JP2003508921A - New easily shrinkable non-volatile semiconductor storage device cell using split dielectric floating gate and method of manufacturing the same - Google Patents
New easily shrinkable non-volatile semiconductor storage device cell using split dielectric floating gate and method of manufacturing the sameInfo
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- H10D30/691—IGFETs having charge trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors having more than two programming levels
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】 2ビットの情報を保存する不揮発性半導体記憶装置デバイス100を開示する。デバイスは、1つの導電率型式の半導体基板102と、反対の導電率型式の半導体基板に形成された右側拡散領域104及び左側拡散領域106とを備える。左側及び右側拡散領域の間にチャネル領域108が形成される。薄いゲート酸化物膜110を有する制御ゲート114がチャネル領域の中央チャネル部分112上に形成されている。デバイスは、ゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極を更に備える。誘電複合体132が半導体基板及び制御ゲート電極を実質的に覆っている。制御ゲート電極と右側拡散領域との間で誘電複合体の一部分内に右側電荷保存領域が形成される。同様に、制御ゲート電極と左側拡散領域との間で誘電複合体の一部分内に左側電荷保存領域が形成される。ワードライン130が誘電複合体を実質的に覆っている。この新規なセルを製造する方法もまた開示されている。 (57) [Summary] A nonvolatile semiconductor memory device 100 that stores 2-bit information is disclosed. The device comprises a semiconductor substrate of one conductivity type and a right diffusion region 104 and a left diffusion region formed on a semiconductor substrate of the opposite conductivity type. A channel region 108 is formed between the left and right diffusion regions. A control gate 114 having a thin gate oxide film 110 is formed on the central channel portion 112 of the channel region. The device further includes a control gate electrode formed on the gate insulating film. A dielectric composite 132 substantially covers the semiconductor substrate and the control gate electrode. A right charge storage region is formed in a portion of the dielectric complex between the control gate electrode and the right diffusion region. Similarly, a left charge storage region is formed in a portion of the dielectric complex between the control gate electrode and the left diffusion region. Word line 130 substantially covers the dielectric composite. A method of making this novel cell is also disclosed.
Description
【0001】[0001]
1.発明の分野
本発明は、全体として、不揮発性デジタル記憶装置に関し、より具体的には、
2ビットの情報を保存するプログラマブルな不揮発性記憶装置(従来のEEPR
OM又はフラッシュEEPROMのような)に対する改良されたセル構造体及び
その製造方法に関する。1. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to non-volatile digital storage devices, and more specifically,
Programmable non-volatile storage device that stores 2-bit information (conventional EEPR
An improved cell structure for OM or flash EEPROM) and a method of manufacturing the same.
【0002】
2.背景技術
EPROM、EEPROM、及びフラッシュEPROMデバイスのような不揮
発性記憶装置デバイスは、全体として、単一ビットの情報を保存する記憶装置セ
ルとして機能する一連のトランジスタを含む。トランジスタの各々は、n−又は
p−型半導体基板上に形成されたソース領域及びドレーン領域と、ソース領域と
ドレーン領域との間に配置された半導体基板の表面上に形成された薄いトンネル
誘電体層と、電荷を保持し得るように絶縁層上に配置されたフローティングゲー
ト(ポリシリコンで出来ている)と、コントロールゲートと、フローティングゲ
ート及びコントロールゲートの間に配置されたインターポリ誘電体とを備えてい
る。2. BACKGROUND Nonvolatile storage devices, such as EPROM, EEPROM, and flash EPROM devices, generally include a series of transistors that function as storage cells that store a single bit of information. Each of the transistors has a source region and a drain region formed on an n- or p-type semiconductor substrate, and a thin tunnel dielectric formed on a surface of the semiconductor substrate disposed between the source region and the drain region. A layer, a floating gate (made of polysilicon) disposed on the insulating layer to retain charge, a control gate, and an interpoly dielectric disposed between the floating gate and the control gate. I have it.
【0003】
最も一般的に使用されているEPROMセルは、絶縁体により取り巻かれ且つ
全体として、シリコン基板に形成されたソース及びドレーン領域の間に配置され
た電気的フローティングゲートを有する。これらセルの初期の型式において、な
だれ注入によって電荷が絶縁体を通じて注入される。大型のEPROMは、フロ
ーティングゲートを荷電させるためチャネル注入を利用する。アレーを紫外線の
照射にさらすと、これらのEPROMは消去される。The most commonly used EPROM cells have an electrically floating gate surrounded by an insulator and generally located between source and drain regions formed in a silicon substrate. In the early versions of these cells, avalanche injection causes charge to be injected through the insulator. Large EPROMs utilize channel injection to charge the floating gate. Exposing these arrays to ultraviolet radiation erases these EPROMs.
【0004】
また、電気的に消去可能なEPROM(EEPROM)も極めて一般的である
。幾つかの場合、基板上に形成された薄い酸化物領域を通じて電荷を打込むこと
により電荷はフローティングゲート内に配置され且つ除去される。その他の場合
、電荷は上側電極を通じて除去される。An electrically erasable EPROM (EEPROM) is also very common. In some cases, the charge is placed in the floating gate and removed by implanting the charge through a thin oxide region formed on the substrate. In other cases, the charge is removed through the upper electrode.
【0005】
一般的なEPROM/EEPROMの別型式のものは、フラッシュEPROM
又はフラッシュEEPROMと称されている。これらのフラッシュ記憶装置セル
は、チップ内の記憶装置セルを電気的に消去し、プログラミングし又は読み取る
ことができる。ここで使用されるフローティングゲートは、典型的に、ポリシリ
コンで出来た導電性材料であり、この材料は、酸化物又はその他の絶縁性材料の
薄い層によりトランジスタのチャネルから絶縁され且つ第二の絶縁材料層により
トランジスタの制御ゲート又はワードラインから絶縁されている。Another type of general EPROM / EEPROM is a flash EPROM.
