DE19600544A1 - Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung - Google Patents
Nichtflüchtige HalbleiterspeichereinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen nicht
flüchtige Halbleiterspeichereinrichtungen und insbesondere
eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung, die ein
Programmieren, ein Löschen und dergleichen mit einer p-
Kanaltyp-Speicherzelle ausführt.
Ein Flashspeicher, der eine Art einer nicht flüchtigen Halb
leiterspeichereinrichtung ist, ist die vielversprechendste
Speichereinrichtung für die nächste Generation, da seine
Herstellungskosten kleiner als diejenigen eines dynamischen
Speichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) sind.
Die den Flashspeicher bildenden Speicherzellen enthalten im
allgemeinen jeweils ein n-Typ-Sourcegebiet und ein n-Typ-
Draingebiet, welche auf der Oberfläche eines p-Typ-Gebiets
gebildet sind, eine Schwebegateelektrode (Elektrode zur
Speicherung elektrischer Ladung), die auf einem zwischen dem
Sourcegebiet und dem Draingebiet dazwischenliegenden Kanal
gebiet mit einem dazwischengesetzten Tunneloxidfilm gebildet
ist, und eine Steuergateelektrode (Steuerelektrode), die auf
der Schwebegateelektrode mit einem dazwischenliegenden Iso
lierfilm gebildet ist.
In jeder Speicherzelle ist mit dem Sourcegebiet eine Source
leitung verbunden. Mit dem Draingebiet ist eine Bitleitung
verbunden. Die Schwebegateelektrode speichert eine Informa
tion. Mit der Steuergateelektrode ist eine Wortleitung ver
bunden.
Ein Programmierbetrieb und ein Löschbetrieb eines NOR-Typ-
Flashspeichers wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 32
und 33 beschrieben. Bei dem Programmierbetrieb wird an ein
Draingebiet 33 eine Spannung von etwa 5 V und an ein Steuer
gate 37 eine Spannung von etwa 10 V angelegt, wie in Fig.
32 gezeigt. Ein Sourcegebiet 32 und eine p-Wanne 31 sind auf
Erdpotential (0 V) gehalten.
Zu dieser Zeit ist ein Stromfluß von mehreren hundert µA
durch den Kanal der Speicherzelle hindurch vorhanden. Ein in
der Nachbarschaft des Draingebiets 33 beschleunigtes Elek
tron der sich aus dem Sourcegebiet 32 in das Draingebiet 33
bewegenden Elektronen wird in dieser Nachbarschaft in ein
Elektron mit großer Energie, das heißt in ein sogenanntes
heißes Elektron im Kanal, verwandelt. Dieses Elektron wird
durch ein elektrisches Feld, das durch die an das Steuergate
37 angelegte Spannung erzeugt wird, in eine Schwebegateelek
trode 35 injiziert, wie durch den Pfeil A in der Figur ange
zeigt. Somit werden in der Schwebegateelektrode 35 Elektro
nen gespeichert, und eine Schwellenspannung Vth der Spei
cherzelle erreicht zum Beispiel 8 V. Dieser Zustand wird als
programmierter Zustand "0" bezeichnet.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf Fig. 33 der Löschbe
trieb beschrieben. Eine Spannung von etwa 5 V wird an das
Sourcegebiet 32 angelegt, eine Spannung von etwa -10 V wird
an die Steuergateelektrode 37 angelegt, und eine p-Typ-Wanne
31 wird auf dem Erdpotential behalten. Zu dieser Zeit wird
das Draingebiet 33 in einen offenen Zustand gebracht. Ein
Elektron in der Schwebegateelektrode 35 geht durch eine FN-
Tunnelerscheinung, die durch ein elektrisches Feld verur
sacht wird, das durch die an das Sourcegebiet 32 angelegte
Spannung erzeugt wird, durch den dünnen Tunneloxidfilm 34
hindurch, wie durch den Pfeil B in der Figur angezeigt. So
mit erreicht die Schwellenspannung Vth der Speicherzelle
durch Ausstoß von Elektronen in der Schwebegateelektrode 35
beispielsweise 2 V. Dieser Zustand wird als gelöschter Zu
stand "1" bezeichnet.
Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen NOR-Typ-
Flashspeicher, der das Programmieren mittels der heißen
Elektronen im Kanal und das Löschen mittels der FN-Tunnel
erscheinung ausführt, sind verschiedene Arten von Flashspei
chern entwickelt worden, welche zur Zeit des Programmierens
und Löschens weniger Strom verbrauchen, da sie auf der
Grundlage einer Einzelstromquelle in Betrieb sind. Ein
DINOR (NOR mit geteilter Bitleitung) -Flashspeicher, der in
"Memory Array Architecture and Decoding Scheme for 3 V Only
Sector Erasable DINOR Flash Memory", IEEE Journal of Solid-
State Circuits, Band 29, Nr. 4, April 1994, 454-460 oder in
"Improved Array Architecture of DINOR for 0.5 µm 32 M and 64
M bit Flash Memories", IEICE Trans. Electron, Band E77-C,
Nr. 8, August 1994, 1279-1286 beschrieben wird, ist einer
von ihnen.
Dieser Aufbau eines DINOR-Typ-Flashspeichers und sein Be
triebsprinzip werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 34
bis 36 beschrieben. Ähnlich wie im Fall der vorstehend be
schriebenen Speicherzelle des NOR-Typ-Flashspeichers enthält
eine Speicherzelle dieses DINOR-Typ-Flashspeichers ein n-
Typ-Sourcegebiet 32 und ein n-Typ-Draingebiet 33, die auf
der Oberfläche einer p-Wanne 31 gebildet sind. Eine Schwebe
gateelektrode 35 ist auf dem zwischen dem Sourcegebiet 32
und dem Draingebiet 33 dazwischenliegenden Kanalgebiet mit
einem dazwischengesetzten Tunneloxidfilm 34 gebildet. Eine
Steuergateelektrode 37 ist auf der Schwebegateelektrode 35
mit einem dazwischenliegenden Isolierfilm 36 gebildet.
Die wie vorstehend beschrieben aufgebaute Speicherzelle wird
im allgemeinen als Stapelgatetyp-Speicherzelle bezeichnet.
Die Sourcegebiete 32 sind in allen Speicherzellen oder in
einem aus einer vorbestimmten Anzahl von Speicherzellen ge
bildeten Block gemeinsam elektrisch verbunden. Eine Wortlei
tung ist mit der Steuergateelektrode 37 verbunden, und eine
Bitleitung ist mit dem Draingebiet 33 verbunden. Bei einem
derartigen Aufbau werden eine vorbestimmte Wortleitung und
eine vorbestimmte Bitleitung gewählt, so daß eine vorbe
stimmte Speicherzelle gewählt wird.
Ein Programmierbetrieb wird zunächst unter Bezugnahme auf
die Fig. 34 bis 36 beschrieben. Bei dem Programmierbe
trieb wird an die Steuergateelektrode 37 eine negative Span
nung von etwa -8 V bis etwa -11 V und an das Draingebiet 33
ein positives Potential von etwa 4 V bis etwa 8 V angelegt.
Zu dieser Zeit wird die p-Wanne 31 auf dem Erdpotential (0
V) gehalten und bleibt das Sourcegebiet 32 offen. Während
dieses Zustandes ist an den Tunneloxidfilm 34 in einem Ge
biet, in dem sich die Schwebegateelektrode 35 und das Drain
gebiet 33 einander überlappen, ein starkes elektrisches Feld
angelegt. Dieses Anlegen des starken elektrischen Feldes
verursacht die FN-Tunnelerscheinung, und aus der Schwebe
gateelektrode 35 werden in das Draingebiet 33 durch den
Tunneloxidfilm 34 hindurch Elektronen injiziert. Dieser
Programmierbetrieb bringt die Speicherzelle auf "kleines Vt"
(in einen Zustand mit kleinem Vth).
Andererseits wird bei dem Löschbetrieb ein positives Poten
tial von etwa 8 V bis etwa 12 V an die Steuergateelektrode
37 angelegt, wird ein negatives Potential von etwa -6 V bis
-11 V an das Sourcegebiet 32 und die p-Wanne 33 angelegt und
wird das Draingebiet 33 offen behalten. In diesem Zustand
wird in dem Kanalabschnitt der Speicherzelle eine Kanal
schicht aus einem Elektron 38 gebildet und wird an den Tun
neloxidfilm 34 zwischen der Kanalschicht und der Schwebe
gateelektrode 35 ein starkes elektrisches Feld angelegt.
Dieses starke elektrische Feld verursacht die FN-Tunneler
scheinung, und das Elektron 38 der Kanalschicht wird in die
Schwebegateelektrode 35 injiziert. Dieser Löschbetrieb
bringt die Speicherzelle auf "großes Vt" (in einen Zustand
mit großem Vth).
Bei einem Lesebetrieb wird ein positives Potential von etwa
3 V bis 5 V, welches etwa zwischen dem "kleinen Vt" und dem
"großen Vt" ist, an die Steuergateelektrode 37 angelegt,
werden das Sourcegebiet 32 und die p-Wanne 31 geerdet und
wird ein positives Potential von etwa 1 V bis etwa 2 V an
das Draingebiet 33 angelegt, so daß bestätigt wird, ob ein
Stromfluß durch die Speicherzelle hindurch vorhanden ist
oder nicht. Auf der Grundlage dieser Bestätigung wird be
stimmt, ob die Speicherzelle in einem Zustand mit "großem
Vt" oder "kleinem Vt" ist.
Fig. 37 ist eine die Programmiercharakteristik der vor
stehend beschriebenen Speicherzelle des DINOR-Typ-Flashspei
chers darstellende graphische Darstellung, die anzeigt, daß
in einem positiven Bereich der Schwellenwert kleiner wird,
wenn eine Programmierzeit größer wird. Fig. 38 zeigt die
Löschcharakteristik der vorstehend beschriebenen Speicher
zelle des DINOR-Typ-Flashspeichers, welche anzeigt, daß in
einem positiven Bereich der Schwellenwert der Speicherzelle
größer wird, wenn eine Löschzeit größer wird.
Der vorstehend beschriebene herkömmliche DINOR-Typ-Flash
speicher weist das folgende Problem auf.
Bei dem Programmierbetrieb des DINOR-Typ-Flashspeichers
werden derartige Potentialanlegebedingungen verwendet, wie
sie in den Fig. 34 und 36 gezeigt sind. Insbesondere wird
die p-Wanne 31 geerdet, wird das Sourcegebiet 32 in einen
offenen Zustand gebracht und werden an das Draingebiet 33
und die Steuergateelektrode 37 entsprechend ein positives
Potential und ein negatives Potential angelegt, wodurch aus
der Schwebegateelektrode 35 in das Draingebiet 33 ein Elek
tron 38 gezogen wird.
Dieser Ausstoß von Elektronen verwendet dieselbe Erscheinung
wie sie bei dem Löschbetrieb des DINOR-Typ-Flashspeichers
verwendet wurde, welcher in "A 5 Volt Only 16 M bit Flash
EEPROM Cell with a Simple Stacked Gate Structure", IEDM
Technical Digest (1990) 115-118 beschrieben oder unter Be
zugnahme auf Fig. 33 erläutert wird. Ein Verfahren zum Aus
stoßen von Elektronen in eine n-Typ-Störstellendiffusions
schicht wird beispielsweise in "Suppressing Flash EEPROM
Erase Leakage with Negative Gate Bias and LDD Erase
Junction", Symp. VLSI Tech. (1993) 81-82 beschrieben.
Bei dem vorstehend beschriebenen DINOR-Typ-Flashspeicher ist
zum Beispiel zwischen der Schwebegateelektrode 35 und dem
Draingebiet 33 ein starkes elektrisches Feld angelegt, wie
in Fig. 39 gezeigt. Daher kommt in der p-Wanne 31 in der
Nähe des Draingebiets 33 eine Band-Band-Tunnelerscheinung
vor. Im Ergebnis wird im Draingebiet 33 ein Elektron- Loch-
Paar 40 erzeugt, was ein Drainleck verursacht. Dieses Drain
leck wird als GIDL (durch das Gate verursachtes Drainleck)
bezeichnet.
Das Elektron 38 des durch die Band-Band-Tunnelerscheinung
erzeugten Elektron-Loch-Paares 40 wird in das mit einem
positiven Potential versorgte Draingebiet 33 gezogen.
Andererseits wird in der Kanalrichtung ein Loch 39 gezogen,
und dieses fließt zur p-Wanne 31 hin. Da das Loch 39 durch
ein elektrisches Feld einer Verarmungsschicht zwischen dem
Draingebiet 33 und der p-Wanne 31 so beschleunigt wird, daß
es eine große Energie erhält (welches Loch heißes Loch ge
nannt wird), wird ein Teil der Löcher 39 in den Tunneloxid
film 34 injiziert.
Der Einfluß des Loches 39 auf den Tunneloxidfilm 34 ist vom
Standpunkt der Zuverlässigkeit eines Gateoxidfilms in einem
MOSFET weitgehend untersucht worden. Es wird im allgemeinen
bestätigt, daß das Loch 39 den Tunneloxidfilm 34 ernsthaft
beschädigt.
Gemäß einer abgeschlossenen Untersuchung, die beispielsweise
in "Oxide Breakdown Model for Very Low Voltages", Symp. VLSI
Tech. (1993) 43-44 beschrieben wird, gibt es eine enge Kor
relation zwischen der Standzeit des TDDB eines als Gateiso
lierfilm verwendeten Siliziumoxidfilms und einer Gesamtmenge
von Löchern, die beim Anlegen einer Spannung durch den Film
hindurchgehen. Vom Standpunkt der Zuverlässigkeit von Daten
speicherfähigkeitscharakteristiken eines Flashspeichers wird
in den letzten Jahren berichtet, daß ein Leckstrom eines
Gateoxidfilms bei einer kleinen Spannung vergrößert wird
durch Injektion von heißen Löchern in den Gateoxidfilm. Dies
wird zum Beispiel in "Analysis of Excess Current Induced by
Hot-Hole Injection into Thin SiO₂ Films", Proceedings of the
42nd Lecture Meetings Related to Applied Physics, Nr. 2,
28a-C-10, 656 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Problem bei der Spei
cherzelle des herkömmlichen DINOR-Typ-Flashspeichers, daß
die Potentialanlegebedingungen, unter denen das GIDL wahr
scheinlich zu erzeugen ist, während des Programmierbetriebs
verwendet werden. Im Ergebnis werden zur Zeit des Program
mierens in den Tunneloxidfilm heiße Löcher injiziert, was
eine merkliche Verschlechterung des Tunneloxidfilms verur
sacht (vergleiche K. Tamer San et al., "Effect of Erase
Source Bias On Flash EPROM Device Reliability", IEEE Trans
actions on Electron Devices, Band 42, Nr. 1, Januar 1995,
150).
In den letzten Jahren wird eine Schicht zur Abschwächung
eines elektrischen Feldes 41 mit einer allmählichen n⁻- Stör
stellenverteilung so gebildet, daß sie das Draingebiet 33
umgibt, wie zum Beispiel in Fig. 40 gezeigt, um die vorste
hend beschriebene Verschlechterung des Tunneloxidfilms durch
die Injektion heißer Löcher zu unterdrücken. Das Vorsehen
der Schicht zur Abschwächung eines elektrischen Feldes 41
erlaubt eine Abschwächung des lateralen elektrischen Feldes
in dem Draingebiet 33, welches Elektronen aus der Schwebe
gateelektrode 35 durch die FN-Tunnelerscheinung zieht.
Doch die Bildung einer Schicht zur Abschwächung eines elek
trischen Feldes 41 weist den Nachteil einer kleinen wirk
samen Gatelänge L₁ auf, da eine Überlappungslänge L zwischen
einer Störstellendiffusionsschicht und der Schwebegateelek
trode 35 größer wird. Die Schicht zur Abschwächung eines
elektrischen Feldes 41 verursacht selbst in einer Speicher
zelle mit größerer wirksamer Gatelänge einen Durchbruch,
wenn die Speicherzelle miniaturisiert ist.
Daher kann die Speicherzelle des herkömmlichen DINOR-Typ-
Flashspeichers nicht miniaturisiert werden, was eine hohe
Integration von Speicherzellen in einer Speicherzellanord
nung behindert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine nicht
flüchtige Halbleiterspeichereinrichtung vorzusehen, welche
ein Löschen, ein Programmieren und ein Lesen mit einer p-
Typ-MOS-Speicherzelle ausführen kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
eine p-Typ-MOS-Speicherzelle verwendende nichtflüchtige
Halbleiterspeichereinrichtung vorzusehen, bei der diese
Speicherzelle miniaturisiert ist und eine Durchbruchser
scheinung weniger wahrscheinlich vorkommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
einen Flashspeicher wie beispielsweise einen NOR-Typ-
Flashspeicher und einen DINOR-Typ-Flashspeicher unter
Verwendung einer p-Typ-MOS-Speicherzelle vorzusehen.
Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, enthält im einen
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine nichtflüchtige Halb
leiterspeichereinrichtung mit einem p-Typ-Sourcegebiet und
einem p-Typ-Draingebiet, die auf der Oberfläche eines n-Typ-
Gebiets gebildet sind, einer Elektrode zur Speicherung elek
trischer Ladung, die auf einem zwischen dem Sourcegebiet und
dem Draingebiet dazwischenliegenden Kanalgebiet mit einem
Tunneloxidfilm dazwischen gebildet ist, und einer Steuer
elektrode, die auf der Elektrode zur Speicherung elektri
scher Ladung mit einem Isolierfilm dazwischen gebildet ist,
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum
Anlegen eines negativen Potentials an das Draingebiet beim
Programmieren von Daten und eine Einrichtung zum Anlegen
eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Po
tentials an die Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung beim Programmieren von Daten, bei welcher aus dem
Draingebiet in die Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung durch eine durch einen Band-Band-Tunnelstrom verur
sachte Injektion heißer Elektronen in dem Draingebiet Elek
tronen injiziert werden.
Gemäß diesem Aufbau wird in dem Draingebiet der Band-Band-
Tunnelstrom so gebildet, daß er ein Elektron-Loch- Paar er
zeugt. Ein Elektron des Paares wird in der Kanalrichtung
durch ein laterales elektrisches Feld beschleunigt und in
ein heißes Elektron mit großer Energie verwandelt. Da zu
dieser Zeit an die Steuerelektrode ein positives Potential
angelegt ist, wird das heiße Elektron in den Tunneloxidfilm
leicht injiziert, so daß es die Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung erreicht. Somit werden die Elektronen in
die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung durch die
durch den Band-Band-Tunnelstrom erzeugte Injektion heißer
Elektronen injiziert.
Bei diesem Aufbau wird ein Loch des durch den Band-Band-Tun
nelstrom erzeugten Elektron-Loch-Paares in der Nähe des
Draingebietes zur Zeit des Programmierens zu dem p-Typ-
Draingebiet hin gezogen und wird in dem Draingebiet das Loch
aufgrund einer großen Löcherkonzentration in dem Draingebiet
gestreut und ihm Energie entzogen. Daher wird das Loch nicht
in ein heißes Loch mit großer Energie verwandelt. Insbeson
dere kann die Erzeugung von heißen Löchern, die bei einer
herkömmlichen n-Kanaltyp-Speicherzelle problematisch gewesen
war, verhindert werden. Selbst wenn bei dem Aufbau der vor
liegenden Erfindung ein heißes Loch erzeugt wird, wird das
heiße Loch nicht in die Elektrode zur Speicherung elektri
scher Ladung injiziert, da die Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung mit einem positiven Potential versorgt
ist. Daher kann die Injektion von heißen Löchern in den
Tunneloxidfilm eliminiert und eine merkliche Verschlechte
rung des Tunneloxidfilms durch die Injektion heißer Elektro
nen, welche für die herkömmliche n-Kanal-Speicherzelle
typisch ist, verhindert werden.
