JP4937866B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、不揮発性記憶素子を有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device having a nonvolatile memory element.
半導体装置として、例えば、フラッシュメモリと呼称される不揮発性半導体記憶装置が知られている。このフラッシュメモリのメモリセルにおいては、1つの不揮発性素子で構成した1トランジスタ方式や、1つの不揮発性記憶素子と1つの選択用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)とを直列に接続した2トランジスタ方式が知られている。また、不揮発性記憶素子においては、半導体基板と制御ゲート電極(コントロール・ゲート電極)との間の浮遊ゲート電極(フローティング・ゲート電極)に情報を記憶させる浮遊ゲート型や、半導体基板とゲート電極との間のゲート絶縁膜(情報蓄積用絶縁膜)にON(酸化膜/窒化膜:Oxide/Nitride)膜を使用し、このゲート絶縁膜に情報を記憶させるMNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型や、半導体基板とゲート電極との間のゲート絶縁膜(情報蓄積用絶縁膜)にONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜:Oxide/Nitride/Oxide)膜を使用し、このゲート絶縁膜に情報を記憶させるMONOS(MetalOxide Nitride Oxide Semiconductor)型が知られている。 As a semiconductor device, for example, a nonvolatile semiconductor memory device called a flash memory is known. In the memory cell of this flash memory, a one-transistor method composed of one nonvolatile element, or two transistors in which one nonvolatile memory element and one selection MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) are connected in series. The method is known. In a nonvolatile memory element, a floating gate type for storing information in a floating gate electrode (floating gate electrode) between a semiconductor substrate and a control gate electrode (control gate electrode), a semiconductor substrate and a gate electrode, An MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) type that uses an ON (oxide film / nitride film: Oxide / Nitride) film and stores information in this gate insulating film, An ONO (oxide film / nitride film / oxide film: Oxide / Nitride / Oxide) film is used as a gate insulating film (information storage insulating film) between the semiconductor substrate and the gate electrode, and information is stored in the gate insulating film. MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type is known.
また、特開2002−164449号公報には、半導体基板の主面上に情報蓄積用絶縁膜を介在してメモリ・ゲート電極が配置され、前記メモリ・ゲート電極の両側にスイッチゲート電極が配置されたマルチストレージ形態の不揮発性記憶素子が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-164449, a memory gate electrode is disposed on the main surface of a semiconductor substrate with an information storage insulating film interposed therebetween, and switch gate electrodes are disposed on both sides of the memory gate electrode. A multi-storage type nonvolatile memory element is disclosed.
MONOS型不揮発性記憶素子は、例えば半導体基板側から電荷蓄積用絶縁膜の窒化シリコン膜中にホットホールを注入してデータ消去を行っているため、
電荷蓄積用絶縁膜が書換回数に応じて劣化する。このようなことから、MONOS型不揮発性記憶素子では、消去動作時における電荷蓄積用絶縁膜の劣化により書換回数が制限されている。
For example, the MONOS type nonvolatile memory element erases data by injecting hot holes from the semiconductor substrate side into the silicon nitride film of the charge storage insulating film.
The charge storage insulating film deteriorates with the number of rewrites. For this reason, in the MONOS type nonvolatile memory element, the number of times of rewriting is limited due to deterioration of the charge storage insulating film during the erase operation.
そこで、本発明者は、書換回数の向上を図るため、電荷蓄積用絶縁膜の劣化について検討した結果、ゲート幅Wg(チャネル幅)を広くして駆動電流(Ids)を大きくすることにより電荷蓄積用絶縁膜の劣化を抑制できることがわかった。しかしながら、ゲート幅を広くした場合、不揮発性記憶素子の占有面積(セルサイズ)が大きくなるため、集積度が低下してしまう。 In view of this, the present inventor has studied the deterioration of the charge storage insulating film in order to improve the number of times of rewriting, and as a result, the gate width Wg (channel width) is increased to increase the drive current (Ids). It has been found that the deterioration of the insulating film can be suppressed. However, when the gate width is increased, the area occupied by the nonvolatile memory element (cell size) increases, and the degree of integration decreases.
MONOS型不揮発性記憶素子は、CPUやDSP等の論理演算回路を動作させるためのプログラムデータの記憶に使用されている。また、MONOS型不揮発性記憶素子は、前記プログラムの実行によって処理されたデータ(処理データ)の記憶にも使用されている。本発明者の市場要求調査によれば、例えば、不揮発性メモリ及び論理演算回路を混載するマイクロコンピュータでは、1Mバイト以上の大容量高速不揮発性メモリの要求はあるものの、多くの書換回数を必要とするメモリ容量は32Kバイト程度で非常に小さいことがわかった。そこで、本発明者は、MONOS型不揮発性記憶素子の用途に着目し、本発明を成した。 The MONOS type nonvolatile memory element is used for storing program data for operating a logic operation circuit such as a CPU or a DSP. The MONOS type nonvolatile memory element is also used for storing data (processed data) processed by executing the program. According to the market requirement survey of the present inventor, for example, a microcomputer in which a non-volatile memory and a logic operation circuit are mounted has a demand for a large-capacity high-speed non-volatile memory of 1 Mbyte or more, but requires a large number of rewrites. It was found that the memory capacity to do is very small at about 32 Kbytes. Therefore, the present inventor made the present invention by paying attention to the use of the MONOS type nonvolatile memory element.
本発明の目的は、不揮発性記憶素子を有する半導体装置の高集積化及び書換回数向上を図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
An object of the present invention is to provide a technique capable of increasing the integration density and improving the number of rewrites of a semiconductor device having a nonvolatile memory element.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
上記目的は、第1のMONOS型不揮発性記憶素子と、前記第1のMONOS型不揮発性記憶素子よりもゲート幅が広い第2のMONOS型不揮発性記憶素子とを同一基板に混載し、前記第1のMONOS型不揮発性記憶素子を書換回数が少ないプログラムのデータ記憶用とし、前記第2のMONOS型不揮発性記憶素子を書換回数が多い処理データ(プログラムの実行によって処理されたデータ)記憶用とすることにより達成される。 The object is to mount a first MONOS type nonvolatile memory element and a second MONOS type nonvolatile memory element having a gate width wider than that of the first MONOS type nonvolatile memory element on the same substrate. One MONOS type nonvolatile memory element is used for storing program data with a small number of rewrites, and the second MONOS type nonvolatile memory element is used for storing process data (data processed by executing a program) with a large number of rewrites. Is achieved.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、不揮発性記憶素子を有する半導体装置の高集積化及び書換回数向上を図ることができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, high integration of a semiconductor device having a nonvolatile memory element and improvement in the number of rewrites can be achieved.
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments of the invention, those having the same function are given the same reference numerals, and their repeated explanation is omitted.
本実施例1では、電荷蓄積用絶縁膜の窒化シリコン膜に注入された電子をゲート電極に放出させてデータの消去を行う不揮発性記憶素子を有するマイクロ・コンピュータに本発明を適用した例について説明する。 In the first embodiment, an example in which the present invention is applied to a microcomputer having a non-volatile memory element for erasing data by discharging electrons injected into a silicon nitride film of a charge storage insulating film to a gate electrode will be described. To do.
図1乃至図12は、本発明の実施例1のマイクロ・コンピュータ(半導体装置)に係わる図であり、
図1は、マイクロ・コンピュータの平面レイアウト図、
図2は、図1のマイクロ・コンピュータに搭載されたプログラム用不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す等価回路図、
図3は、図1のマイクロ・コンピュータに搭載されたプログラム用不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図4は、図3のa−a’線に沿う模式的断面図、
図5は、図3のb−b’線に沿う模式的断面図、
図6は、図3のc−c’線に沿う模式的断面図、
図7は、図1のマイクロ・コンピュータに搭載されたデータ用不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図8は、図1のマイクロ・コンピュータに搭載されたデータ用不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図9は、図8のd−d’線に沿う模式的断面図、
図10は、図8のe−e’線に沿う模式的断面図、
図11は、図8のf−f’線に沿う模式的断面図、
図12は、図1のマイクロ・コンピュータを搭載したICカードを示す模式的平面図である。
1 to 12 are diagrams relating to a microcomputer (semiconductor device) according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a plan layout view of a microcomputer;
2 is an equivalent circuit diagram showing a part of a nonvolatile memory module for program mounted on the microcomputer of FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a part of a nonvolatile memory module for program mounted on the microcomputer of FIG.
4 is a schematic cross-sectional view taken along line aa ′ of FIG.
5 is a schematic cross-sectional view taken along the line bb ′ of FIG.
6 is a schematic cross-sectional view taken along the line cc ′ of FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a part of a data non-volatile memory module mounted on the microcomputer of FIG.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a part of a data non-volatile memory module mounted on the microcomputer of FIG.
9 is a schematic cross-sectional view taken along the line dd ′ of FIG.
10 is a schematic cross-sectional view taken along the line ee ′ of FIG.
11 is a schematic cross-sectional view taken along the line ff ′ of FIG.
FIG. 12 is a schematic plan view showing an IC card on which the microcomputer of FIG. 1 is mounted.
