JP3182758B2 - Thin film transistor memory - Google Patents
Thin film transistor memoryInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、薄膜トランジスタを用いた電気的に書込み
・消去が可能な薄膜トランジスタメモリに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor memory that can be electrically written and erased using a thin film transistor.
[従来の技術] 電気的に書込み消去が可能なEEPROMは、MNOS型構造
と、フローティングゲート型構造がある。何れも、書込
み/消去にトンネル効果(tunnel effect)を用いるた
め、書込み消去電流が極めて小さい。そのため、このEE
PROMをデータメモリとして電子手帳等の電子機器に使用
した場合、全ビットの同時消去や、ページ単位の書込み
/消去など多機能な電子機器が開発できる。[Prior Art] EEPROMs that can be electrically written and erased include an MNOS type structure and a floating gate type structure. In each case, the tunnel effect is used for writing / erasing, so that the writing / erasing current is extremely small. Therefore, this EE
When a PROM is used as a data memory in an electronic device such as an electronic organizer, a multifunctional electronic device such as simultaneous erasure of all bits and writing / erasing of a page unit can be developed.
MNOS型メモリセルは、MOSFETのゲート酸化膜を、ごく
薄い酸化膜(〜20Å)と窒化膜(〜500Å)の二重層構
造に置き換えたFETであり、金属−窒化物−酸化物−半
導体(MNOS)構造FETである。第12図はnチャネルMNOS
メモリセルの断面構造を示す図である。第12図に示すよ
うにMNOSメモリ1は、n型Si基板2に例えばボロン
(B)を堆積後熱拡散させてp−well3を形成し、その
後リン(P)を打ち込んでソース、ドレインとなるn+拡
散層4,5を形成する。その後、その上に例えば熱酸化に
よって薄いSiO2酸化膜6を堆積し、制御ゲート12(後
述)の真下のみを残して除去する。次いで、絶縁層7、
選択ゲート8、分離ゲート9、絶縁層10、シリコン窒化
膜11及びメモリゲート(制御ゲート)12を形成する。The MNOS type memory cell is an FET in which the gate oxide film of the MOSFET is replaced with a double-layer structure of an extremely thin oxide film (up to 20 mm) and a nitride film (up to 500 mm), and a metal-nitride-oxide-semiconductor (MNOS) ) Structure FET. Fig. 12 shows n-channel MNOS
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a memory cell. As shown in FIG. 12, in the MNOS memory 1, for example, boron (B) is deposited on an n-type Si substrate 2 and then thermally diffused to form a p-well 3, and then phosphorus (P) is implanted to become a source and a drain. The n + diffusion layers 4 and 5 are formed. Thereafter, a thin SiO 2 oxide film 6 is deposited thereon by, for example, thermal oxidation, and is removed while leaving just below a control gate 12 (described later). Next, the insulating layer 7,
A selection gate 8, an isolation gate 9, an insulating layer 10, a silicon nitride film 11, and a memory gate (control gate) 12 are formed.
このMNOSメモリ1でのデータの書込みは、n+拡散層4
から窒化膜11へ薄い酸化膜6を通し電子(あるいは正
孔)をトンネリングで送り込むことにより行なわれる。
窒化膜11中に移った電子のうち、酸化膜−窒化膜界面や
窒化膜11中に存在する深いエネルギレベル(トラップ)
にとらえられたものが、データの保持に寄与する。窒化
膜11中には、電子に対するトラップのみならず正孔に対
するトラップも存在することが知られており、選択ゲー
ト8の電圧を負にして正孔のトンネリングによって書き
込むことも可能である。なお、書込みには、25V程度の
電圧パルス(〜10msec)を印加する。このようにして、
書き込まれたMNOSメモリ1は高いスレッショルド電圧を
持つようになる。Writing of data in the MNOS memory 1 is performed by the n + diffusion layer 4
This is performed by sending electrons (or holes) through the thin oxide film 6 to the nitride film 11 by tunneling.
Of the electrons transferred to the nitride film 11, deep energy levels (traps) existing at the oxide film-nitride film interface and in the nitride film 11
What contributes to data retention. It is known that not only traps for electrons but also traps for holes exist in the nitride film 11, and writing can be performed by tunneling holes by setting the voltage of the selection gate 8 to negative. Note that a voltage pulse of about 25 V (up to 10 msec) is applied for writing. In this way,
The written MNOS memory 1 has a high threshold voltage.
一方、MNOSメモリ1のデータの消去は、書き込みと逆
極性の電圧パルスを選択ゲート8に加えることによって
行なう。エネルギレベルにとらえられている電子を追い
出す必要があるため、書き込みパルスより高圧で幅の広
いパルス(例えば−30V,100msec)を加える必要があ
る。On the other hand, erasure of data in the MNOS memory 1 is performed by applying a voltage pulse having a polarity opposite to that of writing to the selection gate 8. Since it is necessary to drive out the electrons captured at the energy level, it is necessary to apply a pulse (for example, −30 V, 100 msec) higher in voltage and wider than the write pulse.