Da ferner in den Tunneloxidfilm keine heißen Löcher inji
ziert werden, ist es nicht notwendig, eine Schicht zur Ab
schwächung eines elektrischen Feldes zu bilden, welche eine
Miniaturisierung der herkömmlichen n-Kanaltyp- Speicherzelle
behindert. Daher kann eine Speicherzelle in größerem Maße
als im Falle der herkömmlichen n-Kanaltyp-Speicherzelle
miniaturisiert werden.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung mit einem
p-Typ-Sourcegebiet und einem p-Typ-Draingebiet, die auf der
Oberfläche eines n-Typ-Gebiets gebildet sind, einer Elektro
de zur Speicherung elektrischer Ladung, die auf einem zwi
schen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet dazwischenliegen
den Kanalgebiet mit einem Tunneloxidfilm dazwischen gebildet
ist, und einer Steuerelektrode, die auf der Elektrode zur
Speicherung elektrischer Ladung mit einem Isolierfilm dazwi
schen gebildet ist, eine Einrichtung zum Anlegen eines nega
tiven Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an
das Draingebiet beim Programmieren von Daten und eine Ein
richtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen
eines positiven Potentials an die Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung beim Programmieren von Daten, bei wel
cher an den Tunneloxidfilm in einem zwischen der Elektrode
zur Speicherung elektrischer Ladung und dem Draingebiet da
zwischenliegenden Gebiet ein starkes elektrisches Feld ange
legt ist, um ein Elektron aus dem Draingebiet in die Elek
trode zur Speicherung elektrischer Ladung durch eine FN-Tun
nelerscheinung zu injizieren.
Gemäß diesem Aufbau verursacht das an den Tunneloxidfilm an
gelegte starke elektrische Feld in einem Überlappungsgebiet
der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung und des
Draingebiets die FN-Tunnelerscheinung, wodurch aus dem
Draingebiet in die Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung durch den Tunneloxidfilm hindurch ein Elektron inji
ziert werden kann.
Im Ergebnis wird in der Nähe des Draingebiets zur Zeit des
Programmierens ein Loch in einem durch einen Band-Band-Tun
nelstrom erzeugten Elektron-Loch-Paar zu dem Draingebiet hin
gezogen. In dem Draingebiet wird das Loch infolge einer
großen Löcherkonzentration in dem Draingebiet gestreut und
ihm Energie entzogen. Daher wird das Loch nicht in ein
heißes Loch verwandelt. Insbesondere kann die Erzeugung von
heißen Löchern, die bei der herkömmlichen n-Kanaltyp-Spei
cherzelle problematisch gewesen war, verhindert werden.
Selbst wenn bei dem vorstehenden Aufbau ein heißes Loch
vorhanden ist, wird das heiße Loch nicht in die Elektrode
zur Speicherung elektrischer Ladung injiziert, da an die
Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung ein positives
Potential angelegt ist. Daher können die Injektion von
heißen Löchern in den Tunneloxidfilm und eine merkliche Ver
schlechterung des Tunneloxidfilms durch die Injektion heißer
Elektronen, welche bei der herkömmlichen n-Kanal-Speicher
zelle ein ernsthaftes Problem gewesen war, verhindert wer
den.
Da das heiße Loch nicht injiziert wird, ist es nicht notwen
dig, eine Schicht zur Abschwächung eines elektrischen Feldes
zu bilden, die eine Miniaturisierung der herkömmlichen n-
Kanaltyp-Speicherzelle behindert. Im Ergebnis kann eine
Speicherzelle bei der vorliegenden Erfindung in größerem
Maße als im Falle der herkömmlichen n-Kanaltyp-Speicherzelle
miniaturisiert werden, was eine höhere Integration erlaubt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung mit einem
p-Typ-Sourcegebiet und einem p-Typ-Draingebiet, die auf der
Oberfläche eines n-Typ-Gebiets gebildet sind, einer Elektro
de zur Speicherung elektrischer Ladung, die auf einem zwi
schen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet dazwischenliegen
den Kanalgebiet mit einem Tunneloxidfilm dazwischen gebildet
ist, und einer Steuerelektrode, die auf der Elektrode zur
Speicherung elektrischer Ladung mit einem Isolierfilm dazwi
schen gebildet ist, eine Einrichtung zum Anlegen eines nega
tiven Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an
die Steuerelektrode beim Löschen von Daten und eine Einrich
tung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen
eines positiven Potentials an das Sourcegebiet und das n-
Typ-Gebiet beim Löschen von Daten, bei welcher in dem Kanal
gebiet eine Kanalschicht aus Löchern gebildet ist, an den
zwischen der Kanalschicht aus Löchern und der Elektrode zur
Speicherung elektrischer Ladung dazwischenliegenden Tunnel
oxidfilm ein starkes elektrisches Feld angelegt ist und in
die Kanalschicht aus Löchern aus der Elektrode zur Speiche
rung elektrischer Ladung durch eine FN-Tunnelerscheinung ein
Elektron injiziert wird.
Gemäß diesem Aufbau ist in dem Kanalgebiet die Kanalschicht
aus Löchern gebildet und wird das starke elektrische Feld an
den zwischen der Kanalschicht aus Löchern und der Elektrode
zur Speicherung elektrischer Ladung dazwischenliegenden Tun
neloxidfilm angelegt. Die FN-Tunnelerscheinung kommt in dem
Tunneloxidfilm vor, was die Injektion eines Elektrons aus
der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung in die
Kanalschicht aus Löchern erlaubt.
Im Ergebnis können aus der Elektrode zur Speicherung elek
trischer Ladung unter Verwendung der ganzen Oberfläche der
Kanalschicht Löcher gezogen werden, was es möglich macht,
einen Löschbetrieb eines Flashspeichers effizient auszufüh
ren.
Vorzugsweise enthält die nichtflüchtige Halbleiterspeicher
einrichtung ferner eine Öffnungseinrichtung, die das Source
gebiet in einen offenen Zustand beim Programmieren von Daten
bringt, und eine Erdungseinrichtung, die das n-Typ-Gebiet in
einen Erdungszustand beim Programmieren von Daten bringt.
Im Ergebnis kann zur Zeit des Programmierens von Daten die
nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung stabil betrie
ben werden, wodurch die Zuverlässigkeit der nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung zur Zeit des Programmierens
von Daten verbessert werden kann.
Vorzugsweise enthält das Kanalgebiet eine vergrabene Schicht
vom p-Typ.
Das Vorsehen der vergrabenen Schicht vom p-Typ verhindert
eine Verkleinerung der Beweglichkeit des Loches durch
Streuen an einer Grenzfläche zwischen dem n-Typ-Gebiet und
dem Tunneloxidfilm. Im Ergebnis kann die Verkleinerung der
Beweglichkeit des Loches vermieden werden, was es möglich
macht, die Treibfähigkeit der nichtflüchtigen Halbleiter
speichereinrichtung zu verbessern.
Vorzugsweise ist die Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung gebildet aus polykristallinem Silizium vom n-Typ.
Durch das Bilden der Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung aus polykristallinem Silizium vom n-Typ wird ein
laterales elektrisches Feld an der Oberfläche in dem Drain
gebiet größer, wird die Erzeugung des Band-Band-Tunnelstroms
im Draingebiet vergrößert und wird ein elektrisches Feld zur
Beschleunigung vergrößert. Daher erhält ein Elektron eine
größere Energie im Draingebiet, was es möglich macht, die
Programmiereffizienz zu verbessern.
Im Ergebnis kann die Programmiergeschwindigkeit vergrößert
und die Programmierdurchbruchsspannung verkleinert werden.
Ferner wird der Durchbruchswiderstand verbessert, wodurch
die Miniaturisierung einer Speicherzelle, das heißt eine
hohe Integration, verwirklicht werden kann.
Vorzugsweise ist die Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung gebildet aus polykristallinem Silizium vom p-Typ.
Die aus polykristallinem Silizium vom p-Typ gebildete Elek
trode zur Speicherung elektrischer Ladung vergrößert das
laterale elektrische Feld an der Oberfläche im Draingebiet,
wobei der Erzeugungsbetrag des Band-Band-Tunnelstroms ver
größert und das elektrische Feld zur Beschleunigung in dem
Draingebiet vergrößert wird. Daher erhält ein Elektron eine
größere Energie, wodurch die Programmiereffizienz verbessert
wird. Im Ergebnis kann die Programmiergeschwindigkeit ver
größert und die Programmierdurchbruchsspannung verkleinert
werden. Ferner wird der Durchbruchswiderstand groß, was die
Miniaturisierung einer Speicherzelle, das heißt eine hohe
Integration, erlaubt.
Vorzugsweise sind das Sourcegebiet und das Draingebiet
symmetrisch zu der Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung und der Steuerelektrode aufgebaut.
Ein derartiger symmetrischer Aufbau verkleinert die Anzahl
von Masken, die bei einer Ioneninjektion zur Zeit der Bil
dung des Sourcegebiets und des Draingebiets verwendet wer
den. Die Verkleinerung der Anzahl von Masken führt zu einer
Verkleinerung der Anzahl von Herstellungsschritten, was eine
Kostenverkleinerung ergibt.
Vorzugsweise weist ein unter der Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung angeordnetes Gebiet in dem Draingebiet
eine Störstellenkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder weniger
auf.
Im Ergebnis kann bei der nichtflüchtigen Halbleiterspeicher
einrichtung, die das Programmieren unter Verwendung des
durch das Band-Band-Tunneln erzeugten Injektionsstroms
heißer Elektronen ausführt, eine Speicherzelle erreicht
werden, die eine große wirksame Gatelänge hat und eine
Miniaturisierung, das heißt eine hohe Integration, erlaubt.
Vorzugsweise weist ein unter der Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung angeordnetes Gebiet in dem Draingebiet
eine Störstellenkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder größer
und ein unter der Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung angeordnetes Gebiet des Sourcegebiets eine Störstel
lenkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder kleiner auf.
Durch Verwenden dieses Aufbaus kann in dem Draingebiet der
Erzeugungsbetrag des Band-Band-Tunnelstroms vergrößert
werden. Im Ergebnis kann die Programmiergeschwindigkeit
vergrößert und können eine Drainspannung und eine Steuer
elektrodenspannung zur Zeit des Programmierens verkleinert
werden.
Vorzugsweise enthält die nichtflüchtige Halbleiterspeicher
einrichtung ferner ein erstes Störstellengebiet, das im
Kontakt mit dem Sourcegebiet gebildet ist und eine p-Typ-
Störstellenkonzentration aufweist, die kleiner als die Stör
stellenkonzentration des Sourcegebiets ist, und ein zweites
Störstellengebiet, das im Kontakt mit dem Draingebiet gebil
det ist und eine p-Typ-Störstellenkonzentration aufweist,
die kleiner als die Störstellenkonzentration des Drainge
bietes ist.
Durch diesen Aufbau wird eine sogenannte LDD-Struktur ver
wirklicht und kann eine Speicherzelle erhalten werden, die
eine große wirksame Gatelänge hat und eine Miniaturisierung,
das heißt eine hohe Integration, erlaubt.
Vorzugsweise enthält die nichtfluchtige Halbleiterspeicher
einrichtung ein drittes n-Typ-Störstellengebiet, das in dem
n-Typ-Gebiet im Kontakt mit dem Draingebiet so gebildet ist,
daß es das Draingebiet umgibt.
Durch diesen Aufbau wird das laterale elektrische Feld in
einer Drainverarmungsschicht vergrößert und kann das Elek
tron effizient mit großer Energie versorgt werden. Im Er
gebnis kann die Programmiergeschwindigkeit vergrößert und
können die Steuerelektrodenspannung und die Drainspannung
zur Zeit des Programmierens verkleinert werden.
Vorzugsweise weist der Tunneloxidfilm eine Dicke von 15 nm
oder weniger auf.
Gemäß diesem Aufbau ist beispielsweise an den Tunneloxidfilm
ein großes elektrisches Feld mit einer relativ kleinen Span
nung angelegt. Daher kann der Band-Band-Tunnelstrom wirksam
erzeugt werden. Im Ergebnis kann ein Hochgeschwindigkeits
programmieren verwirklicht werden.
Vorzugsweise enthält die nichtflüchtige Halbleiterspeicher
einrichtung ferner in dem n-Typ-Gebiet ein viertes p-Typ-
Störstellengebiet, das so gebildet ist, daß es das Drainge
biet umgibt, und ein fünftes n-Typ-Störstellengebiet, das so
gebildet ist, daß es das Sourcegebiet umgibt.
Das in dem Sourcegebiet gebildete fünfte Störstellengebiet
dient dazu, den Durchbruchswiderstand der Speicherzelle zu
verbessern. Das in dem Draingebiet gebildete vierte Stör
stellengebiet dient dazu, eine Durchbruchsspannung zwischen
dem Draingebiet und dem n-Typ-Gebiet zu verbessern.
Vorzugsweise enthält die nichtflüchtige Halbleiterspeicher
einrichtung ferner eine Öffnungseinrichtung, die das Drain
gebiet zur Zeit des Löschens in einen offenen Zustand
bringt.
Durch diesen Aufbau kann der Löschbetrieb stabil ausgeführt
werden. Im Ergebnis kann die Betriebszuverlässigkeit der
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung verbessert
werden.
Vorzugsweise ist eine Speicherzelle gebildet aus der Steuer
elektrode, der Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung, dem Sourcegebiet und dem Draingebiet, und die nicht
flüchtige Halbleiterspeichereinrichtung enthält eine Spei
cherzellanordnung, die eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl
von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen, eine
Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorge
sehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelektrode
jeder Speicherzelle verbunden ist, und eine Bitleitung, die
entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei
mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle ver
bunden ist.
Durch diesen Aufbau kann ein NOR-Flashspeicher oder ein
DINOR-Typ-Flashspeicher, der zum Beispiel aus einer p-
Kanaltyp-Speicherzelle gebildet ist, gebildet werden.
Vorzugsweise enthält die nichtflüchtige Halbleiterspeicher
einrichtung ferner ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem
eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere
Schaltung gebildet ist, wobei das periphere Schaltungsgebiet
einen p-Kanaltyp-MOS-Transistor enthält und das Sourcegebiet
und das Draingebiet der Speicherzelle dieselbe Struktur wie
ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-
MOS-Transistor bilden, aufweisen.
Durch diesen Aufbau kann die Anzahl von Masken, die bei der
Ioneninjektion in die Sourcegebiete und die Draingebiete der
Speicherzelle und des in dem peripheren Schaltungsgebiet ge
bildeten Transistors verwendet werden, verkleinert werden.
Im Ergebnis kann die Anzahl von Herstellungsschritten der
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung verkleinert
werden, was eine Kostenverkleinerung ergibt.
Vorzugsweise enthält die Bitleitung eine Hauptbitleitung und
eine Unterbitleitung, wobei die Mehrzahl von Speicherzellen
geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen je
der eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spal
ten angeordneten Speicherzellen enthält, und die nicht
flüchtige Halbleiterspeichereinrichtung enthält eine Unter
bitleitungsgruppe, die eine Mehrzahl von Unterbitleitungen
enthält, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem
entsprechenden Abschnitt entspricht, und einen Auswahltran
sistor, der eine Mehrzahl von Unterbitleitungsgruppen mit
einer Mehrzahl von Hauptbitleitungen selektiv verbindet,
wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
Durch diesen Aufbau kann der Auswahltransistor in derselben
Wanne wie die Speicherzelle gebildet werden.
Vorzugsweise ist die Unterbitleitung gebildet aus einem
Metallzwischenverbindungsmaterial. Durch diesen Aufbau kann
der Kontaktwiderstand zwischen der Unterbitleitung und dem
Draingebiet im Vergleich zu der herkömmlichen Unterbitlei
tung aus einem polykristallinem Material verkleinert werden.
Ferner wird durch Verwenden des Metallzwischenverbindungs
materials der Zwischenverbindungswiderstand sehr klein, wo
durch ein parasitärer Widerstand durch die Unterbitleitung
unterdrückt werden kann.
Vorzugsweise berechnet die Einrichtung zum Anlegen eines
negativen Potentials einen {(logId)/Vd}′′ = 0 erfüllenden
Wert Vd₁ von Vd, wenn in der Vd-Id-Charakteristik (Vd:
Drainspannung, Id: Drainstrom) zur Zeit des Programmierens
der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der
Absolutwert von Vd vergrößert wird, und legt sie an das
Draingebiet ein negatives Potential an, das die Bedingung
erfüllt, daß der Absolutwert von Vd kleiner als Vd₁ ist, so
daß in einer gewählten Speicherzelle und in nichtgewählten
Speicherzellen, die mit derselben Bitleitung wie die ge
wählte Speicherzelle verbunden sind, eine Lawinenzerstörung
nicht vorkommen wird.
Wenn bei der herkömmlichen nichtflüchtigen Halbleiterspei
chereinrichtung eine derartige negative Spannung angelegt
ist, daß sie eine Lawinenzerstörung verursacht, dann wird
der Stromverbrauch in den nichtgewählten Speicherzellen be
deutend vergrößert, was dazu führt, daß der Gesamtstrom
verbrauch der Speicherzellen zunimmt. Wenn ferner unter
Verwendung einer Zusatzschaltung in der nicht flüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung eine Programmierspannung er
zeugt wird, dann wird die Anzahl von Speicherzellen, die
parallel programmiert werden können, infolge einer Grenze
der Stromversorgungsfähigkeit verkleinert, was eine Ver
kleinerung der auf eine Speicherzelle bezogenen Programmier
geschwindigkeit ergibt. Derartige Probleme bei der herkömm
lichen nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung können
vermieden werden.
Vorzugsweise weist die Speicherzelle eine Schwellenspannung
auf, die kleiner als eine Lesespannung der Speicherzelle
nach einem Löschen mit ultravioletter Strahlung ist.
Im Vergleich zu dem Fall, daß die Schwellenspannung größer
als die Lesespannung ist, wird durch diesen Aufbau bei
spielsweise der Unterschied zwischen der Schwellenspannung
der Speicherzelle im gelöschten Zustand und der Schwellen
spannung nach dem Löschen mit ultravioletter Strahlung
größer. Der Widerstand gegen eine Drainstörung zur Zeit des
Programmierens wird vergrößert, wodurch die Zuverlässigkeit
der Speicherzelle verbessert werden kann.
Vorzugsweise weist die Speicherzelle eine Schwellenspannung
auf, die größer als die Lesespannung der Speicherzelle nach
dem Löschen mit ultravioletter Strahlung ist.
Durch diesen Aufbau wird der Widerstand gegen eine Störung
zur Zeit des Lesens vergrößert, wodurch die Zuverlässigkeit
der Speicherzelle verbessert werden kann.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung eine Spei
cherzelle mit einem p-Typ-Sourcegebiet und einem p-Typ-
Draingebiet, die auf der Oberfläche eines n-Typ-Gebiets ge
bildet sind, einer Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung, die auf einem zwischen dem Sourcegebiet und dem
Draingebiet dazwischenliegenden Kanalgebiet mit einem Tun
neloxidfilm dazwischen gebildet ist, und einer Steuerelek
trode, die auf der Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung mit einem Isolierfilm dazwischen gebildet ist, eine
Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von in einer Mehr
zahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen ent
hält, eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von
Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuer
elektrode jeder Speicherzelle verbunden ist, eine Bitlei
tung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen
ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Spei
cherzelle verbunden ist, eine Sourceleitung, mit der das
Sourcegebiet jeder Speicherzelle verbunden ist, eine Ein
richtung zum Anlegen eines ersten Potentials zum Anlegen
eines ersten Potentials an die Bitleitungen und die Wort
leitungen, die nicht gewählt sind, die Sourceleitung und das
n-Typ-Gebiet beim Lesen von Daten in einer vorbestimmten
Speicherzelle der Speicherzellen, eine Einrichtung zum An
legen eines zweiten Potentials zum Anlegen eines Potentials,
das um 1 bis 2 V kleiner als das erste Potential ist, an die
gewählte Bitleitung beim Lesen von Daten in der vorbestimm
ten Speicherzelle, und eine Einrichtung zum Anlegen eines
dritten Potentials zum Anlegen eines zweiten Potentials an
die Wortleitung, die gewählt ist, beim Lesen von Daten in
der vorbestimmten Speicherzelle.
