WO2004095585A1 - Nonvolatile semiconductor storage device and method for manufacturing nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device and method for manufacturing nonvolatile semiconductor storage device Download PDF

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WO2004095585A1
WO2004095585A1 PCT/JP2003/004941 JP0304941W WO2004095585A1 WO 2004095585 A1 WO2004095585 A1 WO 2004095585A1 JP 0304941 W JP0304941 W JP 0304941W WO 2004095585 A1 WO2004095585 A1 WO 2004095585A1
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Natsuo Ajika
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Genusion Inc.
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
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    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/792Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with charge trapping gate insulator, e.g. MNOS-memory transistors
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/30EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region

Definitions

  • Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device
  • the present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device capable of recording two bits of information in one memory cell and a method of manufacturing the same.
  • Non-volatile semiconductor memories have been proposed in which two bits of information can be recorded in one memory cell by separately injecting charges into the source side and the drain side of the charge trapping layer.
  • this nonvolatile semiconductor memory it is a part of the channel region on the electron emission (source) side that affects whether or not the voltage is applied between the source and the drain. Paying attention to this, one bit is stored by injecting charge into the source side region of the charge trap layer. If the electrodes are connected in reverse, the drain will be on the electron emission side.
  • V dr negative voltage
  • the non-volatile semiconductor memory (memory cell) 100 is composed of a pair of n-type regions 100 2 serving as a source / drain formed in a surface region of a p-type silicon semiconductor substrate 101. , 103, and the tunnel oxide film 104, the charge trapping layer 105, the silicon oxide film 106, and the gate electrode 1 formed on the channel region between the n-type regions 102, 103. It has 0 7.
  • the charge trap layer 105 is composed of a silicon nitride film.
  • the nonvolatile semiconductor memory 100 traps electrons independently in the left and right program areas 108 and 109 at both ends of the charge trapping layer 105, and the left and right program areas 108 and It is possible to record 1-bit data and 2-bit data in total, depending on whether or not electric charge is injected into each of the 109 (program erase).
  • the charge injection is performed by injecting charges into the charge trapping layer 105 through the tunnel oxide film 104.
  • the charge injection is performed by channel hot electrons (CHE).
  • the source is set to 0 V and the drain is set to about 5 V to create a potential difference between the source Z drain and a high voltage (about 10 V) is applied to the gate 107.
  • a high voltage about 10 V
  • the range 11 of the formed channel 110 has the same potential, and no electric field is generated.
  • an electric field is generated due to the potential difference between the source and the drain. Therefore, channel hot electrons (CHE) are generated in the range 1 2 and the right program region 1 An electron is trapped in 09.
  • V g read To read the bit data in the right program area 109, apply the read voltage V g read to the gate 107, and Voltage V d read is applied between the source and the drain.
  • V d read 1.5 V
  • V g read 3 V.
  • the source-Z drain turns on due to depletion below the 109 area near the drain. Therefore, the presence or absence of the charge trap in the program area 109 does not affect the read operation in this direction.
  • the program to the left program area 108 and the reading of the bit data can be performed in the same manner in the reverse manner, and as described above, the charge injection to the left and right program areas is performed independently. And the presence or absence of charge trapping in the other program area during a read operation on either the left or right program area has no effect. Therefore, one bit is assigned to each of the left and right program areas in this one memory cell. Data can be recorded and read out at a time.
  • the present invention uses a semiconductor substrate having an n-type well formed near the surface, and first and second p-type regions formed at predetermined intervals on the surface of the n-type well;
  • a gate electrode formed through a film, and a memory cell comprising:
  • a first program region that is a partial region of the charge trap layer on the first p-type region side, or a second program region that is a partial region of the charge trap layer on the second p-type region side By trapping charge in the program area, Grams are made,
  • a negative voltage is applied to a P-type area on the opposite side of the program area, and a threshold voltage during non-programming and a threshold voltage during programming are applied to the gate electrode.
  • Memory cell performed by applying a read voltage that is a voltage between threshold voltages
  • a write negative voltage is applied to one of the first and second p-type regions, and a positive voltage is applied to the gate electrode. Voltage is applied and the other p-type region is opened or grounded, and charge injection (BBHE injection) by electrons generated by band-to-band tunneling (BTBT) causes the p-type region to which the negative voltage is applied. It is characterized by injecting charges into the program region.
  • BBHE injection charge injection
  • BTBT band-to-band tunneling
  • a positive voltage is applied to the n-type well, and the entire channel FN is pulled out by applying a negative voltage to the gate electrode. It is characterized in that charges in the second program area are erased.
  • the semiconductor substrate is grounded, a first negative voltage is applied to the n-type well, and the first and second p-type regions are applied to the first and second p-type regions.
  • a substrate by applying a second negative voltage having an absolute value larger than the negative voltage of 1 and further applying a negative high voltage having an absolute value larger than the second negative voltage to the gate electrode. The charge in the first and second program regions is erased by hot hole injection.
  • the plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows).
  • a lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row,
  • a bit line to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected is provided for each column, and a second p-type region of the memory cell is connected to each block.
  • a source line is provided.
  • the plurality of memory cells are arranged in an X (column) Y (row) matrix.
  • a lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row,
  • a first column line which is a wiring in the Y direction to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected; 2)
  • a second column line which is a wiring in the Y direction to which the type region is connected, is provided for each column.
  • the first and second power lines are each formed by one p-type linear region, and the first and second power lines are respectively formed by the first and second memory cells. It is characterized in that it also serves as a p-type region.
  • the plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows).
  • a lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row,
  • a first column line which is a wiring in the Y direction, to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected, and a second p-type region of the memory cell, to which the first p-type region is connected
  • a second column line which is a wiring in the Y direction, is provided for each column.
  • the present invention is characterized in that, in the invention of (10), the first column line and the second column line adjacent in the X direction are shared.
  • the common first and second column lines are formed by p-type linear regions, and also serve as p-type regions of the memory cells. It is characterized by the following.
  • the first and second column lines are each formed by one p-type linear region, and the first and second column lines are respectively formed by the first and second memory cells. It is characterized in that it also serves as a p-type region.
  • the program area on the side of the program area into which the charge of the memory cell is injected is injected.
  • a negative write voltage is applied to the column line that is the p-type region, a positive voltage is applied to the gate line that is the gate electrode of this memory cell, and these word lines and column lines are shared (X A write blocking voltage, which is a negative voltage having an absolute value smaller than the write negative voltage, is applied to a column line of the memory cell opposite to the supplied column line. .
  • a plurality of p-type linear regions serving as a source, a drain and a column line are formed in a stripe shape on the surface of an n-type well of a semiconductor substrate, and a charge trapping layer is formed thereon.
  • a groove parallel to the p-type linear region is formed in a gap between the plurality of p-type linear regions in the semiconductor substrate.
  • the ONO film is formed along the wall and bottom of the groove.
  • the semiconductor substrate has a bottom portion having a width of the P-type linear region in the Y direction and a depth corresponding to the channel region in the Y direction.
  • a plurality of grooves are formed sandwiching the upper surface of the width of the P-type linear region, and the P-type linear regions are formed at the bottom and the upper surface of the groove. It is characterized by being formed along the bottom surface.
  • a silicide film is formed on one or both of the p-type linear region and the conductive film.
  • the present invention also provides a plurality of island-shaped P-type regions formed on a semiconductor substrate surface and arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows),
  • ONO Oxide—Nitride—Oxide
  • a via hole is formed in each local wiring and a column line formed in the upper layer. Characterized by being connected via
  • the present invention provides a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to (19),
  • the semiconductor substrate On the surface of the semiconductor substrate, Forming a trench insulating film for electrically isolating elements from each other in a stripe-shaped region that is a gap in the Y direction of the matrix region group where the group of regions is to be formed, forming the ONO film, and forming the word line.
  • the P-type region After being formed of a metal layer, the P-type region is formed by ion implantation of self-alignment using the lead line.
  • the present invention also provides a plurality of p-type regions and trench insulating films formed on the surface of a semiconductor substrate, wherein the p-type regions and the trench insulating films are alternately arranged in a vertical direction (Y direction) and a horizontal direction (X direction).
  • Y direction vertical direction
  • X direction horizontal direction
  • a plurality of column lines formed in a stripe shape above the arrayed p-type regions at a pitch of half the X-direction pitch of the p-type regions above the arranged p-type regions;
  • Each column line is connected to a p-type region formed therebelow via a contact hole.
  • the present invention is the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to (21), wherein the trench insulating film is formed on a semiconductor substrate surface, and the ONO film is formed thereon. And forming the p-type region with a metal layer, and then forming the p-type region by ion implantation of a self-aligned line using the p-type line.
  • the present invention provides an ONO film formed on an upper layer of a semiconductor substrate, and a plurality of ground lines formed in an X direction on an upper layer of the ON film, A plurality of pairs of left column lines and right column lines formed in the Y direction further above the lead line;
  • an insulating region is formed on the surface of the semiconductor substrate, which associates one left ⁇ -type region with one right ⁇ -type region obliquely opposed to a channel region, which is a lower layer region of one word line. It is characterized by.
  • the present invention provides a semiconductor device, comprising: a source and a drain formed at predetermined intervals on a surface of an ⁇ -type well formed near a surface of a semiconductor substrate; A non-conductive charge trapping layer formed above a channel as a region via a tunnel oxide film, and a gate electrode formed above the charge trapping layer via an insulating film.
  • a source and a drain formed at predetermined intervals on the surface of the ⁇ -type layer formed near the surface of the semiconductor substrate; and a tunnel oxide film above a channel which is a region between the source and the drain on the surface of the ⁇ -type well.
  • a channel cell comprising: a non-conductive charge trap layer formed through the gate electrode; and a gate electrode formed above the charge trap layer via an insulating film.
  • the present invention further provides a first and second ⁇ -type region formed at predetermined intervals on a surface of an ⁇ -type well formed near a surface of a semiconductor substrate; A non-conductive charge trap layer formed above a channel, which is a region between the first and second ⁇ -type regions, via a tunnel oxide film; and a non-conductive charge trap layer formed above the charge trap layer via an insulating film.
  • a channel array region in which a plurality of channel cells including First and second n-type regions formed at predetermined intervals on a P-type well surface formed near the surface of a semiconductor substrate; and between the first and second n-type regions on the p-type well surface
  • An N-channel cell including: a nonconductive charge trapping layer formed above a channel, which is a region of the above, via a tunnel oxide film; and a gate electrode formed above the charge trapping layer via an insulating film.
  • bit data is stored by trapping charges (negative charges) in the charge trapping layer, thereby changing the threshold voltage as viewed from the gate electrode. Since it is a p-channel, the threshold voltage is set to a negative voltage, and when a negative voltage whose absolute value is larger than the threshold is applied to the gate electrode, the channel between the first and second p-type regions Are formed to conduct. One of the first and second p-type regions functions as a source and the other functions as a drain, but the function is not fixed, and the function alternates depending on the applied voltage condition. I do. When a negative charge is trapped in the charge trapping layer, the negative potential generated by the negative charge causes conduction between the first and second p-type regions even when a low negative voltage is applied to the gate electrode. The threshold voltage (absolute value) decreases.
  • a non-conductive film is used as the charge trapping layer.
  • a silicon nitride film having a relatively high dielectric constant is used. Because it is a nonconductor, the trapped charge does not move and remains at the trapped position.
  • charge trapping is performed from the vicinity of the source and the drain.
  • the above-described BBHE injection electroband tunneling (Bandto Band Hot The charge is trapped in the first and second program regions at both ends of the charge trapping layer by charge injection by E 1 ectron).
  • the trapping of charges into the first and second charge trapping layers can be performed independently, and the reading can be performed independently by reversing the reading direction. With this, 2-bit data can be stored.
  • charge is injected into the charge trapping layer by BBHE injection.
  • BBHE injection electrons are generated by applying a high negative voltage to the p-type region (gate or drain) without flowing a current between the gate and drain, and the electrons are turned into hot electrons by a high electric field. It is injected into the charge trapping layer by the positive voltage of the first electrode. In this way, since no channel current flows between the source and drain, as shown in Fig.
  • connection forms such as NOR connection, contactless connection, virtual ground array connection, etc. can be realized with a simple configuration.
  • NOR connection is an invention relating to NOR connection
  • (8) and (10) are inventions relating to connectionless connection
  • (12) is a virtual 'ground array'. It is the invention which concerns on.
  • NOR connection a metal wiring film may be used as a bit line, and the first p-type region (drain) of each memory cell may be connected by a contact plug.
  • the P-type region of the memory cell column arranged in one column in the Y direction is formed by one p-type linear region, and the diffusion layer wiring is formed.
  • the configuration can be further simplified because it is used together with a column line (bit line).
  • bit line As described above, even when a linear p-type region is used as a column line, a metal column line is formed in the upper layer, and the linear p-type region is separated from the metal wiring at predetermined intervals (for example, 64 cells).
  • the conductivity may be ensured by lowering the contact to the diffusion layer wiring in the mold region.
  • the column line to which the negative voltage of the memory cell to be written is applied
  • the (P-type region) is common to the target memory cell and an adjacent memory cell adjacent in the X direction. Since the adjacent memory cell also has the same word line as the target memory cell, the voltage condition near the p-type region of the adjacent memory cell is also a write condition. Similarly, writing is performed on the adjacent memory cell. Therefore, in the invention of (14), in the next memory cell, the absolute value of the write voltage is smaller than that of the p-type region (column line) facing the P-type region shared with the target memory cell. Apply a negative voltage, write inhibit voltage.
  • the write inhibit voltage By applying the write inhibit voltage, the depletion layer of the left and right P-type regions interferes in the adjacent memory cell!
  • the strong electric field near the boundary of the) type region is alleviated.
  • BB HE does not occur in the unselected adjacent memory cell, and writing is not performed.
  • a memory cell array is formed by a stripe-shaped P-type linear region formed on the surface of an n-type well of a semiconductor substrate, and an ONO film and a conductive film perpendicular to the region.
  • the P-type linear region is composed of the first and second p-type regions of each memory cell. And column line.
  • the conductive film also serves as a gate electrode and a word line of each memory cell.
  • the ONO film functions as a charge trapping layer for each memory cell, and also functions as an interlayer insulating film on the p-type linear region.
  • a groove is formed in a gap between p-type linear regions, that is, a channel region, and an ONO film is formed along a wall surface and a bottom surface of the groove.
  • a silicide film is formed on one or both of the p-type linear region serving as the column line and the conductive film serving as the lead line.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic structure of a p-channel MONOS memory cell according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the processed shape of the p-channel MONOS memory cell.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a write operation by BBHE injection in the same p-channel MON OS memory cell.
  • Figure 4 compares the efficiency of the BBHE injection and the conventional writing method.
  • FIG. 5 is a diagram showing a distribution of threshold values during programming / amplifying of the p-channel MONOS memory cell.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a read operation in the p-channel M ⁇ NOS memory cell.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an erase operation in the p-channel MONOS memory cell.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic structure of a p-channel MONOS memory cell according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the processed shape of the p-channel
  • FIG. 8 is a diagram illustrating voltage application conditions during writing, reading, and erasing in the same p-channel MONOS memory cell.
  • Figure 9 shows the same p-channel MONO
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a VGA type memory cell array using S memory cells.
  • FIG. 10 is a diagram showing an equivalent circuit of the VGA type memory cell array and a voltage application method at the time of writing.
  • FIG. 11 is a diagram showing a voltage application method and a depletion layer formation state at the time of writing in the VGA type memory cell array.
  • FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the voltage application method at the time of writing in the VGA type memory cell array.
  • FIG. 13 is a diagram showing a voltage application method at the time of reading of the VGA type memory cell array.
  • FIG. 14 is a diagram showing a structure of a VGA type memory cell array using the p-channel MONOS memory cell.
  • FIG. 15 is a sectional view showing a vertical structure of the VGA type memory cell array.
  • FIG. 16 is a diagram showing the structure of another VGA type memory cell array using the p-channel MONOS memory cell.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing the vertical structure of another VGA type memory cell array.
  • FIG. 18 is a diagram showing an equivalent circuit of the same NOR type memory cell array.
  • FIG. 19 is a diagram showing the structure of a completely isolated memory cell array using the p-channel MONOS memory cells.
  • FIG. 19 is a diagram showing the structure of a completely isolated memory cell array using the p-channel MONOS memory cells.
  • FIG. 20 is a diagram showing an equivalent circuit of the completely separated memory cell array.
  • FIG. 21 is a diagram showing a structure of a P-type linear region when the complete isolation type memory cell array is made contactless.
  • FIG. 22 is a structural diagram of a P-channel MONOS memory cell array according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a structural diagram of a p-channel MONOS memory cell array according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a structural diagram of a p-channel MON OS memory cell array according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a block diagram of a P-channel MONOS memory chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a structural diagram of a CMOS logic circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a configuration diagram of the memory cell array according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a diagram showing the structure of a conventional n-channel MONOS memory cell. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a P-channel MONOS memory cell according to an embodiment of the present invention.
  • the memory cell includes an n-type well 12 formed on a p-type semiconductor substrate 11 and p-type regions 13 and 14 formed at predetermined intervals near the surface of the n-type well 12. have.
  • one of the p-type regions 13 and 14 functions as a source and the other functions as a drain, but as described later, this memory cell writes bit data Since there are two program areas on the left and right, the one that takes charge of the source or drain function changes depending on which one is read.
  • a region located between the two p-type regions 13 and 14 in the n-type well 12 is a channel region 20.
  • a three-layered ON film and a gate electrode 18 are formed so as to cover the channel region 20.
  • the ONO film consists of a tunnel oxide film 15 made of silicon oxide, a charge trap layer 16 made of silicon nitride and accumulating injected charges (electrons), and an insulating film 17 made of silicon oxide. .
  • the thickness of each of these three layers is about 5 to 8 nm.
  • the gate electrode 18 is made of polysilicon.
  • the gate electrode 18 of the memory cell in the X direction is formed integrally so that the memory cell array also functions as a word line. ).
  • a nitride film is used as the charge trapping layer 16.
  • the nitride film has low electric conductivity, trapped charges do not move in the film and remain at the trapped position.
  • Injection (writing: program) of charges (electrons) into the charge trapping layer 16 is performed between the gate electrode 18 and one of the p-type regions 13 or 14. Since the BBHE injection is performed by applying a high voltage, electrons are injected into the charge trap layer 16 from the vicinity of the p-type region 13 or 14, and the left program region 16 L or the right program region 16 in the charge trap layer 16 is injected. The trapped charge in R does not move to the opposite side.
  • the left and right program areas 16L and 16R function as independent program areas, and this P-channel MONOS memory cell can store two bits of data in one memory cell. It is possible.
  • the charge injection into the charge trapping layer 16 is performed by applying a high positive voltage (Vgw) to the gate electrode 18 and a high depletion layer generated when a high negative voltage (Vdw) is applied to the p-type region 13.
  • Vgw high positive voltage
  • Vdw high negative voltage
  • BBHE Band-to-Band Tunneling induced Hot Electron
  • is preferably about 10 and Vdw is preferably about 15 to -8 V.
  • a depletion layer region 21 is generated at the junction between the p-type region 13 and the n-type well 11, and the band Electrons by tunneling (BTBT) A Z-hole pair is generated. These electrons are accelerated by the strong electric field in the depletion layer region 21 and become hot electrons with high energy. A part thereof is attracted by the positive voltage applied to the gate electrode 18 and is injected into the charge trap layer 16 over the tunnel oxide film 15.
  • BTBT band Electrons by tunneling
  • the hot holes are attracted to the p-type regions 13 and 14 or the n-well 12 side, so that the hot holes are not injected into the charge trap layer 16 and the tunnel oxide film 17 Does not deteriorate.
  • the charge by BBHE injection using the p-type region 13 is held in the left program region 16L of the charge trapping layer 16.
  • the p-channel MONOS memory cell turns on when a negative voltage is applied to the gate electrode, but charges are trapped (written: programmed) in the charge trapping layer between the gate electrode and the channel region. Then, the absolute value of the threshold voltage Vth of the gate electrode apparently decreases as shown in FIG.
  • the distribution of the threshold value of the written bit is narrower than the distribution of the threshold value of the erased bit because the writing is performed bit by bit. Writing can be performed while finely adjusting the threshold value of each bit. However, since erasing is performed in the entire memory or in block units, adjustment cannot be performed for each bit, and variations occur.
  • erasing is performed in the direction in which the threshold value (absolute value) increases, so that even if the threshold value varies, the threshold value may be exceeded. The phenomenon of erase cannot occur.
  • the read voltage V gr is applied to the gate electrode 18.
  • the gate voltage Vgr is set so as to be a voltage between the threshold value Vth (e) at the time of erasing and the threshold value Vth (p) at the time of writing shown in FIG.
  • ON / OFF between the source and the drain is determined by whether or not the left program area 16L is written. That is, bit data (left bit) indicating whether or not the left program area 16L has been written can be read depending on whether or not the source drain is turned on.
  • the bit data at this time is set to "0".
  • the erase operation is performed for the entire memory or for each block.
  • FIG. 7 (A) is a diagram illustrating the connection of FN (Fowler-Nordheim Tunneling) extraction on the entire channel.
  • V ppg negative voltage
  • Vde, Vsub A positive voltage (Vde, Vsub) of about +10 V is applied.
  • FIG. 1B is a diagram for explaining hot hole injection of the substrate.
