JP4481004B2 - メモリーセルおよびメモリーセルに書込みを行う方法 - Google Patents
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Description
本発明は、メモリーセルに関するものである。
メモリーアレイ（Speicheranordnungen）を備えるコンピュータは、大型計算機（Grossrechner）やパーソナルコンピュータを含む、幅広い分野で応用され（Anwendungen）、洗濯機、調理器具、自動車、電話機、留守番電話機等にも用いられている。ここでいうコンピュータとは、最も広い意味で、電子制御装置および／または演算装置をさす。
コンピュータのメモリーアレイは、永久にまたは一時的に、データを蓄積するために使用される。上記データとしては、例えば、コンピュータが作動するために必要なパラメータや、コンピュータが作動しているときに生成される計算結果が挙げられる。
メモリーアレイは、少なくとも１つ、通常は多数のメモリーセルを有している。各メモリーセルは、メモリー素子を備えている。このメモリー素子に、所定量の電荷（elektrische Ladungsmenge）を蓄積することができ、この電荷の蓄積により、メモリーセルの記憶内容が設定される。
メモリーセルには、揮発性メモリーセルと不揮発性メモリーセルとがある。揮発性メモリーセルの場合、メモリー素子に蓄積される記憶内容は、通常、約１秒間だけメモリー素子に残る。従って、記憶内容を周期的に書き直す（aufgefrischt）必要がある。不揮発性メモリーセルの場合、メモリー素子に蓄積される記憶内容は、蓄積期間（Speicherzeit）であれば、何年にもわたって永久にメモリー素子に保持される。
ＭＯＳＦＥＴベース（MOSFET = metal oxide semiconductor field effect transistor）の不揮発性メモリーセルは、ソース領域、ドレイン領域、ソース領域とドレイン領域との間にあるチャネル領域、チャネル領域を制御するために配置されているゲート電極（制御ゲート）、および、ゲート電極（制御ゲート）とチャネル領域との間に配置されているゲート酸化物層を備えるＭＯＳＦＥＴを基礎としている。
ＭＯＳＦＥＴベースの不揮発性メモリーセルでは、ゲート電極を、制御ゲートとして使用する。メモリーセルの記憶内容を蓄積するためのメモリー素子は、チャネル領域上の制御ゲートとゲート酸化物層との間に設けられる。メモリー素子は、チャネル領域と制御ゲートとの双方に対して、電位壁（Potentialbarriere）を有している。制御ゲートに、絶対値が十分に大きい電圧を印加することによって、チャネル領域からメモリー素子に、電荷キャリア（elektrische Ladungstraeger）が充電され、あるいは、メモリー素子からチャネル領域に、電荷キャリアが放電される。これにより、メモリーセルへの記憶内容の書込み（programmieren）または消去が可能になっている。
不揮発性メモリーの一例としては、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）が挙げられる。ＥＥＰＲＯＭでは、書込まれた記憶内容を、電圧の印加によって消去できる。
ＭＯＳＦＥＴベースの不揮発性メモリーセルには、構造に関して言えば、浮動ゲートメモリーセル（floating gate Speicherzellen）とＭＩＯＳ（MIOS=metal insulator oxide semiconductor）メモリーセルとがある。
浮動ゲートメモリーセルでは、メモリー素子が、金属伝導性浮動ゲートによって形成されている。
ＭＩＯＳメモリーセルの場合、メモリー素子は、（少なくとも）１つの絶縁物質から形成された絶縁性メモリー素子（Isolator-Speicherelement）によって形成されている。メモリー素子の記憶内容は、絶縁性メモリー素子に捕捉された（getrappten）所定量の電荷キャリアによって形成される。
