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JP3515973B2 - Semiconductor storage device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor storage device and method of manufacturing the same

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JP3515973B2
JP3515973B2 JP2002098978A JP2002098978A JP3515973B2 JP 3515973 B2 JP3515973 B2 JP 3515973B2 JP 2002098978 A JP2002098978 A JP 2002098978A JP 2002098978 A JP2002098978 A JP 2002098978A JP 3515973 B2 JP3515973 B2 JP 3515973B2
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memory device
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Panasonic Corp
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊ゲート型電界
効果トランジスタからなる不揮発性メモリセルを搭載し
た半導体記憶装置及びその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device having a nonvolatile memory cell composed of a floating gate type field effect transistor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、不揮発性でかつメモリの書き
込み,消去が可能なメモリとして、EEPROMが知ら
れている。図25(a),(b)は、従来の一般的なE
EPROMの単位セルの構造と消去(電荷の注入),書
き込み(電荷の引き抜き)の原理とを示す図である。E
EPROMの単位セルは、メモリトランジスタとセレク
トンジスタとを直列に接続して構成されている。例えば
p- 型の半導体基板101内の活性領域に高濃度のn型
不純物を導入して、セレクトトランジスタのドレイン領
域102と、セレクトトランジスタのソース領域及びメ
モリトランジスタのドレイン領域として機能するn+ 領
域103と、メモリトランジスタのソース領域104と
が形成されている。そして、半導体基板101の上に絶
縁膜を介してセレクトトランジスタの選択ゲート107
と、メモリトランジスタの浮遊ゲート105とが形成さ
れており、さらに浮遊ゲート105の上に絶縁膜を介し
てメモリトランジスタの制御ゲート106が形成されて
いる。そして、メモリトランジスタのドレイン領域とし
て機能するn+ 領域103の一部と浮遊ゲート105と
の間には、特に薄く形成されたトンネル酸化膜110が
介在している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an EEPROM is known as a non-volatile memory capable of writing and erasing. 25A and 25B show a conventional general E
It is a figure which shows the structure of the unit cell of EPROM, and the principle of erasing (charge injection) and writing (charge extraction). E
The unit cell of the EPROM is composed of a memory transistor and a select transistor connected in series. For example, a high-concentration n-type impurity is introduced into an active region in a p- type semiconductor substrate 101 to form a drain region 102 of a select transistor and an n + region 103 functioning as a source region of a select transistor and a drain region of a memory transistor. And a source region 104 of the memory transistor are formed. Then, the select gate 107 of the select transistor is formed on the semiconductor substrate 101 via an insulating film.
And a floating gate 105 of the memory transistor are formed, and a control gate 106 of the memory transistor is further formed on the floating gate 105 via an insulating film. A particularly thin tunnel oxide film 110 is interposed between the floating gate 105 and a part of the n + region 103 functioning as the drain region of the memory transistor.

【0003】図25(a)に示すように、電子を浮遊ゲ
ート105内に注入する際には、セレクトトランジスタ
のドレイン領域102に低電圧0Vを、選択ゲート10
7及び制御ゲート106に高電圧20Vをそれぞれ印加
すると、セレクトトランジスタがONしてドレイン領域
102からN+ 領域103に電子が流れた後、この電子
がトンネル酸化膜110を介してFNトンネリングによ
り電子が浮遊ゲート105に注入される。
As shown in FIG. 25A, when injecting electrons into the floating gate 105, a low voltage of 0 V is applied to the drain region 102 of the select transistor and the select gate 10 is operated.
When a high voltage of 20 V is applied to the control gate 106 and the control gate 106, respectively, the select transistor is turned on and electrons flow from the drain region 102 to the N + region 103. Then, the electrons are generated by FN tunneling through the tunnel oxide film 110. It is injected into the floating gate 105.

【0004】図25(b)に示すように、浮遊ゲート1
05から電子を引き抜く際には、制御ゲート106には
低電圧0Vを、セレクトトランジスタの選択ゲート10
7及びドレイン領域102には高電圧20Vをそれぞれ
印加すると、浮遊ゲート105内の電子がトンネル酸化
膜110を介してn+ 領域103に引き抜かれた後、セ
レクトトランジスタのドレイン領域102に流れる。
As shown in FIG. 25 (b), the floating gate 1
When the electrons are extracted from 05, a low voltage of 0 V is applied to the control gate 106 and the select gate 10 of the select transistor is selected.
When a high voltage of 20 V is applied to the drain region 102 and the drain region 102, electrons in the floating gate 105 are extracted to the n + region 103 via the tunnel oxide film 110 and then flow to the drain region 102 of the select transistor.

【0005】上記一般的な従来のEEPROMは、メモ
リトランジスタのドレイン領域とゲート電極との間でF
Nトンネリングによる電子の移動を利用して書き込み,
消去を行う技術である。なお、浮遊ゲート105に電子
が注入された状態を消去状態とするか書き込み状態とす
るかは任意に定義することができ、統一的に定められて
いるわけではない。
In the above general conventional EEPROM, the F region is formed between the drain region and the gate electrode of the memory transistor.
Write using the movement of electrons by N tunneling,
This is a technology for erasing. Note that whether the state in which electrons are injected into the floating gate 105 is the erased state or the written state can be arbitrarily defined and is not uniformly determined.

【0006】一方、上記一般的な従来のEEPROMと
は異なる原理を用いて書き込みを行うようにしたEEP
ROMも提案されている。
On the other hand, the EEP is adapted to perform writing by using a principle different from that of the above general conventional EEPROM.
ROMs have also been proposed.

【0007】例えば、本発明者は、図26に示すような
ソース側注入を行うデバイスを提案している(特開平5
−226662号公報参照)。この構造では、同図に示
すように、P型シリコン基板200の上に、厚みが10
nm程度のシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜201
を介して、浮遊ゲート202と選択ゲート203とが形
成されている。そして、各ゲート202,203の間及
び側壁にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜204が形成
され、各ゲート202,203の上には酸化膜(Oxi
de),窒化膜(Nitride)及び酸化膜(Oxi
de)からなるONO複合絶縁膜を介してポリシリコン
膜からなる制御ゲート電極208が設けられている。ま
た、各ゲート202,203の側方に位置するP型シリ
コン基板200内の領域には不純物拡散層であるドレイ
ン領域205とソース領域206とがそれぞれ形成され
ている。
For example, the present inventor has proposed a device for performing source side injection as shown in FIG.
-226662 publication). In this structure, as shown in the figure, a thickness of 10 is formed on the P-type silicon substrate 200.
The gate insulating film 201 made of a silicon oxide film of about nm
The floating gate 202 and the select gate 203 are formed via the. An insulating film 204 made of a silicon oxide film is formed between the gates 202 and 203 and on the sidewalls, and an oxide film (Oxi) is formed on the gates 202 and 203.
de), nitride film (Nitride) and oxide film (Oxi)
A control gate electrode 208 made of a polysilicon film is provided via an ONO composite insulating film made of de). In addition, a drain region 205 and a source region 206, which are impurity diffusion layers, are formed in regions inside the P-type silicon substrate 200 located on the sides of the gates 202 and 203, respectively.

【0008】このような構造を採ることによって、電子
の浮遊ゲート202への注入動作時に、制御ゲート20
8を12〜17V程度の高い正の電圧に、選択ゲート2
03を1〜2V程度の低い正の電圧にそれぞれ設定する
と、選択ゲート203の下方には弱い反転層が形成さ
れ、浮遊ゲート202の下方の基板内には空乏層が形成
される。すなわち、浮遊ゲート202のソース側端部下
方の反転層とこれに隣接する空乏層との間に高いポテン
シャルギャップが生成される。そして、このポテンシャ
ルギャップを利用して電子を浮遊ゲート202に注入す
ることができる。このような方法によると、セレクトト
ランジスタとメモリトランジスタとを高密度に集約した
微細構造とでき、かつ比較的低いドレイン電圧(この場
合は、5V)にもかかわらず、従来のEEPROMより
も高速の書き込みが可能になる。
By adopting such a structure, during the operation of injecting electrons into the floating gate 202, the control gate 20 is
8 to a high positive voltage of about 12 to 17 V, and select gate 2
When 03 is set to a low positive voltage of about 1 to 2 V, a weak inversion layer is formed below the select gate 203, and a depletion layer is formed in the substrate below the floating gate 202. That is, a high potential gap is generated between the inversion layer below the source side end of the floating gate 202 and the depletion layer adjacent thereto. Then, electrons can be injected into the floating gate 202 by utilizing this potential gap. According to such a method, the select transistor and the memory transistor can be integrated into a high-density fine structure, and the writing speed is higher than that of the conventional EEPROM despite the relatively low drain voltage (5 V in this case). Will be possible.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
26に示す半導体記憶装置において、浮遊ゲートにソー
ス側注入方式を利用して電子を注入する方法では、以下
のような問題があった。
However, in the semiconductor memory device shown in FIG. 26, the method of injecting electrons into the floating gate by utilizing the source side injection method has the following problems.

【0010】まず、ソース側注入方法によると、比較的
低いドレイン電圧(約5V)で書き込める。しかし、3
V系の電源電圧を使用する場合、トランジスタのしきい
値のばらつきや温度保償を考慮すると、メモリセルとし
ては2V程度のドレイン電圧で十分に書き込める機能が
要求されるので、3V以下の単一電源系での注入は難し
い。
First, according to the source side injection method, writing can be performed with a relatively low drain voltage (about 5 V). But 3
When a V-system power supply voltage is used, considering the variation in the threshold voltage of the transistor and the temperature compensation, the memory cell is required to have a function capable of sufficiently writing with a drain voltage of about 2V. Injection in the power system is difficult.

【0011】そこで、この欠点を補うためには、ドレイ
ン電圧のみを電源電圧よりも昇圧すればよいと考えられ
る。しかし、ソース側注入方式を利用した場合の注入電
流は10μA程度であり、最も一般的なチャネルホット
エレクトロン注入におけるmAオーダーの電流よりは桁
違いに少ないものの、一度に注入可能なメモリセルの数
に制限がある。
Therefore, in order to compensate for this drawback, it is considered that only the drain voltage needs to be boosted above the power supply voltage. However, the injection current when the source side injection method is used is about 10 μA, which is an order of magnitude less than the mA order current in the most general channel hot electron injection, but the number of memory cells that can be injected at one time is small. There is a limit.

【0012】さらに、原因は十分解明されていないが、
ソース側注入方式を利用したメモリの注入を行うと特有
のメモリ機能の劣化が生じることが判った。従って、書
き込み,消去サイクルを数万回レベル繰り返すことがで
きる機能しかない。
Further, although the cause has not been sufficiently clarified,
It was found that the peculiar deterioration of the memory function occurs when the memory is injected using the source side injection method. Therefore, there is only a function capable of repeating tens of thousands of write and erase cycles.

【0013】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、浮遊ゲート型トランジスタで構成さ
れる不揮発性メモリセルを搭載した半導体記憶装置及び
その製造方法において、書き込み,消去に必要とされる
電源電圧の低減を図りつつ、書き込み,消去回数の向上
と信頼性の向上とを図ることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to perform writing and erasing in a semiconductor memory device having a nonvolatile memory cell composed of a floating gate type transistor and a manufacturing method thereof. It is to improve the number of times of writing and erasing and improve the reliability while reducing the required power supply voltage.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、消去は半導体基板内のソース
・ドレイン間に位置する領域から浮遊ゲートに電子をF
Nトンネリングによって注入することにより行い、書き
込みは浮遊ゲートからFNトンネリングによってドレイ
ン側に引き抜くことにより行うことにある。
In order to achieve the above-mentioned object, the means taken by the present invention is to erase electrons from a region located between a source and a drain in a semiconductor substrate to a floating gate.
It is performed by injecting by N tunneling, and writing is performed by extracting from the floating gate to the drain side by FN tunneling.

【0015】本発明の第1の半導体記憶装置は、半導体
基板上に少なくとも1つのメモリセルを搭載した半導体
記憶装置において、上記メモリセルは、上記半導体基板
の第1導電型の領域内に互いに離間して形成された第2
導電型の第1の拡散層、第2の拡散層および第3の拡散
と、上記半導体基板上で上記第1の拡散層と上記第3
の拡散層との間の領域上に形成された浮遊ゲートと、上
記浮遊ゲートと上記半導体基板との間形成された第1
の絶縁膜と、上記半導体基板上で上記第2の拡散層
第3の拡散層との間の領域上に形成された選択ゲート
と、上記選択ゲートと上記半導体基板との間に介在する
第2の絶縁膜と、上記浮遊ゲートの上方に形成された制
御ゲートと、上記浮遊ゲートと上記制御ゲートとの間に
介在する第3の絶縁膜と、上記選択ゲートの上方に形成
されたダミーゲートと、上記ダミーゲートと上記選択ゲ
ートとの間に介在する第4の絶縁膜とを備え、上記浮遊
ゲート電極に電子を注入する際には、上記第1の拡散層
に接続されているビットラインはオープンとし、上記半
導体基板を第1の電位に設定し、上記制御ゲートを上記
半導体基板の第1の電位に対して高電位である第2の電
位に設定して、上記半導体基板内の上記第1の拡散層と
上記第3の拡散層との間に位置する領域から上記浮遊ゲ
ートにFNトンネリングにより行われる
The first semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor memory device having at least one memory cell mounted on a semiconductor substrate, wherein the memory cells are separated from each other in a region of the first conductivity type of the semiconductor substrate. The second formed
Conductive type first diffusion layer, second diffusion layer and third diffusion layer
A layer , the first diffusion layer and the third diffusion layer on the semiconductor substrate .
A floating gate formed on a region between the diffusion layers, the first which is formed between the floating gate and the semiconductor substrate
The insulating film, a select gate formed on a region between the second diffusion layer and the third diffusion layer on the semiconductor substrate, the select gate, and the semiconductor substrate. A second insulating film interposed between the floating gate, the control gate formed above the floating gate, a third insulating film interposed between the floating gate and the control gate, and above the select gate. comprising a dummy gate formed in, and a fourth insulating film interposed between the dummy gate and the select gate, the floating
When injecting electrons into the gate electrode, the first diffusion layer is used.
The bit line connected to
The conductor substrate is set to the first potential, and the control gate is set to the above.
The second electric potential which is higher than the first electric potential of the semiconductor substrate.
Of the first diffusion layer in the semiconductor substrate.
From the region located between the third diffusion layer and the third diffusion layer,
FN tunneling to the factory .

