uncertain.

【0008】このような不具合を解決するために、図8
に簡略化して示すように、フローティングゲート型のE
EPROMへの適用が提案されているSISOS(SIde
wallSelect-gate On the Source side )構造を採用す
ることが考えられる。なお、,この図8において、上述
の図7に示された各部に対応する部分には同一の参照符
号を付して示すものとする。
In order to solve such a problem, FIG.
As shown in simplified form, the floating gate type E
SISOS (SIde, which is proposed to be applied to EPROM
It is possible to adopt the wallSelect-gate On the Source side) structure. In addition, in FIG. 8, portions corresponding to the respective portions shown in FIG. 7 described above are denoted by the same reference numerals.

【0009】この構成では、絶縁膜64などを含むゲー
トのソース拡散層62側の側壁部に自己整合的に形成さ
れたSWS(サイド・ウォール・スペーサ)が、セル選
択用の選択ゲート71として用いられる。そして、情報
の読出時には、選択ゲート71に正の電圧を印加して、
この選択ゲート71の直下の半導体基板61にチャネル
を形成させる。
In this structure, a SWS (side wall spacer) formed in a self-aligned manner on the side wall portion of the gate including the insulating film 64 on the source diffusion layer 62 side is used as the select gate 71 for cell selection. Be done. When reading information, a positive voltage is applied to the selection gate 71,
A channel is formed in the semiconductor substrate 61 immediately below the select gate 71.

【0010】この構成によれば、選択ゲート71への電
圧の印加によって、確実に読出セルを選択できるから、
たとえ過剰消去のために閾値に多少の変動が生じた場合
であっても、非選択セルからの情報の読出を防止でき、
読出動作の信頼性を確保できる。しかも、トランジスタ
の形成領域が過度に大きくなることがないので、高集積
化も良好に行える。
According to this structure, the read cell can be surely selected by applying the voltage to the select gate 71.
Even if there is some variation in the threshold value due to overerasure, reading of information from non-selected cells can be prevented,
The reliability of the read operation can be secured. Moreover, since the transistor formation region does not become excessively large, high integration can be favorably performed.

【0011】ところが、上述のようなSISOS構造の
トランジスタを適用した記憶装置では、比較的断面積の
小さな選択ゲート71に電圧を印加する必要があるた
め、この選択ゲート71の電気抵抗が高く、その結果、
読出動作の高速化が妨げられるという問題がある。この
不具合を避けるために選択ゲート71の断面積を大きく
することは、基板面積の増大を招き、高集積化の要求に
逆行することとなり、許されない。
However, in the memory device to which the transistor having the SISOS structure as described above is applied, it is necessary to apply a voltage to the select gate 71 having a relatively small cross-sectional area. result,
There is a problem that speeding up of the read operation is hindered. Increasing the cross-sectional area of the select gate 71 in order to avoid this problem leads to an increase in the substrate area and runs counter to the demand for high integration, which is unacceptable.

【0012】さらに、図7および図8のいずれの構造で
あっても、基板61からの直接トンネリングによって書
込および消去を行わせているので、トンネル酸化膜64
Aの膜厚は或る程度薄くする必要がある。ところが、こ
のように薄いトンネル酸化膜64Aを用いているため
に、蓄積した電荷が散逸しやすく、データ保持特性が悪
いという欠点がある。
Further, in any of the structures of FIG. 7 and FIG. 8, since writing and erasing are performed by direct tunneling from the substrate 61, the tunnel oxide film 64 is formed.
The film thickness of A needs to be made thin to some extent. However, since the thin tunnel oxide film 64A is used as described above, there is a drawback that accumulated charges are easily dissipated and the data retention characteristic is poor.

【0013】この不具合を解消するために、トンネル酸
化膜64Aを厚く形成して、厚い酸化膜をも通過するこ
とができるホットエレクトロンをドレイン拡散層63の
近傍で発生させ、このホットエレクトロンの注入により
データの書込を行うとともに、いわゆるF−Nトンネル
によって情報の消去を行うことが考えられる。しかしな
がら、絶縁膜中に捕獲された電荷は移動しないから、窒
化膜64Cにおいてドレイン拡散層63の近傍の領域に
のみ電子が注入されることになる。このような局所的な
電子の注入では、メモリトランジスタの閾値をあまり大
きく変化させることができず、情報の記憶が不安定にな
る。
In order to solve this problem, the tunnel oxide film 64A is formed thick, hot electrons that can pass through the thick oxide film are generated in the vicinity of the drain diffusion layer 63, and this hot electron is injected. It is possible to write data and erase information by a so-called FN tunnel. However, since the charges trapped in the insulating film do not move, electrons are injected only into the region of the nitride film 64C near the drain diffusion layer 63. With such local injection of electrons, the threshold value of the memory transistor cannot be changed so much, and information storage becomes unstable.