ＭＯＳＦＥＴベースのメモリーセルに書込みを行うためには、ＭＯＳＦＥＴのチャネル領域で電流を維持する必要がある。
メモリーセルの効率的な使用や作動を可能にするために、メモリーセルに書込みが行われる際の電流消費の低減が図られている。
文献［１］には、浮動ゲートメモリーセルが記載されている。文献［１］に記載のメモリーセルは、ソース領域、ドレイン領域、チャネル領域、浮動ゲートとその上に配置されている制御ゲートとを有するメモリー素子構造、および、メモリー素子構造の隣に設けられたソース側側方選択ゲート（Source-seitiges seitliches Auswahl-Gate）を備えている。文献［１］に記載のメモリーセルに書込みを行うためには、選択ゲートに、比較的低い電圧を印加して、チャネル領域に、小さい電流を流す（kleinen elektrischen Stromfluss）。電圧は、制御ゲートに印加され、浮動ゲートを電荷キャリアで充電されるように十分に高い値となっている。文献［１］に記載のメモリーセルの場合、選択ゲートに印加される電圧は、浮動ゲートを充電するために必要な電圧よりも十分に低い。従って、選択ゲートを備えていない浮動ゲートメモリーセルを用いた場合よりも、低い電流で書込みを行える。一方、選択ゲート用の電圧には、ソース領域からチャネル領域へ電荷キャリアが移動できるように、十分に大きな電圧を選択しなければならない。これにより、ソース領域とドレイン領域との間には、一続きの導電性チャネル（elektrisch leitfaehiger Kanal）が形成される。
他方、メモリーセルまたはメモリーセル構造の効率を向上するために、集積密度をできるだけ高くすること、すなわち、単位面積あるいは単位体積あたりにそれぞれ、できるだけ多くの記憶内容を格納することが試みられている。
これにより、通常、それぞれのメモリーセルの構造上のサイズ（Strukturgroesse）が小さくなる。
文献［２］には、不揮発性半導体メモリーが記載されている。この不揮発性半導体メモリーには、第１ＯＮＯメモリー層上およびソース領域上に配置されている第１ゲート領域部と、第２ＯＮＯメモリー層上およびドレイン領域上に配置されている第２ゲート領域部と、チャネル領域上およびゲート絶縁層上に配置されている第３ゲート領域部と、が設けられている。第１、第２、第３ゲート領域部は、相互に電気的に接続されている。
さらに、文献［３］（出願日：２０００年７月２８日、公開日：２００２年２月１４日）には、２つのＯＮＯメモリー層を有するメモリーセルが提案されている。この２つのＯＮＯメモリー層のうち、一方はソース領域に接しており、他方はドレイン領域に接している。チャネル領域の導電性は、該チャネル領域上に配置されているゲート領域と、接続配線（Anschlussleitung）を介してゲート領域に接続している２つの側方ゲート構成要素と、によって制御される。なお、チャネル領域とゲート領域との間には、ゲート絶縁層が配置されている。
本発明の目的は、電流の消費が少なく、効率的でかつ信頼性のあるメモリーセルを提供することにある。
上記目的は、独立特許請求項の特徴を有するメモリーセルによって達成される。
メモリーセルは、
基板と、
上記基板に形成されたソース領域と、
上記基板に形成されたドレイン領域と、
上記ソース領域とドレイン領域との間に設けられ（erstreckt）、導電性が可変であるチャネル領域と、
上記チャネル領域のソース領域に隣接するソース側縁部上に、少なくとも一部分が設けられ、該ソース側縁部の導電性を変化させるように形成されたソース側制御ゲートと、
上記チャネル領域のドレイン領域に隣接するドレイン側縁部上に、少なくとも一部分が設けられ、該ドレイン側縁部の導電性を変化させるように形成されたドレイン側制御ゲートと、
上記ソース側制御ゲートとドレイン側制御ゲートとの間に配置されるとともに、上記チャネル領域のソース側縁部とドレイン側縁部との間にある中間部上に設けられ、該中間部の導電性を変化させるように形成された注入ゲートと、