Alternatively, it is called a flash EEPROM. These flash storage cells can electrically erase, program, or read the storage cells in the chip. The floating gate used herein is typically a conductive material made of polysilicon, which is isolated from the channel of the transistor by a thin layer of oxide or other insulating material and is It is insulated from the control gate or word line of the transistor by a layer of insulating material.
【0006】
フラッシュ記憶装置セル用の「プログラム」ステップは、ゲートとソースとの
間に、12ボルトのような大きい正電圧及びドレーンとソースとの間に、例えば
、7ボルトのような正電圧を確立することにより、いわゆる熱電子射出注入(h
ot electron injection)法を通じて行われる。A “program” step for a flash memory cell involves a large positive voltage, such as 12 volts, between the gate and source and a positive voltage, such as 7 volts, between the drain and source. By establishing, so-called thermionic injection injection (h
The OT electron injection method is used.
【0007】
フローティングゲートを放電する行為は、フラッシュ装置に対する「消去」機
能と称される。この消去機能は、典型的に、フローティングゲートとトランジス
タのソースとの間(ソース消去)又はフローティングゲートと基板との間(チャ
ネル消去)のF−Nトンネル機構によって行われる。例えば、それぞれの記憶装
置セルのドレーンをフロートさせつつ、ソースからゲートまで大きい正電圧を確
立することによりソース消去工程が行われる。この正電圧は、12ボルト程に大
きくすることができる。The act of discharging the floating gate is referred to as the "erase" function for flash devices. This erase function is typically performed by an FN tunneling mechanism between the floating gate and the source of the transistor (source erase) or between the floating gate and the substrate (channel erase). For example, the source erase step is performed by establishing a large positive voltage from the source to the gate while floating the drain of each memory cell. This positive voltage can be as high as 12 volts.
【0008】
従来の積層した不揮発性半導体記憶装置デバイスにおいて、フローティングゲ
ート及び制御ゲートを互いに絶縁する絶縁膜(以下、「第二のゲート絶縁膜」)
は、酸化物シリコンの単一層である。極小型の半導体デバイスについて不断に増
大する必要性が存在しており、この状況において、第二のゲート絶縁膜の厚さは
更に薄くすることが必要とされる。In a conventional stacked nonvolatile semiconductor memory device, an insulating film that insulates a floating gate and a control gate from each other (hereinafter, “second gate insulating film”).
Is a single layer of silicon oxide. There is an ever-increasing need for ultra-small semiconductor devices, and in this situation, the second gate insulating film needs to be thinner.
【0009】
従来、インターポリ誘電体は単一の二酸化ケイ素(SiO2)から成るもので
あった。この必要性に適合するため、最近は、二酸化ケイ素に代えて、酸化物/
窒化物/酸化物組成物(ONO構造体と称されることがある)が使用されており
、それは、その層がより薄く且つ依然として単一の酸化物層よりも、電荷の漏洩
が少ないからである(チャン等の米国特許第5,619,052号参照)。Traditionally, interpoly dielectrics have consisted of a single silicon dioxide (SiO 2 ). To meet this need, oxide /
Nitride / oxide compositions (sometimes referred to as ONO structures) have been used because the layers are thinner and still have less charge leakage than a single oxide layer. (See Chang et al., US Pat. No. 5,619,052).
【0010】
エイタンへの米国特許第5,768,192号には、絶縁体及びフローティン
グゲートの双方としてONO構造体(及びその他の電荷捕捉誘電体)が使用され
ることが開示されている。エイタンは、このトランジスタデバイスを反対方向(
すなわち、「ソース」及び「ドレーン」を逆にする)にプログラミングし且つ読
み取ることにより、より短いプログラミング時間となり、その結果提供される閾
値電圧が大きく増大することを教示している。エイタンは、この結果は、「パン
チスルー(punch through)」(即ち、横方向電荷は、印加された
閾値レベルに関係なく、ドレーンを通じて電子を吸引するのに十分に強力になる
状態)を防止しつつ、プログラミング時間を短縮するのに有用であることを示唆
している。US Pat. No. 5,768,192 to Eitan discloses the use of ONO structures (and other charge trapping dielectrics) as both insulators and floating gates. Eitan puts this transistor device in the opposite direction (
That is, programming and reading "source" and "drain" in reverse) results in a shorter programming time, resulting in a significant increase in the provided threshold voltage. Eitan, this result prevents "punch through" (ie, the state where the lateral charge becomes strong enough to attract electrons through the drain, regardless of the applied threshold level). However, it suggests that it is useful for shortening the programming time.
【0011】
半導体記憶装置の業界は、不揮発性記憶装置のビットコストを低減するための
色々な技術及びアプローチ法を研究している。より重要なアプローチ法の内、2
つは、寸法収縮及び多重レベル保存である。The semiconductor storage device industry is investigating various techniques and approaches to reduce the bit cost of non-volatile storage devices. 2 of the more important approaches
The first is dimensional shrinkage and multilevel preservation.
【0012】
寸法収縮は、より小さい寸法を使用してセルを設計しようとする試みである。
しかし、寸法収縮がその完全なコスト節減効果に達する前に、技術が顕著に向上
することが必要とされる。Dimensional shrinkage is an attempt to design cells using smaller dimensions.