【0016】この構成により、ソース側注入メカニズム
に代わり、FNトンネリングを利用した浮遊ゲートへの
電子の注入が可能となり、電子の注入、引き抜き時に必
要とされる電流が1セル当たり1nA程度に低減され
る。そして、注入に必要な電流が低減することで、ドレ
イン電圧を電源電圧から昇圧して一度に多くのメモリセ
ルへの電子の注入が行われても電力不足をきたすことが
なく、半導体記憶装置の低電圧化が可能となる。また、
従来の一般的なFNトンネリングを利用してドレイン−
浮遊ゲート間で電子の注入,引き抜きを行う半導体記憶
装置に比べ、電子の注入時と引き抜き時とでは、第1の
絶縁膜の異なる部位を電子が通過するので、第1の絶縁
膜の耐久性が向上する。
With this structure, instead of the injection mechanism on the source side, it is possible to inject electrons into the floating gate using FN tunneling, and the current required for injecting and extracting electrons is reduced to about 1 nA per cell. It Then, by reducing the current required for injection, even if the drain voltage is boosted from the power supply voltage and electrons are injected into many memory cells at one time, there is no power shortage, and the semiconductor memory device It is possible to reduce the voltage. Also,
Drain using conventional general FN tunneling
Compared to a semiconductor memory device that injects and extracts electrons between floating gates, electrons pass through different portions of the first insulating film during injection and extraction of electrons, so the durability of the first insulating film is improved. Is improved.

【0017】上記制御ゲートに接続されたワードライン
と、上記第2の拡散層に接続されたソースラインとを備
えていることが好ましい。
Word line connected to the control gate
And a source line connected to the second diffusion layer.
Preferably.

【0018】上記第3の絶縁膜と上記第4の絶縁膜と
は、同じ絶縁膜をパターニングして形成されたものであ
り、上記浮遊ゲートと上記選択ゲートとは、同じ第1の
導電体膜をパターニングして形成されたものであり、上
記制御ゲートと上記ダミーゲートとは、同じ第2の導電
体膜をパターニングして形成されたものであることによ
り、2つの導電体膜のみで各ゲートを構成でき、コスト
を低減することができる。
The third insulating film and the fourth insulating film are formed by patterning the same insulating film, and the floating gate and the select gate are the same first conductor film. The control gate and the dummy gate are formed by patterning the same second conductor film, so that each gate is formed by only two conductor films. Can be configured, and the cost can be reduced.

【0019】上記制御ゲートは、上記浮遊ゲートと同じ
幅を有し、上記ダミーゲートは、上記選択ゲートと同じ
幅を有していることが好ましい。
It is preferable that the control gate has the same width as the floating gate, and the dummy gate has the same width as the select gate.

【0020】上記第1の絶縁膜は、5nm以上で10n
m未満の厚みを有するシリコン酸化膜により構成されて
いることが好ましい。
The first insulating film has a thickness of 5 nm or more and a thickness of 10 nm.
It is preferably composed of a silicon oxide film having a thickness of less than m.

【0021】上記ダミーゲートは、複数のメモリセルに
亘って形成されており、上記選択ゲートのうちメモリセ
ルアレイの端部付近の上記ダミーゲートが除去された部
分にコンタクトするゲート取り出し配線が形成されてい
ることが好ましい。
The dummy gate is formed over a plurality of memory cells, and a gate lead-out line for contacting a portion of the select gate near the end of the memory cell array where the dummy gate is removed is formed. Is preferred.

【0022】本発明の第2の半導体記憶装置は、半導体
基板上に少なくとも1つのメモリセルを搭載した半導体
記憶装置において、上記メモリセルは、上記半導体基板
の第1導電型の領域内に互いに離間して形成された第2
導電型の第1の拡散層および第2の拡散層と、上記半導
体基板上で上記第1の拡散層の一端部と上記第1、第2
の拡散層間の領域上とに跨って形成された浮遊ゲート
と、上記浮遊ゲートと上記半導体基板との間に形成され
た第1の絶縁膜と、上記半導体基板上で上記第1の拡散
層の一端部と上記第1,第2の拡散層間の領域上に跨っ
て形成された選択ゲートと、上記選択ゲートと上記半導
体基板との間に介在する第2の絶縁膜と、上記浮遊ゲー
トの少なくとも一部と近接するように形成された制御ゲ
ートと、上 記浮遊ゲートと制御ゲートとの間に第3の絶
縁膜とを備え、上記浮遊ゲート電極に電子を注入する際
には、上記第1の拡散層に接続されているビットライン
はオープンとし、上記半導体基板を第1の電位に設定
し、上記制御ゲートを上記半導体基板の第1の電位に対
して高電位である第2の電位に設定して、上記半導体基
板内の上記第1の拡散層と上記第2の拡散層との間に位
置する領域から上記浮遊ゲートにFNトンネリングによ
り行われる。
A second semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor
Semiconductor with at least one memory cell mounted on a substrate
In the memory device, the memory cell is the semiconductor substrate.
Formed in a first conductivity type region of the
A conductive type first diffusion layer and a second diffusion layer, and
One end of the first diffusion layer and the first and second diffusion layers on the body substrate.
Floating gate formed over and between the diffusion layers of
Is formed between the floating gate and the semiconductor substrate.
The first insulating film and the first diffusion film on the semiconductor substrate.
Spans one end of the layer and the region between the first and second diffusion layers
Formed by the selection gate, the selection gate and the semiconductor
The second insulating film interposed between the body substrate and the floating gate.
Of the control gate formed in close proximity to at least a part of the
The third insulation between the over bets, the upper Symbol floating gate and a control gate
When injecting electrons into the floating gate electrode, which has an edge film
Has a bit line connected to the first diffusion layer
Is open and the above semiconductor substrate is set to the first potential
The control gate to the first potential of the semiconductor substrate.
And set to a second potential, which is a high potential, and
There is a position between the first diffusion layer and the second diffusion layer in the plate.
By the FN tunneling from the area to be placed to the floating gate
Is carried out.

【0023】本発明の第3の半導体記憶装置は、半導体
基板上に少なくとも1つのメモリセルを搭載した半導体
記憶装置において、上記メモリセルは、上記半導体基板
の第1導電型の領域内に互いに離間して形成された第2
導電型の第1の拡散層、第2の拡散層および第3の拡散
層と、上記半導体基板上で上記第1の拡散層と上記第3
の拡散層との間に形成された浮遊ゲートと、上記浮遊ゲ
ートと上記半導体基板との間に形成された第1の絶縁膜
と、上記半導体基板上で上記第2の拡散層と上記第3の
拡散層との間に形成された選択ゲートと、上記選択ゲー
トと上記半導体基板との間に介在する第2の絶縁膜と、
上記浮遊ゲートの少なくとも一部と近接するように形成
された制御ゲートと、上記浮遊ゲートと制御ゲートとの
間に第3の絶縁膜とを備え、上記浮遊ゲート電極に電子
を注入する際には、上記第1の拡散層に接続されている
ビットラインはオープンとし、上記半導体基板を第1の
電位に設定し、上記制御ゲートを上記半導体基板の第1
の電位に対して高電位である第2の電位に設定して、上
記半導体基板内の上記第1の拡散層と上記第3の拡散層
との間に位置する領域から上記浮遊ゲートにFNトンネ
リングにより行われる。
A third semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor
Semiconductor with at least one memory cell mounted on a substrate
In the memory device, the memory cell is the semiconductor substrate.
Formed in a first conductivity type region of the
Conductive type first diffusion layer, second diffusion layer and third diffusion layer
A layer, the first diffusion layer and the third diffusion layer on the semiconductor substrate.
Floating gate formed between the floating gate and
Insulating film formed between the substrate and the semiconductor substrate
And the second diffusion layer and the third diffusion layer on the semiconductor substrate.
The select gate formed between the diffusion layer and the select gate
A second insulating film interposed between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate,
Formed near at least part of the floating gate
Between the floating gate and the control gate
A third insulating film is provided between the floating gate electrode and an electron.
Is connected to the first diffusion layer when injecting
The bit line is open and the above semiconductor substrate is the first
Set to a potential, and the control gate is connected to the first of the semiconductor substrate.
Set to the second potential, which is higher than that of
The first diffusion layer and the third diffusion layer in the semiconductor substrate
FN tunnel from the area located between
Done by ring.

【0024】本発明の第4の半導体記憶装置は、半導体
基板上に少なくとも1つのメモリセルを搭載した半導体
記憶装置において、上記メモリセルは、上記半導体基板
の第1導電型の領域内に互いに離間して形成された第2
導電型の第1の拡散層および第2の拡散層と、上記半導
体基板上で上記第1の拡散層と上記第2の拡散層との間
の領域上にゲート絶縁膜を介して形成された選択ゲート
と、上記選択ゲートの両側部に第1の絶縁膜を介して形
成された浮遊ゲートと、上記選択ゲート及び浮遊ゲート
の上に第2の絶縁膜を介して形成された制御ゲートと、
上記半導体基板と上記浮遊ゲートとの間に形成されたト
ンネル絶縁膜とを備え、上記浮遊ゲート電極に電子を注
入する際には、上記第1の拡散層に接続されているビッ
トラインはオープンとし、上記半導体基板を第1の電位
に設定し、上記制御ゲートを上記半導体基板の第1の電
位に対して高電位である第2の電位に設定して、上記半
導体基板内の上記第1の拡散層と上記第2の拡散層との
間に位置する領域から上記浮遊ゲートにFNトンネリン
グにより行われる。
A fourth semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor memory device having at least one memory cell mounted on a semiconductor substrate, wherein the memory cells are separated from each other within a region of the first conductivity type of the semiconductor substrate. The second formed
A conductive type first diffusion layer and a second diffusion layer, and a region formed between the first diffusion layer and the second diffusion layer on the semiconductor substrate and formed through a gate insulating film. A select gate, a floating gate formed on both sides of the select gate via a first insulating film, the select gate and the floating gate
A control gate formed over the second insulating film,
A tunnel insulating film formed between the semiconductor substrate and the floating gate is provided, and when injecting electrons into the floating gate electrode, the bit line connected to the first diffusion layer is opened. , The semiconductor substrate is set to a first potential, the control gate is set to a second potential which is higher than the first potential of the semiconductor substrate, and the first potential in the semiconductor substrate is set. FN tunneling is performed from the region located between the diffusion layer and the second diffusion layer to the floating gate.

【0025】上記第1〜第4の半導体記憶装置におい
て、上記第1の拡散層は、ドレイン領域であり、上記第
2の拡散層は、ソース領域であることが好ましい。
In the above first to fourth semiconductor memory devices
Te, the first diffusion layer, the drain region, the second diffusion layer is preferably a source region.

【0026】本発明の第1の半導体記憶装置の製造方法
は、上記第1の半導体記憶装置の製造方法であって、
子分離が形成された半導体基板上にFNトンネリングが
可能なゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、上記ゲー
ト絶縁膜上に第1の導電体膜を形成する工程(b)と、
上記第1の導電体膜のうち上記素子分離上に位置する部
分を選択的に除去して矩形状の開口を形成する工程
(c)と、上記工程(c)の後に、上記第1の導電体膜
の上に絶縁膜を形成する工程(d)と、上記絶縁膜上に
第2の導電体膜を形成する工程(e)と、上記第2の導
電体膜をパターニングして、制御ゲート及びダミーゲー
トを形成する工程(f)と、上記第1の導電体膜をパタ
ーニングして、浮遊ゲート及び選択ゲートを形成する工
程(g)と、上記ダミーゲートの両端部のうち少なくと
もいずれか一方を除去する工程(h)と、上記選択ゲー
トのうち上記ダミーゲートが除去された部分にコンタク
トするゲート取り出し配線を形成する工程(i)とを含
み、上記工程(g)では、上記浮遊ゲートは、上記第1
の導電体膜に形成された上記開口によって上記素子分離
上で分断され、各メモリセルごとに切り離されて形成さ
れており、上記選択ゲートは複数のメモリセルに亘って
形成される方法である。
A first method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention is the method of manufacturing a first semiconductor memory device described above, wherein a gate insulating film capable of FN tunneling is formed on a semiconductor substrate on which element isolation is formed. Forming step (a), forming a first conductor film on the gate insulating film (b),
A step (c) of selectively removing a portion of the first conductor film located above the element isolation to form a rectangular opening, and the step of (c), followed by the first conductivity. A step (d) of forming an insulating film on the body film, a step (e) of forming a second conductor film on the insulating film, and a patterning of the second conductor film to form a control gate. And a step (f) of forming a dummy gate, a step (g) of patterning the first conductor film to form a floating gate and a select gate, and at least one of both ends of the dummy gate. In the step (g), and a step (i) in which a gate lead-out line that contacts the portion of the select gate where the dummy gate is removed is formed. , Above first
Is formed by dividing the element isolation by the opening formed in the conductor film and separating each memory cell, and the select gate is formed over a plurality of memory cells.

【0027】上記工程(g)の後に、上記ダミーゲート
の両端部のうち少なくともいずれか一方を除去する工程
(h)と、上記選択ゲートのうち上記ダミーゲートが除
去された部分にコンタクトするゲート取り出し配線を形
成する工程(i)とをさらに含むことができる。
After the step (g), a step (h) of removing at least one of both ends of the dummy gate, and a gate extraction for contacting a portion of the select gate where the dummy gate is removed. The method may further include the step (i) of forming wiring.

【0028】上記ゲート絶縁膜は、5nm以上で10n
m未満の厚みを有するシリコン酸化膜により構成される
ことが好ましい。
The gate insulating film has a thickness of 10 nm at 5 nm or more.
It is preferably composed of a silicon oxide film having a thickness of less than m.

【0029】上記ダミーゲートは、複数のメモリセルに
亘って形成されることが好ましい。
The dummy gate is preferably formed over a plurality of memory cells.