Gemäß diesem Aufbau kann der Lesebetrieb eines sogenannten
NOR-Typ-Flashspeichers vom p-Kanaltyp ausgeführt werden
durch Verwenden des ersten und des zweiten Potentials der
beiden Arten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ent
hält eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung eine
Speicherzelle mit einem p-Typ-Sourcegebiet und einem p-Typ-
Draingebiet, die auf der Oberfläche eines n-Typ-Gebiets ge
bildet sind, einer Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung, die auf einem zwischen dem Sourcegebiet und dem
Draingebiet dazwischenliegenden Kanalgebiet mit einem Tun
neloxidfilm dazwischen gebildet ist, und einer Steuerelek
trode, die auf der Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung mit einem Isolierfilm dazwischen gebildet ist, eine
Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von in einer Mehr
zahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen ent
hält, eine Mehrzahl von Hauptbitleitungen, die entsprechend
der Mehrzahl von Spalten vorgesehen sind, und eine Source
leitung, die für die Mehrzahl von Speicherzellen gemeinsam
vorgesehen ist, wobei die Mehrzahl von Speicherzellen ge
teilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder
eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten
angeordneten Speicherzellen enthält, eine Mehrzahl von
Unterbitleitungsgruppen, die entsprechend der Mehrzahl von
Abschnitten vorgesehen sind und eine Mehrzahl von Unterbit
leitungen enthalten, von denen jede einer Mehrzahl von Spal
ten in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, einen Aus
wahlgattertransistor, der die Mehrzahl von Unterbitleitungs
gruppen mit der Mehrzahl von Hauptbitleitungen selektiv ver
bindet, eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Potentials
zum Anlegen eines ersten Potentials an die Hauptbitleitungen
und den Auswahlgattertransistor, die nicht gewählt sind, an
die Sourceleitung und an das n-Typ-Gebiet beim Lesen von
Daten in einer vorbestimmten Speicherzelle der Speicherzel
len, eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Potentials
zum Anlegen eines Potentials, das um 1 bis 2 V kleiner als
das erste Potential ist, an die Hauptbitleitung und die
Unterbitleitung, die gewählt sind, beim Lesen von Daten in
der vorbestimmten Speicherzelle, eine Öffnungseinrichtung,
die die nichtgewählten Unterbitleitungen in einen offenen
Zustand beim Lesen von Daten in der vorbestimmten Speicher
zelle bringt, und eine Einrichtung zum Anlegen eines dritten
Potentials zum Anlegen eines zweiten Potentials an den Aus
wahlgattertransistor, der gewählt ist, beim Lesen von Daten
in der vorbestimmten Speicherzelle.
Gemäß diesem Aufbau kann der Lesebetrieb des p-Kanaltyp-
DINOR-Typ-Flashspeichers durch Verwenden von zwei Arten von
Potentialen ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist das erste Potential ein Erdpotential und
das zweite Potential ein externes Stromversorgungspotential
mit einem negativen Wert.
Durch Verwenden nur eines externen Stromversorgungspoten
tials mit einem positiven Wert in der Speicherzelle kann der
Lesebetrieb eines p-Kanaltyp-NOR- oder DINOR-Typ-Flashspei
chers ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist das erste Potential ein Erdpotential und
das zweite Potential ein externes Stromversorgungspotential
mit einem negativen Wert.
Im Ergebnis kann durch Verwenden des einen externen Strom
versorgungspotentials mit einem negativen Wert in der Spei
cherzelle der Lesebetrieb eines p-Kanaltyp-NOR- oder DINOR-
Typ- Flashspeichers ausgeführt werden.
Wenn in der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
Daten programmiert werden, dann ist die Bedingung zum An
legen einer Programmierspannung vorzugsweise so festgesetzt,
daß der Drainstrom, der ein zur Zeit des Programmierens am
meisten verbrauchte Strom ist, 1 µA oder kleiner ist.
Im Ergebnis können zum Beispiel wenigstens 1000 Speicherzel
len gleichzeitig parallel programmiert werden, was es mög
lich macht, die auf eine Speicherzelle bezogene wirksame
Programmiergeschwindigkeit zu vergrößern.
Ferner kann eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrich
tung hergestellt werden, welche auf der Grundlage einer
Einzelstromquelle in Betrieb ist.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung augen
scheinlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den beige
fügten Zeichnungen zur Kenntnis genommen wird.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine erste Darstellung zum Beschreiben des
Programmierbetriebs einer nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine zweite Darstellung zum Beschreiben des
Programmierbetriebs der nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform;
Fig. 3 eine Darstellung zum Beschreiben des Löschbe
triebs der nichtflüchtigen Halbleiterspei
chereinrichtung gemäß der ersten Ausführungs
form;
Fig. 4 eine Darstellung, die eine Bedingung zum An
legen einer Spannung der nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 5 eine Darstellung, die Programmiercharakteri
stiken der nichtflüchtigen Halbleiterspei
chereinrichtung gemäß der ersten Ausführungs
form zeigt;
Fig. 6 eine Darstellung, die eine Löschcharakteri
stik der nichtflüchtigen Halbleiterspeicher
einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
Fig. 7 eine Darstellung, die eine Id-Vd-Charakte
ristik und eine Ig-Vd-Charakteristik zeigt,
wenn bei der ersten Ausführungsform ein
Schwebegate und ein Steuergate verbunden
sind;
Fig. 8 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 9 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
Fig. 10 eine Darstellung, welche die Programmier- und
die Löscheigenschaften eines herkömmlichen
NOR-Typ- Flashspeichers zeigt;
Fig. 11 eine Darstellung, welche die Programmier- und
die Löscheigenschaften der nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der drit
ten Ausführungsform zeigt;
Fig. 12 eine Darstellung zum Beschreiben des Program
mierbetriebs einer nichtflüchtigen Halblei
terspeichereinrichtung gemäß einer vierten
Ausführungsform zeigt;
Fig. 13 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 14 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer
nicht flüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt;
Fig. 15 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer siebenten Ausführungsform zeigt;
Fig. 16
und 17 Schnittansichten, welche einen ersten und
einen zweiten Herstellungsschritt einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer achten Ausführungsform zeigen;
Fig. 18
und 19 Schnittansichten, welche einen ersten und
einen zweiten Herstellungsschritt einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer neunten Ausführungsform zeigen;
Fig. 20 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt;
Fig. 21 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer elften Ausführungsform zeigt;
Fig. 22 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt;
Fig. 23 eine erste Darstellung, die einen anderen Zu
stand einer n-Wanne bei der ersten bis zwölf
ten Ausführungsform zeigt;
Fig. 24 eine zweite Darstellung, die einen weiteren
Zustand der n-Wanne bei der ersten bis zwölf
ten Ausführungsform zeigt;
Fig. 25 eine dritte Darstellung, die einen weiteren
Zustand der n-Wanne bei der ersten bis zwölf
ten Ausführungsform zeigt;
Fig. 26 eine Darstellung, welche die Id-Vd-Charakte
ristik und die Ig-Vd-Charakteristik einer
nicht flüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform
zeigt;
Fig. 27 eine erste Darstellung zum Beschreiben einer
Lawinenerscheinung bei der fünfzehnten Aus
führungsform;
Fig. 28 eine zweite Darstellung zum Beschreiben der
Lawinenerscheinung bei der fünfzehnten Aus
führungsform;
Fig. 29 eine dritte Darstellung zum Beschreiben der
Lawinenerscheinung bei der fünfzehnten Aus
führungsform;
Fig. 30 eine Darstellung, die eine FN-Auftragung
eines Band-Band-Tunnelstroms Id der nicht
flüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung ge
mäß der fünfzehnten Ausführungsform zeigt;
Fig. 31 eine Darstellung, welche die Id-Vd-Charakte
ristik und die Ig-Vd-Charakteristik bei Vg =
0 V der nichtflüchtigen Halbleitereinrichtung
gemäß der fünfzehnten Ausführungsform zeigt;
Fig. 32 eine schematische Darstellung zum Beschreiben
des Programmierbetriebs einer herkömmlichen
NOR-Typ- Speicherzelle;
Fig. 33 eine schematische Darstellung zum Beschreiben
des Löschbetriebs der herkömmlichen NOR-Typ-
Speicherzelle;
Fig. 34 eine schematische Darstellung zum Beschreiben
des Programmierbetriebs einer herkömmlichen
DINOR- Typ-Speicherzelle;
Fig. 35 eine schematische Darstellung zum Beschreiben
des Löschbetriebs der herkömmlichen DINOR-
Typ-Speicherzelle;
Fig. 36 eine Darstellung, welche eine Spannungsan
legebedingung der herkömmlichen DINOR-Typ-
Speicherzelle zeigt;
Fig. 37 eine Darstellung, welche die Programmier
charakteristik der herkömmlichen DINOR-Typ-
Speicherzelle zeigt;
Fig. 38 eine Darstellung, welche die Löschcharak
teristik der herkömmlichen DINOR-Typ-Spei
cherzelle zeigt;
Fig. 39 eine schematische Darstellung zum Beschreiben
einer Band-Band-Tunnelerscheinung in einer
herkömmlichen n-Kanaltyp-MOS-Speicherzelle
und
Fig. 40 eine Schnittansicht, welche einen verbesser
ten Aufbau der herkömmlichen n-Kanaltyp-MOS-
Speicherzelle zeigt.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrie
ben. Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeicher
einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird zunächst
unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform enthält ein p-Typ-Sourcegebiet
2 und ein p-Typ-Draingebiet 3, die auf der Oberfläche einer
n-Typ-Wanne 1 gebildet sind. In Fig. 1 sind an den Grenzen
zwischen dem Sourcegebiet 2 und der n-Wanne 1 und zwischen
dem Draingebiet 3 und der n-Wanne 1 entsprechend pn-Über
gänge 2a und 3a gebildet.
Eine Schwebegateelektrode 5 ist auf einem zwischen dem
Sourcegebiet 2 und dem Draingebiet 3 dazwischenliegenden
Kanalgebiet 8 mit einem Tunneloxidfilm 4 dazwischen gebil
det. Eine Steuergateelektrode 7 ist auf der Schwebegateelek
trode 5 mit einem Isolierfilm 6 dazwischen gebildet. Es wird
angemerkt, daß als Isolierfilm 6 im allgemeinen ein Drei
schichtfilm aus einem Oxidfilm, einem Nitridfilm und einem
Oxidfilm verwendet wird.
Ein Programmier-, Lösch- und Lesebetrieb der nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung mit dem vorstehenden Aufbau
wird beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 ist bei dem Pro
grammierbetrieb ein positives Potential von etwa 4 bis 11 V
an die Steuergateelektrode 7 angelegt, ist ein negatives Po
tential von etwa -3 bis -10 V an das Draingebiet 3 angelegt,
ist das Sourcegebiet 2 in einem offenen Zustand und ist die
n-Wanne 1 auf Erdpotential. Insbesondere sind die Potentiale
in einer Potentialfestlegung der Polaritäten angelegt, wel
che denjenigen des Programmierbetriebs einer einen herkömm
lichen n-Kanaltyp-MOS-Transistor verwendenden DINOR-Typ-
Flashspeicherzelle entgegengesetzt sind.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche den Pro
grammierbetrieb in einem durch das A in Fig. 1 gezeigten
Gebiet zu dieser Zeit darstellt.
In dem Draingebiet 3 wird ein Band-Band-Tunnelstrom erzeugt,
um ein Elektron-Loch- Paar 9 zu erzeugen. Ein Elektron 9a des
Paares wird in der Richtung des Kanalgebiets 8 durch ein
laterales elektrisches Feld beschleunigt, so daß es in ein
heißes Elektron mit großer Energie verwandelt wird. Da zu
dieser Zeit an die Steuergateelektrode 7 ein positives Po
tential angelegt ist, kann dieses heiße Elektron 9a in den
Tunneloxidfilm 4 leicht injiziert werden, so daß es die
Schwebegateelektrode 5 erreicht. Die Elektronen werden in
die Schwebegateelektrode 5 durch diese durch den Band-Band-
Tunnelstrom erzeugte Injektion heißer Elektronen injiziert,
und der Programmierbetrieb für eine Speicherzelle bei der
vorliegenden Ausführungsform wird ausgeführt.
Gemäß diesem Programmierbetrieb ist der Schwellenwert einer
Speicherzelle "kleines Vt" (ein Zustand mit kleinem Vth). Da
die Speicherzelle ein p-Kanaltyp-Transistor ist, weist der
Schwellenwert einen kleinen Absolutwert mit negativem Vor
zeichen auf.
Der Löschbetrieb wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3
und 4 beschrieben. Bei dem Löschbetrieb wird ein negatives
Potential von etwa -5 bis -12 V an die Steuergateelektrode 7
angelegt, wird ein positives Potential von etwa 5 bis 12 V
an das Sourcegebiet 2 und die n-Wanne 1 angelegt und ist das
Draingebiet 3 in einem offenen Zustand. Insbesondere wird
durch eine Potentialfestlegung der Polaritäten, die denjeni
gen bei dem Löschbetrieb der den n-Kanaltyp-MOS-Transistor
verwendenden DINOR-Typ- Flashspeicherzelle entgegengesetzt
sind, in dem Kanalgebiet 8 eine Kanalschicht aus Löchern ge
bildet. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Potentialfest
legung ist an den Tunneloxidfilm 4 zwischen der Kanalschicht
und der Schwebegateelektrode 5 ein starkes elektrisches Feld
angelegt. Aus der Schwebegateelektrode 5 werden durch eine
FN-Tunnelerscheinung in die Kanalschicht Elektronen ausge
stoßen. Dieser Löschbetrieb bringt den Schwellenwert der
Speicherzelle auf "großes Vt" (in einen Zustand mit großem
Vth). Da die Speicherzelle ein p-Kanaltyp-Transistor ist,
weist der Schwellenwert einen großen Absolutwert mit negati
vem Vorzeichen auf.
Bei dem Lesebetrieb wird, wie in Fig. 4 gezeigt, ein nega
tives Potential von etwa -1,5 bis -5 V, welches etwa zwi
schen dem "kleinen Vt" und dem "großen Vt" ist, an die
Steuergateelektrode 7 angelegt, werden das Sourcegebiet 2
und die n-Wanne 1 geerdet und wird ein negatives Potential
von etwa -0,1 bis -2 V an das Draingebiet 3 angelegt.
In Abhängigkeit davon, ob bei dieser Potentialfestlegung
durch die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung hin
durch Strom fließt, wird bestimmt, ob der Schwellenwert der
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung "kleines Vt"
ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Programmiercharakteristik
und eine Löschcharakteristik der nichtflüchtigen Halblei
terspeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungs
form.
Es wird festgestellt, daß im Vergleich zu dem in den Fig.
37 und 38 dargestellten Stand der Technik sowohl bei der
Programmiercharakteristik als auch bei der Löschcharakteri
stik der vorliegenden Ausführungsform der Schwellenwert ne
gativ ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der nichtflüchtigen
Halbleiterspeichereinrichtung der vorliegenden Ausführungs
form die Speicherzelle aus einem p-Kanaltyp-MOS-Transistor
gebildet und werden der Programmier-, der Lösch- und der
Lesebetrieb unter derartigen Potentialbedingungen, wie in
Fig. 4 gezeigt, ausgeführt. Daher wird bei dem Programmier
betrieb ein Loch 9b des durch den Band-Band-Tunnelstrom er
zeugten Elektron-Loch-Paares 9 in der Nähe des Draingebiets
3 in das Draingebiet 3 gezogen. Ferner wird das Loch im
Unterschied zu dem herkömmlichen Fall nicht in ein heißes
Loch mit großer Energie verwandelt, da die große Lochkonzen
tration im Draingebiet 3 verursacht, daß das Loch gestreut
und ihm Energie entzogen wird. Selbst wenn ein heißes Loch
vorhanden ist, kann das heiße Loch nicht in den Tunneloxid
film 4 injiziert werden, da die Schwebegateelektrode 5 auf
einem positiven Potential ist.
Daher kann eine durch die Injektion heißer Löcher in den
Tunneloxidfilm verursachte merkliche Verschlechterung des
Tunneloxidfilms, welche ein ernsthaftes Problem bei der her
kömmlichen n-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle ist, verhindert
werden.
Da die heißen Löcher nicht in den Tunneloxidfilm injiziert
werden, ist es nicht notwendig, eine derartige Schicht zur
Abschwächung eines elektrischen Feldes wie im herkömmlichen
Fall zu bilden. Daher wird im Vergleich zu dem Aufbau der
herkömmlichen n-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle eine größere
wirksame Gatelänge gesichert und können bei der vorliegenden
Erfindung die Speicherzellen stärker miniaturisiert werden,
was eine hohe Integration erlaubt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 werden die Id-Vd-Charakteristik
und die Ig-Vd-Charakteristik in dem Fall beschrieben, daß
bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau die Schwebegateelektrode
5 und die Steuergateelektrode 7 verbunden sind. Es wird an
gemerkt, daß Id den Wert des durch die Band-Band-Tunneler
scheinung erzeugten Stroms bezeichnet und daß Ig den Wert
jenes Stroms bezeichnet, der durch die durch den Band-Band-
Tunnelstrom verursachten heißen Elektronen in den Tunnel
oxidfilm 4 injiziert wird. Vg bezeichnet die Spannung der
Steuergateelektrode 7.
Wenn eine Injektionseffizienz Ig/Id unter den Bedingungen Vd
= -6 V und Vg = 6 V in Betracht gezogen wird, welche den
tatsächlichen Verwendungsbedingungen nahe sind, dann wird
eine große Injektionseffizienz von etwa 10-2 erreicht, wie
in Fig. 7 gezeigt.
Bei dem Programmierbetrieb gemäß der vorliegenden Ausfüh
rungsform ist die Injektionseffizienz Ig/Id um ein bis zwei
Stellen besser als ein Verhältnis Ig/Id aus einem durch die
FN-Tunnelerscheinung erzeugten Gatestrom Ig und einem Leck
strom Id, der durch die Band-Band-Tunnelerscheinung der her
kömmlichen n-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle erzeugt wird, bei
welcher der Programmierbetrieb ausgeführt wird durch den
Ausstoß von Elektronen aus der Schwebegateelektrode in das
Draingebiet mittels des FN-Tunnelstroms.
Wie vorstehend beschrieben, erlaubt es die im Vergleich zu
der herkömmlichen Speicherzelle größere Injektionseffizienz
Ig/Id, daß der Programmierbetrieb ausgeführt wird mit der
selben Geschwindigkeit wie derjenigen im herkömmlichen Fall
und mit einem im Vergleich zum herkömmlichen Fall kleineren
Stromverbrauch. Dies bedeutet, daß der Programmierbetrieb
ausgeführt werden kann mit einer größeren Geschwindigkeit
mit demselben Betrag des Stromverbrauchs wie im herkömmli
chen Fall.
Gemäß dem Programmierbetrieb der nichtflüchtigen Halbleiter
speichereinrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann
eine Verschlechterung des Tunneloxidfilms verhindert und die
Gatelänge wirksam verwendet werden. Ferner können ein klei
ner Stromverbrauch und ein Hochgeschwindigkeitsprogrammieren
verwirklicht werden (vergleiche S. Haddad et al., "An In
vestigation of Erase-Mode Dependent Hole Trapping in Flash
EEPROM Memory Cell", IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Band 11,
Nr. 11, November 1990, 514).
Da ferner das Sourcegebiet 2 und das Draingebiet symmetrisch
bezüglich der Schwebegateelektrode 5 und der Steuergateelek
trode 7 aufgebaut sind, wie in Fig. 1 gezeigt, können das
Sourcegebiet 2 und das Draingebiet 3 mittels desselben Stör
stellenimplantationsschrittes gebildet werden. Im Ergebnis
können im Vergleich zu der herkömmlichen DINOR-Typ-Flash
speicherzelle und der NOR-Typ-Flashspeicherzelle, welche ein
Sourcegebiet und ein Draingebiet aufweisen, die asymmetrisch
aufgebaut sind, die Anzahl von Masken und die Anzahl von
Herstellungsschritten verkleinert werden, was zu einer Ver
kleinerung der Herstellungskosten der nichtflüchtigen Halb
leiterspeichereinrichtung führt.
Eine zweite Ausführungsform einer nichtflüchtigen Halblei
terspeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird
nun beschrieben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung der zweiten
Ausführungsform ist ein DINOR-Typ-Flashspeicher, der eine p-
Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle verwendet, welche mit der Spei
cherzelle der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungs
form verwirklicht ist.
Eine in diesem DINOR-Flashspeicher enthaltene Speicherzell
matrix ist in eine Mehrzahl von Abschnitten geteilt, wie
nachstehend beschrieben. Die Tabellen 1 bis 3 zeigen die
Spannungsanlegebedingungen bei den Speicherzellen (Speicher
transistoren) in einem gewählten Abschnitt und bei den Spei
cherzellen (Speichertransistoren) in nichtgewählten Ab
schnitten. In den Tabellen 1 bis 3 bezeichnet Vd eine Drain
spannung, Vg eine Steuergateelektrodenspannung, Vs eine
Sourcegebietsspannung und Vbb ein n-Wannenspannung. Zur Ver
einfachung der Beschreibung sind bei den Spannungsbedingun
gen in den Tabellen 1 bis 3 die Anzahl von Abschnitten, die
Anzahl von Speichern und dergleichen klein.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das den Gesamtaufbau einer
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der vor
liegenden Ausführungsform zeigt.