第13図はp−well3を利用したMNOSメモリ1の書込み
/消去駆動方法を示す図であり、第13図(A)は第12図
のMNOSメモリ1の等価回路を示している。図中、Vpは書
込み/消去電圧を、VoNは選択ゲートが開く電圧を示す
ものとすると、各電極に印加する電圧によって第13図
(B)〜(F)に示すような書込み/消去制御が実現す
る。FIG. 13 is a diagram showing a write / erase driving method of the MNOS memory 1 using the p-well 3, and FIG. 13 (A) shows an equivalent circuit of the MNOS memory 1 of FIG. In the drawing, assuming that Vp indicates a write / erase voltage and Vo N indicates a voltage at which a select gate opens, a write / erase control as shown in FIGS. Is realized.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来のEEPROMにあっては、
Si基板2内にp−well3を形成し、その上にMNOS構造の
メモリゲート12を有するnchトランジスタを形成してメ
モリトランジスタを構成していたため、あくまでMOSト
ランジスタ製造工程技術の延長上のものにすぎず、p−
well3等の拡散領域を形成する必要があるため大面積化
することは困難であった。[Problem to be solved by the invention] However, in such a conventional EEPROM,
Since a p-well 3 is formed in the Si substrate 2 and an nch transistor having a memory gate 12 having an MNOS structure is formed thereon to constitute a memory transistor, this is only an extension of the MOS transistor manufacturing process technology. , P-
Since it is necessary to form a diffusion region such as well3, it is difficult to increase the area.
また、書込み/消去時の駆動方法としては第13図に示
したようにソース・ドレインと選択ゲート8、メモリゲ
ート12の他にp−well3の電位をも利用するため電極数
も多く、制御も複雑であるという問題点があった。As a driving method at the time of writing / erasing, as shown in FIG. 13, in addition to the source / drain and the selection gate 8 and the memory gate 12, the potential of the p-well 3 is also used, so that the number of electrodes is large and control is also performed. There was a problem that it was complicated.
本発明は、上記の情況に鑑みてなされたものであり、
大面積化が可能な薄膜半導体にて形成され、効果的に書
込みと消去ができる薄膜トランジスタメモリを提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances,
It is an object of the present invention to provide a thin film transistor memory formed of a thin film semiconductor having a large area and capable of writing and erasing effectively.
[課題を解決するための手段] 本発明による薄膜トランジスタメモリは上記目的達成
のため、第1の選択ゲート電極と、前記第1の選択ゲー
ト電極の上方に位置する選択ゲート絶縁膜と、前記選択
ゲート絶縁膜の上方にそれぞれ設けられたソース電極及
び中間ソース電極と、前記ソース電極及び前記中間ソー
ス電極の間に設けられた半導体層とからなり、書込みの
選択および非選択を行う第1の選択薄膜トランジスタ
と、第2の選択ゲート電極と、前記第2の選択ゲート電
極の上方に位置する前記選択ゲート絶縁膜と、前記選択
ゲート絶縁膜の上方にそれぞれ設けられたドレイン電極
及び中間ドレイン電極と、前記ドレイン電極及び前記中
間ドレイン電極の間に設けられた半導体層とからなり、
書込みの選択および非選択を行う第2の選択薄膜トラン
ジスタと、前記第1の選択薄膜トランジスタ及び前記第
2の選択薄膜トランジスタの間に位置し、前記中間ソー
ス電極と、前記中間ドレイン電極と、前記中間ソース電
極及び前記中間ドレイン電極の間に設けられた半導体層
と、前記半導体層の上方に設けられたメモリ用ゲート絶
縁膜と、前記メモリ用ゲート絶縁膜の上方に設けられた
メモリゲート電極とからなり、書込みおよび消去を行う
メモリトランジスタと、を具備するものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a thin film transistor memory according to the present invention has a first select gate electrode, a select gate insulating film located above the first select gate electrode, and the select gate. A first selection thin film transistor comprising a source electrode and an intermediate source electrode respectively provided above an insulating film, and a semiconductor layer provided between the source electrode and the intermediate source electrode, for selecting and deselecting writing A second select gate electrode, the select gate insulating film located above the second select gate electrode, a drain electrode and an intermediate drain electrode respectively provided above the select gate insulating film, A semiconductor layer provided between the drain electrode and the intermediate drain electrode,
A second selection thin film transistor for performing selection and non-selection of writing, and the intermediate source electrode, the intermediate drain electrode, and the intermediate source electrode which are located between the first selection thin film transistor and the second selection thin film transistor; A semiconductor layer provided between the intermediate drain electrode, a memory gate insulating film provided above the semiconductor layer, and a memory gate electrode provided above the memory gate insulating film, And a memory transistor for writing and erasing.
つまりこの発明の薄膜トランジスタは、第1の選択薄
膜トランジスタのソース電極と第2の選択薄膜トランジ
スタのドレイン電極に印加される高電位および低電位に
対応して、中間ソース電極および中間ドレイン電極を介
してメモリトランジスタのメモリ用ゲート絶縁膜に電子
又は正孔を注入する方式であることから、書込みと消去
において逆側のキャリアを効率的に注入することが可能
であり、これにより、大面積化が可能となる。この場
合、本発明においては、p−well電位を必要としないか
ら駆動も簡素となる。That is, the thin film transistor according to the present invention is configured such that a memory transistor is provided via an intermediate source electrode and an intermediate drain electrode in response to a high potential and a low potential applied to a source electrode of a first selection thin film transistor and a drain electrode of a second selection thin film transistor. Since the method of injecting electrons or holes into the memory gate insulating film of (1), it is possible to efficiently inject carriers on the opposite side during writing and erasing, thereby enabling a large area. . In this case, in the present invention, since the p-well potential is not required, driving becomes simple.