図1に示すように、本実施例1のマイクロ・コンピュータ20aは、例えば単結晶シリコンからなるp型半導体基板1(以下、単にシリコン基板と呼ぶ)を主体に構成されている。シリコン基板1は、厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施例1では例えば約5.14mm×5.24mmの長方形になっている。
As shown in FIG. 1, the
シリコン基板1の主面(回路形成面,素子形成面)には、プログラム用不揮発性メモリ・モジュール(ユニット)21、データ用不揮発性メモリ・モジュール22、周辺回路モジュール23、RAM(Random Access Memory)モジュール24、論理演算回路モジュール25等が搭載されている。これらの各モジュールは、配線チャネル領域で区画されている。
On the main surface (circuit forming surface, element forming surface) of the
RAMモジュール24には、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)等のメモリ回路が形成されている。論理演算回路モジュール25には、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等の論理演算回路が形成されている。
The
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21には、図2に示すように、複数のメモリセルMc1が行列状(アレイ状)に配置されている。1つのメモリセルMc1は、図4に示す1つの不揮発性記憶素子Qm1で構成されている。データ用不揮発性メモリ・モジュール22には、図7に示すように、複数のメモリセルMc2が行列状(アレイ状)に配置されている。1つのメモリセルMc2は、図9に示す1つの不揮発性記憶素子Qm2で構成されている。
In the non-volatile memory module for
図2及び図3に示すように、プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21には、X方向に沿って延在する複数のゲート配線16、複数のゲート配線17、複数のソース配線18、及び複数のビット線選択線CLが配置されており、更にY方向に沿って延在する複数のサブビット線15及び複数のメインビット線19が配置されている。各々のサブビット線15は、各々のサブビット線15に対応して設けられたセンスアンプSAに電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図7及び図8に示すように、データ用不揮発性メモリ・モジュール22には、プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21と同様に、X方向に沿って延在する複数のゲート配線16、複数のゲート配線17、複数のソース配線18、及び複数のビット線選択線CLが配置されており、更にY方向に沿って延在する複数のサブビット線15及び複数のメインビット線19が配置されている。各々のサブビット線15は、各々のサブビット線15に対応して設けられたセンスアンプSAに電気的に接続されている。メモリアレイの構成は上記のプログラム用不揮発性メモリ・モジュールと同様であるが、データ用のものはメモリセルのゲート幅方向(チャネル幅方向)の長さが、プログラム用のものよりも長くなるように設計されている。具体的には、プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21の不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅(チャネル幅)Wpと、データ用不揮発性メモリ・モジュール22の不揮発性記憶素子Qm2のゲート幅(チャネル幅)Wdとの関係が、Wd>Wpとなるように形成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the data
シリコン基板1の主面には、図3、図5及び図6、並びに図8、図10及び図11に示すように、トランジスタ素子の形成領域として使用される活性領域を区画するための素子分離領域2が選択的に形成されている。素子分離領域2は、これに限定されないが、例えば周知のSTI(Shallow Trench Isolation)技術によって形成されている。STI技術による素子分離領域2は、シリコン基板1の主面に浅溝(例えば300[nm]程度の深さの溝)を形成し、その後、シリコン基板1の主面上に例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成し、その後、前記絶縁膜が浅溝の内部に選択的に残るようにCMP(化学的機械研磨:Chemical Mechanical Polishing)法で平坦化することによって形成される。また、素子分離領域2の他の形成方法として、熱酸化法を用いたLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法によって形成することもできる。
On the main surface of the
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21において、シリコン基板1の主面の活性領域には、図4に示すように、p型ウエル領域3が形成されており、このp型ウエル領域3内にメモリセルMc1を構成する不揮発性記憶素子Qm1が形成されている。不揮発性記憶素子Qm1は、図4乃至図6に示すように、チャネル形成領域、電荷蓄積部として機能する電荷蓄積用絶縁膜5、メモリ・ゲート電極MG、ゲート絶縁膜8、コントロール・ゲート電極CG、ソース領域及びドレイン領域等を有する構成になっており、等価回路的に制御用MISFET(パストランジスタ)とMONOS型FETとを直列接続した構成になっている。
In the program
メモリ・ゲート電極MGは、情報蓄積部として機能する電荷蓄積用絶縁膜5を介在して、シリコン基板1の主面の活性領域に設けられている。メモリ・ゲート電極MGは、例えば抵抗値を低減する不純物が導入された多結晶シリコン膜で形成されている。このメモリ・ゲート電極MGの上面には、その上面を覆うようにして例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜(キャップ絶縁膜)6が設けられている。
The memory gate electrode MG is provided in the active region of the main surface of the
電荷蓄積用絶縁膜5は、ONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜:Oxide/Nitride/Oxide)膜で形成され、本実施例では、例えばシリコン基板1の主面側から酸化シリコン膜(SiO)5a/窒化シリコン膜(SiN)5b/酸窒化シリコン膜(SiON)5cの順に配置されたONO膜で形成されている。
The charge
メモリ・ゲート電極MGのゲート長方向において、メモリ・ゲート電極MGの互いに反対側に位置する2つの側壁には、メモリ・ゲート電極MGに整合して形成されたサイドウォールスペーサ7が夫々設けられている。サイドウォールスペーサ7は、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜で形成されている。
コントロール・ゲート電極CGは、ゲート絶縁膜8を介在してシリコン基板1の主面の活性領域に設けられている。また、コントロール・ゲート電極CGは、そのゲート長がメモリ・ゲート電極MGのゲート長方向に沿う状態でメモリ・ゲート電極MGの隣に設けられている。本実施例において、コントロール・ゲート電極CGは、その一部をメモリ・ゲート電極MG上に乗り上げた構造になっており、絶縁膜6及び一方のサイドウォールスペーサ7によってメモリ・ゲート電極MGと電気的に分離されている。コントロール・ゲート電極CGは、例えば抵抗値を低減する不純物が導入された多結晶シリコン膜で形成され、ゲート絶縁膜8は、例えば酸化シリコン膜で形成されている。
The control gate electrode CG is provided in the active region of the main surface of the
2つのサイドウォールスペーサ7のうち、他方(コントロール・ゲート電極CG側と反対側)のサイドウォールスペーサ7の外側には、この他方のサイドウォールスペーサ7に整合して形成されたサイドウォールスペーサ10が設けられている。また、コントロール・ゲート電極CGの外側には、このコントロール・ゲート電極CGに整合して形成されたサイドウォールスペーサ10が設けられている。サイドウォールスペーサ10は、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜で形成されている。
Of the two
ソース領域及びドレイン領域は、一対のn型半導体領域(エクステンション領域)9及び一対のn型半導体領域(コンタクト領域)11a,11bを有する構成になっている。一対のn型半導体領域9のうち、一方のn型半導体領域9は、他方(コントロール・ゲート電極CG側と反対側)のサイドウォールスペーサ7に整合してシリコン基板1の主面に設けられ、他方のn型半導体領域9は、コントロール・ゲート電極CGの外側に設けられたサイドウォールスペーサ10に整合してシリコン基板1の主面に設けられている。一対のn型半導体領域(11a,11b)のうち、一方のn型半導体領域11bは、他方(メモリ・ゲート電極MG側)のサイドウォールスペーサ10に整合してシリコン基板1の主面に設けられ、他方のn型半導体領域11aは、コントロール・ゲート電極CG側のサイドウォールスペーサ10に整合してシリコン基板1の主面に設けられている。
The source region and the drain region have a pair of n-type semiconductor regions (extension regions) 9 and a pair of n-type semiconductor regions (contact regions) 11a and 11b. Of the pair of n-
チャネル形成領域は、コントロール・ゲート電極CG及びメモリ・ゲート電極MGの直下、換言すればソース領域とドレイン領域との間におけるシリコン基板1の表層部に設けられている。チャネル形成領域には、p型半導体領域4が設けられている。p型半導体領域4はメモリ・ゲート電極MGに対向して設けられ、一方(MG側)のn型半導体領域9とpn接合されている。
The channel formation region is provided immediately below the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, in other words, in the surface layer portion of the
Y方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm1は、ドレイン領域(n型半導体領域11a)及びソース領域(n型半導体領域11b)が兼用されている。n型半導体領域11bは、図3に示すように、X方向に沿って延在し、図2に示すソース配線18として使用されている。即ち、X方向に沿って延在するソース配線18は、n型半導体領域11bで形成されている。
The non-volatile memory element Qm1 adjacent in the Y direction has both a drain region (n-
X方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm1は、図3及び図5に示すように、各々のメモリ・ゲート電極MGがX方向に沿って延在するゲート配線16の一部で形成、換言すればゲート配線16と一体に形成されている。また、X方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm1は、図3及び図6に示すように、各々のコントロール・ゲート電極CGがX方向に沿って延在するゲート配線17の一部で形成、換言すればゲート配線17と一体に形成されている。ゲート配線16及び17は、例えば抵抗値を低減する不純物が導入された多結晶シリコン膜で形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the non-volatile memory element Qm1 adjacent in the X direction is formed by a part of the
