(57)【要約】基板内にソース領域（６）、ドレイン領域（７）、及びソース（６）とドレイン（７）との間のチャネル領域（１０）を持ち、該基板上に、フローティングゲート絶縁層によってチャネル領域（１０）から分離されるフローティングゲート（９）を持つ半導体基板（１）における、少なくとも一つのビットを保存するための不揮発性メモリセルと、該フローティングゲートに隣接し、選択ゲート絶縁層（８）によって該チャネル領域から分離される選択ゲート（１１）と、コントロールゲート絶縁層によってフローティングゲート（９）から分離されるコントロールゲート（５）とを有し、該フローティングゲートが非導通性電荷捕獲誘電層（９）であるような半導体デバイス。
2004503113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に少なくとも一つのビットを保存するための不揮発性メモリセルを有する半導体デバイスにおいて、前記半導体デバイスが前記基板内にソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域を有し、前記基板上に、フローティングゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートに隣接し、選択ゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離される選択ゲートと、コントロールゲート絶縁層によって前記フローティングゲートから分離されるコントロールゲートとを有し、前記コントロールゲートが側壁スペーサとして作成され、前記フローティングゲートが非導通性電荷捕獲誘電層であることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記非導通性電荷捕獲層がシリコン窒化物から作られることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
少なくとも一つの他の不揮発性メモリセルが前記不揮発性メモリセルに隣接して存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも二つの隣接したメモリセルが仮想接地構成で配置されることを特徴とする請求項３に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
請求項１又は２において規定されている不揮発性メモリセルの少なくとも第一の部分セット及び第二の部分セットを有し、前記第一の部分セットが、第一の方向に延在する第一の選択ゲート線を共有する二つの隣接したメモリセルを有し、前記第二の部分セットが、前記第一の方向に対し直交する第二の方向に、前記第一の部分セットと隣接して配置され、前記第一の方向に延在する第二の選択ゲート線を共有する二つの他の隣接したメモリセルを有し、前記第一のゲート線及び前記第二のゲート線が薄い絶縁層によって分離されることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記第一の部分セットの前記メモリセルが仮想接地構成で配設され、前記第二の部分セットの前記メモリセルも仮想接地構成で配設されることを特徴とする請求項５に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
第二のビットを保存するために、前記基板上に、他のフローティングゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離される他のフローティングゲートと、他のコントロールゲート絶縁層によって前記他のフローティングゲートから分離される他のコントロールゲートとを有し、前記他のコントロールゲートが側壁スペーサとして作られ、前記他のフローティングゲートが他の非導通性電荷捕獲誘電層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記他の非導通性電荷捕獲誘電層がシリコン窒化物から作られることを特徴とする請求項７に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
少なくとも一つの他の不揮発性メモリセルが前記不揮発性メモリセルに隣接していることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも二つの隣接したメモリセルが仮想接地構成で配置されることを特徴とする請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