Eine Speicherzellmatrix 70 ist in Abschnitte SE1 und SE2 ge
teilt. Die Speicherzellmatrix 70 enthält Auswahlgatter SG1
und SG2, die entsprechend den Abschnitten SE1 und SE2 ent
sprechen. Die Speicherzellmatrix 70 ist in einem n-Wannen
gebiet 71 gebildet.
In der Speicherzellmatrix 70 sind zwei Hauptbitleitungen MB0
und MB1 angeordnet. Die Hauptbitleitungen N30 und MB1 sind
mit einem Abtastverstärker 52 und einer Programmierschaltung
53 mittels Y-Gattertransistoren YG0 und YG1 in einem Y-Gat
ter 72 verbunden.
Zwei Unterbitleitungen SB01 und SB02 sind entsprechend der
Hauptbitleitung MB0 vorgesehen. Zwei Unterbitleitungen SB11
und SB12 sind entsprechend der Hauptbitleitung MB1 vorge
sehen.
Wortleitungen WL0 und WL1 sind so angeordnet, daß sie die
Unterbitleitungen SB01 und SB11 kreuzen. Wortleitungen WL2
und WL3 sind so angeordnet, daß sie die Unterbitleitungen
SB02 und SB12 kreuzen. Durch Verwenden eines Zwischenverbin
dungsaufbaus, bei dem als Material der Unterbitleitung ein
Metallmaterial wie beispielsweise ein Metallmaterial mit
großer Schmelztemperatur aus Al und Wolfram und ein Silizid
material des Metallmaterials mit großer Schmelztemperatur
verwendet wird, kann hier ein Kontaktwiderstand mit einer
p⁺-Diffusionsschicht im Vergleich zu einem Polysilizium als
Material der Unterbitleitung verwendenden Zwischenverbin
dungsaufbau ausreichend klein gemacht werden. Ferner kann
der kleine Zwischenverbindungswiderstand den durch die
Unterbitleitung verursachten parasitären Widerstand unter
drücken.
An den Kreuzungspunkten zwischen den Unterbitleitungen SB01,
SB02, SB11, SB12 und den Wortleitungen WL0 bis WL3 sind
Speicherzellen (Speichertransistoren) M00 bis M03 und M10
bis M13 vorgesehen. Die Speicherzellen M00, M01, M10 und M11
sind in dem Abschnitt SE1 und die Speicherzellen M02, M03,
M12 und M13 sind in dem Abschnitt SE2 enthalten.
Jeder Speicherzelle hat ihr Draingebiet verbunden mit einer
entsprechenden Unterbitleitung, hat ihre Steuergateelektrode
verbunden mit einer entsprechenden Wortleitung und hat ihr
Sourcegebiet verbunden mit einer Sourceleitung SL.
Das Auswahlgatter SG1 enthält Auswahlgattertransistoren SG01
und SG11. Das Auswahlgatter SG2 enthält Auswahlgattertransi
storen SG02 und SG12. Die Unterbitleitungen SB01 und SB02
sind mit der Hauptbitleitung MB0 mittels der Auswahlgatter
transistoren SG01 und SG02 entsprechend verbunden, und die
Unterbitleitungen SB11 und SB12 sind mit der Hauptbitleitung
MB1 mittels der Auswahlgattertransistoren SG11 und SG12 ent
sprechend verbunden.
Ein Adressenpuffer 58 empfängt von außen angelegte Adressen
signale und legt ein X-Adressensignal und ein Y-Adressensi
gnal entsprechend an einen X-Decodierer 59 und einen Y-De
codierer 57 an. Der X-Decodierer 59 wählt als Reaktion auf
das X-Adressensignal eine beliebige einer Mehrzahl von Wort
leitungen WL0 bis WL3. Der Y-Decodierer 57 erzeugt ein Aus
wahlsignal, das als Reaktion auf das Y-Adressensignal eine
beliebige einer Mehrzahl von Hauptbitleitungen NB0 und MB1
wählt.
Die Y-Gattertransistoren im Y-Gatter 72 verbinden in Reak
tion auf das Auswahlsignal die Hauptbitleitungen NB0 und MB1
entsprechend mit dem Abtastverstärker 52 und der Program
mierschaltung 53.
Beim Lesebetrieb tastet der Abtastverstärker 52 die auf der
Hauptbitleitung MB0 oder der Hauptbitleitung MB1 ausgelese
nen Daten ab und gibt die Daten mittels eines Datenein
gangs-/Datenausgangspuffers 51 nach außen aus.
Beim Programmierbetrieb werden mittels des Datenein
gangs-/Datenausgangspuffers 51 in die Programmierschaltung
53 von außen angelegte Daten gegeben und legt die Program
mierschaltung 53 eine Programmierspannung an die Hauptbit
leitungen MB0 und MB1 gemäß den Daten an.
Schaltungen zum Erzeugen einer negativen Spannung 54 und 55
empfangen eine Stromversorgungsspannung Vcc (zum Beispiel 5
V) aus der Außenwelt und erzeugen eine negative Spannung.
Eine Schaltung zum Erzeugen einer großen Spannung 56 emp
fängt die Stromversorgungsspannung Vcc aus der Außenwelt und
erzeugt eine große Spannung. Eine Prüfspannungserzeugungs
schaltung 60 empfängt die von außen angelegte Stromversor
gungsspannung Vcc und legt zur Zeit einer Prüfung an eine
gewählte Wortleitung eine vorgeschriebene Prüfspannung an.
Eine Wannenpotentialerzeugungsschaltung 61 legt zur Zeit
eines Löschens an das n-Wannengebiet 71 eine positive Span
nung an. Eine Sourcesteuerschaltung 62 legt zur Zeit des
Löschens an die Sourceleitung SL eine große Spannung an. Ein
Auswahlgatterdecodierer 63 aktiviert selektiv die Gatter SG1
und SG2 als Reaktion auf einige der Adressensignale aus dem
Adressenpuffer 53.
Eine Programmier-/Löschsteuerschaltung 50 steuert den Be
trieb jeder Schaltung als Reaktion auf ein von außen ange
legtes Steuersignal.
Ein Betrieb zum Löschen eines Abschnitts, ein Programmierbe
trieb und ein Lesebetrieb der nichtflüchtigen Halbleiter-
Speichereinrichtung wird nun unter Bezugnahme auf die
Tabellen 1 bis 3 beschrieben.
Es wird hier vorausgesetzt, daß der ganze Abschnitt SE1 ge
löscht wird. Zunächst wird an die Programmier-/Löschsteuer
schaltung 50 ein den Betrieb zum Loschen eines ganzen Ab
schnitts spezifizierendes Steuersignal angelegt. Als Reak
tion auf dieses Signal werden die Schaltung zum Erzeugen
einer negativen Spannung 55 und die Schaltung zum Erzeugen
einer großen Spannung 56 aktiviert.
Die Schaltung zum Erzeugen einer negativen Spannung 55 legt
eine negative Spannung (-10 V) an den X-Decodierer 59 an.
Der X-Decodierer 59 legt an die Wortleitungen WL0 und WL1
des Abschnitts SE1 eine negative Spannung (-10 V) und an die
Wortleitungen WL2 und WL3 des Abschnitts SE2 0 V an. Die
Schaltung zum Erzeugen einer großen Spannung 56 legt an den
Y-Decodierer 57 und die Wannenpotentialerzeugungsschaltung
61 eine große Spannung an. Der Y-Decodierer 57 legt an die
Y-Gattertransistoren YG0 und YG1 im Y-Gatter 72 eine große
Spannung an (ein Beispiel ist dargestellt, bei welchem die
Y-Gattertransistoren und der Auswahlgattertransistor gebil
det sind aus p-Kanaltyp-MOS-Transistoren). Im Ergebnis wer
den die Hauptbitleitungen MB0 und MB1 in einen Schwebezu
stand gebracht. Die Sourcesteuerschaltung 62 legt an die
Sourceleitung SL eine positive Spannung (8 V) an. Ferner
legt die Wannenpotentialerzeugungcschaltung 61 an das n-
Wannengebiet 71 eine positive Spannung (8 V) an. Der Aus
wahlgatterdecodierer 63 schaltet die Auswahlgatter SG1 und
SG2 aus.
Somit sind an die Speicherzellen in dem gewählten Abschnitt
SE1 und an die Speicherzellen in dem nichtgewählten Ab
schnitt SE2 Spannungen angelegt, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Im Ergebnis sind alle Speicherzellen im Abschnitt SE1 ge
löscht.
Es wird hier vorausgesetzt, daß die Speicherzelle M00 pro
grammiert wird. Insbesondere werden in der Speicherzelle M00
Daten "0" programmiert und in der Speicherzelle M10 Daten
"1" verriegelt.
Ein den Programmierbetrieb spezifizierendes Steuersignal
wird an die Programmier-/Löschsteuerschaltung 50 angelegt.
Als Reaktion auf dieses Signal werden die Schaltung zum Er
zeugen einer negativen Spannung 54 und die Schaltung zum Er
zeugen einer großen Spannung 56 aktiviert.
Die Schaltung zum Erzeugen einer großen Spannung 56 legt an
den X-Decodierer 59 eine große Spannung an. Der X-Decodierer
59 wählt die Wortleitung WL0 als Reaktion auf das aus dem
Adressenpuffer 58 angelegte X-Adressensignal, legt an die
gewählte Wortleitung WL0 eine große Spannung (8 V) an und
legt an die nichtgewählten Wortleitungen WL1 bis WL3 0 V an.
Die Schaltung zum Erzeugen einer negativen Spannung 54 legt
an den Y-Decodierer 57, die Programmierschaltung 53 und den
Auswahlgatterdecodierer 63 eine negative Spannung an. Zu
nächst werden an die Programmierschaltung 53 mittels des zu
verriegelnden Dateneingangs-/Datenausgangspuffers 51 Daten
"0" von außen angelegt. In Reaktion auf das aus dem Adres
senpuffer 58 angelegte Y-Adressensignal legt der Y-Deco
dierer 57 an den Y-Gattertransistor YG0 im Y-Gatter 72 eine
negative Spannung und an den Y-Gattertransistor YG1 0 V an.
Folglich wird der Y-Gattertransistor YG0 eingeschaltet.
Die Programmierschaltung 53 legt mittels des Y-Gattertransi
stors YG0 an die Hauptbitleitung MB0 eine den Daten "0" ent
sprechende Programmierspannung (-5 V) an. Der Auswahlgatter
decodierer 63 schaltet das Auswahlgatter SG1 ein und das
Auswahlgatter SG2 aus. Im Ergebnis sind die Unterbitleitun
gen SB01 und SB11 entsprechend verbunden mit den Hauptbit
leitungen MB0 und MB1. Die Sourcesteuerschaltung 62 bringt
die Sourceleitung SL in einen Schwebezustand. Die Wannenpo
tentialerzeugungsschaltung 61 legt an das n-Wannengebiet 71
0 V an.
Somit sind an die Speicherzelle M00 Spannungen angelegt, wie
in der linken Spalte der Tabelle 2 gezeigt. Im Ergebnis
nimmt die Schwellenspannung der Speicherzelle M00 zu (da die
Schwellenspannung negativ ist, ändert sie sich auf 0).
Nach einer vorgeschriebenen Zeit von beispielsweise 1 ms
werden mittels des zu verriegelnden Dateneingangs-/Datenaus
gangspuffers 51 an die Programmierschaltung 53 Daten "1" von
außen angelegt. Als Reaktion auf das aus dem Adressenpuffer
58 angelegte Y-Adressensignal legt der Y-Decodierer 57 an
den Y-Gattertransistor YG1 im Y-Gatter 72 eine negative
Spannung und an den Y-Gattertrabsistor YG0 0 V an. Im Ergeb
nis wird der Y-Gattertransistor YG1 eingeschaltet. Die Pro
grammierschaltung 53 legt mittels des Y-Gattertransistors
YG1 an die Hauptbitleitung MB1 die den Daten "1" entspre
chenden 0 V an.
Somit sind an die Speicherzelle M10 Spannungen angelegt, wie
in der rechten Spalte der Tabelle 2 gezeigt. Im Ergebnis
bleibt die Schwellenspannung der Speicherzelle M10 klein (da
die Schwellenspannung negativ ist, ist ihr Absolutwert
groß).
Es wird hier vorausgesetzt, daß aus der Speicherzelle M00
Daten ausgelesen werden. Zunächst wird an die Program
mier-/Löschsteuerschaltung 50 ein den Lesebetrieb spezi
fizierendes Steuersignal angelegt.
In Reaktion auf das aus dem Adressenpuffer 58 angelegte X-
Adressensignal wählt der X-Decodierer 59 die Wortleitung WL0
und legt an die Wortleitung 0 V an. Zu dieser Zeit sind die
Wortleitungen WL1 bis WL3 auf 3 V gehalten. Der Auswahlgat
terdecodierer 63 schaltet das Auswahlgatter SG1 ein und das
Auswahlgatter SG2 aus. In Reaktion auf das aus dem Adressen
puffer 58 angelegte Y-Adressensignal schaltet der Y-Deco
dierer 57 den Y-Gattertransistor YG0 im Y-Gatter 72 ein. Die
Sourcesteuerschaltung 62 legt an die Sourceleitung SL 3 V
an. Die Wannenpotentialerzeugungsschaltung 61 legt an das n-
Wannengebiet 71 3 V an.
Somit sind an die gewählte Speicherzelle M00 Spannungen an
gelegt, wie in der linken Spalte der Tabelle 3 gezeigt. Wenn
der Inhalt der Speicherzelle M00 "1" ist, dann wird im Er
gebnis die Hauptbitleitung MB0 mit einem Lesestrom versorgt.
Dieser Lesestrom wird durch den Abtastverstärker 52 abge
tastet und mittels des Dateneingangs-/Datenausgangspuffers
51 draußen vorgesehen. Zu dieser Zeit sind an die nichtge
wählten Speicherzellen Spannungen angelegt, wie in der rech
ten Spalte der Tabelle 3 gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, können der Lösch-, der Program
mier- und der Lesebetrieb der nichtflüchtigen Halbleiter
speichereinrichtung der vorliegenden Ausführungsform ausge
führt werden.
Bei der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der
vorliegenden Ausführungsform wird in dem Draingebiet durch
Anlegen eines positiven Potentials an die Steuergateelektro
de und eines negativen Potentials an das Draingebiet in der
p-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle ein Band-Band-Tunnelstrom er
zeugt. Dieser Band-Band-Tunnelstrom erzeugt ein Elektron.
Da 61966 00070 552 001000280000000200012000285916185500040 0002019600544 00004 61847s Elektron wird durch ein elektrisches Feld beschleunigt,
so daß es in ein heißes Elektron verwandelt wird. Durch das
heiße Elektron, das in den Tunneloxidfilm injiziert wird,
wird der Programmierbetrieb ausgeführt.
Bei dem Programmierbetrieb wird an die Steuergateelektrode
eine positive Spannung Vcg und an das Draingebiet in der ge
wählten Speicherzelle eine negative Spannung Vd angelegt.
Andererseits wird an die Steuergateelektrode 0 V und an das
Draingebiet in den mit derselben Bitleitung verbundenen
nichtgewählten Speicherzellen (Zellen, die durch eine Drain-
Störung beeinflußt sind) die negative Spannung Vd angelegt.
In den nichtgewählten Speicherzellen wird die Potentialdif
ferenz zwischen der Schwebegateelektrode und dem Draingebiet
viel kleiner als die Potentialdifferenz zwischen der
Schwebegateelektrode und dem Draingebiet der gewählten Spei
cherzelle, da die Steuergatespannung 0 V ist. Somit wird in
den nichtgewählten Speicherzellen der Erzeugungsbetrag des
Band-Band-Tunnelstroms verkleinert, was verursacht, daß der
Elektroneninjektionsstrom verkleinert wird. (In den mit der
selben Wortleitung verbundenen nichtgewählten Speicherzellen
(den Zellen, die durch eine Gatterstörung beeinflußt sind)
ist die Steuergatespannung eine positive Spannung (Vcg) und
ist die Draingebietsspannung 0 V. Dieser Zustand ist dersel
be durch den FN-Tunnelstrom verursachte fehlerhafte Lösch
modus wie im Falle der herkömmlichen n-Kanal-MOS-Typ-Spei
cherzelle, die durch eine Gatterstörung beeinflußt ist. In
diesem Modus entsteht kein Problem, wenn nicht Vcg auf einen
sehr großen Wert festgesetzt ist.)
Wie vorstehend beschrieben, weist nur diejenige Speicher
zelle, bei der sowohl an die Steuergateelektrode eine
positive Spannung als auch an das Draingebiet eine negative
Spannung gleichzeitig angelegt sind, einen vergrößerten
Elektroneninjektionsstrom auf und erlaubt nur sie einen
Hochgeschwindigkeitsprogrammierbetrieb. In jener Speicher
zelle, an die nur die eine der positiven Spannung an die
Steuergateelektrode und die negative Spannung an das Drain
gebiet angelegt ist, wird der Programmierbetrieb oder der
Löschbetrieb nicht ausgeführt. Insbesondere wird die Eigen
schaft verwendet, daß der Erzeugungsbetrag des Band-Band-
Tunnelstroms bestimmt wird durch die Größe der Potentialdif
ferenz zwischen der Schwebegateelektrode und dem Drainge
biet. Wie vorstehend beschrieben, ist die wirksame Verwen
dung der Band-Band-Tunnelerscheinung das Kennzeichen des
Programmierbetriebs der vorliegenden Ausführungsform.
Durch Verwenden der p-Kanal-MOS-Speicherzellen in dem DINOR-
Typ-Flashspeicher können das Sourcegebiet und das Drainge
biet eines p-Kanal-Transistors, die in einem peripheren
Schaltungsgebiet gebildet sind, und diejenigen eines Spei
cherzellgebietes so gebildet werden, daß sie einen ähnlichen
Aufbau aufweisen. Daher ist es möglich, in das Source- und
das Draingebiet im Speicherzellgebiet und in diejenigen im
peripheren Schaltungsgebiet bei demselben Herstellungs
schritt Störstellen zu implantieren. Im Ergebnis können die
Anzahl von Masken und die Anzahl von Herstellungsschritten
der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung verklei
nert werden, was es möglich macht, die Herstellungskosten zu
verkleinern.
Ferner kann ein in einer Speicherzellanordnung gebildeter
Auswahltransistor aus einem p-Kanal-Transistor gebildet
sein. Daher können in derselben Wanne die p-Kanaltyp-MOS-
Speicherzelle und der Auswahltransistor gebildet sein.
Eine dritte Ausführungsform einer nichtflüchtigen Halblei
terspeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird
nun beschrieben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
dritten Ausführungsform ist ein NOR-Typ-Flashspeicher, der
unter Verwendung eines Aufbaus der p-Kanal-MOS-Typ-Speicher
zelle gemäß der ersten Ausführungsform verwirklicht ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird zunächst ein Aufbau der
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der vor
liegenden Ausführungsform beschrieben. Ein Flashspeicher ge
mäß dieser Ausführungsform, der ein Löschen des ganzen Chips
ausführt, enthält eine Speicherzellmatrix 101, einen X-
Adressendecodierer 102, einen Adressenpuffer 105, eine Pro
grammierschaltung 106, einen Abtastverstärker 107, einen
Eingangs-/Ausgangspuffer 108, eine Sourcesteuerschaltung
109, Schaltungen zum Erzeugen einer negativen Spannung 110
und 111, eine Schaltung zum Erzeugen einer großen Spannung
112 und eine Wannenpotentialerzeugungsschaltung 113.
Die Speicherzellmatrix 101 weist eine Mehrzahl von Speicher
transistoren auf, die in Zeilen und Spalten in ihr angeord
net sind. Die Speicherzellmatrix 101 ist in einem n-Wannen
gebiet 114 gebildet. Der X-Adressendecodierer 102 und ein Y-
Gatter 103 sind verbunden, um die Zeilen und die Spalten der
Speicherzellmatrix 101 zu wählen. Ein eine Spaltenauswahlin
formation bereitstellender Y-Adressendecodierer 104 ist mit
dem Y-Gatter 103 verbunden. Der Adressenpuffer 105, in wel
chem eine Adresseninformation zeitweilig gespeichert ist,
ist mit dem X-Adressendecodierer 102 und dem Y-Adressendeco
dierer 104 verbunden.