  • a negative high voltage V ge of about 110 V is applied to the gate electrode 18, and a negative voltage V 2 of about 13 V is applied to the source 13 and the drain 14. Then, a negative voltage V, of about 11 V is applied to the n-type well 12. The relationship between each voltage is
  • the semiconductor substrate 11 is grounded.
  • the p-type substrate 11, n-type well 12 and p-type regions (source and drain) 13 and 14 function as pnp bipolar transistors, and the P-type semiconductor substrate Holes from 1 1 to source 13 and drain 14 Released.
  • a high negative voltage is applied to the gate electrode 18, some of the holes are drawn in the direction of the gate electrode, pass through the tunnel oxide film 15, and enter the charge trapping layer 16. The positive charge of the hole cancels the negative charge of the electron, and as a result, the charge of the charge trap layer 16 is erased.
  • Fig. 8 the voltage application conditions for left bit program, read, write bit program, read and erase (erase) are summarized in Fig. 8. Note that this voltage application condition is a condition in which the substrate 11 is grounded, but since it is a p-channel transistor, it is possible to apply a back gate voltage to bias the entire memory cell to the positive side. Good. In that case, each voltage under the above voltage application conditions is a voltage obtained by subtracting the bias.
  • FIG. 9 (A) is a cross-sectional perspective view of a memory cell array
  • FIG. 9 (B) is a diagram showing a configuration of one of the memory cells
  • FIG. 9 is an equivalent circuit thereof.
  • the broken lines are virtual lines indicating the boundaries of each memory cell.
  • the equivalent circuit of FIG. 10 shows the voltages applied to each word line and column line at the time of writing.
  • a plurality of p-type linear regions 30 in the Y direction are formed in stripes at predetermined intervals on the surface of the n-type well 12.
  • the p-type linear region 30 is formed across the boundary of the memory cell, and one p-type linear region 30 is formed in the X direction. It also serves as the p-type regions 13 and 14 (source and drain) of two adjacent memory cells and also serves as a column line. This column line functions both as a bit line and a source line depending on the connection to the Y gate.
  • the lead line 31 is formed in a stripe shape in the X direction so as to be orthogonal to the p-type linear region 30, and also serves as the gate electrode 18 above the channel region 20 of each memory cell.
  • An ON0 film 32 is formed between the word line 31 and the semiconductor substrate (p-type regions 13 and 14, channel region 20).
  • the ⁇ NO film 32 is also formed continuously in the X direction, like the word line 31.
  • the section above the channel region 20 functions as the tunnel oxide film 15, the charge trapping layer 16 and the insulating film 17, and the section above the P-type regions 13 and 14 is the interlayer insulating film. Functions as a membrane.
  • the ONO film 32 is formed in a stripe shape in the X direction like the word line 31.
  • the ONO film 32 since the ONO film 32 is not a conductive film, it may be formed on the entire memory cell array. This makes it possible to omit the process of etching the ONO film 32 in a stripe shape.
  • one p-type linear region (column line) 30 also serves as the p-type regions 13 and 14 of two memory cells adjacent in the X direction, so that the memory configuration is simplified. And high integration is possible.
  • the following processing is required when writing to each memory cell.
  • Vgw When writing to the left program area 16 L (left bit) of the target memory cell, Vgw is applied to the word line 30 (WL n) as the gate electrode 18 of this memory cell, as shown in Figure 3. At the same time, Vdw is applied to the column line 31 serving as the p-type region (source) 13 of the memory cell to perform BBHE injection. As described above, the p-type region of the memory cell to which this writing is performed is performed.
  • the region (source) 13 is the p-type region (drain) of the memory cell on the left (Because the word line 31 to which Vgw is applied is also common), writing to the left program area 16L of the target memory cell and writing to the memory on the left Writing is also performed to the right program area 16R (write bit) of the cell. (This is a phenomenon that does not occur in channel hot electron (CHE) injection, which increases the energy of electrons by flowing a current between the source Z drain.) Therefore, in this embodiment, FIG. As shown in FIG. 11 and FIG. 11, V dw is applied to the memory cell to the left of the memory cell to be written!
  • a write-blocking voltage is applied to the P-type region 13 which is the P-type region facing the type region, thereby preventing writing to (the write bit of) the memory cell on the left side.
  • a write blocking voltage of about half (VdwZ2) of the write voltage Vdw is applied to the p-type region 13 of the memory cell on the left. Then, in the memory cell on the left side, the lateral electric field of the left and right p-type regions 13 and 14 is reduced, and the occurrence of BB HE can be suppressed, and the right program region 16R of the memory cell on the left side can be suppressed. It is possible to prevent data from being written by BB HE injection.
  • a voltage of about Vd w / 2 is applied to a memory cell adjacent to a memory cell to be written.
  • the method of applying the write blocking voltage is not limited to this.
  • Vdw is applied to all power lines on the program area side (left side in the figure) where the target memory cell is written, and the depletion layer is connected by applying Vdw.
  • HE may not be generated.
  • a gradually decreasing write blocking voltage may be applied to a plurality of column lines on the program area side (the left side in the figure).
  • V dw is applied to the target column line i
  • 2 VdwZ3 is applied to the left column line i-11
  • Vd wZ is applied to the left column line i-12. 3 is applied.
  • FIG. 9 to 13 describe a VGA (virtual ground array) type memory cell array in which the p-type region of the memory cell also serves as a column line.
  • the memory cell array formed and connected to the metal column lines formed in the upper layer by contact plugs will be described.
  • the bit lines and the source lines are formed of metal, so that the resistance can be reduced, and high-speed writing and high-speed reading can be performed.
  • the connection form of the memory cell array is the same VGA connection as that shown in Figs.
  • FIG. 14 is a plan view showing the structure of the memory cell array, and FIG.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along line X1-X1, a sectional view taken along line X2-X2, and a sectional view taken along line YY of the same plan view.
  • Fig. 18 shows the equivalent circuit.
  • This memory cell array is also formed on the n-type well 40 near the surface of the p-type substrate. On the surface of the n-type cell 40, a p-type region 41 having an island-like planar shape is formed in a matrix.
  • the memory cell S is formed between two island-shaped p-type regions 41 adjacent in the Y direction (up and down), and the region between them becomes a channel region 42. Therefore, each p-type region 41 also serves as the p-type regions 13 and 14 (source and drain: see FIG. 1) of two memory cells S adjacent in the Y direction.
  • An ONO film 43 and word lines 44 are formed so as to cover a plurality of channel regions 42 arranged in the X direction (left and right). Further, a plurality of column lines 45 are formed in the Y-direction at the same interval as the p-type region 41 in a stripe shape.
  • the column line 45 is formed in the upper layer, and is connected to the P-type region 41 via the intermediate wiring film 46 in the lower layer.
  • the column line 45 and the intermediate wiring film 46 are connected by a via hole 47, and the intermediate wiring film 46 and the p-type region 41 are connected by a contact plug 48.
  • Each p-type region 41 of one row arranged in the Y direction is connected alternately to the left and right column lines of the row.
  • a step of implanting p-type ions with a self-alignment line after forming a metal lead line 44 is adopted.At this time, the p-type regions are connected in the X direction. In order to prevent such a situation, a stripe-shaped trench isolation layer 40 in the Y direction is formed in advance at a pitch in the X direction of the memory cell.
  • the column line 45 and the island-shaped p-type region 41 are connected via the intermediate wiring film 46.
  • the column lines 45 and the word lines 46 are indicated by broken lines, and the trench isolation 140, the p-type region 141, and the channel region 42 on the substrate are indicated by solid lines and hatching.
  • the p-type region 14 1 is formed to have a length of 3 F in the X direction in the same manner as the intermediate wiring film 46 in FIG.
  • the column line 45 is located above the corresponding P-type region 141, it is necessary to form the contact plug 144 directly from 5 There is no.
  • the trench separation 140 is not formed in the entire Y direction in parallel with the column line 45, but the P-type region 14 is formed. After forming at a portion where 1 is formed, it is formed in a brick-laid lattice shape as shown in FIG. 16 and a word line 44 is formed thereon, and then a p-type impurity is implanted.
  • the memory cell array having this configuration also has an equivalent circuit as shown in FIG. 18 similarly to the ones shown in FIGS.
  • one column line 45 is formed via the via hole 47 -intermediate wiring film 46 -contact plug 48 or via the contact plug 144.
  • the voltage is connected to the adjacent P-type region 41. Data is written to the adjacent memory cell. Therefore, in order to prevent this, similarly to the memory cell of the first embodiment, a write-blocking voltage is applied to the p-type region 41 (adjacent column line 45) on the opposite side of the adjacent memory cell. Apply.
  • the method of applying the write inhibit voltage may be the same as the method of applying the write inhibit voltage in the memory cell array shown in FIGS.
  • the application of the write blocking voltage described in FIGS. 10 to 13 is a necessary process when both the left and right program areas 16 L and R of each memory cell are used as storage areas.
  • application of a write inhibit voltage is not required. This is because, as described above, in the reading of the program area on the target side, the program no-an program in the opposite program area does not affect the reading result.
  • each memory cell is formed diagonally as shown by a broken line in FIG. 19, and the left p-type region 41 L, the right P-type region 41 R and A channel region 42 is formed.
  • the lower left P-type region 41 is connected to the left column line 45 L by a contact plug 48
  • the upper right right p-type region 41 R is connected to the right column line 45 R by a contact plug 48.
  • regions other than the memory cells indicated by broken lines in FIG. On the surface of the semiconductor substrate, the p-type region and the column line are not shared in the memory cell adjacent in the X direction, and the high voltage applied to the column line at the time of writing is not applied to the adjacent memory cell. It is not applied to
  • each memory cell in the plan view of the memory cell array, is laid out from the upper right to the lower left, but may be formed from the upper left to the lower right.
  • the p-type regions (p-type linear regions) 13 and 14 of adjacent memory cells are formed separately on the left and right.
  • the equivalent circuit is again as shown in FIG. 20 and the write-blocking voltage can be eliminated.
  • the word line is formed of a polysilicon film.
  • the resistance can be further reduced.
  • FIG. 22 shows an example in which a memory cell has a three-dimensional structure.
  • the channel region 20 between the p-type linear regions 13 and 14 formed in a stripe shape is trench-etched by trench etching to form an ONO film 52 orthogonal to the trench, and A lead line 53 also serving as a gate electrode is formed along the side and bottom surfaces of the trench.
  • a lead line 53 also serving as a gate electrode is formed along the side and bottom surfaces of the trench.
  • FIG. 23 is a diagram showing a structure of a memory cell array having a configuration in which the trench etching of FIG.
  • FIG. 24 is a diagram showing the structure of a P-channel twin M ⁇ NOS memory cell.
  • the twin MONOS memory cell uses the sidewall technology on both sides of the gate (word gate) 207 of a normal M ⁇ S transistor.
  • a sidewall control gate 205 L, R and a nitride film 206 L, R are formed, thereby shortening the channel length.
  • High-efficiency writing can be realized for the memory cell of this twin MONOS structure by forming the source node with a p-type diffusion layer.
  • FIG. 25 is a block diagram of a p-channel MONOS memory chip incorporating the above memory cell array.
  • connection types for the memory cell array such as VGA type, NOR type, and contactless type. In any case, data can be written, read, and erased in this block. .
  • any of the above types of memory cells may be used for the memory cell array.
  • This memory chip includes a memory cell matrix 61 arranged in a matrix, an address buffer 65, an X address decoder 62, a Y address decoder 64, a Y gate 63, a write circuit 66, a read circuit 67, and , An input / output buffer 68, and various voltage generating circuits 70, 71, 72.
  • the X-address decoder 62 is connected to the read line of the memory cell matrix 61.
  • the Y gate 63 is connected to the column lines of the memory cell matrix 61, and selection information for selecting which column line is input from the Y address decoder 64.
  • the memory cell matrix 61 is one of the various memory cell matrices shown in FIGS. It is formed in the n-type well region 64.
  • the address buffer 65 buffers externally input address information and inputs it to the X address decoder 62 and the Y address decoder 64.
  • the X address decoder 62 and the Y address decoder 64 select predetermined lead lines and column lines based on the input address information.
  • the X address decoder 62 generates a voltage from the voltage generator 71 on the selected word line. Apply the generated voltage.
  • Voltage generating circuit 71 generates a voltage set according to a write operation, a read operation, and an erase operation.
  • Y address decoder 64 transmits selection information indicating which column line is selected to Y gate 63.
  • the Y gate 63 connects the selected (two) column lines to the write circuit 66, the read circuit 67, the voltage generation circuit 70, and the like.
  • the voltage generation circuit 70 generates a write voltage, a write block voltage, a drain voltage, a positive voltage for erasure, and the like according to the write operation, the read operation, and the erase operation.
  • the writing data is buffered in the input / output buffer 68, and the writing circuit 66 writes this data to the bit of the designated address.
  • the read circuit 67 reads the bit data of the specified address, and buffers this data in the input / output buffer 68.
  • the above-described P-channel transistor cell (the above-mentioned memory cell is a single transistor cell, so that the memory cell
  • a CMOS logic circuit can be formed using MONOS transistors by forming N-channel memory cells with inverted polarity. This CMOS logic circuit can be used for a peripheral circuit of a semiconductor memory or the like.
  • the p-channel MONOS memory cell array area and the n-channel MONOS memory cell array area are mixedly arranged on one memory chip, and the different characteristics are used to store the information to be stored. You may use it properly according to a kind and content. Even with such a configuration, in addition to the above-described P-channel MONOS manufacturing process, an ion implantation process for forming an n-type active region is only added, so that the manufacturing cost does not increase so much.
  • the threshold voltage in the erased state is changed to the state in the written state by performing BBHE injection as a p-channel nonvolatile memory cell. Since the absolute value becomes larger with respect to the threshold voltage, the memory cell does not become depleted due to over-erasing, and a memory cell having a large tolerance for the variation of each memory cell can be obtained.
  • the charge trap layer is made of a non-conductor and charges are trapped at both ends thereof, so that one cell can store 2-bit data.
  • the source lines can be omitted, and a memory cell array having a simpler configuration can be realized.
  • the left and right p-type regions (source / drain) of the memory cells arranged in the Y direction are each composed of one p-type linear region, which simplifies the manufacturing process and reduces this type.
  • the linear region can be used also as a column line.
  • the first p-type region of one of the two adjacent memory cells in the X direction is shared with the second p-type region of the other memory cell. Therefore, one p-type linear region can also serve as the first and second p-type regions and the column line, and the structure can be further simplified.
  • a write blocking voltage is applied to a p-type region on the opposite side of an adjacent memory cell that supplies a column line for applying a write voltage to a target memory cell.
  • p-type linear regions are formed in stripes on the surface of an n-type well.
  • the memory cell array can be configured only by forming the ONO film and the conductive film in a stripe shape so as to be orthogonal to this, the memory cell array can be realized with a simple configuration and a simple manufacturing process.
  • the channel region is formed into a three-dimensional structure by trench etching, high integration in the X direction can be achieved without shortening the channel length.
  • the silicide film is formed on one or both of the p-type linear region and the conductive film, the conductivity of the silicide film is improved, and the resistance of the column line and the word line is reduced. In addition, data reading speed can be improved.
  • the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has a simple configuration, has a high degree of integration, and can perform writing with high efficiency. Therefore, the nonvolatile semiconductor memory device is suitable as a memory device for small information devices such as mobile phones. .

Abstract

A nonvolatile semiconductor storage device exhibiting a high write efficiency and prevented from being overerased. First and second p-type regions (13, 14) are formed in the surface of an n-type well (12) and spaced from each other by a predetermined distance. The first and second p-type regions function as source and drain regions. ONO films (15, 16, 17) and a gate electrode (18) are formed over a channel region (20) between the first and second regions. Charge is trapped in left and right program regions on both sides of the charge trap layer (16) of the intermediate layer of the ONO films to write data. The write is carried out by BBHE injection. BBHE leads to high write efficiency because no current flows between the gate and drain. Because of the p-channel, the absolute value the threshold decreases when data is written and increases when data is erased, thus preventing the fear of overerase.

Description

明 細 書 不揮発性半導体記憶装置および不揮発性半導体記憶装置の製造方法 技術分野  Description: Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device
本発明は、 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関し、 特に、 1つのメモリセルに 2ビッ卜の情報を記録可能な不揮発性半導体記憶装置 およびその製造方法に関する。 背景技術  The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device capable of recording two bits of information in one memory cell and a method of manufacturing the same. Background art
近年、 米国特許第 5 7 6 8 1 9 2号明細書に記載されているように、 従 来のフラッシュメモリのフローティングゲートに代えて電導性の低い窒化 膜等の電荷トラップ層を形成し、 この電荷トラップ層のソース側およびド レイン側に別々に電荷を注入することによって、 1つのメモリセルに 2ビ ッ卜の情報を記録可能にした不揮発性半導体メモリが提案されている。 すなわち、 この不揮発性半導体メモリは、 ソース/ドレイン間に電圧を 印加したときにこれが導通するか否かに影響を与えるのは、 チャネル領域 のうち電子放出 (ソース) 側の一部領域であることに着目し、 電荷トラッ プ層のソース側領域に電荷を注入することによって、 1ビットを記憶する 。 また、 電極を逆に接続すればドレインが電子放出側になるため、 電荷卜 ラップ層のドレイン側領域に電荷を注入することによって、 ドレインを接 地してソースに負電圧 (V d r ) を印加する逆向きの接続で読み出される 1ビットを記憶する。 このように、 電荷トラップ層の両側の一部領域に別 々に電荷を注入し、 読出時には、 印加する電圧の方向を逆転させて、 すな わちチャンネル領域を挟んで対向する 2つの領域におけるソース ドレイ ンとしての役割を逆転させて電荷トラップ層の両側に蓄積された電荷を別 々に読み出すことにより、 2ビッ卜の情報の記録 ·読み出しを可能として いる。 In recent years, as described in U.S. Pat. No. 5,768,192, a charge trap layer such as a nitride film having low conductivity is formed instead of the floating gate of a conventional flash memory. Non-volatile semiconductor memories have been proposed in which two bits of information can be recorded in one memory cell by separately injecting charges into the source side and the drain side of the charge trapping layer. In other words, in this nonvolatile semiconductor memory, it is a part of the channel region on the electron emission (source) side that affects whether or not the voltage is applied between the source and the drain. Paying attention to this, one bit is stored by injecting charge into the source side region of the charge trap layer. If the electrodes are connected in reverse, the drain will be on the electron emission side. By injecting charges into the drain side region of the charge trapping layer, the drain will be grounded and a negative voltage (V dr) will be applied to the source. 1 bit that is read in the reverse connection. In this way, charges are separately injected into some regions on both sides of the charge trapping layer, and during reading, the direction of the applied voltage is reversed, that is, in two regions opposed to each other across the channel region. By reversing the role of the source drain and reading out the charges accumulated on both sides of the charge trap layer separately, it is possible to record and read 2-bit information. I have.
図 2 8を参照しながら、 この不揮発性半導体メモリの構成及びデータの 書き込み/読み出しの動作について簡単に説明する。 同図に示すように、 不揮発性半導体メモリ (メモリセル) 1 0 0は、 p型シリコン半導体基板 1 0 1の表面領域に形成されたソース/ドレインとして機能する 1対の n 型領域 1 0 2, 1 0 3と、 当該 n型領域 1 0 2, 1 0 3間のチャネル領域 上に形成されたトンネル酸化膜 1 0 4、 電荷トラップ層 1 0 5、 シリコン 酸化膜 1 0 6およびゲート電極 1 0 7を有している。 ここで、 電荷トラッ プ層 1 0 5はシリコン窒化膜で構成されている。  With reference to FIG. 28, the configuration of the nonvolatile semiconductor memory and data write / read operations will be briefly described. As shown in the figure, the non-volatile semiconductor memory (memory cell) 100 is composed of a pair of n-type regions 100 2 serving as a source / drain formed in a surface region of a p-type silicon semiconductor substrate 101. , 103, and the tunnel oxide film 104, the charge trapping layer 105, the silicon oxide film 106, and the gate electrode 1 formed on the channel region between the n-type regions 102, 103. It has 0 7. Here, the charge trap layer 105 is composed of a silicon nitride film.
この不揮発性半導体メモリ 1 0 0は、 電荷トラップ層 1 0 5の両端部の 左右のプログラム領域 1 0 8、 1 0 9にそれぞれ独立して電子をトラップ し、 これら左右のプログラム領域 1 0 8、 1 0 9にそれぞれ電荷が注入さ れているか否か (プログラム ィレース) により、 それぞれ 1ビット、 合 計 2ビットのデータを記録することが可能である。 電荷の注入 (プロダラ ム) は、 トンネル酸化膜 1 0 4を介して電荷トラップ層 1 0 5に電荷が注 入されることによって行われる。 電荷の注入はチャネルホッ卜エレクトロ ン (C H E ) によって行われる。  The nonvolatile semiconductor memory 100 traps electrons independently in the left and right program areas 108 and 109 at both ends of the charge trapping layer 105, and the left and right program areas 108 and It is possible to record 1-bit data and 2-bit data in total, depending on whether or not electric charge is injected into each of the 109 (program erase). The charge injection (program) is performed by injecting charges into the charge trapping layer 105 through the tunnel oxide film 104. The charge injection is performed by channel hot electrons (CHE).