請求項７又は８において規定されている不揮発性メモリセルの少なくとも第一の部分セット及び第二の部分セットを有し、前記第一の部分セットが、第一の方向に延在する第一の選択ゲート線を共有する二つの隣接したメモリセルを有し、前記第二の部分セットが、前記第一の方向に対し直交する第二の方向に、前記第一の部分セットと隣接して構成され、前記第一の方向に延在する第二の選択ゲート線を共有する二つの他の隣接したメモリセルを有し、前記第一のゲート線及び前記第二のゲート線が薄い絶縁層によって分離されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記第一の部分セットの前記メモリセルが仮想接地構成で配置され、前記第二の部分セットの前記メモリセルも仮想接地構成で配置されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に不揮発性メモリセルを有する半導体デバイスにおいて、該メモリセルの各々の一つが、前記基板に、ソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域を有し、前記基板上に、フローティングゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートに隣接し、選択ゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離される選択ゲートと、コントロールゲート絶縁層によって前記フローティングゲートから分離されるコントロールゲートとを有する半導体デバイスに関する。
【０００２】
不揮発性メモリ（ＮＶＭ）セルはフラッシュＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭの用途に使われる。各々一つのトランジスタを含むＮＶＭセルを有するこのような半導体デバイスは、ＵＳ　５６１２２３７から知られている。このような１ＴＮＶＭセルにおいて、第一の電極及び第二の電極（ソース及びドレインとして知られている）がｐ型シリコン基板上に形成される。前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域を絶縁するために、該二つの電極の間に絶縁層がｐ型シリコン基板上に形成される。該絶縁層上にフローティングゲートが形成される。該フローティングゲート構造上に、トランジスタを制御するためにコントロールゲートが形成される。
【０００３】
当業者に知られているように、上記のような構造において、フローティングゲートは、ホットエレクトロン注入として知られている作用で、その下のｐ型シリコンからの電子によって電気的に充電され得る。フローティングゲートの絶縁のため、電子は該フローティングゲート内に捕獲される。
【０００４】
フローティングゲートの電位は、該フローティングゲート上に捕獲される電荷量及びコントロールゲートによって制御される。フローティングゲート上の負電荷の存在は、半導体不揮発性メモリセルに使われ得るトランジスタの導電特性を変化させる。半導体メモリデバイス内の回路は、セルの論理状態（“０”、“１”）を決定し得る。
【０００５】
しかし、既知の半導体デバイスの不利な点は、フローティングゲートからの電荷の放出によるセルのデータ消去が、フローティングゲートを正に充電する過度なデータ消去を招く可能性があり、セルがその後充電されず、すなわち低閾値電圧の状態のままである場合、ビット線のリークを引き起こす。
【０００６】
当業者に知られているように、この問題を克服するために、二つのトランジスタを有する２ＴＮＶＭセルが半導体不揮発性メモリデバイスに適用される。２ＴＮＶＭセルは、アクセストランジスタと直列なフローティングゲートトランジスタ（１Ｔセルにおいて見つけられるように）から構成される。更なる利点は、相対的に低い読み出し電圧及びプログラミング、消去及び読み出しの間の低減された誤りやすさである。２ＴＮＶＭセルを有するこのような半導体デバイスはＷＯ９９／１３５１３からばかりでなく、ＵＳ特許５０４１８８６、５０７３５１３、５２９３３２８、５５８３８１１、及び５９１０９１２からも知られている。ＵＳ特許５９１０９１２から知られている２ＴＮＶＭセルにおいて、ソース領域とドレイン領域との間に、チャネル領域を作るためにｐ型基板上に絶縁層が形成される。この絶縁層上に、二つのゲートすなわち選択ゲート及びフローティングゲートが形成され、それらは絶縁側壁によって分離される。両ゲートは絶縁層によって覆われる。この構造上に、全フローティングゲート及び選択ゲートの一部を覆うコントロールゲートが形成される。選択ゲート及びフローティングゲートは両方とも側壁スペーサとして形成される。従って、選択ゲート及びフローティングゲートによって形成される構造の寸法は、光リソグラフィーで得られる寸法よりも小さい。しかし、この２ＴＮＶＭセル構造のセルサイズはリソグラフィックプロセスによってまだ制限される。フローティングゲート上及び部分的に選択ゲート上にコントロールゲートを形成するその後のリソグラフィックステップにおいて観測されるアライメント精度のため、前記構造のオーバーラップが必要とされ、構造のある程度の更なる増大化が通常考慮される。この考慮のため、及びコントロールゲートの最小寸法が特徴サイズＦによって決定されるため、セルサイズは、（所与の技術レベル及び半導体デバイスの所与の世代に対する）リソグラフィーによって転写され得る最小サイズとしてここで規定される特徴サイズＦよりも大きいであろう。
【０００７】