Die Programmierschaltung 106 zum Ausführen des Programmier
betriebs beim Dateneingang und der Abtastverstärker 107, der
eine "0" oder eine "1" auf der Grundlage eines Wertes eines
beim Datenausgang fließenden Stroms bestimmt, sind mit dem
Y-Gatter 103 verbunden. Der zeitweilig Eingangs-/Ausgangs
daten speichernde Eingangs-/Ausgangspuffer 108 ist mit der
Programmierschaltung 106 und dem Abtastverstärker 107 ver
bunden.
Bei der in Fig. 9 gezeigten Speicherzellmatrix 101 ist ein
den schematischen Aufbau zeigendes Ersatzschaltbild darge
stellt. Ein Flashspeicher mit dieser Speicherzellmatrix 101
wird NOR-Typ-Flashspeicher genannt.
In der Speicherzellmatrix 101 sind eine Mehrzahl von in der
Zeilenrichtung verlaufenden Wortleitungen WL₁, WL₂₁ . . . , WLi
und eine Mehrzahl von in der Spaltenrichtung verlaufenden
Bitleitungen BL₁, BL₂, . . . , BLj senkrecht zueinander ange
ordnet. Diese Leitungen bilden eine Matrix. An den Kreu
zungspunkten zwischen den Wortleitungen und den Bitleitungen
sind Speichertransistoren Q₁₁, Q₁₂ . . , Qÿ vorgesehen, von
denen jeder ein Schwebegate aufweist. Jede Bitleitung ist
mit dem Draingebiet der entsprechenden Speichertransistoren
verbunden. Jede Wortleitung ist mit der Steuergateelektrode
der entsprechenden Speichertransistoren verbunden. Jede der
Sourceleitungen S₁, S₂, . . . ist mit dem Sourcegebiet der
entsprechenden Speichertransistoren verbunden. Die Sources
der Speichertransistoren, die zu derselben Zeile gehören,
sind miteinander verbunden, wie in Fig. 9 gezeigt.
Die Schaltung zum Erzeugen einer großen Spannung 112 emp
fängt eine Stromversorgungsspannung Vcc (zum Beispiel 3 V)
aus der Außenwelt und erzeugt eine große Spannung. Die
Schaltungen zum Erzeugen einer negativen Spannung 110 und
111 empfangen die Stromversorgungsspannung Vcc aus der
Außenwelt und erzeugen eine negative Spannung. Die Wannen
potentialerzeugungsschaltung 113 legt an das n-Wannengebiet
114 eine große Spannung an. Die Sourcesteuerschaltung 109
legt zur Zeit des Löschens an die Sourceleitung SL eine
große Spannung an.
Der Löschbetrieb, der Programmierbetrieb und der Lesebetrieb
werden nun unter Bezugnahme auf die Tabellen 4 bis 6 be
schrieben. Die Werte bei den in den Tabellen 4 bis 6 ge
zeigten Spannungsanlegebedingungen sind beispielhaft.
Die Schaltung zum Erzeugen einer negativen Spannung 111 legt
eine negative Spannung (-10 V) an den X-Adressendecodierer
102 an. Der X-Adressendecodierer 102 legt eine negative
Spannung (-10 V) an alle Wortleitungen WL1 bis WLi an. Die
Wannenpotentialerzeugungsschaltung 113 legt eine hohe Span
nung (8 V) an das n-Wannengebiet 114 an. Die Sourcesteuer
schaltung 109 legt eine hohe Spannung (8 V) an die Source
leitung SL an. Der Y-Adressendecodierer 104 schaltet die Y-
Gattertransistoren im Y-Gatter 103 aus und bringt alle Bit
leitungen BL₁ bis BLj in einen Schwebezustand.
Wie vorstehend beschrieben, sind an alle Speicherzellen in
der Speicherzellmatrix 101 Spannungen angelegt, wie in der
Tabelle 4 gezeigt. Im Ergebnis sind alle Speicherzellen in
der Speicherzellmatrix 101 gelöscht.
Es wird hier vorausgesetzt, daß der Speichertransistor Q₁₁
programmiert wird. Insbesondere werden in dem Speichertran
sistor Q₁₁ Daten "0" programmiert, und die anderen Speicher
zellen in der Speicherzellmatrix 101 verriegeln Daten "1".
Die Schaltung zum Erzeugen einer großen Spannung 112 legt
eine große Spannung an den X-Adressendecodierer 102 an. Der
X-Adressendecodierer 102 wählt die Wortleitung WL₁ als
Reaktion auf ein aus dem Adressenpuffer 105 angelegtes X-
Adressensignal, legt an die gewählte Wortleitung WL₁ eine
hohe Spannung (8 V) an und legt an die nichtgewählten Wort
leitungen WL₂ bis WL₁ 0 V an.
Die Schaltung zum Erzeugen einer negativen Spannung 110 legt
an den Y-Adressendecodierer 104 eine negative Spannung an.
Zunächst werden an die Programmierschaltung 106 mittels des
zu verriegelnden Dateneingangs-/Datenausgangspuffers 108
Daten "0" von außen angelegt. Der Y-Adressendecodierer 104
sendet als Reaktion auf ein aus dem Adressenpuffer 105
angelegtes Y-Adressensignal eine Bitleitungsauswahlinforma
tion in das Y-Gatter 103. Das Y-Gatter 103 wählt die Bitlei
tung BL₁, legt an die gewählte Bitleitung BL₁ eine den Daten
"0" entsprechende Programmierspannung (-5 V) an und legt an
die nichtgewählten Bitleitungen BL₂ bis BLj 0 V an.
Die Sourcesteuerschaltung 109 bringt die Sourceleitung SL in
einen Schwebezustand. Die Wannenpotentialerzeugungsschaltung
113 legt an das n-Wannengebiet 114 0 V an.
Wie vorstehend beschrieben, sind an den Speichertransistor
Q₁₁ Spannungen angelegt, wie in Tabelle 5 gezeigt. Im Ergeb
nis wird die Schwellenspannung des Speichertransistors Q₁₁
vergrößert (da die Schwellenspannung negativ ist, ändert sie
sich auf 0).
Es wird hier vorausgesetzt, daß aus dem Speichertransistor
Q₁₁ Daten ausgelesen werden. Der X-Adressendecodierer 102
wählt die Wortleitung WL₁ als Reaktion auf das aus dem
Adressenpuffer 105 angelegte X-Adressensignal und legt an
die gewählte Wortleitung 0 V an. Zu dieser Zeit legt der X-
Adressendecodierer 102 an die nichtgewählten Wortleitungen
WL₂ bis WLi 3 V an. Der Y-Adressendecodierer 104 sendet als
Reaktion auf das aus dem Adressenpuffer 105 angelegte y-
Adressensignal eine Bitleitungsauswahlinformation in das Y-
Gatter 103. Das Y-Gatter 103 wählt die Bitleitung BL₁, und
an die Bitleitung BL₁ werden 2 V angelegt. An die nichtge
wählten Bitleitungen BL₂ bis BLj werden 3 V angelegt. Die
Sourcesteuerschaltung 109 legt an die Sourceleitung SL 3 V
an. Die Wannenpotentialerzeugungsschaltung 113 legt an das
n-Wannengebiet 114 3 V an. Somit sind an den gewählten Spei
chertransistor Q₁₁ Spannungen angelegt, wie in Tabelle 6 ge
zeigt. Wenn der Inhalt des Speichertransistor Q₁₁ "1" ist,
dann wird im Ergebnis die Bitleitung BL₁ mit einem Lesestrom
versorgt. Dieser Lesestrom wird durch den Abtastverstärker
107 abgetastet und mittels des Eingangs-/Ausgangspuffers 108
der Außenwelt bereitgestellt.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem NOR-Typ-Flashspei
cher der vorliegenden Ausführungsform in einer Zusatzschal
tung innerhalb eines Chips eine zum Programmieren und
Löschen verwendete hohe Spannung erzeugt werden, da beim
Programmieren und Löschen ein kleiner Strombetrag verbraucht
wird. Daher kann unter Verwendung einer willkürlichen
Einzelstromquelle eine externe Stromversorgungsspannung
bereitgestellt werden.
Ferner werden bei dem die herkömmlichen n-Kanal-MOS-Typ-
Speicherzellen verwendenden NOR-Typ-Flashspeicher durch eine
Injektion heißer Elektronen im Kanal in das Schwebegate
Elektronen injiziert, um den Programmierbetrieb auszuführen,
wie in Fig. 10 gezeigt. Im Ergebnis wird das Vth der Spei
cherzelle von der Seite mit kleinem Vth auf die Seite mit
großem Vth geändert.
Andererseits wird bei dem Löschbetrieb das Vth der Speicher
zelle durch den Ausstoß von Elektronen aus der Schwebegate
elektrode in das Sourcegebiet oder das Kanalgebiet durch die
FN-Tunnelerscheinung von der Seite mit großem Vth auf die
Seite mit kleinem Vth geändert.
Der Löschbetrieb zu dieser Zeit ist ein Löschen einer ganzen
Bitleitung oder ein ganzes Löschen auf einer Blockbasis. Da
die Speicherzellen nicht für jede Bitleitung geprüft werden
können, wird die Vth-Verteilung nach dem Löschen groß. Ins
besondere kommt durch die Vth-Verteilung auf der Seite mit
kleinem Vth, welche groß wird, eine sogenannte Überlöscher
scheinung vor. Wenn bei der Überlöscherscheinung eine Spei
cherzelle mit einem Vth erzeugt wird, das größer als 0 ist,
dann wird bei dem Lesebetrieb die Speicherzelle immer einge
schaltet, was ein fehlerhaftes Lesen verursacht.
Wenn die mit einer bestimmten Bitleitung verbundenen Spei
cherzellen infolge einer Schwankung bei dem Prozeß oder
eines Defekts mit einer größeren Geschwindigkeit gelöscht
werden, dann konnten die Speicherzellen aufgrund der Über
löscherscheinung fehlerhaft in Betrieb sein. Daher ist es
unerläßlich, die Schwankung der Löschgeschwindigkeit klein
zu machen. Die Verkleinerung der Schwankung der Löschge
schwindigkeit ist bei dem die n-Kanal-MOS-Speicherzellen
verwendenden herkömmlichen NOR-Typ- Flashspeicher ein ernst
haftes Problem gewesen.
Andererseits wird bei dem die p-Kanal-MOS-Typ-Transistoren
verwendenden NOR-Typ-Flashspeicher in der vorstehend be
schriebenen Ausführungsform das Programmieren ausgeführt
durch eine Elektroneninjektion in die Schwebegateelektrode
unter Verwendung der p-Kanal-MOS-Typ-Transistoren als Grund
struktur. Im Ergebnis kann das Programmieren von der Seite
mit großem Vth (Vth mit großem Absolutwert) zu der Seite mit
kleinem Vth (Vth mit kleinem Absolutwert) ausgeführt werden,
wie in Fig. 11 dargestellt.
Da daher für jede Bitleitung bei dem Programmierbetrieb eine
Speicherzelle geprüft werden kann, kann die Vth-Verteilung
nach dem Programmierbetrieb, das heißt die Vth-Verteilung
auf der Seite mit kleinem Vth, klein gemacht werden.
Selbst wenn ferner die mit einer Bitleitung verbundenen
Speicherzellen mit einer größeren Geschwindigkeit program
miert werden, ist es möglich zu verhindern, daß das Vth 0
überschreitet. Daher kann das Problem eines durch das über
löschen des herkömmlichen NOR-Typ-Flashspeichers verursach
ten fehlerhaften Betriebes gelöst werden.
Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform werden in den
Tunneloxidfilm heiße Löcher kaum injiziert. Daher kann eine
durch die Injektion heißer Löcher verursachte merkliche Ver
schlechterung des Tunneloxidfilms verhindert werden. Ferner
ist es nicht notwendig, eine Schicht zur Abschwächung eines
elektrischen Feldes zu bilden, welche die wirksame Verwen
dung der wirksamen Gatelänge bei der herkömmlichen n-Kanal-
MOS-Typ-Speicherzelle behindert hat, da heiße Löcher nicht
injiziert werden. Im Ergebnis können die Speicherzellen der
vorliegenden Ausführungsform mehr als eine herkömmliche
Speicherzelle miniaturisiert werden, was eine hohe Integra
tion erlaubt.
Bei der vorstehend beschriebenen zweiten und dritten Ausfüh
rungsform wurden der DINOR-Typ-Flashspeicher und der NOR-
Typ-Flashspeicher beschrieben. Doch die vorliegende Erfin
dung ist nicht darauf beschränkt. Ein beliebiger Flashspei
cher, der das Programmieren oder das Löschen durch das Aus
stoßen von Elektronen aus dem Schwebegate in das Draingebiet
mittels des FN-Tunnelstroms ausführt, kann die gleiche Wir
kung erreichen.
Bei der vorstehend beschriebenen zweiten und dritten Ausfüh
rungsform sind die Spannungsanlegebedingungen beim Lesen
nicht auf diejenigen beschränkt, welche in den Tabellen 3
und 6 gezeigt sind. Durch Verwenden von Spannungsanlegebe
dingungen beim Lesen, welche die in den Tabellen 7 bis 10
gezeigten Bedingungen erfüllen, kann die gleiche Wirkung
erreicht werden.
Eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß
einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 12 enthält die nichtflüchtige
Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der vierten Ausführungs
form ein Sourcegebiet 2 aus einem p-Typ-Störstellengebiet
und ein Draingebiet 3 aus einem p-Typ-Störstellengebiet,
welche auf der Oberfläche einer n-Wanne 1 ähnlich wie bei
der ersten Ausführungsform gebildet sind. Es wird angemerkt,
daß an den Grenzen zwischen dem Sourcegebiet 2 und der n-
Wanne 1 und zwischen dem Draingebiet 3 und der n-Wanne 1 pn-
Übergänge 2a und 3a gebildet sind.
Die nichtflüchtige Halbleitereinrichtung enthält ferner eine
Schwebegateelektrode 5, die auf einem zwischen dem Sourcege
biet 2 und dem Draingebiet 3 dazwischenliegenden Kanalgebiet
8 mit einem Tunneloxidfilm 4 dazwischen gebildet ist, und
eine Steuergateelektrode 7, die auf der Schwebegateelektrode
5 mit einem Isolierfilm 6 dazwischen gebildet ist.
Bei der wie vorstehend beschrieben aufgebauten nichtflüchti
gen Halbleiterspeichereinrichtung sind zur Zeit des Program
mierens dieselben Spannungsanlegebedingungen wie diejenigen
der ersten Ausführungsform vorgesehen. Insbesondere ist an
die Steuergateelektrode 7 ein positives Potential angelegt,
ist an das Draingebiet 3 ein negatives Potential angelegt,
ist das Sourcegebiet 2 in einem offenen Zustand und ist die
n-Wanne 1 geerdet. Im Ergebnis ist an den Tunneloxidfilm 4
auf einem Gebiet, in dem sich die Schwebegateelektrode 5 und
das Draingebiet 3 miteinander überlappen, ein starkes elek
trisches Feld angelegt. Infolge der FN-Tunnelerscheinung
werden in die Schwebegateelektrode 5 aus dem Draingebiet 3
durch den Tunneloxidfilm 4 hindurch Elektronen injiziert.
Das Programmieren ist somit ausgeführt.
Im Ergebnis kann bei dem Programmierbetrieb die gleiche Wir
kung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrie
ben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform enthält ferner eine vergrabene
Schicht vom p⁻-Typ 12, die im Kanalgebiet der in Fig. 1 ge
zeigten nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der
ersten Ausführungsform gebildet ist.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau ist an einer Grenz
fläche zwischen der n-Wanne 1 und dem Tunneloxidfilm 4 die
Kanalschicht 8 gebildet. Daher werden an der Grenzfläche
zwischen der n-Wanne 1 und dem Tunneloxidfilm 4 die durch
die Kanalschicht 8 hindurch fließenden Löcher gestreut, wo
durch die Beweglichkeit der Löcher verkleinert wird. Im Er
gebnis kann die Treibfähigkeit der nichtflüchtigen Halblei
terspeichereinrichtung verkleinert werden.
Durch das Vorsehen der vergrabenen Schicht vom p⁻-Typ 12 in
der Kanalschicht 8, wie bei der vorliegenden Ausführungsform
gezeigt, kann die Verkleinerung der Beweglichkeit der Löcher
durch Streuen an der Grenzfläche zwischen der n-Wanne 1 und
dem Tunneloxidfilm 4 verhindert werden, wodurch ein stabiles
Treiben der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung
verwirklicht wird.
Es wird angemerkt, daß die vergrabene Schicht vom p⁻-Typ 12
vorzugsweise so gebildet ist, daß sie eine Störstellenmaxi
malkonzentration aufweist, die in einer Tiefe von etwa 10 nm
bis etwa 200 nm unter der Grenzfläche zwischen der n-Wanne 1
und dem Tunneloxidfilm 4 in einer Störstellenverteilung in
der Längsrichtung in dem Kanalgebiet vorgesehen ist. Ferner
ist der Wert der Maximalkonzentration der vergrabenen
Schicht vom p--Typ 12 vorzugsweise 1 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁸ cm-3.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrie
ben. Bei dem Aufbau der nichtflüchtigen Halbleiterspeicher
einrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die
Schwebegateelektrode der in Fig. 1 gezeigten nichtflüchti
gen Halbleiterspeichereinrichtung der ersten Ausführungsform
gebildet aus n⁺-Typ-Polysilizium 13.
Durch diesen Aufbau wird das laterale elektrische Feld der
Oberfläche im Draingebiet 3 größer und der Erzeugungsbetrag
des Band-Band-Tunnelstroms im Vergleich zu der fünften Aus
führungsform vergrößert. Da das elektrische Feld zur Be
schleunigung im Draingebiet 3 vergrößert ist, erhalten die
Elektronen eine größere Energie. Im Ergebnis wird die Pro
grammiereffizienz vergrößert, wodurch die Programmierge
schwindigkeit vergrößert und die Programmierspannung ver
kleinert werden kann. Im Vergleich zu der fünften Ausfüh
rungsform wird ferner der Durchbruchswiderstand größer und
können die Speicherzellen mehr miniaturisiert werden, wo
durch die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung hoch
integriert werden kann.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrie
ben.
Bei der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der
vorliegenden Ausführungsform ist die Schwebegateelektrode
der in Fig. 1 gezeigten nichtflüchtigen Halbleiterspei
chereinrichtung der ersten Ausführungsform gebildet aus p⁺-
Typ-Polysilizium.
Durch einen derartigen Aufbau wird im Vergleich zu der
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der fünften
Ausführungsform das laterale elektrische Feld der Oberfläche
im Draingebiet 3 größer, wird der Erzeugungsbetrag des Band-
Band-Tunnelstroms vergrößert und wird das elektrische Feld
zur Beschleunigung vergrößert. Daher erhalten die Elektronen
eine größere Energie. Im Ergebnis wird die Programmiereffi
zienz vergrößert, wodurch die Programmiergeschwindigkeit
vergrößert und die Programmierspannung verkleinert werden
kann.
Im Vergleich zu der nichtflüchtigen Halbleiterspeicherein
richtung der fünften Ausführungsform wird ferner der Durch
bruchswiderstand größer und können die Speicherzellen mehr
miniaturisiert werden. Im Ergebnis kann die nichtflüchtige
Halbleiterspeichereinrichtung hoch integriert werden.
Ferner wird die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung
der siebenten Ausführungsform mit derjenigen der sechsten
Ausführungsform verglichen. Wenn als DINOR-Typ-Speicherzelle
der Aufbau der siebenten Ausführungsform verwendet wird,
dann kann beispielsweise die Schwellenspannung des Speicher
zelltransistors nach dem Löschen mit ultravioletter Strah
lung (wenn das Schwebegatepotential 0 ist) klein gemacht
werden. Daher kann der Widerstand gegen einen durch eine
Lesestörung verursachten fehlerhaften Betrieb verstärkt wer
den.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Er
findung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 16 und 17
beschrieben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung der vorlie
genden Ausführungsform ist so aufgebaut, daß ein überlap
pungsabschnitt X₁ der Schwebegateelektrode 5 und des Drain
gebiets 3 und ein überlappungsabschnitt X₂ der Schwebegate
elektrode 5 und des Sourcegebiets 2 eine p-Typ-Störstellen
konzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder weniger aufweisen.