[実施例] 以下、本発明を図面に基づいて説明する。Examples Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図〜第11図は本発明に係る薄膜トランジスタメモ
リの第1実施例を示す図であり、第1図〜第5図は薄膜
トランジスタメモリの製造工程図である。1 to 11 are views showing a first embodiment of a thin film transistor memory according to the present invention, and FIGS. 1 to 5 are manufacturing process diagrams of the thin film transistor memory.
まず、第1図に示すように、ガラス等からなる絶縁性
基板21上に、例えばクロム(Cr)からなる導電層をスパ
ッタ法等により堆積し、パターニングして選択トランジ
スタTr11の第1の選択ゲート電極22、第2の選択ゲート
電極23を形成する。First, as shown in FIG. 1, a conductive layer made of, for example, chromium (Cr) is deposited on an insulating substrate 21 made of glass or the like by sputtering or the like, and is patterned to form a first selection gate of the selection transistor Tr11. An electrode 22 and a second select gate electrode 23 are formed.
次いで、第2図に示すように、第1の選択ゲート電極
22及び第2の選択ゲート電極23が形成された絶縁性基板
21の全面に亘ってプラズマCVD法等により化学量論比の
窒化シリコン(Si3N4)からなる選択ゲート絶縁膜24を
堆積し、その後この選択ゲート絶縁膜24上に例えばクロ
ム(Cr)等からなる電極用金属膜と、リン(P)等の不
純物をドープしたポリシリコン(poly−Si)等からなる
n型オーミックコンタクト用半導体層とを順次堆積し、
パターニングしてソース電極25、ドレイン電極27、中間
ソース電極29及び中間ドレイン電極30を形成すると共に
上記各電極上にn型オーミックコンタクト層26,28,31,3
2を形成する。Next, as shown in FIG. 2, the first selection gate electrode
Insulating substrate on which 22 and second select gate electrode 23 are formed
A selective gate insulating film 24 made of stoichiometric silicon nitride (Si 3 N 4 ) is deposited over the entire surface of 21 by a plasma CVD method or the like, and then, for example, chromium (Cr) or the like is formed on the selective gate insulating film 24. And an n-type ohmic contact semiconductor layer made of polysilicon (poly-Si) doped with an impurity such as phosphorus (P).
By patterning, a source electrode 25, a drain electrode 27, an intermediate source electrode 29 and an intermediate drain electrode 30 are formed, and n-type ohmic contact layers 26, 28, 31, and 3 are formed on the respective electrodes.
Form 2.
次いで、第3図に示すようにドレイン電極25,ソース
電極27及び中間ソース・ドレイン電極29,30が形成され
た選択ゲート絶縁膜24上にアモルファスシリコン(a−
Si)を堆積した後パターニングして半導体層33を形成す
る。この場合、リンドープしたポリシリコン(poly−S
i)をオーミックコンタクト層26,28,31,32として用いる
と、トランジスタの動作特性であるpチャネル動作,nチ
ャネル動作のどちらの伝導に対してもメモリの書込/消
去動作を行なえるものである。Next, as shown in FIG. 3, amorphous silicon (a-type) is formed on the select gate insulating film 24 on which the drain electrode 25, the source electrode 27 and the intermediate source / drain electrodes 29, 30 are formed.
After depositing Si), the semiconductor layer 33 is formed by patterning. In this case, phosphorus-doped polysilicon (poly-S
When i) is used as the ohmic contact layers 26, 28, 31, and 32, the write / erase operation of the memory can be performed for both the p-channel operation and the n-channel operation, which are the operation characteristics of the transistor. is there.
その後、半導体層33上に電荷蓄積機能のある窒化シリ
コン(Si1N1)を薄く(100Å程度)堆積した後、第4図
に示すように中間ソース・ドレイン電極29,30上で窒化
シリコン(Si1N1)を後述するメモリゲート電極36に対
向するところだけを残すようにエッチングしてメモリ窒
化膜34を形成する。このメモリ窒化膜34は、シリコン原
子Siと窒化原子Nとの組成比Si/Nを前記選択ゲート絶縁
膜24の化学量論比よりSiの多い窒化シリコンで形成して
いる。Thereafter, silicon nitride (Si 1 N 1 ) having a charge storage function is deposited thinly (about 100 °) on the semiconductor layer 33, and then, as shown in FIG. 4, silicon nitride (Si 1 N 1 ) is formed on the intermediate source / drain electrodes 29 and 30. The memory nitride film 34 is formed by etching Si 1 N 1 ) so as to leave only a portion facing a memory gate electrode 36 described later. The memory nitride film 34 is formed of silicon nitride in which the composition ratio Si / N of silicon atoms Si and nitride atoms N is larger than the stoichiometric ratio of the select gate insulating film 24.
次いで、第5図に示すように、半導体層33の全面に亘
ってプラズマCVD法等により前記選択ゲート絶縁膜24と
同一の化学量論比の窒化シリコンからなるメモリゲート
絶縁膜35を形成し、その上にクロム等の導電層を堆積し
た後パターニングして、メモリ窒化膜34と対向する位置
にメモリトランジスタTr10のメモリゲート電極36を形成
して薄膜トランジスタを完成する。Next, as shown in FIG. 5, a memory gate insulating film 35 made of silicon nitride having the same stoichiometric ratio as the select gate insulating film 24 is formed over the entire surface of the semiconductor layer 33 by a plasma CVD method or the like. After depositing a conductive layer of chromium or the like thereon, patterning is performed, and a memory gate electrode 36 of the memory transistor Tr10 is formed at a position facing the memory nitride film 34 to complete the thin film transistor.