たとえば、 右のプログラム領域 1 0 9をプログラムする場合には、 ソー スを 0 V、 ドレインを 5 V程度としてソース Zドレイン間に電位差を生じ させ、 ゲート 1 0 7に高電圧 ( 1 0 V程度) を印加してソース ドレイン 間にチャネル 1 1 0を形成する。 ここで、 形成されたチャネル 1 1 0の範 囲 1 1 は同電位であり電界は生じない。 チャネル 1 1 0が形成されていな い範囲 1 2ではソースノドレイン間の電位差に起因して電界が生じるため 、 この範囲. 1 2においてチャネルホットエレクトロン (C H E ) が発生し 、 右のプログラム領域 1 0 9に電子がトラップされる。  For example, when programming the right program area 109, the source is set to 0 V and the drain is set to about 5 V to create a potential difference between the source Z drain and a high voltage (about 10 V) is applied to the gate 107. ) Is applied to form a channel 110 between the source and the drain. Here, the range 11 of the formed channel 110 has the same potential, and no electric field is generated. In the range 1 2 where the channel 110 is not formed, an electric field is generated due to the potential difference between the source and the drain. Therefore, channel hot electrons (CHE) are generated in the range 1 2 and the right program region 1 An electron is trapped in 09.
右のプログラム領域 1 0 9のビットデータを読み出す場合には、 ゲート 1 0 7に読出電圧 V g readを印加するとともに、 プログラムの場合と逆方 向の電圧 V d readをソース Zドレイン間に印加する。 なお、 このときの電 圧絶対値はプログラム時に比べて低く、 V d read= l . 5 V , V g read = 3 V程度である。 このとき、 右のプログラム領域 1 0 9に電子がトラップ されている場合には、 この電荷によるしきい値の上昇によりプログラム領 域 1 0 9の下層でチャネルが形成されず、 ソ一ス ドレイン間がオンしな レ^ 一方、 プログラム領域 1 0 9に電子がトラップされていない場合には ソース Zドレイン間にチャネルが形成されてオンする。 このように、 プロ グラム領域 1 0 9側の n型領域をソースとし、 対向する n型領域をドレイ ンとして用いることにより、 プログラム領域 1 0 9のビットを読み出すこ とができる。 To read the bit data in the right program area 109, apply the read voltage V g read to the gate 107, and Voltage V d read is applied between the source and the drain. The absolute value of the voltage at this time is lower than that at the time of programming, and is about V d read = 1.5 V and V g read = 3 V. At this time, if electrons are trapped in the right program area 109, a channel is not formed in the lower layer of the program area 109 due to the rise of the threshold due to this charge, and the source-drain area On the other hand, if no electrons are trapped in the program area 109, a channel is formed between the source and the drain to turn on. As described above, by using the n-type region on the program region 109 side as a source and using the opposing n-type region as a drain, the bits of the program region 109 can be read.
なお、 プログラム領域 1 0 9に電子がトラップされていても、 プロダラ ム時と同じ方向に電圧を印加した場合には、 ドレイン近傍の 1 0 9領域下 の空乏化によりソース Zドレイン間がオンするため、 この方向の読み出し 動作にプログラム領域 1 0 9の電荷トラップの有無は影響を与えない。 左側のプログラム領域 1 0 8へのプログラムおよびビットデ一夕の読み 出しも上記と逆の手法で同様に行うことができ、 上述したように、 左右の プログラム領域への電荷の注入はそれぞれ独立して行うことができ、 且つ 、 左右いずれか一方のプログラム領域に対する読み出し動作時に他方のプ ログラム領域の電荷トラップの有無は影響を与えないため、 この 1つのメ モリセル内の左右のプログラム領域にそれぞれ 1ビットずつのデータを記 録 ·読み出しすることができる。  Even if electrons are trapped in the program area 109, if a voltage is applied in the same direction as in the program, the source-Z drain turns on due to depletion below the 109 area near the drain. Therefore, the presence or absence of the charge trap in the program area 109 does not affect the read operation in this direction. The program to the left program area 108 and the reading of the bit data can be performed in the same manner in the reverse manner, and as described above, the charge injection to the left and right program areas is performed independently. And the presence or absence of charge trapping in the other program area during a read operation on either the left or right program area has no effect. Therefore, one bit is assigned to each of the left and right program areas in this one memory cell. Data can be recorded and read out at a time.
このように上記米国特許第 5 7 6 8 1 9 2号明細書に記載された不揮発 性半導体記憶装置は、 チャネルホットエレクトロンを用いて電荷トラップ 層に電子を注入するものである。 しかしながら、 チャネルホットエレクト ロンによる電荷の注入は、 ソース一ドレイン間をオンさせて、 すなわちソ —ス一ドレイン間に電流を流しつつその一部の電子を電荷トラップ層に注 入するものであるため、 注入効率が 1 0— 6程度と低効率であり、 内蔵の電 源回路の負担が大きく高速書き込みができないという問題点があった。 また、 このメモリの消去は、 電荷トラップ層の電荷を消去することによ つて行うが、 電荷を消去するとゲート電極から見た見かけのしきい値電圧 ' が低下する。 メモリの消去は、 セル毎に行うのではなく、 チップ全体また はブロック (一般的には 5 1 2ビット) 単位で行うようになっているが、 各メモリセルの特性にバラツキがあるため、 同時に消去処理をした場合、 電荷消去の進行にそれぞれバラツキが生じる。 このため、 負電荷の消去が 行き過ぎて正電荷がチャージされたメモリセルが発生してしまう場合があ り、 このようなメモリセルは、 しきい値が負になってデプレッション化し てしまい、 メモリセルが導通したままになってしまう (オーバーィレーズ ) という問題点があった。 Thus, the nonvolatile semiconductor memory device described in the above-mentioned US Pat. No. 5,768,192 injects electrons into the charge trapping layer using channel hot electrons. However, the injection of charge by the channel hot electron turns on between the source and drain, that is, injects some of the electrons into the charge trapping layer while flowing current between the source and drain. , the injection efficiency is 1 0 6 degree and low efficiency, internal electrodeposition There is a problem that the load on the source circuit is large and high-speed writing cannot be performed. This memory is erased by erasing the charge in the charge trapping layer. However, erasing the charge lowers the apparent threshold voltage as seen from the gate electrode. The memory is erased not for each cell but for the whole chip or block (generally 512 bits). However, since the characteristics of each memory cell vary, When the erasing process is performed, the progress of the charge erasure varies. As a result, there may be a case where memory cells are charged with positive charges due to excessive erasure of negative charges, and such memory cells are depleted due to a negative threshold voltage. However, there is a problem in that the continuity is maintained (over-erase).
本発明は、 上記課題を解決し、 書き込み効率を向上させるとともに、 ォ —バーィレーズが発生しない不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 を提供することを目的とする。 発明の開示  SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device that solves the above-mentioned problems, improves writing efficiency, and does not cause over-erasing, and a method of manufacturing the same. Disclosure of the invention
( 1 ) 本発明は、 表面付近に n型ゥエルが形成された半導体基板を用い、 前記 n型ゥエル表面に所定間隔を開けて形成された第 1および第 2の p 型領域と、  (1) The present invention uses a semiconductor substrate having an n-type well formed near the surface, and first and second p-type regions formed at predetermined intervals on the surface of the n-type well;
前記 n型ゥエル表面の前記第 1、 第 2の p型領域間の領域であるチヤネ ルの上方にトンネル酸化膜を介して形成された不導体の電荷トラップ層と 前記電荷トラップ層の上方に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、 を含むメモリセルであって、  A non-conductive charge trapping layer formed above a channel, which is a region between the first and second p-type regions on the surface of the n-type well, via a tunnel oxide film, and is insulated above the charge trapping layer. A gate electrode formed through a film, and a memory cell comprising:
前記電荷トラップ層の前記第 1の p型領域側の一部領域である第 1のプ ログラム領域、 または、 前記電荷トラップ層の前記第 2の p型領域側の一 部領域である第 2のプログラム領域に電荷をトラップすることよってプロ グラムが行われ、 A first program region that is a partial region of the charge trap layer on the first p-type region side, or a second program region that is a partial region of the charge trap layer on the second p-type region side By trapping charge in the program area, Grams are made,
前記第 1または第 2のプログラム領域の読み出しは、 当該プログラム領 域と反対側の P型領域に負電圧が印加されるとともに、 前記ゲー卜電極に 非プログラム時のしきい値電圧とプログラム時のしきい値電圧の間の電圧 である読出電圧が印加されることによって行われるメモリセル  In the reading of the first or second program area, a negative voltage is applied to a P-type area on the opposite side of the program area, and a threshold voltage during non-programming and a threshold voltage during programming are applied to the gate electrode. Memory cell performed by applying a read voltage that is a voltage between threshold voltages
を複数配列したことを特徴とする。  Are arranged in a plurality.
(2) また、 本発明は、 (1) の発明において、 前記第 1および第 2のプ ログラム領域をそれぞれ独立してプログラム/非プログラム状態にするこ とにより、 1つのメモリセルで 2ビットをプログラムすることを特徵とす る。  (2) Further, in the present invention according to (1), by setting the first and second program areas independently to a program / non-program state, two bits can be stored in one memory cell. Specializes in programming.
(3) また、 本発明は、 (1) の発明において、 前記第 1、 第 2の!)型領 域のうち、 一方の p型領域に負電圧を印加し、 前記ゲート電極に正電圧を 印加するとともに、 他方の p型領域を開放または接地状態にすることによ るバンド間トンネリング (B T B T : B a n d t o B a n d Tu n n e 1 i n g) で発生した電子による電荷注入 (B BHE注入: B a n d t o B a n d Ho t E l e c t r o n) によって、 前記負電圧を印 加した P型領域側のプログラム領域に電荷を注入することを特徴とする。  (3) The invention according to the invention (1), wherein the first and second! ) Type region, a negative voltage is applied to one of the p-type regions, a positive voltage is applied to the gate electrode, and the other p-type region is opened or grounded. BTBT: By the charge injection by the electrons generated in B and B and Tuning 1 ing (B BHE injection: B and H B Electron), the charge is applied to the program region on the P-type region side where the negative voltage is applied. Is injected.
(4) また、 本発明は、 (2) の発明において、 前記第 1、 第 2の p型領 域のうち、 一方の p型領域に書込負電圧を印加し、 前記ゲート電極に正電 圧を印加するとともに、 他方の p型領域を開放または接地状態にすること によるバンド間トンネリング (BTBT) で発生した電子による電荷注入 (BBHE注入) によって、 前記負電圧を印加した p型領域側のプロダラ ム領域に電荷を注入することを特徴とする。  (4) In the invention according to (2), a write negative voltage is applied to one of the first and second p-type regions, and a positive voltage is applied to the gate electrode. Voltage is applied and the other p-type region is opened or grounded, and charge injection (BBHE injection) by electrons generated by band-to-band tunneling (BTBT) causes the p-type region to which the negative voltage is applied. It is characterized by injecting charges into the program region.
(5) また、 本発明は、 (1) の発明において、 前記 n型ゥエルに正電圧 を印加するとともに、 前記ゲート電極に負電圧を印加することによるチヤ ネル全面 FN引き抜きによって、 前記第 1、 第 2のプログラム領域の電荷 を消去することを特徴とする。 ( 6 ) また、 本発明は、 (1 ) の発明において、 半導体基板を接地すると ともに、 前記 n型ゥエルに第 1の負電圧を印加し、 前記第 1、 第 2の p型 領域に前記第 1の負電圧よりも絶対値が大きい第 2の負電圧を印加し、 さ らに、 前記前記ゲート電極に前記第 2の負電圧よりも絶対値が大きい負の 高電圧を印加することによる基板ホットホール注入によって、 前記第 1、 第 2のプログラム領域の電荷を消去することを特徴とする。 (5) In the invention according to (1), a positive voltage is applied to the n-type well, and the entire channel FN is pulled out by applying a negative voltage to the gate electrode. It is characterized in that charges in the second program area are erased. (6) In the invention according to (1), the semiconductor substrate is grounded, a first negative voltage is applied to the n-type well, and the first and second p-type regions are applied to the first and second p-type regions. A substrate by applying a second negative voltage having an absolute value larger than the negative voltage of 1 and further applying a negative high voltage having an absolute value larger than the second negative voltage to the gate electrode. The charge in the first and second program regions is erased by hot hole injection.
( 7 ) また、 本発明は、 (1 ) の発明において、 前記複数のメモリセルを X (列) Y (行) のマトリクスに配列し、  (7) In the invention according to (1), the plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows).
X方向に配列されたメモリセルのゲ一ト電極となるヮード線を各行ごと に設け、  A lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row,
Y方向に配列されたメモリセルの前記第 1の p型領域が接続されるビッ ト線を各列毎に設けるとともに、 前記メモリセルの第 2の p型領域がプロ ック毎に接続されるソース線を設けたことを特徴とする。  A bit line to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected is provided for each column, and a second p-type region of the memory cell is connected to each block. A source line is provided.
前記複数のメモリセルを行列のマトリクスに配列し、 Arranging the plurality of memory cells in a matrix,
( 8 ) また、 本発明は、 (1 ) の発明において、 前記複数のメモリセルを X (列) Y (行) のマトリクスに配列し、  (8) In the invention according to (1), the plurality of memory cells are arranged in an X (column) Y (row) matrix.
X方向に配列されたメモリセルのゲート電極となるヮード線を各行ごと に設け、  A lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row,
Y方向に配列されたメモリセルの前記第 1の p型領域が接続される Y方 向の配線である第 1のカラム線、 および、 前記メモリセルの第 2の!)型領 域が接続される Y方向の配線である第 2のカラム線を各列毎に設けたこと を特徴とする。  A first column line which is a wiring in the Y direction to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected; 2) A second column line, which is a wiring in the Y direction to which the type region is connected, is provided for each column.
( 9 ) また、 本発明は、 (8 ) の発明において、 前記第 1および第 2の力 ラム線は、 それぞれ 1本の p型線状領域で形成され、 それぞれ前記メモリ セルの第 1および第 2の p型領域を兼ねていることを特徴とする。  (9) In the invention according to (8), the first and second power lines are each formed by one p-type linear region, and the first and second power lines are respectively formed by the first and second memory cells. It is characterized in that it also serves as a p-type region.
( 1 0 ) また、 本発明は、 (4 ) の発明において、 前記複数のメモリセル を X (列) Y (行) のマトリクスに配列し、 X方向に配列されたメモリセルのゲート電極となるヮード線を各行ごと に設け、 (10) In the invention according to (4), the plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows). A lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row,
Y方向に配列されたメモリセルの前記第 1の p型領域が接続される Y方 向の配線である第 1のカラム線、 および、 前記メモリセルの第 2の p型領 域が接続される Y方向の配線である第 2のカラム線を各列毎に設けたこと を特徴とする。  A first column line, which is a wiring in the Y direction, to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected, and a second p-type region of the memory cell, to which the first p-type region is connected A second column line, which is a wiring in the Y direction, is provided for each column.
(1 1) また、 本発明は、 (10) の発明において、 X方向に隣接する第 1のカラム線および第 2のカラム線を共通にしたことを特徴とする。 (11) The present invention is characterized in that, in the invention of (10), the first column line and the second column line adjacent in the X direction are shared.
(1 2) また、 本発明は、 (1 1) の発明において、 前記共通の第 1、 第 2のカラム線を p型線状領域で形成し、 前記メモリセルの p型領域を兼ね させたことを特徴とする。 (1 2) Further, according to the invention of (11), in the invention according to (11), the common first and second column lines are formed by p-type linear regions, and also serve as p-type regions of the memory cells. It is characterized by the following.
(1 3) また、 本発明は、 (10) の発明において、 前記第 1および第 2 のカラム線は、 それぞれ 1本の p型線状領域で形成され、 それぞれ前記メ モリセルの第 1および第 2の p型領域を兼ねていることを特徴とする。 (14) また、 本発明は、 (1 2) の発明において、 あるメモリセルの第 1または第 2のプログラム領域に電荷の注入を行うときに、 このメモリセ ルの電荷を注入するプログラム領域側の p型領域であるカラム線に書込負 電圧を印加し、 このメモリセルのゲート電極であるヮ一ド線に正電圧を印 加するとともに、 これらワード線およびカラム線を共有している (X方向 に隣接する) メモリセルの当該供給しているカラム線に対向するカラム線 に、 前記書込負電圧よりも絶対値の小さい負電圧である書込阻止電圧を印 加することを特徴とする。  (13) In the invention according to (10), the first and second column lines are each formed by one p-type linear region, and the first and second column lines are respectively formed by the first and second memory cells. It is characterized in that it also serves as a p-type region. (14) Further, according to the invention of (12), when the charge is injected into the first or second program area of a certain memory cell, the program area on the side of the program area into which the charge of the memory cell is injected is injected. A negative write voltage is applied to the column line that is the p-type region, a positive voltage is applied to the gate line that is the gate electrode of this memory cell, and these word lines and column lines are shared (X A write blocking voltage, which is a negative voltage having an absolute value smaller than the write negative voltage, is applied to a column line of the memory cell opposite to the supplied column line. .
(1 5) また、 本発明は、 半導体基板の n型ゥエルの表面にソース、 ドレ ィンおよびカラム線となる複数本の p型線状領域をストライプ状に形成し 、 その上層に電荷トラップ層となる ONO膜を形成するとともに、 さらに その上層にヮード線およびゲ一ト電極となる導電膜を前記 P型線状領域と 直交するようにストライプ状に形成したことを特徴とする。 (1 6) また、 本発明は、 (1 5) の発明において、 前記半導体基板の、 前記複数本の p型線状領域の間隙部に、 この p型線状領域に平行な溝を形 成し、 前記 ONO膜を、 この溝の壁面および底面に沿って形成したことを 特徴とする。 (15) Further, according to the present invention, a plurality of p-type linear regions serving as a source, a drain and a column line are formed in a stripe shape on the surface of an n-type well of a semiconductor substrate, and a charge trapping layer is formed thereon. And a conductive film serving as a lead wire and a gate electrode formed thereon in a stripe shape so as to be orthogonal to the P-type linear region. (16) In the invention according to (15), a groove parallel to the p-type linear region is formed in a gap between the plurality of p-type linear regions in the semiconductor substrate. The ONO film is formed along the wall and bottom of the groove.
(1 7) また、 本発明は、 (1 5) の発明において、 前記半導体基板に、 Y方向に、 前記 P型線状領域の幅の底部を有し、 前記チャネル領域分の深 さを有する溝を前記 P型線状領域の幅の上面部を挟んで複数形成し、 前記 P型線状領域を前記溝の底部および前記上面部に形成し、 前記 ON 0膜を 、 この溝の壁面および底面に沿って形成したことを特徴とする。  (17) In the invention according to (15), the semiconductor substrate has a bottom portion having a width of the P-type linear region in the Y direction and a depth corresponding to the channel region in the Y direction. A plurality of grooves are formed sandwiching the upper surface of the width of the P-type linear region, and the P-type linear regions are formed at the bottom and the upper surface of the groove. It is characterized by being formed along the bottom surface.
(1 8) また、 本発明は、 (1 5) の発明において、 前記 p型線状領域お よび前記導電膜の一方または両方にシリサイド膜を形成したことを特徴と する。  (18) In the invention according to (15), a silicide film is formed on one or both of the p-type linear region and the conductive film.
( 1 9) また、 本発明は、 半導体基板表面に形成され、 X (列) , Y (行 ) のマトリクス状に配列された複数の島状の P型領域群と、  (19) The present invention also provides a plurality of island-shaped P-type regions formed on a semiconductor substrate surface and arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows),
前記半導体基板上に形成された ONO (Ox i d e— N i t r i d e— Ox i d e) 膜と、  An ONO (Oxide—Nitride—Oxide) film formed on the semiconductor substrate;
前記 ONO膜上に、 前記マ卜リクス状に配列された p型領域群の X方向 の間隙にストライプ状に形成された複数のヮ一ド線と、  On the ONO film, a plurality of grid lines formed in stripes in gaps in the X direction of the p-type region groups arranged in matrix,
前記ワード線のさらに上層に、 前記マトリクス状に配列された p型領域 群の X方向のピッチと同一のピッチでス卜ライプ状に形成された複数の力 ラム線と、  A plurality of power lines formed in a stripe shape at the same pitch as the pitch in the X direction of the p-type region group arranged in the matrix further above the word lines,
前記カラム線とヮ一ド線の間の層を経由して、 前記マトリクス状に配列 された P型領域を X方向に 2つずつ接続する局所配線であって、 各列にお いて、 Y方向に配列されている各 p型領域の接続方向が左右交互になって いる局所配線と、  A local wiring connecting two P-type regions arranged in a matrix in the X direction via a layer between the column line and the ground line, and in each column, in the Y direction Local wiring in which the connection direction of each p-type region arranged in
を有し、  Has,
各局所配線を、 その上層に形成されているカラム線に各々ビアホールを 介して接続したことを特徴とする。 A via hole is formed in each local wiring and a column line formed in the upper layer. Characterized by being connected via
(20) また、 本発明は、 (1 9) に記載の不揮発性半導体記憶装置を製 造する方法であって、  (20) Further, the present invention provides a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to (19),
半導体基板表面において、 前記!)型領域群が形成されるべきマトリクス 領域群の Y方向の間隙であるストライプ状の領域に素子間を電気的に分離 するトレンチ絶縁膜を形成し、 前記 ONO膜を形成し、 前記ワード線をメ タル層で形成したのち、 前記 P型領域を前記ヮード線によるセルファライ ンのイオン注入で形成することを特徴とする。  On the surface of the semiconductor substrate, Forming a trench insulating film for electrically isolating elements from each other in a stripe-shaped region that is a gap in the Y direction of the matrix region group where the group of regions is to be formed, forming the ONO film, and forming the word line. After being formed of a metal layer, the P-type region is formed by ion implantation of self-alignment using the lead line.