Um die Überlappungsabschnitte X₁ und X₂ so zu bilden, daß
sie eine Störstellenkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder
weniger aufweisen, wird zunächst eine Seitenwandung 15 so
gebildet, daß sie die Steuergateelektrode 7 und die Schwebe
gateelektrode 5 bedeckt, wie in Fig. 16 gezeigt. Danach
werden mit der als Maske verwendeten Seitenwandung 15 in die
n-Wanne 1 p-Typ-Störstellen injiziert, um das Sourcegebiet 2
und das Draingebiet 3 zu bilden.
Im Ergebnis kann eine nichtflüchtige Halbleiterspeicherein
richtung erhalten werden, welche eine große wirksame Gate
länge hat und zur Miniaturisierung geeignet ist.
Wenn durch den FN-Tunnelstrom aus der Schwebegateelektrode
in das Draingebiet wie beispielsweise im Fall der herkömm
lichen DINOR-Typ- und NOR-Typ-Flashspeicherzellen Elektronen
gezogen werden, falls ein Überlappungsgebiet des Drainge
biets mit der Gateelektrode keine große Störstellenkonzen
tration aufweist, dann wird in einem Kantenabschnitt des
Draingebiets eine Verarmungsschicht gebildet. Diese Verar
mungsschicht verursacht einen Potentialabfall, wodurch die
Geschwindigkeit verkleinert wird, mit der der FN-Tunnelstrom
Elektronen ausstößt. Gemäß dem herkömmlichen Aufbau können
daher das Sourcegebiet und das Draingebiet nicht durch Inji
zieren von Ionen nach der Bildung einer Seitenwandung gebil
det werden. Die Ionen müssen mit der Schwebegateelektrode 5
und der Steuergateelektrode 7, welche als Maske verwendet
werden, injiziert werden.
Wenn andererseits die p-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle gemäß
der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, dann ent
steht ein derartiges Problem, wie vorstehend beschrieben,
nicht. Daher können mit der als Maske verwendeten Seiten
wandung 15 Ionen injiziert werden, wodurch eine nichtflüch
tige Halbleiterspeichereinrichtung vorgesehen werden kann,
die die Gatelänge wirksam verwenden kann.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 18 und
19 beschrieben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist so aufgebaut, daß in nur
einem Überlappungsabschnitt X₃ des Draingebiets 3 und der
Schwebegateelektrode 5 das Draingebiet 3 eine Störstellen
konzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder größer aufweist. In
einem Überlappungsabschnitt des Sourcegebiets 2 und der
Schwebegateelektrode 5 weist das Sourcegebiet 2 eine Stör
stellenkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm-3 oder kleiner auf,
ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen achten Ausfüh
rungsform.
Um einen derartigen Aufbau zu bilden, werden im voraus in
nur ein Gebiet, in dem mit der Steuergateelektrode 7 und der
Schwebegateelektrode 5, die als Maske verwendet werden, das
Draingebiet 3 zu bilden ist, p-Typ-Störstellenionen implan
tiert, wie in Fig. 18 gezeigt. Dann wird, wie in Fig. 19
dargestellt, eine Seitenwandung 15 so gebildet, daß sie die
Steuergateelektrode 7 und die Schwebegateelektrode 5 be
deckt. Danach werden mit der als Maske verwendeten Seiten
wandung 15 p-Typ-Störstellenionen implantiert.
Durch Verwenden dieses Aufbaus kann der Erzeugungsbetrag des
Band-Band- Tunnelstroms im Draingebiet 3 vergrößert werden.
Im Ergebnis kann die Programmiergeschwindigkeit vergrößert
und können die Drainspannung und die Steuergateelektroden
spannung zur Zeit des Programmierens verkleinert werden. Da
ferner nach der Bildung der Seitenwandung 15 in das Source
gebiet 2 Ionen implantiert werden, kann eine Speicherzelle
mit einer großen wirksamen Gatelänge gebildet werden.
Ein Aufbau einer nicht flüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 20 beschrie
ben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform enthält, wie in Fig. 20 ge
zeigt, ein Sourcegebiet 10 und ein Draingebiet 11, welche
beide aus einem p⁺-Typ-Störstellengebiet gebildet sind, und
ein erstes Störstellengebiet 16 und ein zweites Störstellen
gebiet 17, welche aus einer an entsprechenden Kantenab
schnitten des Kanalgebiets vorgesehenen p⁻-Störstellendif
fusionsschicht gebildet sind. Davon abgesehen ist der Aufbau
der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der vor
liegenden Ausführungsform derselbe wie derjenige der in
Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
Es wird angemerkt, daß an entsprechenden Grenzflächen zwi
schen dem Sourcegebiet 10, dem Draingebiet 11, dem ersten
Störstellengebiet 16 und dem zweiten Störstellengebiet 17
und der n-Wanne 1 pn-Übergänge 11a, 12a, 16a, 17a gebildet
sind.
Durch das Bilden einer sogenannten LDD-Struktur, wie vor
stehend beschrieben, kann eine Speicherzelle erhalten wer
den, die eine große wirksame Gatelänge aufweist und zur
Miniaturisierung geeignet ist.
Bei der herkömmlichen DINOR-Typ- oder NOR-Typ-Flashspeicher
zelle werden beispielsweise durch den FN-Tunnelstrom aus der
Schwebegateelektrode in das Draingebiet Elektronen gezogen.
Wenn zu dieser Zeit kein Gebiet mit großer Störstellenkon
zentration im überlappungsgebiet des Draingebiets und der
Schwebegateelektrode vorhanden ist, dann wird im Kantenab
schnitt des Draingebiets eine Verarmungsschicht gebildet.
Infolge eines Potentialabfalls in dieser Verarmungsschicht
wird die Geschwindigkeit, mit der der FN-Tunnelstrom Elek
tronen zieht, verkleinert. Ferner müssen bei dem herkömm
lichen Aufbau mit der Steuergateelektrode und der Schwebe
gateelektrode, die als Maske verwendet werden, in großer
Konzentration Ionen implantiert werden. Daher wird die
wirksame Gatelänge verkürzt. Derartige Probleme, wie vor
stehend beschrieben, können bei der vorliegenden Ausfüh
rungsform auch beseitigt werden.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Er
findung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 21 beschrieben.
Die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform enthält außer dem Aufbau der
nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung der in Fig. 1
gezeigten ersten Ausführungsform ein drittes n⁺-Typ-Stör
stellengebiet 18, das so gebildet ist, daß es das Drainge
biet 3 bedeckt. Die Störstellenkonzentration des dritten
Störstellengebietes 18 ist etwa 1 × 10¹⁷ bis etwa 1 × 10¹⁸
cm-3.
Durch das Vorsehen des dritten Störstellengebiets 18 wird
das laterale elektrische Feld in der Verarmungsschicht in
dem Draingebiet vergrößert, wodurch den Elektronen effizient
eine große Energie verliehen werden kann. Im Ergebnis kann
die Programmiergeschwindigkeit vergrößert und können die
Steuergatespannung und die Draingebietsspannung zur Zeit des
Programmierens verkleinert werden.
Ein Aufbau einer nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrich
tung gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 22 beschrie
ben.
Im Vergleich zu der nichtflüchtigen Halbleitereinrichtung
der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform enthält die
nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß der vor
liegenden Ausführungsform ein Sourcegebiet 10 und ein Drain
gebiet 11 eines Störstellengebiets mit einer großen Konzen
tration, ein viertes n⁻-Typ-Störstellengebiet 20, das so ge
bildet ist, daß es das Sourcegebiet 10 bedeckt, und ein
fünftes p⁻-Typ-Störstellengebiet 19, das so gebildet ist,
daß es das Draingebiet 11 bedeckt. Ein pn-Übergang 10a ist
an einer Grenzfläche zwischen dem Sourcegebiet 10 und dem
vierten Störstellengebiet 20 gebildet, und ein pn-Übergang
19a ist an einer Grenzfläche zwischen dem fünften Störstel
lengebiet 19 und einer n-Wanne 1 gebildet. Die Störstellen
konzentration des vierten Störstellengebiets 20 und des
fünften Störstellengebiets 19 ist jeweils etwa 1 × 10¹⁷ bis
etwa 1 × 10¹⁸ cm-3.
Durch diesen Aufbau wird der Durchbruchswiderstand einer
Speicherzelle verbessert und kann mittels des fünften Stör
stellengebiets 19 die Durchbruchsspannung zwischen dem
Draingebiet 11 und der n-Wanne 1 verbessert werden.
Bei der ersten bis zwölften Ausführungsform wurde eine Be
schreibung jenes Falles gegeben, in welchem die nichtflüch
tige Halbleiterspeichereinrichtung in einer n-Wanne 1 ge
bildet ist. Diese n-Wanne 1 kann durch denselben Schritt wie
denjenigen zur Bildung von n-Wannen 22 und 24 mit einem Pro
zeß, der zum Beispiel eine Dreiwannenstruktur in einem p-
Typ-Halbleitersubstrat 21 bildet, gebildet werden, wie in
Fig. 23 gezeigt. Alternativ kann diese n-Wanne 1 in einer
Dreifach-p-Wanne 28 in einem n-Typ-Halbleitersubstrat 26
gebildet sein, wie in Fig. 24 gezeigt. Ferner kann die n-
Wanne 1 mit einem Prozeß gebildet werden, welcher eine Dop
pelwannenstruktur in einem p-Typ-Halbleitersubstrat 21 bil
det, wie in Fig. 25 gezeigt.
Eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß
einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nun beschrieben.
Bei der dreizehnten Ausführungsform ist eine Schwellenspan
nung VTHuv (die Schwellenspannung, wenn die elektrische
Ladung in der Schwebegateelektrode 0 ist) nach dem Löschen
einer Speicherzelle mit ultravioletter Strahlung kleiner als
eine Lesespannung bei einer nichtflüchtigen Halbleiterspei
chereinrichtung, bei der das Programmieren in derselben Po
tentialfestlegung wie derjenigen der ersten Ausführungsform
ausgeführt wird, festgesetzt. Durch das Festsetzen der
Schwellenspannung VTHuv derart, daß sie kleiner als die
Lesespannung ist, wird eine Differenz ΔVTHerase zwischen
einer Schwellenspannung VTHerase einer Speicherzelle in
einem gelöschten Zustand und der Schwellenspannung VTHuv
nach dem Löschen mit ultravioletter Strahlung (ΔVTHerase =
VTHerase - VTHuv) größer als in dem Fall, daß die Schwellen
spannung VTHuv größer als die Lesespannung ist.
Zu dieser Zeit wird der Widerstand gegen eine Drainstörung
zur Zeit des Programmierens (ein fehlerhaftes Programmieren
in den nichtgewählten Zellen, die mit derselben Bitleitung
wie derjenigen einer gewählten Zelle, in der ein Program
mieren ausgeführt wird, verbunden sind) verbessert, wodurch
die Zuverlässigkeit einer Speicherzelle verbessert werden
kann.
Es wird vorausgesetzt, daß zum Beispiel VTHerase = -5 V ist,
und es werden die Fälle VTHuv = -4 V und VTHuv = -2 V in Be
tracht gezogen. Das Potential Vfg der Schwebegateelektrode
kann gemäß dem folgenden Ausdruck (1) berechnet werden:
Vfg = αcg × ΔVTH + αcg × Vcg + αd × Vd + αs × Vs + αsub
× Vsub. (1)
In dem vorstehenden Ausdruck sind αcg, αd, αs und αsub ent
sprechend die Kopplungsverhältnisse des Steuergates, des
Draingebiets, des Sourcegebiets und der n-Wanne. Diese Werte
sind veränderbar gemäß der Bedingung, unter der eine Spei
cherzelle gebildet ist. Doch hier wird in Betracht gezogen,
daß als allgemeine Werte αcg = 0,6, αd = αs = 0,1 und αsub =
0,2 gegeben sind.
Beim Programmierbetrieb unter den Vorspannungsbedingungen Vd
= -6 V, Vcg = 8 V, Vs = offen und Vsub = 0 V sind an die
durch eine Drainstörung beeinflußten Zellen die Potentiale
Vd = -6 V, Vcg = 0 V, Vs = offen und Vsub = 0 V angelegt.
Es wird hier vorausgesetzt, daß Vs, das offen ist, in der
Nähe von 0 V ist.
Das Vfg der durch eine Drainstörung beeinflußten Zellen in
einem gelöschten Zustand (ΔVTH = ΔVTHerase) zu dieser Zeit
wird wie folgt berechnet:
1) In dem Fall VTHuv = -4 V, ΔVTHerase = VTHerase
- VTHuv = (-5) - (-4) = -1 V
Vfg = -0,6 × (-1) + 0,1 × (-6) = 0 V
Vfg = -0,6 × (-1) + 0,1 × (-6) = 0 V
2) In dem Fall VTHuv = -2 V, ΔVTHerase = VTHerase
- VTHuv = (-5) - (-2) = -3 V
Vfg = 0,6 × (-3) + 0,1 × (-6) = 1,2 V. (2)
Wenn daher VTHuv = -4 V ist, dann ist Vfg = 0 V. Die Po
tentialdifferenz zwischen Vfg und Vd (= -6 V) ist 6 V. Wenn
jedoch VTHuv = -2 V ist, dann ist Vfg = 1,2 V. Die Poten
tialdifferenz zwischen Vfg und Vd (= -6 V) ist 7,2 V. Der
Erzeugungsbetrag des Band-Band-Tunnelstroms in den durch
eine Drainstörung beeinflußten Zellen wird in dem Fall VTHuv
= -2 V größer.
Insbesondere ist in dem Fall VTHuv = -2 V die Programmierge
schwindigkeit in den durch eine Drainstörung beeinflußten
Zellen größer. Ein Abnehmen des VTHuv (da VTHuv negativ ist,
ein Zunehmen des Absolutwertes) erzeugt eine Wirkung zum
Verbessern des Widerstandes gegen eine Drainstörung.
Eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß
einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nun beschrieben.
Gemäß der vierzehnten Ausführungsform ist in einer die Pro
grammiermethode der ersten Ausführungsform verwendenden
Speicherzelle die Schwellenspannung VTHuv (die Schwellen
spannung, wenn die elektrische Ladung in dem Schwebegate 0
ist) nach dem Löschen der Speicherzelle mit ultravioletter
Strahlung größer als die Lesespannung festgesetzt. Durch das
Festsetzen der Schwellenspannung VTHuv derart, daß sie
größer als die Lesespannung ist, wird der Widerstand gegen
eine Störung zur Zeit des Lesens (ein fehlerhaftes Löschen
in einer gewählten Zelle, in der ein Lesen ausgeführt wird)
vergrößert, wodurch die Zuverlässigkeit der Speicherzelle
verbessert werden kann.
Es wird vorausgesetzt, daß die Lesespannung 3,3 V ist und
daß eine Schwellenspannung VTHprogram einer Zelle in einem
programmierten Zustand -2 V ist, und es werden die Fälle
betrachtet, daß VTHuv = -4 V und VTHuv = -2 V ist. Das Po
tential Vfg der Schwebegateelektrode kann gemäß dem folgen
den Ausdruck (3) berechnet werden:
Vfg = -αcg × ΔVTH + αcg × Vcg + αd × Vd + αs × Vs + αsub
× Vsub. (3)
In dem vorstehenden Ausdruck sind αcg, αd, αs und αsub ent
sprechend die Kopplungsverhältnisse des Steuergates, des
Draingebiets, des Sourcegebiets und der n-Wanne. Diese Werte
sind in Abhängigkeit von der Bedingung, unter der eine Spei
cherzelle gebildet ist, veränderbar. Doch hier wird in Be
tracht gezogen, daß als allgemeine Werte αcg = 0,6, αd = αs
= 0,1 und αsub = 0,2 gegeben sind.
Beim Lesebetrieb unter den Vorspannungsbedingungen Vcg =
-3,3 V, Vd = -1 V, Vs = 0 V und Vsub = 0 V wird das Vfg
einer gelesenen Zelle im programmierten Zustand (ΔVTH =
ΔVTHprogram) zu dieser Zeit wie folgt berechnet:
1) In dem Fall VTHuv = -4 V, ΔVTHprogram = VTHprogram
- VTHuv = (-2) - (-4) = 2 V
Vfg = - 0, 6 × 2 + 0, 6 × (-3,3) + 0,1 × (-1) = 3,3 V
2) In dem Fall VTMuv = -2 V, ΔVTHprogram = VTHprogram
- VTHuv = (-2) - (-2) = 0 V
Vfg = -0,6 × 0 + 0,6 × (-3,3) + 0,1 × (-1) = -2,1 V. (4)
Wenn daher VTHuv = -4 V ist, dann ist Vfg = -3,3 V. Die Po
tentialdifferenz zwischen vfg und Vsub (= 0 V) ist 3,3 V
Wenn jedoch VTHuv = -2 V ist, dann ist Vfg = -2,1 V. Die
Potentialdifferenz zwischen Vfg und Vsub (= 0 V) ist 2,1 V
Es wird festgestellt, daß in dem Fall VTHuv = -4 V der
Widerstand gegen ein durch eine Lesestörung verursachtes
fehlerhaftes Löschen kleiner wird.
Insbesondere erzeugt ein Zunehmen des VTHuv (da VTHuv nega
tiv ist, ein Abnehmen des Absolutwertes< eine Wirkung zum
Verbessern des Widertandes gegen ein durch eine Lesestörung
verursachtes fehlerhaftes Löschen, wenn ein Fehlerspielraum
der Drainstörunempfindlichkeit vorhanden ist. (Wenn das
VTHuv vergrößert wird, dann wird die Drainstörunempfindlich
keit verschlechtert, falls kein Fehlerspielraum der Drain
störunempfindlichkeit vorhanden ist.)
Eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung gemäß
einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 26 bis 31 be
schrieben.
Bei der fünfzehnten Ausführungsform ist der Wert der an das
Draingebiet angelegten negativen Spannung so festgesetzt,
daß in einer gewählten Speicherzelle zum Programmieren und
in nichtgewählten Speicherzellen (in den durch eine Drain
störung beeinflußten Speicherzellen), die mit derselben Bit
leitung wie die gewählte Speicherzelle in dem bei der zwei
ten Ausführungsform beschriebenen DINOR-Typ-Flashspeicher
verbunden sind, keine Lawinenzerstörung vorkommen wird, um
die Speicherzellen zu programmieren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 26 werden eine Id-Vd- und eine
Ig-Vd-Charakteristik, wenn Vg = 6 V ist, beschrieben, welche
an einer p-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle gemessen sind, deren
Schwebegateelektrode und deren Steuergateelektrode miteinan
der verbunden sind.
Es wird angemerkt, daß Id den durch die Band-Band-Tunneler
scheinung erzeugten Strom und Ig den Injektionsstrom der
durch den Band-Band-Tunnelstrom verursachten heißen Elek
tronen in den Tunneloxidfilm bezeichnet.
Fig. 26 zeigt, daß der Stromwert von Id stark zunimmt (daß
die Steigung der Id-Vd-Charakteristik, wenn der Absolutwert
Vd < 6 V ist, größer ist als diejenige, wenn der Absolutwert
Vd < 6 V ist), wenn der Absolutwert von Vd zunimmt (der
Absolutwert Vd < 6 V ist) . Insbesondere wenn der Absolutwert
von Vd vergrößert wird, dann ist ein Wendepunkt Vd₁ vorhan
den, an dem die Charakteristik von [(logId)/Vd]′′ < 0, das
heißt von einem Aufwärtsfortsatz der (logId)-Vd-Kurve, zu
[(logId)/Vd]′′ < 0, das heißt zu einem Abwärtsfortsatz der
(logId)-Vd-Kurve, übergeht. Dies zeigt an, daß in dem Drain
gebiet eine Lawinenzerstörung vorkommt und der Stromwert Id
stark ansteigt, wie in Fig. 26 dargestellt.