【0014】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、読出動作を良好に行うことができるととも
に、高集積化にも有利であり、しかも情報の記憶を確実
に行うことができる不揮発性半導体記憶装置を提供する
ことである。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems, to favorably perform a read operation, to be advantageous in high integration, and to surely store information. A non-volatile semiconductor memory device is provided.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の不揮発性半導体記憶装置の概念的な構成
は、図1に示されている。すなわち、本発明の不揮発性
半導体記憶装置は、トンネル絶縁膜51を介した電荷保
持用絶縁膜への電荷の注入・放出により不揮発な記憶を
行うメモリトランジスタMTrと、このメモリトランジ
スタMTrの選択を行うセレクトトランジスタSTrと
を有するものにおいて、半導体基板50にチャネル領域
を挟んで形成され、上記メモリトランジスタMTrおよ
びセレクトトランジスタSTrのドレインおよびソース
を兼用する第1の不純物拡散領域53および第2の不純
物拡散領域54と、上記半導体基板50のチャネル領域
上に形成された上記セレクトトランジスタSTrのゲー
ト55と、このゲート55のドレイン側の側部に設けら
れ、上記電荷保持用絶縁膜として作用する側壁スペーサ
52と、この側壁スペーサ52の近傍に絶縁膜56を介
して配置された、上記メモリトランジスタMTrのコン
トロールゲート57とを含むものである。
A conceptual structure of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is shown in FIG. That is, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention selects the memory transistor MTr that performs nonvolatile storage by injecting / releasing charges to / from the charge holding insulating film via the tunnel insulating film 51, and the memory transistor MTr. A first impurity diffusion region 53 and a second impurity diffusion region which are formed on the semiconductor substrate 50 with a channel region interposed therebetween and also serve as drains and sources of the memory transistor MTr and the select transistor STr. 54, a gate 55 of the select transistor STr formed on the channel region of the semiconductor substrate 50, and a sidewall spacer 52 provided on the drain side of the gate 55 and acting as the charge retention insulating film. , Insulation near this sidewall spacer 52 56 disposed through those comprising a control gate 57 of the memory transistor MTr.

【0016】[0016]

【作用】上記の構成によれば、セレクトトランジスタS
Trのゲート55はチャネル領域の比較的広い領域に渡
って形成され、その側部に形成された側壁スペーサ52
が電荷保持用絶縁膜として機能する。したがって、メモ
リトランジスタMTrを選択するための電圧が印加され
るゲート55は、比較的大きな断面積を有しているの
で、充分に小さな抵抗値を有することができ、これによ
り、高速な読出動作を達成できる。
According to the above configuration, the select transistor S
The gate 55 of the Tr is formed over a relatively wide region of the channel region, and the sidewall spacer 52 formed on the side of the gate 55.
Functions as an insulating film for holding charges. Therefore, since the gate 55 to which the voltage for selecting the memory transistor MTr is applied has a relatively large cross-sectional area, it can have a sufficiently small resistance value, which allows a high-speed read operation. Can be achieved.

【0017】一方、側壁スペーサ52は、ゲート55の
側部に細く形成されているから、ドレインに対応した第
1の不純物拡散領域53の近傍でホットエレクトロンま
たはホットホールを発生させると、このホットエレクト
ロンまたはホットホールは、側壁スペーサ52内に均一
に捕獲される。したがって、ホットエレクトロンやホッ
トホールの注入によって、メモリトランジスタの閾値を
十分に大きく変化させることができる。このようにホッ
トエレクトロンまたはホットホールの注入により安定な
記憶を行える結果、トンネル絶縁膜51の膜厚を厚くす
ることができ、これにより電荷の散逸を有効に防止して
記憶の保持を良好に行わせることができる。
On the other hand, since the side wall spacer 52 is thinly formed on the side portion of the gate 55, when hot electrons or hot holes are generated in the vicinity of the first impurity diffusion region 53 corresponding to the drain, this hot electron is generated. Alternatively, hot holes are evenly captured in the sidewall spacers 52. Therefore, the threshold value of the memory transistor can be changed sufficiently large by injecting hot electrons or hot holes. As a result of stable storage by injecting hot electrons or hot holes in this manner, the film thickness of the tunnel insulating film 51 can be increased, whereby dissipation of charges can be effectively prevented and storage can be held well. Can be made.