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21に配置された不揮発性記憶素子Qm1は、図4乃至図6に示すように、シリコン基板1の主面上に設けられた層間絶縁膜12で覆われており、層間絶縁膜12上にはY方向に沿って延在する複数のサブビット線15が配置されている。サブビット線15は、例えば、Al膜、又はAl合金膜、若しくはCu膜、又はCu合金膜等の導電性金属膜で形成されている。層間絶縁膜12は、例えば酸化シリコン膜で形成されている。
The nonvolatile memory element Qm1 disposed in the program
Y方向に隣り合う不揮発性記憶素子Qm1のドレイン領域(n型半導体領域11a)上には、層間絶縁膜12の表面からn型半導体領域11aに到達する接続孔13が設けられ、この接続孔13の内部には導電性プラグ14が埋め込まれている。Y方向に隣り合う不揮発性記憶素子Qm1のドレイン領域(n型半導体領域11a)は、導電性プラグ14を介して、層間絶縁膜12上を延在するサブビット線15と電気的に接続されている。
A
データ用不揮発性メモリ・モジュール22は、図7及び図8に示すように、基本的にプログラム用不揮発性メモリ・モジュール21と同様の構成になっている。また、データ用不揮発性メモリ・モジュール22に配置された不揮発性記憶素子Qm2も、図9乃至図11に示すように、基本的に不揮発性記憶素子Qm1と同様の構成になっている。但し、不揮発性記憶素子Qm2のゲート幅(チャネル幅)Wdは、後で詳細に説明するが、不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅(チャネル幅)Wpよりも広くなっている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the data
不揮発性記憶素子Qm1及びQm2は、図2及び図7に示すように、等価回路的にMONOS型FETと制御用MISFET(パストランジスタ)とを直列接続した構成になっており、メモリ・ゲート電極MG下の電荷蓄積用絶縁膜5における窒化シリコン膜5b中のトラップにホットエレクトロンが注入されると、MONOS型FETの閾値電圧(メモリ・ゲート電極MG下における閾値電圧:Vth)が変化し、制御用MISFETとMONOS型FETが直列接続された系全体の閾値電圧(コントロール・ゲート電極CGにおける閾値電圧とメモリ・ゲート電極MGにおける閾値電圧の系全体の閾値電圧)が変化する。即ち、不揮発性記憶素子Qm1及びQm2は、電荷蓄積用絶縁膜5に電荷が蓄積されることで、ソース・ドレイン間に流れるドレイン電流の閾値電圧を制御してメモリ動作する構造になっている。
As shown in FIGS. 2 and 7, each of the nonvolatile memory elements Qm1 and Qm2 has a configuration in which a MONOS type FET and a control MISFET (pass transistor) are connected in series in an equivalent circuit, and the memory gate electrode MG. When hot electrons are injected into the trap in the
なお、電荷蓄積用絶縁膜5において、ホットエレクトロンを注入する膜は、特に窒化シリコン(SiN)膜に限るものではなく、例えば、酸窒化シリコン(SiON)膜のような膜中に窒素を含有する絶縁膜で形成することもできる。このような酸窒化シリコン膜で形成した場合、窒化シリコン膜に比べて電荷蓄積用絶縁膜5の耐圧を高めることができる。このため、後述するようなホットエレクトロン又はホットホールの注入回数に応じたメモリ・ゲート電極MG下の基板表面(基板と電荷蓄積用絶縁膜との界面近傍)におけるキャリア移動度の劣化に対する耐性を高めることができる。
In the charge
不揮発性記憶素子Qm1及びQm2の書き込み動作は、例えば、ドレイン領域のn型半導体領域11aに1[V]、ソース領域のn型半導体領域11bに6[V]、メモリ・ゲート電極MGに12[V]、コントロール・ゲート電極CGに1.5[V]、p型ウエル領域3に0[V]の電圧を印加し、メモリ・ゲート電極MG下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5b中にホットエレクトロンを注入することによって行われる。ホットエレクトロンの注入は、電荷蓄積用絶縁膜5の下層の酸化シリコン膜5aを通過させることによって行われる。
The write operation of the nonvolatile memory elements Qm1 and Qm2 is performed, for example, by 1 [V] on the n-
不揮発性記憶素子Qm1及びQm2の消去動作は、例えば、ソース領域及びドレイン領域に0[V]、メモリ・ゲート電極MGに14[V]、コントロール・ゲート電極CG及びp型ウエル領域3に0[V]の電圧を印加し、電荷蓄積用絶縁膜5の上層の酸窒化シリコン膜5cをトンネリングさせて、電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5bからメモリ・ゲート電極MGに電子を放出させることによって行われる。
The erasing operation of the nonvolatile memory elements Qm1 and Qm2 is, for example, 0 [V] for the source region and drain region, 14 [V] for the memory gate electrode MG, and 0 [V] for the control gate electrode CG and the p-
不揮発性記憶素子Qm1及びQm2の読み出し動作は、例えば、ソース領域に0[V]、ドレイン領域に1.5[V]、メモリ・ゲート電極MG及びコントロール・ゲート電極CGに1.5[V]、p型ウエル領域3に0[V]の電位を夫々印加して行われる。
The read operation of the nonvolatile memory elements Qm1 and Qm2 is, for example, 0 [V] in the source region, 1.5 [V] in the drain region, and 1.5 [V] in the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. This is performed by applying a potential of 0 [V] to the p-
不揮発性記憶素子Qm2のメモリ・ゲート電極MG下におけるゲート幅Wgm2(図10参照)は、不揮発性記憶素子Qm1のメモリ・ゲート電極MG下におけるゲート幅Wgm1(図5参照)よりも広くなっており、不揮発性記憶素子Qm2のコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート幅Wgc2(図11参照)は、不揮発性記憶素子Qm1のコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート幅Wgc1(図6参照)よりも広くなっている。即ち、不揮発性記憶素子Qm2のゲート幅(チャネル幅)Wdは、不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅(チャネル幅)Wpよりも広くなっている。本実施例1において、不揮発性記憶素子Qm2のゲート幅は、例えば不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅の約3倍になっている。 The gate width Wgm2 (see FIG. 10) under the memory gate electrode MG of the nonvolatile memory element Qm2 is wider than the gate width Wgm1 (see FIG. 5) under the memory gate electrode MG of the nonvolatile memory element Qm1. The gate width Wgc2 (see FIG. 11) under the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element Qm2 is wider than the gate width Wgc1 (see FIG. 6) under the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element Qm1. Yes. That is, the gate width (channel width) Wd of the nonvolatile memory element Qm2 is wider than the gate width (channel width) Wp of the nonvolatile memory element Qm1. In the first embodiment, the gate width of the nonvolatile memory element Qm2 is, for example, about three times the gate width of the nonvolatile memory element Qm1.
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21及びデータ用不揮発性メモリ・モジュール22において、ゲート配線16及び17は、図5及び図6、並びに図10及び図11に示すように、活性領域上及び素子分離領域2上を延在している。従って、不揮発性記憶素子Qm1及びQm2において、メモリ・ゲート電極MG下におけるゲート幅(Wgm1,Wgm2)、並びにコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート幅(Wgc1,Wgc2)は、素子分離領域2によって規定される。メモリ・ゲート電極MG下におけるゲート長、並びにコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート長は、ソース領域/ドレイン領域間の長さで規定される。本実施例1において、不揮発性記憶素子Qm1及びQm2のゲート長は例えば0.5μm程度、不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅は例えば0.32μm程度、不揮発性記憶素子Qm2のゲート幅は例えば1.0μm程度になっている。
In the program
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール21に配置された不揮発性記憶素子Qm1は、論理演算回路モジュール25に配置されたCPUやDSP等の論理演算回路を動作させるためのプログラムデータの記憶に使用される。データ用不揮発性メモリ・モジュール22に配置された不揮発性記憶素子Qm2は、前記プログラムの実行によって処理された処理データの記憶に使用される。即ち、本実施例1のマイクロ・コンピュータ20aは、MONOS型不揮発性記憶素子Qm1と、MONOS型不揮発性記憶素子Qm1よりもゲート幅が広いMONOS型不揮発性記憶素子Qm2とを同一基板に混載し、MONOS型不揮発性記憶素子Qm1を書換回数が少ないプログラムデータの記憶用として使用し、MONOS型不揮発性記憶素子Qm2を書換回数が多い処理データの記憶用として使用している。
このように構成されたマイクロ・コンピュータ20aは、図12に示すように、非接触型のICカード30に搭載される。
The nonvolatile memory element Qm1 arranged in the program
The
ここで、MONOS型不揮発性記憶素子の書換回数について説明する。
図13は、書換回数と書換時間との関係を示す図であり、図14は、消去動作による電荷蓄積用絶縁膜の劣化モデルを示す図である。
Here, the number of rewrites of the MONOS type nonvolatile memory element will be described.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the number of rewrites and the rewrite time, and FIG. 14 is a diagram showing a deterioration model of the charge storage insulating film due to the erase operation.