ＵＳ特許６０１１７２５に、非導通性電荷捕獲誘電層例えば二つの二酸化シリコン層の間のシリコン窒化物において二つのビットの情報を保存できる不揮発性ＥＥＰＲＯＭが開示されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、メモリセルが少なくとも一つのビットを有し、該セルサイズが、好ましい実施例においては、１Ｆ２の表面積にまで低減され得るようなＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュＲＯＭ型の不揮発性メモリデバイスを有する半導体デバイスを提供することにある。
【０００９】
第一の好ましい実施例において、本発明は、半導体基板において少なくとも一つのビットを保存するための不揮発性メモリセルを有する半導体デバイスにおいて、前記半導体基板が前記基板内にソース領域、ドレイン領域、及び前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域を有し、前記基板上に、フローティングゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートに隣接し、選択ゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離される選択ゲートと、コントロールゲート絶縁層によって前記フローティングゲートから分離されるコントロールゲートとを有し、前記コントロールゲートが側壁スペーサとして作られ、前記フローティングゲートが非導通性電荷捕獲誘電層である半導体デバイスに関する。
【００１０】
この実施例及び他の実施例において、前記非導通性電荷捕獲誘電層はシリコン窒化物層から構成される。
【００１１】
さらに加えて、この第一の実施例において、本発明は、上で規定されたように、仮想接地構成で配置されるような少なくとも二つの隣接したメモリセルを有する半導体デバイスに関する。
【００１２】
このような半導体デバイスにおいて、一つのビットに割り当てられ得る不揮発性メモリセルの面積は４Ｆ２の表面積に等しい。ここでＦはリソグラフィーによって転写され得る最小サイズとして規定される。
【００１３】
第二の好ましい実施例において、本発明は、上で規定されたような不揮発性メモリセルの少なくとも第一の部分セット及び第二の部分セットを有する、上で規定されたような半導体デバイスにおいて、前記第一の部分セットが、第一の方向に延在する第一の選択ゲート線を共有する二つの隣接したメモリセルを有し、前記第二の部分セットが、前記第一の方向に対し直交する第二の方向に、前記第一の部分セットと隣接して構成され、前記第一の方向に延在する第二の選択ゲート線を共有する二つの他の隣接したメモリセルを有し、前記第一のゲート線及び前記第二のゲート線が薄い絶縁層によって分離される半導体デバイスに関する。
【００１４】
更に、第二の好ましい実施例において、本発明は、前記第一の部分セットの前記メモリセルが仮想接地構成で配置され、前記第二の部分セットの前記メモリセルも仮想接地構成で配置される半導体デバイスにも関する。
【００１５】
このような半導体デバイスにおいて、一つのビットに割り当てられ得る不揮発性メモリセルの面積は２Ｆ２の表面積に等しい。
【００１６】
第三の好ましい実施例において、本発明は、第一の実施例に関連して上で規定されたようなメモリセルを有する半導体デバイスにおいて、第二のビットを保存するために、前記基板上に、他のフローティングゲート絶縁層によって前記チャネル領域から分離される他のフローティングゲートと、他のコントロールゲート絶縁層によって前記他のフローティングゲートから分離される他のコントロールゲートとを有し、前記他のコントロールゲートが、側壁スペーサとなるように作られ、前記他のフローティングゲートが他の非導通性電荷捕獲誘電層であるような半導体デバイスに関する。
【００１７】
更に、第三の好ましい実施例において、本発明は、この実施例に関連して上で規定されたように、少なくとも二つの隣接したメモリセルが仮想接地構成で配置されるような少なくとも二つの隣接した不揮発性メモリセルを有する半導体デバイスにも関する。
【００１８】
このような半導体デバイスにおいて、一つのビットに割り当てられ得る不揮発性メモリセルの面積は２Ｆ２の表面積に等しい。
【００１９】
第四の実施例において、本発明は、第三の実施例において記載されているような不揮発性メモリセルの少なくとも第一の部分セット及び第二の部分セットを有する半導体デバイスにおいて、前記第一の部分セットが、第一の方向に延在する第一の選択ゲート線を共有する二つの隣接したメモリセルを有し、前記第二の部分セットが、前記第一の方向に対し直交する第二の方向に、前記第一の部分セットに隣接して構成され、前記第一の方向に延在する第二の選択ゲート線を共有する二つの他の隣接したメモリセルを有し、前記第一のゲート線及び前記第二のゲート線が薄い絶縁層によって分離される、第三の実施例において記載されているような半導体デバイスに関する。
【００２０】