However, significant improvements in technology are needed before dimensional shrinkage can reach its full cost saving effect.
【0013】
多重レベル保存(多重レベルセルと称されることがしばしばである)は、単一
のセルが1ビット以上のデータを表わすことができることを意味する。従来の記
憶装置セルの設計において、1つのビットのみが0又は1を表わす0V及び5V
(幾らかの電圧余裕と関係して)のような、2つの異なる電圧レベルにより表わ
されている。多重レベル保存において、多数ビットのデータをエンコード化する
には、より広い電圧範囲/電流範囲が必要である。多数範囲の結果、範囲間の余
裕が減少し、高度の設計技術が必要となる。その結果、多重レベル保存セルは設
計及び製造が難しい。信頼性が劣るものもある。従来の単一ビットセルの場合よ
りも読み取り時間が遅いものがある。Multilevel storage (often referred to as multilevel cells) means that a single cell can represent one or more bits of data. In conventional memory cell designs, 0V and 5V where only one bit represents 0 or 1.
It is represented by two different voltage levels, such as (in relation to some voltage margin). Wider voltage / current ranges are required to encode multiple bits of data in multi-level storage. As a result of the large number of ranges, the margin between the ranges is reduced and sophisticated design techniques are required. As a result, multilevel storage cells are difficult to design and manufacture. Some are less reliable. Some read times are slower than in the case of conventional single bit cells.
【0014】
従って、本発明の1つの目的は、2ビットのデータを保存することのできる構
造体を提供し、これにより、不揮発性記憶装置の寸法を2倍にすることによりコ
ストの削減を実現する、不揮発性記憶装置構造体を製造することである。本発明
の関連する目的は、余裕が少ない技術、すなわち高度の設計技術を使用せずにこ
のセル構造体が、作用するようにすることである。Accordingly, one object of the present invention is to provide a structure capable of storing 2-bit data, thereby realizing a cost reduction by doubling the size of a nonvolatile memory device. Manufacturing a non-volatile memory device structure. A related object of the invention is to allow this cell structure to work without the use of tight margin techniques, i.e. advanced design techniques.
【0015】
本発明の別の目的は、誘電体フローティングゲートを採用することにより従来
のEEPROM又はフラッシュEEPROMよりも設計の点で顕著に簡単なセル
形態のものを製造することである。本発明の関連する目的は、100%のゲート
結合比率(GCR)を有し、これにより、EEPROM又はフラッシュEEPR
OMよりも著しく大きい読み取り電流を有すると同時に、従来のEEPROM又
はフラッシュEEPROMセルよりも低い電圧をプログラミング及び消去機能の
双方に対して使用することを許容するセル構造体を提供することである。Another object of the present invention is to manufacture a cell configuration that is significantly simpler in design than conventional EEPROM or flash EEPROM by employing a dielectric floating gate. A related object of the invention is to have a gate coupling ratio (GCR) of 100% so that an EEPROM or flash EEPR
It is an object of the invention to provide a cell structure which has a read current significantly higher than that of an OM, while at the same time allowing lower voltages to be used for both programming and erase functions than conventional EEPROM or flash EEPROM cells.
【0016】
本発明の追加的な目的は、システムオンアチップ(SOC)の用途に容易に適
応させることのできる2ビット記憶装置セルを製造する方法を提供することであ
る。An additional object of the present invention is to provide a method of manufacturing a 2-bit storage cell that can be easily adapted for system-on-a-chip (SOC) applications.
【0017】
上記及びその他の目的は、図面、本明細書及び特許請求の範囲を参照すること
により、当該技術分野の当業者に明らかになるであろう。The above and other objects will become apparent to those skilled in the art with reference to the drawings, the specification and the claims.
【0018】[0018]
【開示の概要】
本出願は、2ビットの情報を保存する不揮発性半導体記憶デバイスを開示する
ものである。このデバイスは、1つの導電率型式の半導体基板と、反対の導電率
型式の半導体基板に形成された右側及び左側拡散領域とを有している。左側及び
右側拡散領域の間にチャネル領域が形成されている。薄いゲート酸化物膜を有す
る制御ゲートがチャネル領域の中央チャネル部分上に形成されている。このデバ
イスは、ゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極を更に有している。誘電複
合体が半導体基板及び制御ゲート電極を実質的に覆っている。制御ゲート電極と
右側拡散領域との間で誘電複合体の一部分内に右側電荷保存領域が形成されてい
る。同様に、制御ゲート電極と左側拡散領域との間の誘電複合体の一部分内に左
側電荷保存領域が形成されている。ワードラインが誘電複合体を実質的に覆って
いる。SUMMARY OF THE DISCLOSURE The present application discloses a nonvolatile semiconductor memory device that stores 2-bit information. The device has a semiconductor substrate of one conductivity type and right and left diffusion regions formed in a semiconductor substrate of the opposite conductivity type. A channel region is formed between the left and right diffusion regions. A control gate having a thin gate oxide film is formed on the central channel portion of the channel region. The device further has a control gate electrode formed on the gate insulating film. The dielectric composite substantially covers the semiconductor substrate and the control gate electrode. A right charge storage region is formed in a portion of the dielectric composite between the control gate electrode and the right diffusion region. Similarly, a left charge storage region is formed within a portion of the dielectric composite between the control gate electrode and the left diffusion region. Word lines substantially cover the dielectric composite.