少なくとも上記ソース側縁部とソース側制御ゲートとの間に設けられるソース側メモリー素子と、
少なくとも上記ドレイン側縁部とドレイン側制御ゲートとの間に設けられるドレイン側メモリー素子と、
一方では上記基板とソース側制御ゲートとの間に設けられ、他方ではドレイン側制御ゲートと注入ゲートとの間に設けられる、少なくとも１つのゲート酸化物層を有するゲート酸化物構造とを備えている。
基板と、
上記基板に形成されたソース領域と、
上記基板に形成されたドレイン領域と、
上記ソース領域とドレイン領域との間に設けられ（erstreckt）、導電性が可変であるチャネル領域と、
上記チャネル領域のソース領域に隣接するソース側縁部上に、少なくとも一部分が設けられ、該ソース側縁部の導電性を変化させるように形成されたソース側制御ゲートと、
上記チャネル領域のドレイン領域に隣接するドレイン側縁部上に、少なくとも一部分が設けられ、該ドレイン側縁部の導電性を変化させるように形成されたドレイン側制御ゲートと、
上記ソース側制御ゲートとドレイン側制御ゲートとの間に配置されるとともに、上記チャネル領域のソース側縁部とドレイン側縁部との間にある中間部上に設けられ、該中間部の導電性を変化させるように形成された注入ゲートと、
少なくとも上記ソース側縁部とソース側制御ゲートとの間に設けられるソース側メモリー素子と、
少なくとも上記ドレイン側縁部とドレイン側制御ゲートとの間に設けられるドレイン側メモリー素子と、
一方では上記基板とソース側制御ゲートとの間に設けられ、他方ではドレイン側制御ゲートと注入ゲートとの間に設けられる、少なくとも１つのゲート酸化物層を有するゲート酸化物構造とを備えている。
ソース側メモリー素子およびドレイン側メモリー素子には、それぞれ別々の記憶内容、すなわち、１ビットのデータが蓄積される。これにより、上記メモリーセルのメモリー容量は、ただ１つのメモリー素子を有するメモリーセルのメモリー容量の２倍になる。
上記メモリーセルは、また、電流の消費量を低減しても、確実に書込まれるようになっている。
上記メモリーセルは、以下の方法に従って、書込みが行われる。
所定のソース電圧値を有する（電気的な）ソース電圧が、ソース領域に印加される。所定のドレイン電圧値を有する（電気的な）ドレイン電圧が、ドレイン領域に印加される。ここで、ソース電圧値とドレイン電圧値とは異なっている。従って、ソース領域とドレイン領域との間には、ソース電圧値とドレイン電圧値との間の差に等しいソースドレイン電圧が生じる。
所定の注入電圧値を有する電気的な注入ゲート電圧が、注入ゲートに印加される。所定のソース制御ゲート電圧値を有する電気的なソース制御ゲート電圧が、ソース側制御ゲートに印加される。所定のドレイン制御ゲート電圧値を有する電気的なドレイン制御ゲート電圧が、ドレイン側制御ゲートに印加される。ここで、ソース制御ゲート電圧値とドレイン制御ゲート電圧値とは、それぞれ、注入ゲート電圧値よりも大きい絶対値を有している。
この場合、ソース制御ゲート電圧値とドレイン制御ゲート電圧値とは、同じ値であってもよい。
ドレイン側メモリー素子に書込みを行うために、ソース領域とドレイン領域との間にも、適切な電圧が印加される。ソース側制御ゲートを用いて、ソース領域からの電荷キャリアを、ソース側制御ゲートの下側のチャネル領域のソース側縁部に充電する。さらに、比較的大きい絶対値の電圧が、ソース側制御ゲートに印加される。このとき、ソース側メモリー素子への電荷キャリアのトンネルプロセス（Tunnelprozess）は、まだ生じていない。比較的小さい絶対値の電圧が、注入ゲートに印加される。これにより、チャネル領域の中間部に達する電荷キャリアは、ほんの僅かであるので、該チャネル領域の中間部には、非常に低い電流が流れる。ドレイン側制御ゲートには、ドレイン側メモリー素子に電荷キャリアを充電し得るように、十分に高い電圧が印加される。従って、中間チャネル領域の電流が少ないので、消費電力が少なくなる（電力＝電流＊電圧）。