更に、第四の実施例において、本発明は、前記第一の部分セットの前記メモリセルが仮想接地構成で配置され、前記第二の部分セットの前記メモリセルも仮想接地構成で配置される半導体デバイスに関する。
【００２１】
このような半導体デバイスにおいて、一つのビットに割り当てられ得る不揮発性メモリセルの面積は１Ｆ２の表面積に等しい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
【００２３】
本発明は、好ましくは仮想接地構成におけるシリコン窒化物捕獲層から構成されるフローティングゲートを備えるＮＶＭセルを製造する方法を提案する。最も小型の実施例の場合、保存されたビット当たりの実効面積は１Ｆ２まで低減され得る。メモリセルのこのような高密度を得るために、前記方法は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とシリコン窒化物及び二酸化シリコン（ＯＮＯ層）との積層と、前記ＯＮＯ層上に多結晶シリコンスペーサによって形成されるコントロールゲートとを提供する。前記コントロールゲートスペーサは、ＮＶＭセルのドレイン線（ビット線として動作する）に、及び随意にソース線にも並列に自己整合される。多結晶シリコンから構成されるアクセスゲート線は、ドレイン及びソース線に直交して整列され、ＮＶＭセルマトリックスのワード線を構成する。
【００２４】
次に、例えば堆積、リソグラフィー、反応性イオンエッチング、インプランテーション、及び化学的機械研磨のような当業者既知のプロセス技術によって本発明によるメモリセルのマトリックスを製造する方法が記載されるであろう。前記方法が、限定はされないが、本発明によるメモリセルのマトリックスを製造するために、何れかの既知のプロセス技術の使用を可能にすることは理解されるべきである。
【００２５】
図１は特徴サイズＦを決定するプロセスステップの後のメモリセルの断面図を概略的に示す。基板１は、二酸化シリコン層（例えば１００ｎｍの厚さを持つ）によって覆われる。次にマスクを使ったエッチングによる、図１の断面図に直交する線パターンが二酸化シリコン層に形成される。パターニングの間、ダミーゲート２の特徴サイズＦはリソグラフィープロセスによって制限される。ＯＮＯ層は堆積され（例えば７ｎｍ厚の下部二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層、５ｎｍ厚のシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層、及び１０ｎｍ厚の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）上層）、ｐ型シリコン基板１及びダミーゲート２を覆う。その後、多結晶シリコン層（例えば５０ｎｍの厚さを持つ）がＯＮＯ層３上に堆積される。随意に、多結晶シリコン層は燐注入によってｎ型にドーピングされ（その後）アニールされ、又は燐でドーピングされる。多結晶シリコン層を異方性エッチングすることによって、スペーサ４及び５が形成される。当業者は、スペーサ４及び５はダミーゲート２に対して自己整合されることが分かるであろう。次にｎ型ドーパント（例えば砒素）が注入され、それによってソース６領域及びドレイン７領域を形成する。このプロセスにおいて、スペーサ４及び５もドーピングされる。ソース６領域及びドレイン７領域は、注入マスクとして作用するダミーゲートに対して自己整合される。このように、ソース領域及びドレイン領域に図１の断面図に直交する線パターンが供給される。
【００２６】
図２は、ＮＶＭセルのコントロールゲート及びフローティングゲートが形成されるステップの後のメモリセル断面図を概略的に示す。まず、ソース６に近接した左のスペーサ４が、マスクを使ったエッチングによって除去される。その後、ＯＮＯ層３及びダミーゲート２が、スペーサ５及びその下のＯＮＯ層が保持されるプロセスステップにおいて除去される。スペーサ５はコントロールゲートとしての役割をし、ＯＮＯ層のシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層はフローティングゲート９としての役割をする。コントロールゲート５とフローティングゲート９との両方に、図２の断面図に直交する線パターンが供給される。ここに、シリコン窒化物捕獲層はフローティングゲートとして使われるが、ドーピングされた多結晶シリコン層が代わりに使われてもよい。しかし、多結晶シリコンが使われるとき、フローティングゲートは相互に絶縁される必要がある。シリコン窒化物が使われるとき、窒化物層内の電子の低い移動度のため、フローティングゲートに隣接して絶縁する必要はない。従って、一つの直線的なＯＮＯ層が、複数の隣接したフローティングゲートのために使われ得る。チャネル領域１０はソース６領域とドレイン７領域との間に規定される。
【００２７】