【0019】
又、本発明は、この新規な記憶装置セルを製造する方法であって、(1)1つ
の導電率型式の半導体基板上にゲート酸化物層を形成することと、(2)ゲート
酸化物絶縁層上に制御ゲートを形成することと、(3)ゲート酸化物絶縁層の一
部分を覆い得るように、制御ゲートの右側及び左側端縁に隣接して右側スペーサ
及び左側スペーサを取り付けることと、(4)半導体基板内に左側及び右側拡散
領域を形成することと、(5)スペーサを除去することと、(6)制御ゲート及
び半導体基板上に配置された誘電複合体であって、基板及び制御ゲート上に形成
された二酸化ケイ素の底部層を含む上記誘電複合体と、二酸化ケイ素の底部層に
形成されたケイ素窒化物層及び窒化物層上に形成された二酸化ケイ素の頂部層を
形成することとを備える方法も含むものである。The present invention also provides a method of manufacturing this novel memory cell, comprising: (1) forming a gate oxide layer on a semiconductor substrate of one conductivity type; and (2) a gate. Forming a control gate on the oxide insulating layer, and (3) attaching a right spacer and a left spacer adjacent to the right and left edges of the control gate so as to cover a portion of the gate oxide insulating layer. (4) forming left and right diffusion regions in the semiconductor substrate, (5) removing spacers, and (6) a dielectric composite disposed on the control gate and the semiconductor substrate, A dielectric composite comprising a bottom layer of silicon dioxide formed on a substrate and a control gate, a silicon nitride layer formed on the bottom layer of silicon dioxide and a top layer of silicon dioxide formed on the nitride layer. Form It also includes a method including the above.
【0020】[0020]
本発明の装置は、多数の異なる形態にて具体化し且つ色々な異なる製造方法に
て製造することができるが、この開示は本発明の原理の単に一例にしか過ぎず、
本発明を記載した実施の形態にのみ限定することを意図するものではないとの理
解の下、1つの特定の実施の形態及び特定の製造方法に関して以下に説明する。Although the device of the present invention may be embodied in many different forms and manufactured in a variety of different manufacturing methods, this disclosure is merely an example of the principles of the invention.
With the understanding that the invention is not intended to be limited only to the described embodiments, one specific embodiment and a particular manufacturing method are described below.
【0021】
図1には、本発明による2ビット不揮発性記憶装置構造体又はセル100が図
示されている。記憶装置構造体100は半導体基板102の上に形成されている
。図示するように、当該技術分野にて、p型又はn型基板を形成し得るように半
導体基板102をドープすることができる。本発明の特徴の当該説明の目的のた
め、p型半導体基板に基づくセルに関してのみ説明する。しかし、当該技術分野
の当業者に理解されるように、本発明は、同様に理解されるであろう調節を加え
てn型半導体基板に基づくセルにも等しく適用可能である。FIG. 1 illustrates a 2-bit non-volatile memory structure or cell 100 according to the present invention. The memory device structure 100 is formed on a semiconductor substrate 102. As shown, the semiconductor substrate 102 can be doped in the art to form a p-type or n-type substrate. For purposes of this description of the features of the present invention, only cells based on p-type semiconductor substrates will be described. However, as will be appreciated by those skilled in the art, the present invention is equally applicable to cells based on n-type semiconductor substrates, with adjustments that will also be understood.
【0022】
右側拡散領域すなわちチャネル104が、半導体基板102に形成されており
、基板102の導電率型式と反対の導電率型式を有する。左側拡散領域すなわち
チャネル106は右側拡散領域104と別個に半導体基板102に形成され、こ
れにより、右側及び左側拡散領域104、106の間にチャネル領域108を形
成し、左側拡散領域106は領域104と同一の導電率型式を有する(開示した
実施の形態にてn+)。The right diffusion region or channel 104 is formed in the semiconductor substrate 102 and has a conductivity type opposite to that of the substrate 102. The left diffusion region or channel 106 is formed in the semiconductor substrate 102 separately from the right diffusion region 104, thereby forming a channel region 108 between the right and left diffusion regions 104, 106, the left diffusion region 106 being the region 104. They have the same conductivity type (n + in the disclosed embodiment).
【0023】
セル100は、チャネル領域108の中央チャネル部分112上に形成された
ゲート絶縁膜層110(ゲート酸化物層)を更に備えている。制御ゲート電極1
14はポリシリコンを使用して層110上に形成される。以下に詳細に説明する
ように、制御ゲート114はまた、左側及び右側記憶装置「セル」を互いに絶縁
する機能も果たす。The cell 100 further includes a gate insulating film layer 110 (gate oxide layer) formed on the central channel portion 112 of the channel region 108. Control gate electrode 1
14 is formed on layer 110 using polysilicon. As described in detail below, the control gate 114 also serves to insulate the left and right storage "cells" from each other.
【0024】
薄い(トンネル型)酸化物層120、窒化物層122及び絶縁酸化物層124
が図1に図示するように、基板102及び制御電極114の上に均一に層状化さ
れてONO誘電複合体層132を形成する。1つの好ましい実施の形態において
、酸化物層120、124は、各々、約100Åの厚さである一方、窒化物層は
約50Åの厚さである。これらの誘電構造体は、薄いトンネル型酸化物と絶縁性
酸化物との間で窒化物層を挟持することにより形成されるものとして図示されて
いるが、SiO2/Al2O3/SiO2のようなその他の誘電構造体も使用可能で
ある。Thin (tunnel) oxide layer 120, nitride layer 122 and insulating oxide layer 124
1 is uniformly layered over the substrate 102 and the control electrode 114 to form an ONO dielectric composite layer 132, as shown in FIG. In one preferred embodiment, the oxide layers 120, 124 are each about 100Å thick, while the nitride layers are about 50Å thick. Although these dielectric structures are shown as being formed by sandwiching a nitride layer between a thin tunnel oxide and an insulating oxide, SiO 2 / Al 2 O 3 / SiO 2 Other dielectric structures such as can also be used.