【0018】[0018]

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図2は本発明の不揮発性半導体
記憶装置の一実施例であるEEPROMのメモリセルの
平面図であり、図3は図2の切断面線A−Aから見た断
面図である。N型シリコン基板1に形成されたP型ウェ
ル2は、フィールド酸化膜3により所定の素子形成領域
ごとに分離されている。この分離された素子形成領域に
は、N+型ドレイン拡散層11と、N+ 型ソース拡散層
12とが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 2 is a plan view of a memory cell of an EEPROM which is an embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along the section line AA of FIG. The P-type well 2 formed on the N-type silicon substrate 1 is separated by the field oxide film 3 for each predetermined element formation region. An N + type drain diffusion layer 11 and an N + type source diffusion layer 12 are formed in the separated element formation region.

【0019】ドレイン拡散層11とソース拡散層12と
の間のチャネル領域において、ドレイン拡散層11の近
傍の領域には、トンネル酸化膜6を介在させて細長く形
成した電荷保持用絶縁膜として作用する側壁スペーサ7
aが形成されている。この側壁スペーサ7aは、たとえ
ばポリシリコン膜からなっている。また、上記のチャネ
ル領域において、ソース側の領域には、ゲート酸化膜9
を介して共通ゲート10aが形成されており、この共通
ゲート10aは、絶縁膜8を介在させて側壁スペーサ7
aの上方の領域にまで延びて形成されている。
In the channel region between the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12, a region near the drain diffusion layer 11 acts as a charge-retaining insulating film formed in a slender shape with the tunnel oxide film 6 interposed. Sidewall spacer 7
a is formed. The sidewall spacer 7a is made of, for example, a polysilicon film. In addition, in the above-mentioned channel region, the gate oxide film 9 is formed in the source side region.
The common gate 10a is formed through the insulating film 8 and the side wall spacer 7 is formed.
It is formed so as to extend to a region above a.

【0020】なお、図2および図3において、14はド
レイン拡散層11およびソース拡散層12に電気接続さ
れた金属配線であり、16は共通ゲート10に電気接続
された金属配線であり、13,15は層間絶縁膜であ
る。本実施例では、1つのメモリセルは、1トランジス
タ領域にメモリトランジスタとセレクトトランジスタと
を備えている。すなわち、ドレイン拡散層11およびソ
ース拡散層12は、両トランジスタのドレインおよびソ
ースとして兼用されている。また、メモリトランジスタ
のゲートは、上述したトンネル酸化膜6、側壁スペーサ
7a、絶縁膜8および共通ゲート10aで構成され、共
通ゲート10aのドレイン側の一端部がコントロールゲ
ートの役目を担っている。さらに、セレクトトランジス
タのゲートは、上述したゲート酸化膜9および共通ゲー
ト10aのソース側の端部で構成されている。
In FIGS. 2 and 3, 14 is a metal wiring electrically connected to the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12, 16 is a metal wiring electrically connected to the common gate 10, and 13, Reference numeral 15 is an interlayer insulating film. In this embodiment, one memory cell has a memory transistor and a select transistor in one transistor region. That is, the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12 are also used as the drain and the source of both transistors. Further, the gate of the memory transistor is composed of the tunnel oxide film 6, the sidewall spacer 7a, the insulating film 8 and the common gate 10a described above, and one end of the common gate 10a on the drain side serves as a control gate. Further, the gate of the select transistor is composed of the source-side end of the above-described gate oxide film 9 and common gate 10a.

【0021】図4は、本実施例のEEPROMの一部の
等価回路を示す電気回路図である。1つのメモリセル
は、上述のメモリトランジスタMTrとセレクトトラン
ジスタSTrとから構成され、各メモリセルがマトリク
ス状に配列されている。両トランジスタMTr,STr
の共通ゲート10aは、各々に対応したワードラインW
n ,Wn+1 ,Wn+2 に接続され、メモリトランジスタM
Trのドレイン(ドレイン拡散層11)はビットライン
Bm ,Bm+1 に接続され、セレクトトランジスタSTr
のソース(ソース拡散層12)はソースラインSm ,S
m+1 に接続されている。ワードラインWn ,Wn+1 ,W
n+2 はXデコーダ20により選択され、ソースラインS
m ,Sm+1 はYデコーダ21により選択される。
FIG. 4 shows a part of the EEPROM of this embodiment.
It is an electric circuit diagram which shows an equivalent circuit. One memory cell
Is the memory transistor MTr and select transistor described above.
It is composed of a register STr and each memory cell is a matrix.
It is arranged like a stripe. Both transistors MTr, STr
The common gate 10a of the
n, Wn + 1, Wn + 2Connected to the memory transistor M
The drain (drain diffusion layer 11) of Tr is a bit line
Bm, Bm + 1Connected to the select transistor STr
Source (source diffusion layer 12) is the source line Sm, S
m + 1It is connected to the. Word line Wn, Wn + 1, W
n + 2Is selected by the X decoder 20 and the source line S
m, Sm + 1Are selected by the Y decoder 21.