本実施例1の不揮発性記憶素子Qm1は、メモリ・ゲート電極MG下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5b中にホットエレクトロンを注入することによってデータの書き込みが行われ、電荷蓄積用絶縁膜5の上層の酸窒化シリコン膜5cをトンネリングさせて、電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5bからメモリ・ゲート電極MGに電子を放出させることによってデータの書き換えが行われる。このような不揮発性記憶素子Qm1では、図13に示すように、1000回前後にて書換時間が桁で遅くなるため、製品としての書換動作ができなくなってしまう。これは、消去動作時に電荷蓄積用絶縁膜が劣化することに起因するとされている。不揮発性記憶素子Qm1は、メモリ・ゲート電極MGへの正バイアス印加によるFN全面引き抜きによってデータの消去を行っているため、図14に示すように、主に酸窒化シリコン膜5cが劣化するものと考えられる。
In the nonvolatile memory element Qm1 of the first embodiment, hot electrons are injected into the
図15は、不揮発性記憶素子のゲート幅W(メモリセルの幅)を変えた時の消去時間の書換回数依存性を示す図であり、図16は、不揮発性記憶素子のゲート幅W(メモリセルの幅)を変えた時の閾値電圧(Vth@Erase)と駆動電流(Ids@Erase)との関係を示す図である。ゲート幅Wは異なるが、消去状態は同じ電流が流れるところで定義している。この例の場合、図15に示すように、不揮発性記憶素子のゲート幅W(メモリセル幅)を約3倍に広げることで、実行的に2桁以上の書換回数を保証することが可能になる。これは、消去状態は同じ電流が流れるところで定義していることに起因する。図16に示すように、消去状態は、ある電圧(Vth@Erase)にて、ある規定の駆動電流Ids(Ids@Erase)が流れるかどうかで判定される。不揮発性記憶素子のゲート幅W(メモリセルの幅)が大きい場合、駆動能力が大きいので、実行的にVthの変動幅を小さくすることが可能で、劣化の原因となる消去ストレスを小さくすることができる。従って、劣化を抑えて書換耐性向上を図ることができるので、書換回数の増加を図ることができる。 FIG. 15 is a diagram showing the rewrite frequency dependency of the erase time when the gate width W (memory cell width) of the nonvolatile memory element is changed, and FIG. 16 is a diagram showing the gate width W (memory of the nonvolatile memory element). It is a figure which shows the relationship between the threshold voltage (Vth @ Erase) when changing the width | variety of a cell), and a drive current (Ids @ Erase). Although the gate width W is different, the erase state is defined where the same current flows. In the case of this example, as shown in FIG. 15, it is possible to effectively guarantee the number of rewrites of two digits or more by increasing the gate width W (memory cell width) of the nonvolatile memory element by about three times. Become. This is because the erased state is defined where the same current flows. As shown in FIG. 16, the erased state is determined by whether or not a specified drive current Ids (Ids @ Erase) flows at a certain voltage (Vth @ Erase). When the gate width W (memory cell width) of the nonvolatile memory element is large, the driving capability is large, so that the fluctuation range of Vth can be reduced effectively, and the erasing stress that causes deterioration is reduced. Can do. Therefore, since the deterioration can be suppressed and the rewrite resistance can be improved, the number of rewrites can be increased.
但し、上記例では不揮発性記憶素子(メモリセル)の大きさが約3倍になるため、集積度が低下してしまう。そこで、本実施例1のように、ゲート幅Wが小さい不揮発性記憶素子Qm1を書換回数が少ないプログラムデータの記憶用として使用し、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子Qm2を書換回数が多い処理データの記憶用として使用することにより、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子Qm2を書換回数が少ないプログラムデータの記憶用として使用し、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子Qm2を書換回数が多い処理データの記憶用として使用した場合と比較して、不揮発性記憶素子のゲート幅Wを広くしたことによる集積度の低下を抑制、即ち高集積化を図ることができる。
このように、本実施例1によれば、マイクロ・コンピュータ20aの書換回数向上及び高集積化を図ることができる。
However, in the above example, since the size of the nonvolatile memory element (memory cell) is about three times, the degree of integration is lowered. Therefore, as in the first embodiment, the nonvolatile memory element Qm1 with a small gate width W is used for storing program data with a small number of rewrites, and the nonvolatile memory element Qm2 with a wide gate width W is processed with a large number of rewrites. By using the nonvolatile memory element Qm2 having a wide gate width W for storing program data with a small number of rewrites, and using the nonvolatile memory element Qm2 having a wide gate width W for a large number of rewrites. Compared with the case where it is used for data storage, it is possible to suppress a decrease in the degree of integration due to the wide gate width W of the nonvolatile memory element, that is, to achieve high integration.
As described above, according to the first embodiment, it is possible to improve the number of rewrites and the high integration of the
前述の実施例1では、プログラムデータの記憶用に使用される不揮発性記憶素子と処理データの記憶用に使用される不揮発性記憶素子を分けて2つの不揮発性メモリ・モジュールを構成した例について説明したが、本実施例2では、プログラムデータ記憶用の不揮発性記憶素子と処理データ記憶用の不揮発性記憶素子を混載して1つの不揮発性メモリ・モジュールを構成した例について説明する。 In the first embodiment described above, an example in which a nonvolatile memory element used for storing program data and a nonvolatile memory element used for storing processing data are divided into two nonvolatile memory modules is described. However, in the second embodiment, an example will be described in which a nonvolatile memory element for storing program data and a nonvolatile memory element for storing processing data are mounted together to constitute one nonvolatile memory module.
図17乃至図21は、本発明の実施例2であるマイクロ・コンピュータに係る図であり、
図17は、マイクロ・コンピュータの平面レイアウト図、
図18は、図17の不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す等価回路図、
図19は、図17の不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図20は、図19のg−g’線に沿う模式的断面図である。
図21は、図19のh−h’線に沿う模式的断面図である。
FIGS. 17 to 21 are diagrams related to a microcomputer that is
FIG. 17 is a plan layout view of a microcomputer;
18 is an equivalent circuit diagram showing a part of the nonvolatile memory module of FIG.
19 is a schematic plan view showing a part of the nonvolatile memory module of FIG.
20 is a schematic cross-sectional view taken along the line gg ′ of FIG.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view taken along the line hh ′ of FIG.
図17に示すように、本実施例2のマイクロ・コンピュータ20bは、シリコン基板1の主面に、不揮発性メモリ・モジュール26、周辺回路モジュール23、RAMモジュール24、論理演算回路モジュール25等が搭載されている。これらの各モジュールは、配線チャネル領域で区画されている。
As shown in FIG. 17, in the
不揮発性メモリ・モジュール26には、図18及び図19に示すように、Y方向に沿って配置された複数のメモリセルMc1(不揮発性記憶素子Qm1)からなる第1のセル列と、Y方向に沿って配置された複数のメモリセルMc2(不揮発性記憶素子Qm2)からなる第2のセル列がX方向に沿って交互に複数列配置されている。
As shown in FIGS. 18 and 19, the
X方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm1及びQm2は、図19及び図20に示すように、各々のメモリ・ゲート電極MGがX方向に沿って延在するゲート配線16の一部で形成、換言すればゲート配線16と一体に形成されている。また、X方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm1及びQm2は、図19及び図21に示すように、各々のコントロール・ゲート電極CGがX方向に沿って延在するゲート配線17の一部で形成、換言すればゲート配線17と一体に形成されている。
As shown in FIGS. 19 and 20, the non-volatile memory elements Qm1 and Qm2 adjacent in the X direction are formed by a part of the
不揮発性記憶素子Qm1は、論理演算回路モジュール25に配置されたCPUやDSP等の論理演算回路を動作させるためのプログラムデータの記憶に使用される。不揮発性記憶素子Qm2は、前記プログラムの実行によって処理された処理データの記憶に使用される。即ち、不揮発性メモリ・モジュール26は、プログラムデータの記憶に使用される不揮発性記憶素子Qm1と、処理データ用の記憶に使用され、不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅Wpよりもゲート幅Wdが広い不揮発性記憶素子Qm2とを混載した構成になっている。すなわち、不揮発性記憶素子Qm1のゲート幅(チャネル幅)Wpと、不揮発性記憶素子Qm2のゲート幅(チャネル幅)Wdとの関係が、Wd>Wpとなるように形成されている。
The non-volatile memory element Qm1 is used for storing program data for operating a logic operation circuit such as a CPU or DSP arranged in the logic
このように構成されたマイクロ・コンピュータ20bにおいても、前述の実施例1と同様に、書換回数向上及び高集積化を図ることができる。
また、センスアンプSAがプログラムデータの記憶に使用される不揮発性記憶素子Qm1と、処理データ用の記憶に使用される不揮発性記憶素子Qm2で共通となる構成であるため、実施例1と比較して、不揮発性メモリモジュールの微細化を図ることが出来る。
In the
Further, since the sense amplifier SA has a configuration common to the nonvolatile memory element Qm1 used for storing program data and the nonvolatile memory element Qm2 used for storing processing data, the sense amplifier SA is compared with the first embodiment. Thus, the nonvolatile memory module can be miniaturized.
前述の実施例1及び2では、電荷蓄積用絶縁膜の窒化シリコン膜に注入された電子をゲート電極に放出させてデータの消去を行う不揮発性記憶素子を有するマイクロ・コンピュータに本発明を適用した例について説明したが、本実施例2では、メモリ・ゲート電極下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜の窒化シリコン膜中にホットホールを注入させることによってデータの消去を行う不揮発性記憶素子を有するマイクロ・コンピュータに本発明を適用した例について説明する。
In the first and second embodiments described above, the present invention is applied to a microcomputer having a nonvolatile memory element that erases data by discharging electrons injected into the silicon nitride film of the charge storage insulating film to the gate electrode. In the second embodiment, data is erased by injecting hot holes into the silicon nitride film of the charge storage insulating film from the channel formation region side (
図22乃至図29は、本発明の実施例3であるマイクロ・コンピュータに係る図であり、
図22は、マイクロ・コンピュータに搭載されたプログラム用不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図23は、図22のi−i’線に沿う模式的断面図、
図24は、図22のj−j’線に沿う模式的断面図、
図25は、図22のk−k’線に沿う模式的断面図、
図26は、マイクロ・コンピュータに搭載されたデータ用不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図27は、図26のl−l’線に沿う模式的断面図、
図28は、図26のm−m’線に沿う模式的断面図、
図29は、図26のn−n’線に沿う模式的断面図である。
22 to 29 are diagrams related to a microcomputer that is
FIG. 22 is a schematic plan view showing a part of a program non-volatile memory module mounted on a microcomputer;
23 is a schematic cross-sectional view taken along the line ii ′ of FIG.