【0025】
中央チャネル部分112と右側拡散領域104との間でチャネル領域108の
右側部分118上に右側電荷保存領域116が形成されている。中央チャネル部
分112と左側拡散領域106との間で中央領域108の左側部分128上に左
側電荷保存領域126が形成されている。右側領域116及び左側領域126は
、各々1ビットのデータを保存することができる。ポリシリコン130はワード
ラインとして使用され、ONO誘電複合層132を実質的に覆う。A right charge storage region 116 is formed on the right portion 118 of the channel region 108 between the central channel portion 112 and the right diffusion region 104. A left charge storage region 126 is formed on the left portion 128 of the central region 108 between the central channel portion 112 and the left diffusion region 106. Each of the right side region 116 and the left side region 126 can store 1-bit data. Polysilicon 130 is used as a word line and substantially covers the ONO dielectric composite layer 132.
【0026】
当該技術分野の当業者に既知であるように、MOSトランジスタにおける拡散
領域104、106は零バイアス状態にて識別不能である。拡散領域の各々の役
割は、端末電圧が印加された後に(すなわち、ドレーンをソースよりも大きくバ
イアスさせた後)明らかになる。As known to those skilled in the art, the diffusion regions 104, 106 in a MOS transistor are indistinguishable at zero bias. The role of each of the diffusion regions becomes apparent after the terminal voltage is applied (ie after biasing the drain more than the source).
【0027】
従来のEEPROM又はフラッシュEEPROMと比べて、この方法は、フロ
ーティングゲートが不要であるため、遥かにより簡単である。このため、2倍の
密度及び簡単な方法によりコストは著しく低減される。Compared to conventional EEPROM or flash EEPROM, this method is much simpler because no floating gate is required. Therefore, the cost is significantly reduced by the double density and the simple method.
【0028】
図4A及び図4Bには、本発明の2ビット不揮発性記憶装置構造体の作動原理
が図示されている。上述したように、2ビット不揮発性記憶装置セル100にお
いて、1ビットのデータが保存され且つ電荷保存領域116、126の各々に配
置されている。以下に説明するように、セルのプログラム及び読み取り方向を逆
にすることにより、2つの電荷保存領域の各々にて電荷を保存する間の干渉を防
止することができる。4A and 4B illustrate the operating principle of the 2-bit non-volatile memory device structure of the present invention. As described above, in the 2-bit nonvolatile memory cell 100, 1-bit data is stored and arranged in each of the charge storage regions 116 and 126. As will be described below, by reversing the programming and reading directions of the cell, it is possible to prevent interference between storing charges in each of the two charge storage regions.
【0029】
図4Aには、右側ビットのプログラミング及び読み取り状態が図示されている
。右側ビットをプログラム化するためには、右側拡散領域104をドレーンとし
て処理し(約4乃至6Vの電圧を印加することにより)、左側拡散領域106を
ソースとして処理する(熱−eプログラムのため0V又は低電圧を印加すること
により)。これと同時に、約3乃至5Vを制御ゲート電極114に印加して、中
央チャネル部分112を作動させ、ワードライン130は約8乃至10Vを受け
取る。その右側ビットを読み取るためには、左側拡散領域106をドレーンとし
て処理し(約1.5乃至2.5Vの電圧を印加することにより)、また、右側拡
散領域104をソースとして処理する(0Vの電圧を印加することにより)。こ
れと同時に、約2乃至4Vを制御ゲート114及びワードライン130に印加し
て中央チャネル112を作動させる。図4Bに図示するように、左側保存セル1
26をプログラム化し且つ読み取るために同様の工程を使用することができる。In FIG. 4A, programming and reading states of the right bit are illustrated. To program the right bit, the right diffusion region 104 is treated as a drain (by applying a voltage of about 4-6V) and the left diffusion region 106 is treated as a source (0V for a thermal-e program). Or by applying a low voltage). At the same time, about 3-5V is applied to the control gate electrode 114 to activate the central channel portion 112 and the word line 130 receives about 8-10V. To read the right bit, the left diffusion 106 is treated as a drain (by applying a voltage of about 1.5 to 2.5V) and the right diffusion 104 is treated as a source (0V). By applying a voltage). At the same time, about 2-4V is applied to control gate 114 and word line 130 to activate central channel 112. As shown in FIG. 4B, the left storage cell 1
Similar steps can be used to program and read 26.
【0030】
プログラム及び読み取り方向を逆にする理由は、局部的に捕集した電子は異な
る方向に読み取るならば異なる閾値電圧を呈するからである。図5には、捕捉し
た電子が右側部に集められるときのVtの差を示し、プログラミング中に右側拡
散領域104がドレーンとして使用されることを表示する。ライン1は右側から
読み取った閾値電圧であり(右側拡散チャネル104はドレーンとして使用され
、プログラムと同一の方向にある)、ライン2は左側から読み取った閾値電圧で
ある(左側拡散チャネル106はドレーンとして使用され、プログラムと逆方向
にある)。図5に図示するように、プログラム及び読み取り方向を逆にする結果
、より効率的なVt動作となる。このため、2ビット保存し得るようその両側部
がプログラム化される場合でさえ、単一のビットの閾値電圧が読み取られる。こ
のようにして、方向を逆にすることにより、互いに干渉せずに2ビットをプログ
ラムし且つ読み取ることができる。The reason for reversing the programming and reading directions is that the locally collected electrons exhibit different threshold voltages if read in different directions. FIG. 5 shows the difference in Vt as trapped electrons are collected on the right side, indicating that the right diffusion region 104 is used as a drain during programming. Line 1 is the threshold voltage read from the right side (right diffusion channel 104 is used as a drain and is in the same direction as the program) and line 2 is the threshold voltage read from the left side (left diffusion channel 106 is the drain). Used and in the opposite direction to the program). As shown in FIG. 5, reversing the programming and reading directions results in a more efficient Vt operation. Thus, the threshold voltage of a single bit is read, even if both sides are programmed to store 2 bits. In this way, by reversing the direction, two bits can be programmed and read without interfering with each other.