【0022】メモリセル(n,m)に対するデータの書
込は、次のようにして行われる。すなわち、ビットライ
ンBm に書込電圧VP を与え、ワードラインWn をHレ
ベルにするとともに、ソースラインSm を接地する。メ
モリセル(n,m)とともにワードラインWn に共通に
接続されているメモリセル(n,m+1)は、ビットラ
インBm+1 およびソースラインSm+1 を開放するか接地
することにより、書込が禁止される。その他のメモリセ
ル(n+1,m)および(n+1,m+1)はワードラ
インWn+1 を接地またはLレベルとすることにより、セ
レクトトランジスタSTrをオフ状態として、書込を禁
止できる。
Data writing to the memory cell (n, m) is performed as follows. That is, the write voltage V P is applied to the bit line B m , the word line W n is set to the H level, and the source line S m is grounded. The memory cell (n, m + 1) commonly connected to the word line W n together with the memory cell (n, m) is opened or grounded by opening the bit line B m + 1 and the source line S m + 1 . Writing is prohibited. In the other memory cells (n + 1, m) and (n + 1, m + 1), by setting the word line W n + 1 to the ground or the L level, the select transistor STr is turned off and writing can be prohibited.

【0023】選択されたメモリセル(n,m)では、次
のようにして側壁スペーサ7aへのホットエレクトロン
の注入が行われる。すなわち、ドレイン拡散層11に、
書込電圧VP が印加され、ソース拡散層12が接地さ
れ、共通ゲート10aがHレベルになると、ソース拡散
層12からドレイン拡散層11へ向かってチャネルが形
成される。書込電圧VP を適宜設定することにより、こ
のチャネルを、セレクトトランジスタSTrの下部(す
なわち、図3の共通ゲート10aの右側にあるゲート酸
化膜9の直下)を超え、かつドレイン拡散層11には達
しない位置にまで延ばす。そうすると、側壁スペーサ7
aの直下で電界が集中し、多数のホットエレクトロンが
発生する。ホットエレクトロンの一部は、ドレイン拡散
層11に流れ込むが、一部は共通ゲート10aの電界に
より加速されて、トンネル酸化膜6を透過して側壁スペ
ーサ7aに注入されて捕獲される。このようにしてデー
タの書込が達成される。この書込状態では、メモリトラ
ンジスタMTrを導通させるための閾値は、高い値をと
る。
In the selected memory cell (n, m), hot electrons are injected into the side wall spacer 7a as follows. That is, in the drain diffusion layer 11,
When the write voltage V P is applied, the source diffusion layer 12 is grounded, and the common gate 10a becomes H level, a channel is formed from the source diffusion layer 12 toward the drain diffusion layer 11. By properly setting the write voltage V P , this channel is passed over the lower portion of the select transistor STr (that is, immediately below the gate oxide film 9 on the right side of the common gate 10a in FIG. 3) and at the drain diffusion layer 11. Extend to a position that does not reach. Then, the side wall spacer 7
The electric field concentrates just below a and a large number of hot electrons are generated. A part of the hot electrons flows into the drain diffusion layer 11, but a part of the hot electrons is accelerated by the electric field of the common gate 10a, passes through the tunnel oxide film 6, and is injected into the sidewall spacer 7a to be captured. In this way, writing of data is achieved. In this written state, the threshold value for making the memory transistor MTr conductive has a high value.

【0024】メモリセル(n,m)のデータの消去は、
次のようにして行われる。すなわち、ワードラインWn
をLレベルとし、ビットラインBm およびソースライン
Smにそれぞれ消去電圧VE を印加する。メモリセル
(n,m)とともに共通にワードラインWn に接続され
ているメモリセル(n,m+1)は、ビットラインBm+
1 およびソースラインSm+1 が接地またはオープンとさ
れ、消去が禁止される。また、その他のメモリセル(n
+1,m)、(n+1,m+1)は、ワードラインW
n+1 をHレベルとすることによって、消去を禁止でき
る。メモリセル(n,m)の共通ゲート10aがLレベ
ルとされ、ドレイン拡散層11に消去電圧VEが印加さ
れると、側壁スペーサ7aに捕獲されていた電子が、ト
ンネル酸化膜6を透過してドレイン拡散層11に引き抜
かれ、これにより記憶データの消去が達成される。この
消去状態では、メモリトランジスタMTrを導通させる
ための閾値は、低い値をとる。
Erasing the data in the memory cell (n, m)
This is done as follows. That is, the word line W n
Is set to the L level, and the erase voltage V E is applied to the bit line B m and the source line S m . The memory cell (n, m + 1) commonly connected to the word line W n together with the memory cell (n, m) has a bit line B m +.
1 and the source line S m + 1 are grounded or open, and erasing is prohibited. In addition, other memory cells (n
+ 1, m) and (n + 1, m + 1) are word lines W
Erase can be prohibited by setting n + 1 to the H level. When the common gate 10a of the memory cell (n, m) is set to the L level and the erase voltage V E is applied to the drain diffusion layer 11, the electrons captured by the sidewall spacer 7a pass through the tunnel oxide film 6. And is pulled out to the drain diffusion layer 11 to erase the stored data. In this erased state, the threshold value for making the memory transistor MTr conductive has a low value.