24 is a schematic cross-sectional view taken along the line j ′ of FIG.
25 is a schematic cross-sectional view taken along the line kk ′ of FIG.
FIG. 26 is a schematic plan view showing a part of a non-volatile memory module for data mounted on a microcomputer;
27 is a schematic cross-sectional view taken along line ll ′ of FIG.
28 is a schematic cross-sectional view along the line mm ′ of FIG.
FIG. 29 is a schematic sectional view taken along line nn ′ of FIG.
本実施例3のマイクロ・コンピュータは、基本的に前述の実施例1のマイクロ・コンピュータと同様の構成になっており、メモリセルMc1及びMc2の素子構造が異なっている。 The microcomputer according to the third embodiment basically has the same configuration as that of the microcomputer according to the first embodiment, and the element structures of the memory cells Mc1 and Mc2 are different.
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール(21)には、図22に示すメモリセルMc1が行列状に複数配置されている。1つのメモリセルMc1は、図23に示す1つの不揮発性記憶素子Qm3で構成されている。データ用不揮発性メモリ・モジュール(22)には、図26に示すメモリセルMc2が行列状に複数配置されている。1つのメモリセルMc2は、図27に示す1つの不揮発性記憶素子Qm4で構成されている。 In the non-volatile memory module for program (21), a plurality of memory cells Mc1 shown in FIG. 22 are arranged in a matrix. One memory cell Mc1 includes one nonvolatile memory element Qm3 shown in FIG. In the data non-volatile memory module (22), a plurality of memory cells Mc2 shown in FIG. 26 are arranged in a matrix. One memory cell Mc2 includes one nonvolatile memory element Qm4 shown in FIG.
不揮発性記憶素子Qm3は、図23に示すように、チャネル形成領域、ゲート絶縁膜42、コントロール・ゲート電極CG、電荷蓄積部として機能する電荷蓄積用絶縁膜5、メモリ・ゲート電極MG、ソース領域及びドレイン領域等を有する構成になっており、等価回路的に制御用MISFET(パストランジスタ)とMONOS型FETとを直列接続した構成になっている。
As shown in FIG. 23, the nonvolatile memory element Qm3 includes a channel formation region, a
コントロール・ゲート電極CGは、例えば酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜42を介在してシリコン基板1の主面の活性領域に設けられている。電荷蓄積用絶縁膜5は、コントロール・ゲート電極CGのチャネル長方向において互いに反対側に位置する2つの側壁面のうちの一方の壁面側に、この一方の側壁面及びシリコン基板1の主面に沿って設けられている。メモリ・ゲート電極MGは、シリコン基板1及びコントロール・ゲート電極CGとの間に電荷蓄積用絶縁膜5を介在して、コントロール・ゲート電極CGの隣、具体的にはコントロール・ゲート電極CGの一方の側壁面側に設けられている。このコントロール・ゲート電極CG及びメモリ・ゲート電極MGは、これらのゲート長方向に沿って配置されている。
The control gate electrode CG is provided in the active region of the main surface of the
電荷蓄積用絶縁膜5は、ONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜:Oxide/Nitride/Oxide)膜で形成され、本実施例では、例えばシリコン基板1の主面側から酸化シリコン膜(SiO)5a/窒化シリコン膜(SiN)5b/酸化シリコン膜(SiO)5dの順に配置されたONO膜で形成されている。
The charge
コントロール・ゲート電極CGの他方の側壁面側(メモリ・ゲート電極MGが設けられた側壁面と反対側の側壁面側)には、このコントロール・ゲート電極CGに整合して形成されたサイドウォールスペーサ45が設けられ、メモリ・ゲート電極MGの外側には、このメモリ・ゲート電極MGに整合して形成されたサイドウォールスペーサ45が設けられている。これらのサイドウォールスペーサ45は、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜で形成されている。
On the other side wall surface side of the control gate electrode CG (side wall surface side opposite to the side wall surface on which the memory gate electrode MG is provided), a side wall spacer formed in alignment with the control
ソース領域及びドレイン領域は、一対のn型半導体領域(エクステンション領域)44及び一対のn型半導体領域(コンタクト領域)46a,46bを有する構成になっている。一対のn型半導体領域44のうち、一方のn型半導体領域44は、コントロール・ゲート電極CGに整合してシリコン基板1の主面に設けられ、他方のn型半導体領域44は、メモリ・ゲート電極MGに整合してシリコン基板1の主面に設けられている。一対のn型半導体領域(46a,46b)のうち、一方のn型半導体領域46aは、コントロール・ゲート電極CG側のサイドウォールスペーサ45に整合してシリコン基板1の主面に設けられ、他方のn型半導体領域46bは、メモリ・ゲート電極MGの外側のサイドウォールスペーサ45に整合してシリコン基板1の主面に設けられている。
The source region and the drain region include a pair of n-type semiconductor regions (extension regions) 44 and a pair of n-type semiconductor regions (contact regions) 46a and 46b. Of the pair of n-
チャネル形成領域は、コントロール・ゲート電極CG及びメモリ・ゲート電極MGの直下、換言すればソース領域とドレイン領域との間におけるシリコン基板1の表層部に設けられている。チャネル形成領域には、p型半導体領域41及び43が設けられている。p型半導体領域41はコントロール・ゲート電極CGに対向して設けられ、コントロール・ゲート電極CG側のn型半導体領域44とpn接合されている。p型半導体領域43は、メモリ・ゲート電極MGに対向して設けられ、p型半導体領域41に接触し、かつメモリ・ゲート電極MG側のn型半導体領域44とpn接合されている。
The channel formation region is provided immediately below the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, in other words, in the surface layer portion of the
Y方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm3は、ドレイン領域(n型半導体領域46a)及びソース領域(n型半導体領域46b)が兼用されている。n型半導体領域46bは、図22に示すように、X方向に沿って延在し、ソース配線18として使用されている。
The non-volatile memory element Qm3 adjacent in the Y direction has both a drain region (n-type semiconductor region 46a) and a source region (n-
X方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm3は、図22及び図24に示すように、各々のメモリ・ゲート電極MGがX方向に沿って延在するゲート配線16の一部で形成、換言すればゲート配線16と一体に形成されている。また、X方向において隣り合う不揮発性記憶素子Qm3は、図22及び図25に示すように、各々のコントロール・ゲート電極CGがX方向に沿って延在するゲート配線17の一部で形成、換言すればゲート配線17と一体に形成されている。
As shown in FIGS. 22 and 24, the nonvolatile memory element Qm3 adjacent in the X direction is formed by a part of the
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール(21)に配置された不揮発性記憶素子Qm3は、図23乃至図25に示すように、シリコン基板1の主面上に設けられた層間絶縁膜12で覆われており、層間絶縁膜12上にはY方向に沿って延在する複数のサブビット線15が配置されている。
The nonvolatile memory element Qm3 arranged in the nonvolatile memory module for program (21) is covered with an
X方向に隣り合う不揮発性記憶素子Qm3のドレイン領域(n型半導体領域46a)上には、層間絶縁膜12の表面からn型半導体領域46aに到達する接続孔13が設けられ、この接続孔13の内部には導電性プラグ14が埋め込まれている。X方向に隣り合う不揮発性記憶素子Qm3のドレイン領域(n型半導体領域46a)は、導電性プラグ14を介して、層間絶縁膜12上を延在するサブビット線15と電気的に接続されている。
A
データ用不揮発性メモリ・モジュール(22)は、基本的にプログラム用不揮発性メモリ・モジュール(21)と同様の構成になっている。また、データ用不揮発性メモリ・モジュール(22)に配置された不揮発性記憶素子Qm4も、図27乃至図29に示すように、基本的に不揮発性記憶素子Qm3と同様の構成になっている。但し、不揮発性記憶素子Qm4のゲート幅(チャネル幅)Wdは、実施例1と同様に、不揮発性記憶素子Qm3のゲート幅(チャネル幅)Wpよりも広くなっている。 The data non-volatile memory module (22) has basically the same configuration as the program non-volatile memory module (21). Also, the nonvolatile memory element Qm4 arranged in the data nonvolatile memory module (22) has basically the same configuration as the nonvolatile memory element Qm3 as shown in FIGS. However, the gate width (channel width) Wd of the nonvolatile memory element Qm4 is wider than the gate width (channel width) Wp of the nonvolatile memory element Qm3, as in the first embodiment.