図３は、アクセスゲート１１の形成後のＮＶＭセルの断面図を概略的に示す。まず、ゲート酸化膜８（例えば８ｎｍ厚又はそれより薄い）が、ソース領域６、チャネル領域１０、及びコントロールゲート５の上に成長する。コントロールゲート５が砒素の高濃度ドーズでドーピングされる場合、コントロールゲート５上の酸化膜はチャネル領域１０上よりも薄く（例えば２０ｎｍ）なるであろう。同じような効果がソース６領域及びドレイン７領域の上で生じる。その後、多結晶シリコン層（例えば１００ｎｍ厚）が堆積される。この多結晶シリコン層は、アクセスゲート１１としての役割をするために、ドーピングされパターニングされる。該アクセスゲート１１は、図３の断面図に並列な線状になるようにパターニングされる。
【００２８】
図４は、一つが図３に示されているＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。コントロールゲート線５及び下のフローティングゲート９（図４に見えない）は、矢印Ｙによって示される縦方向に延在する。各セル用のソース６領域及びドレイン７領域も縦方向に延在する。従って、仮想接地構成として知られているセル構成を供給する。アクセスゲート線１１は矢印Ｘによって示される横方向に走る。ダッシュ線によって描写される正方形は４Ｆ２の表面を持つ（セル当たり一つのビットを有する）ＮＶＭセルを表す。Ｆは、ダミーゲート２のパターニングにおいて規定されるような特徴サイズである。
【００２９】
代わりに、第二の好ましい実施例において、保存されたビット当たりの２Ｆ２のセル面積が、図３及び４に示されるようなＮＶＭセルマトリックス内のアクセスゲート数を倍増することによって得られ得る。該セルマトリックス内で一つのフローティングゲート９のみがドレイン領域７に隣接して供給される。二つのアクセスゲート１１の間の空きは、図５に概略的に示されるように、アクセスゲート１４として動作する第二のレベルの多結晶シリコン線で満たされ得る。図５は薄い絶縁側壁によって分離され、互いにかみ合うアクセスゲートの断面図を概略的に示す。これは欧州特許出願９９２００６９７．３に開示されている方法によって達成され得る。該特許はＡｒｔ．５４（３）、（４）ＥＰＣに従って先行技術と見なされ得る。互いにかみ合うアクセスゲート線１１及び１４は、好ましくは二酸化シリコンの薄い側壁１５によって分離される。アクセスゲート線のピッチは特徴サイズＦによって与えられる。
【００３０】
図６は、図５に示されているような互いにかみ合うアクセスゲートを具備するＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。コントロールゲート線５及び下のフローティングゲート９は、矢印Ｙによって示される縦方向に延在する。互いにかみ合うアクセスゲート線１１及び１４は矢印Ｘによって示される横方向に走る。図６においてダッシュ線によって描写される長方形は一つのビットに割り当てられ得る、図７の断面図によるセル面積を表す。セルは２Ｆ２の表面積を持つ。Ｆは、ダミーゲート２（及びアクセスゲート線１１及び１４）のパターニングにおいて規定されるような特徴サイズである。
【００３１】
第一及び第二の実施例において、各々のＮＶＭセル内にセルの一つのビットの保存を容易にする一つのフローティングゲート９が見出される。しかし、本発明の第三の好ましい実施例において、スペーサ４とスペーサ５との両方は図２に記載されているプロセスと同様のプロセスにおいて保持される。フローティングゲート９及び１２と、コントロールゲート５及び１３とは、ソース６領域とドレイン７領域との両方に形成される。この場合、各々のＮＶＭセルが二つのフローティングゲート９及び１２を有する場合、セル当たりの二つのビットは保存され得る。図７は本発明の第三の好ましい実施例による不揮発性メモリセルの断面図を概略的に示す。
【００３２】
図８は、一つが図７に示されているＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。ドレイン線７に隣接するコントロールゲート線５及び下のフローティングゲート９（図８に見えない）と、ソース線６に隣接するコントロールゲート線１３及び下のフローティングゲート１２とは、矢印Ｙによって示される縦方向に延在する。図４に示される構成と同様に、ソース６領域及びドレイン７領域用の仮想接地構成が供給される。アクセスゲート線１１は矢印Ｘによって示される横方向に走る。
【００３３】
図７及び８によって記載されているメモリセルは二つのビットを保存するための三つのトランジスタを有する。実際、メモリセルは、図３に示されるような一つのビットを保存するための二つのトランジスタメモリセルと、図３のメモリセルと比べて（フローティングゲート５に対して）ソース６領域とドレイン７領域とが入れ替わったような、一つのビットを保存するためのほぼ同じ二つのトランジスタメモリセルとの重ね合わせによって形成される。この第三の好ましい実施例において、図３のメモリセルのアクセスゲート１１が前記メモリセル及びミラー反転されたメモリセルによって共有される。これによって、図７及び８のメモリセル内のトランジスタの全数が３にまで削減される。
【００３４】