【0025】メモリセル(n,m)の記憶データの読出
は、次のようにして行われる。すなわち、ソースライン
Sm を接地し、ワードラインWn にセンス電圧VSENSE
を印加するとともに、ビットラインBm に抵抗を介して
電圧Vccを印加して、このビットラインBm の、電位降
下の有無を検知する。すなわち、メモリセル(n,m)
にデータが書き込まれていれば、メモリトランジスタM
Trはオフ状態になるので、電圧降下が生じない状態、
すなわち、データ「1」が読み出される。一方、メモリ
セル(n,m)にデータが書き込まれていれば、メモリ
トランジスタMTrはオン状態になるので、電圧降下が
生じる状態、すなわち、データ「0」が読み出される。
なお、上記のセンス電圧VSENSE は、書込状態および消
去状態におけるメモリトランジスタMTrの各閾値の間
の中間的な値の電圧である。
The reading of the storage data of the memory cell (n, m) is performed as follows. That is, the source line S m is grounded and the sense voltage V SENSE is applied to the word line W n.
It applies a applies a voltage Vcc via a resistor to the bit line B m, the bit line B m, for detecting the presence or absence of the potential drop. That is, the memory cell (n, m)
If data is written in the memory transistor M,
Since Tr is turned off, no voltage drop occurs,
That is, the data “1” is read. On the other hand, when the data is written in the memory cell (n, m), the memory transistor MTr is turned on, so that the voltage drop occurs, that is, the data “0” is read.
The sense voltage V SENSE is a voltage having an intermediate value between the threshold values of the memory transistor MTr in the written state and the erased state.

【0026】上述のように、本実施例では、セレクトト
ランジスタSTrのゲートの側部に形成された側壁スペ
ーサ7aが電荷保持用絶縁膜として用いられ、共通ゲー
ト10aにおいてチャネル領域上の比較的広い領域に渡
って形成された断面積の大きなソース側部分がセレクト
トランジスタSTrのゲートとして用いられている。し
たがって、このセレクトトランジスタSTrのゲートは
充分に小さな抵抗を有することができるから、このセレ
クトトランジスタSTrの駆動を良好に行うことができ
る。これにより、読出動作を高速に行える。
As described above, in this embodiment, the sidewall spacer 7a formed on the side of the gate of the select transistor STr is used as the charge retention insulating film, and the common gate 10a has a relatively wide region on the channel region. The source-side portion having a large cross-sectional area formed over the area is used as the gate of the select transistor STr. Therefore, the gate of the select transistor STr can have a sufficiently small resistance, so that the select transistor STr can be driven well. As a result, the read operation can be performed at high speed.

【0027】一方、細く形成した側壁スペーサ7aをメ
モリトランジスタMTrの電荷保持用絶縁膜に用いてい
るので、ドレイン拡散層11の境界部で局所的に発生し
たホットエレクトロンを側壁スペーサ7a全体に均一に
捕獲させることができる。このため、メモリトランジス
タMTrを導通させるための閾値を大きく変化させるこ
とができ、この結果、安定な記憶が可能となる。また、
ホットエレクトロンの注入により書込を行うようにして
いるから、トンネル酸化膜6を厚く形成することがで
き、これにより側壁スペーサ7aに捕獲された電荷の散
逸を有効に防いで、記憶の保持を良好に行わせることが
できる。
On the other hand, since the thin sidewall spacer 7a is used as the charge retention insulating film of the memory transistor MTr, hot electrons locally generated at the boundary of the drain diffusion layer 11 are uniformly distributed over the sidewall spacer 7a. Can be captured. Therefore, the threshold value for making the memory transistor MTr conductive can be largely changed, and as a result, stable storage is possible. Also,
Since the writing is performed by the injection of hot electrons, the tunnel oxide film 6 can be formed thickly, which effectively prevents the charge trapped by the side wall spacers 7a from being dissipated and retains a good memory. Can be done.