不揮発性記憶素子Qm3及びQm4は、等価回路的にMONOS型FETと制御用MISFET(パストランジスタ)とを直列接続した構成になっており、メモリ・ゲート電極MG下の電荷蓄積用絶縁膜5における窒化シリコン膜5b中のトラップにホットエレクトロンが注入されると、MONOS型FETの閾値電圧(メモリ・ゲート電極MG下における閾値電圧:Vth)が変化し、制御用MISFETとMONOS型FETが直列接続された系全体の閾値電圧(コントロール・ゲート電極CGにおける閾値電圧とメモリ・ゲート電極MGにおける閾値電圧の系全体の閾値電圧)が変化する。即ち、不揮発性記憶素子Qm3及びQm4は、電荷蓄積用絶縁膜5に電荷が蓄積されることで、ソース・ドレイン間に流れるドレイン電流の閾値電圧を制御してメモリ動作する構造になっている。
The nonvolatile memory elements Qm3 and Qm4 have a structure in which a MONOS type FET and a control MISFET (pass transistor) are connected in series in an equivalent circuit, and are nitrided in the charge
不揮発性記憶素子Qm3及びQm4の書き込み動作は、例えば、ドレイン領域のn型半導体領域46aに1[V]、ソース領域のn型半導体領域46bに6[V]、メモリ・ゲート電極MGに12[V]、コントロール・ゲート電極CGに1.5[V]、p型ウエル領域3に0[V]の電圧を印加し、メモリ・ゲート電極MG下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5b中にホットエレクトロンを注入することによって行われる。ホットエレクトロンの注入は、電荷蓄積用絶縁膜5の下層の酸化シリコン膜5aを通過させることによって行われる。
For example, the write operation of the nonvolatile memory elements Qm3 and Qm4 is 1 [V] in the n-type semiconductor region 46a of the drain region, 6 [V] in the n-
不揮発性記憶素子Qm3及びQm4の消去動作は、例えば、ドレイン領域に0[V]、ソース領域に7[V]、メモリ・ゲート電極MGに−6[V]、コントロール・ゲート電極CG及びp型ウエル領域3に0[V]の電位を夫々印加し、電荷蓄積用絶縁膜5の下層の酸化シリコン膜5aを通過させて、メモリ・ゲート電極MG下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5b中にホットホールを注入させることによって行われる。
The erase operations of the nonvolatile memory elements Qm3 and Qm4 are, for example, 0 [V] in the drain region, 7 [V] in the source region, −6 [V] in the memory gate electrode MG, the control gate electrode CG and the p-type A potential of 0 [V] is applied to the
不揮発性記憶素子Qm3及びQm4の読み出し動作は、例えば、ソース領域に0[V]、ドレイン領域に1.5[V]、メモリ・ゲート電極MG及びコントロール・ゲート電極CGに1.5[V]、p型ウエル領域3に0[V]の電位を夫々印加して行われる。
The read operations of the nonvolatile memory elements Qm3 and Qm4 are, for example, 0 [V] for the source region, 1.5 [V] for the drain region, and 1.5 [V] for the memory gate electrode MG and the control gate electrode CG. This is performed by applying a potential of 0 [V] to the p-
不揮発性記憶素子Qm4のメモリ・ゲート電極MG下におけるゲート幅Wgm4(図28参照)は、不揮発性記憶素子Qm3のメモリ・ゲート電極MG下におけるゲート幅Wgm3(図24参照)よりも広くなっており、不揮発性記憶素子Qm4のコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート幅Wgc4(図29参照)は、不揮発性記憶素子Qm3のコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート幅Wgc3(図25参照)よりも広くなっている。即ち、不揮発性記憶素子Qm4のゲート幅(チャネル幅)Wdは、不揮発性記憶素子Qm3のゲート幅(チャネル幅)Wpよりも広くなっている。本実施例1において、不揮発性記憶素子Qm4のゲート幅は、例えば不揮発性記憶素子Qm3のゲート幅の約3倍になっている。 The gate width Wgm4 (see FIG. 28) under the memory gate electrode MG of the nonvolatile memory element Qm4 is wider than the gate width Wgm3 (see FIG. 24) under the memory gate electrode MG of the nonvolatile memory element Qm3. The gate width Wgc4 (see FIG. 29) under the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element Qm4 is wider than the gate width Wgc3 (see FIG. 25) under the control gate electrode CG of the nonvolatile memory element Qm3. Yes. That is, the gate width (channel width) Wd of the nonvolatile memory element Qm4 is wider than the gate width (channel width) Wp of the nonvolatile memory element Qm3. In the first embodiment, the gate width of the nonvolatile memory element Qm4 is, for example, about three times the gate width of the nonvolatile memory element Qm3.
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール(21)及びデータ用不揮発性メモリ・モジュール(22)において、ゲート配線16及び17は、図24及び図25、並びに図28及び図29に示すように、活性領域上及び素子分離領域2上を延在している。従って、不揮発性記憶素子Qm3及びQm4において、メモリ・ゲート電極MG下におけるゲート幅(Wgm3,Wgm4)、並びにコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート幅(Wgc3,Wgc4)は、素子分離領域2によって規定される。メモリ・ゲート電極MG下におけるゲート長、並びにコントロール・ゲート電極CG下におけるゲート長は、ソース領域/ドレイン領域間の長さで規定される。本実施例3において、不揮発性記憶素子Qm3及びQm4のゲート長は例えば0.25μm程度、不揮発性記憶素子Qm3のゲート幅は例えば0.3μm程度、不揮発性記憶素子Qm4のゲート幅は例えば1.0μm程度になっている。
In the nonvolatile memory module for program (21) and the nonvolatile memory module for data (22), the gate wirings 16 and 17 are arranged on the active region as shown in FIGS. 24 and 25, and FIGS. And it extends on the
プログラム用不揮発性メモリ・モジュール(21)に配置された不揮発性記憶素子Qm3は、論理演算回路モジュール(25)に配置されたCPUやDSP等の論理演算回路を動作させるためのプログラムデータの記憶に使用される。データ用不揮発性メモリ・モジュール(22)に配置された不揮発性記憶素子Qm4は、前記プログラムの実行によって処理された処理データの記憶に使用される。 The nonvolatile memory element Qm3 arranged in the program nonvolatile memory module (21) stores program data for operating a logic operation circuit such as a CPU or DSP arranged in the logic operation circuit module (25). used. The nonvolatile memory element Qm4 arranged in the data nonvolatile memory module (22) is used for storing processed data processed by executing the program.
ここで、MONOS型不揮発性記憶素子の書換回数について説明する。
本実施例3の不揮発性記憶素子Qm3は、メモリ・ゲート電極MG下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5b中にホットエレクトロンを注入することによってデータの書き込みが行われ、電荷蓄積用絶縁膜5の下層の酸化シリコン膜5aを通過させて、メモリ・ゲート電極MG下のチャネル形成領域側(基板1側)から電荷蓄積用絶縁膜5の窒化シリコン膜5b中にホットホールを注入させることによってデータの書き換えが行われる。このような不揮発性記憶素子Qm3では、前述の不揮発性記憶素子Qm1と同様に、1000回前後にて書換時間が桁で遅くなるため、製品としての書換動作ができなくなってしまう。これは、消去動作時に電荷蓄積用絶縁膜が劣化することに起因するとされている。不揮発性記憶素子Qm3は、ソース領域端からのホットホール注入によってデータの消去を行っているため、図30に示すように、主に酸化シリコン膜5aが劣化するものと考えられる。
Here, the number of rewrites of the MONOS type nonvolatile memory element will be described.
In the nonvolatile memory element Qm3 of the third embodiment, hot electrons are injected into the
不揮発性記憶素子Qm3においても、ゲート幅W(メモリセル幅)を約3倍に広げることで、前述の実施例1と同様に、実行的に2桁以上の書換回数を保証することが可能になる。 Also in the nonvolatile memory element Qm3, by increasing the gate width W (memory cell width) by about three times, it is possible to guarantee the number of rewrites of two digits or more practically as in the first embodiment. Become.
ゲート幅Wが小さい不揮発性記憶素子Qm3を書換回数が少ないプログラムデータの記憶用として使用し、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子Qm4を書換回数が多い処理データの記憶用として使用することにより、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子Qm4を書換回数が少ないプログラムデータの記憶用として使用し、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子Qm4を書換回数が多い処理データの記憶用として使用した場合と比較して、不揮発性記憶素子のゲート幅Wを広くしたことによる集積度の低下を抑制、即ち高集積化を図ることができる。 By using the nonvolatile memory element Qm3 having a small gate width W for storing program data with a small number of rewrites, and using the nonvolatile memory element Qm4 having a wide gate width W for storing process data having a large number of rewrites, Compared to the case where the nonvolatile memory element Qm4 having a wide gate width W is used for storing program data with a small number of rewrites and the nonvolatile memory element Qm4 having a wide gate width W is used for storing process data having a large number of rewrites. Thus, it is possible to suppress a decrease in the degree of integration due to the wide gate width W of the nonvolatile memory element, that is, to achieve high integration.
このように、本実施例3においても、マイクロ・コンピュータの書換回数向上及び高集積化を図ることができる。 Thus, also in the third embodiment, it is possible to improve the number of times of rewriting and high integration of the microcomputer.