上記のようにして製造された薄膜トランジスタメモリ
20は、1つのメモリセルが半導体層33に電気的に接続さ
れたソース電極25及びドレイン電極27と、ソース電極25
とドレイン電極27との間に形成されたフローティングの
中間ソース・ドレイン電極29,30と、書込みの選択/非
選択を制御する選択電圧が印加される第1の選択ゲート
電極22及び第2の選択ゲート電極23と、所定のキャリア
を移動させるゲート電圧が印加されるメモリゲート電極
36とが形成されている構造であって、第1の選択ゲート
電極22、選択ゲート絶縁膜24ソース電極25、中間ソース
電極29及び半導体層33とで第1の選択トランジスタTr11
を構成し、第2の選択ゲート電極23、選択ゲート絶縁膜
24、ドレイン電極27、中間ドレイン電極30及び半導体層
33とで第2の選択トランジスタTr12を構成し、メモリゲ
ート電極36、メモリ窒化膜34、中間ソース・ドレイン電
極29,30及び半導体層33とでメモリトランジスタTr10を
構成する。つまり、この薄膜トランジスタメモリ20は第
1の選択トランジスタTr11、メモリトランジスタTr10、
第2の選択トランジスタTr12という3つのトランジスタ
が直列に並んだ構造となっており、第1の選択トランジ
スタTr11及び第2の選択Trは片チャネル動作をし、メモ
リトランジスタTr10は両チャネル動作するように構成さ
れている。Thin film transistor memory manufactured as described above
Reference numeral 20 denotes a source electrode 25 and a drain electrode 27 in which one memory cell is electrically connected to the semiconductor layer 33;
Floating source / drain electrodes 29 and 30 formed between the first and second selection gate electrodes 22 and 30 to which a selection voltage for controlling writing selection / non-selection is applied. A gate electrode 23 and a memory gate electrode to which a gate voltage for moving a predetermined carrier is applied
36, the first select gate electrode 22, the select gate insulating film 24, the source electrode 25, the intermediate source electrode 29, and the semiconductor layer 33 are combined with the first select transistor Tr11.
The second select gate electrode 23, the select gate insulating film
24, drain electrode 27, intermediate drain electrode 30, and semiconductor layer
33, a second selection transistor Tr12 is formed, and the memory gate electrode 36, the memory nitride film 34, the intermediate source / drain electrodes 29, 30 and the semiconductor layer 33 form a memory transistor Tr10. That is, the thin film transistor memory 20 includes a first selection transistor Tr11, a memory transistor Tr10,
The second selection transistor Tr12 has a structure in which three transistors are arranged in series. The first selection transistor Tr11 and the second selection Tr operate in one channel, and the memory transistor Tr10 operates in both channels. It is configured.
第6図及び第7図は薄膜トランジスタメモリ20のVG−
ID(ゲート電圧−ドレイン電流)特性を示す図であり、
第6図は第1の選択トランジスタTr11又は第2の選択ト
ランジスタTr11のVG−ID特性を、第7図はメモリトラン
ジスタTr10のVG−ID特性をそれぞれ示している。第1の
選択トランジスタTr11及び第2の選択トランジスタTr12
は第6図に示すようにnチャネル側で動作し、pチャネ
ル側は電流が流れないようなカットオフし易い特性を有
している。これにより、選択トランジスタTr11,Tr12
は、選択/非選択動作が容易に行なえる特性を備えてい
る。6 and 7 show V G − of the thin film transistor memory 20.
FIG. 9 is a diagram showing ID (gate voltage-drain current) characteristics;
Figure 6 is a V G -I D characteristic of the first selection transistor Tr11 and a second selection transistor Tr11, FIG. 7 shows respectively the V G -I D characteristic of the memory transistor Tr10. First selection transistor Tr11 and second selection transistor Tr12
6 operates on the n-channel side as shown in FIG. 6, and the p-channel side has a characteristic of easily cutting off such that no current flows. As a result, the selection transistors Tr11, Tr12
Have a characteristic that a selection / non-selection operation can be easily performed.
一方、メモリトランジスタTr10は第7図に示すように
メモリゲート電極36と中間ソース・ドレイン電極29,30
間の電界の向きにより正孔も電子もキャリアとして用い
ることができるためnチャネル側とpチャネル側の両チ
ャネル動作する。この場合、リンドープしたポリシリコ
ン(poly−Si)を金属電極用金属膜と半導体層33とのオ
ーミックコンタクト層26,28,31,32に用いているので、
pチャネル,nチャネルどちらの伝導に対してもメモリの
書込/消去の妨げとなる程のバリアにならない。従っ
て、以下に述べるようにメモリゲート電極36とソース電
極25及びドレイン電極27に適当なバイアスを印加すると
データの消去・書き込みが実現する。On the other hand, the memory transistor Tr10 has a memory gate electrode 36 and intermediate source / drain electrodes 29, 30 as shown in FIG.