【0030】上記工程(g)の後に、上記ダミーゲート
の両端部のうち少なくともいずれか一方を除去する工程
(h)と、上記選択ゲートのうち上記ダミーゲートが除
去された部分にコンタクトするゲート取り出し配線を形
成する工程(i)とをさらに含むことができる。
After the step (g), a step (h) of removing at least one of both ends of the dummy gate, and a gate extraction for contacting a portion of the select gate where the dummy gate is removed. The method may further include the step (i) of forming wiring.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態) まず、第1の実施形態について、図面を参照しながら説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) First, a first embodiment will be described with reference to the drawings.

【0032】図1は、第1の実施形態に係るEEPRO
Mの構造を示す断面図である。同図に示すように、P型
シリコン基板1には、互いに離間して形成されたN型不
純物拡散層であるドレイン領域2と、ソース領域3とが
設けられている。そして、ソース領域3とドレイン領域
2との間のP型シリコン基板1の上には、ゲート絶縁膜
5を介して第1層ポリシリコン膜からなる選択ゲート6
が設けられている。また、選択ゲート6の両側部にはO
NO膜からなる絶縁膜8を介して堆積された第2層目ポ
リシリコン膜を異方性エッチングして得られるサイドウ
ォールが形成されており、この2つのサイドウォールの
うちのドレイン領域2の上方にある部分が浮遊ゲート7
として機能する。なお、選択ゲート6の上では、比較的
厚いシリコン酸化膜8aが形成されている。さらに、上
記選択ゲート6及び浮遊ゲート7の上にはONO膜から
なる絶縁膜10を介して堆積されたポリシリコン膜から
形成された制御ゲート9が設けられている。なお、ドレ
イン領域2と浮遊ゲート7との間には、10nm程度の
厚みのトンネル酸化膜4が形成されている。
FIG. 1 shows an EEPRO according to the first embodiment.
It is sectional drawing which shows the structure of M. As shown in the figure, the P-type silicon substrate 1 is provided with a drain region 2 and a source region 3 which are N-type impurity diffusion layers formed apart from each other. Then, on the P-type silicon substrate 1 between the source region 3 and the drain region 2, a select gate 6 made of a first-layer polysilicon film with a gate insulating film 5 interposed therebetween.
Is provided. In addition, O is provided on both sides of the select gate 6.
Sidewalls obtained by anisotropically etching the second-layer polysilicon film deposited via the insulating film 8 made of an NO film are formed. Above the drain region 2 of these two sidewalls is formed. The part in is the floating gate 7
Function as. A relatively thick silicon oxide film 8a is formed on the select gate 6. Further, a control gate 9 formed of a polysilicon film deposited via an insulating film 10 made of an ONO film is provided on the selection gate 6 and the floating gate 7. A tunnel oxide film 4 having a thickness of about 10 nm is formed between the drain region 2 and the floating gate 7.

【0033】図2は、図1に示すメモリセルを配置して
構成されるEEPROMのメモリセルアレイの構成を部
分的に示す回路図である。図2に示すように、このメモ
リセルアレイは、行列状に多数のメモリセルMmnを配
置し、かつ各列において、相隣接するメモリセルのドレ
イン領域を共通の領域に形成し相隣接するメモリセルの
ソース領域を共通の領域に形成して構成されている。そ
して、図1に示すメモリセルの各部は、回路上では以下
のように接続されている。各メモリセルの制御ゲート9
は行に沿って延びるワードラインWL1,WL2,…に
接続され、相隣接するメモリセル例えばメモリセルM1
1,M21のドレイン領域2は列に沿って延びる共通の
ビットラインBL1に接続されている。また、2つの行
内のメモリセルによって共有化されている各ソース領域
3を接続するソースラインが設けられ、かつ2つのソー
スラインがさらに1つに共通化されており、4本のワー
ド線に対応する4つの行に1つずつソースラインSSL
1,SSL2,…が設けられている。また、共通の行に
配置されたメモリセルの選択ゲート6は行に沿って延び
る選択ラインSL1,SL2,…にそれぞれ接続されて
いる。
FIG. 2 is a circuit diagram partially showing the structure of an EEPROM memory cell array formed by arranging the memory cells shown in FIG. As shown in FIG. 2, this memory cell array has a large number of memory cells Mmn arranged in a matrix, and in each column, the drain regions of the memory cells adjacent to each other are formed in a common region and The source region is formed in a common region. The respective parts of the memory cell shown in FIG. 1 are connected in the circuit as follows. Control gate 9 of each memory cell
Are connected to word lines WL1, WL2, ... Which extend along the rows and are adjacent to each other, for example, memory cell M1.
The drain regions 2 of M1 and M21 are connected to a common bit line BL1 extending along the column. Further, a source line for connecting the source regions 3 shared by the memory cells in the two rows is provided, and the two source lines are further shared by one, corresponding to four word lines. Source line SSL for every four rows
1, SSL2, ... Are provided. Further, the selection gates 6 of the memory cells arranged in a common row are connected to the selection lines SL1, SL2, ... Which extend along the row.

【0034】なお、本発明の半導体記憶装置におけるメ
モリセルアレイにおいて、ソースラインの接続方法は、
本実施形態におけるソースラインの接続方法に限定され
るものではない。
In the memory cell array of the semiconductor memory device of the present invention, the source line connection method is as follows.
The method of connecting the source lines in this embodiment is not limited.

【0035】次に、メモリセルへの書き込み,消去動作
について、表1及び図3〜図7を参照しながら説明す
る。表1はメモリセルM42への書き込み,消去,読出
しの各動作における電位の設定方法を示す一覧表であ
り、図3〜図7は、表1の各動作に対応する各部の電位
を具体的に示す図である。
Next, the writing and erasing operations to the memory cell will be described with reference to Table 1 and FIGS. Table 1 is a table showing a method of setting the potential in each operation of writing, erasing and reading to the memory cell M42, and FIGS. 3 to 7 concretely show the potential of each part corresponding to each operation of Table 1. FIG.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】−書き込み(引き抜き)動作− 書き込み動作においては、各選択ラインSL1,SL
2,…を0Vに設定し、各ソースラインSSL1,SS
L2,…をオープンにし、シリコン基板1を接地した状
態で、書き込みを行いたいメモリセルM42の制御ゲー
トが接続されているワードラインWL4に対して書き込
みを行いたいメモリセルM42のドレイン領域が接続さ
れるビットラインBL2の電位をFNトンネル電流が流
れる程度に高く設定する。このように設定することによ
って、浮遊ゲート7に蓄積された電子をドレイン領域2
につまりビットラインBL2へと引き抜く。その場合、
ワードライン,ビットライン,選択ライン等の電位の設
定方式には、下記のような方式1と方式2とがある。
-Write (pull-out) operation-In the write operation, each select line SL1, SL
2, ... are set to 0V and each source line SSL1, SS
With L2, ... Opened and the silicon substrate 1 grounded, the drain region of the memory cell M42 to be written is connected to the word line WL4 to which the control gate of the memory cell M42 to be written is connected. The potential of the bit line BL2 is set high enough to allow the FN tunnel current to flow. By setting in this way, the electrons accumulated in the floating gate 7
That is, it is pulled out to the bit line BL2. In that case,
There are the following method 1 and method 2 for setting potentials of word lines, bit lines, selection lines, and the like.

【0038】(方式1) 図3に示すように、メモリが書き込まれるメモリセルM
42に接続されるワードラインWL4の電位を−10V
に,他のワードラインWL1,WL2,WL3,WL
5,…(非選択ワードライン)の電位を0Vにそれぞれ
設定し、メモリセルM42に接続されるビットラインB
L2の電位を正の値5Vに,他のビットラインBL1,
BL3,…をオープンにそれぞれ設定する。また、すべ
ての選択ラインSL1,SL2,…を接地し、すべての
ソースラインSSL1,SSL2,…をオープンにす
る。
(Method 1) As shown in FIG. 3, the memory cell M into which the memory is written
The potential of the word line WL4 connected to 42 is -10V
And other word lines WL1, WL2, WL3, WL
Bit lines B connected to the memory cell M42 by setting the potentials of 5, ... (non-selected word lines) to 0V, respectively.
The potential of L2 is set to a positive value of 5V and the other bit lines BL1,
BL3, ... are set to open respectively. Further, all the selection lines SL1, SL2, ... Are grounded and all the source lines SSL1, SSL2 ,.

【0039】(方式2) 図4に示すように、書き込みを行うメモリセルM42に
接続されるワードラインWL4を接地し,他のワードラ
インWL1,WL2,WL3,WL5,…の電位を6V
にそれぞれ設定し、メモリセルM42に接続されるビッ
トラインBL2の電位を12Vに,他のビットラインB
L1,BL3,…をオープンに設定する。また、すべて
の選択ラインSL1,SL2,…の電位を0Vに設定
し、すべてのソースラインSSL1,SSL2,…をオ
ープンにする。
(Method 2) As shown in FIG. 4, the word line WL4 connected to the memory cell M42 for writing is grounded, and the potentials of the other word lines WL1, WL2, WL3, WL5, ...
, The potential of the bit line BL2 connected to the memory cell M42 is set to 12V, and the potential of the other bit line B2 is set to 12V.
Set L1, BL3, ... to open. Further, the potentials of all the selection lines SL1, SL2, ... Are set to 0V and all the source lines SSL1, SSL2 ,.

【0040】以上のような電位の設定方法によって、ワ
ードラインWL4とビットラインBL2の交点に配置さ
れたメモリセルM42のみの浮遊ゲートから電子を選択
的に引き抜くつまりメモリセルM42を書き込み状態に
することが可能になる。
By the above potential setting method, electrons are selectively extracted from the floating gate of only the memory cell M42 arranged at the intersection of the word line WL4 and the bit line BL2, that is, the memory cell M42 is set to the write state. Will be possible.

【0041】−消去(注入)動作− メモリセルアレイ中の少なくとも1つのワードラインに
共通に接続されるすべてのメモリセルを消去状態にする
場合、当該ワードラインの電位を正の高い値に設定し、
シリコン基板の電位を低電位にして、制御ゲートとシリ
コン基板との間の電位差を浮遊ゲート−シリコン基板間
にFNトンネル電流が流れる程度に大きく設定する。こ
れによって、メモリセルアレイ中の少なくとも1つのワ
ードラインに共通に接続されるすべてのメモリセルにお
いて、シリコン基板内のソース・ドレイン間に位置する
領域から浮遊ゲート内に電子がトンネル絶縁膜を通して
注入される。
-Erase (Injection) Operation-To put all the memory cells commonly connected to at least one word line in the memory cell array into the erased state, set the potential of the word line to a positive high value,
The potential of the silicon substrate is set to a low potential, and the potential difference between the control gate and the silicon substrate is set large enough to allow the FN tunnel current to flow between the floating gate and the silicon substrate. Thereby, in all the memory cells commonly connected to at least one word line in the memory cell array, electrons are injected into the floating gate from the region located between the source and the drain in the silicon substrate through the tunnel insulating film. .

【0042】なお、ソース・ドレイン領域のうち少なく
ともいずれか一方をシリコン基板と同じ電位にしておく
のが好ましい。基板からキャリア(この場合は電子)の
注入を行うには、注入されるキャリアの供給源が必要で
あり、ソース・ドレインのいずれかからキャリアを供給
する必要がある。その際に、ソース・ドレインに印加さ
れる電圧は、基板と同じにすることにより、注入場所の
浮遊ゲート−トンネル膜−基板間のポテンシャルギャッ
プが最も急峻になり注入効率が高くなる。例えばドレイ
ン領域の電位を基板と同じ低電位に設定した場合には、
ドレイン領域自体が浮遊ゲートとトンネル酸化膜を挟ん
で対向しているので、上記目的を容易に果たすことがで
きる。ただし、通常ドレイン領域にはコラムデコーダが
存在しており、このコラムデコーダの電位が正負に変化
できるようにすると回路構造が複雑になるので、ソース
領域から低電位の設定をするほうが有利な場合がある。
ソース領域と浮遊ゲートとは離れているが、上記表1に
示すように、例えば基板側の電位を−8Vにする場合に
は、選択ゲートの電位を−4Vに設定しておいて選択メ
モリセルのソース領域の電位を−8Vに設定すると、選
択ゲートの下方の基板領域の電位を十分に反転させて浮
遊ゲートのソース側端部に対向する基板領域の電位を−
8Vに保つことができる。その場合、非選択のメモリセ
ルのソース領域の電位を−4V(つまり、選択メモリセ
ルのソース領域の電位の半分の値)に設定し、選択ゲー
トの電位を0Vに設定することにより、浮遊ゲートのソ
ース側端部に対向する基板領域の電位を−4Vに保ち、
消去動作を行わないようにできる。
It is preferable that at least one of the source / drain regions has the same potential as the silicon substrate. In order to inject carriers (electrons in this case) from the substrate, a supply source of injected carriers is required, and it is necessary to supply carriers from either the source or the drain. At this time, the voltage applied to the source / drain is set to be the same as that of the substrate, whereby the potential gap between the floating gate at the injection site, the tunnel film and the substrate becomes the steepest, and the injection efficiency becomes high. For example, if the potential of the drain region is set to the same low potential as the substrate,
Since the drain region itself faces the floating gate with the tunnel oxide film interposed therebetween, the above-mentioned object can be easily achieved. However, since a column decoder normally exists in the drain region, and making the potential of this column decoder positive and negative makes the circuit structure complicated, it may be advantageous to set a low potential from the source region. is there.
Although the source region and the floating gate are separated from each other, as shown in Table 1 above, for example, when the potential on the substrate side is set to -8V, the potential of the select gate is set to -4V and the selected memory cell is set. , The potential of the substrate region below the select gate is sufficiently inverted to set the potential of the substrate region facing the source side end of the floating gate to −8V.
Can be kept at 8V. In that case, the potential of the source region of the non-selected memory cell is set to −4V (that is, half the potential of the source region of the selected memory cell), and the potential of the select gate is set to 0V, thereby setting the floating gate. Keep the potential of the substrate area facing the source side end of -4V,
It is possible to prevent the erase operation.

【0043】その際、ワードライン,シリコン基板,ビ
ットライン等の電圧の具体的な設定方法には、例えば下
記のような方法がある。
At this time, as a concrete method of setting the voltages of the word line, the silicon substrate, the bit line, etc., there are the following methods, for example.