上記メモリーセルでは、ソース側制御ゲートにより、ソース領域とドレイン領域との間のチャネル領域における電流の流れが中断されないので、中間チャネル領域における電流を、非常に低く選択できる。その結果、特に電流を低減するように、上記メモリーセルへの書込みを行える。
ソース側メモリー素子に書込みを行う場合、ソース領域とドレイン領域との間には、適切な電気的ソースドレイン電圧が印加される。このソースドレイン電圧は、ドレイン側メモリー素子に書込む際のソースドレイン電圧に対して、逆の極性を有しているが（vertauscht gepolt）、絶対値は同じである。ソースドレイン電圧は、絶対値が同じであれば、他の残りの電圧は、ドレイン側メモリー素子に書込む場合の電圧と等しくなるように選択できる。
ソース側メモリー素子に書込みを行う場合、注入ゲートによる電流消費は特に少なくなる。
上記メモリー素子は、窒化シリコンを含んでいてもよい。
あるいは、または、さらに、上記メモリー素子は、二酸化シリコン、または、他の適切な絶縁物質を含んでいてもよい。
上記メモリー素子は、第１二酸化シリコン層、該第１二酸化シリコン層上に形成されている窒化シリコン層、および、該窒化シリコン層上に形成されている第２二酸化シリコン層によって形成されたＯＮＯ層の集積部分であってもよい。
上記ゲート酸化物層および第１二酸化シリコン層は、別々の層として形成されていてもよい。あるいは、ゲート酸化物層は、第１二酸化シリコン層と一体的に形成されていてもよい。
ソース側制御ゲートおよびドレイン側制御ゲートは、別々にコンタクトされていてもよい。これにより、ソース側制御ゲートとドレイン側制御ゲートとに異なる電圧を印加する場合には、有利な効果を奏する。
上記ソース側制御ゲートとドレイン側制御ゲートとは、相互に電気的に接続されていることが好ましい。この場合、ソース側制御ゲートおよびドレイン側制御ゲートのそれぞれに電圧を印加するために必要な電源は、全体としてただ１つとなる。さらに、上記の構成であれば、とりわけ簡単且つ効果的なメモリーセルの書込みが可能になる。例えば、まず、ドレイン側メモリー素子に書込み、続いて、ソースドレイン電圧の極性を反転する。次いで、上述した手法と同様の手法で、ソース側メモリー素子に書込んでもよい。あるいは、まず、ソース側メモリー素子に書込み、その後に、ドレイン側メモリー素子に書込んでもよい。
チャネル領域は、ｎ型チャネルを有していてもよい。あるいは、チャネル領域は、ｐ型チャネルを有していてもよい。
本発明のメモリーアレイは、ＥＥＰＲＯＭとして実施され、上述した構成を有するメモリーセルを少なくとも１つ備えている。
本発明の実施例を、図に基づいて、以下で詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のメモリーセルであり、ドレイン側メモリー素子に書込みが行われた状態を示す図である。図２は、図１のメモリーセルにて、ソース側メモリー素子およびドレイン側メモリー素子の記憶内容を消去した状態を示す図である。図３ａは、本発明の第２実施形態のメモリーセルの製造過程における第１の作製状態を示す断面図である。図３ｂは、本発明の第２実施形態のメモリーセルの製造過程における第２の作製状態を示す断面図である。図３ｃは、本発明の第２実施形態のメモリーセルの製造過程における第３の作製状態を示す断面図である。図３ｄは、本発明の第２実施形態のメモリーセルの製造過程における第４の作製状態を示す断面図である。図３ｅは、本発明の第２実施形態のメモリーセルの完了した作製状態を示す断面図である。図３ｆは、図３ｅに記載のメモリーセルを用いた、本発明の２つのメモリーセルの平面図である。
図１は、ドレイン側メモリー素子に書込みが行われた、本発明の第１実施形態のメモリーセルを示す。
図１のメモリーセルは、基板１００、基板１００に形成されているｎ＋型にドープされたソース領域１０１、基板１００に形成されているｎ＋型にドープされたドレイン領域１０２、および、ソース領域１０１とドレイン領域１０２との間にある（verlaufenden）、導電性が可変であるｎ型チャネル領域１０３を備えている。