また、本実施例3では、不揮発性メモリモジュールの構成を、前述の実施例1のように、プログラム用の不揮発性メモリモジュールと処理データ記憶用のメモリモジュールとに分けて形成した例を示したが、前述の実施例2と同様に2つのメモリモジュールを混載して1つの不揮発性メモリモジュールを構成することも勿論可能であり、実施例2と同様の効果を得ることが出来る。 In the third embodiment, the configuration of the non-volatile memory module is divided into a non-volatile memory module for program and a memory module for storing processing data as in the first embodiment. However, it is of course possible to configure one nonvolatile memory module by mixing two memory modules in the same manner as in the second embodiment, and the same effects as in the second embodiment can be obtained.
前述の実施例2では、ゲート幅Wが小さい不揮発性記憶素子を書換回数が少ないプログラムデータの記憶用として使用し、ゲート幅Wが広い不揮発性記憶素子を書換回数が多い処理データの記憶用として使用する例を示したが、本実施例4では、双方の不揮発性記憶素子のゲート幅Wを同じにし、プログラムデータの記憶用の不揮発性メモリセルは1bitを1つの不揮発性記憶素子で形成し、データ用不揮発性メモリセルは1bitを複数の不揮発性記憶素子で形成する。 In the second embodiment described above, the nonvolatile memory element with a small gate width W is used for storing program data with a small number of rewrites, and the nonvolatile memory element with a wide gate width W is used for storing process data with a large number of rewrites. In the fourth embodiment, the gate width W of both nonvolatile memory elements is made the same, and a nonvolatile memory cell for storing program data is formed by one nonvolatile memory element. The non-volatile memory cell for data is formed of 1 bit by a plurality of non-volatile memory elements.
本実施例4では、前述の実施例2のように、図17に示すようなプログラムデータ記憶用の不揮発性記憶素子と処理データ記憶用の不揮発性記憶素子を混載して1つの不揮発性メモリ・モジュールを構成した例を基に説明する。 In the fourth embodiment, as in the second embodiment described above, a nonvolatile memory element for storing program data and a nonvolatile memory element for storing processing data as shown in FIG. A description will be given based on an example in which a module is configured.
図31乃至図36は、本発明の実施例4であるマイクロ・コンピュータに係る図であり、
図31は、不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す等価回路図、
図32は、図31の不揮発性メモリ・モジュールの一部を示す模式的平面図、
図33は、図32のo−o’線に沿う模式的断面図、
図34は、図32のp−p’線に沿う模式的断面図、
図35は、図32のq−q’線に沿う模式的断面図、
図36は、図31の不揮発性メモリ・モジュールへのサブビット線の接続を示す模式的平面図である。
FIGS. 31 to 36 are diagrams related to a microcomputer that is
FIG. 31 is an equivalent circuit diagram showing a part of a nonvolatile memory module;
32 is a schematic plan view showing a part of the nonvolatile memory module of FIG.
33 is a schematic cross-sectional view taken along the line oo ′ of FIG.
34 is a schematic sectional view taken along the line pp ′ of FIG.
35 is a schematic cross-sectional view taken along the line qq ′ of FIG.
FIG. 36 is a schematic plan view showing connection of sub-bit lines to the nonvolatile memory module of FIG.
不揮発性メモリ・モジュールは、図31及び図32に示すように、Y方向に沿って配置された複数のメモリセルMc1(不揮発性記憶素子Qm5)からなる第1のセル列と、Y方向に沿って配置された複数のメモリセルMc2(2つの不揮発性記憶素子Qm6、Qm7)からなる第2のセル列がX方向に沿って交互に複数列配置されている。これらの不揮発性記憶素子Qm5、Qm6およびQm7は、それぞれ前述の実施例1で述べた不揮発性記憶素子Qm1と同一構造のものであり、同一工程で形成されたものである。すなわち、そのゲート幅W等各種の寸法は同一のものである。 As shown in FIGS. 31 and 32, the nonvolatile memory module includes a first cell column including a plurality of memory cells Mc1 (nonvolatile memory elements Qm5) arranged along the Y direction, and a Y direction. A plurality of second cell columns made up of a plurality of memory cells Mc2 (two nonvolatile memory elements Qm6 and Qm7) are alternately arranged along the X direction. These nonvolatile memory elements Qm5, Qm6, and Qm7 have the same structure as the nonvolatile memory element Qm1 described in the first embodiment, and are formed in the same process. That is, various dimensions such as the gate width W are the same.
メモリセルMc1は、不揮発性記憶素子Qm5を含んで構成されており、前述の実施例1〜3と同様に、プログラムデータの記憶に使用される。 The memory cell Mc1 is configured to include a nonvolatile memory element Qm5, and is used for storing program data as in the first to third embodiments.
メモリセルMc2は、複数の不揮発性記憶素子Qm6およびQm7を含んで構成されており、前述の実施例1〜3と同様に処理データの記憶に使用される。不揮発性記憶素子Qm6およびQm7において、そのコントロール・ゲート電極CGと一体になったゲート配線16、メモリ・ゲート電極MGと一体になったゲート配線17およびソース配線18は不揮発性記憶素子Qm5と共通であるが、サブビット線15は不揮発性記憶素子Qm5と別に設けられており、各々のサブビット線15に対応して設けられたセンスアンプSAに電気的に接続されている。
The memory cell Mc2 is configured to include a plurality of nonvolatile storage elements Qm6 and Qm7, and is used for storing processing data in the same manner as in the first to third embodiments. In the nonvolatile memory elements Qm6 and Qm7, the
ここで、図31に示すように、メモリセルMc2のサブビット線15は不揮発性記憶素子Qm6およびQm7に対して共通である。その接続方法は、図36に示すように、たとえば、メモリセルMc2の上方を通過するメタル配線(サブビット線)15からプラグ14を介して、不揮発性記憶素子Qm6およびQm7のドレイン領域へ電気的に接続されることで実現されている。このように不揮発性記憶素子Qm6およびQm7のサブビット線を共通化することで、書き込み、消去および読み出し動作における不揮発性記憶素子Qm6およびQm7の電圧関係は同じものとなる。従って、メモリセルMc1に対するメモリセルMc2の実効的なチャネル幅を大きくすることができる。
Here, as shown in FIG. 31, the
また、メタル配線(サブビット線)15は、不揮発性記憶素子Qm6およびQm7の上方を覆うように形成した例を示したが、図37に示すように、他の方法として不揮発性記憶素子Qm6およびQm7の各々の上方を通過するメタル配線(サブビット線)15の一部を他の配線50でシャントさせる方法も考えられる。このように、配線レイアウトは本実施の形態に記載された内容に限られるものではなく、設計事項によって各種変更可能である。
Further, the metal wiring (sub-bit line) 15 is formed so as to cover the upper part of the nonvolatile memory elements Qm6 and Qm7. However, as shown in FIG. 37, as another method, the nonvolatile memory elements Qm6 and Qm7 are formed. A method of shunting a part of the metal wiring (sub-bit line) 15 that passes above each of the wirings by another
このようにして本実施例4では、メモリセルMc1およびMc2の各々の不揮発性記憶素子Qmの構造を変えることなく、配線のレイアウト変更だけでメモリセルMc2のデータ用不揮発性メモリセルのゲート幅W(チャネル幅W)を、実行的に決定することができる。これによりデータ用不揮発性メモリのゲート幅Wを大きく設定することができ、プログラム用不揮発性メモリセルとデータ用不揮発性メモリセルのメモリ容量の割り振りを容易に行うことができるので、データ用不揮発性メモリセル書換耐性の向上を図ることができる。 As described above, in the fourth embodiment, the gate width W of the data nonvolatile memory cell of the memory cell Mc2 is changed only by changing the wiring layout without changing the structure of the nonvolatile memory element Qm of each of the memory cells Mc1 and Mc2. The (channel width W) can be determined empirically. As a result, the gate width W of the data nonvolatile memory can be set large, and the memory capacity of the program nonvolatile memory cell and the data nonvolatile memory cell can be easily allocated. The memory cell rewrite tolerance can be improved.
また、本実施例4では2つの不揮発性記憶素子Qm6およびQm7のサブビット線15を共通化した例を示したが、3つ以上の不揮発性記憶素子をサブビット線15で共通化することも、勿論可能である。従って、所望の書換回数を得ることのできる不揮発性メモリセルの設計を容易に行うことができる。
In the fourth embodiment, the example in which the
一方で、本実施例4では、前述の実施例1〜3に記載した場合に比べ、メモリセルMc2内に素子分離領域が必要となるためデータ用不揮発性メモリの集積度は低くなるという懸念がある。従って、集積度、信頼性もしくは生産コスト等の兼ね合いによって、優先される用途に応じて適宜使用することが望ましい。 On the other hand, in the fourth embodiment, there is a concern that the degree of integration of the data non-volatile memory is low because an element isolation region is required in the memory cell Mc2 as compared with the cases described in the first to third embodiments. is there. Therefore, it is desirable to use it appropriately according to the priority application in consideration of the degree of integration, reliability or production cost.
また、本実施例4は前述の実施例2を基に説明したが、特にこれに限られるものではなく、他の実施例1または3のような形態においても適用可能であることは勿論であり、同様の効果を得ることができる。 In addition, the fourth embodiment has been described based on the second embodiment described above. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other forms such as the first or third embodiment. The same effect can be obtained.