【0044】(方式1) 図5に示すように、4つのワードラインWL2〜WL5
の電位を10V程度に設定し、この4つのワードライン
WL2〜WL5に対応するソースラインSSL2の電位
を−8Vに設定し、この4つのワードラインWL2〜W
L5に対応する選択ラインSL2〜SL5の電位を−4
Vに設定する。そして、シリコン基板1の電位を−8V
程度に設定する。一方、非選択の選択ラインSL1,S
L6,…及びワードラインWL1,WL6,…を接地
し、非選択のソースラインSSL1,SSL3,…を−
4Vに設定し、すべてのビットラインBL1,BL2,
…をオープンにする。このような電位の設定によって、
4つのワードラインWL2〜WL5に接続されるメモリ
セルの浮遊ゲートに一括して電子が注入される。なお、
すべてのメモリセルを消去状態にする場合には、図5に
示す状態で、すべてのワードラインの電位を10Vに、
すべてのソースラインSSL1,SSL2,…の電位を
−8Vに、すべての選択ラインSL1,SL2,…の電
位を−4Vにそれぞれ設定すればよい。
(Method 1) As shown in FIG. 5, four word lines WL2 to WL5
Is set to about 10V, the potential of the source line SSL2 corresponding to the four word lines WL2 to WL5 is set to -8V, and the four word lines WL2 to W5 are set.
Set the potential of the select lines SL2 to SL5 corresponding to L5 to -4
Set to V. Then, the potential of the silicon substrate 1 is set to -8V.
Set to a degree. On the other hand, non-selected selection lines SL1, S
.. and word lines WL1, WL6, .. are grounded, and unselected source lines SSL1, SSL3 ,.
Set to 4V and all bit lines BL1, BL2
Open ... By setting such a potential,
Electrons are collectively injected into the floating gates of the memory cells connected to the four word lines WL2 to WL5. In addition,
To put all the memory cells in the erased state, set the potentials of all the word lines to 10 V in the state shown in FIG.
The potentials of all the source lines SSL1, SSL2, ... May be set to -8V, and the potentials of all the select lines SL1, SL2 ,.

【0045】以上のような消去方法において、このメモ
リセルアレイは4本分のワードラインWL2〜WL5ご
とのセクター消去あるいは全メモリセルの一括消去が可
能になり、最小消去単位は4本分のワードラインにつな
がるメモリセルの数となる。
In the erasing method as described above, this memory cell array can perform sector erasing for every four word lines WL2 to WL5 or batch erasing of all memory cells, and the minimum erasing unit is four word lines. It becomes the number of memory cells connected to.

【0046】(方式2) 図6に示すように、選択ワードラインWL4の電位を1
5V程度に設定し、非選択のワードラインWL1,WL
2,WL3,WL5,…を接地し、シリコン基板1も接
地する。そして、すべてのビットラインBL1,BL
2,…をオープンにし、すべての選択ラインSL1,S
L2,…及びすべてのソースラインSSL1,SSL
2,…を接地する。なお、すべてのメモリセルを消去状
態にする場合には、図6に示す状態で、すべてのワード
ラインの電位を15Vに設定すればよい。
(Method 2) As shown in FIG. 6, the potential of the selected word line WL4 is set to 1
Unselected word lines WL1 and WL set to about 5V
2, WL3, WL5, ... Are grounded, and the silicon substrate 1 is also grounded. And all bit lines BL1, BL
2, open all select lines SL1, S
L2, ... and all source lines SSL1, SSL
Ground 2, ... When all the memory cells are to be erased, the potentials of all the word lines may be set to 15V in the state shown in FIG.

【0047】以上のような消去方法によって、このメモ
リセルアレイは、各ワードラインWL1,WL2,…毎
のセクター消去あるいは全メモリセルの一括消去が可能
になり、最小消去単位は、一本分のワードラインにつな
がるメモリセルの数となる。
By the above erasing method, this memory cell array can perform sector erasing for each word line WL1, WL2, ... Or batch erasing of all memory cells, and the minimum erasing unit is a word for one line. It is the number of memory cells connected to the line.

【0048】−読出し動作− 図7に示すように、読出しを行おうとするメモリセルM
42に接続されるワードラインWL4の電位をVcc
(例えば2.5〜3.3V程度)に設定し、他のワード
ラインWL1,WL2,WL3,WL5,…を接地し、
メモリセルM42に接続されるビットラインBL2の電
位を1Vに設定し、他のビットラインBL1,BL3,
…をオープンにし、メモリセルM42に接続される選択
ラインSL4の電位をVccに設定し、他の選択ライン
SL1,SL2,SL3,SL5,…及びすべてのソー
スラインSSL1,SSL2,…を接地する。そして、
シリコン基板1も接地する。
-Read Operation-As shown in FIG. 7, a memory cell M to be read.
The potential of the word line WL4 connected to 42 is set to Vcc
(For example, about 2.5 to 3.3V), ground the other word lines WL1, WL2, WL3, WL5, ...
The potential of the bit line BL2 connected to the memory cell M42 is set to 1V and the other bit lines BL1, BL3.
Are opened, the potential of the selection line SL4 connected to the memory cell M42 is set to Vcc, and the other selection lines SL1, SL2, SL3, SL5, ... And all the source lines SSL1, SSL2 ,. And
The silicon substrate 1 is also grounded.

【0049】図8は、本実施形態の方式1による電子の
引き抜き(書き込み)時における信号のパルス幅としき
い値電圧との関係を示す特性図である。従来の各方式に
おいても、浮遊ゲートからの電子の引き抜きは、浮遊ゲ
ートからドレイン領域への電子のFNトンネリングを利
用して行っているので、従来の半導体記憶装置において
も、ほぼ同様の特性が得られる。なお、電子の引き抜き
に要する電流は、いずれも1nA/cell程度であ
る。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the pulse width of a signal and the threshold voltage when electrons are extracted (written) according to the method 1 of the present embodiment. Also in each of the conventional methods, since the FN tunneling of the electrons from the floating gate to the drain region is used to extract the electrons from the floating gate, almost the same characteristics can be obtained also in the conventional semiconductor memory device. To be The current required to extract the electrons is about 1 nA / cell.

【0050】また、図9は、本実施形態の方式1(実線
曲線)及び従来のソース側注入(破線)による電子の注
入時における信号のパルス幅と浮遊ゲート内の電荷量に
相当するしきい値電圧Vthとの関係を示す特性図であ
る。本発明の他の実施形態でも、シリコン基板内のソー
ス・ドレイン間に位置する領域から浮遊ゲートへのFN
トンネリングを利用しているので、ほぼ同様の特性が得
られる。ソース側注入の場合、ある電荷量の注入に要す
る時間は極めて短く高速注入が可能であるが、注入に要
する電流が10μA/cell程度と大きいのに対し、
本発明では注入に要する電流が1nA/cell程度と
極めて小さい。ここで、許容される全電流が100μA
程度とすると、従来のソース側注入によるものでは、1
0個程度のメモリセルにしか注入できない。それに対
し、本発明によるものでは、100000個程度のメモ
リセルへの一括注入が可能となることがわかる。
FIG. 9 is a threshold corresponding to the pulse width of a signal and the amount of charge in the floating gate at the time of electron injection by the method 1 (solid curve) of the present embodiment and conventional source side injection (dashed line). It is a characteristic view which shows the relationship with value voltage Vth. In another embodiment of the present invention, the FN from the region located between the source and the drain in the silicon substrate to the floating gate is also used.
Since tunneling is used, almost the same characteristics can be obtained. In the case of source-side injection, the time required to inject a certain amount of charge is extremely short and high-speed injection is possible, but the current required for injection is as large as about 10 μA / cell, whereas
In the present invention, the current required for injection is extremely small, about 1 nA / cell. Here, the total allowable current is 100 μA
In the case of conventional source-side injection, 1
It can be injected into only about 0 memory cells. On the other hand, according to the present invention, it is possible to perform batch injection into about 100,000 memory cells.

【0051】以上のデータから、本発明とソース側注入
方式とを比較すると、以下のことがいえる。浮遊ゲート
からの電子の引き抜きに要する時間や電流は、本発明で
も従来の方式によるものでも実質的な差はない。しか
し、本発明のEEPROMにおける浮遊ゲートへの電子
の注入に要する電流は、ソース側注入方式によるEEP
ROMにおける電流の1/10000程度である。した
がって、本発明では、浮遊ゲートに対する電子の注入ま
たは消去のいずれにおいても、多数のメモリセルに一括
して行うことができる。つまり、多数のメモリセルに対
する一括書き込みと一括消去とが可能である。それに対
し、ソース側注入方式では、浮遊ゲートへの電子の注入
を消去と規定するとワード線単位の一括消去ができなく
なるので、通常浮遊ゲートへの電子の注入を書き込みと
して用いるが、その場合、一括書き込みできるメモリセ
ルの数が極めて少なくなる。
From the above data, the following can be said when the present invention is compared with the source side injection method. There is no substantial difference between the present invention and the conventional method in the time and current required to extract the electrons from the floating gate. However, the current required for injecting electrons into the floating gate in the EEPROM of the present invention is EEP by the source side injection method.
It is about 1/10000 of the current in the ROM. Therefore, in the present invention, either injection or erasure of electrons to the floating gate can be performed collectively on a large number of memory cells. That is, batch writing and batch erasing are possible for many memory cells. On the other hand, in the source side injection method, if electron injection into the floating gate is defined as erase, batch erase in word line units cannot be performed. Therefore, injection of electrons into the floating gate is usually used as write. The number of memory cells that can be written is extremely small.

【0052】また、従来のドレイン領域から浮遊ゲート
に電子を注入する方式によるEEPROMの場合、電子
の引き抜きと注入とのいずれの場合も酸化膜の同じ部位
を介して電子がFNトンネリングするので、FNトンネ
リングに伴う酸化膜のダメージが大きく、書き込み,消
去を繰り返し行うことができる回数が少なくなる。それ
に対し、本実施形態では、書き込み,消去が、それぞれ
酸化膜の別の部位を介して行われるので、寿命が向上す
ることになる。
Further, in the case of the conventional EEPROM in which electrons are injected from the drain region to the floating gate, FN tunneling is performed through the same portion of the oxide film in both the extraction and injection of electrons. The oxide film is greatly damaged by tunneling, and the number of times writing and erasing can be repeated is reduced. On the other hand, in the present embodiment, since writing and erasing are performed via different portions of the oxide film respectively, the life is improved.

【0053】したがって、本実施形態によれば、書き込
み(引き抜き)と消去(注入)の両方にFNトンネル電
流を使用することが可能になる。そして、FNトンネル
電流を利用した注入動作では、上述のように電子を基板
側から注入することによって、従来のソース側注入に比
べてより少ない電流での注入が可能となる。したがっ
て、同時に注入が可能なメモリセルの数も飛躍的に増大
し、システム全体としての高速動作が可能となる。ま
た、このことは、より低い電源電圧を昇圧して書き込み
・消去時の電源として使用することが可能なことをも意
味する。
Therefore, according to the present embodiment, the FN tunnel current can be used for both writing (pulling out) and erasing (injection). Then, in the injection operation using the FN tunnel current, by injecting the electrons from the substrate side as described above, it becomes possible to inject with a smaller current as compared with the conventional source side injection. Therefore, the number of memory cells that can be injected at the same time dramatically increases, and high-speed operation of the entire system becomes possible. This also means that a lower power supply voltage can be boosted and used as a power supply for writing / erasing.

【0054】さらに、本実施形態に係るEEPROMの
メモリセルの構造では、浮遊ゲート7が選択ゲート6に
対して自己整合的に形成されるため、極めて高密度のE
EPROMを形成しうる利点がある。
Further, in the structure of the memory cell of the EEPROM according to this embodiment, the floating gate 7 is formed in a self-aligned manner with respect to the select gate 6, so that an extremely high density E
There is an advantage that an EPROM can be formed.

【0055】また、本実施形態のごときメモリセルアレ
イの構造及び駆動方法を採用することによって、過剰書
き込み(すなわち電子が過剰に浮遊ゲートから引き抜か
れてメモリセルが常時ON状態になること)を防ぐため
に、従来のFN書き込み、FN消去方式メモリセルアレ
イで必要となっていた書き込みベリファイが不要にな
る。これは、本発明で採用したメモリセルが浮遊ゲート
で覆われていない領域すなわち選択ゲートのみで覆われ
ている領域がソース・ドレイン領域間に存在するためで
ある。したがって、このこともシステム全体としての書
き込み時間の短縮に貢献する。また、本発明のごとき動
作を採用することによって、現時点では最も安定で書き
込み消去ダメージの少ないメカニズム(FN電流)が使
えるために、書換え回数の飛躍的な伸びも期待できる。
In addition, by adopting the structure and driving method of the memory cell array as in the present embodiment, in order to prevent excessive writing (that is, electrons are excessively pulled out from the floating gate and the memory cell is always turned on). The write verify that is required in the conventional FN writing and FN erasing method memory cell array becomes unnecessary. This is because the memory cell employed in the present invention has a region not covered with the floating gate, that is, a region covered only with the select gate, between the source and drain regions. Therefore, this also contributes to the reduction of the writing time of the entire system. Further, by adopting the operation of the present invention, since the mechanism (FN current) that is the most stable and has the least write / erase damage at the present time can be used, a dramatic increase in the number of rewrites can be expected.

【0056】特に、本実施形態のごとく、選択ラインを
列ではなく行に沿って延びるようにしているので、列に
沿って延びるビットラインとは直交する関係となる。そ
れに対し、選択ラインがビットラインと同じく列に沿っ
て延びている場合、読出しを行う際に、非選択のメモリ
セル部分で選択ラインを通してソースとビットラインと
の間にリーク電流が流れることがあり、このリーク電流
によって、選択されたメモリセルが消去状態であるにも
かかわらず書き込み状態と判断されるような誤読出しを
生じる虞れがある。それに対し、本実施形態のような選
択ラインとビットラインとの関係では、上述のような誤
読出しを確実に防止できる。
In particular, as in the present embodiment, the select lines are arranged to extend not along the columns but along the rows, so that the bit lines extend orthogonally to the bit lines extending along the columns. On the other hand, if the select line extends along the column like the bit line, a leak current may flow between the source and the bit line through the select line in the non-selected memory cell portion during reading. The leak current may cause erroneous reading such that the selected memory cell is judged to be in the written state even though it is in the erased state. On the other hand, in the relationship between the selection line and the bit line as in the present embodiment, the erroneous reading as described above can be reliably prevented.