【0028】しかも、1つのトランジスタの形成領域
に、メモリトランジスタMTrとセレクトトランジスタ
との2つのトランジスタを形成しているので、メモリセ
ルの面積が過度に増大することもなく、高集積化を良好
に行うことができる。以下では、図5および図6を参照
して、本実施例のEEPROMの製造方法を説明する。
なお、製造方法は、種々変更可能であり、本発明の記憶
装置は、この方法によって製造されたものに限定される
ものではない。
Moreover, since the two transistors of the memory transistor MTr and the select transistor are formed in one transistor formation region, the area of the memory cell does not increase excessively, and high integration can be favorably achieved. It can be carried out. Hereinafter, a method of manufacturing the EEPROM of this embodiment will be described with reference to FIGS.
The manufacturing method can be variously modified, and the memory device of the present invention is not limited to the one manufactured by this method.

【0029】先ず、図5(a) に示すように、N型シリコ
ン基板1にP型ウェル2が形成され、その後、表面に酸
化膜4が形成され、さらに素子分離用のフィールド酸化
膜3が選択的に成長させられる。次いで、図5(b) に示
すように、酸化膜5をCVD(Chemical Vapor Deposit
ion )法により堆積した後、異方性エッチングによりメ
モリトランジスタおよびセレクトトランジスタを形成す
べき領域の酸化膜5を選択的に除去する。
First, as shown in FIG. 5 (a), a P-type well 2 is formed on an N-type silicon substrate 1, an oxide film 4 is then formed on the surface, and a field oxide film 3 for element isolation is further formed. Can be selectively grown. Then, as shown in FIG. 5B, the oxide film 5 is formed by CVD (Chemical Vapor Deposit).
ion deposition) and then anisotropically etching to selectively remove the oxide film 5 in the region where the memory transistor and the select transistor are to be formed.

【0030】この状態から、基板表面を平滑化するため
に、基板表面を再酸化した後に、ウェットエッチングに
よりその酸化膜を除去する。続いて、素子形成領域に、
トンネル酸化膜6を形成した後、ポリシリコン膜7を堆
積する。この状態が、図5(c) に示されている。次に、
図5(d) に示すように、酸化膜5上のポリシリコン膜7
が全て除去されるまでエッチバックする。これにより、
酸化膜5の窓部分の端面にポリシリコンのサイドウォー
ルが形成される。左側のサイドウォールが、上述したメ
モリトランジスタMTrの側壁スペーサ7aになる。な
お、側壁スペーサ7aのゲート長方向の幅は、酸化膜5
の厚さおよびエッチング条件等を変えることにより、デ
ザインルール以下の寸法で制御することができる。
From this state, in order to smooth the surface of the substrate, the surface of the substrate is re-oxidized and then the oxide film is removed by wet etching. Then, in the element formation region,
After forming the tunnel oxide film 6, a polysilicon film 7 is deposited. This state is shown in FIG. 5 (c). next,
As shown in FIG. 5D, the polysilicon film 7 on the oxide film 5 is
Etch back until all are removed. This allows
A sidewall of polysilicon is formed on the end surface of the window portion of the oxide film 5. The left sidewall serves as the sidewall spacer 7a of the memory transistor MTr described above. The width of the sidewall spacer 7a in the gate length direction is determined by the oxide film 5
By changing the thickness and etching conditions, it is possible to control the size within the design rule.

【0031】次に、図6(e) を参照する。この工程で
は、図5(d) に示された左側のサイドウォールである側
壁スペーサ7aと、酸化膜5の一部をフォトレジストで
マスクし、右側のサイドウォールと酸化膜5の残部をエ
ッチングして除去する。そして、フォトレジストを除去
した後、熱酸化させて側壁スペーサ7aの表面に絶縁膜
(シリコン酸化膜)8を形成する。さらに、セレクトト
ランジスタ領域の酸化膜をウェットエッチングで除去し
た後、ゲート酸化膜9を形成し、次いで、ポリシリコン
膜10を形成する。
Next, refer to FIG. 6 (e). In this step, the sidewall spacer 7a, which is the left sidewall shown in FIG. 5D, and a part of the oxide film 5 are masked with a photoresist, and the right sidewall and the rest of the oxide film 5 are etched. To remove. Then, after removing the photoresist, thermal oxidation is performed to form an insulating film (silicon oxide film) 8 on the surface of the sidewall spacer 7a. Further, the oxide film in the select transistor region is removed by wet etching, then the gate oxide film 9 is formed, and then the polysilicon film 10 is formed.