Both holes and electrons can be used as carriers depending on the direction of the electric field between them, so that both the n-channel side and the p-channel side operate. In this case, since phosphorus-doped polysilicon (poly-Si) is used for the ohmic contact layers 26, 28, 31, 32 between the metal film for the metal electrode and the semiconductor layer 33,
Neither the p-channel nor the n-channel conduction is a barrier that hinders writing / erasing of the memory. Therefore, when an appropriate bias is applied to the memory gate electrode 36, the source electrode 25, and the drain electrode 27 as described below, data erasing / writing is realized.
第8図〜第11図は薄膜トランジスタメモリ20の消去・
書込み動作を示した図である。8 to 11 show the erasing / writing of the thin film transistor memory 20.
FIG. 4 is a diagram showing a write operation.
なお、第8図〜第11図は1つの薄膜トランジスタメモ
リ20を示しているが、実際にはこれが多数個マトリクス
状に形成されるものである。Although FIGS. 8 to 11 show one thin film transistor memory 20, a plurality of thin film memories 20 are actually formed in a matrix.
また、第8図に示すメモリ窒化膜34は書込/消去電圧
Vpが印加されたとき正孔h+あるいは電子e-がトラップさ
れて消去・書込みが行なわれるようメモリ窒化膜34、ゲ
ート絶縁膜35の膜厚等が作成されているものとする。The memory nitride film 34 shown in FIG.
It is assumed that the thickness and the like of the memory nitride film 34 and the gate insulating film 35 are formed so that holes h + or electrons e − are trapped when Vp is applied to perform erasing / writing.
消去 消去(メモリ窒化膜34中への正孔h+注入)は、第8図
に示すようにメモリゲート電極36に負バイアス(本実施
例では、接地レベル)を印加し、ソース電極25及びドレ
イン電極27に正バイアスを印加することによりフローテ
ィング状態にある中間ソース・ドレイン電極29,30に正
バイアスを印加して正孔(第8図h+参照)をメモリ窒化
膜34中にトラップさせることにより行なう。いま、メモ
リゲート電極36を接地し、メモリのソース電極25及びド
レイン電極27をVp、第1の選択ゲート電極22及び第2の
選択ゲート電極23を消去時の選択分圧VoN−Erとする
と、第1の選択トランジスタTr11及び第2の選択トラン
ジスタTr12は片チャネル(nチャネル)動作でメモリの
中間ソース・ドレイン電極29,30をVpにバイアスする。
これにより、メモリトランジスタTr10の中間ソース・ド
レイン電極29,30はメモリゲート電極36よりVpだけ電位
が高くなるため、メモリトランジスタTr10の中間ソース
・ドレイン電極29,30から半導体層33を介してメモリ窒
化膜34に向かって正孔h+が放出される。従って、第8図
に示すように正孔h+がメモリ窒化膜34にトラップされて
1bit単位で消去が行なわれる。Erasing (injection of holes h + into the memory nitride film 34) is performed by applying a negative bias (ground level in this embodiment) to the memory gate electrode 36 as shown in FIG. By applying a positive bias to the electrode 27 and applying a positive bias to the floating intermediate source / drain electrodes 29 and 30, holes (see FIG. 8 h + ) are trapped in the memory nitride film 34. Do. Now, grounding the memory gate electrode 36, source electrode 25 and drain electrode 27 of the memory Vp, when the first selection gate electrode 22 and the second select gate electrode 23 at the time of erasing selected partial pressure Vo N -Er The first selection transistor Tr11 and the second selection transistor Tr12 bias the intermediate source / drain electrodes 29, 30 of the memory to Vp in one-channel (n-channel) operation.
As a result, the potential of the intermediate source / drain electrodes 29 and 30 of the memory transistor Tr10 becomes higher than the potential of the memory gate electrode 36 by Vp. The holes h + are emitted toward the film 34. Therefore, as shown in FIG. 8, the holes h + are trapped in the memory nitride film 34.
Erasure is performed in 1-bit units.
消去非選択 消去したくない薄膜トランジスタメモリについては、
第9図に示すように第1の選択ゲート電極22及び第2の
選択ゲート電極23を非選択電圧Voff−Erとすると第1の
選択トランジスタTr11及び第2の選択トランジスタTr12
のチャネル部が高インピーダンス状態になるため、フロ
ーティングとなっているメモリトランジスタTr10の中間
ソース・ドレイン電極29,30との間でソース電極25、ド
レイン電極27に印加されたVpと同程度の電位差が生じ、
メモリ窒化膜34の両端にはほとんど電位差が現れないた
めメモリ窒化膜34内部の状態は保持される。この場合、
データが前の状態を保持されるためには選択ゲート電極
22,23に印加する消去パルス印加時間を、選択時には十
分にデータの中を書き換えられる時間であって、非選択
時間にはメモリの両端に大きな電位差が生じないうちに
印加が終了しているようにメモリセルを設計しておく必
要がある。Erasing not selected For thin film transistor memory that you do not want to erase,
As shown in FIG. 9, when the first selection gate electrode 22 and the second selection gate electrode 23 are set to the non-selection voltage Voff-Er, the first selection transistor Tr11 and the second selection transistor Tr12.
Since the channel portion of the memory transistor Tr1 is in a high impedance state, a potential difference substantially equal to Vp applied to the source electrode 25 and the drain electrode 27 between the intermediate source / drain electrodes 29 and 30 of the floating memory transistor Tr10 is generated. Arises
Since the potential difference hardly appears at both ends of the memory nitride film 34, the state inside the memory nitride film 34 is maintained. in this case,
Select gate electrode to keep data in the previous state
The erase pulse application time to be applied to 22, 23 is the time during which data can be sufficiently rewritten at the time of selection, and the application is completed before a large potential difference occurs at both ends of the memory during the non-selection time. It is necessary to design a memory cell in advance.