【0057】(第2の実施形態) 図10は、第2の実施形態に係るEEPROMのメモリ
セルの構造を示す断面図である。本実施形態に係るメモ
リセルの構造は、制御ゲートと選択ゲートとを一体化し
てなる制御選択ゲート12が設けられている点である。
また、ゲート酸化膜5は、第1の実施形態におけるより
もかなり厚くしている。
(Second Embodiment) FIG. 10 is a sectional view showing the structure of an EEPROM memory cell according to a second embodiment. The structure of the memory cell according to the present embodiment is that the control selection gate 12 which is an integrated control gate and selection gate is provided.
Further, the gate oxide film 5 is made considerably thicker than in the first embodiment.

【0058】本実施形態のような構造では、あるメモリ
セルにおいて選択ラインSLとワードラインWLとが導
通された状態となる。したがって、例えば図3に示す方
式1による浮遊ゲートからの電子引き抜き動作におい
て、選択ラインSL4に−10Vが印加された状態とな
る。つまり、図10に示すメモリセルにおいて、制御選
択ゲート12の電位が低い電位値−10Vに設定されド
レイン領域2の電位が5Vに設定された状態となり、浮
遊ゲート7の電子がドレイン領域2側に引き抜かれる。
そのとき、ソース領域3はオープンとなっているので、
制御選択ゲート12とソース領域3との間で電子の移動
は生じず、何の不具合も生じない。同様に、図4に示す
方式2による書き込み動作においても、不具合は生じな
い。
In the structure as in this embodiment, the select line SL and the word line WL in a certain memory cell are brought into conduction. Therefore, for example, in the electron extraction operation from the floating gate according to the method 1 shown in FIG. 3, -10 V is applied to the selection line SL4. That is, in the memory cell shown in FIG. 10, the potential of the control selection gate 12 is set to a low potential value −10 V, the potential of the drain region 2 is set to 5 V, and the electrons of the floating gate 7 are moved to the drain region 2 side. Be pulled out.
At that time, since the source area 3 is open,
Electrons do not move between the control selection gate 12 and the source region 3 and no trouble occurs. Similarly, no trouble occurs in the write operation according to the method 2 shown in FIG.

【0059】また、図5及び図6に示す消去動作におい
ては、制御選択ゲート12とシリコン基板1との間にも
15〜18V程度の電圧が印加されることになるが、制
御選択ゲート12の下方の絶縁膜5を浮遊ゲート7下方
の絶縁膜よりも十分厚くしておけば、ゲート−基板間で
電子の授受が行われることがないので、不具合は生じな
い。
In the erase operation shown in FIGS. 5 and 6, a voltage of about 15 to 18 V is applied between the control selection gate 12 and the silicon substrate 1. If the lower insulating film 5 is made sufficiently thicker than the insulating film below the floating gate 7, electrons will not be transferred between the gate and the substrate, and no trouble will occur.

【0060】さらに、図7に示す読出し動作では、読出
しが行われるメモリセルM42に接続されるワードライ
ンWL4,選択ラインSL4の電位が共にVccに設定
されるので、ワードラインと選択ラインとが導通してい
ても不具合はない。
Further, in the read operation shown in FIG. 7, since the potentials of the word line WL4 and the select line SL4 connected to the memory cell M42 to be read are both set to Vcc, the word line and the select line become conductive. There is no problem even if you do.

【0061】そして、本実施形態のごとく制御ゲートと
選択ゲートとを一体化した制御選択ゲートを設けた場
合、書き込み,消去,読出し動作はすでに説明した第1
の実施形態における動作と同じ動作を採用することがで
きる。そして、本実施形態の構造では、制御ゲートと選
択ゲートとが一体化されていることで、より高密度なE
EPROMを形成することができる。
When the control selection gate in which the control gate and the selection gate are integrated is provided as in the present embodiment, the write, erase, and read operations are the same as those described above.
The same operation as that in the above embodiment can be adopted. Further, in the structure of the present embodiment, the control gate and the select gate are integrated, so that a higher density E
An EPROM can be formed.

【0062】さらに、本実施形態のような構造を採用す
ることで、ワードラインと選択ラインとを1つの配線に
集約することができ、集積度の飛躍的な向上を図ること
ができる。
Further, by adopting the structure of this embodiment, the word line and the selection line can be integrated into one wiring, and the integration degree can be remarkably improved.

【0063】(第3の実施形態) 次に、図11〜図15を参照しながら、第3の実施形態
に係るEEPROMについて説明する。
(Third Embodiment) Next, an EEPROM according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.

【0064】図11は、第3の実施形態のうち第1のタ
イプのEEPROM中のメモリセルの構造を示す断面図
である。同図に示すように、第1のタイプのEEPRO
Mの場合、P型シリコン基板1上には、同じポリシリコ
ン膜からパターニングされた選択ゲート6と浮遊ゲート
7とが、それぞれ厚みが5〜10nm程度のゲート絶縁
膜5,4を介して形成されている。そして、各ゲート
6,7の間及び側壁にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜
8が形成され、各ゲート6,7の上には酸化膜(Oxi
de),窒化膜(Nitride)及び酸化膜(Oxi
de)からなるONO複合絶縁膜10を介してポリシリ
コン膜からなる制御ゲート9が設けられている。また、
各ゲート6,7側方に位置するP型シリコン基板1内の
領域には不純物拡散層であるドレイン領域2とソース領
域3とがそれぞれ形成されている。
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of the memory cell in the EEPROM of the first type of the third embodiment. As shown in the figure, the first type EEPRO
In the case of M, the select gate 6 and the floating gate 7 patterned from the same polysilicon film are formed on the P-type silicon substrate 1 via the gate insulating films 5 and 4 each having a thickness of about 5 to 10 nm. ing. An insulating film 8 made of a silicon oxide film is formed between the gates 6 and 7 and on the side walls, and an oxide film (Oxi) is formed on the gates 6 and 7.
de), nitride film (Nitride) and oxide film (Oxi)
A control gate 9 made of a polysilicon film is provided via an ONO composite insulating film 10 made of de). Also,
A drain region 2 and a source region 3, which are impurity diffusion layers, are formed in regions of the P-type silicon substrate 1 located on the sides of the gates 6 and 7, respectively.

【0065】この構造は、上記図27に示す本発明者が
すでに提案したEEPROMの構造と似ているが、本実
施形態ではゲート絶縁膜の厚みを5〜10nmまで薄く
しておき、ソース側注入メカニズムを利用することな
く、シリコン基板1内のソース・ドレイン間に位置する
領域からFNトンネリングにより注入できるように構成
されている点が異なる。このように、浮遊ゲート7内へ
の電子の注入をソース側注入ではなくてFNトンネリン
グを利用して行うことにより、基本的には、上記第1の
実施形態と同様の効果を発揮することができる。しか
も、このような構造では、2層ポリシリコン膜のプロセ
スにより半導体記憶装置を形成できる点で、製造コスト
が上記第1の実施形態よりも安価である利点がある。
This structure is similar to the structure of the EEPROM already proposed by the present inventor shown in FIG. 27, but in this embodiment, the thickness of the gate insulating film is made as thin as 5 to 10 nm and the source side implantation is performed. It is different in that it is configured so that the implantation can be performed by FN tunneling from a region located between the source and the drain in the silicon substrate 1 without using the mechanism. In this way, by injecting the electrons into the floating gate 7 by using the FN tunneling instead of the source side injection, basically the same effect as that of the first embodiment can be exhibited. it can. Moreover, such a structure has an advantage that the manufacturing cost is lower than that of the first embodiment, in that the semiconductor memory device can be formed by the process of the two-layer polysilicon film.

【0066】図12は、第3の実施形態のうち第2のタ
イプのEEPROMのメモリセルの構造を示す断面図で
ある。この第2のタイプのEEPROMのメモリセル
は、上記第1のタイプのEEPROMに比べて制御ゲー
ト6と浮遊ゲート7との間隔が比較的広い場合、あるい
はゲート6,7上に薄い絶縁膜10のみを形成する場合
に得られる。この場合、ドレイン領域2,ソース領域3
を形成するための不純物イオンの注入の際に、各ゲート
6,7間に位置するシリコン基板1内の領域にも拡散層
11が形成される。ただし、この構造の場合にも上記第
1のタイプのEEPROMと基本的には同じ効果が得ら
れる。
FIG. 12 is a sectional view showing the structure of the memory cell of the second type EEPROM of the third embodiment. The memory cell of the second type EEPROM has a relatively large distance between the control gate 6 and the floating gate 7 as compared with the first type EEPROM, or only the thin insulating film 10 is formed on the gates 6 and 7. Obtained when forming. In this case, the drain region 2 and the source region 3
At the time of implanting the impurity ions to form the diffusion layer 11, the diffusion layer 11 is also formed in the region in the silicon substrate 1 located between the gates 6 and 7. However, even in the case of this structure, basically the same effect as that of the first type EEPROM can be obtained.

【0067】図13及び図14は、それぞれ第3の実施
形態のうち第3及び第4のタイプのEEPROMのメモ
リセルの構造を示す断面図であって、それぞれ上記第
1,第2のタイプのEEPROMの制御ゲート9を浮遊
ゲート7の上のみに形成されている構造としたものであ
る。すなわち、第3,第4のタイプのEEPROMによ
れば、制御ゲート9が選択ゲート6の上に存在していな
くても制御ゲート9の機能は発揮でき、かつ制御ゲート
−選択ゲート間の寄生容量が低減されるので、読みだし
速度がより高速になるという利点がある。
FIGS. 13 and 14 are cross-sectional views showing the structure of the memory cells of the third and fourth type EEPROMs of the third embodiment, respectively. The control gate 9 of the EEPROM has a structure formed only on the floating gate 7. That is, according to the third and fourth type EEPROMs, the function of the control gate 9 can be exerted even if the control gate 9 does not exist above the selection gate 6, and the parasitic capacitance between the control gate and the selection gate can be exerted. Is reduced, so that there is an advantage that the reading speed becomes faster.

【0068】図15は、第3の実施形態のうち第5のタ
イプのEEPROMのメモリセルの構造を示す断面図で
ある。このタイプのEEPROMは、上記第4のタイプ
のEEPROMのメモリセルの浮遊ゲート7と選択ゲー
ト6との間隔を大きくして、制御ゲート9が浮遊ゲート
7の上面上及び両側面上を覆い、かつ選択ゲート6とは
離れている。第5のタイプのEEPROMによれば、浮
遊ゲート7と選択ゲート6との間隔が大きく設定されて
いるので、アライメントずれが生じても制御ゲート9が
選択ゲート6と近接することがない。したがって、確実
に寄生容量を低減できる。また、制御ゲート9と浮遊ゲ
ート7との間の容量が大きくなるので、浮遊ゲート7へ
の電子の注入機能と放出機能とを高めることができる利
点がある。
FIG. 15 is a sectional view showing the structure of a memory cell of an EEPROM of the fifth type in the third embodiment. In this type of EEPROM, the distance between the floating gate 7 and the select gate 6 of the memory cell of the fourth type of EEPROM is increased so that the control gate 9 covers the upper surface and both side surfaces of the floating gate 7, and It is separated from the selection gate 6. According to the fifth type of EEPROM, since the distance between the floating gate 7 and the selection gate 6 is set large, the control gate 9 does not come close to the selection gate 6 even if the misalignment occurs. Therefore, the parasitic capacitance can be surely reduced. Further, since the capacitance between the control gate 9 and the floating gate 7 becomes large, there is an advantage that the function of injecting electrons into the floating gate 7 and the function of emitting electrons can be enhanced.

【0069】次に、図16は、本実施形態のうち第2,
第4及び第5のタイプにおけるメモリセルアレイの構造
の構成を部分的に示す回路図である。図16に示すよう
に、各メモリセルはセレクトトランジスタとメモリトラ
ンジスタとが分離しているが、相隣接するメモリセルの
ドレイン領域を共通の領域に形成し、かつ相隣接するメ
モリセルのソース領域を共通の領域に形成して構成され
ている点で、基本的には上記図2に示すメモリセルアレ
イの構成と同じである。そして、図12,図14及び図
15に示すメモリセルの各部は、回路上では以下のよう
に接続されている。各メモリトランジスタの制御ゲート
9は行に沿って延びるワードラインWL1,WL2,…
に接続され、相隣接するメモリセル例えばメモリセルM
11,M21のドレイン領域2は列に沿って延びる共通
のビットラインBL1に接続されている。また、2つの
行内のメモリセルによって共有化されている各ソース領
域3を接続するソースラインが設けられ、かつ2つのソ
ースラインがさらに1つに共通化されており、4本のワ
ード線に対応する4つの行毎に共通化されたソースライ
ンSSL1,SSL2,…が設けられている。また、共
通の行に配置されたメモリセルの選択ゲート6は行に沿
って延びる選択ラインSL1,SL2,…にそれぞれ接
続されている。なお、メモリトランジスタとセレクトト
ランジスタとの間の拡散層11はいずれの信号線にも接
続されていない。
Next, FIG. 16 shows the second embodiment of this embodiment.
It is a circuit diagram which shows partially the structure of the structure of the memory cell array in a 4th type and a 5th type. As shown in FIG. 16, in each memory cell, the select transistor and the memory transistor are separated, but the drain regions of adjacent memory cells are formed in a common region, and the source regions of adjacent memory cells are formed. It is basically the same as the structure of the memory cell array shown in FIG. 2 in that it is formed in a common region. The respective parts of the memory cell shown in FIGS. 12, 14 and 15 are connected as follows in the circuit. The control gate 9 of each memory transistor has word lines WL1, WL2, ...
Memory cells connected to each other and adjacent to each other, for example, a memory cell M
The drain regions 2 of 11 and M21 are connected to a common bit line BL1 extending along the column. Further, a source line for connecting the source regions 3 shared by the memory cells in the two rows is provided, and the two source lines are further shared by one, corresponding to four word lines. Common source lines SSL1, SSL2, ... Are provided for every four rows. Further, the selection gates 6 of the memory cells arranged in a common row are connected to the selection lines SL1, SL2, ... Which extend along the row. The diffusion layer 11 between the memory transistor and the select transistor is not connected to any signal line.