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
1…シリコン基板、2…素子分離領域、3…p型ウエル領域、4…p型半導体領域、5…電荷蓄積用絶縁膜、5a…酸化シリコン膜、5b…窒化シリコン膜、5c…酸窒化シリコン膜、5d…酸化シリコン膜、6…絶縁膜、7…サイドウォールスペーサ、8…ゲート絶縁膜、9…n型半導体領域、10…サイドウォールスペーサ、11…n型半導体領域、12…層間絶縁膜、13…接続孔、14…導電性プラグ、15…サブビット線、16,17…ゲート配線、18…ソース配線、19…メインビット線、
20a,20b…マイクロ・コンピュータ(半導体装置)、21…プログラム用不揮発性メモリ・モジュール、22…データ用不揮発性メモリ・モジュール、23…周辺回路モジュール、24…RAMモジュール、25…論理演算回路モジュール、26…不揮発性メモリ・モジュール、
41…p型半導体領域、42…ゲート絶縁膜、43…p型半導体領域、44…n型半導体領域、45…サイドウォールスペーサ、46a,46b…n型半導体領域、
CG…コントロール・ゲート電極、MG…メモリ・ゲート電極、Mc1,Mc2…メモリセル、Qm1〜Qm7…不揮発性記憶素子。
DESCRIPTION OF
20a, 20b ... microcomputer (semiconductor device), 21 ... non-volatile memory module for program, 22 ... non-volatile memory module for data, 23 ... peripheral circuit module, 24 ... RAM module, 25 ... logic operation circuit module, 26: Non-volatile memory module,
41 ... p-type semiconductor region, 42 ... gate insulating film, 43 ... p-type semiconductor region, 44 ... n-type semiconductor region, 45 ... side wall spacer, 46a, 46b ... n-type semiconductor region,
CG ... control gate electrode, MG ... memory gate electrode, Mc1, Mc2 ... memory cell, Qm1-Qm7 ... nonvolatile memory element.
Claims (9)
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子は、電荷蓄積膜を介在して前記半導体基板上に形成された第1ゲート電極と前記半導体基板中に形成されたソース領域及びドレイン領域を有し、
第1不揮発性メモリセルは、前記第1不揮発性記憶素子で形成され、
第2不揮発性メモリセルは、前記第2不揮発性記憶素子及び前記第3不揮発性記憶素子で形成され、
前記第2不揮発性メモリセルの書換回数は、前記第1不揮発性メモリセルよりも多く、
前記第1不揮発性メモリセルにおいては、1bitを前記第1不揮発性記憶素子で形成し、
前記第2不揮発性メモリセルにおいては、書き込み、消去における前記第2不揮発性記憶素子及び前記第3不揮発性記憶素子の電圧関係は同じであり、
前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の前記第1ゲート電極は、一体化して形成されており、
前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の前記ソース領域は、共通であり、
前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の前記ドレイン領域は、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子上に形成されたビット線により接続されていることを特徴とした半導体装置。 In a semiconductor device having a first nonvolatile memory element, a second nonvolatile memory element, and a third nonvolatile memory element formed on a semiconductor substrate,
The first nonvolatile memory element, the second nonvolatile memory element, and the third nonvolatile memory element include a first gate electrode and a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate with a charge storage film interposed therebetween. Having a source region and a drain region formed therein,
The first nonvolatile memory cell is formed of the first nonvolatile memory element,
A second nonvolatile memory cell is formed of the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element,
The number of rewrites of the second nonvolatile memory cell is greater than that of the first nonvolatile memory cell,
In the first nonvolatile memory cell, 1 bit is formed by the first nonvolatile memory element,
In the second nonvolatile memory cell, the voltage relationship between the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element in writing and erasing is the same.
The second nonvolatile memory element and the first gate electrode of the third nonvolatile memory element are formed integrally,
The source regions of the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element are common,
The drain regions of the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element are connected by a bit line formed on the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element. A semiconductor device characterized by that.
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子は、電荷蓄積膜を介在して前記半導体基板上に形成された第1ゲート電極と前記半導体基板中に形成されたソース領域及びドレイン領域を有し、
第1不揮発性メモリセルは、前記第1不揮発性記憶素子で形成され、
第2不揮発性メモリセルは、前記第2不揮発性記憶素子及び前記第3不揮発性記憶素子で形成され、
前記第2不揮発性メモリセルの書換回数は、前記第1不揮発性メモリセルよりも多く、
前記第1不揮発性メモリセルにおいては、1bitを前記第1不揮発性記憶素子で形成し、
前記第2不揮発性メモリセルにおいては、書き込み、消去における前記第2不揮発性記憶素子及び前記第3不揮発性記憶素子の電圧関係は同じであり、
前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の前記第1ゲート電極は、一体化して形成されており、
前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の前記ソース領域は、共通であり、
前記第2不揮発性記憶素子の前記ドレイン領域は、前記第2不揮発性記憶素子上に形成された第1ビット線により接続されており、
前記第3不揮発性記憶素子の前記ドレイン領域は、前記第3不揮発性記憶素子上に形成された第2ビット線により接続されており、
前記第1ビット線と前記第2ビット線は、前記第1ビット線及び前記第2ビット線が形成されている層と異なる層で形成されたメタル配線によりシャントされていることを特徴とした半導体装置。 In a semiconductor device having a first nonvolatile memory element, a second nonvolatile memory element, and a third nonvolatile memory element formed on a semiconductor substrate,
The first nonvolatile memory element, the second nonvolatile memory element, and the third nonvolatile memory element include a first gate electrode and a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate with a charge storage film interposed therebetween. Having a source region and a drain region formed therein,
The first nonvolatile memory cell is formed of the first nonvolatile memory element,
A second nonvolatile memory cell is formed of the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element,
The number of rewrites of the second nonvolatile memory cell is greater than that of the first nonvolatile memory cell,
In the first nonvolatile memory cell, 1 bit is formed by the first nonvolatile memory element,
In the second nonvolatile memory cell, the voltage relationship between the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element in writing and erasing is the same.
The second nonvolatile memory element and the first gate electrode of the third nonvolatile memory element are formed integrally,
The source regions of the second nonvolatile memory element and the third nonvolatile memory element are common,
The drain region of the second nonvolatile memory element is connected by a first bit line formed on the second nonvolatile memory element;
The drain region of the third nonvolatile memory element is connected by a second bit line formed on the third nonvolatile memory element;
The first bit line and the second bit line are shunted by a metal wiring formed in a layer different from the layer in which the first bit line and the second bit line are formed. apparatus.
前記第1不揮発性メモリセルは、プログラムを構成するデータの記憶に使用され、
前記第2不揮発性メモリセルは、前記プログラムの実行によって処理されたデータの記憶に使用されることを特徴とした半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
The first nonvolatile memory cell is used for storing data constituting a program,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second nonvolatile memory cell is used for storing data processed by executing the program.
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子及び前記第3不揮発性記憶素子は、ゲート幅がそれぞれ等しいことを特徴とした半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
The first nonvolatile memory element, the second nonvolatile memory element, and the third nonvolatile memory element have the same gate width, respectively.
前記第1ゲート電極は、第1の方向に延在し、
前記ソース領域は、前記第1の方向に延在し、
前記ビット線は前記第1の方向に直行する第2の方向に延在していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 ,
The first gate electrode extends in a first direction;
The source region extends in the first direction;
The bit line extends in a second direction perpendicular to the first direction.
前記第1ゲート電極は、第1の方向に延在し、
前記ソース領域は、前記第1の方向に延在し、
前記第1ビット線および前記第2ビット線は、前記第1の方向に直行する第2の方向に延在していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 ,
The first gate electrode extends in a first direction;
The source region extends in the first direction;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first bit line and the second bit line extend in a second direction orthogonal to the first direction.
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子は、前記半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介在して形成された第2ゲート電極を含み、
前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極は、ゲート長方向において、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
The first nonvolatile memory element, the second nonvolatile memory element, and the third nonvolatile memory element include a second gate electrode formed on the semiconductor substrate with a first gate insulating film interposed therebetween. ,
Said first gate electrode and the second gate electrode, the gate length direction, a semiconductor device characterized by being formed between the source area and the drain region.
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の書き込み動作は、前記電荷蓄積膜中にホットエレクトロンを注入することにより行われ、
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の消去動作は、前記電荷蓄積膜から電子を放出することにより行われることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
The write operation of the first nonvolatile memory element, the second nonvolatile memory element, and the third nonvolatile memory element is performed by injecting hot electrons into the charge storage film,
An erasing operation of the first nonvolatile memory element, the second nonvolatile memory element, and the third nonvolatile memory element is performed by emitting electrons from the charge storage film. .
前記第1不揮発性記憶素子、前記第2不揮発性記憶素子、及び、前記第3不揮発性記憶素子の書き込み動作は、前記電荷蓄積膜中にホットエレクトロンを注入することにより行われ、
前記不揮発性記憶素子の消去動作は、前記電荷蓄積膜にホットホールを注入することにより行われることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
Before Symbol first nonvolatile memory element, said second nonvolatile memory element, and, the write operation of the third non-volatile storage elements is performed by injecting hot electrons into the charge storage layer,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the erase operation of the nonvolatile memory element is performed by injecting hot holes into the charge storage film.
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