(2 1) また、 本発明は、 半導体基板表面に形成された複数の p型領域お よびトレンチ絶縁膜であって、 縦方向 (Y方向) および横方向 (X方向) に、 それぞれが交互になるように組み合わせられて格子状に配列されてい る横長矩形の P型領域および縦長矩形のトレンチ絶縁膜と、  (21) The present invention also provides a plurality of p-type regions and trench insulating films formed on the surface of a semiconductor substrate, wherein the p-type regions and the trench insulating films are alternately arranged in a vertical direction (Y direction) and a horizontal direction (X direction). A horizontal rectangular P-type region and a vertical rectangular trench insulating film, which are arranged in a lattice by combining
前記半導体基板上に形成された〇N O膜と、  A 〇N O film formed on the semiconductor substrate,
前記 ON〇膜上に、 前記配列された p型領域の X方向の間隙にストライ プ状に形成された複数のヮード線と、  A plurality of stripes formed on the ON film in stripes in gaps in the X direction of the arranged p-type regions;
前記ヮード線のさらに上層に、 前記配列された p型領域の上方にこの p 型領域の X方向のピッチの半分のピッチでストライプ状に形成された複数 のカラム線と、  A plurality of column lines formed in a stripe shape above the arrayed p-type regions at a pitch of half the X-direction pitch of the p-type regions above the arranged p-type regions;
各カラム線をその下方に形成されている p型領域にコンタクトホールを 介して接続したことを特徴とする。  Each column line is connected to a p-type region formed therebelow via a contact hole.
(22) また、 本発明は、 (2 1) に記載の不揮発性半導体記憶装置を製 造する方法であって、 半導体基板表面に前記トレンチ絶縁膜を形成し、 そ の上層に前記 ONO膜を形成し、 前記ヮード線をメタル層で形成したのち 、 前記 p型領域を前記ヮード線によるセルファラインのイオン注入で形成 することを特徴とする。  (22) Further, the present invention is the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to (21), wherein the trench insulating film is formed on a semiconductor substrate surface, and the ONO film is formed thereon. And forming the p-type region with a metal layer, and then forming the p-type region by ion implantation of a self-aligned line using the p-type line.
(23) また、 本発明は、 半導体基板の上層に形成された ONO膜と、 前記 ON〇膜の上層に X方向に形成された複数のヮ一ド線と、 前記ヮ一ド線のさらに上層に Y方向に形成された複数対の左側カラム線 および右側カラム線と、 (23) Further, the present invention provides an ONO film formed on an upper layer of a semiconductor substrate, and a plurality of ground lines formed in an X direction on an upper layer of the ON film, A plurality of pairs of left column lines and right column lines formed in the Y direction further above the lead line;
前記半導体基板表面に、 前記左側カラム線の下層領域に所定間隔で形成 された複数の左側 Ρ型領域、 および、 前記右側カラム線の下層領域に所定 間隔で形成された複数の右側 ρ型領域と、 を有し、  On the surface of the semiconductor substrate, a plurality of left Ρ-type regions formed at predetermined intervals in a lower region of the left column line, and a plurality of right ρ-type regions formed at predetermined intervals in a lower region of the right column line. , And
さらに、 前記半導体基板表面に、 1つの左側 ρ型領域を、 1本のワード 線の下層領域であるチャネル領域を挟んで斜めに対向する 1つの右側 ρ型 領域に対応づける絶縁領域を形成したことを特徴とする。  Further, an insulating region is formed on the surface of the semiconductor substrate, which associates one left ρ-type region with one right ρ-type region obliquely opposed to a channel region, which is a lower layer region of one word line. It is characterized by.
( 2 4 ) また、 本発明は、 半導体基板の表面付近に形成された η型ゥエル 表面に所定間隔を開けて形成されたソースおよびドレインと、 前記 η型ゥ エル表面の前記ソース、 ドレイン間の領域であるチャネルの上方にトンネ ル酸化膜を介して形成された不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラッ プ層の上方に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、 を含む Ρチャネル セルと、  (24) Further, the present invention provides a semiconductor device, comprising: a source and a drain formed at predetermined intervals on a surface of an η-type well formed near a surface of a semiconductor substrate; A non-conductive charge trapping layer formed above a channel as a region via a tunnel oxide film, and a gate electrode formed above the charge trapping layer via an insulating film. When,
半導体基板の表面付近に形成された ρ型ゥエル表面に所定間隔を開けて 形成されたソースおよびドレインと、 前記 ρ型ゥエル表面の前記ソース、 ドレイン間の領域であるチャネルの上方にトンネル酸化膜を介して形成さ れた不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラップ層の上方に絶縁膜を介 して形成されたゲート電極と、 を含む Νチャネルセルと、  A source and a drain formed at predetermined intervals on the surface of the ρ-type layer formed near the surface of the semiconductor substrate; and a tunnel oxide film above a channel which is a region between the source and the drain on the surface of the ρ-type well. A channel cell comprising: a non-conductive charge trap layer formed through the gate electrode; and a gate electrode formed above the charge trap layer via an insulating film.
を同一の半導体基板上に隣接して形成形成し、 互いのドレインおよびゲ 一卜を共通に接続したことを特徴とする。  Are formed adjacently on the same semiconductor substrate, and their drains and gates are commonly connected.
( 2 5 ) また、 本発明は、 半導体基板の表面付近に形成された η型ゥエル 表面に所定間隔を開けて形成された第 1および第 2の ρ型領域と、 前記 η 型ゥエル表面の前記第 1、 第 2の ρ型領域間の領域であるチャネルの上方 にトンネル酸化膜を介して形成された不導体の電荷トラップ層と、 前記電 荷トラップ層の上方に絶縁膜を介して形成されたゲ一ト電極と、 を含む Ρ チャネルセルを、 複数配列した Ρチャネルアレイ領域と、 半導体基板の表面付近に形成された P型ゥエル表面に所定間隔を開けて 形成された第 1および第 2の n型領域と、 前記 p型ゥエル表面の前記第 1 、 第 2の n型領域間の領域であるチャネルの上方にトンネル酸化膜を介し て形成された不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラップ層の上方に絶 縁膜を介して形成されたゲート電極と、 を含む Nチャネルセルを、 複数配 列した Nチャネルアレイ領域と、 (25) The present invention further provides a first and second ρ-type region formed at predetermined intervals on a surface of an η-type well formed near a surface of a semiconductor substrate; A non-conductive charge trap layer formed above a channel, which is a region between the first and second ρ-type regions, via a tunnel oxide film; and a non-conductive charge trap layer formed above the charge trap layer via an insulating film. Ρ a channel array region in which a plurality of channel cells including First and second n-type regions formed at predetermined intervals on a P-type well surface formed near the surface of a semiconductor substrate; and between the first and second n-type regions on the p-type well surface An N-channel cell including: a nonconductive charge trapping layer formed above a channel, which is a region of the above, via a tunnel oxide film; and a gate electrode formed above the charge trapping layer via an insulating film. A plurality of N-channel array regions,
を同一の半導体基板上に形成したことを特徴とする。 本発明では、 電荷トラップ層に電荷 (負電荷) が卜ラップされることに より、 ゲート電極から見たしきい値電圧が変化することによって、 ビット データが記憶される。 pチャネルであるため、 しきい値電圧は負電圧に設 定され、 ゲ一ト電極にしきい値よりも絶対値が大きい負電圧が印加される と第 1、 第 2の p型領域間にチャネルが形成されて導通する。 なお、 第 1 、 第 2の p型領域は、 いずれか一方がソースとして機能し、 他方がドレイ ンとして機能するが、 その機能が固定されておらず、 印加される電圧条件 によってその機能が交代する。 電荷トラップ層に負電荷がトラップされる と、 その負電荷によって生じる負の電位により、 ゲート電極に低い負電圧 を印加しても第 1、 第 2の p型領域間が導通し、 見かけ上しきい値電圧 ( 絶対値) が低下する。  Are formed on the same semiconductor substrate. In the present invention, bit data is stored by trapping charges (negative charges) in the charge trapping layer, thereby changing the threshold voltage as viewed from the gate electrode. Since it is a p-channel, the threshold voltage is set to a negative voltage, and when a negative voltage whose absolute value is larger than the threshold is applied to the gate electrode, the channel between the first and second p-type regions Are formed to conduct. One of the first and second p-type regions functions as a source and the other functions as a drain, but the function is not fixed, and the function alternates depending on the applied voltage condition. I do. When a negative charge is trapped in the charge trapping layer, the negative potential generated by the negative charge causes conduction between the first and second p-type regions even when a low negative voltage is applied to the gate electrode. The threshold voltage (absolute value) decreases.
書き込みは、 消去と異なり、 1ビットずつ行われるため、 セルの特性に バラツキがあっても電荷のトラップの程度をべリファイしながらしきい値 が一定の電位になるまで電荷を注入することができる。 このため、 各ビッ トセルのしきい値のバラツキを少なくすることができ、 電荷をトラップし すぎてメモリセルのしきい値が正になつてデプレッション化することを防 止することができる。 そして、 逆にチップ全体またはブロック単位で行わ れる消去で見かけのしきい値が負方向に上昇するため、 nチャネルフラッ シュメモリのように、 過消去によってメモリセルがデプレッシヨン化して しまうことがない。 Since writing is performed one bit at a time unlike erasing, charges can be injected until the threshold reaches a certain potential while verifying the degree of charge trapping even if the cell characteristics vary. . For this reason, variation in the threshold value of each bit cell can be reduced, and it is possible to prevent the threshold value of the memory cell from becoming too positive due to excessive charge trapping and depletion. Conversely, the apparent threshold value rises in the negative direction by erasing performed for the entire chip or for each block, so that over-erasing causes memory cells to become depressed, as in n-channel flash memory. There is no end.
本発明では、 電荷トラップ層として導電性のない膜を用いる。 一般的に は比較的誘電率の高いシリコン窒化膜を用いる。 不導体であるため、 トラ ップされた電荷は移動せずトラップされた位置に留まる。 一般のメモリセ ルにおいては、 電荷のトラップは、 ソースやドレイン近傍から行われ、 本 発明のメモリセルにおいてもたとえば上述した B BHE注入 (バンド間ト ンネリングで発生した電子 (B a n d t o B a nd Ho t E 1 e c t r o n) による電荷注入) によって電荷トラップ層の両端部の第 1、 第 2のプログラム領域に電荷がトラップされる。  In the present invention, a non-conductive film is used as the charge trapping layer. Generally, a silicon nitride film having a relatively high dielectric constant is used. Because it is a nonconductor, the trapped charge does not move and remains at the trapped position. In a general memory cell, charge trapping is performed from the vicinity of the source and the drain. In the memory cell of the present invention, for example, the above-described BBHE injection (electrons generated by interband tunneling (Bandto Band Hot The charge is trapped in the first and second program regions at both ends of the charge trapping layer by charge injection by E 1 ectron).
第 1、 第 2の電荷トラップ層への電荷のトラップは、 独立して行うこと ができ、 その読み出しも読み出し方向を反転して独立して行うことができ るため、 これによつて、 1セルで 2ビットのデータの記憶が可能となる。 また、 本発明では、 BBHE注入で電荷トラップ層へ電荷を注入する。 BBHE注入は、 ゲート ドレイン間に電流を流さず p型領域 (ゲートま たはドレイン) に高い負電圧を印加することによって電子を生じさせ、 こ れを高電界によってホットエレクトロン化させ、 これをゲ一ト電極の正電 圧によって電荷トラップ層へ注入するものである。 このように、 ソース ドレイン間にチャネル電流が流れないため、 図 4に示すように、 チャネル ホットエレクトロン注入にくらベて 3桁程度効率がよく、 同じ能力の内部 電源の高電圧発生回路を用いて 3桁多いセルを同時にプログラムすること ができ、 等価的に 3桁高速の書き込みを実現することができる。  The trapping of charges into the first and second charge trapping layers can be performed independently, and the reading can be performed independently by reversing the reading direction. With this, 2-bit data can be stored. Also, in the present invention, charge is injected into the charge trapping layer by BBHE injection. In BBHE injection, electrons are generated by applying a high negative voltage to the p-type region (gate or drain) without flowing a current between the gate and drain, and the electrons are turned into hot electrons by a high electric field. It is injected into the charge trapping layer by the positive voltage of the first electrode. In this way, since no channel current flows between the source and drain, as shown in Fig. 4, it is about three orders of magnitude more efficient than channel hot electron injection and uses a high-voltage generation circuit with an internal power supply of the same capacity. Cells that are three orders of magnitude larger can be programmed at the same time, and equivalently, three orders of magnitude faster writing can be achieved.
本発明のメモリセルは、 1 トランジスタで構成されるため、 NOR接続 、 コンタクトレス接続、 バーチャル ·グラウンド ·アレイ接続など種々の 接続形態を簡略な構成で実現することができる。 なお、 上記実施形態にお いて、 (8) が NOR接続に係る発明であり、 (8) および (10) がコ ン夕クトレス接続に係る発明であり、 (1 2) がバーチャル ' グラウンド •アレイに係る発明である。 なお、 N O R接続にする場合には、 ビット線としてメタル配線膜を用い 、 各メモリセルの第 1の p型領域 (ドレイン) とコンタクトプラグで接続 するようにしてもよい。 Since the memory cell of the present invention is composed of one transistor, various connection forms such as NOR connection, contactless connection, virtual ground array connection, etc. can be realized with a simple configuration. In the above embodiment, (8) is an invention relating to NOR connection, (8) and (10) are inventions relating to connectionless connection, and (12) is a virtual 'ground array'. It is the invention which concerns on. In the case of NOR connection, a metal wiring film may be used as a bit line, and the first p-type region (drain) of each memory cell may be connected by a contact plug.
ま,;、 本発明では、 バーチャル · グラウンド · アレイ接続の場合に、 Y 方向 1列に配列されたメモリセル列の P型領域を 1本の p型線状領域で形 成し、 拡散層配線としてカラム線 (ビット線) と併用しているため、 より 構成を簡略化させることができる。 このように、 線状 p型領域をカラム線 として用いる場合であっても、 上層にメタルのカラム線を形成しておき、 所定間隔 (たとえば 6 4セル) 毎にこのメタル配線から前記線状 p型領域 の拡散層配線へコンタクトを下ろして導電性を確保するようにしてもよい バーチャル · グラウンド ·アレイ接続で書き込みを行う場合、 書き込み を行う目的のメモリセルの書込負電圧を印加するカラム線 (P型領域) は 、 この目的のメモリセルと X方向に隣接する隣のメモリセルと共通である 。 そしてこの隣のメモリセルは前記目的のメモリセルとワード線も共通で あるため、 この隣のメモリセルの p型領域付近の電圧条件も書込条件とな り、 このままでは、 目的のメモリセルと同様に隣のメモリセルにも書き込 みが行われてしまう。 そこで、 ( 1 4 ) の発明では、 この隣のメモリセル おいて、 目的のメモリセルと共有の P型領域に対向する p型領域 (カラム 線) に対して書込電圧よりも絶対値が小さい負電圧である書込阻止電圧を 印加する。 書込阻止電圧を印加することにより、 隣のメモリセルでは、 左 右の P型領域による空乏層が干渉して!)型領域の境界付近の強電界が緩和 される。 これにより、 非選択である隣のメモリセルでは B B H Eが発生せ ず書込が行われない。  According to the present invention, in the case of the virtual ground array connection, the P-type region of the memory cell column arranged in one column in the Y direction is formed by one p-type linear region, and the diffusion layer wiring is formed. The configuration can be further simplified because it is used together with a column line (bit line). As described above, even when a linear p-type region is used as a column line, a metal column line is formed in the upper layer, and the linear p-type region is separated from the metal wiring at predetermined intervals (for example, 64 cells). The conductivity may be ensured by lowering the contact to the diffusion layer wiring in the mold region.When writing is performed with the virtual ground array connection, the column line to which the negative voltage of the memory cell to be written is applied The (P-type region) is common to the target memory cell and an adjacent memory cell adjacent in the X direction. Since the adjacent memory cell also has the same word line as the target memory cell, the voltage condition near the p-type region of the adjacent memory cell is also a write condition. Similarly, writing is performed on the adjacent memory cell. Therefore, in the invention of (14), in the next memory cell, the absolute value of the write voltage is smaller than that of the p-type region (column line) facing the P-type region shared with the target memory cell. Apply a negative voltage, write inhibit voltage. By applying the write inhibit voltage, the depletion layer of the left and right P-type regions interferes in the adjacent memory cell! The strong electric field near the boundary of the) type region is alleviated. As a result, BB HE does not occur in the unselected adjacent memory cell, and writing is not performed.
本発明では、 半導体基板の n型ゥエルの表面に形成したストライプ状の P型線状領域と、 これに直交する O N O膜および導電膜でメモリセルァレ ィを構成した。 P型線状領域は、 各メモリセルの第 1, 第 2の p型領域お よびカラム線を兼ねている。 また、 導電膜は各メモリセルのゲート電極お よびワード線を兼ねている。 さらに、 ONO膜は、 各メモリセルの電荷ト ラップ層などとして機能するとともに、 p型線状領域上では層間絶縁膜と しても機能する。 この構成により、 簡略な構成且つ簡略な製造プロセスで メモリセルアレイを製造することが可能になる。 In the present invention, a memory cell array is formed by a stripe-shaped P-type linear region formed on the surface of an n-type well of a semiconductor substrate, and an ONO film and a conductive film perpendicular to the region. The P-type linear region is composed of the first and second p-type regions of each memory cell. And column line. The conductive film also serves as a gate electrode and a word line of each memory cell. Further, the ONO film functions as a charge trapping layer for each memory cell, and also functions as an interlayer insulating film on the p-type linear region. With this configuration, a memory cell array can be manufactured with a simple configuration and a simple manufacturing process.
本発明では、 上記構成のメモリセルアレイにおいて、 p型線状領域の間 隙部、 すなわちチャネル領域に溝 (トレンチ) を形成し、 この溝の壁面、 底面に沿って ONO膜を形成するようにした。 これにより、 チャネルが溝 に沿って形成されるため、 p型線状領域の間隔を狭めて X方向に平面的に 高集積化しても、 十分なチャネル長を確保することができる。  According to the present invention, in the memory cell array having the above-described configuration, a groove (trench) is formed in a gap between p-type linear regions, that is, a channel region, and an ONO film is formed along a wall surface and a bottom surface of the groove. . As a result, since the channel is formed along the groove, a sufficient channel length can be ensured even if the interval between the p-type linear regions is reduced and the integration is planarly increased in the X direction.