図８において、ダッシュ線で描画される長方形は、一つのビットに割り当てられ得る、図７の断面積によるセルの面積を表す。該セルは２Ｆ２の表面積を持つ。Ｆは、ダミーゲート２のパターニングにおいて規定されるような特徴サイズである。第四の好ましい実施例において、ＮＶＭセルサイズは更に保存されたビット当たり１Ｆ２の表面積にまで低減され得る。この実施例において、二つの互いにかみ合うアクセスゲート線１１及び１４を有するセルレイアウトは、図７及び８に示されるような共通のソース６領域及びドレイン７領域に隣接した二つのフローティングゲート９及び１２を有するセルレイアウトと組み合わされる。
【００３５】
図９は、このような実施例のＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。ドレイン線７に隣接したコントロールゲート線５及び下のフローティングゲート９と、ソース線６に隣接したコントロールゲート線１３及び下のフローティングゲート１２とは、矢印Ｙによって示される縦方向に延在する。二つの互いにかみ合うアクセスゲート線１１及び１４は、矢印Ｘによって示される横方向に走る。図９において、ダッシュ線によって描写される正方形は一つのビットに割り当てられ得るセルの面積を表す。該セルは１Ｆ２の表面積を持つ。Ｆは、ダミーゲート２とアクセスゲート線１１及び１４とのパターニングにおいて規定されるような特徴サイズである。
【００３６】
本発明によるＮＶＭセルのデータ書き込みは、好ましくは、当業者に知られているソースサイドインジェクション（ＳＳＩ）のメカニズムを使って実行される。図１０は、図３に示されるように、フローティングゲートにデータを書き込み、フローティングゲートからデータを消去するための、ＮＶＭセル内の電子の輸送メカニズムを概略的に示す。図１０において、第一の実施例（図３）に開示されているように、ドレイン７に隣接した一つのコントロールゲート５及び一つのフローティングゲート９を有するＮＶＭセルの一部が示される。ｐ型シリコン基板１上に、ドレイン７と、フローティングゲート９と、コントロールゲート５と、ゲート酸化膜及びチャネル領域１０と、アクセスゲート１１とが示される。通常、データを書き込む（例えば、フローティングゲートを電子で電気的に充電する）ために、ソース６の電位は０Ｖ（ゼロ）に、ドレイン７の電位は３Ｖに、コントロールゲート８の電位は８Ｖに、アクセスゲートの電位は０．５Ｖにセットされる。このセッティングの場合、アクセストランジスタはその閾値電圧近くにバイアスされ、ソース６からドレイン７へ微小電流がチャネル領域１０に流れるであろう。電子はアクセスゲートとコントロールゲートとの間の横方向の電界によって加速され、エネルギーが高くなる（ホットになる）。いわゆる注入点１５において、ホットエレクトロンｅ−は横方向の電界内で底の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層のエネルギー障壁を超えるのに十分なエネルギーを得て、矢印Ｐ１によって示されるように、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層で捕獲される。一つのセルのみが一度にデータを書き込まれるに違いないため、同じワード線（アクセスゲート線）を共有する他のセルはデータを書き込まれるべきではなく、それぞれのコントロールゲートとドレインとの両方において０Ｖ（ゼロ）の電位を持つべきである。このようなセルがデータを書き込まれている他のセルとドレイン線を共有するとき、０Ｖのコントロールゲート電位は、セルのリーク電流によって生成されるかもしれないホットエレクトロンによる所望されないデータ書き込みを防止するには十分でない。その場合、コントロールゲートにおける前者のセルの電位はわずかにマイナス値（例えば−３Ｖ）にセットされるべきである。前者のセルにおけるリーク電流は相対的に高くなり得る。なぜなら、たとえ０Ｖがそれのコントロールゲートに印加されても、それのアクセスゲートトランジスタは導電状態にあり、それのフローティングゲートトランジスタはあまりにも短いために電流パスをさえぎることができないからである。
【００３７】
ドレイン７及びソース６に隣接した二つのコントロールゲート５と１３と（及びそれぞれフローティングゲート９と１２と）を具備するＮＶＭセルの実施例において、コントロールゲート５及びフローティングゲート９を有するセルのデータ書き込みが上記のようにそれぞれ実行される。コントロールゲート１３及びフローティングゲート１２を有するセルにデータを書き込むために、ソース６及びドレイン７上の電圧は入れ替えられる（ソース６は３Ｖ、ドレイン７は０Ｖ，コントロールゲート１３は８Ｖ、及びアクセスゲート１４は０．５Ｖ）。この方法はＵＳ　６０１１７２５に開示されているように先行技術から知られている。ホットエレクトロンｅ−は、チャネル領域１０における横方向電界によって加速されている間、エネルギーを得るため、ホットエレクトロンだけが（コントロールゲート１３及びフローティングゲート１２を有する）セルの注入点における酸化膜の障壁を超えるのに十分なエネルギーを持つ。図４，６，８、及び９に示されるような各々の実施例のＮＶＭセルマトリックスにおいて、上記のようなバイアス電圧の正しい組み合わせを伴うそれらのセルのみのデータ書き込みが行われるであろう。データ書き込みステップはセル選択的である。