また、上記メモリーセルは、ソース側制御ゲート１０４を備えている。該ソース側制御ゲート１０４の少なくとも一部分は、チャネル領域１０３の、ソース領域１０１に隣接するソース側縁部１０５上に設けられ、ソース側縁部１０５の導電性を変化させるように形成されている。
さらに、上記メモリーセルは、ドレイン側制御ゲート１０６を備えている。該ドレイン側制御ゲート１０６の少なくとも一部分は、チャネル領域１０３の、ドレイン領域１０２に隣接するドレイン側縁部１０７上に設けられ、ドレイン側縁部１０７の導電性を変化させるように形成されている。
上記ソース側制御ゲート１０４とドレイン側制御ゲート１０６との間に、注入ゲート１０８が配置されている。この注入ゲート１０８は、チャネル領域１０３の中間部１０９上に設けられ、中間部１０９の導電性を変化させるように形成されている。上記中間部１０９は、チャネル領域１０３のソース側縁部１０５とドレイン側縁部１０７との間に位置している。
また、上記メモリーセルは、窒化シリコンからなるソース側メモリー素子１１０を備えている。該ソース側メモリー素子１１０は、一方では、ソース側制御ゲート１０４と注入ゲート１０８との間に設けられ、他方では、ソース側縁部１０５とソース領域１０１との間に設けられている。
さらに、上記メモリーセルは、窒化シリコンからなるドレイン側メモリー素子１１１を備えている。該ドレイン側メモリー素子１１１は、一方では、ドレイン側制御ゲート１０６と注入ゲート１０８との間に設けられ、他方では、ドレイン側縁部１０７とドレイン領域１０２との間に設けられている。
また、上記メモリーセルは、二酸化シリコンからなるゲート酸化物構造１１２を備えている。このゲート酸化物構造１１２は、ゲート酸化物層１１３を備えている。このゲート酸化物層１１３は、一方では、基板１００とソース側制御ゲート１０４との間に設けられ、他方では、ドレイン側制御ゲート１０６と注入ゲート１０８との間に設けられている。上記ソース側制御ゲート１０４とソース側メモリー素子１１０との間、ソース側メモリー素子１１０と注入ゲート１０８との間、注入ゲート１０８とドレイン側メモリー素子１１１との間、および、ドレイン側メモリー素子１１１とドレイン側制御ゲート１０６との間には、それぞれ、二酸化シリコンからなる層が設けられている。二酸化シリコンからなるこれらの層は、ゲート酸化物構造１１２の一部を形成し、ゲート酸化物層１１３と一体的に形成されている。
次に、上記ドレイン側メモリー素子１０６の書込み過程について説明する。
上記ソース領域１０１に、０Ｖの電圧を印加する。上記ドレイン領域に、５Ｖの電圧を印加する。上記ソース側制御ゲート１０４、および、ドレイン側制御ゲート１０６に、共通の電源を用いて、１０Ｖの電圧を印加する。注入ゲート１０８に、１．５Ｖの電圧を印加する。その結果、電荷キャリア（電子）が、ソース領域１０１から、チャネル領域１０３のソース側縁部１０５に注入される。注入ゲート１０８の電圧が相対的に低いので、チャネル領域１０３の中間部１０９に、僅かな電流が流れる。また、ドレイン側制御ゲート１０６の電圧が高いので、電荷キャリア（電子）が、ドレイン側メモリー素子１１１に充電され、該ドレイン側メモリー素子１１１に捕捉された状態となる。
本発明の他の実施形態のメモリーセルは、ｐ＋型にドープされたソース領域、ｐ＋型にドープされたドレイン領域、および、ソース領域とドレイン領域との間に設けられ、導電性が可変であるｐ型チャネル領域を備えている。
図２は、図１のメモリーセルにて、ソース側メモリー素子１１０およびドレイン側メモリー素子１１１の記憶内容を消去した状態を示す。