本発明では、 前記カラム線となる p型線状領域および前記ヮード線とな る導電膜の一方または両方にシリサイド膜を形成した。 これにより、 カラ ム線、 ワード線を低抵抗化することができ、 データの読み出しを高速化す ることができる。 図面の簡単な説明  In the present invention, a silicide film is formed on one or both of the p-type linear region serving as the column line and the conductive film serving as the lead line. As a result, the resistance of the column line and the word line can be reduced, and the speed of data reading can be increased. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 第 1の実施形態である pチャネル MONO Sメモリセルの基本 的な構造を示す図である。 図 2は、 同 pチャネル MONOSメモリセルの プロセスされた形状の一例を示す図である。 図 3は、 同 pチャネル MON OSメモリセルにおける BBHE注入による書込動作を説明する図である 。 図 4は、 同 BBHE注入と従来の書き込み方式の効率を比較する図であ る。 図 5は、 同 pチャネル MONOSメモリセルのプログラム時 /アンプ ログラム時のしきい値の分布を示す図である。 図 6は、 同 pチャネル M〇 NOSメモリセルにおける読出動作を説明する図である。 図 7は、 同 pチ ャネル MONOSメモリセルにおける消去動作を説明する図である。 図 8 は、 同 pチャネル MONOSメモリセルにおける書き込み、 読み出し、 消 去時の電圧印加条件を説明する図である。 図 9は、 同 pチャネル MONO Sメモリセルを用いた VGA型メモリセルアレイの構造を示す図である。 図 10は、 同 VGA型メモリセルアレイの等価回路および書き込み時の電 圧印加方式を示す図である。 図 1 1は、 同 VGA型メモリセルアレイの書 き込み時の電圧印加方式および空乏層の形成状態を示す図である。 図 1 2 は、 同 VGA型メモリセルアレイの書き込み時の電圧印加方式の他の実施 形態を示す図である。 図 1 3は、 同 VGA型メモリセルアレイの読み出し 時の電圧印加方式を示す図である。 図 14は、 前記 pチャネル MONOS メモリセルを用いた VGA型メモリセルアレイの構造を示す図である。 図 1 5は、 同 VGA型メモリセルアレイの垂直構造を示す断面図である。 図 1 6は、 前記 pチャネル MONO Sメモリセルを用いた他の VGA型メモ リセルアレイの構造を示す図である。 図 1 7は、 同他の VGA型メモリセ ルアレイの垂直構造を示す断面図である。 図 1 8は、 同 NOR型メモリセ ルアレイの等価回路を示す図である。 図 1 9は、 前記 pチャネル MONO Sメモリセルを用いた完全分離型メモリセルァレイの構造を示す図である 。 図 20は、 同完全分離型メモリセルアレイの等価回路を示す図である。 図 2 1は、 前記完全分離型メモリセルアレイをコンタクトレス化した場合 の P型線状領域の構造を示す図である。 図 22は、 本発明の他の実施形態 である Pチャネル MONO Sメモリセルアレイの構造図である。 図 23は 、 本発明の他の実施形態である pチャネル MONO Sメモリセルアレイの 構造図である。 図 24は、 本発明の他の実施形態である pチャネル MON OSメモリセルアレイの構造図である。 図 25は、 本発明の実施形態であ る Pチャネル MONOSメモリチップのブロック図である。 図 26は、 本 発明の実施形態である CMOS論理回路の構造図である。 図 27は、 本発 明の実施形態であるメモリセルアレイの構成図である。 図 28は、 従来の nチャネル MONOSメモリセルの構造を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 FIG. 1 is a diagram showing a basic structure of a p-channel MONOS memory cell according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an example of the processed shape of the p-channel MONOS memory cell. FIG. 3 is a diagram illustrating a write operation by BBHE injection in the same p-channel MON OS memory cell. Figure 4 compares the efficiency of the BBHE injection and the conventional writing method. FIG. 5 is a diagram showing a distribution of threshold values during programming / amplifying of the p-channel MONOS memory cell. FIG. 6 is a diagram illustrating a read operation in the p-channel M〇NOS memory cell. FIG. 7 is a diagram illustrating an erase operation in the p-channel MONOS memory cell. FIG. 8 is a diagram illustrating voltage application conditions during writing, reading, and erasing in the same p-channel MONOS memory cell. Figure 9 shows the same p-channel MONO FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a VGA type memory cell array using S memory cells. FIG. 10 is a diagram showing an equivalent circuit of the VGA type memory cell array and a voltage application method at the time of writing. FIG. 11 is a diagram showing a voltage application method and a depletion layer formation state at the time of writing in the VGA type memory cell array. FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the voltage application method at the time of writing in the VGA type memory cell array. FIG. 13 is a diagram showing a voltage application method at the time of reading of the VGA type memory cell array. FIG. 14 is a diagram showing a structure of a VGA type memory cell array using the p-channel MONOS memory cell. FIG. 15 is a sectional view showing a vertical structure of the VGA type memory cell array. FIG. 16 is a diagram showing the structure of another VGA type memory cell array using the p-channel MONOS memory cell. FIG. 17 is a cross-sectional view showing the vertical structure of another VGA type memory cell array. FIG. 18 is a diagram showing an equivalent circuit of the same NOR type memory cell array. FIG. 19 is a diagram showing the structure of a completely isolated memory cell array using the p-channel MONOS memory cells. FIG. 20 is a diagram showing an equivalent circuit of the completely separated memory cell array. FIG. 21 is a diagram showing a structure of a P-type linear region when the complete isolation type memory cell array is made contactless. FIG. 22 is a structural diagram of a P-channel MONOS memory cell array according to another embodiment of the present invention. FIG. 23 is a structural diagram of a p-channel MONOS memory cell array according to another embodiment of the present invention. FIG. 24 is a structural diagram of a p-channel MON OS memory cell array according to another embodiment of the present invention. FIG. 25 is a block diagram of a P-channel MONOS memory chip according to an embodiment of the present invention. FIG. 26 is a structural diagram of a CMOS logic circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 27 is a configuration diagram of the memory cell array according to the embodiment of the present invention. FIG. 28 is a diagram showing the structure of a conventional n-channel MONOS memory cell. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図 1は本発明の実施形態である Pチヤンネル MONO Sメモリセルの構 造図である。 このメモリセルは、 p型半導体基板 1 1に形成された n型ゥ エル 1 2と、 この n型ゥエル 1 2の表面付近に所定の間隔を開けて形成さ れた p型領域 1 3、 14を有している。 このメモリセルの動作時 (読出時 ) において、 p型領域 1 3、 14は、 一方がソースとして機能し、 他方が ドレインとして機能するが、 後述するように、 このメモリセルはビットデ 一夕を書き込むプログラム領域を左右 2つ有するため、 そのいずれを読み 出すかによりどちらがソースまたはドレインの機能を担当するかは交代す る。  FIG. 1 is a structural diagram of a P-channel MONOS memory cell according to an embodiment of the present invention. The memory cell includes an n-type well 12 formed on a p-type semiconductor substrate 11 and p-type regions 13 and 14 formed at predetermined intervals near the surface of the n-type well 12. have. During operation of the memory cell (during reading), one of the p-type regions 13 and 14 functions as a source and the other functions as a drain, but as described later, this memory cell writes bit data Since there are two program areas on the left and right, the one that takes charge of the source or drain function changes depending on which one is read.
n型ゥエル 1 2内の前記 2つの p型領域 1 3、 14の間に位置する領域 がチャネル領域 20である。 このチャネル領域 20の上方にこのチャネル 領域 20を覆うように 3層の ON〇膜およびゲート電極 1 8が形成されて いる。 ONO膜は、 酸化シリコンからなるトンネル酸化膜 1 5、 窒化シリ コンからなり、 注入された電荷 (電子) を蓄積する電荷トラップ層 1 6、 および、 酸化シリコンからなる絶縁膜 1 7からなつている。 これら 3層の 膜厚はそれぞれ 5〜8 nm程度である。 また、 ゲート電極 1 8は、 ポリシ リコンで構成されている。  A region located between the two p-type regions 13 and 14 in the n-type well 12 is a channel region 20. Above the channel region 20, a three-layered ON film and a gate electrode 18 are formed so as to cover the channel region 20. The ONO film consists of a tunnel oxide film 15 made of silicon oxide, a charge trap layer 16 made of silicon nitride and accumulating injected charges (electrons), and an insulating film 17 made of silicon oxide. . The thickness of each of these three layers is about 5 to 8 nm. Further, the gate electrode 18 is made of polysilicon.
なお、 この構成のメモリセルでメモリセルァレイを構成する場合には、 X方向のメモリセルのゲート電極 1 8を一体に形成してワード線を兼ねさ せ、 たとえば図 2や図 9 (B) のような構成になる。  When a memory cell array is configured with the memory cells having this configuration, the gate electrode 18 of the memory cell in the X direction is formed integrally so that the memory cell array also functions as a word line. ).
以上の構造の Pチャネル MONO Sメモリセルの動作について説明する 。 MONO Sメモリセルでは、 電荷トラップ層 16として窒化膜を用いて いるが、 窒化膜は電気伝導性が低いため、 トラップされた電荷が膜内で移 動せず卜ラップされた位置に留まる。  The operation of the P-channel MONOS memory cell having the above structure will be described. In the MONOS memory cell, a nitride film is used as the charge trapping layer 16. However, since the nitride film has low electric conductivity, trapped charges do not move in the film and remain at the trapped position.
また、 電荷トラップ層 16への電荷 (電子) の注入 (書き込み: プログ ラム) は、 ゲート電極 18と一方の p型領域 1 3または 14の間に正負の 高電圧を印加することによる BBHE注入で行うため、 電子は、 p型領域 13または 14付近から電荷トラップ層 1 6に注入され、 電荷トラップ層 16内の左側プログラム領域 1 6 Lまたは右側プログラム領域 16 Rにト ラップされ、 トラップされた電荷は反対側に移動しない。 Injection (writing: program) of charges (electrons) into the charge trapping layer 16 is performed between the gate electrode 18 and one of the p-type regions 13 or 14. Since the BBHE injection is performed by applying a high voltage, electrons are injected into the charge trap layer 16 from the vicinity of the p-type region 13 or 14, and the left program region 16 L or the right program region 16 in the charge trap layer 16 is injected. The trapped charge in R does not move to the opposite side.
すなわち、 書き込み時にどちらの p型領域 1 3、 14に負の高電圧を印 加するかによって、 左右どちらのプログラム領域 16 L, Rに書き込みを 行うかを選択することができる。 また、 読み出し時には (後述するように ) 、 p型領域 13、 14のどちらをソ一スノドレインとして機能させるか によって、 左右どちらのプログラム領域 1 6 L, Rを読み出すかを選択す ることができる。  That is, it is possible to select which of the left and right program areas 16L, R to perform writing, depending on which of the p-type areas 13, 14 is to be applied with a negative high voltage at the time of writing. At the time of reading (as will be described later), it is possible to select which of the left and right program areas 16 L and R to read depending on which of the p-type regions 13 and 14 functions as a source drain.
したがって、 左右のプログラム領域 16 L, Rは、 それぞれ独立したプ ログラム領域として機能し, これによつて、 この Pチャネル MONOSメ モリセルでは 1つのメモリセルで 2ビットのデ一夕を記憶することが可能 である。  Therefore, the left and right program areas 16L and 16R function as independent program areas, and this P-channel MONOS memory cell can store two bits of data in one memory cell. It is possible.
以下、 この書き込みおよび読み出し動作について詳細に説明する。 ここ では、 左側プログラム領域 16 Lへの書き込みおよび読み出し動作につい て説明する。  Hereinafter, the write and read operations will be described in detail. Here, write and read operations to the left program area 16L will be described.
電荷トラップ層 1 6への電荷の注入は、 ゲート電極 18に正の高電圧 ( Vgw) を印加するとともに p型領域 1 3に負の高電圧 (Vdw) を印加 したときに生じる空乏層の高電界を利用したバンド間トンネリングによる ホットエレクトロン (BBHE:Band- to- Band tunneling induced Hot  The charge injection into the charge trapping layer 16 is performed by applying a high positive voltage (Vgw) to the gate electrode 18 and a high depletion layer generated when a high negative voltage (Vdw) is applied to the p-type region 13. Band-to-Band Tunneling induced Hot Electron (BBHE)
Electron) 注入で行う。 このときドレイン 14は開放または接地状態にし 、 半導体基板 1 1は接地する。 § は1 0 程度、 Vdwは一 5〜― 8 V程度が好適である。 Electron) injection. At this time, the drain 14 is opened or grounded, and the semiconductor substrate 11 is grounded. § is preferably about 10 and Vdw is preferably about 15 to -8 V.
この電位配置にすることにより、 図 3に示すように p型領域 1 3と n型 ゥエル 1 1との接合面に空乏層の領域 2 1が発生するとともに、 p型領域 1 3内でバンド間トンネリング (BTBT) によるエレクトロン (電子) Zホールペアが生成される。 この電子が、 空乏層領域 2 1の強電界によつ て加速され高工ネルギを持ったホットエレクトロンとなる。 その一部がゲ ート電極 18に印加された正電圧に吸引されて、 トンネル酸化膜 1 5を乗 り越えて電荷トラップ層 16に注入される。 With this potential arrangement, as shown in FIG. 3, a depletion layer region 21 is generated at the junction between the p-type region 13 and the n-type well 11, and the band Electrons by tunneling (BTBT) A Z-hole pair is generated. These electrons are accelerated by the strong electric field in the depletion layer region 21 and become hot electrons with high energy. A part thereof is attracted by the positive voltage applied to the gate electrode 18 and is injected into the charge trap layer 16 over the tunnel oxide film 15.
この電荷の注入は、 p型領域 1 3 14間すなわちソース Zドレイン間 がオフしている状態で行われるため、 Vdwとして適当な電圧 (一 5V前 後) を印加することにより、 図 4 (A) に示すように、 1 0— 2程度の注入 効率を確保することができ、 同図 (B) に比較しているように、 従来のチ ャネルホットエレクトロン注入方式に比べて X 1 03 程度の高効率を得る ことができる。 Since this charge injection is performed while the p-type region 1314, that is, the source and the drain are off, by applying an appropriate voltage (before and after 15V) as Vdw, the charge is injected as shown in FIG. as shown in), 1 0 2 about injection efficiency can be ensured, as compared to FIG. (B), X 1 0 3 as compared with the conventional switch catcher channel hot electron injection method A high degree of efficiency can be obtained.
この B BHE注入による書き込み時において、 ホットホールは p型領域 1 3、 14側または nゥェル 12側に引き寄せられるため、 電荷トラップ 層 16へホットホールが注入されることがなく、 トンネル酸化膜 1 7を劣 化させることがない。  At the time of writing by the BBHE injection, the hot holes are attracted to the p-type regions 13 and 14 or the n-well 12 side, so that the hot holes are not injected into the charge trap layer 16 and the tunnel oxide film 17 Does not deteriorate.
p型領域 1 3を用いた B BHE注入による電荷は、 電荷トラップ層 1 6 の左側プログラム領域 16 Lに保持される。  The charge by BBHE injection using the p-type region 13 is held in the left program region 16L of the charge trapping layer 16.
ここで、 pチャネル MONOSメモリセル (FET) は、 ゲート電極に 負電圧を印加したときにオンするが、 ゲート電極とチャネル領域との間に ある電荷トラップ層に電荷がトラップ (書き込み:プログラム) されると 、 図 5に示すようにゲート電極のしきい値電圧 V t hの絶対値が見かけ上 低下する。 ここで、 書き込みが行われたビット (メモリセル) のしきい値 の分布が、 消去 (ィレース) が行われたビットのしきい値の分布よりも狭 いのは、 書き込みはビット毎に行うため、 各ビットのしきい値を細かく調 整しながら書き込むことができるが、 消去はメモリ全体またはブロック単 位で行うため各ビッ卜毎の調整ができずばらつきが生じるためである。  Here, the p-channel MONOS memory cell (FET) turns on when a negative voltage is applied to the gate electrode, but charges are trapped (written: programmed) in the charge trapping layer between the gate electrode and the channel region. Then, the absolute value of the threshold voltage Vth of the gate electrode apparently decreases as shown in FIG. Here, the distribution of the threshold value of the written bit (memory cell) is narrower than the distribution of the threshold value of the erased bit because the writing is performed bit by bit. Writing can be performed while finely adjusting the threshold value of each bit. However, since erasing is performed in the entire memory or in block units, adjustment cannot be performed for each bit, and variations occur.
このように、 pチャネル MONOSメモリセルでは、 消去がしきい値 ( 絶対値) が増加する方向に行われるため、 しきい値がばらついてもオーバ ーィレースという現象は生じ得ない。 As described above, in the p-channel MONOS memory cell, erasing is performed in the direction in which the threshold value (absolute value) increases, so that even if the threshold value varies, the threshold value may be exceeded. The phenomenon of erase cannot occur.
上記の動作で書き込まれる左側プログラム領域 1 6 Lを読み出すには、 図 6に示すように、 p型領域 1 3を接地し、 p型領域 1 4に V d rを印加 する。 V d i^i— l . 5〜一 2 V程度が好適である。 すなわちこのとき、 p型領域 1 3はソースとして機能し、 p型領域 1 4はドレインとして機能 する。 以下この読出動作の説明においては、 左側の p型領域 1 3をソース と呼び、 右側の P型領域 1 4をドレインと呼ぶこととする。  To read the left program area 16L written by the above operation, as shown in FIG. 6, ground the p-type area 13 and apply Vdr to the p-type area 14. V d i ^ i-l. About 5 to 12 V is preferable. That is, at this time, the p-type region 13 functions as a source, and the p-type region 14 functions as a drain. Hereinafter, in the description of this read operation, the left p-type region 13 is referred to as a source, and the right P-type region 14 is referred to as a drain.
この状態でゲ一卜電極 1 8に読出電圧 V g rを印加する。 このゲート電 圧 V g rは、 図 5に示す消去時のしきい値 V t h ( e ) と書込時のしきい 値 V t h ( p ) の間の電圧になるように設定する。 これにより、 ゲート電 圧を印加したとき、 左側プログラム領域 1 6 Lの書き込みの有無によって ソース ドレイン間のオン/オフが決定される。 すなわち、 ソース ドレ ィン間がオンするか否かで左側プログラム領域 1 6 Lが書き込みされてい るか否かのビットデータ (レフトビット) を読み出すことができる。 左側プログラム領域 1 6 Lが書き込みされているとき (電荷がトラップ されているとき) は、 ゲート電極 1 8に読出電圧 V g rを印加したとき、 左側プログラム領域 1 6 Lに蓄積されている負電荷が加算されてしきい値 電圧を超え、 チャネル領域 2 0のソース 1 3側が負電位となってチャネル が形成され、 ソース Zドレイン間が導通してオンする。 このときのビット デ一夕を " 0 " とする。  In this state, the read voltage V gr is applied to the gate electrode 18. The gate voltage Vgr is set so as to be a voltage between the threshold value Vth (e) at the time of erasing and the threshold value Vth (p) at the time of writing shown in FIG. As a result, when the gate voltage is applied, ON / OFF between the source and the drain is determined by whether or not the left program area 16L is written. That is, bit data (left bit) indicating whether or not the left program area 16L has been written can be read depending on whether or not the source drain is turned on. When the left program area 16L is written (when charges are trapped), the negative charge accumulated in the left program area 16L when the read voltage Vgr is applied to the gate electrode 18 Is added to exceed the threshold voltage, the source 13 side of the channel region 20 becomes a negative potential to form a channel, and the source Z drain is conducted to turn on. The bit data at this time is set to "0".
一方、 左側プログラム領域 1 6 Lが書き込みされていないとき (電荷が 蓄積されていないとき) は、 ゲ一卜電極に読出電圧 V g rを印加しても、 ソース/ドレイン間のチャネル領域 2 0が負電位とならずチャネル領域 2 0にチャネルが形成されない。 このためソースノドレイン間は導通せずォ フのままである。 このときのビットデータを " 1 " とする。  On the other hand, when the left program area 16 L is not written (when no electric charge is accumulated), even if the read voltage V gr is applied to the gate electrode, the channel area 20 between the source / drain is not applied. There is no negative potential, and no channel is formed in the channel region 20. Therefore, conduction between the source and drain remains off without conduction. The bit data at this time is "1".
なお、 この左側プログラム領域 1 6 Lの読出動作時において、 右側プロ グラム領域 1 6 Rに書き込みがされていない場合に、 この左側プログラム 領域 1 6 Lの読出結果 (オン/オフ) に影響を及ぼさ-ないのは当然である が、 右側プログラム領域 1 6 Rの書き込みがされていても、 ドレイン側の チャネル領域 2 0が空乏化するため導通が維持され、 左側プログラム領域During the read operation of the left program area 16L, if the right program area 16R is not written, Naturally, this does not affect the read result (ON / OFF) of the area 16 L, but the channel area 20 on the drain side is depleted even if the right program area 16 R is written. Continuity is maintained, and the left program area
1 6 Lの読出結果に影響を及ぼさない。 Does not affect the 16 L read result.
次に、 電荷トラップ層 1 6から電荷を除去する消去動作について説明す る。 消去動作は、 メモリ全体またはブロック単位で行われるが、 ここでは Next, an erasing operation for removing charges from the charge trap layer 16 will be described. The erase operation is performed for the entire memory or for each block.
1つのメモリセルについてその消去動作を説明する。 The erasing operation of one memory cell will be described.
消去はチャネル全面 F N引き抜きまたは基板ホッ卜ホール注入で行う。 図 7 ( A) はチャネル全面 F N (ファウラーノルドハイムトンネリング) 引き抜きの接続を説明する図である。 チャネル全面 F N引き抜きを行うた めに'ほ、 ゲート電極 1 8に _ 1 0 V程度の負電圧 (V p p g ) を印加し、 ソース 1 3、 ドレイン 1 4および nゥエル 1 2に負電荷を引き抜くための Erasing is performed by pulling out the entire channel FN or injecting a substrate hot hole. FIG. 7 (A) is a diagram illustrating the connection of FN (Fowler-Nordheim Tunneling) extraction on the entire channel. To perform FN extraction on the entire channel, apply a negative voltage (V ppg) of about _10 V to the gate electrode 18 and extract negative charges to the source 13, drain 14 and n-well 12 for
+ 1 0 V程度の正電圧 (V d e , V s u b e ) を印加する。 このように電 圧を印加することにより、 電荷トラップ層 1 6とチャネル領域 2 0との間 に強い電界が生じ、 電荷トラップ層 1 6に蓄積されている電子は、 卜ンネ ル酸化膜 1 3を突き抜けて nゥエル 1 2に飛び移ることによって引き抜か れ、 電荷トラップ層 1 6の電荷がィレースされる。 A positive voltage (Vde, Vsub) of about +10 V is applied. By applying the voltage in this manner, a strong electric field is generated between the charge trapping layer 16 and the channel region 20, and the electrons accumulated in the charge trapping layer 16 are converted to the tunnel oxide film 13. And is extracted by jumping to the n-layer 12 and the charge in the charge trapping layer 16 is erased.
同図 (B ) は基板ホットホール注入を説明する図である。 基板ホットホ FIG. 1B is a diagram for explaining hot hole injection of the substrate. Substrate hot
—ル注入を行うときには、 ゲ一ト電極 1 8に一 1 0 V程度の負の高電圧 V g eを印加し、 ソース 1 3、 ドレイン 1 4に一 3 V程度の負電圧 V 2 を印 加し、 n型ゥエル 1 2に約一 1 V程度の負電圧 V , を印加する。 各電圧の 関係は、 When performing the gate injection, a negative high voltage V ge of about 110 V is applied to the gate electrode 18, and a negative voltage V 2 of about 13 V is applied to the source 13 and the drain 14. Then, a negative voltage V, of about 11 V is applied to the n-type well 12. The relationship between each voltage is
I V g e I > I I > I V , I  I V g e I> I I> I V, I
となるようにする。 そして半導体基板 1 1を接地する。 このように電圧 を印加することにより、 p型基板 1 1、 nゥエル 1 2および p型領域 (ソ —ス、 ドレイン) 1 3、 1 4が p n pバイポーラ卜ランジス夕として機能 し、 P型半導体基板 1 1からソース 1 3、 ドレイン 1 4に向けてホールが 放出される。 一方、 ゲート電極 1 8には負の高電圧が印加されているため 、 ホールの一部はゲート電極方向に引き寄せられトンネル酸化膜 1 5を通 過して電荷トラップ層 1 6に突入する。 このホールの正電荷により電子の 負電荷がキャンセルされ、 その結果電荷トラップ層 1 6の電荷はィレース される。 So that Then, the semiconductor substrate 11 is grounded. By applying a voltage in this manner, the p-type substrate 11, n-type well 12 and p-type regions (source and drain) 13 and 14 function as pnp bipolar transistors, and the P-type semiconductor substrate Holes from 1 1 to source 13 and drain 14 Released. On the other hand, since a high negative voltage is applied to the gate electrode 18, some of the holes are drawn in the direction of the gate electrode, pass through the tunnel oxide film 15, and enter the charge trapping layer 16. The positive charge of the hole cancels the negative charge of the electron, and as a result, the charge of the charge trap layer 16 is erased.