【0070】次に、メモリセルM22への書き込み,消
去動作について、図17〜図21を参照しながら説明す
る。
Next, writing and erasing operations to the memory cell M22 will be described with reference to FIGS.

【0071】−書き込み(引き抜き)動作− 書き込み動作においては、各選択ラインSL1,SL
2,…を0Vに設定し、各ソースラインSSL1,SS
L2,…をオープンにし、シリコン基板1を接地した状
態で、書き込みを行いたいメモリセルM22の制御ゲー
トが接続されているワードラインWL2に対して書き込
みを行いたいメモリセルM22のドレイン領域が接続さ
れるビットラインBL2の電位をFNトンネル電流が流
れる程度に高く設定する。このように設定することによ
って、浮遊ゲート7に蓄積された電子をドレイン領域2
につまりビットラインBL2へと引き抜く。その場合、
ワードライン,ビットライン,選択ライン等の電位の設
定方式には、下記のような方式1と方式2とがある。
-Write (pull-out) operation-In the write operation, each select line SL1, SL
2, ... are set to 0V and each source line SSL1, SS
With L2, ... Opened and the silicon substrate 1 grounded, the drain region of the memory cell M22 to be written is connected to the word line WL2 to which the control gate of the memory cell M22 to be written is connected. The potential of the bit line BL2 is set high enough to allow the FN tunnel current to flow. By setting in this way, the electrons accumulated in the floating gate 7
That is, it is pulled out to the bit line BL2. In that case,
There are the following method 1 and method 2 for setting potentials of word lines, bit lines, selection lines, and the like.

【0072】(方式1) 図17に示すように、メモリが書き込まれるメモリセル
M22に接続されるワードラインWL2の電位を−10
Vに,他のワードラインWL1,WL3,WL4,…の
電位を0Vにそれぞれ設定し、メモリセルM22に接続
されるビットラインBL2の電位を正の値5Vに,他の
ビットラインBL1,BL3,…をオープンにそれぞれ
設定する。また、すべての選択ラインSL1,SL2,
…を接地し、すべてのソースラインSSL1,SSL
2,…をオープンにする。
(Method 1) As shown in FIG. 17, the potential of the word line WL2 connected to the memory cell M22 in which the memory is written is set to −10.
Are set to V, the potentials of the other word lines WL1, WL3, WL4, ... Are set to 0V, respectively, and the potential of the bit line BL2 connected to the memory cell M22 is set to a positive value of 5V, and the other bit lines BL1, BL3. Set each to open. In addition, all select lines SL1, SL2
... is grounded and all source lines SSL1, SSL
Open 2, ...

【0073】(方式2) 図18に示すように、書き込みを行うメモリセルM22
に接続されるワードラインWL2を接地し,他のワード
ラインWL1,WL3,WL4,…の電位を6Vにそれ
ぞれ設定し、メモリセルM22に接続されるビットライ
ンBL2の電位を12Vに,他のビットラインBL1,
BL3,BL4,…をオープンに設定する。また、すべ
ての選択ラインSL1,SL2,…を接地し、すべての
ソースラインSSL1,SSL2,…をオープンにす
る。
(Method 2) As shown in FIG. 18, a memory cell M22 for writing data
Is connected to the ground, the potential of the other word lines WL1, WL3, WL4, ... Is set to 6V, and the potential of the bit line BL2 connected to the memory cell M22 is set to 12V and other bits are set. Line BL1,
Set BL3, BL4, ... to open. Further, all the selection lines SL1, SL2, ... Are grounded and all the source lines SSL1, SSL2 ,.

【0074】以上のような電位の設定方法によって、ワ
ードラインWL2とビットラインBL2の交点に配置さ
れたメモリセルM22のみの浮遊ゲートから電子を選択
的に引き抜くつまりメモリセルM22を書き込み状態に
することが可能になる。
By the above potential setting method, electrons are selectively extracted from the floating gate of only the memory cell M22 arranged at the intersection of the word line WL2 and the bit line BL2, that is, the memory cell M22 is set to the write state. Will be possible.

【0075】−消去(注入)動作− メモリセルアレイ中の少なくとも1つのワードラインに
共通に接続されるすべてのメモリセルを消去状態にする
場合、当該ワードラインの電位を正の高い値に設定し、
シリコン基板の電位を低電位にして、制御ゲートとシリ
コン基板との間の電位差をFNトンネル電流が流れる程
度に大きく設定する。これによって、メモリセルアレイ
中の少なくとも1つのワードラインに共通に接続される
すべてのメモリセルにおいて、シリコン基板内のソース
・ドレイン間に位置する領域から浮遊ゲート内に電子が
トンネル絶縁膜を通して注入される。なお、ソース・ド
レイン領域のうち少なくともいずれか一方をシリコン基
板と同じ電位にしておくのが好ましい。上述の理由によ
る。その際、ワードライン,シリコン基板,ビットライ
ン等の電圧の具体的な設定方法には、例えば下記のよう
な方法がある。
-Erase (Injection) Operation-When all the memory cells commonly connected to at least one word line in the memory cell array are set to the erased state, the potential of the word line is set to a positive high value,
The potential of the silicon substrate is set to a low potential, and the potential difference between the control gate and the silicon substrate is set large enough to allow the FN tunnel current to flow. Thereby, in all the memory cells commonly connected to at least one word line in the memory cell array, electrons are injected into the floating gate from the region located between the source and the drain in the silicon substrate through the tunnel insulating film. . It is preferable that at least one of the source / drain regions has the same potential as the silicon substrate. For the above reason. At that time, as a specific method of setting the voltages of the word line, the silicon substrate, the bit line, etc., there are the following methods, for example.

【0076】(方式1) 図19に示すように、4つのワードラインWL2〜WL
5(ワードラインWL5は図示されていない)の電位を
10V程度に設定し、この4つのワードラインWL2〜
WL5に対応するソースラインSSL2の電位を−8V
に設定し、この4つのワードラインWL2〜WL5に対
応する選択ラインSL2〜SL5(選択ラインSL5は
図示されていない)の電位を−4Vに設定し、非選択の
ソースラインSSL1等の電位を−4Vに設定する。そ
して、シリコン基板1の電位を−8V程度に設定する。
一方、非選択の選択ラインSL1等及びワードラインW
L1等を接地し、すべてのビットラインBL1,BL
2,…をオープンにする。このような電位の設定によっ
て、4つのワードラインWL2〜WL5に接続されるメ
モリセルの浮遊ゲートに一括して電子が注入される。な
お、すべてのメモリセルを消去状態にする場合には、図
19に示す状態で、すべてのワードラインWL1,WL
2,…の電位を10Vに、すべてのソースラインSSL
1,…の電位を−8Vに、すべての選択ラインSL1,
SL2,…の電位を−4Vにそれぞれ設定すればよい。
(Method 1) As shown in FIG. 19, four word lines WL2 to WL
5 (word line WL5 is not shown) is set to a potential of about 10V, and these four word lines WL2-
The potential of the source line SSL2 corresponding to WL5 is -8V
, The potentials of the selection lines SL2 to SL5 (the selection line SL5 is not shown) corresponding to the four word lines WL2 to WL5 are set to −4 V, and the potentials of the non-selected source lines SSL1 and the like are set to −. Set to 4V. Then, the potential of the silicon substrate 1 is set to about -8V.
On the other hand, unselected selection lines SL1 and the like and word lines W
L1 etc. are grounded and all bit lines BL1, BL
Open 2, ... By setting such a potential, electrons are collectively injected into the floating gates of the memory cells connected to the four word lines WL2 to WL5. When all memory cells are to be erased, all the word lines WL1 and WL1 in the state shown in FIG.
2, source potential of 10V, all source lines SSL
The potentials of 1, ... Are set to −8 V, and all selection lines SL1,
The potentials of SL2, ... May be set to -4V, respectively.

【0077】以上のような消去方法において、このメモ
リセルアレイは4本分のワードラインWL2〜WL5ご
とのセクター消去あるいは全メモリセルの一括消去が可
能になり、最小消去単位は4本分のワードラインにつな
がるメモリセルの数となる。
In the erase method described above, this memory cell array can perform sector erase for every four word lines WL2 to WL5 or batch erase of all memory cells, and the minimum erase unit is four word lines. It becomes the number of memory cells connected to.

【0078】(方式2) 図20に示すように、選択ワードラインWL2の電位を
15V程度に設定し、非選択のワードラインWL1,W
L3,WL4,…を接地し、シリコン基板1も接地す
る。そして、すべてのビットラインBL1,BL2,…
をオープンにし、すべての選択ラインSL1,SL2,
…及びすべてのソースラインSSL1,SSL2,…を
接地する。なお、すべてのメモリセルを消去状態にする
場合には、図20に示す状態で、すべてのワードライン
WL1,WL2,…の電位を15Vに設定すればよい。
(Method 2) As shown in FIG. 20, the potential of the selected word line WL2 is set to about 15 V and the unselected word lines WL1 and W
L3, WL4, ... Are grounded, and the silicon substrate 1 is also grounded. And all bit lines BL1, BL2, ...
To open all select lines SL1, SL2
... and all the source lines SSL1, SSL2, ... are grounded. When all memory cells are to be erased, the potentials of all word lines WL1, WL2, ... May be set to 15V in the state shown in FIG.

【0079】以上のような消去方法によって、このメモ
リセルアレイは、各ワードラインWL1,WL2,…毎
のセクター消去あるいは全メモリセルの一括消去が可能
になり、最小消去単位は、一本分のワードラインにつな
がるメモリセルの数となる。
By the above erasing method, this memory cell array can perform sector erasing for each word line WL1, WL2, ... Or batch erasing of all memory cells, and the minimum erasing unit is one word. It is the number of memory cells connected to the line.

【0080】−読出し動作− 図21に示すように、読出しを行おうとするメモリセル
M22に接続されるワードラインWL2の電位をVcc
に設定し他のワードラインWL1,WL3,WL4,…
を接地し、メモリセルM22に接続されるビットライン
BL2の電位を1Vに設定し他のビットラインBL1,
BL3,…をオープンにし、メモリセルM22に接続さ
れる選択ラインSL2の電位をVccに設定し、他の選
択ラインSL1,SL3,SL4,…及びすべてのソー
スラインSSL1,SSL2,…を接地する。
-Read Operation-As shown in FIG. 21, the potential of the word line WL2 connected to the memory cell M22 to be read is set to Vcc.
Set to other word lines WL1, WL3, WL4, ...
Is grounded, the potential of the bit line BL2 connected to the memory cell M22 is set to 1 V, and the other bit lines BL1,
BL3, ... Are set to open, the potential of the select line SL2 connected to the memory cell M22 is set to Vcc, and the other select lines SL1, SL3, SL4, ... And all the source lines SSL1, SSL2 ,.

【0081】以上のような電位の設定方法により、本実
施形態でも、基本的に上記第1の実施形態と同様の書き
込み,消去,読出しを行うことができ、かつ同様の効果
を発揮することができる。
According to the potential setting method as described above, also in this embodiment, basically the same writing, erasing and reading as in the first embodiment can be performed and the same effect can be exhibited. it can.

【0082】(第4の実施形態) 次に、第4の実施形態について説明する。図22は、第
4の実施形態に係るEEPROMのメモリセルの断面図
である。同図に示すように、シリコン基板1上にそれぞ
れゲート酸化膜5,4を介して選択ゲート6及び浮遊ゲ
ート7が形成され、浮遊ゲート7の側方に位置するシリ
コン基板1内にドレイン領域2が、選択ゲート6の側方
に位置するシリコン基板1内にソース領域3が、各ゲー
ト6,7間に位置するシリコン基板1内に拡散層11が
それぞれ形成されている点は、上記第3の実施形態にお
ける第5のタイプのEEPROMと同じである。ここ
で、本実施形態のEEPROMでは、浮遊ゲート7及び
選択ゲート6の上に絶縁膜10a,10bを介してそれ
ぞれ制御ゲート9aとダミーゲート9bとが形成されて
いる。この制御ゲート9a及びダミーゲート9bは、同
じ2層目のポリシリコン膜からパターニングされたもの
であり、浮遊ゲート7及び選択ゲート6とそれぞれ同じ
幅を有している。また、各絶縁膜10a,10bは同じ
ONO膜からパターニングされたものである。なお、シ
リコン基板1及び各ゲートの表面上は、絶縁膜13によ
り覆われている。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 22 is a cross-sectional view of the memory cell of the EEPROM according to the fourth embodiment. As shown in the figure, a select gate 6 and a floating gate 7 are formed on a silicon substrate 1 via gate oxide films 5 and 4, respectively, and a drain region 2 is formed in the silicon substrate 1 located beside the floating gate 7. However, the source region 3 is formed in the silicon substrate 1 located on the side of the select gate 6, and the diffusion layer 11 is formed in the silicon substrate 1 located between the gates 6 and 7, respectively. The same as the EEPROM of the fifth type in the above embodiment. Here, in the EEPROM of the present embodiment, the control gate 9a and the dummy gate 9b are formed on the floating gate 7 and the select gate 6 via the insulating films 10a and 10b, respectively. The control gate 9a and the dummy gate 9b are patterned from the same second-layer polysilicon film, and have the same width as the floating gate 7 and the select gate 6, respectively. The insulating films 10a and 10b are patterned from the same ONO film. The surfaces of the silicon substrate 1 and each gate are covered with an insulating film 13.