ソース領域１０１およびドレイン領域１０２に、５Ｖの同じ正の電圧を印加する。ソース側制御ゲート１０４およびドレイン側制御ゲート１０６に、−５Ｖの同じ負の電圧を印加する。注入ゲート１０８に、０Ｖの電圧を印加する。その結果、チャネル領域１０３からソース側メモリー素子１１０に、ホール（Loecher）が充電される。このホールは、ソース側メモリー素子１１０に捕捉された負の電荷キャリアと結合する。その結果、ソース側メモリー素子１１０に捕捉された負の電荷キャリアの負の電荷が相殺され、ソース側メモリー素子１１０の記憶内容が消去される。同様に、チャネル領域１０３からドレイン側メモリー素子１１１に、ホールが充電される。その結果、ドレイン側メモリー素子１１１に捕捉された電荷キャリアの負の電荷が相殺され、ドレイン側メモリー素子１１１の記憶内容が消去される。あるいは、メモリー素子１１０，１１１の放電（Entladung）を促進する（Unterstuetzung）ために、注入ゲート１０８に負の電圧が印加されていてもよい。
ソース側メモリー素子１１０に格納されている記憶内容（ビット）を読み出す場合には、ソース領域１０１（０Ｖ）とドレイン領域１０２（１．２Ｖ）との間に、１．２Ｖの電圧を印加すればよい。次に、ソース側制御ゲート１０４、ドレイン側制御ゲート１０６、および、注入ゲート１０８に、それぞれ約２Ｖの電圧を印加する。ドレイン側メモリー素子１１１に格納されている記憶内容（ビット）を読み出す場合には、ソース領域１０１（１．２Ｖ）とドレイン領域１０２（０Ｖ）との間に、−１．２Ｖの電圧を印加する。ソース側制御ゲート１０４、ドレイン側制御ゲート１０６、および、注入ゲート１０８の電圧は、同じく２Ｖである。つまり、ソースドレイン電圧だけを逆の極性にすればよい。
表１に、典型的な電圧を示す。これら電圧は、メモリーセルの様々な素子に印加できるものであり、表１に記載の組み合わせが、メモリーセルへの書込み、消去、および、読み出しに適した電圧である。
以下に、図３ａから図３ｆを参照しながら、本発明のメモリーセルの製造方法について説明する。
図３ａは、本発明の第２実施形態のメモリーセルの製造過程における第１の作製状態を示す断面図である。
メモリーセルの原材料として、ｐ型の基板３００を使用する。基板３００に、厚さ１０ｎｍのゲート酸化物層３０１を形成する。ゲート酸化物層３０１上に、注入ゲート層を形成する。この注入ゲート層は、ポリシリコン３０２ａ、ケイ酸タングステン（Wolframsilizid）３０２ｂ、ＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate）３０２ｃが連続的にこの順に形成された層である。上記注入ゲート層は、フォトリソグラフィーによりパターン化し（フォトリソグラフィーを行い、その後、注入ゲート層をエッチングする）、続いて、フォトリソグラフィーレジスト（Fotolithogfrafie）を剥離（除去）する。これにより、注入ゲート３０２が形成され、図３ａに示す構造が形成される。
続いて、図３ｂに示すように、図３ａの構造上に、窒化シリコン層を析出させる。この窒化シリコン層を、エッチバックすることにより、注入ゲート３０２の側方に、窒化物スペーサ（Nitrid-Spacer）３０３が残り、図３ｂに示す構造が形成される。
図３ｂの構造に対して行われるヒ素注入工程では、ソース領域３０４とドレイン領域３０５とが、図３ｃに示すように形成される。上記ソース領域３０４とドレイン領域３０５との間には、チャネル領域が設けられる。続いて、上記ソース領域３０４およびドレイン領域３０５の上にそれぞれ、酸化作用によって、厚い酸化物３０６からなる層が形成され、図３ｃに示す構造が形成される。
次に、湿式エッチング工程によって、窒化物スペーサ３０３が除去される。この湿式エッチング工程にて、二酸化シリコン層は、エッチング停止層としての役割を果たすので、ゲート酸化物層３０１は、侵食されず、図３ｄに記載の構造が形成される。