【0032】次に、図6(f) に示すように、トランジス
タ領域をフォトレジストでマスクして、それ以外のポリ
シリコン膜10および酸化膜5を異方性エッチングで除
去する。これにより、メモリトランジスタのコントロー
ルゲートおよびセレクトトランジスタのゲートに兼用さ
れる共通ゲート10aが形成される。ドレインおよびソ
ース領域の酸化膜9を除去した後、燐や砒素などのN型
不純物をイオン注入して、ドレイン拡散層11およびソ
ース拡散層12を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (f), the transistor region is masked with a photoresist, and the remaining polysilicon film 10 and oxide film 5 are removed by anisotropic etching. As a result, the common gate 10a which is also used as the control gate of the memory transistor and the gate of the select transistor is formed. After removing the oxide film 9 in the drain and source regions, N type impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted to form the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12.

【0033】さらに、図6(g) に示すように、再び熱酸
化して表面に酸化膜を形成する。そして、燐ガラス(P
SG)などの層間絶縁膜13を堆積した後、ドレインお
よびソース領域のコンタクトホールを形成し、Al−S
iなどの金属を被着する。この金属膜をフォトエッチン
グ法によりパターニングして、ドレイン拡散層11およ
びソース拡散層12に電気接続された金属配線を形成す
る。
Further, as shown in FIG. 6G, thermal oxidation is performed again to form an oxide film on the surface. And phosphorus glass (P
After depositing an interlayer insulating film 13 such as SG), contact holes are formed in the drain and source regions, and Al--S
Deposit a metal such as i. This metal film is patterned by photoetching to form metal wirings electrically connected to the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12.

【0034】そして、図6(h) に示すように、層間絶縁
膜15を堆積した後、ゲート領域にコンタクトホールを
形成し、金属層を被着する。この金属層をパターニング
することにより、共通ゲート10aに接続された金属配
線16が形成される。このようにして、図2および図3
に示されたEEPROMが作成される。なお、本発明は
上述の実施例に限定されるものではない。たとえば、上
記の実施例では、Nチャネル型のEEPROMを例に採
って説明したが、本発明はPチャネル型のEEPROM
にも適用できることはもちろんである。
Then, as shown in FIG. 6H, after depositing the interlayer insulating film 15, a contact hole is formed in the gate region and a metal layer is deposited. By patterning this metal layer, the metal wiring 16 connected to the common gate 10a is formed. In this way, FIG. 2 and FIG.
The EEPROM shown in FIG. The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the N-channel type EEPROM has been described as an example, but the present invention is a P-channel type EEPROM.
Of course, it can also be applied to.

【0035】また、ドレイン拡散層11とP型ウェル2
との間にホットエレクトロンの発生効率を高めるための
P+ 型拡散層を設けてもよい。さらに、耐圧向上のため
に、ソース拡散層12とP型ウェル2との間にN- 拡散
層を設けてもよい。さらに、上記の実施例では、メモリ
トランジスタのコントロールゲートとセレクトトランジ
スタのゲートとが1つの共通ゲート10aにより構成さ
れているが、これらのゲートは図1の構成のように相互
に絶縁された2つのゲートにより構成されていてもよ
い。
Further, the drain diffusion layer 11 and the P-type well 2
A P + -type diffusion layer for increasing the generation efficiency of hot electrons may be provided between and. Furthermore, in order to improve the breakdown voltage, an N − diffusion layer may be provided between the source diffusion layer 12 and the P-type well 2. Further, in the above-mentioned embodiment, the control gate of the memory transistor and the gate of the select transistor are constituted by one common gate 10a, but these gates are two insulated from each other as in the constitution of FIG. It may be configured by a gate.

【0036】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことが可能である。
In addition, various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のように本発明の不揮発性半導体記
憶装置によれば、セレクトトランジスタのゲートの側部
に細く形成した側壁スペーサを電荷保持用絶縁膜として
機能させるようにしているので、チャネル領域上に形成
される上記セレクトトランジスタのゲートは充分に大き
な断面積を有することができる。したがって、このセレ
クトトランジスタのゲートは充分に低い抵抗値を有する
ことができるから、記憶情報の読出を高速に行うことが
できる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, since the side wall spacers thinly formed on the side portions of the gates of the select transistors function as the charge retaining insulating film, The gate of the select transistor formed on the region may have a sufficiently large cross-sectional area. Therefore, since the gate of the select transistor can have a sufficiently low resistance value, the stored information can be read at high speed.