以上は、 左側プログラム領域 1 6 L (レフトビット) へのプログラム、 読み出しおよびィレース (ィレースは左右共通) の動作を説明したが、 右 側プログラム領域 1 6 R (ライトビット) へのプログラム、 読み出しおよ びィレースは、 P型領域 1 3、 1 4に印加する電圧を上記説明と逆にする のみでその電圧や動作は全く同様である。  In the above, the operation of programming, reading, and erasing (erasing is common to the left and right) to the left program area 16 L (left bit) has been described. In the erase operation, the voltages and operations are exactly the same, except that the voltages applied to the P-type regions 13 and 14 are reversed from those described above.
ここで、 レフトビットのプログラム、 読み出し、 ライトビットのプログ ラム、 読み出しおよび消去 (ィレース) の電圧印加条件を図 8にまとめて 示しておく。 なお、 この電圧印加条件は、 基板 1 1を接地した場合の条件 であるが、 pチャネルトランジスタであるため、 バックゲート電圧を印加 してメモリセル全体をプラス側にバイアスしておくようにしてもよい。 そ の場合には、 上記電圧印加条件の各電圧は、 そのバイアス分を差し引いた 電圧となる。  Here, the voltage application conditions for left bit program, read, write bit program, read and erase (erase) are summarized in Fig. 8. Note that this voltage application condition is a condition in which the substrate 11 is grounded, but since it is a p-channel transistor, it is possible to apply a back gate voltage to bias the entire memory cell to the positive side. Good. In that case, each voltage under the above voltage application conditions is a voltage obtained by subtracting the bias.
ここで、 図 9、 図 1 0を参照して上記メモリセルを複数配列したメモリ セルアレイについて説明する。 このメモリセルアレイは V G A (バ一チヤ ル *グラウンド 'アレイ) 型の接続形態になっている。 図 9 (A) はメモ リセルアレイの断面斜視図、 同図 (B ) はそのうちの 1つのメモリセルの 構成を示す図、 図 9はその等価回路である。 図 9 (A) において、 破線は 各メモリセルの境界を示す仮想的な線である。 また、 図 1 0の等価回路に は、 書き込み時の各ワード線、 カラム線への印加電圧を示している。 n型ゥエル 1 2の表面に所定間隔を開けて Y方向の複数の p型線状領域 3 0がストライプ状に形成されている。 この p型線状領域 3 0はメモリセ ルの境界をまたいで形成されており、 1本の p型線状領域 3 0が X方向に 隣接する 2つのメモリセルの p型領域 1 3、 14 (ソース、 ドレイン) を 兼ねるとともにカラム線を兼ねている。 このカラム線は、 Yゲートとの接 続に応じてビット線としても、 ソース線としても機能する。 Here, a memory cell array in which a plurality of the memory cells are arranged will be described with reference to FIGS. This memory cell array has a VGA (virtual * ground 'array) type connection configuration. FIG. 9 (A) is a cross-sectional perspective view of a memory cell array, FIG. 9 (B) is a diagram showing a configuration of one of the memory cells, and FIG. 9 is an equivalent circuit thereof. In FIG. 9 (A), the broken lines are virtual lines indicating the boundaries of each memory cell. The equivalent circuit of FIG. 10 shows the voltages applied to each word line and column line at the time of writing. A plurality of p-type linear regions 30 in the Y direction are formed in stripes at predetermined intervals on the surface of the n-type well 12. The p-type linear region 30 is formed across the boundary of the memory cell, and one p-type linear region 30 is formed in the X direction. It also serves as the p-type regions 13 and 14 (source and drain) of two adjacent memory cells and also serves as a column line. This column line functions both as a bit line and a source line depending on the connection to the Y gate.
ヮード線 3 1は、 上記 p型線状領域 30と直交するように X方向にスト ライプ状に形成されていて、 各メモリセルのチャネル領域 20の上方でゲ 一卜電極 18を兼ねている。 また、 このワード線 3 1と半導体基板 (p型 領域 13、 14、 チャネル領域 20) との間に ON 0膜 32が形成されて いる。 この〇NO膜 32もワード線 3 1と同様に、 X方向に連続的に形成 されている。 この01^0膜32のぅち、 チャネル領域 20上方の区間はト ンネル酸化膜 1 5、 電荷トラップ層 16および絶縁膜 1 7として機能し、 P型領域 1 3、 14上方の区間は層間絶縁膜として機能する。  The lead line 31 is formed in a stripe shape in the X direction so as to be orthogonal to the p-type linear region 30, and also serves as the gate electrode 18 above the channel region 20 of each memory cell. An ON0 film 32 is formed between the word line 31 and the semiconductor substrate (p-type regions 13 and 14, channel region 20). The 〇NO film 32 is also formed continuously in the X direction, like the word line 31. Of the 01 ^ 0 film 32, the section above the channel region 20 functions as the tunnel oxide film 15, the charge trapping layer 16 and the insulating film 17, and the section above the P-type regions 13 and 14 is the interlayer insulating film. Functions as a membrane.
なお、 この実施形態では、 ONO膜 32をワード線 3 1と同様に X方向 にストライプ状に形成しているが、 ONO膜 32は導電膜でないため、 メ モリセルアレイ全体に形成してもよい。 このようにすることにより、 ON O膜 32をストライプ状にエッチングする処理プロセスを省略することが できる。  In this embodiment, the ONO film 32 is formed in a stripe shape in the X direction like the word line 31. However, since the ONO film 32 is not a conductive film, it may be formed on the entire memory cell array. This makes it possible to omit the process of etching the ONO film 32 in a stripe shape.
このようにこのメモリセルアレイでは、 1本の p型線状領域 (カラム線 ) 30が、 X方向に隣接する 2つのメモリセルの p型領域 1 3, 14を兼 ねるため、 メモリの構成が簡略化され、 高集積化が可能である。 また、 こ の構成のメモリセルアレイでは、 各メモリセルへの書き込み時に以下のよ うな処理が必要である。  Thus, in this memory cell array, one p-type linear region (column line) 30 also serves as the p-type regions 13 and 14 of two memory cells adjacent in the X direction, so that the memory configuration is simplified. And high integration is possible. In addition, in the memory cell array having this configuration, the following processing is required when writing to each memory cell.
目的のメモリセルの左側プログラム領域 16 L (レフトビット) への書 き込み時には、 図 3に示すように、 このメモリセルのゲート電極 1 8とな るワード線 30 (WL n) に Vgwを印加するとともに、 このメモリセル の p型領域 (ソース) 1 3となるカラム線 3 1に Vdwを印加して B BH E注入を行うが、 上記のように、 この書き込みを行うメモリセルの p型領 域 (ソース) 1 3は、 その左隣のメモリセルの p型領域 (ドレイン) 14 と共通化されているため (さらに Vgwが印加されるワード線 3 1は共通 であるため) 、 このままでは目的のメモリセルの左側プログラム領域 1 6 Lに書き込みを行うと同時に、 その左隣のメモリセルの右側プログラム領 域 1 6R (ライトビット) にも書き込みが行われてしまう。 (これは、 ソ ース Zドレイン間に電流を流すことによって電子を高工ネルギ化させるチ ャネルホットエレクトロン (CHE) 注入では起こらない現象である。 ) そこで、 この実施形態では、 図 1 0および図 1 1に示すように、 書き込 みを行うメモリセルの左隣のメモリセルにおいて V dwが印加される!型 領域に対向する P型領域である P型領域 1 3に対して、 書込阻止電圧を印 加して、 この左隣のメモリセル (のライトビット) に書き込みが行われる のを阻止している。 図 1 1では、 左隣のメモリセルの p型領域 13に書込 電圧 Vdwの半分 (VdwZ2) 程度の書込阻止電圧を印加している。 そうすると、 この左隣のメモリセル内では左右の p型領域 1 3、 14の 横方向電界が緩和されて BB HEの発生を抑制することができ、 この左隣 のメモリセルの右側プログラム領域 16 Rに B B HE注入による書き込み がされることを防止することができる。 When writing to the left program area 16 L (left bit) of the target memory cell, Vgw is applied to the word line 30 (WL n) as the gate electrode 18 of this memory cell, as shown in Figure 3. At the same time, Vdw is applied to the column line 31 serving as the p-type region (source) 13 of the memory cell to perform BBHE injection. As described above, the p-type region of the memory cell to which this writing is performed is performed. The region (source) 13 is the p-type region (drain) of the memory cell on the left (Because the word line 31 to which Vgw is applied is also common), writing to the left program area 16L of the target memory cell and writing to the memory on the left Writing is also performed to the right program area 16R (write bit) of the cell. (This is a phenomenon that does not occur in channel hot electron (CHE) injection, which increases the energy of electrons by flowing a current between the source Z drain.) Therefore, in this embodiment, FIG. As shown in FIG. 11 and FIG. 11, V dw is applied to the memory cell to the left of the memory cell to be written! A write-blocking voltage is applied to the P-type region 13 which is the P-type region facing the type region, thereby preventing writing to (the write bit of) the memory cell on the left side. I have. In FIG. 11, a write blocking voltage of about half (VdwZ2) of the write voltage Vdw is applied to the p-type region 13 of the memory cell on the left. Then, in the memory cell on the left side, the lateral electric field of the left and right p-type regions 13 and 14 is reduced, and the occurrence of BB HE can be suppressed, and the right program region 16R of the memory cell on the left side can be suppressed. It is possible to prevent data from being written by BB HE injection.
また、 この VdwZ2を印加された p型領域 1 3と共通化された p型領 域 14を有するさらに左隣のメモリセルでは、 p型領域 14とチャネル領 域の境界付近に空乏層が発生するが、 その電界の強さが VdwZ 2である ため、 BBHEの発生が抑制される。  Further, in the memory cell on the further left side having the p-type region 14 shared with the p-type region 13 to which VdwZ2 is applied, a depletion layer is generated near the boundary between the p-type region 14 and the channel region. However, since the intensity of the electric field is VdwZ 2, generation of BBHE is suppressed.
図 1 1では、 書き込みを行うメモリセルの隣のメモリセルに対して Vd w/ 2程度の電圧を印加するようにしているが、 書込阻止電圧の印加方式 はこれに限定されない。 たとえば、 図 1 2 (A) に示すように、 目的のメ モリセルの書き込みを行うプログラム領域側 (同図では左側) の全ての力 ラム線に Vdwを印加して空乏層を連結させてしまい B B HEを生じなく させるようにしてもよい。  In FIG. 11, a voltage of about Vd w / 2 is applied to a memory cell adjacent to a memory cell to be written. However, the method of applying the write blocking voltage is not limited to this. For example, as shown in Fig. 12 (A), Vdw is applied to all power lines on the program area side (left side in the figure) where the target memory cell is written, and the depletion layer is connected by applying Vdw. HE may not be generated.
また、 図 1 2 (B) に示すように、 目的のメモリセルの書き込みを行う プログラム領域側 (同図では左側) の複数のカラム線に漸減する書込阻止 電圧を印加するようにしてもよい。 同図の例では、 目的のカラム線 iに V dwを印加し、 その左隣のカラム線 i一 1には 2 VdwZ3を印加し、 さ らに左隣のカラム線 i一 2には Vd wZ 3を印加している。 これにより、 カラム線 i一 2の左側のメモリセルに生じる電界の強さを VdwZ3まで 弱めることができ、 B B H Eの発生を確実に阻止することができる。 Also, as shown in Fig. 12 (B), write the target memory cell. A gradually decreasing write blocking voltage may be applied to a plurality of column lines on the program area side (the left side in the figure). In the example shown in the figure, V dw is applied to the target column line i, 2 VdwZ3 is applied to the left column line i-11, and Vd wZ is applied to the left column line i-12. 3 is applied. As a result, the intensity of the electric field generated in the memory cell on the left side of the column line i-12 can be reduced to VdwZ3, and the occurrence of BBHE can be reliably prevented.
図 1 0〜図 1 2では、 目的のメモリセルの左側プログラム領域 16 L ( レフトビット) に書き込みを行う場合について説明したが、 右側プロダラ ム領域 1 6 R (ライトビット) に書き込みを行う場合には左右を反転して 同様の処理を行う。  In FIGS. 10 to 12, the case of writing to the left program area 16 L (left bit) of the target memory cell has been described, but the case of writing to the right program area 16 R (right bit) is described. Performs the same processing by inverting left and right.
図 1 3は上記 VGA型のメモリセルアレイにおける読み出し時の各ヮー ド線、 カラム線への電圧印加状態を示す図である。 読み出し時には、 図 5 に示したように、 目的のメモリセルのゲートノドレインとなるカラム線 ( P型線状領域) 30のうち、 ビットデータ (レフトビット ライトビット ) を読み出す側のカラム線 (ドレイン) に Vd r (— 1. 5〜一 2V) を 印加し、 対向するカラム線 (ソース) を接地する。 目的のメモリセル以外 のカラム線はオープン状態にしておく。 また、 目的のメモリセルのゲート 電極となるワード線に読出電圧 Vg r (- 5 V) を印加する。 この状態で ゲートノドレイン間がオンするか否かでビットデータが読み出される。 図 9〜図 1 3では、 メモリセルの p型領域がカラム線を兼ねている VG A (バーチャル ·グラウンド ·アレイ) 型のメモリセルアレイについて説 明したが、 以下では、 p型領域を島状に形成し、 上層に形成したメタルの カラム線とコンタクトプラグで接続したメモリセルアレイについて説明す る。 このメモリセルアレイではビット線、 ソース線になるカラム線をメタ ルで構成しているため、 低抵抗化が可能になり、 高速書込、 高速読出が可 能になる。 なお、 各メモリセルの構造は異なるが、 メモリセルアレイの接 続形態的には図 9〜図 1 3に示したものと同じ VGA接続である。 図 1 4は、 同メモリセルアレイの構造を示す平面図、 図 1 5は、 同平面 図における X 1— X 1断面図、 X 2— X 2断面図および Y— Y断面図であ る。 また、 図 1 8はその等価回路である。 このメモリセルアレイも p型基 板表面付近の n型ゥエル 4 0上に形成される。 n型ゥヱル 4 0の表面に平 面形状が島状の p型領域 4 1がマトリクス状に形成されている。 メモリセ ル Sは、 Y方向 (上下) に隣接する 2つの島状 p型領域 4 1間に形成され 、 この間の領域がチャネル領域 4 2となる。 したがって、 各 p型領域 4 1 は、 Y方向に隣接する 2つのメモリセル Sの p型領域 1 3, 1 4 (ソース 、 ドレイン:図 1参照) を兼ねている。 FIG. 13 is a diagram showing the state of voltage application to each of the read lines and column lines at the time of reading in the VGA type memory cell array. At the time of reading, as shown in FIG. 5, of the column lines (P-type linear regions) 30 serving as the gate drains of the target memory cells, the column line (drain) on the side from which bit data (left bit right bit) is read is read. ) To apply Vdr (-1.5 to 12V), and ground the opposing column line (source). Leave the column lines other than the target memory cells open. In addition, a read voltage Vgr (-5 V) is applied to the word line serving as the gate electrode of the target memory cell. In this state, bit data is read depending on whether or not between the gate and drain is turned on. Figures 9 to 13 describe a VGA (virtual ground array) type memory cell array in which the p-type region of the memory cell also serves as a column line. The memory cell array formed and connected to the metal column lines formed in the upper layer by contact plugs will be described. In this memory cell array, the bit lines and the source lines are formed of metal, so that the resistance can be reduced, and high-speed writing and high-speed reading can be performed. Although the structure of each memory cell is different, the connection form of the memory cell array is the same VGA connection as that shown in Figs. FIG. 14 is a plan view showing the structure of the memory cell array, and FIG. 15 is a sectional view taken along line X1-X1, a sectional view taken along line X2-X2, and a sectional view taken along line YY of the same plan view. Fig. 18 shows the equivalent circuit. This memory cell array is also formed on the n-type well 40 near the surface of the p-type substrate. On the surface of the n-type cell 40, a p-type region 41 having an island-like planar shape is formed in a matrix. The memory cell S is formed between two island-shaped p-type regions 41 adjacent in the Y direction (up and down), and the region between them becomes a channel region 42. Therefore, each p-type region 41 also serves as the p-type regions 13 and 14 (source and drain: see FIG. 1) of two memory cells S adjacent in the Y direction.
X方向 (左右) に並んでいる複数のチャネル領域 4 2を覆うように O N O膜 4 3およびワード線 4 4が形成されている。 また、 Y方向に p型領域 4 1と同じ間隔で複数のカラム線 4 5がストライプ状に形成されている。 このカラム線 4 5は、 上層に形成されており、 その下層の中間配線膜 4 6 を介して P型領域 4 1に接続されている。 カラム線 4 5と中間配線膜 4 6 とはビアホール 4 7で接続され、 中間配線膜 4 6と p型領域 4 1とはコン タクトプラグ 4 8で接続される。 Y方向に配列されている 1行の各 p型領 域 4 1は、 その行の左右のカラム線に交互に接続される。  An ONO film 43 and word lines 44 are formed so as to cover a plurality of channel regions 42 arranged in the X direction (left and right). Further, a plurality of column lines 45 are formed in the Y-direction at the same interval as the p-type region 41 in a stripe shape. The column line 45 is formed in the upper layer, and is connected to the P-type region 41 via the intermediate wiring film 46 in the lower layer. The column line 45 and the intermediate wiring film 46 are connected by a via hole 47, and the intermediate wiring film 46 and the p-type region 41 are connected by a contact plug 48. Each p-type region 41 of one row arranged in the Y direction is connected alternately to the left and right column lines of the row.
この構成のメモリセルを製造する場合、 メタルのヮード線 4 4を形成し たのち、 セルファラインで p型イオンを注入する工程が採用されるが、 こ のとき、 X方向に p型領域がつながってしまわないように、 Y方向のスト ライプ状のトレンチ分離層 4 0をメモリセルの X方向のピッチで予め形成 しておく。  When manufacturing a memory cell having this configuration, a step of implanting p-type ions with a self-alignment line after forming a metal lead line 44 is adopted.At this time, the p-type regions are connected in the X direction. In order to prevent such a situation, a stripe-shaped trench isolation layer 40 in the Y direction is formed in advance at a pitch in the X direction of the memory cell.
なお、 この実施形態では O N O膜 4 3をヮード線 4 4と同様にストライ プ状に形成しているが、 〇N〇膜4 3は、 メモリセルアレイ全体に形成し てもよい。 また、 カラム線 4 5は、 中間配線膜 4 6の中央を通るように形 成されているが、 中間配線膜 4 6の上方を通過する範囲であれば中央でな くてもよい。 1つのメモリセルは、 上記のように Y方向に隣接する 2つの p型領域 4 1をソース、 ドレインとして構成されるため、 連続する 2本のカラム線で 1列のメモリセル群を選択することができ、 さらに 1本のワード線を選択 することにより、 1つのメモリセルを選択することができる。 In this embodiment, the ONO film 43 is formed in a stripe shape like the lead wire 44, but the {N} film 43 may be formed on the entire memory cell array. Further, the column line 45 is formed so as to pass through the center of the intermediate wiring film 46, but may not be located at the center as long as it passes above the intermediate wiring film 46. As one memory cell is configured with the two p-type regions 41 adjacent in the Y direction as the source and drain as described above, it is necessary to select a memory cell group in one column with two continuous column lines By selecting one word line, one memory cell can be selected.
また、 図 1 4、 図 1 5のメモリセルアレイでは、 中間配線膜 4 6を介し てカラム線 4 5と島状の p型領域 4 1とを接続しているが、 図 1 6、 図 1 7は、 カラム線 4 5から p型領域 1 4 1に対して直接コンタクトプラグ 1 4 7を下ろす構成の実施形態を示している。  In the memory cell arrays of FIGS. 14 and 15, the column line 45 and the island-shaped p-type region 41 are connected via the intermediate wiring film 46. Shows an embodiment in which the contact plugs 147 are directly lowered from the column lines 45 to the p-type regions 141.
図 1 6においては、 カラム線 4 5およびワード線 4 6を破線で表し、 基 板上のトレンチ分離 1 4 0、 p型領域 1 4 1およびチャネル領域 4 2を実 線およびハッチングで示している。 この実施形態では、 p型領域 1 4 1を 図 1 4の中間配線膜 4 6と同じように X方向に 3 Fの長さに形成し、 この P型領域 1 4 1の中央にカラム線 4 5から直接コンタクトプラグ 1 4 7を なお、 この形状のメモリセルアレイにおいても、 カラム線 4 5を対応す る P型領域 1 4 1の上方であれば、 その中央を通過するように形成する必 要はない。  In FIG. 16, the column lines 45 and the word lines 46 are indicated by broken lines, and the trench isolation 140, the p-type region 141, and the channel region 42 on the substrate are indicated by solid lines and hatching. . In this embodiment, the p-type region 14 1 is formed to have a length of 3 F in the X direction in the same manner as the intermediate wiring film 46 in FIG. In addition, in the memory cell array of this shape, if the column line 45 is located above the corresponding P-type region 141, it is necessary to form the contact plug 144 directly from 5 There is no.