図３ｅに示すように、図３ｄに示す構造に対して行われる、二酸化シリコンエッチング工程では、注入ゲート３０２の隣の領域３０７にあるゲート酸化物層３０１が除去される（そして、厚い酸化物３０６は、薄くなる）。続いて、部分的に作製された構造の上面に、二酸化シリコンからなる下部酸化物層３０８を形成する。この下部酸化物層３０８上には、窒化シリコンからなるメモリー素子層３０９が形成される。このメモリー素子層３０９上には、二酸化シリコンからなる上部酸化物層３１０が形成される。下部酸化物層３０８、メモリー素子層３０９、および、上部酸化物層３１０は、注入ゲート３０２の隣の領域３０７にて、それぞれＯＮＯ層（ONO=Oxid-nitrid-Oxid）を形成する。これにより、ソース側メモリー素子３１１とドレイン側メモリー素子３１２とが形成される。上記ソース側メモリー素子３１１とドレイン側メモリー素子３１２とは、それぞれ、窒化シリコンからなるメモリー素子層３０９で形成されており、一方の側は、下部酸化物層３０８に隣接し、他方の側は、上部酸化物層３１０に隣接している。
上記上部酸化物層３１０上には、その場所（in situ）でドープされたポリシリコン層３１３が形成される。該ポリシリコン層３１３上には、ケイ酸タングステン層３１４が形成される。上記ポリシリコン層３１３およびケイ酸タングステン層は、フォトリソグラフィーによってパターン化し（フォトリソグラフィーを行い、その後、層３１３，３１４をエッチングする）、続いて、フォトリソグラフィーレジストを剥離（除去）する。このようにして、ポリシリコン層３１３とタングステン層３１４とから、ソース側制御ゲート３１５とドレイン側制御ゲート３１６とが形成される。ソース側制御ゲート３１５とドレイン側制御ゲート３１６とは、相互に電気的に接続されている。
図３ｅは、完成したメモリーセルの断面を示す。
図３ｆは、より分かりやすくするために、図３ｅに示すメモリーセルを相互に隣接して配置した本発明の２つのメモリーセルの上面図である。
本発明のメモリーセルの他の実施形態では、基板１００，３００が、ｎ型の基板である。この場合、チャネル領域はｐ型のチャネルである。
本明細書では、以下の公開文献を引用した。
文献［1] K. Naruke, S. Yamada, E. Obi, S. Taguchi, and M. Wada, “A new flash-erase EEPROM cell with a sidewall select-gate on its source side”, Tech. Digest, 1989, IEDM, pp.25.7.1-25.7.4
文献［2] US6,335,554 B1
文献［3] DE 10036911 A1
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文献［2] US6,335,554 B1
文献［3] DE 10036911 A1
図１
１００ 基板
１０１ ソース領域
１０２ ドレイン領域
１０３ チャネル領域
１０４ ソース側制御ゲート
１０５ チャネル領域１０３のソース側縁部
１０６ ドレイン側制御ゲート
１０７ チャネル領域１０３のドレイン側縁部
１０８ 注入ゲート
１０９ チャネル領域１０３の中間部
１１０ ソース側メモリー素子
１１１ ドレイン側メモリー素子
１１２ ゲート酸化物構造
１１３ ゲート酸化物層
図３
３００ 基板
３０１ ゲート酸化物層
３０２ 注入ゲート：
３０２ａ ポリシリコン
３０２ｂ タングステン
３０２ｃ ＴＥＯＳ
３０３ 窒化物スペーサ
３０４ ソース領域
３０５ ドレイン領域
３０６ 厚い酸化物
３０７ 注入ゲートの隣の領域
３０８ 下部酸化物層
３０９ メモリー素子層
３１０ 上部酸化物層
３１１ ソース側メモリー素子
３１２ ドレイン側メモリー素子
３１３ ポリシリコン層
３１４ タングステン層
３１５ ソース側制御ゲート
３１６ ドレイン側制御ゲート
１００ 基板
１０１ ソース領域
１０２ ドレイン領域
１０３ チャネル領域
１０４ ソース側制御ゲート
１０５ チャネル領域１０３のソース側縁部
１０６ ドレイン側制御ゲート
１０７ チャネル領域１０３のドレイン側縁部
１０８ 注入ゲート
１０９ チャネル領域１０３の中間部
１１０ ソース側メモリー素子
１１１ ドレイン側メモリー素子
１１２ ゲート酸化物構造
１１３ ゲート酸化物層
図３
３００ 基板