【0038】しかも、1つのトランジスタ形成領域に、
メモリトランジスタとセレクトトランジスタとの2つの
トランジスタを形成しているので、小さな面積に形成す
ることができ、高集積化にも有利である。また、電荷保
持用の側壁スペーサは、ゲートの側部に細く形成されて
いるから、ホットエレクトロンまたはホットホールの注
入により安定な記憶を行わせることができ、この結果、
トンネル絶縁膜を厚く形成することができる。これによ
り電荷の散逸を有効に防止して記憶の保持を良好に行わ
せることができる。
Moreover, in one transistor formation region,
Since the two transistors of the memory transistor and the select transistor are formed, they can be formed in a small area, which is advantageous for high integration. In addition, since the side wall spacer for holding charges is formed thin on the side portion of the gate, stable storage can be performed by injecting hot electrons or hot holes. As a result,
The tunnel insulating film can be formed thick. As a result, it is possible to effectively prevent the dissipation of electric charges and to favorably retain the memory.

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

【図1】本発明の不揮発性記憶装置の基本構成を示す簡
略化した断面図である。
FIG. 1 is a simplified cross-sectional view showing a basic configuration of a nonvolatile memory device of the present invention.

【図2】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一実施例で
あるEEPROMのセル構造を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a cell structure of an EEPROM which is an embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図3】図2の切断面線A−Aから見た断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the section line AA of FIG.

【図4】上記実施例の記憶装置の一部の等価回路を示す
電気回路図である。
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an equivalent circuit of a part of the memory device of the above embodiment.

【図5】上記実施例の記憶装置の製造工程を工程順に示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the memory device of the above embodiment in the order of processes.

【図6】上記実施例の記憶装置の製造工程を工程順に示
す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the memory device of the above embodiment in process order.

【図7】従来から用いられているスタックゲート構造の
EEPROMのセル構造を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a cell structure of an EEPROM having a stack gate structure which has been conventionally used.

【図8】SISOS構造をトラップ型のメモリトランジ
スタに適用した例を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example in which the SISOS structure is applied to a trap type memory transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型シリコン基板 2 P型ウェル 6 トンネル酸化膜 7a 側壁スペーサ 8 絶縁膜 9 ゲート酸化膜 10a 共通ゲート 11 ドレイン拡散層(第1の不純物拡散領域) 12 ソース拡散層(第2の不純物拡散領域) 50 半導体基板 51 トンネル絶縁膜 52 側壁スペーサ 53 第1の不純物拡散領域 54 第2の不純物拡散領域 55 セレクトトランジスタのゲート 56 絶縁膜 57 メモリトランジスタのコントロールゲート MTr メモリトランジスタ STr セレクトトランジスタ 1 N-type silicon substrate 2 P-type well 6 Tunnel oxide film 7a Side wall spacer 8 Insulating film 9 Gate oxide film 10a Common gate 11 Drain diffusion layer (first impurity diffusion region) 12 Source diffusion layer (second impurity diffusion region) 50 Semiconductor Substrate 51 Tunnel Insulation Film 52 Sidewall Spacer 53 First Impurity Diffusion Region 54 Second Impurity Diffusion Region 55 Select Transistor Gate 56 Insulation Film 57 Memory Transistor Control Gate MTr Memory Transistor STr Select Transistor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】トンネル絶縁膜を介した電荷保持用絶縁膜
への電荷の注入・放出により不揮発な記憶を行うメモリ
トランジスタと、このメモリトランジスタの選択を行う
セレクトトランジスタとを有する不揮発性半導体記憶装
置において、 半導体基板にチャネル領域を挟んで形成され、上記メモ
リトランジスタおよびセレクトトランジスタのドレイン
およびソースを兼用する第1の不純物拡散領域および第
2の不純物拡散領域と、 上記半導体基板のチャネル領域上に形成された上記セレ
クトトランジスタのゲートと、 このゲートのドレイン側の側部に設けられ、上記電荷保
持用絶縁膜として作用する側壁スペーサと、 この側壁スペーサの近傍に絶縁膜を介して配置された、
上記メモリトランジスタのコントロールゲートとを含む
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A non-volatile semiconductor memory device having a memory transistor for performing nonvolatile storage by injecting / releasing charges to / from an electric charge holding insulating film through a tunnel insulating film, and a select transistor for selecting the memory transistor. A first impurity diffusion region and a second impurity diffusion region which are formed on the semiconductor substrate with a channel region interposed therebetween and also serve as drains and sources of the memory transistor and the select transistor, and formed on the channel region of the semiconductor substrate. A gate of the select transistor, a side wall spacer provided on the drain side of the gate and acting as the insulating film for holding charge, and an insulating film disposed in the vicinity of the side wall spacer,
A nonvolatile semiconductor memory device comprising the control gate of the memory transistor.
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