【0083】次に、図23は本実施形態に係るEEPR
OMのメモリセルアレイにおける製造工程を説明するた
めの平面図である。ただし、製造工程の途中において図
23に示す状態が存在するわけではない。また、図24
(a)〜(c)は、それぞれ図23に示すXXIVa −XXIV
a 線,XXIVb −XXIVb 線及びXXIVc −XXIVc 線における
断面図である。以下、図23及び図24(a)〜(c)
を参照しながら、本実施形態に係るEEPROMの製造
工程と構造とについて説明する。
Next, FIG. 23 shows the EEPR according to this embodiment.
FIG. 9 is a plan view for explaining the manufacturing process for the OM memory cell array. However, the state shown in FIG. 23 does not exist in the middle of the manufacturing process. Also, FIG.
(A)-(c) are respectively XXIVa-XXIV shown in FIG.
It is sectional drawing in the a line, the XXIVb-XXIVb line, and the XXIVc-XXIVc line. Hereinafter, FIGS. 23 and 24 (a) to (c)
The manufacturing process and structure of the EEPROM according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0084】製造工程において、シリコン基板1に酸化
膜からなる素子分離20を形成した後、ゲート酸化膜を
形成し、さらにその上に第1層目のポリシリコン膜21
(全体的に斜線を施した部分)を形成する。そして、こ
の第1層目のポリシリコン膜21のうち各素子分離20
上に位置する部分を選択的に除去して矩形状の開口21
aを形成する。そして、図示しないが、第1層目のポリ
シリコン膜の上に絶縁膜を介して第2層目のポリシリコ
ン膜を堆積する。さらに、図示しないが、この第2層目
のポリシリコン膜のうち選択ゲートの上方となる部分を
含む領域で、かつ図中右端に相当する部分を選択的に除
去しておく。これにより、図24(c)に示すように選
択ゲート6からゲート取出し配線23の形成が容易とな
る。この第2層目のポリシリコン膜をパターニングし
て、制御ゲート9a及びダミーゲート9bを形成する。
また、第1層目のポリシリコン膜21も同時にパターニ
ングして、浮遊ゲート7及び選択ゲート6を形成する。
このとき、図24(b)に示すように、第1層目ポリシ
リコン膜21に形成された開口21aのために、浮遊ゲ
ート7は素子分離20上で分断され、各メモリセルごと
に切り離された状態となる。その後、基板の全面上にB
PSG膜等からなる層間絶縁膜24を堆積し、コンタク
ト窓を形成した後、全面にアルミニウム等の金属膜を堆
積する。さらに、この金属膜をパターニングして、ドレ
イン領域2に接続されるビット線22や、選択ゲート6
に接続される選択ゲート取出し配線23を形成する(2
4(a)及び(c)参照)。なお、図示しないが、ソー
ス領域3に接続されるソースラインはさらに上層の配線
層に形成される。
In the manufacturing process, after the element isolation 20 made of an oxide film is formed on the silicon substrate 1, a gate oxide film is formed, and a polysilicon film 21 of the first layer is further formed thereon.
(A shaded portion as a whole) is formed. Then, each element isolation 20 of the first-layer polysilicon film 21 is
The rectangular opening 21 is formed by selectively removing the upper portion.
a is formed. Then, although not shown, a second-layer polysilicon film is deposited on the first-layer polysilicon film via an insulating film. Further, although not shown, a portion of the second-layer polysilicon film including a portion above the select gate and corresponding to the right end in the figure is selectively removed. This facilitates formation of the gate lead-out wiring 23 from the select gate 6 as shown in FIG. The second-layer polysilicon film is patterned to form the control gate 9a and the dummy gate 9b.
Further, the first-layer polysilicon film 21 is also patterned at the same time to form the floating gate 7 and the select gate 6.
At this time, as shown in FIG. 24B, the floating gate 7 is divided on the element isolation 20 due to the opening 21a formed in the first-layer polysilicon film 21, and is separated for each memory cell. It will be in a state of being. After that, B on the entire surface of the substrate
After depositing an interlayer insulating film 24 made of a PSG film or the like and forming a contact window, a metal film such as aluminum is deposited on the entire surface. Further, by patterning this metal film, the bit line 22 connected to the drain region 2 and the select gate 6 are formed.
Select gate lead-out wiring 23 connected to (2
4 (a) and (c)). Although not shown, the source line connected to the source region 3 is formed in an upper wiring layer.

【0085】本実施形態においても、書き込み,消去方
法は、上記第3の実施形態と同じであり、消去の際には
シリコン基板1内のソース・ドレイン間に位置する領域
から浮遊ゲート7に電子を注入し得るように構成されて
いる。したがって、基本的に上記第3の実施形態と同様
の効果を発揮することができる。加えて、制御ゲートと
浮遊ゲートとが同時にレジスト膜をマスクとして形成さ
れるので、上記第3の実施形態における第5のタイプ
(図15参照)のEEPROMに比べ、制御ゲートと浮
遊ゲートとのマスクずれを考慮したマージンが不要にな
り、メモリセルのサイズを縮小できる。また、図15に
示すような制御ゲート9とシリコン基板1とが絶縁膜を
介して近接する部分がないので、書き込み,消去時にシ
リコン基板1上の絶縁膜に高電界が印加される部分がな
く、信頼性も高くなる。
Also in this embodiment, the writing and erasing methods are the same as those in the third embodiment, and when erasing, electrons are transferred from the region located between the source and the drain in the silicon substrate 1 to the floating gate 7. Is configured to be injected. Therefore, basically, the same effect as that of the third embodiment can be exhibited. In addition, since the control gate and the floating gate are simultaneously formed using the resist film as a mask, the mask of the control gate and the floating gate is different from that of the EEPROM of the fifth type (see FIG. 15) in the third embodiment. The margin considering the shift is not necessary, and the size of the memory cell can be reduced. Further, since there is no portion where the control gate 9 and the silicon substrate 1 are close to each other via the insulating film as shown in FIG. 15, there is no portion where a high electric field is applied to the insulating film on the silicon substrate 1 during writing and erasing. , The reliability will be higher.

【0086】なお、選択ゲート6の上にダミーゲート9
bが存在していても、本実施形態の図24(c)に示す
ように、メモリセルアレイの端部付近の第2層目ポリシ
リコン膜が除去された部分の選択ゲート6にコンタクト
するゲート取出し配線23を形成することで、選択ゲー
ト6(選択ラインSL)からの信号の取出しが困難とな
ることはない。
A dummy gate 9 is provided on the selection gate 6.
Even if b is present, as shown in FIG. 24C of this embodiment, gate extraction for contacting the select gate 6 in the portion where the second-layer polysilicon film near the end of the memory cell array is removed Forming the wiring 23 does not make it difficult to take out a signal from the selection gate 6 (selection line SL).

【0087】[0087]

【発明の効果】本発明の半導体記憶装置によれば、半導
体基板内の第1及び第2の拡散層の間に位置する半導体
基板上に選択ゲートと浮遊ゲートとを並列に配置し、第
1拡散層及び基板と浮遊ゲートとの間にFNトンネリン
グが可能な第1の絶縁膜を介在させて、FNトンネリン
グを利用して半導体基板内の第1及び第2の拡散層間に
位置する領域から浮遊ゲートへの電子の注入と浮遊ゲー
トから第1の拡散層への電子の引き抜きとが可能な構成
としたので、半導体記憶装置の低電圧化及び書き込み速
度の向上と、トンネル絶縁膜の劣化の防止による信頼性
の向上とを図ることができる。
According to the semiconductor memory device of the present invention, the select gate and the floating gate are arranged in parallel on the semiconductor substrate located between the first and second diffusion layers in the semiconductor substrate. A first insulating film capable of FN tunneling is interposed between the diffusion layer and the substrate and the floating gate, and the FN tunneling is used to float from a region located between the first and second diffusion layers in the semiconductor substrate. Since it is possible to inject electrons into the gate and extract electrons from the floating gate to the first diffusion layer, lower voltage of the semiconductor memory device, improvement of writing speed, and prevention of deterioration of the tunnel insulating film. Therefore, the reliability can be improved.

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

【図1】第1の実施形態におけるEEPROMのメモリ
セルの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a memory cell of an EEPROM according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態におけるEEPROMのメモリ
セルアレイの電気回路図である。
FIG. 2 is an electric circuit diagram of a memory cell array of the EEPROM according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態におけるEEPROMの方式1
による書き込みを行う際の各部の電圧設定状態を示す電
気回路図である。
FIG. 3 is an EEPROM system 1 according to the first embodiment.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each unit when writing is performed by the method.

【図4】第1の実施形態におけるEEPROMの方式2
による書き込みを行う際の各部の電圧設定状態を示す電
気回路図である。
FIG. 4 is a EEPROM method 2 according to the first embodiment;
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each unit when writing is performed by the method.

【図5】第1の実施形態におけるEEPROMの方式1
による消去を行う際の各部の電圧設定状態を示す電気回
路図である。
FIG. 5 is an EEPROM system 1 according to the first embodiment.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when erasing is performed by.

【図6】第1の実施形態におけるEEPROMの方式2
による消去を行う際の各部の電圧設定状態を示す電気回
路図である。
FIG. 6 is a method 2 of the EEPROM in the first embodiment.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when erasing is performed by.

【図7】第1の実施形態におけるEEPROMの読出し
を行う際の各部の電圧設定状態を示す電気回路図であ
る。
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when reading from the EEPROM in the first embodiment.

【図8】本発明に係るEERPOMのメモリセルの浮遊
ゲートから電子を引き抜く際の信号のパルス幅としきい
値との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a pulse width of a signal and a threshold when electrons are extracted from the floating gate of the memory cell of the EERPOM according to the present invention.

【図9】本発明に係るEERPOMのメモリセルの浮遊
ゲートに電子を注入する際の信号のパルス幅としきい値
との関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a pulse width of a signal and a threshold value when injecting electrons into a floating gate of a memory cell of EERPOM according to the present invention.

【図10】第2の実施形態におけるEEPROMのメモ
リセルの構造を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of an EEPROM memory cell according to a second embodiment.

【図11】第3の実施形態の第1のタイプにおけるEE
PROMのメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 11: EE in the first type of the third embodiment
It is sectional drawing which shows the structure of the memory cell of PROM.

【図12】第3の実施形態の第2のタイプにおけるEE
PROMのメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 12 EE in the second type of the third embodiment
It is sectional drawing which shows the structure of the memory cell of PROM.

【図13】第3の実施形態の第3のタイプにおけるEE
PROMのメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 13: EE in the third type of the third embodiment
It is sectional drawing which shows the structure of the memory cell of PROM.

【図14】第3の実施形態の第4のタイプにおけるEE
PROMのメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 14 EE in the fourth type of the third embodiment
It is sectional drawing which shows the structure of the memory cell of PROM.

【図15】第3の実施形態の第5のタイプにおけるEE
PROMのメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 15 EE in the fifth type of the third embodiment
It is sectional drawing which shows the structure of the memory cell of PROM.

【図16】第3の実施形態におけるEEPROMのメモ
リセルアレイの電気回路図である。
FIG. 16 is an electric circuit diagram of a memory cell array of an EEPROM according to the third embodiment.

【図17】第3の実施形態におけるEEPROMの方式
1による書き込みを行う際の各部の電圧設定状態を示す
電気回路図である。
FIG. 17 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when writing is performed by the method 1 of the EEPROM according to the third embodiment.

【図18】第3の実施形態におけるEEPROMの方式
2による書き込みを行う際の各部の電圧設定状態を示す
電気回路図である。
FIG. 18 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when writing is performed by the method 2 of the EEPROM in the third embodiment.

【図19】第3の実施形態におけるEEPROMの方式
1による消去を行う際の各部の電圧設定状態を示す電気
回路図である。
FIG. 19 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when erasing by the method 1 of the EEPROM in the third embodiment.

【図20】第3の実施形態におけるEEPROMの方式
2による消去を行う際の各部の電圧設定状態を示す電気
回路図である。
FIG. 20 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when erasing by the method 2 of the EEPROM in the third embodiment.

【図21】第3の実施形態におけるEEPROMの読出
しを行う際の各部の電圧設定状態を示す電気回路図であ
る。
FIG. 21 is an electric circuit diagram showing a voltage setting state of each part when reading the EEPROM in the third embodiment.

【図22】第4の実施形態におけるEEPROMのメモ
リセルの構造を示す断面図である。
FIG. 22 is a sectional view showing the structure of an EEPROM memory cell according to a fourth embodiment.

【図23】第4の実施形態におけるEEPROMのメモ
リセルの製造工程を説明するための平面図である。
FIG. 23 is a plan view for explaining the manufacturing process for the memory cell of the EEPROM in the fourth embodiment.

【図24】それぞれ図23に示すXXIVa −XXIVa 線、XX
IVb −XXIVb 線及びXXIVc −XXIVc 線における断面図で
ある。
24 is a XXIVa-XXIVa line and XX shown in FIG. 23, respectively.
It is sectional drawing in the IVb-XXIVb line and the XXIVc-XXIVc line.

【図25】従来の一般的なEEPROMのメモリセルの
構造を示す断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional general EEPROM memory cell.