３０１ ゲート酸化物層
３０２ 注入ゲート：
３０２ａ ポリシリコン
３０２ｂ タングステン
３０２ｃ ＴＥＯＳ
３０３ 窒化物スペーサ
３０４ ソース領域
３０５ ドレイン領域
３０６ 厚い酸化物
３０７ 注入ゲートの隣の領域
３０８ 下部酸化物層
３０９ メモリー素子層
３１０ 上部酸化物層
３１１ ソース側メモリー素子
３１２ ドレイン側メモリー素子
３１３ ポリシリコン層
３１４ タングステン層
３１５ ソース側制御ゲート
３１６ ドレイン側制御ゲート
Claims (7)
- 基板と、
上記基板に形成されたソース領域と、
上記基板に形成されたドレイン領域と、
上記ソース領域とドレイン領域との間に設けられ、導電性が可変であるチャネル領域と、
上記チャネル領域のソース領域に隣接するソース側縁部上に、少なくとも一部分が設けられ、該ソース側縁部の導電性を変化させるように形成されたソース側制御ゲートと、
上記チャネル領域のドレイン領域に隣接するドレイン側縁部上に、少なくとも一部分が設けられ、該ドレイン側縁部の導電性を変化させるように形成されたドレイン側制御ゲートと、
互いが分離して設けられている上記ソース側制御ゲートとドレイン側制御ゲートとの間に配置されるとともに、該ソース側制御ゲートおよびドレイン側制御ゲートから電気的に分離され、上記チャネル領域のソース側縁部とドレイン側縁部との間にある中間部上に設けられ、該中間部の導電性を変化させるように形成された注入ゲートと、
上記ソース側縁部とソース側制御ゲートとの間に水平方向に延伸しており、かつ、上記ソース側制御ゲートと注入ゲートとの間に垂直方向に延伸している窒化シリコン層を含むソース側メモリー素子と、
上記ドレイン側縁部とドレイン側制御ゲートとの間に水平方向に延伸しており、かつ、上記ドレイン側制御ゲートと注入ゲートとの間に垂直方向に延伸している窒化シリコン層を含むドレイン側メモリー素子と、
上記基板とソース側制御ゲートとの間に設けられ、かつ、ドレイン側制御ゲートと注入ゲートとの間に設けられる、少なくとも１つのゲート酸化物層を有するゲート酸化物構造とを備えており、
上記ソース側メモリー素子と上記ドレイン側メモリー素子とは、互いに分離して設けられている、メモリーセル。 - 上記メモリー素子は、二酸化シリコンを含む、請求項１に記載のメモリーセル。
- 上記メモリー素子は、第１二酸化シリコン層と、該第１二酸化シリコン上に形成される窒化シリコン層と、該窒化シリコン層上に形成される第２二酸化シリコン層と、を集積してなるＯＮＯ層である、請求項１または２に記載のメモリーセル。
- 上記ゲート酸化物層は、第１二酸化シリコン層と一体的に形成されている、請求項３に記載のメモリーセル。
- 上記チャネル領域がｎ型チャネルを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のメモリーセル。
- 上記チャネル領域がｐ型チャネルを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のメモリーセル。
- 請求項１から６のいずれか１項に記載のメモリーセルに書込みを行う方法であって、
所定のソース電圧値を有するソース電圧をソース領域に印加するとともに、上記ソース電圧値とは異なる値のドレイン電圧値を有するドレイン電圧をドレイン領域に印加し、
所定の注入ゲート電圧値を有する注入ゲート電圧を注入ゲートに印加し、
所定のソース制御ゲート電圧値を有するソース制御ゲート電圧をソース側制御ゲートに印加すると共に、所定のドレイン制御ゲート電圧値を有するドレイン制御ゲート電圧をドレイン側制御ゲートに印加し、
上記ソース制御ゲート電圧値およびドレイン制御ゲート電圧値の絶対値をいずれも、上記注入ゲート電圧値の絶対値よりも大きな値とし、
上記ソース電圧値および上記ドレイン電圧値のうち、絶対値の大きい側のメモリ素子に電荷キャリアを捕捉させた状態とする、方法。
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