セルファラインで上記形状の P型領域 1 4 1を形成するためには、 トレ ンチ分離 1 4 0を、 カラム線 4 5と並行して Y方向全体に形成するのでな く、 P型領域 1 4 1が形成される部分で切れている図 1 6のようなレンガ 積み格子状に形成し、 この上にワード線 4 4を形成したのち、 p型不純物 の注入を行う。  In order to form the P-type region 141 having the above shape with self-alignment, the trench separation 140 is not formed in the entire Y direction in parallel with the column line 45, but the P-type region 14 is formed. After forming at a portion where 1 is formed, it is formed in a brick-laid lattice shape as shown in FIG. 16 and a word line 44 is formed thereon, and then a p-type impurity is implanted.
なお、 この構成のメモリセルアレイも、 図 1 4, 図 1 5に示したものと 同様に、 図 1 8に示すような等価回路となる。  Note that the memory cell array having this configuration also has an equivalent circuit as shown in FIG. 18 similarly to the ones shown in FIGS.
これら図 1 4〜図 1 8に示したメモリセルアレイも、 1つのカラム線 4 5が、 ビアホール 4 7—中間配線膜 4 6—コンタクトプラグ 4 8を介して 、 または、 コンタクトプラグ 1 4 7を介して、 ワード線方向 (X方向) に 隣接する P型領域 4 1に接続されている fこめ、 書き込み時に 1つのヮード 線 4 4に V g wを印加して、 1つのカラム線に V d wを印加した場合に、 目的のメモリセル以外に隣接するメモリセルにも書き込みが行われてしま う。 このため、 これを防止するためには、 第 1の実施形態のメモリセルと 同様に、 隣接するメモリセルの反対側の p型領域 4 1 (隣接するカラム線 4 5 ) に書込阻止電圧を印加する。 書込阻止電圧の印加方式は、 図 1 0〜 図 1 3に示したメモリセルアレイにおける印加方式と同様でよい。 Also in the memory cell arrays shown in FIGS. 14 to 18, one column line 45 is formed via the via hole 47 -intermediate wiring film 46 -contact plug 48 or via the contact plug 144. And in the word line direction (X direction) When V gw is applied to one read line 44 and V dw is applied to one column line at the time of writing, the voltage is connected to the adjacent P-type region 41. Data is written to the adjacent memory cell. Therefore, in order to prevent this, similarly to the memory cell of the first embodiment, a write-blocking voltage is applied to the p-type region 41 (adjacent column line 45) on the opposite side of the adjacent memory cell. Apply. The method of applying the write inhibit voltage may be the same as the method of applying the write inhibit voltage in the memory cell array shown in FIGS.
なお、 図 1 0〜図 1 3で説明した書込阻止電圧の印加は、 各メモリセル の左右のプログラム領域 1 6 L , Rの両方を記憶領域として用いる場合に 必要な処理であり、 もし、 各メモリセルの一方のプログラム領域のみを用 いて 1ビット セルの記憶を行う場合には、 書込阻止電圧の印加は不要で ある。 これは、 上述したように、 目的の側のプログラム領域の読み出しに おいて、 反対側のプログラム領域のプログラムノアンプログラムは、 読み 出し結果に影響を与えないためである。  The application of the write blocking voltage described in FIGS. 10 to 13 is a necessary process when both the left and right program areas 16 L and R of each memory cell are used as storage areas. When 1-bit cell storage is performed using only one program area of each memory cell, application of a write inhibit voltage is not required. This is because, as described above, in the reading of the program area on the target side, the program no-an program in the opposite program area does not affect the reading result.
また、 メモリセルのプログラム領域 1 6 L, Rの両方を記憶領域として 用いる場合であっても、 図 1 9、 図 2 0のように X方向に隣接するメモリ セルのカラム線および P型領域を分離してアレイを構成することにより、 書込阻止電圧を不要にすることも可能である。  Even when both the program area 16 L and R of the memory cell are used as the storage area, the column line and the P-type area of the memory cell adjacent in the X direction as shown in FIGS. By configuring the array separately, it is possible to eliminate the need for a write inhibit voltage.
図 1 9のメモリセルアレイでは、 では、 各メモリセルは、 同図に破線で 示すように斜めに形成され、 このメモリセル内に左側 p型領域 4 1 L、 右 側 P型領域 4 1 Rおよびチャネル領域 4 2が形成されている。 左下の左側 P型領域 4 1が左側カラム線 4 5 Lにコンタクトプラグ 4 8で接続され、 右上の右側 p型領域 4 1 Rが右側カラム線 4 5 Rにコンタクトプラグ 4 8 で接続されている。 このメモリセルアレイにおいて、 同図の破線で示した メモリセル以外の領域は絶縁層領域である。 半導体基板表面において、 そ して、 X方向に隣接するメモリセルにおいて p型領域およびカラム線が共 有されておらず、 書込時にカラム線に印加される高電圧が隣のメモリセル にも印加されることがない。 In the memory cell array of FIG. 19, each memory cell is formed diagonally as shown by a broken line in FIG. 19, and the left p-type region 41 L, the right P-type region 41 R and A channel region 42 is formed. The lower left P-type region 41 is connected to the left column line 45 L by a contact plug 48, and the upper right right p-type region 41 R is connected to the right column line 45 R by a contact plug 48. . In this memory cell array, regions other than the memory cells indicated by broken lines in FIG. On the surface of the semiconductor substrate, the p-type region and the column line are not shared in the memory cell adjacent in the X direction, and the high voltage applied to the column line at the time of writing is not applied to the adjacent memory cell. It is not applied to
なお、 この実施形態では、 メモリセルアレイの平面図において、 各メモ リセルが右上から左下に形成されるようにレイァゥ卜しているが、 逆に左 上から右下に形成するようにしてもよい。  In this embodiment, in the plan view of the memory cell array, each memory cell is laid out from the upper right to the lower left, but may be formed from the upper left to the lower right.
また、 図 9に示した構造のメモリセルアレイの場合には、 図 2 1のよう に、 隣接するメモリセルの p型領域 (p型線状領域) 1 3、 1 4を左右別 々に形成してその間をトレンチ状の絶縁膜でアイソレーションすることに より、 等価回路がやはり図 2 0のようになり、 書込阻止電圧を不要にする ことができる。  In the case of the memory cell array having the structure shown in FIG. 9, as shown in FIG. 21, the p-type regions (p-type linear regions) 13 and 14 of adjacent memory cells are formed separately on the left and right. By isolating the gap with a trench-shaped insulating film, the equivalent circuit is again as shown in FIG. 20 and the write-blocking voltage can be eliminated.
なお、 上記各実施形態のメモリセルアレイにおいて、 ワード線はポリシ リコン膜で構成されるが、 コバルト膜を積層してシリサイド化することに より、 より低抵抗化することが可能になる。  In the memory cell array of each of the above embodiments, the word line is formed of a polysilicon film. However, by stacking a cobalt film and forming silicide, the resistance can be further reduced.
図 2 2は、 メモリセルを 3次元構造にした例を示している。 ストライプ 状に形成されている p型線状領域 1 3 , 1 4間のチャネル領域 2 0をトレ ンチエッチングして溝状に堀り込み、 このトレンチ (溝) と直交する O N O膜 5 2、 およびゲート電極を兼ねるヮード線 5 3をこのトレンチの側壁 、 底面を沿うように形成している。 これにより、 p型線状領域 1 3 , 1 4 の間隔を短くしても、 チャネル領域 2 0がトレンチを迂回して形成される ため、 チャネル長を確保しつつ X方向に高集積化することができる。 図 2 3は、 図 2 2のトレンチエッチングをより深く施し、 トレンチの底 面にも P型領域を形成した構成のメモリセルアレイの構造を示す図である 。 この構成では、 p型領域 (ソース、 ドレイン) が半導体基板の表面およ びトレンチの底面に形成され、 チャネルが半導体基板 1 1に対して上下に 形成されるため、 X方向の集積度を極めて高くすることが可能になる。 図 2 4は、 Pチャネル t w i n M〇 N O Sメモリセルの構造を示す図 である。 t w i n M O N O Sメモリセルは、 通常の M〇Sトランジスタ のゲート (ワードゲート) 2 0 7の両側にサイドウォール技術によって、 サイドウオールコント口一ルゲー卜 2 0 5 L , Rおよび窒化膜 2 0 6 L , Rを形成したもので、 これによつてチャネル長の短縮化を実現したもので ある。 FIG. 22 shows an example in which a memory cell has a three-dimensional structure. The channel region 20 between the p-type linear regions 13 and 14 formed in a stripe shape is trench-etched by trench etching to form an ONO film 52 orthogonal to the trench, and A lead line 53 also serving as a gate electrode is formed along the side and bottom surfaces of the trench. As a result, even if the distance between the p-type linear regions 13 and 14 is reduced, the channel region 20 is formed around the trench, so that high integration in the X direction can be achieved while securing the channel length. Can be. FIG. 23 is a diagram showing a structure of a memory cell array having a configuration in which the trench etching of FIG. 22 is deeper and a P-type region is also formed on the bottom surface of the trench. In this configuration, p-type regions (source and drain) are formed on the surface of the semiconductor substrate and the bottom of the trench, and the channel is formed above and below the semiconductor substrate 11, so that the integration degree in the X direction is extremely high. It can be higher. FIG. 24 is a diagram showing the structure of a P-channel twin M〇 NOS memory cell. The twin MONOS memory cell uses the sidewall technology on both sides of the gate (word gate) 207 of a normal M〇S transistor. A sidewall control gate 205 L, R and a nitride film 206 L, R are formed, thereby shortening the channel length.
この t w i n M O N O S構造のメモリセルに対しても, ソースノドレ インを p型拡散層で形成することにより、 高効率の書き込みを実現するこ とができる。  High-efficiency writing can be realized for the memory cell of this twin MONOS structure by forming the source node with a p-type diffusion layer.
図 2 5は、 上記メモリセルアレイを内蔵した pチャネル M O N O Sメモ リチップのブロック図である。 メモリセルアレイの接続形態は、 上記のよ うに V G A型、 N O R型、 コンタクトレス型など種々の形態があるが、 い ずれにしてもこのブロックでデータの書き込み、 読み出し、 および、 消去 をすることができる。 また、 メモリセルアレイに用いるメモリセルの形態 も上記のどの種類のものを用いてもよい。  FIG. 25 is a block diagram of a p-channel MONOS memory chip incorporating the above memory cell array. As described above, there are various types of connection types for the memory cell array, such as VGA type, NOR type, and contactless type. In any case, data can be written, read, and erased in this block. . In addition, any of the above types of memory cells may be used for the memory cell array.
このメモリチップは、 行列状に配列されたメモリセルマトリクス 6 1、 アドレスバッファ 6 5、 Xアドレスデコーダ 6 2、 Yアドレスデコーダ 6 4、 Yゲート 6 3、 書込回路 6 6、 読出回路 6 7と、 入出力バッファ 6 8 、 および、 各種の電圧発生回路 7 0 , 7 1, 7 2を含んでいる。 Xァドレ スデコーダ 6 2にはメモリセルマ卜リクス 6 1のヮード線が接続されてい る。 Yゲ一ト 6 3にはメモリセルマトリクス 6 1のカラム線が接続されて おり、 どのカラム線を選択するかの選択情報が Yァドレスデコーダ 6 4か ら入力される。  This memory chip includes a memory cell matrix 61 arranged in a matrix, an address buffer 65, an X address decoder 62, a Y address decoder 64, a Y gate 63, a write circuit 66, a read circuit 67, and , An input / output buffer 68, and various voltage generating circuits 70, 71, 72. The X-address decoder 62 is connected to the read line of the memory cell matrix 61. The Y gate 63 is connected to the column lines of the memory cell matrix 61, and selection information for selecting which column line is input from the Y address decoder 64.
メモリセルマトリクス 6 1は、 図 9〜図 2 4に示す各種メモリセルマト リクスのいずれかである。 この n型ゥエル領域 6 4内に形成される。 アド レスバッファ 6 5は、 外部から入力されるアドレス情報をバッファし、 X アドレスデコーダ 6 2、 Yアドレスデコーダ 6 4に入力する。 Xアドレス デコーダ 6 2、 Yアドレスデコーダ 6 4は、 入力されたアドレス情報に基 づいて所定のヮ一ド線およびカラム線を選択する。  The memory cell matrix 61 is one of the various memory cell matrices shown in FIGS. It is formed in the n-type well region 64. The address buffer 65 buffers externally input address information and inputs it to the X address decoder 62 and the Y address decoder 64. The X address decoder 62 and the Y address decoder 64 select predetermined lead lines and column lines based on the input address information.
Xアドレスデコーダ 6 2は、 選択したワード線に電圧発生回路 7 1が発 生する電圧を印加する。 電圧発生回路 7 1は、 書込動作、 読出動作、 消去 動作に応じてそれぞれ設定された電圧を発生する。 The X address decoder 62 generates a voltage from the voltage generator 71 on the selected word line. Apply the generated voltage. Voltage generating circuit 71 generates a voltage set according to a write operation, a read operation, and an erase operation.
Yァドレスデコーダ 64は、 どのカラム線を選択したかの選択情報を Y ゲート 63に伝達する。 Yゲート 63は、 選択された (2本の) カラム線 を書込回路 66、 読出回路 67、 電圧発生回路 70等に接続する。 電圧発 生回路 70は、 上記書込動作、 読出動作、 消去動作に応じて、 書込電圧、 書込阻止電圧、 ドレイン電圧、 消去用正電圧などを発生する。  Y address decoder 64 transmits selection information indicating which column line is selected to Y gate 63. The Y gate 63 connects the selected (two) column lines to the write circuit 66, the read circuit 67, the voltage generation circuit 70, and the like. The voltage generation circuit 70 generates a write voltage, a write block voltage, a drain voltage, a positive voltage for erasure, and the like according to the write operation, the read operation, and the erase operation.
書き込み時には、 入出力バッファ 68に書込デ一夕がバッファされ、 書 込回路 66がこのデータを指定されたァドレスのビッ卜に書き込んでゆく 。 また、 読み出し時には、 指定されたアドレスのビットデ一夕を読出回路 67が読み出し、 このデータを入出力バッファ 68にバッファする。 また, 図 26に示すように、 シリコン (同図では P型) 半導体基板上に 上記説明した Pチャネルのトランジスタセル (上記メモリセルは、 1 トラ ンジス夕 1 1セルであるため、 メモリセルがそのままトランジスタであ る) と、 極性を反転した Nチャネルのメモリセルとを形成することにより 、 MONOSトランジスタを用いて CMOS論理回路を構成することがで きる。 この CMOS論理回路は、 半導体メモリの周辺回路等に用いること ができる。  At the time of writing, the writing data is buffered in the input / output buffer 68, and the writing circuit 66 writes this data to the bit of the designated address. At the time of reading, the read circuit 67 reads the bit data of the specified address, and buffers this data in the input / output buffer 68. In addition, as shown in FIG. 26, the above-described P-channel transistor cell (the above-mentioned memory cell is a single transistor cell, so that the memory cell A CMOS logic circuit can be formed using MONOS transistors by forming N-channel memory cells with inverted polarity. This CMOS logic circuit can be used for a peripheral circuit of a semiconductor memory or the like.
また、 図 27に示すように、 1つのメモリチップ上に pチャネル MON OSメモリセルアレイ領域と、 nチャネル MONOSメモリセルアレイ領 域を混在して配置し、 その異なる特性を利用して、 記憶させる情報の種類 、 内容に応じて使い分けるようにしてもよい。 このような構成にしても、 上記 Pチャネル MONOSの製造工程に加えて、 n型活性領域を形成する ためのイオン注入の工程が付加されるのみであるため、 製造コストはそれ ほど上昇しない。  Also, as shown in Fig. 27, the p-channel MONOS memory cell array area and the n-channel MONOS memory cell array area are mixedly arranged on one memory chip, and the different characteristics are used to store the information to be stored. You may use it properly according to a kind and content. Even with such a configuration, in addition to the above-described P-channel MONOS manufacturing process, an ion implantation process for forming an n-type active region is only added, so that the manufacturing cost does not increase so much.
以上のように本発明によれば、 pチャネルの不揮発性メモリセルとし、 B B HE注入を行うことにより、 消去状態のしきい値電圧が書込状態のし きい値電圧に対して絶対値が大きくなるため、 過消去によってメモリセル がデプレッション化してしまうことがなく、 各メモリセルのバラツキに対 する許容度の大きいメモリセルを得ることができる。 As described above, according to the present invention, the threshold voltage in the erased state is changed to the state in the written state by performing BBHE injection as a p-channel nonvolatile memory cell. Since the absolute value becomes larger with respect to the threshold voltage, the memory cell does not become depleted due to over-erasing, and a memory cell having a large tolerance for the variation of each memory cell can be obtained.
本発明によれば、 電荷トラップ層を不導体で構成し、 その両端部に電荷 をトラップするようにしたことにより、 1セルで 2ビットのデータを記憶 することができるようになる。  According to the present invention, the charge trap layer is made of a non-conductor and charges are trapped at both ends thereof, so that one cell can store 2-bit data.
本発明によれば、 B B H E注入で電荷トラップ層に対して電荷を注入す るようにしたことにより、 高効率で電荷の注入を行うことができ、 多数ビ ットの同時書き込みが可能になる。 したがって、 等価的に高スループット 書き込みを実現することができる。  According to the present invention, by injecting charges into the charge trapping layer by BBHE injection, charges can be injected with high efficiency, and simultaneous writing of many bits becomes possible. Therefore, high throughput writing can be equivalently realized.
本発明によれば、 バーチャル ·グラウンド ·アレイとしたことにより、 ソースラインを省略することができ、 より簡略な構成のメモリセルアレイ を実現することができる。 この場合において、 Y方向に並んでいるメモリ セルの左右の p型領域 (ソース ドレイン) を、 それぞれ 1本の p型線状 領域で構成したことにより、 製造プロセスが簡略化されるとともに、 この 型線状領域をカラム線として兼用することが可能になる。  According to the present invention, since the virtual ground array is used, the source lines can be omitted, and a memory cell array having a simpler configuration can be realized. In this case, the left and right p-type regions (source / drain) of the memory cells arranged in the Y direction are each composed of one p-type linear region, which simplifies the manufacturing process and reduces this type. The linear region can be used also as a column line.
さらに、 バーチャル 'グラウンド 'アレイの場合には、 X方向に隣り合 つた 2つのメモリセルの一方のメモリセルの第 1の p型領域と他方のメモ リセルの第 2の p型領域とを共通化することができるため、 1本の p型線 状領域で、 これら第 1、 第 2の p型領域およびカラム線を兼用することが でき、 より構造を簡略化することができる。  Furthermore, in the case of a virtual 'ground' array, the first p-type region of one of the two adjacent memory cells in the X direction is shared with the second p-type region of the other memory cell. Therefore, one p-type linear region can also serve as the first and second p-type regions and the column line, and the structure can be further simplified.
本発明によれば、 B B H Eによる書き込み時に、 目的のメモリセルに書 込電圧を印加するカラム線を供給する隣のメモリセルの反対側の p型領域 に対して書込阻止電圧を印加するようにしたことにより、 バーチャル ·グ ラウンド ·アレイでカラム線を共有していてもこの隣のメモリセルに書き 込みが行われるのを防止することができる。  According to the present invention, at the time of writing by BBHE, a write blocking voltage is applied to a p-type region on the opposite side of an adjacent memory cell that supplies a column line for applying a write voltage to a target memory cell. As a result, even if the virtual ground array shares a column line, it is possible to prevent writing to the adjacent memory cell.
本発明によれば、 n型ゥエル表面に p型線状領域をストライプ状に形成 するとともに、 これに直交するように O N O膜および導電膜をストライプ 状に形成するのみでメモリセルァレイを構成することができるため、 簡略 な構成、 簡略な製造プロセスでメモリセルァレイを実現することができる 本発明によれば、 チャネル領域をトレンチエッチングして 3次元構造に したことにより、 チャネル長を短くすることなく X方向に高集積化するこ とができる。 According to the present invention, p-type linear regions are formed in stripes on the surface of an n-type well. In addition, since the memory cell array can be configured only by forming the ONO film and the conductive film in a stripe shape so as to be orthogonal to this, the memory cell array can be realized with a simple configuration and a simple manufacturing process. According to the present invention, since the channel region is formed into a three-dimensional structure by trench etching, high integration in the X direction can be achieved without shortening the channel length.
本発明によれば、 上記 p型線状領域および導電膜の一方または両方にシ リサイド膜を形成したことにより、 これらの導電性が良好になり、 カラム 線、 ワード線が低抵抗化されるため、 データの読み出し速度を向上させる ことができる。 産業上の利用可能性  According to the present invention, since the silicide film is formed on one or both of the p-type linear region and the conductive film, the conductivity of the silicide film is improved, and the resistance of the column line and the word line is reduced. In addition, data reading speed can be improved. Industrial applicability
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、 シンプルな構成で高集積度であり 、 かつ、 高効率で書き込みをすることができるものであるため、 携帯電話 等の小型情報機器の記憶装置として好適である。  INDUSTRIAL APPLICABILITY The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has a simple configuration, has a high degree of integration, and can perform writing with high efficiency. Therefore, the nonvolatile semiconductor memory device is suitable as a memory device for small information devices such as mobile phones. .