【００３８】
データ書き込みは隣接するセル（コントロールゲート５及びフローティングゲート９）を妨害すべきでなく、それ故に印加される電圧が後者のセルからの電荷の損失を防止するには十分に低いことは注意されるべきである。以下、データ消去のメカニズムがさらに詳細に議論されるであろう。
【００３９】
セル内に保存されたビットのデータ消去は、好ましくはフローティングゲート９及び１２から基板１への、捕獲された電子のフォウラ−ノードヘイムのトンネリングのメカニズムによって行われる。このメカニズムも図１０に概略的に描画されている。捕獲された電子ｅ−のトンネリングが矢印Ｐ２によって示される。
【００４０】
セル、アクセスゲート１１、ソース６、及びドレイン７のデータを消去するために、全て０Ｖ（ゼロ）の電位にセットされる。一方コントロールゲート５は−１４Ｖにセットされる。（コントロールゲート１３及びフローティングゲート１２を有するセルのデータを消去するために、電圧設定はアクセスゲート１４、ソース６、及びドレイン７は０Ｖ，コントロールゲート１３は−１４Ｖとなる。）
【００４１】
コントロールゲート線を共有する全セルは同時にデータ消去されるであろう。すなわちデータ消去ステップはセル選択的ではない。フラッシュＲＯＭ用途において、この機能はセクタ（例えばマトリックス内のセルの１ブロック）における全セルをデータ消去するために使われ得る。更にコントロールゲート線を共有する全セルをただデータ消去することも可能である。これにより、隣接する列に影響を及ぼすことなく（図６、８、及び９に示されるように位置されるとき）セルの一つの列の内容の更新が可能となる。これは行よりはむしろ列に保存されるべきワードを構成することによってＥＥＰＲＯＭの機能を実現するために使われ得る。この構成は通常ＥＥＰＲＯＭ用途で使われる。
【００４２】
代わりに、セルのデータ消去が、フローティングゲート９からコントロールゲート５へ（又はそれぞれフローティングゲート１２からコントロールゲート１３へ）の電子のフォウラ−ノードヘイムのトンネリングによって達成され得る。このデータ消去手順が使われる場合、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層とコントロールゲート８及び１３との間の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層はＯＮＯスタックにおける底の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層よりも薄くなるべきである。データ消去はコントロールゲート８及び１３における電圧を＋１４Ｖにセットすることによって行われる。一方全ての他の電圧は０Ｖにセットされる。この方法は半導体メモリデバイスにおける深いマイナス電圧の使用を防止するために有利に使われ得る。当業者に知られているように、後者の代わりのデータ消去手順は、前者のデータ消去手順と同じフラッシュＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭの機能を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、プロセスステップが特徴サイズＦを決定した後のメモリセルの断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、ＮＶＭセルのコントロールゲート及びフローティングゲートが形成されるステップの後のメモリセルの断面図を概略的に示す。
【図３】図３は、アクセスゲート形成後のＮＶＭセルの断面図を概略的に示す。
【図４】図４は、図３に示されるようなＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。
【図５】図５は、薄い絶縁側壁によって分離される、互いにかみ合ったアクセスゲートの断面図を概略的に示す。
【図６】図６は、第二の好ましい実施例の互いにかみ合ったアクセスゲートを備えたＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。
【図７】図７は、本発明の第三の好ましい実施例による不揮発性メモリセルの断面図を概略的に示す。
【図８】図８は、図７に示されるようなＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。
【図９】図９は、第四の好ましい実施例の互いにかみ合ったアクセスゲートを備えたＮＶＭセルを有するメモリマトリックスの一部の上面図を概略的に示す。
【図１０】図１０は、フローティングゲートにデータを書き込み、フローティングゲートからデータを消去するための、図３に示されるようなＮＶＭセルの電子の輸送メカニズムを概略的に示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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