【0031】
2ビットの保存の消去は、1ビットずつ又は同時に2ビットずつ行うことがで
きる。零又は無効なゲート電圧に相応する2つの拡散端子にて高電圧が印加され
るならば、これら2つのビットは共に消去される。零又は無効なゲート電圧に相
応する単一の拡散端子にてのみ高電圧が印加されるならば、単一のビットのみが
消去される。更に、中央ゲート酸化物層110が存在するため、この構造体にて
過剰消去は全く生じない。保存領域116、126の閾値電圧が過剰消去される
場合でさえ、実際の閾値は中央ゲート酸化物110の領域により決まる。このた
め、構造体100の消去したVtは例外的であり、従って低パワーの用途に適し
ている。Erasing the storage of 2 bits can be done bit by bit or simultaneously by 2 bits at a time. If a high voltage is applied at the two spreading terminals corresponding to zero or an invalid gate voltage, these two bits will be erased together. If the high voltage is applied only at a single diffusion terminal corresponding to zero or an invalid gate voltage, then only a single bit is erased. Furthermore, due to the presence of the central gate oxide layer 110, no overerasure occurs in this structure. The actual threshold is determined by the area of the central gate oxide 110, even if the threshold voltage of the storage regions 116, 126 is over-erased. For this reason, the erased Vt of structure 100 is exceptional and thus suitable for low power applications.
【0032】
2ビット保存及び簡単な作動原理に加えて、本発明のGCR(ゲート結合比率
)は、フローティングゲートが存在しないため、100%である。読み取り電流
を拡大することにより性能は著しく向上する。更に、プログラム及び消去電圧が
低下するため、回路及び工程の間接費は低減する。この構造体の別の有利な点は
、プログラミング速度が速いことである。図5には、2つの異なる中央ゲート酸
化物110の厚さに対するプログラム化したVt対プログラミング時間が示して
ある。より薄い中央ゲート酸化物110の層を採用することにより、迅速なプロ
グラミング速度が実現可能である。1つの好ましい実施の形態において、より薄
い中央ゲート酸化物110の厚さは、電力の供給電圧及びセルの寸法に依存して
、約50乃至100Åである。In addition to the 2-bit storage and simple operating principle, the GCR (gate coupling ratio) of the present invention is 100% due to the absence of floating gate. Performance is significantly improved by increasing the read current. In addition, the program and erase voltages are reduced, thus reducing the indirect cost of circuits and processes. Another advantage of this structure is its fast programming speed. FIG. 5 shows the programmed Vt versus programming time for two different central gate oxide 110 thicknesses. By employing a thinner layer of central gate oxide 110, faster programming speeds are achievable. In one preferred embodiment, the thinner central gate oxide 110 thickness is about 50-100 Å depending on the power supply voltage and cell size.
【0033】
本発明の2ビットセルを製造する可能な方法が種々存在する。これらの方法は
本発明の2ビット不揮発性記憶装置構造体を製造するための可能な方法を単に例
示するものに過ぎないとの理解の下、以下に特に、1つの好ましい方法に関して
開示する。There are various possible ways of manufacturing the 2-bit cells of the present invention. With the understanding that these methods merely exemplify possible methods for manufacturing the 2-bit non-volatile memory device structures of the present invention, they are disclosed below with particular reference to one preferred method.
【0034】
図1に図示するように、H2/O2雰囲気内の800℃の酸化と、N2O雰囲気
内の950℃の酸化窒化とを組み合わせることにより、p型シリコン基板102
の表面の上にゲート酸化物膜110が形成される。Vtの調節及びゲート酸化物
の成長後、図3Aに図示するように、ビットラインマスクを使用してポリシリコ
ン層114をパターン化する。次に、TEOSの層を堆積させ、次に、堆積した
TEOSをエッチングバックして所望の幅にしスペーサを形成することにより、
図3Bに図示するような酸化物スペーサを形成する。As shown in FIG. 1, by combining oxidation at 800 ° C. in an H 2 / O 2 atmosphere and oxynitridation at 950 ° C. in an N 2 O atmosphere, a p-type silicon substrate 102 is formed.
A gate oxide film 110 is formed on the surface of the. After adjusting Vt and growing the gate oxide, the polysilicon layer 114 is patterned using a bit line mask, as illustrated in FIG. 3A. Next, a layer of TEOS is deposited and then the deposited TEOS is etched back to form the spacers to the desired width,
Form oxide spacers as illustrated in FIG. 3B.
【0035】
図3Cに図示するように、基板102の露出した要素の領域内にヒ素(70K
eV/1.5*10^15)を注入し、その後、迅速な加熱工程を行い、その注
入した原子を活性化し、右側拡散領域104及び左側拡散領域106を形成する
。As shown in FIG. 3C, arsenic (70K
eV / 1.5 * 10 ^ 15), followed by a rapid heating step to activate the implanted atoms and form right diffusion region 104 and left diffusion region 106.