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
( 1 ) 表面付近に n型ゥエルが形成された半導体基板を用い、 (1) Using a semiconductor substrate with an n-type well formed near the surface,
前記 n型ゥエル表面に所定間隔を開けて形成された第 1および第 2の p 型領域と、  First and second p-type regions formed at predetermined intervals on the surface of the n-type well;
前記 n型ゥェル表面の前記第 1、 第 2の p型領域間の領域であるチヤネ ルの上方にトンネル酸化膜を介して形成された不導体の電荷トラップ層と 前記電荷トラップ層の上方に絶縁膜を介して形成されたゲ一卜電極と、 を含むメモリセルであって、  A non-conductive charge trap layer formed via a tunnel oxide film above a channel which is a region between the first and second p-type regions on the surface of the n-type well, and is insulated above the charge trap layer. A gate electrode formed through the film; and
前記電荷卜ラップ層の前記第 1の p型領域側の一部領域である第 1のプ ログラム領域、 または、 前記電荷トラップ層の前記第 2の p型領域側の一 部領域である第 2のプログラム領域に電荷をトラップすることよってプロ グラムが行われ、  A first program region that is a partial region of the charge trap layer on the first p-type region side, or a second program region that is a partial region of the charge trap layer on the second p-type region side The program is performed by trapping charge in the program area of
前記第 1または第 2のプログラム領域の読み出しは、 当該プログラム領 域と反対側の P型領域に負電圧が印加されるとともに、 前記ゲート電極に 非プログラム時のしきい値電圧とプログラム時のしきい値電圧の間の電圧 である読出電圧が印加されることによって行われるメモリセル  In the reading of the first or second program area, a negative voltage is applied to the P-type area on the opposite side to the program area, and a threshold voltage at the time of non-programming and a threshold voltage at the time of programming are applied to the gate electrode. A memory cell that is operated by applying a read voltage that is a voltage between threshold voltages
を複数配列してなる不揮発性半導体記憶装置。  Nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of are arranged.
( 2 ) 前記第 1および第 2のプログラム領域をそれぞれ独立してプロダラ ムノ非プログラム状態にすることにより、 1つのメモリセルで 2ビットを プログラムする請求項 1に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (2) The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein two bits are programmed in one memory cell by setting the first and second program areas independently to a programmer non-program state.
( 3 ) 前記第 1、 第 2の p型領域のうち、 一方の p型領域に負電圧を印加 し、 前記ゲート電極に正電圧を印加するとともに、 他方の p型領域を開放 または接地状態にすることによるバンド間トンネリングで発生した電子に よる電荷注入によって、 前記負電圧を印加した p型領域側のプログラム領 域に電荷を注入する請求項 1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 (3) A negative voltage is applied to one of the first and second p-type regions, a positive voltage is applied to the gate electrode, and the other p-type region is opened or grounded. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein charges are injected into a program region on the p-type region side to which the negative voltage is applied by charge injection by electrons generated by band-to-band tunneling.
( 4 ) 前記第 1、 第 2の p型領域のうち、 一方の p型領域に書込負電圧を 印加し、 前記ゲート電極に正電圧を印加するとともに、 他方の p型領域を 開放または接地状態にすることによるバンド間トンネリングで発生した電 子による電荷注入によって、 前記負電圧を印加した p型領域側のプロダラ ム領域に電荷を注入する請求項 2に記載の不揮発性半導体記憶装置。(4) A write negative voltage is applied to one of the first and second p-type regions, a positive voltage is applied to the gate electrode, and the other p-type region is opened or grounded. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein charges are injected into a program region on the p-type region side to which the negative voltage is applied, by charge injection by electrons generated by band-to-band tunneling by setting the state.
( 5 ) 前記 n型ゥエルに正電圧を印加するとともに、 前記ゲート電極に負 電圧を印加することによるチャネル全面 F N引き抜きによって、 前記第 1 、 第 2のプログラム領域の電荷を消去する請求項 1に記載の不揮発性半導 体記憶装置。 (5) The charge of the first and second program regions is erased by applying a positive voltage to the n-type well and extracting the entire channel FN by applying a negative voltage to the gate electrode. The non-volatile semiconductor storage device according to the above.
( 6 ) 半導体基板を接地するとともに、 前記 n型ゥエルに第 1の負電庄を 印加し、 前記第 1、 第 2の p型領域に前記第 1の負電圧よりも絶対値が大 きい第 2の負電圧を印加し、 さらに、 前記前記ゲート電極に前記第 2の負 電圧よりも絶対値が大きい負の高電圧を印加することによる基板ホットホ ール注入によって、 前記第 1、 第 2のプログラム領域の電荷を消去する請 求項 1に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (6) While the semiconductor substrate is grounded, a first negative voltage is applied to the n-type well, and a second negative voltage having an absolute value larger than the first negative voltage is applied to the first and second p-type regions. The first and second programs are applied by applying a negative high voltage to the gate electrode and further by applying a hot negative voltage having a larger absolute value than the second negative voltage to the gate electrode, thereby injecting the substrate hot hole. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the charge in the region is erased.
( 7 ) 前記複数のメモリセルを X (列) Y (行) のマトリクスに配列し、 X方向に配列されたメモリセルのゲート電極となるヮード線を各行ごと に設け、  (7) The plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows), and a lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row.
Y方向に配列されたメモリセルの前記第 1の p型領域が接続されるビッ ト線を各列毎に設けるとともに、 前記メモリセルの第 2の p型領域がプロ ック毎に接続されるソース線を設けた請求項 1に記載の不揮発性半導体記  A bit line to which the first p-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected is provided for each column, and a second p-type region of the memory cell is connected to each block. 2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, further comprising a source line.
( 8 ) 前記複数のメモリセルを X (列) Y (行) のマトリクスに配列し、 X方向に配列されたメモリセルのゲート電極となるヮ一ド線を各行ごと に設け、 (8) The plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows), and a gate line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is provided for each row.
Y方向に配列されたメモリセルの前記第 1の P型領域が接続される Y方 向の配線である第 1のカラム線、 および、 前記メモリセルの第 2の p型領 域が接続される Y方向の配線である第 2のカラム線を各列毎に設けた請求 項 1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 A first column line which is a wiring in the Y direction to which the first P-type region of the memory cells arranged in the Y direction is connected, and a second p-type region of the memory cell 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a second column line, which is a wiring in the Y direction to which the regions are connected, is provided for each column.
( 9 ) 前記第 1および第 2のカラム線は、 それぞれ 1本の ρ型線状領域で 形成され、 それぞれ前記メモリセルの第 1および第 2の ρ型領域を兼ねて いる請求項 8に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (9) The first and second column lines are formed by one ρ-type linear region, respectively, and also serve as the first and second ρ-type regions of the memory cell, respectively. Nonvolatile semiconductor memory device.
( 1 0 ) 前記複数のメモリセルを X (列) Υ (行) のマトリクスに配列し  (10) The plurality of memory cells are arranged in a matrix of X (column) Υ (row).
X方向に配列されたメモリセルのゲート電極となるヮード線を各行ごと に ΒΧ U、 A lead line serving as a gate electrode of the memory cells arranged in the X direction is set to ΒΧU,
Υ方向に配列されたメモリセルの前記第 1の ρ型領域が接続される Υ方 向の配線である第 1のカラム線、 および、 前記メモリセルの第 2の ρ型領 域が接続される Υ方向の配線である第 2のカラム線を各列毎に設けだ請求 項 4に記載の不揮発性半導体記憶装置。  The first ρ-type region of the memory cells arranged in the Υ direction is connected to the first column line, which is the Υ direction wiring, and the second ρ-type region of the memory cell is connected to the first ρ-type region. 5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein a second column line, which is a wiring in the Υ direction, is provided for each column.
( 1 1 ) 1つの第 1のカラム線およびこの第 1のカラム線に X方向に隣接 する第 2のカラム線は、 共通に形成されている請求項 1 0に記載の不揮発 性半導体記憶装置。  (11) The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein one first column line and a second column line adjacent to the first column line in the X direction are commonly formed.
( 1 2 ) 前記共通の第 1、 第 2のカラム線は、 1本の ρ型線状領域で形成 され、 前記メモリセルの ρ型領域を兼ねている請求項 1 1に記載の不揮発 性半導体記憶装置。  (12) The nonvolatile semiconductor device according to claim 11, wherein the common first and second column lines are formed of one ρ-type linear region, and also serve as a ρ-type region of the memory cell. Storage device.
( 1 3 ) 前記第 1および第 2のカラム線は、 それぞれ 1本の ρ型線状領域 で形成され、 それぞれ前記メモリセルの第 1および第 2の ρ型領域を兼ね ている請求項 1 0に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (13) The first and second column lines are each formed of one ρ-type linear region, and also serve as the first and second ρ-type regions of the memory cell, respectively. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
( 1 4 ) あるメモリセルの第 1または第 2のプログラム領域に電荷の注入 を行うときに、 このメモリセルの電荷を注入するプログラム領域側の ρ型 領域であるカラム線に書込負電圧を印加し、 このメモリセルのゲート電極 であるヮード線に正電圧を印加するとともに、 これらワード線およびカラ ム線を共有している (X方向に隣接する) メモリセルの当該供給している カラム線に対向するカラム線に、 前記書込負電圧よりも絶対値の小さい負 電圧である書込阻止電圧を印加することを特徴とする請求項 1 1に記載の 不揮発性半導体記憶装置。 (14) When injecting charge into the first or second program area of a memory cell, write negative voltage to the column line which is the ρ-type area on the program area side where the charge of this memory cell is injected. A positive voltage is applied to the gate line, which is the gate electrode of this memory cell, and the word line and the column line are shared. 12. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein a write-blocking voltage that is a negative voltage having an absolute value smaller than the write negative voltage is applied to a column line opposite to the column line.
(1 5) 半導体基板の n型ゥエルの表面にソース、 ドレインおよびカラム 線となる複数本の p型線状領域をストライプ状に形成し、 その上層に電荷 トラップ層となる ONO膜を形成するとともに、 さらにその上層にヮード 線およびゲート電極となる導電膜を前記 p型線状領域と直交するようにス トライプ状に形成したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。  (15) On the surface of the n-type well of the semiconductor substrate, a plurality of p-type linear regions forming source, drain, and column lines are formed in stripes, and an ONO film serving as a charge trapping layer is formed on top of them. A nonvolatile semiconductor memory device further comprising a conductive film serving as a lead line and a gate electrode formed thereon in a stripe shape so as to be orthogonal to the p-type linear region.
(1 6) 前記半導体基板の、 前記複数本の p型線状領域の間隙部に、 この p型線状領域に並行な溝を形成し、 前記 ONO膜は、 この溝の壁面および 底面に沿って形成される請求項 1 5に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (16) A groove parallel to the p-type linear region is formed in a gap between the plurality of p-type linear regions on the semiconductor substrate, and the ONO film is formed along a wall surface and a bottom surface of the groove. 16. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 15, formed by forming.
(1 7) 前記半導体基板に Y方向に、 前記 p型線状領域の幅の底部を有し 、 前記チャネル領域分の深さを有する溝を前記 p型線状領域の幅の上面部 を挟んで複数形成し、 前記 p型線状領域を前記溝の底部および前記上面部 に形成し、 前記〇N〇膜は、 この溝の壁面および底面に沿って形成される 請求項 1 5に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (17) The semiconductor substrate has a bottom having a width of the p-type linear region in the Y direction and a groove having a depth corresponding to the channel region sandwiching an upper surface of the width of the p-type linear region. The p-type linear region is formed at the bottom and the top of the groove, and the {N} film is formed along the wall and bottom of the groove. Non-volatile semiconductor storage device.
(18) 前記 p型線状領域および前記導電膜の一方または両方にシリサイ ド膜を形成した請求項 1 5に記載の不揮発性半導体記憶装置。  (18) The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 15, wherein a silicide film is formed on one or both of the p-type linear region and the conductive film.
(1 9) 半導体基板表面に形成され、 X (列) , Y (行) のマトリクス状 に配列された複数の島状の p型領域群と、  (19) A plurality of island-shaped p-type regions formed on the surface of the semiconductor substrate and arranged in a matrix of X (columns) and Y (rows);
前記半導体基板上に形成された ONO (Ox i d e— N i t r i d e— Ox i d e) 膜と、  An ONO (Oxide—Nitride—Oxide) film formed on the semiconductor substrate;
前記 ONO膜上に、 前記マトリクス状に配列された p型領域群の X方向 の間隙にストライプ状に形成された複数のワード線と、  A plurality of word lines formed in stripes on the ONO film in gaps in the X direction of the p-type region group arranged in a matrix;
前記ワード線のさらに上層に、 前記マトリクス状に配列された p型領域 群の X方向のピッチと同一のピッチでストライプ状に形成された複数の力 ラム線と、 前記カラム線とヮード線の間の層を経由して、 前記マトリクス状に配列 された!)型領域を X方向に 2つずつ接続する局所配線であって、 各列にお いて、 Y方向に配列されている各 p型領域の接続方向が左右交互になって いる局所配線と、 A plurality of power lines formed in a stripe pattern at the same pitch as the pitch in the X direction of the p-type region group arranged in a matrix on a layer further above the word line; Arranged in the matrix via the layer between the column line and the code line! A local wiring that connects two p-type regions in the X direction, wherein the connection direction of each p-type region arranged in the Y direction is alternately left and right in each column;
を有し、  Has,
各局所配線を、 その上層に形成されているカラム線に各々ビアホールを 介して接続した不揮発性半導体記憶装置。  A nonvolatile semiconductor memory device in which each local wiring is connected via a via hole to a column line formed thereon.
(20) 請求項 19に記載の不揮発性半導体記憶装置を製造する方法であ つて、  (20) A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 19,
半導体基板表面において、 前記 p型領域群が形成されるべきマトリクス 領域群の Y方向の間隙であるストライプ状の領域に素子間を電気的に分離 するトレンチ絶縁膜を形成し、 前記〇N〇膜を形成し、 前記ワード線をメ タル層で形成したのち、 前記 P型領域を前記ヮ一ド線によるセルファライ ンのイオン注入で形成することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製 造方法。  On the surface of the semiconductor substrate, a trench insulating film for electrically isolating elements from each other is formed in a stripe-shaped region that is a gap in the Y direction of the matrix region group where the p-type region group is to be formed; Forming the word line by a metal layer, and then forming the P-type region by ion implantation of self-alignment by the ground line.
(2 1) 半導体基板表面に形成された複数の p型領域およびトレンチ絶縁 膜であって、 縦方向 (Y方向) および横方向 (X方向) に、 それぞれが交 互になるように組み合わせられて格子状に配列されている横長矩形の p型 領域および縦長矩形のトレンチ絶縁膜と、  (2 1) A plurality of p-type regions and trench insulating films formed on the surface of a semiconductor substrate, which are combined in the vertical direction (Y direction) and the horizontal direction (X direction) so that they are alternated. A horizontally-long rectangular p-type region and a vertically-long rectangular trench insulating film arranged in a lattice,
前記半導体基板上に形成された〇N〇 (Ox i d e—N i t r i d e— Ox i d e) 膜と、  A 〇N〇 (Oxide—Nitride—Oxide) film formed on the semiconductor substrate;
前記 ON O膜上に、 前記配列された P型領域の X方向の間隙にストライ プ状に形成された複数のワード線と、  A plurality of striped word lines formed in a gap in the X direction between the arranged P-type regions on the ONO film;
前記ヮード線のさらに上層に、 前記配列された p型領域の上方にこの p 型領域の X方向のピッチの半分のピッチでス卜ライプ状に形成された複数 のカラム線と、  A plurality of column lines formed in a stripe shape above the arrayed p-type regions at a pitch of half the X-direction pitch of the p-type regions above the arranged p-type regions;
各カラム線をその下方に形成されている p型領域にコンタクトホールを 介して接続した不揮発性半導体記憶装置。 Each column line has a contact hole in the p-type region formed below it. Non-volatile semiconductor memory device connected via
( 2 2 ) 請求項 2 1に記載の不揮発性半導体記憶装置を製造する方法であ つて、  (22) A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 21, wherein:
半導体基板表面に前記トレンチ絶縁膜を形成し、 その上層に前記 O N O 膜を形成し、 前記ヮ一ド線をメタル層で形成したのち、 前記 p型領域を前 記ヮード線によるセルファラインのイオン注入で形成することを特徴とす る不揮発性半導体記憶装置の製造方法。  The trench insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, the ONO film is formed thereon, and the pad line is formed of a metal layer, and then the p-type region is ion-implanted with self-line by the above-described lead line. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, characterized by being formed by:
( 2 3 ) 半導体基板の上層に形成された O N O膜と、  (23) an ONO film formed on an upper layer of a semiconductor substrate;
前記 O N O膜の上層に X方向に形成された複数のヮード線と、 前記ヮード線のさらに上層に Y方向に形成された複数対の左側カラム線 および右側カラム線と、  A plurality of lead lines formed in the X direction on the upper layer of the ONO film; a plurality of pairs of left column lines and right column lines formed in the Y direction further above the lead lines;
前記半導体基板表面に、 前記左側カラム線の下層領域に所定間隔で形成 された複数の左側 P型領域、 および、 前記右側カラム線の下層領域に所定 間隔で形成された複数の右側 p型領域と、  A plurality of left P-type regions formed at predetermined intervals in a lower region of the left column line on the surface of the semiconductor substrate; and a plurality of right p-type regions formed at predetermined intervals in a lower region of the right column line. ,
を有し、  Has,
さらに、 前記半導体基板表面に、 1つの左側 p型領域を、 1本のワード 線の下層領域であるチャネル領域を挟んで斜めに対向する 1つの右側 p型 領域に対応づける絶緑領域を形成したことを特徴とする不揮発性半導体記  Further, an absolutely green region is formed on the surface of the semiconductor substrate, which associates one left p-type region with one right p-type region obliquely opposed to a channel region that is a lower layer region of one word line. Nonvolatile semiconductor memory characterized by the following:
( 2 4 ) 半導体基板の表面付近に形成された n型ゥエル表面に所定間隔を 開けて形成されたソースおよびドレインと、 前記 n型ゥェル表面の前記ソ ース、 ドレイン間の領域であるチャネルの上方にトンネル酸化膜を介して 形成された不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラップ層の上方に絶縁 膜を介して形成されたゲート電極と、 を含む Pチャネルセルと、 (24) A source and a drain formed at predetermined intervals on an n-type well surface formed near the surface of the semiconductor substrate, and a channel, which is a region between the source and the drain on the n-type well surface. A P-channel cell including: a nonconductive charge trapping layer formed above through a tunnel oxide film; and a gate electrode formed above the charge trapping layer through an insulating film;
半導体基板の表面付近に形成された p型ゥエル表面に所定間隔を開けて 形成されたソースおよびドレインと、 前記 P型ゥエル表面の前記ソース、 ドレイン間の領域であるチャネルの上方にトンネル酸化膜を介して形成さ れた不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラップ層の上方に絶縁膜を介 して形成されたゲート電極と、 を含む Nチャネルセルと、 A source and a drain are formed at a predetermined interval on the surface of the p-type well formed near the surface of the semiconductor substrate, and a tunnel oxide film is formed above a channel which is a region between the source and the drain on the surface of the P-type well. Formed through An N-channel cell including: a nonconductive charge trapping layer; a gate electrode formed above the charge trapping layer via an insulating film;
を同一の半導体基板上に隣接して形成形成し、 互いのドレインおよびゲ ートを共通に接続したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。  Are formed adjacently on the same semiconductor substrate, and their drains and gates are commonly connected.
( 2 5 ) 半導体基板の表面付近に形成された n型ゥエル表面に所定間隔を 開けて形成ざれた第 1および第 2の p型領域と、 前記 n型ゥエル表面の前 記第 1、 第 2の p型領域間の領域であるチャネルの上方にトンネル酸化膜 を介して形成された不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラップ層の上 方に絶縁膜を介して形成されたゲ一卜電極と、 を含む Pチャネルセルを、 複数配列した Pチャネルアレイ領域と、  (25) first and second p-type regions formed at predetermined intervals on the surface of an n-type well formed near the surface of the semiconductor substrate; and the first and second p-type regions formed on the surface of the n-type well. A non-conductive charge trap layer formed above a channel, which is a region between the p-type regions, through a tunnel oxide film; and a gate electrode formed above the charge trap layer via an insulating film. And a P channel array region in which a plurality of P channel cells including
半導体基板の表面付近に形成された P型ゥエル表面に所定間隔を開けて 形成された第 1および第 2の n型領域と、 前記 p型ゥエル表面の前記第 1 、 第 2の n型領域間の領域であるチャネルの上方にトンネル酸化膜を介し て形成された不導体の電荷トラップ層と、 前記電荷トラップ層の上方に絶 縁膜を介して形成されたゲート電極と、 を含む Nチャネルセルを、 複数配 列した Nチャネルアレイ領域と、  First and second n-type regions formed at predetermined intervals on a P-type well surface formed near the surface of a semiconductor substrate; and between the first and second n-type regions on the p-type well surface An N-channel cell including: a nonconductive charge trapping layer formed above a channel, which is a region of the above, via a tunnel oxide film; and a gate electrode formed above the charge trapping layer via an insulating film. A plurality of N-channel array regions,
を同一の半導体基板上に形成したことを特徴とする不揮発性半導体記憶  Non-volatile semiconductor memory characterized by forming on a same semiconductor substrate
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