【図26】従来のソース側注入を利用したEEPROM
のメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 26 is an EEPROM using conventional source-side injection.
3 is a cross-sectional view showing the structure of the memory cell of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 ドレイン領域 3 ソース領域 4 トンネル酸化膜 5 ゲート絶縁膜 6 選択ゲート 7 浮遊ゲート 8 シリコン酸化膜 9 制御ゲート 10 ONO膜 M メモリセル WL ワードライン SL 選択ライン BL ビットライン SSL ソースライン 1 Silicon substrate 2 drain region 3 Source area 4 Tunnel oxide film 5 Gate insulation film 6 selection gates 7 floating gate 8 Silicon oxide film 9 control gate 10 ONO film M memory cell WL word line SL selection line BL bit line SSL source line

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 G11C 16/02 G11C 16/04 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 Front page continued (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/792 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 G11C 16/02 G11C 16/04 H01L 27 / 115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に少なくとも1つのメモリ
セルを搭載した半導体記憶装置において、 上記メモリセルは、上記半導体基板の第1導電型の領域
内に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散
層、第2の拡散層および第3の拡散層と、 上記半導体基板上で上記第1の拡散層と上記第3の拡散
との間の領域上に形成された浮遊ゲートと、 上記浮遊ゲートと上記半導体基板との間形成された第
1の絶縁膜と、 上記半導体基板上で上記第2の拡散層上記第3の拡散
層との間の領域上に形成された選択ゲートと、 上記選択ゲートと上記半導体基板との間に介在する第2
の絶縁膜と、 上記浮遊ゲートの上方に形成された制御ゲートと、 上記浮遊ゲートと上記制御ゲートとの間に介在する第3
の絶縁膜と、 上記選択ゲートの上方に形成されたダミーゲートと、 上記ダミーゲートと上記選択ゲートとの間に介在する第
4の絶縁膜とを備え、 上記浮遊ゲート電極に電子を注入する際には、上記第1
の拡散層に接続されているビットラインはオープンと
し、上記半導体基板を第1の電位に設定し、上記制御ゲ
ートを上記半導体基板の第1の電位に対して高電位であ
る第2の電位に設定して、上記半導体基板内の上記第1
の拡散層と上記第3の拡散層との間に位置する領域から
上記浮遊ゲートにFNトンネリングにより行われること
を特徴とする 半導体記憶装置。
1. A semiconductor memory device in which at least one memory cell is mounted on a semiconductor substrate, wherein the memory cell is of a second conductivity type and is formed in a region of the first conductivity type of the semiconductor substrate so as to be separated from each other. First spread of
A layer, a second diffusion layer and a third diffusion layer , a floating gate formed on a region of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and the third diffusion layer, and the floating gate a first insulating and film, and a select gate formed over a region between said second diffusion layer and the third diffusion layer on the semiconductor substrate which is formed between the above semiconductor substrate, A second intervening between the select gate and the semiconductor substrate
An insulating film, a control gate formed above the floating gate, and a third interposed between the floating gate and the control gate.
And the insulating film, and the dummy gate formed above the select gate, and a fourth insulating film interposed between the dummy gate and the select gate, due to injection of electrons into the floating gate electrode In the first
The bit line connected to the diffusion layer of
Then, the semiconductor substrate is set to the first potential, and the control gate is set.
Is higher than the first potential of the semiconductor substrate.
To the first potential in the semiconductor substrate.
From a region located between the diffusion layer of the
What is done by FN tunneling to the floating gate
A semiconductor memory device characterized by:
【請求項2】 請求項1に記載の半導体記憶装置におい2. The semiconductor memory device according to claim 1.
て、hand, 上記制御ゲートに接続されたワードラインと、A word line connected to the control gate, 上記第2の拡散層に接続されたソースラインとを備えてA source line connected to the second diffusion layer
いることを特徴とする半導体記憶装置。A semiconductor memory device characterized by being present.
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体記憶装置に
おいて、 上記第3の絶縁膜と上記第4の絶縁膜とは、同じ絶縁膜
をパターニングして形成されたものであり、 上記浮遊ゲートと上記選択ゲートとは、同じ第1の導電
体膜をパターニングして形成されたものであり、 上記制御ゲートと上記ダミーゲートとは、同じ第2の導
電体膜をパターニングして形成されたものであることを
特徴とする半導体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the third insulating film and the fourth insulating film are formed by patterning the same insulating film, and the floating gate. And the select gate are formed by patterning the same first conductor film, and the control gate and the dummy gate are formed by patterning the same second conductor film. A semiconductor memory device characterized by:
【請求項4】 請求項1〜3のうちいずれか1項に記載
の半導体記憶装置において、 上記制御ゲートは、上記浮遊ゲートと同じ幅を有し、 上記ダミーゲートは、上記選択ゲートと同じ幅を有して
いることを特徴とする半導体記憶装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the control gate has the same width as the floating gate, and the dummy gate has the same width as the select gate. A semiconductor memory device having:
【請求項5】 請求項1〜4のうちいずれか1項に記載
の半導体記憶装置において、 上記第1の絶縁膜は、5nm以上で10nm未満の厚み
を有するシリコン酸化膜により構成されている ことを
特徴とする半導体記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first insulating film is composed of a silicon oxide film having a thickness of 5 nm or more and less than 10 nm. A semiconductor memory device characterized by:
【請求項6】 請求項1〜5のうちいずれか1項に記載
の半導体記憶装置において、 上記ダミーゲートは、複数のメモリセルに亘って形成さ
れており、 上記選択ゲートのうちメモリセルアレイの端部付近の上
記ダミーゲートが除去された部分にコンタクトするゲー
ト取り出し配線が形成されていることを特徴とする半導
体記憶装置。
6. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the dummy gate is formed over a plurality of memory cells, and the select gate has an end of a memory cell array. A semiconductor memory device characterized in that a gate lead-out wiring is formed in contact with a portion where the dummy gate is removed near the portion.
【請求項7】 半導体基板上に少なくとも1つのメモリ7. At least one memory on a semiconductor substrate
セルを搭載した半導体記憶装置において、In a semiconductor memory device equipped with cells, 上記メモリセルは、上記半導体基板の第1導電型の領域The memory cell is a region of the first conductivity type of the semiconductor substrate.
内に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散A first diffusion of a second conductivity type formed separately in the interior
層および第2の拡散層と、A layer and a second diffusion layer, 上記半導体基板上で上記第1の拡散層の一端部と上記第On the semiconductor substrate, one end of the first diffusion layer and the first diffusion layer
1、第2の拡散層間の領域上とに跨って形成された浮遊Floating formed over the area between the first and second diffusion layers
ゲートと、The gate, 上記浮遊ゲートと上記半導体基板との間に形成された第A first gate formed between the floating gate and the semiconductor substrate;
1の絶縁膜と、1 insulating film, 上記半導体基板上で上記第1の拡散層の一端部と上記第On the semiconductor substrate, one end of the first diffusion layer and the first diffusion layer
1,第2の拡散層間の領域上に跨って形成された選択ゲThe selective gate formed over the region between the first and second diffusion layers
ートと、And 上記選択ゲートと上記半導体基板との間に介在する第2A second intervening between the select gate and the semiconductor substrate
の絶縁膜と、Insulation film, 上記浮遊ゲートの少なくとも一部と近接するように形成Formed near at least part of the floating gate
された制御ゲートと、Control gate, 上記浮遊ゲートと制御ゲートとの間に第3の絶縁膜とをA third insulating film is provided between the floating gate and the control gate.
備え、Prepare, 上記浮遊ゲート電極に電子を注入する際には、上記第1When injecting electrons into the floating gate electrode, the first
の拡散層に接続されているビットラインはオープンとThe bit line connected to the diffusion layer of
し、上記半導体基板を第1の電位に設定し、上記制御ゲThen, the semiconductor substrate is set to the first potential, and the control gate is set.
ートを上記半導体基板の第1の電位に対して高電位であIs higher than the first potential of the semiconductor substrate.
る第2の電位に設定して、上記半導体基板内の上記第1To the first potential in the semiconductor substrate.
の拡散層と上記第2の拡散層との間に位置する領域からFrom the region located between the second diffusion layer and the second diffusion layer
上記浮遊ゲートにFNトンネリングにより行われることWhat is done by FN tunneling to the floating gate
を特徴とする半導体記憶装置。A semiconductor memory device characterized by:
【請求項8】 半導体基板上に少なくとも1つのメモリ8. At least one memory on a semiconductor substrate
セルを搭載した半導体記憶装置において、In a semiconductor memory device equipped with cells, 上記メモリセルは、上記半導体基板の第1導電型の領域The memory cell is a region of the first conductivity type of the semiconductor substrate.
内に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散A first diffusion of a second conductivity type formed separately in the interior
層、第2の拡散層および第3の拡散層と、A layer, a second diffusion layer and a third diffusion layer, 上記半導体基板上で上記第1の拡散層と上記第3の拡散On the semiconductor substrate, the first diffusion layer and the third diffusion layer
層との間に形成された浮遊ゲートと、A floating gate formed between the layer and 上記浮遊ゲートと上記半導体基板との間に形成された第A first gate formed between the floating gate and the semiconductor substrate;
1の絶縁膜と、1 insulating film, 上記半導体基板上で上記第2の拡散層と上記第3の拡散On the semiconductor substrate, the second diffusion layer and the third diffusion layer
層との間に形成された選択ゲートと、A select gate formed between the layer and 上記選択ゲートと上記半導体基板との間に介在する第2A second intervening between the select gate and the semiconductor substrate
の絶縁膜と、Insulation film, 上記浮遊ゲートの少なくとも一部と近接するように形成Formed near at least part of the floating gate
された制御ゲートと、Control gate, 上記浮遊ゲートと制御ゲートとの間に第3の絶縁膜とをA third insulating film is provided between the floating gate and the control gate.
備え、Prepare, 上記浮遊ゲート電極に電子を注入する際には、上記第1When injecting electrons into the floating gate electrode, the first
の拡散層に接続されているビットラインはオープンとThe bit line connected to the diffusion layer of
し、上記半導体基板を第1の電位に設定し、上記制御ゲThen, the semiconductor substrate is set to the first potential, and the control gate is set.
ートを上記半導体基板の第1の電位に対して高電位であIs higher than the first potential of the semiconductor substrate.
る第2の電位に設定して、上記半導体基板内の上記第1To the first potential in the semiconductor substrate.
の拡散層と上記第3の拡散層との間に位置する領域からFrom a region located between the diffusion layer of the
上記浮遊ゲートにFNトンネリングにより行われることWhat is done by FN tunneling to the floating gate
を特徴とする半導体記憶装置。A semiconductor memory device characterized by:
【請求項9】 半導体基板上に少なくとも1つのメモリ
セルを搭載した半導体記憶装置において、 上記メモリセルは、上記半導体基板の第1導電型の領域
内に互いに離間して形成された第2導電型の第1の拡散
層および第2の拡散層と、 上記半導体基板上で上記第1の拡散層と上記第2の拡散
層との間の領域上にゲート絶縁膜を介して形成された選
択ゲートと、 上記選択ゲートの両側部に第1の絶縁膜を介して形成さ
れた浮遊ゲートと、上記選択ゲート及び浮遊ゲートの上に第2の絶縁膜を介
して形成された制御ゲートと、 上記半導体基板と上記浮遊ゲートとの間に形成されたト
ンネル絶縁膜とを備え、 上記浮遊ゲート電極に電子を注入する際には、上記第1
の拡散層に接続されているビットラインはオープンと
し、上記半導体基板を第1の電位に設定し、上記制御ゲ
ートを上記半導体基板の第1の電位に対して高電位であ
る第2の電位に設定して、上記半導体基板内の上記第1
の拡散層と上記第2の拡散層との間に位置する領域から
上記浮遊ゲートにFNトンネリングにより行われること
を特徴とする半導体記憶装置。
9. A semiconductor memory device in which at least one memory cell is mounted on a semiconductor substrate, wherein the memory cell is of a second conductivity type and is formed in a region of the first conductivity type of the semiconductor substrate so as to be separated from each other. A first diffusion layer and a second diffusion layer, and a select gate formed on the semiconductor substrate on a region between the first diffusion layer and the second diffusion layer via a gate insulating film. A floating gate formed on both sides of the select gate via a first insulating film, and a second insulating film on the select gate and the floating gate.
And a tunnel insulating film formed between the semiconductor substrate and the floating gate. When injecting electrons into the floating gate electrode, the first gate is formed.
The bit line connected to the diffusion layer is opened, the semiconductor substrate is set to the first potential, and the control gate is set to the second potential which is higher than the first potential of the semiconductor substrate. Set the first in the semiconductor substrate
The semiconductor memory device is characterized in that it is performed by FN tunneling from a region located between the diffusion layer and the second diffusion layer to the floating gate.
【請求項10】 請求項1〜9のうちいずれか1項に
載の半導体記憶装置において、 上記第1の拡散層は、ドレイン領域であり、 上記第2の拡散層は、ソース領域であることを特徴とす
る半導体記憶装置。
10. A semiconductor memory device in the serial <br/> mounting any one of claims 1 to 9, said first diffusion layer, the drain region, said second diffusion layer, A semiconductor memory device characterized by being a source region.
【請求項11】 請求項1記載の半導体記憶装置の製造
方法であって、 子分離が形成された半導体基板上にFNトンネリング
が可能なゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、 上記ゲート絶縁膜上に第1の導電体膜を形成する工程
(b)と、 上記第1の導電体膜のうち上記素子分離上に位置する部
分を選択的に除去して矩形状の開口を形成する工程
(c)と、 上記工程(c)の後に、上記第1の導電体膜の上に絶縁
膜を形成する工程(d)と、 上記絶縁膜上に第2の導電体膜を形成する工程(e)
と、 上記第2の導電体膜をパターニングして、上記制御ゲー
ト及び上記ダミーゲートを形成する工程(f)と、 上記第1の導電体膜をパターニングして、上記浮遊ゲー
ト及び上記選択ゲートを形成する工程(g)とを含み、 上記工程(g)では、上記浮遊ゲートは、上記第1の導
電体膜に形成された上記開口によって上記素子分離上で
分断され、各メモリセルごとに切り離されて形成され、
上記選択ゲートは複数のメモリセルに亘って形成され、 上記ダミーゲートは複数のメモリセルに亘って形成され
ることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
11. A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1.
A method, to form (a) forming a gate insulating film capable of FN tunneling on a semiconductor substrate element isolation is formed, a first conductive film on the gate insulating film ( b), a step (c) of selectively removing a portion of the first conductor film located on the element isolation to form a rectangular opening, and after the step (c), Step (d) of forming an insulating film on the first conductive film, and step (e) of forming a second conductive film on the insulating film.
And (f) forming the control gate and the dummy gate by patterning the second conductor film, and patterning the first conductor film to form the floating gate and the select gate. In the step (g), the floating gate is divided on the element isolation by the opening formed in the first conductor film, and is separated for each memory cell. Formed,
The method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the select gate is formed over a plurality of memory cells, and the dummy gate is formed over a plurality of memory cells.
【請求項12】 請求項11記載の半導体記憶装置の製
造方法において、 上記工程(g)の後に、 上記ダミーゲートの両端部のうち少なくともいずれか一
方を除去する工程(h)と、 上記選択ゲートのうち上記ダミーゲートが除去された部
分にコンタクトするゲート取り出し配線を形成する工程
(i)とをさらに含むことを特徴とする半導体記憶装置
の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 11 , wherein after the step (g), a step (h) of removing at least one of both ends of the dummy gate, and the select gate. A method of manufacturing a semiconductor memory device, further comprising: a step (i) of forming a gate lead-out wiring that contacts the portion where the dummy gate is removed.
【請求項13】 請求項11又は12記載の半導体記憶
装置の製造方法において、 上記ゲート絶縁膜は、5nm以上で10nm未満の厚み
を有するシリコン酸化膜により構成されることを特徴と
する半導体記憶装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 11 , wherein the gate insulating film is formed of a silicon oxide film having a thickness of 5 nm or more and less than 10 nm. Manufacturing method.
【請求項14】 請求項11〜13のうちいずれか1つ
に記載の半導体記憶装置の製造方法において、 上記ダミーゲートは、複数のメモリセルに亘って形成さ
れることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 11 , wherein the dummy gate is formed over a plurality of memory cells. Manufacturing method.
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