【0036】
次に、酸化物スペーサを除去し、当該技術分野にて周知の方法により図3Dに
図示するように、トンネル型酸化物の上にONO(酸化物/窒化物/酸化物)を
堆積させ100/50/100Åの厚さとなるようにする。ONO複合体132
は、熱電子が層を横断し且つ頂部二酸化ケイ素層124と窒化物ケイ素層122
との間の境界部にて捕捉されるのを防止するのに十分に厚い底部二酸化ケイ素層
120を有する。層120に要求される最小厚さは、底部酸化物層の一体性及び
底部酸化物層がその下方のポリ基板102の形態に順応し、均一な厚さの底部酸
化物層を提供する能力に依存する。底部酸化物層がこれら特徴を備えるか否かは
、底部酸化物層を形成する方法に依存する。Next, the oxide spacers are removed and ONO (oxide / nitride / oxide) is deposited on the tunnel oxide as illustrated in FIG. 3D by methods well known in the art. Let the thickness be 100/50 / 100Å. ONO complex 132
Are the thermal electrons traversing the layers and the top silicon dioxide layer 124 and the silicon nitride layer 122.
It has a bottom silicon dioxide layer 120 that is thick enough to prevent trapping at the interface between and. The minimum thickness required for layer 120 depends on the integrity of the bottom oxide layer and the ability of the bottom oxide layer to conform to the morphology of the underlying poly substrate 102 and provide a bottom oxide layer of uniform thickness. Dependent. Whether or not the bottom oxide layer has these features depends on the method of forming the bottom oxide layer.
【0037】
底部酸化物層120は、例えば、O2雰囲気内の熱成長、N2O雰囲気環境内の
熱成長、低温化学的気相成長(CVD)法(400℃)及び高温度CVD法(8
00℃乃至1000℃)を含む、当該技術分野で既知の多岐に亙る方法により基
板102上に堆積させることができる。底部二酸化ケイ素層120は、その下方
の基板102の表面に順応する欠点密度の低い酸化物膜を製造する高温度CVD
法により堆積させることが好ましい。The bottom oxide layer 120 is formed, for example, by thermal growth in an O 2 atmosphere, thermal growth in an N 2 O atmosphere environment, low temperature chemical vapor deposition (CVD) method (400 ° C.), and high temperature CVD method ( 8
Can be deposited on the substrate 102 by a variety of methods known in the art, including 00 ° C. to 1000 ° C.). The bottom silicon dioxide layer 120 is a high temperature CVD that produces a low defect density oxide film that conforms to the surface of the underlying substrate 102.
It is preferably deposited by the method.
【0038】
本発明のONO複合体にて使用される窒化物ケイ素層122は、形成される複
合体中の底部酸化物層120又は頂部酸化物層124の何れよりも薄くなければ
ならない。The silicon silicon nitride layer 122 used in the ONO composite of the present invention must be thinner than either the bottom oxide layer 120 or the top oxide layer 124 in the composite formed.
【0039】
次に、第二のポリシリコン層130を、CVD法を使用して、層124上に堆
積させ、図3E乃至図3Fに図示するように、ワードラインマスクを採用してポ
リシリコンをパターン化する。Next, a second polysilicon layer 130 is deposited on layer 124 using a CVD method and polysilicon is employed using a word line mask, as shown in FIGS. 3E-3F. Pattern.
【0040】
上記の説明及び図面は、単に本発明を説明し且つ図示するものにしか過ぎず、
本発明はこれらにのみ限定されるものではない。上記の開示を参照した当該技術
分野の当業者は、本発明の範囲から逸脱せずにその改変例及び変更例を為すこと
が可能であろう。The above description and drawings merely explain and illustrate the present invention,
The present invention is not limited to these. Those of ordinary skill in the art having reference to the above disclosure will be able to make modifications and variations thereof without departing from the scope of the invention.
【図1】
本発明による2ビット不揮発性記憶装置セルのワードラインに沿った断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view along a word line of a 2-bit non-volatile memory cell according to the present invention.
【図2】 本発明によるセルの一部分の配列を示す平面図である。[Fig. 2] FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of a part of cells according to the present invention.
【図3】
3Aは、本発明に従って2ビット不揮発性記憶装置セルを製造する方法にて行
われるステップのワードラインに沿った断面図である。
3Bは、図3Aと別のステップのワードラインに沿った断面図である。
3Cは、図3Aと別のステップのワードラインに沿った断面図である。
3Dは、図3Aと別のステップのワードラインに沿った断面図である。
3Eは、記憶装置セルを製造する方法にて図3Dに図示したステップの後に堆
積させたポリシリコンの第二の層のパターンを示す平面図である。
3Fは、図3A乃至図3Eに図示したステップに従って製造されたセルを示す
ワードラインに沿った断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view along a word line of steps performed in a method of manufacturing a 2-bit non-volatile memory cell according to the present invention. 3B is a cross-sectional view taken along a word line in a step different from that of FIG. 3A. 3C is a cross-sectional view taken along a word line in a step different from that of FIG. 3A. 3D is a sectional view taken along a word line in a step different from that of FIG. 3A. 3E is a plan view showing a pattern of a second layer of polysilicon deposited after the steps illustrated in FIG. 3D in a method of manufacturing a memory cell. 3F is a cross-sectional view along a word line showing a cell manufactured according to the steps illustrated in FIGS. 3A to 3E.
【図4】
4Aは、右側電荷保存領域内に電荷を保存する割型フローティングゲートの作
用を示す、ワードラインに沿った断面図である。
4Bは、左側電荷保存領域内に電荷を保存する割型フローティングゲートの作
用を示す、ワードラインに沿った断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the word line showing the action of the split floating gate for storing charges in the right side charge storage region. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the word line showing the action of the split floating gate for storing charges in the left charge storage region.