書込み 次に、書込みについて説明する。Writing Next, writing will be described.
書込み(メモリ窒化膜34中への電子e-注入)は、書込
み時にそのセルを選択したとき第10図に示すようにメモ
リゲート電極36に正バイアスを印加し、ソース電極25及
びドレイン電極27に負バイアス(本実施例では、接地レ
ベル)を印加する。そして、この薄膜トランジスタメモ
リの書込みの選択/非選択を薄膜トランジスタTr11,Tr1
2のnチャネル ON/OFF動作(第1の選択ゲート電極2
2、第2の選択ゲート電極23のON/OFF)で電子e-の流れ
を制御することで行なう。いま、第10図に示すように、
メモリゲート電極36にVpを印加して、ソース電極25及び
ドレイン電極27を接地すると、フローティング状態とな
っている中間ソース・ドレイン電極29,30とメモリゲー
ト電極36の間の電位差Vpが、メモリトランジスタTr10の
中間ソース・ドレイン電極29,30とメモリゲート電極36
の間の電位差となり、結果的にメモリ窒化膜34の両端に
Vpがかかって、メモリトランジスタTr10の中間ソース・
ドレイン電極29,30から電子e-が注入されて書き込まれ
る。従って、第10図に示すように電子e-がメモリ窒化膜
34に流れ、メモリ窒化膜34には電子e-がチャージされて
1bit単位で書込みが行なわれる。In writing (electron e - injection into the memory nitride film 34), when the cell is selected at the time of writing, a positive bias is applied to the memory gate electrode 36 and the source electrode 25 and the drain electrode 27 are applied as shown in FIG. A negative bias (ground level in this embodiment) is applied. Then, the selection / non-selection of writing of the thin film transistor memory is determined by the thin film transistors Tr11 and Tr1.
2 n-channel ON / OFF operation (first select gate electrode 2
(2, ON / OFF of the second selection gate electrode 23) to control the flow of electrons e − . Now, as shown in FIG.
When Vp is applied to the memory gate electrode 36 and the source electrode 25 and the drain electrode 27 are grounded, the potential difference Vp between the floating intermediate source / drain electrodes 29 and 30 and the memory gate electrode 36 is determined by the memory transistor. Tr10 intermediate source / drain electrodes 29, 30 and memory gate electrode 36
Between the two ends of the memory nitride film 34.
Vp is applied and the intermediate source of the memory transistor Tr10
Electrons e − are injected and written from the drain electrodes 29 and 30. Accordingly, electrons e as shown in FIG. 10 - a memory nitride film
Flows to 34, the memory nitride film 34 electrons e - is the charge
Writing is performed in 1-bit units.
書込み非選択 書込み非選択時には第11図に示すように第1の選択ゲ
ート電極22及び第2の選択ゲート電極23を書込み非選択
電圧Voff−Wrとすると第1の選択トランジスタTr11及び
選択トランジスタTr12のチャネル部が高インピーダンス
状態になるため、短い書込みパルス印加時間の間、メモ
リトランジスタTr10の中間ソース・ドレイン電極29,30
にはメモリゲート電極36に印加されたVpと同程度のVpが
現れ、メモリ窒化膜34の両端には殆ど電位差が現れない
ため、メモリ窒化膜34内部の状態は保持される。但し、
これが成立するようにメモリセルはそのメモリトランジ
スタTr10の入力インピーダンスや選択トランジスタTr1
1,Tr12の非選択時の出力インピーダンスを書込みパルス
印加時間に合わせて設計しておくことが必要となる。Write non-selection When write is not selected, as shown in FIG. 11, when the first select gate electrode 22 and the second select gate electrode 23 are set to the write non-select voltage Voff-Wr, the first select transistor Tr11 and the select transistor Tr12 Since the channel section is in a high impedance state, the intermediate source / drain electrodes 29, 30 of the memory transistor Tr10 are set for a short write pulse application time.
, Vp approximately equal to Vp applied to the memory gate electrode 36 appears, and a potential difference hardly appears at both ends of the memory nitride film 34. Therefore, the state inside the memory nitride film 34 is maintained. However,
In order for this to be true, the memory cell is connected to the input impedance of the memory transistor Tr10 and the selection transistor Tr1.
1. It is necessary to design the output impedance when Tr12 is not selected in accordance with the write pulse application time.