【図5】
本発明の2ビット不揮発性セル構造体により提供される閾値電圧に対するプロ
グラム及び読み取りステップの方向を逆にする効果を示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing the effect of reversing the direction of program and read steps on the threshold voltage provided by the 2-bit non-volatile cell structure of the present invention.
【図6】 ゲート酸化物のプログラミング速度及び厚さの関係を示すグラフ図である。[Figure 6] FIG. 6 is a graph showing the relationship between gate oxide programming speed and thickness.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU, ZA,ZW (72)発明者 ル,タオ・チェン 台湾 高雄市サン−ミン・ディストリク ト,ニュー−チャン・ストリート,レイン 1,ナンバー 36 (72)発明者 ワン,マム・ツン 台湾 新竹市サイエンス−パーク・ロー ド,レイン 162,アリー 3,ナンバー 18 Fターム(参考) 5F083 EP17 EP18 EP27 EP32 EP33 EP34 EP35 EP37 EP43 ER02 ER05 ER16 ER19 GA09 KA08 LA12 LA16 ZA21 5F101 BA45 BB02 BC11 BD22 BE02 BE05 BE07 BF05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Le Tao Chen San-Min District, Kaohsiung, Taiwan To, New-Chan Street, Rain 1, number 36 (72) Inventor Wang, Mom Tsun Hsinchu City, Taiwan Science-Park Law De Rain 162, Ally 3, Number 18 F term (reference) 5F083 EP17 EP18 EP27 EP32 EP33 EP34 EP35 EP37 EP43 ER02 ER05 ER16 ER19 GA09 KA08 LA12 LA16 ZA21 5F101 BA45 BB02 BC11 BD22 BE02 BE05 BE07 BF05
Claims (4)
式と反対の導電率型式を有する前記右側拡散領域と、 該右側拡散領域と別個に前記半導体基板に形成され、これにより前記右側及び
左側拡散領域の間にチャネル領域を形成する左側拡散領域であって、前記右側拡
散領域と同一の導電率型式である前記左側拡散領域と、 前記チャネル領域の中央チャネル部分上に形成されたゲート絶縁膜と、 該ゲート絶縁膜上に形成された制御ゲート電極と、 前記基板及び該制御ゲート電極を実質的に覆う誘電複合体と、 前記制御ゲート電極と前記右側拡散領域との間で前記誘電複合体の一部分内の
右側電荷保存領域と、 前記制御ゲート電極と前記左側拡散領域との間で前記誘電複合体の一部分内の
左側電荷保存領域と、 前記誘電複合体を実質的に覆うワードラインとを備える、不揮発性半導体記憶
装置デバイス。1. A nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a semiconductor substrate of one conductivity type, and a right diffusion region formed on the semiconductor substrate, the conductivity type being opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate. And a right diffusion region, which is formed on the semiconductor substrate separately from the right diffusion region, thereby forming a channel region between the right diffusion region and the left diffusion region. The left diffusion region having the same conductivity type, a gate insulating film formed on a central channel portion of the channel region, a control gate electrode formed on the gate insulating film, the substrate and the control gate A dielectric composite substantially covering an electrode; a right charge storage region within a portion of the dielectric composite between the control gate electrode and the right diffusion region; and the control gate. Wherein comprising a left charge storage region in a portion of the dielectric composite, and a word line substantially covering the dielectric composite, non-volatile semiconductor storage device between the gate electrode and the left diffusion region.
誘電複合体が、2つの二酸化ケイ素層の間に挟持された窒化ケイ素層を備える、
不揮発性半導体記憶装置デバイス。2. The non-volatile semiconductor memory device of claim 1, wherein the dielectric composite comprises a silicon nitride layer sandwiched between two silicon dioxide layers.
Nonvolatile semiconductor memory device.
誘電複合体が、2つの二酸化ケイ素層の間に挟持された酸化アルミニウム層を備
える、不揮発性半導体記憶装置デバイス。3. The non-volatile semiconductor memory device of claim 1, wherein the dielectric composite comprises an aluminum oxide layer sandwiched between two silicon dioxide layers.
左側端縁に隣接して右側スペーサ及び左側スペーサを取り付けることと、 半導体基板内に左側及び右側拡散領域を形成することと、 スペーサを除去することと、 前記制御電極及び半導体基板上に配置された誘電複合体であって、前記基板及
び前記制御ゲート上に形成された底部二酸化ケイ素層と、該底部二酸化ケイ素層
上に形成された窒化ケイ素層と、該窒化ケイ素層上に形成された頂部二酸化ケイ
素層とを含む前記誘電複合体を形成することとを備える、不揮発性記憶装置セル
の製造方法。4. A method of manufacturing a non-volatile memory device cell, comprising: forming a gate oxide insulating layer on a semiconductor substrate of one conductivity type; and forming a control gate on the gate oxide insulating layer. Attaching right and left spacers adjacent to the right and left edges of the control gate so as to cover a portion of the gate oxide insulating layer; and forming left and right diffusion regions in the semiconductor substrate. A dielectric composite disposed on the control electrode and the semiconductor substrate, the bottom silicon dioxide layer formed on the substrate and the control gate, and the bottom silicon dioxide layer. Forming a dielectric composite comprising a silicon nitride layer formed thereon and a top silicon dioxide layer formed on the silicon nitride layer. Storage cell manufacturing method.
Applications Claiming Priority (3)
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