このように、選択トランジスタTr11,Tr12はnチャネ
ル動作のみでありながら、これを通してpチャネル,nチ
ャネル両方向動作のメモリトランジスタTr10の中間ソー
ス・ドレイン電極29,30にバイアスがかかることによ
り、書込み時には電子e-を、消去時には正孔h+をそれぞ
れメモリ窒化膜34界面に効率良く供給することができ
る。以上説明したように、本実施例では薄膜トランジス
タ20がチャネル方向に第1の選択トランジスタTr11、メ
モリトランジスタTr10、第2の選択トランジスタTr12と
いう3つのトランジスタが直列に並んだ構造となってお
り、第1の選択トランジスタTr11及び第2の選択トラン
ジスタTr12は片チャネル動作をし、メモリトランジスタ
Tr10は両チャネル動作するように構成されているので、
トランジスタTr11,Tr12側では非選択時にデータが変動
するのを防止することができ、また、メモリトランジス
タTr10側では両チャネル動作するため逆側キャリアの注
入を効率よく行なうことができる。また、ソース電極2
5、ドレイン電極27、選択ゲート電極22,23及びメモリゲ
ート電極36の4端子だけでメモリアレイ内部を電気的に
選択的に書込み/消去することが可能になる。As described above, while the select transistors Tr11 and Tr12 operate only in the n-channel mode, a bias is applied to the intermediate source / drain electrodes 29 and 30 of the memory transistor Tr10 that operates in both the p-channel and the n-channel directions. e − and holes h + can be efficiently supplied to the interface of the memory nitride film 34 at the time of erasing. As described above, in this embodiment, the thin film transistor 20 has a structure in which three transistors, the first selection transistor Tr11, the memory transistor Tr10, and the second selection transistor Tr12, are arranged in series in the channel direction. Select transistor Tr11 and second select transistor Tr12 perform one-channel operation, and
Since Tr10 is configured to operate on both channels,
On the transistor Tr11 and Tr12 side, it is possible to prevent data from fluctuating when not selected, and on the memory transistor Tr10 side, since both channels operate, the reverse carrier injection can be performed efficiently. Also, the source electrode 2
5, it is possible to electrically selectively write / erase the inside of the memory array only with the four terminals of the drain electrode 27, the select gate electrodes 22 and 23, and the memory gate electrode 36.
特に、片チャネル(nチャネル)動作する選択トラン
ジスタTr11,Tr12で書込み・消去の選択/非選択を行な
い、メモリトランジスタTr10の中間ソース・ドレイン電
極29,30から書込み時は電子e-の注入を、消去時は正孔h
+の注入を中間ソース・ドレイン電極29,30とメモリゲー
ト電極36間の電界の向きで行なうようにしているので、
pチャネル消去/nチャネル書込みができなかった従来の
構造のメモリに比べて高速化させることができる。ま
た、pチャネル消去/nチャネル書込みのできる構造であ
っても選択トランジスタTr11,Tr12で両チャネル動作を
行なわせる使い方であれば、選択トランジスタTr11,Tr1
2の非選択電圧に幅が生じ、また使用電圧もトランジス
タTr11のスレッショルド電圧Vthp,Vthn以上の振幅が要
求されることとなるが、本発明の薄膜トランジスタでは
nチャネルのVthを満たせば良いため使用電圧の振幅は
小さいものである。In particular, performs selection / non-selection of the write and erase the selection transistors Tr11, Tr12 to operate single-channel (n-channel), when writing from the intermediate source and drain electrodes 29, 30 of the memory transistor Tr10 electron e - the injection of, Hole h when erasing
Since the + implantation is performed in the direction of the electric field between the intermediate source / drain electrodes 29 and 30 and the memory gate electrode 36,
The speed can be increased as compared with a memory having a conventional structure in which p-channel erasing / n-channel writing cannot be performed. Further, even if the structure is such that the p-channel erase / n-channel write is possible, if the select transistors Tr11 and Tr12 are used for performing both channel operations, the select transistors Tr11 and Tr1
The non-selection voltage of 2 has a width, and the working voltage also needs to be greater than the threshold voltage Vthp, Vthn of the transistor Tr11.However, the thin film transistor of the present invention only needs to satisfy nth channel Vth. Has a small amplitude.
また、メモリゲート部と選択ゲート部がトランジスタ
として完全に分離しているので、メモリトランジスタ用
のメモリ窒化膜をその領域として分離するためのフォト
リソ工程が不要となることから、第5図においてメモリ
窒化膜34が平面全体を覆っていてもメモリ特性に影響を
及ぼすことはない。Further, since the memory gate portion and the selection gate portion are completely separated as a transistor, a photolithography step for separating a memory nitride film for a memory transistor as a region is not required. Even if the film 34 covers the entire plane, it does not affect the memory characteristics.
さらに、1つのメモリセルの中に選択トランジスタTr
11,Tr12とメモリトランジスタTr10とが一体的に構成さ
れることになるため、製造工程を大幅に簡略化すること
ができるとともに、一体化させることによって高集積化
・大面積化を実現することができる。Furthermore, the selection transistor Tr is included in one memory cell.
Since the transistor Tr11 and the memory transistor Tr10 are integrated, the manufacturing process can be greatly simplified, and high integration and large area can be realized by integrating them. it can.
[発明の効果] 本発明によれば、第1の選択トランジスタのソース電
極およびドレイン電極に印加される高電位および低電位
に対応して、中間ソース電極および中間ドレイン電極を
介してメモリトランジスタのメモリ用ゲート絶縁膜に電
子または正孔を注入する方式であるから、書込みと消去
において逆側のキャリアを効率的に注入することが可能
であり、これにより、大面積化が可能となる。この場
合、本発明においては、p−well電位を必要としないか
ら駆動も簡素となる。[Effects of the Invention] According to the present invention, the memory of the memory transistor is connected via the intermediate source electrode and the intermediate drain electrode in response to the high potential and the low potential applied to the source electrode and the drain electrode of the first selection transistor. Since electrons or holes are injected into the gate insulating film for use, carriers on the opposite side can be efficiently injected in writing and erasing, thereby increasing the area. In this case, in the present invention, since the p-well potential is not required, driving becomes simple.
第1図〜第11図は本発明に係る薄膜トランジスタメモリ
の一実施例を示す図であり、第1図〜第5図は薄膜トラ
ンジスタメモリの製造工程図、第6図は選択トランジス
タのVG−ID特性図、第7図はメモリトランジスタのVG−
ID特性図、第8図は消去時のキャリアの移動を説明する
ための図、第9図は消去非選択時の動作状態を説明する
ための図、第10図は書込み時のキャリアの移動を説明す
るための図、第11図は書込み非選択時の動作状態を説明
するための図、第12図は従来の薄膜トランジスタメモリ
の断面構造を示す図、第13図は従来の薄膜トランジスタ
メモリの駆動方法を示す図である。 Tr10……メモリトランジスタ、Tr11……選択トランジス
タ、Tr12……第2の選択トランジスタ、20……薄膜トラ
ンジスタメモリ、21……絶縁性基板、22……第1の選択
ゲート電極、23……第2の選択ゲート電極、24……選択
ゲート絶縁膜、25……ソース電極、27……ドレイン電
極、29,30……中間ソース・ドレイン電極、33……半導
体層、34……メモリ窒化膜、35……メモリゲート絶縁
膜、36……メモリゲート電極。Figure 1 - FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of a thin film transistor memory according to the present invention, FIG. 1-FIG. 5 is a manufacturing process view of the thin film transistor memory, FIG. 6 is V G -I selection transistor D characteristic diagram, FIG. 7 is a memory transistor V G -
I D characteristic diagram, drawing for Figure 8 is for explaining the movement of the carrier at the time of erasing, FIG. 9 is a diagram for explaining an operating state during erase unselected, Fig. 10 move at the time of writing career FIG. 11 is a diagram for explaining an operation state when writing is not selected, FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional thin film transistor memory, and FIG. 13 is a driving of the conventional thin film transistor memory It is a figure showing a method. Tr10: memory transistor, Tr11: selection transistor, Tr12: second selection transistor, 20: thin film transistor memory, 21: insulating substrate, 22: first selection gate electrode, 23: second Select gate electrode, 24 ... Select gate insulating film, 25 ... Source electrode, 27 ... Drain electrode, 29, 30 ... Intermediate source / drain electrode, 33 ... Semiconductor layer, 34 ... Memory nitride film, 35 ... ... memory gate insulating film, 36 ... memory gate electrode.
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (56)参考文献 特開 平2−114570(JP,A) 特開 平4−61282(JP,A) 特開 平4−61281(JP,A) 特開 昭62−14473(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 G11C 17/00 H01L 27/115 H01L 29/786 H01L 29/788 H01L 29/792 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 29/792 (56) References JP-A-2-114570 (JP, A) JP-A-4-61282 (JP, A) JP-A-4 -61281 (JP, A) JP-A-62-14473 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 G11C 17/00 H01L 27/115 H01L 29/786 H01L 29/788 H01L 29/792
Claims (1)
ゲート電極の上方に位置する選択ゲート絶縁膜と、前記
選択ゲート絶縁膜の上方にそれぞれ設けられたソース電
極及び中間ソース電極と、前記ソース電極及び前記中間
ソース電極の間に設けられた半導体層とからなり、書込
みの選択および非選択を行う第1の選択薄膜トランジス
タと、 第2の選択ゲート電極と、前記第2の選択ゲート電極の
上方に位置する前記選択ゲート絶縁膜と、前記選択ゲー
ト絶縁膜の上方にそれぞれ設けられたドレイン電極及び
中間ドレイン電極と、前記ドレイン電極及び前記中間ド
レイン電極の間に設けられた半導体層とからなり、書込
みの選択および非選択を行う第2の選択薄膜トランジス
タと、 前記第1の選択薄膜トランジスタ及び前記第2の選択薄
膜トランジスタの間に位置し、前記中間ソース電極と、
前記中間ドレイン電極と、前記中間ソース電極及び前記
中間ドレイン電極の間に設けられた半導体層と、前記半
導体層の上方に設けられたメモリ用ゲート絶縁膜と、前
記メモリ用ゲート絶縁膜の上方に設けられたメモリゲー
ト電極とからなり、書込みおよび消去を行うメモリトラ
ンジスタと、 を具備することを特徴とする薄膜トランジスタメモリ。A first selection gate electrode, a selection gate insulating film located above the first selection gate electrode, a source electrode and an intermediate source electrode provided above the selection gate insulating film, respectively. A first selection thin film transistor, comprising: a semiconductor layer provided between the source electrode and the intermediate source electrode, for selecting and deselecting writing; a second selection gate electrode; and the second selection gate The select gate insulating film located above an electrode, a drain electrode and an intermediate drain electrode respectively provided above the select gate insulating film, and a semiconductor layer provided between the drain electrode and the intermediate drain electrode. A second selection thin film transistor for selecting and deselecting a write, and the first selection thin film transistor and the second selection thin film Located between the transistors, and the intermediate source electrode,
The intermediate drain electrode, a semiconductor layer provided between the intermediate source electrode and the intermediate drain electrode, a memory gate insulating film provided above the semiconductor layer, and a memory gate insulating film provided above the memory gate insulating film. And a memory transistor for writing and erasing, comprising: a memory gate electrode provided;
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