Gemäß dem "Flash Memory Technology Handbook", Science Forum
Press, 56, gibt es, wie in Fig. 27 gezeigt, ein Gebiet I
und ein Gebiet II bei dem Sourcestrom, wenn bei dem die her
kömmliche n-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle verwendenden NOR-
Typ-Flashspeicher die Sourcespannung vergrößert wird. Unter
Berücksichtigung einer Temperaturabhängigkeit, einer Sub
stratpotentialabhängigkeit und einer Substratkonzentrations
abhängigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristik in den ent
sprechenden in Fig. 28 gezeigten Gebieten kann es in Be
tracht gezogen werden, daß das Gebiet I einen durch die
Band-Band-Tunnelerscheinung erzeugten Strom und das Gebiet
II einen durch die Lawinenzerstörung erzeugten Strom kenn
zeichnet.
Es wird in Betracht gezogen, daß genau dieselbe Erscheinung
wie diejenige bei dem die n-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle ver
wendenden NOR-Typ-Flashspeicher auch bei der in Fig. 1 ge
zeigten p-Kanal-MOS-Typ-Speicherzelle vorkommt.
Daher wird in Fig. 26 in Betracht gezogen, daß der Strom in
einem Gebiet, in dem der Absolutwert von Vd klein ist, ein
durch die Band-Band-Tunnelerscheinung erzeugter Strom ist
und der Strom in einem Gebiet, in dem der Absolutwert von Vd
groß und die Steigung der Id-Vd-Charakteristik groß ist, ein
durch die Lawinenzerstörung erzeugter Strom ist.
Wenn zwischen der Gateelektrode und dem Draingebiet in einem
nMOS und einem pMOS eine derartige Spannung, wie vorstehend
beschrieben, angelegt ist, dann verbiegt sich das Band des
Siliziums, wie in Fig. 29 dargestellt, in ein tiefes Ab
senkungsgebiet im Draingebiet und tunneln Elektronen im
Valenzband in den geladenen Körper, um Elektron-Loch-Paare
zu erzeugen. Dies wird Band-Band-Tunnelerscheinung genannt
(vergleiche W. Feng et al., IEEE Electron Device Letters,
Band EDL-7, Nr. 7, Juli 1986, 449).
Andererseits können Elektronen oder Löcher, die mit großer
Energie durch das große elektrische Feld versehen sind,
Elektronen im Valenzband in den geladenen Körper anheben,
was neue zu erzeugende Elektron-Loch-Paare verursacht.
Lawinenartig werden viele Träger erzeugt, so daß die somit
erzeugten Elektron-Loch-Paare weitere Elektron-Loch-Paare
erzeugen können. Diese Erscheinung wird Lawinenzerstörung
genannt. Wie vorstehend beschrieben, sind die Band-Band-Tun
nelerscheinung und die Lawinenzerstörungserscheinung ganz
verschiedene physikalische Erscheinungen.
Hier wird unter der in Fig. 26 dargestellten Bedingung die
folgende Berechnung ausgeführt, um ein Gebiet eines Stroms
durch das Band-Band-Tunneln und ein Gebiet eines Stroms
durch die Lawinenzerstörung zu unterscheiden.
Die auf eine Einheitszeit bezogene Menge GBTBT der durch die
Band-Band-Tunnelerscheinung erzeugten Elektron-Loch- Paare in
einem Gebiet in einem Siliziumsubstrat kann gemäß dem fol
genden Ausdruck berechnet werden, welcher dieselbe Form hat
wie derjenige, welcher zum Berechnen des Erzeugungsbetrages
des FN-Tunnelstroms verwendet wird:
GBTBT = A · Esi² · exp (-B/Esi) (A, B: Konstanten) (5)
In dem vorstehenden Ausdruck bezeichnet Esi eine elektrische
Feldintensität in dem Siliziumsubstrat. Wenn das Esi vergrö
ßert wird, dann wird die Verbiegung des Bandes größer, was
anzeigt, daß der Erzeugungsbetrag des Band-Band-Tunnelstroms
vergrößert wird.
Wenn zwischen der Steuergateelektrode und dem Draingebiet
wie bei der vorliegenden Ausführungsform eine große Spannung
Vg-Vd angelegt ist, dann wird auf der Oberfläche des Sili
ziumsubstrats (an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsub
strat und dem Tunneloxidfilm) gemäß der Source-/Drainstruk
tur, die mit einem allgemeinen Verfahren gebildet ist (ver
gleiche K. T. San et al., "Effects of Erase Source Bias on
Flash EPROM Device Reliability", IEEE Transactions on Elec
tron Devices, Band 42, Nr. 1, Januar 1995, 150), der Erzeu
gungsbetrag des Band-Band-Tunnelstroms maximiert. Der Band-
Band-Tunnelstrom wird nur dann erzeugt, wenn das Esi groß
wird und das Band im Silizium um eine Bandlücke Eg des Si
liziums oder stärker verbogen ist. Ferner wird bei der all
gemeinen Source-/Drainstruktur der Erzeugungsbetrag des
Band-Band-Tunnelstroms an einer Stelle maximiert, an welcher
die Verbiegung des Bandes im Silizium ebensogroß wie Eg ist
(vergleiche S. A. Parke et al., IEEE Transactions on-Elec
tron Devices, Band 39, Nr. 7, Juli 1992, 1694) . Das Esi an
der Stelle, an der die Erzeugung des Band-Band-Tunnelstroms
maximiert wird, kann durch Lösen der folgenden Ausdrücke (6)
und (7) berechnet werden (vergleiche J. Chen et al., IEEE
Electron Device Letters, Band EDL-8, Nr. 11, November 1987,
515):
εsi · Esi = εox · Eox (6)
Eox = (Vg - Vd - 1,2)/tox (7)
In den vorstehenden Ausdrücken bezeichnet εsi und εox ent
sprechend die Dielektrizitätskonstante eines Silizium- und
eines Siliziumoxidfilms, tox bezeichnet die Dicke des Tun
neloxidfilms, und Eox bezeichnet das elektrische Feld in dem
Oxidfilm, der im Kontakt ist mit der Stelle, an der die Er
zeugung des Band-Band-Tunnelstroms maximiert ist, welche die
Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und dem Tunnel
oxidfilm ist.
Der Ausdruck (6) zeigt die Stetigkeit des elektrischen
Feldes in dem Silizium- und dem Oxidfilm an. Der Ausdruck
(7) zeigt an, daß die an den Oxidfilm angelegte Spannung die
Spannung Vg-Vd zwischen der Gateelektrode und dem Drainge
biet, welche um den durch das Verbiegen des Bandes um Eg
(hier ist Eg = 1,2 eV am Maximum) im Silizium verursachten
Potentialabfall vermindert ist, ist.
Wenn vorausgesetzt wird, daß der durch die Band-Band-Tunnel
erscheinung erzeugte Gesamtstrom Id in einem Verhältnis zu
dem Betrag des Band-Band-Tunnelstroms an der Stelle, an der
die Erzeugung maximiert wird, ist, dann gelten die folgenden
Ausdrücke:
Id = A′ · Esi² · exp (-B/Esi) (A′, B: Konstanten) (8)
Esi = (εox/εsi) · (Vg - Vd - 1,2)/tox (9)
Wenn mit einer LOG-Skale der Ordinate der Band-Band-Tunnel
strom aufgetragen wird (sogenannte FN-Auftragung), dann wird
in einer graphischen Darstellung, die eine Beziehung zwi
schen Id/Esi² (die Ordinatenachse) und 1/Esi (die Abszissen
achse) darstellt, der Band-Band-Tunnelstrom linear aufge
tragen.
Ferner wird in Betracht gezogen, daß ein Gebiet außerhalb
dieser linearen Linie kein Gebiet mit der Band-Band-Tunnel
charakteristik ist. Folglich kann ein Gebiet, in dem die
Lawinenzerstörung vorkommt, unterschieden werden von einem
Gebiet, in dem die Band-Band-Tunnelerscheinung vorkommt.
Das Ergebnis der Id-Vd-Charakteristik der Fig. 26 wird als
FN-Auftragung dargestellt, wie in Fig. 30 gezeigt. In einem
Gebiet, in dem der Absolutwert Vd < 6 V ist, ist längs der
linearen Linie das Ergebnis aufgetragen. Doch in einem Ge
biet, in dem der Absolutwert Vd < 6 V ist, ist außerhalb der
linearen Linie das Ergebnis aufgetragen. Daher wird festge
stellt, daß sich das Gebiet des Absolutwertes Vd < 6 V in
der Id-Vd-Charakteristik der Fig. 26 unterscheidet von dem
Gebiet des Absolutwertes Vd < 6 V, in dem die Band-Band-Tun
nelerscheinung vorkommt.
Wenn unter der die Lawinenzerstörung verursachenden Span
nungsanlegebedingung, wie vorstehend beschrieben, das Pro
grammieren ausgeführt wird, dann werden die Charakteristiken
wie folgt verschlechtert.
- (1) Die Aufmerksamkeit wird nun auf die Werte von Ig und Id bei demselben Vd der Fig. 26 gelenkt. Die Injektionseffi zienz Ig/Id nimmt monoton zu, wenn der Absolutwert von Vd größer wird (wenn das laterale elektrische Feld zur Be schleunigung vergrößert wird, dann wird die Energie der Elektronen größer, so daß der Anteil von sich über die Bar riere des Oxidfilms bewegenden Elektronen zunimmt) . Doch der Absolutwert von Vd wird weiter so groß, daß die Lawinenzer störung vorkommen konnte (in Fig. 26 der Absolutwert Vd < 6 V) und die Injektionseffizienz Ig/Id abnimmt. Daher wird festgestellt, daß ein Programmieren bei einem Vd, das die Lawinenzerstörung nicht verursacht, wirksam ist zur Verwirk lichung eines Programmierens mit großer Effizienz mit klei nem Stromverbrauch.
- (2) Die Id-Vd- und die Ig-Vd-Charakteristik bei Vg = 0 V sind in Fig. 31 gezeigt, wenn sie an einer p-Kanal-MOS-Typ- Speicherzelle gemessen werden, welche dieselbe wie die in Fig. 26 gezeigte Speicherzelle ist, deren Schwebegateelek trode und Steuergateelektrode miteinander verbunden sind. In Fig. 31, welche das Meßergebnis unter einer Bedingung zeigt, die in der Nähe der Spannungsanlegebedingung der durch eine Drainstörung beeinflußten Zellen (der nichtge wählten Speicherzellen, die verbunden sind mit derselben Bitleitung wie eine gewählte Speicherzelle, in der das Pro grammieren ausgeführt wird) ist, wird, wenn die Aufmerksam keit auf Id gelenkt wird, festgestellt, daß bei dem Absolut wert Vd < 7,4 V die Lawinenzerstörung vorkommt, was eine starke Zunahme von Id verursacht.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, das Programmieren bei
einem derartigen Vd ausgeführt wird, welches die Lawinen
zerstörung in den durch eine Drainstörung beeinflußten Zel
len verursacht, dann wird der Stromverbrauch in der Zelle
bedeutend vergrößert, was eine Zunahme des Gesamtstromver
brauchs ergibt. Wenn unter Verwendung einer Zusatzschaltung
innerhalb eines Chips die Programmierspannung erzeugt wird,
dann wird die Anzahl von Speicherzellen, die parallel pro
grammierbar sind, verkleinert, was infolge einer Grenze der
Stromversorgungsfähigkeit eine Abnahme der auf eine Spei
cherzelle bezogenen Programmiergeschwindigkeit ergibt. Somit
ist es wichtig, das Programmieren bei einem derartigen Vd
auszuführen, welches keine Lawinenzerstörung in den durch
eine Drainstörung beeinflußten Zellen verursacht.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Gründe (1) und (2)
kann eine Verschlechterung der Einrichtungscharakteristiken
verhindert werden durch Ausführen des Programmierens bei
einer Drainspannung, die keine Lawinenzerstörung in einer
gewählten Speicherzelle und in den durch eine Drainstörung
beeinflußten Zellen verursacht.
Bei einer sechzehnten Ausführungsform ist die Dicke des
Tunneloxidfilms 4 in der bei der ersten Ausführungsform ge
zeigten p-Kanal-Typ-MOS-Speicherzelle festgesetzt auf 15 nm
oder kleiner. Bei der nichtflüchtigen Halbleiterspeicherein
richtung gemäß der ersten Ausführungsform wird nur dann,
wenn sowohl ein positives Potential als auch ein negatives
Potential gleichzeitig entsprechend an die Steuergateelek
trode 7 und das Draingebiet 3 angelegt sind, der Elektronen
injektionsstrom vergrößert und kann nur dann mit großer Ge
schwindigkeit das Programmieren ausgeführt werden. Doch in
einer Speicherzelle, die an ihr Draingebiet nur ein negati
ves Potential angelegt hat, wird das Programmieren nicht
ausgeführt. Dies beruht darauf, daß jene Eigenschaft ver
wendet wird, daß der Erzeugungsbetrag des Band-Band-Tun
nelstroms bestimmt ist durch die Größe der Potentialdif
ferenz zwischen der Schwebegateelektrode 7 und dem Drainge
biet 3.
Daher muß beim Verwenden der Programmiermethode gemäß der
ersten Ausführungsform der Band-Band-Tunnelstrom wirksam
erzeugt werden. Dies kann durch Bilden eines Tunneloxidfilms
4 mit einer Dicke von 15 nm oder kleiner ausgeführt werden,
so daß an den Tunneloxidfilm 4 mit einer relativ kleinen
Spannung ein großes elektrisches Feld angelegt ist. Im Er
gebnis kann ein Hochgeschwindigkeitsprogrammieren verwirk
licht werden.
Bei der siebzehnten Ausführungsform ist die Programmierspan
nungsanlegebedingung so festgesetzt, daß der auf eine Spei
cherzelle der zweiten oder der dritten Ausführungsform be
zogene Maximalstromverbrauch (Maximaldrainstromverbrauch)
zur Zeit des Programmierens 1 µA oder kleiner ist.
Um eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung zu ver
wirklichen, welche auf der Grundlage einer Einzelstromquelle
mit 3 V oder 5 V in Retrieb ist, wird mittels einer Zusatz
schaltung innerhalb eines Chips ein beim Programmieren ver
wendetes großes Potential erzeugt. Die Stromversorgungs
fähigkeit der Zusatzschaltung ist etwa 1 mA oder kleiner.
Daher darf der Maximalstromverbrauch, der während des Pro
grammierns vorkommt, diesen Wert nicht überschreiten.
Um die auf eine Speicherzelle bezogene wirksame Programmier
geschwindigkeit zu vergrößern, wird eine Methode zum gleich
zeitigen parallelen Programmieren einer Anzahl von Speicher
zellen wirksam verwendet. Wenn mit einer Programmierspan
nung, die sehr groß festgesetzt ist, die Programmierge
schwindigkeit einer Speicherzelle vergrößert wird, dann
konnte eine Verschlechterung von Charakteristiken wie bei
spielsweise eine merkliche Verschlechterung des Widerstandes
gegen ein Neuprogrammieren der Speicherzelle beobachtet wer
den. Wenn jedoch die Methode zum gleichzeitigen parallelen
Programmieren einer Mehrzahl von Speicherzellen verwendet
wird, dann kann ohne das Verursachen einer derartigen Ver
schlechterung der Charakteristiken die auf eine Speicher
zelle bezogene wirksame Programmiergeschwindigkeit vergrö
ßert werden.
Wenn die Methode zum gleichzeitigen parallelen Programmieren
einer Mehrzahl von Speicherzellen verwendet wird, dann wird
der Schaltungsaufbau mehr oder weniger kompliziert. Wenn da
her nicht wenigstens 1000 Speicherzellen gleichzeitig paral
lel programmiert werden, um die auf eine Speicherzelle be
zogene wirksame Programmiergeschwindigkeit um drei Stellen
oder mehr zu vergrößern, kann die Bedeutung des Anwendens
der Parallelprogrammiermethode nicht nachgewiesen werden. Um
gleichzeitig wenigstens 1000 Speicherzellen parallel zu pro
grammieren, muß der auf eine Speicherzelle bezogene Maximal
stromverbrauch (Maximaldrainstromverbrauch), der während des
Programmierens vorkommt, wenigstens 1 µA sein. Dies beruht
darauf, daß der Maximalstromverbrauch, der zur Zeit des Pro
grammierens vorkommt, durch die Stromversorgungsfähigkeit
der vorstehend beschriebenen Zusatzschaltung auf 1 mA oder
weniger begrenzt ist.
Durch das Festsetzen der Programmierspannungsanlegebedin
gung, derart daß der auf eine Speicherzelle bezogene Maxi
malstromverbrauch (Maximaldrainstromverbrauch), der zur Zeit
des Programmierens vorkommt, 1 µA oder weniger ist, können
daher wenigstens 1000 Speicherzellen gleichzeitig parallel
programmiert werden. Die auf eine Speicherzelle bezogene
wirksame Programmiergeschwindigkeit kann vergrößert werden,
wodurch eine nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung
vorgesehen werden kann, die auf der Grundlage einer Einzel
stromquelle in Betrieb ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und
dargestellt worden ist, ist es selbstverständlich, daß die
selbe nur veranschaulichend und beispielhaft ist und keiner
Beschränkung unterliegt, wobei der Inhalt und der Bereich
der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten An
sprüche beschränkt sind.
Claims (43)
1. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung, welche
enthält: ein p-Typ-Sourcegebiet (2) und ein p-Typ-Drainge
biet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1)
gebildet sind, eine Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung (5), die auf einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und
dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit
einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen gebildet ist, und eine
Steuerelektrode (7), die auf der Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung (5) mit einem Isolierfilm (6) dazwischen
gebildet ist, umfassend:
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an das Draingebiet (3) beim Programmieren von Daten und
eine Einrichtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Potentials an die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) beim Programmieren von Daten,
bei welcher aus dem Draingebiet (3) in die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) durch eine durch einen Band-Band-Tunnelstrom in dem Draingebiet (3) verursachte Injektion heißer Elektronen ein Elektron injiziert wird.
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an das Draingebiet (3) beim Programmieren von Daten und
eine Einrichtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Potentials an die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) beim Programmieren von Daten,
bei welcher aus dem Draingebiet (3) in die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) durch eine durch einen Band-Band-Tunnelstrom in dem Draingebiet (3) verursachte Injektion heißer Elektronen ein Elektron injiziert wird.
2. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, welche ferner umfaßt:
eine Öffnungseinrichtung, die das Sourcegebiet (2) in einen offenen Zustand beim Programmieren von Daten bringt; und eine Erdungseinrichtung, die das n-Typ-Gebiet (1) in einen Erdungszustand beim Programmieren von Daten bringt.
eine Öffnungseinrichtung, die das Sourcegebiet (2) in einen offenen Zustand beim Programmieren von Daten bringt; und eine Erdungseinrichtung, die das n-Typ-Gebiet (1) in einen Erdungszustand beim Programmieren von Daten bringt.
3. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
das Kanalgebiet (8) eine vergrabene Schicht vom p-Typ (12)
enthält.
4. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) gebil
det ist aus n-Typ-Polysilizium.
5. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) gebil
det ist aus p-Typ-Polysilizium.
6. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
ein unter der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung
(5) angeordnetes Gebiet in dem Draingebiet (3) eine Stör
stellenkonzentration von höchstens 5 × 10¹⁹ cm-3 aufweist.
7. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
ein unter der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) angeordnetes Gebiet in dem Draingebiet (3) eine Stör stellenkonzentration von wenigstens 5 × 10¹⁹ cm-3 aufweist und
ein unter der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) angeordnetes Gebiet in dem Sourcegebiet (2) eine Stör stellenkonzentration von höchstens 5 × 10¹⁹ cm-3 aufweist.
ein unter der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) angeordnetes Gebiet in dem Draingebiet (3) eine Stör stellenkonzentration von wenigstens 5 × 10¹⁹ cm-3 aufweist und
ein unter der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) angeordnetes Gebiet in dem Sourcegebiet (2) eine Stör stellenkonzentration von höchstens 5 × 10¹⁹ cm-3 aufweist.
8. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
das Kanalgebiet (8) enthält:
ein erstes Störstellengebiet (16), das im Kontakt mit dem Sourcegebiet (10) gebildet ist und eine p-Typ-Störstellen konzentration aufweist, die kleiner als eine Störstellen konzentration des Sourcegebiets (10) ist; und
ein zweites Störstellengebiet (17), das im Kontakt mit dem Draingebiet (11) gebildet ist und eine p-Typ-Störstellen konzentration aufweist, die kleiner als eine Störstellen konzentration des Draingebiets (11) ist.
ein erstes Störstellengebiet (16), das im Kontakt mit dem Sourcegebiet (10) gebildet ist und eine p-Typ-Störstellen konzentration aufweist, die kleiner als eine Störstellen konzentration des Sourcegebiets (10) ist; und
ein zweites Störstellengebiet (17), das im Kontakt mit dem Draingebiet (11) gebildet ist und eine p-Typ-Störstellen konzentration aufweist, die kleiner als eine Störstellen konzentration des Draingebiets (11) ist.
9. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
das n-Typ-Gebiet (1) enthält:
ein drittes n-Typ-Störstellengebiet (18), das im Kontakt mit dem Draingebiet (3) so gebildet ist, daß es das Draingebiet (3) umgibt.
ein drittes n-Typ-Störstellengebiet (18), das im Kontakt mit dem Draingebiet (3) so gebildet ist, daß es das Draingebiet (3) umgibt.
10. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
das Sourcegebiet (2) und das Draingebiet (3) symmetrisch zu
der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) und
der Steuerelektrode (7) aufgebaut sind.
11. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
der Tunneloxidfilm (4) eine Dicke von höchstens 15 nm hat.
12. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 1, bei welcher
die Steuerelektrode (7), die Elektrode zur Speicherung elek trischer Ladung (5), das Sourcegebiet (2) und das Drainge biet (3) eine Speicherzelle bilden, wobei
die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung umfaßt eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; und
eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist.
die Steuerelektrode (7), die Elektrode zur Speicherung elek trischer Ladung (5), das Sourcegebiet (2) und das Drainge biet (3) eine Speicherzelle bilden, wobei
die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung umfaßt eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; und
eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist.
13. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 12, welche ferner umfaßt:
ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere Schaltung gebildet ist, bei welcher
das periphere Schaltungsgebiet einen p-Kanaltyp-MOS-Transi stor enthält und
das Sourcegebiet und das Draingebiet der Speicherzelle die selbe Struktur wie ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-MOS-Transistor bilden, aufweisen.
ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere Schaltung gebildet ist, bei welcher
das periphere Schaltungsgebiet einen p-Kanaltyp-MOS-Transi stor enthält und
das Sourcegebiet und das Draingebiet der Speicherzelle die selbe Struktur wie ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-MOS-Transistor bilden, aufweisen.
14. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 12, bei welcher
die Bitleitung eine Hauptbitleitung und eine Unterbitleitung enthält und
die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen enthält, wobei die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrich tung enthält:
eine Unterbitleitungsgruppe, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen ist und eine Mehrzahl von den Unterbitleitungen enthält, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, und einen Auswahltransistor, der eine Mehrzahl von den Unterbit leitungsgruppen mit einer Mehrzahl von den Hauptbitleitungen selektiv verbindet, wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
die Bitleitung eine Hauptbitleitung und eine Unterbitleitung enthält und
die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen enthält, wobei die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrich tung enthält:
eine Unterbitleitungsgruppe, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen ist und eine Mehrzahl von den Unterbitleitungen enthält, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, und einen Auswahltransistor, der eine Mehrzahl von den Unterbit leitungsgruppen mit einer Mehrzahl von den Hauptbitleitungen selektiv verbindet, wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
15. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 12, bei welcher
die Speicherzelle eine Schwellenspannung aufweist, die
kleiner als eine Lesespannung der Speicherzelle nach einem
Löschen der Speicherzelle mit ultravioletter Strahlung ist.
16. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 12, bei welcher
die Speicherzelle eine Schwellenspannung aufweist, die
größer als eine Lesespannung der Speicherzelle nach einem
Löschen der Speicherzelle mit ultravioletter Strahlung ist.
17. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 12, bei welcher
die Unterbitleitung gebildet ist aus einem Metallzwischen
verbindungsmaterial.
18. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 12, bei welcher
die Einrichtung zum Anlegen einer negativen Spannung in
einer Vd-Id-Charakteristik (Vd: Drainspannung, Id: Drain
strom) einen {(logId)/Vd}′′ = 0 erfüllenden Wert Vd₁ von Vd
berechnet, wenn ein Absolutwert von Vd vergrößert wird, und
an das Draingebiet ein negatives Potential anlegt, das die
Bedingung erfüllt, daß der Absolutwert von Vd kleiner als
Vd₁ ist, wenn in der nichtflüchtigen Halbleiterspeicherein
richtung Daten programmiert werden, so daß in einer gewähl
ten Speicherzelle und in nichtgewählten Speicherzellen, die
mit derselben Bitleitung wie die gewählte Speicherzelle ver
bunden sind, eine Lawinenzerstörung nicht vorkommen wird.
19. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung, welche
enthält: ein p-Typ-Sourcegebiet (2) und ein p-Typ-Drainge
biet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1)
gebildet sind, eine Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung (5), die auf einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und
dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit
einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen gebildet ist, und eine
Steuerelektrode (7), die auf der Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung (5) mit einem Isolierfilm (6) dazwischen
gebildet ist, umfassend:
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an das Draingebiet (3) beim Programmieren von Daten und
eine Einrichtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Potentials an die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) beim Programmieren von Daten, bei welcher an den Tunneloxidfilm (4) in einem zwischen der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) und dem Draingebiet (3) dazwischenliegengen Gebiet ein starkes elek trisches Feld angelegt ist, um ein Elektron aus dem Drainge biet (3) in die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) durch eine FN-Tunnelerscheinung zu injizieren.
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an das Draingebiet (3) beim Programmieren von Daten und
eine Einrichtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Potentials an die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) beim Programmieren von Daten, bei welcher an den Tunneloxidfilm (4) in einem zwischen der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) und dem Draingebiet (3) dazwischenliegengen Gebiet ein starkes elek trisches Feld angelegt ist, um ein Elektron aus dem Drainge biet (3) in die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) durch eine FN-Tunnelerscheinung zu injizieren.
20. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, welche ferner umfaßt:
eine Öffnungseinrichtung, die das Sourcegebiet (2) in einen offenen Zustand beim Programmieren von Daten bringt; und eine Erdungseinrichtung, die das n-Typ-Gebiet (1) in einen Erdungszustand beim Programmieren von Daten bringt.
eine Öffnungseinrichtung, die das Sourcegebiet (2) in einen offenen Zustand beim Programmieren von Daten bringt; und eine Erdungseinrichtung, die das n-Typ-Gebiet (1) in einen Erdungszustand beim Programmieren von Daten bringt.
21. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, bei welcher
das Kanalgebiet (8) eine vergrabene Schicht vom p-Typ (12)
enthält.
22. Nicht flüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, bei welcher
die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) gebil
det ist aus polykristallinem Silizium vom n-Typ.
23. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, bei welcher
die Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) gebil
det ist aus polykristallinem Silizium vom p-Typ.
24. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, bei welcher
das Sourcegebiet (2) und das Draingebiet (3) symmetrisch zu
der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) und
der Steuerelektrode (7) aufgebaut sind.
25. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, bei welcher
das n-Typ-Gebiet (1) enthält:
ein viertes p-Typ-Störstellengebiet (19), das so gebildet ist, daß es das Draingebiet (11) umgibt, und
ein fünftes n-Typ-Störstellengebiet (20), das so gebildet ist, daß es das Sourcegebiet (10) umgibt.
ein viertes p-Typ-Störstellengebiet (19), das so gebildet ist, daß es das Draingebiet (11) umgibt, und
ein fünftes n-Typ-Störstellengebiet (20), das so gebildet ist, daß es das Sourcegebiet (10) umgibt.
26. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 19, bei welcher
die Steuerelektrode (7), die Elektrode zur Speicherung elek
trischer Ladung (5), das Sourcegebiet (2) und das Drainge
biet (3) eine Speicherzelle bilden,
wobei die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung um
faßt:
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; und
eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist.
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; und
eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist.
27. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 26, welche ferner umfaßt:
ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere Schaltung gebildet ist, bei welcher
das periphere Schaltungsgebiet einen p-Kanaltyp-MOS-Transi stor enthält und
das Sourcegebiet und das Draingebiet der Speicherzelle die selbe Struktur wie ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-MOS-Transistor bilden, aufweisen.
ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere Schaltung gebildet ist, bei welcher
das periphere Schaltungsgebiet einen p-Kanaltyp-MOS-Transi stor enthält und
das Sourcegebiet und das Draingebiet der Speicherzelle die selbe Struktur wie ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-MOS-Transistor bilden, aufweisen.
28. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 26, bei welcher
die Bitleitung eine Hauptbitleitung und eine Unterbitleitung
enthält und
die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl
von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer
Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen
enthält, wobei die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrich
tung umfaßt:
eine Unterbitleitungsgruppe, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen ist und eine Mehrzahl von den Unterbitleitungen enthält, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, und einen Auswahltransistor, der eine Mehrzahl von den Unterbit leitungsgruppen mit einer Mehrzahl von den Hauptbitleitungen selektiv verbindet, wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
eine Unterbitleitungsgruppe, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen ist und eine Mehrzahl von den Unterbitleitungen enthält, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, und einen Auswahltransistor, der eine Mehrzahl von den Unterbit leitungsgruppen mit einer Mehrzahl von den Hauptbitleitungen selektiv verbindet, wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
29. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 26, bei welcher
die Unterbitleitung gebildet ist aus einem Metall zwischen
verbindungsmaterial.
30. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 26, bei welcher
die Einrichtung zum Anlegen einer negativen Spannung in
einer Vd-Id-Charakteristik (Vd: Drainspannung, Id: Drain
strom) einen {(logId)/Vd}′′ = 0 erfüllenden Wert Vd₁ von Vd
berechnet, wenn ein Absolutwert von Vd vergrößert wird, und
ein negatives Potential anlegt, das die Bedingung erfüllt,
daß der Absolutwert von Vd kleiner als Vd₁ ist, wenn in der
nicht flüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung Daten program
miert werden, so daß in einer gewählten Speicherzelle und in
nichtgewählten Speicherzellen, die mit derselben Bitleitung
wie die gewählte Speicherzelle verbunden sind, eine Lawinen
zerstörung nicht vorkommen wird.
31. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung, welche
enthält: ein p-Typ-Sourcegebiet (2) und ein p-Typ-Drainge
biet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1)
gebildet sind, eine Elektrode zur Speicherung elektrischer
Ladung (5), die auf einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und
dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit
einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen gebildet ist, und eine
Steuerelektrode (7), die auf der Elektrode zur Speicherung
elektrischer Ladung (5) mit einem Isolierfilm (6) dazwischen
gebildet ist, umfassend:
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an die Steuerelektrode (7) beim Löschen von Daten und eine Einrichtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Potentials an das Sourcegebiet (2) und das n-Typ-Gebiet (1) beim Löschen von Daten, bei welcher in dem Kanalgebiet (8) eine Kanalschicht aus Löchern gebildet ist und an den zwischen der Kanalschicht aus Löchern und der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) dazwischenliegenden Tunneloxidfilm (4) ein star kes elektrisches Feld angelegt ist, um ein Elektron aus der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) in die Kanalschicht durch eine FN-Tunnelerscheinung zu injizieren.
eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials zum Anlegen eines negativen Potentials an die Steuerelektrode (7) beim Löschen von Daten und eine Einrichtung zum Anlegen eines positiven Potentials zum Anlegen eines positiven Potentials an das Sourcegebiet (2) und das n-Typ-Gebiet (1) beim Löschen von Daten, bei welcher in dem Kanalgebiet (8) eine Kanalschicht aus Löchern gebildet ist und an den zwischen der Kanalschicht aus Löchern und der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) dazwischenliegenden Tunneloxidfilm (4) ein star kes elektrisches Feld angelegt ist, um ein Elektron aus der Elektrode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) in die Kanalschicht durch eine FN-Tunnelerscheinung zu injizieren.
32. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 31, welche ferner umfaßt:
eine Öffnungseinrichtung, die das Draingebiet (3) in einen offenen Zustand beim Löschen von Daten bringt.
eine Öffnungseinrichtung, die das Draingebiet (3) in einen offenen Zustand beim Löschen von Daten bringt.
33. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 31, bei welcher
die Steuerelektrode (7), die Elektrode zur Speicherung elek trischer Ladung (5) , das Sourcegebiet (2) und das Drainge biet (3) eine Speicherzelle bilden, wobei die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung um faßt:
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; und
eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist.
die Steuerelektrode (7), die Elektrode zur Speicherung elek trischer Ladung (5) , das Sourcegebiet (2) und das Drainge biet (3) eine Speicherzelle bilden, wobei die nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung um faßt:
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; und
eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist.
34. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 33, welche ferner umfaßt:
ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere Schaltung gebildet ist, bei welcher das periphere Schaltungsgebiet einen p-Kanaltyp-MOS-Transi stor enthält und
das Sourcegebiet und das Draingebiet der Speicherzelle die selbe Struktur wie ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-MOS-Transisistor bilden, aufweisen.
ein peripheres Schaltungsgebiet, in dem eine den Betrieb der Speicherzelle steuernde periphere Schaltung gebildet ist, bei welcher das periphere Schaltungsgebiet einen p-Kanaltyp-MOS-Transi stor enthält und
das Sourcegebiet und das Draingebiet der Speicherzelle die selbe Struktur wie ein Sourcegebiet und ein Draingebiet, die den p-Kanaltyp-MOS-Transisistor bilden, aufweisen.
35. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 33, bei welcher
die Bitleitung eine Hauptbitleitung und eine Unterbitleitung
enthält und
die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen enthält, wobei die nichtflüchtige Halbleitereinrichtung um faßt:
eine Unterbitleitungsgruppe, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen ist und eine Mehrzahl von den Unterbitleitungen enthält, von denen jede einer Mehrzahl von in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, und Auswahltransistor, der eine Mehrzahl von den Unterbit leitungsgruppen mit einer Mehrzahl von den Hauptbitleitungen selektiv verbindet, wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicherzellen enthält, wobei die nichtflüchtige Halbleitereinrichtung um faßt:
eine Unterbitleitungsgruppe, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen ist und eine Mehrzahl von den Unterbitleitungen enthält, von denen jede einer Mehrzahl von in einem entsprechenden Abschnitt entspricht, und Auswahltransistor, der eine Mehrzahl von den Unterbit leitungsgruppen mit einer Mehrzahl von den Hauptbitleitungen selektiv verbindet, wobei der Auswahltransistor ein p-Kanaltyp-Transistor ist.
36. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 33, bei welcher
die Unterbitleitung gebildet ist aus einem Metallzwischen
verbindungsmaterial.
37. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung, welche
umfaßt:
eine Speicherzelle mit einem p-Typ-Sourcegebiet (2) und einem p-Typ-Draingebiet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1) gebildet sind, eine Elektrode zur Spei cherung elektrischer Ladung (5), die in einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen ge bildet ist, und eine Steuerelektrode (7), die auf der Elek trode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) mit einem Iso lierfilm dazwischen gebildet ist;
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist;
eine Sourceleitung, mit der das Sourcegebiet jeder Speicher zelle verbunden ist;
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Potentials zum Anlegen eines ersten Potentials an die Bitleitung und die Wortleitung, die nicht gewählt sind, die Sourceleitung und das n-Typ-Gebiet beim Lesen einer vorbestimmten Speicher zelle der Speicherzellen;
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Potentials zum Anlegen eines Potentials, das um 1 bis 2 V kleiner als das erste Potential ist, an die Bitleitung, die gewählt ist, beim Lesen der vorbestimmten Speicherzelle; und eine Einrichtung zum Anlegen eines dritten Potentials zum Anlegen eines zweiten Potentials an die Wortleitung, die gewählt ist, beim Lesen der vorbestimmten Speicherzelle.
eine Speicherzelle mit einem p-Typ-Sourcegebiet (2) und einem p-Typ-Draingebiet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1) gebildet sind, eine Elektrode zur Spei cherung elektrischer Ladung (5), die in einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen ge bildet ist, und eine Steuerelektrode (7), die auf der Elek trode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) mit einem Iso lierfilm dazwischen gebildet ist;
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Wortleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Zeilen vorgesehen ist, wobei mit der Wortleitung die Steuerelek trode jeder Speicherzelle verbunden ist; eine Bitleitung, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, wobei mit der Bitleitung das Draingebiet jeder Speicherzelle verbunden ist;
eine Sourceleitung, mit der das Sourcegebiet jeder Speicher zelle verbunden ist;
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Potentials zum Anlegen eines ersten Potentials an die Bitleitung und die Wortleitung, die nicht gewählt sind, die Sourceleitung und das n-Typ-Gebiet beim Lesen einer vorbestimmten Speicher zelle der Speicherzellen;
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Potentials zum Anlegen eines Potentials, das um 1 bis 2 V kleiner als das erste Potential ist, an die Bitleitung, die gewählt ist, beim Lesen der vorbestimmten Speicherzelle; und eine Einrichtung zum Anlegen eines dritten Potentials zum Anlegen eines zweiten Potentials an die Wortleitung, die gewählt ist, beim Lesen der vorbestimmten Speicherzelle.
38. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 37, bei welcher
das erste Potential ein externes Stromversorgungspotential
mit einem positiven Wert und das zweite Potential ein Erd
potential ist.
39. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 37, bei welcher
das erste Potential ein Erdpotential und das zweite Poten
tial ein externes Stromversorgungspotential mit einem nega
tiven Wert ist.
40. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung, welche
umfaßt:
eine Speicherzelle mit einem p-Typ-Sourcegebiet (2) und einem p-Typ-Draingebiet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1) gebildet sind, eine Elektrode zur Speiche rung elektrischer Ladung (5), die auf einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen ge bildet ist, und eine Steuerelektrode (7), die auf der Elek trode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) mit einem Iso lierfilm dazwischen gebildet ist;
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Mehrzahl von Hauptbitleitungen, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen sind;
eine Sourceleitung, die für die Mehrzahl von Speicherzellen gemeinsam vorgesehen ist, wobei die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Spei cherzellen enthält;
eine Mehrzahl von Unterbitleitungsgruppen, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen sind und eine Mehr zahl von Unterbitleitungen enthalten, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem entsprechenden Abschnitt ent spricht;
einen Auswahlgattertransistor, der die Mehrzahl von Unter bitleitungsgruppen mit der Mehrzahl von Hauptbitleitungen selektiv verbindet;
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Potentials zum Anlegen eines ersten Potentials an die Hauptbitleitung und den Auswahlgattertransistor, die nicht gewählt sind, die Sourceleitung und das n-Typ-Gebiet beim Lesen einer vorbe stimmten Speicherzelle der Speicherzellen;
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Potentials zum Anlegen eines Potentials, das um 1 bis 2 V kleiner als das erste Potential ist, an die Hauptbitleitung und die Unter bitleitung, die gewählt sind, beim Lesen der vorbestimmten Speicherzelle;
eine Öffnungseinrichtung, die eine nichtgewählte Unterbit leitung in einen offenen Zustand beim Lesen der vorbestimm ten Speicherzelle bringt; und
eine Einrichtung zum Anlegen eines dritten Potentials zum Anlegen eines zweiten Potentials an den Auswahlgattertransi stor, der gewählt ist, beim Lesen der vorbestimmten Spei cherzelle.
eine Speicherzelle mit einem p-Typ-Sourcegebiet (2) und einem p-Typ-Draingebiet (3), die auf einer Oberfläche eines n-Typ-Gebiets (1) gebildet sind, eine Elektrode zur Speiche rung elektrischer Ladung (5), die auf einem zwischen dem Sourcegebiet (2) und dem Draingebiet (3) dazwischenliegenden Kanalgebiet (8) mit einem Tunneloxidfilm (4) dazwischen ge bildet ist, und eine Steuerelektrode (7), die auf der Elek trode zur Speicherung elektrischer Ladung (5) mit einem Iso lierfilm dazwischen gebildet ist;
eine Speicherzellanordnung, die eine Mehrzahl von den in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Speicher zellen enthält;
eine Mehrzahl von Hauptbitleitungen, die entsprechend der Mehrzahl von Spalten vorgesehen sind;
eine Sourceleitung, die für die Mehrzahl von Speicherzellen gemeinsam vorgesehen ist, wobei die Mehrzahl von Speicherzellen geteilt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten, von denen jeder eine Mehrzahl von in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordneten Spei cherzellen enthält;
eine Mehrzahl von Unterbitleitungsgruppen, die entsprechend der Mehrzahl von Abschnitten vorgesehen sind und eine Mehr zahl von Unterbitleitungen enthalten, von denen jede einer Mehrzahl von Spalten in einem entsprechenden Abschnitt ent spricht;
einen Auswahlgattertransistor, der die Mehrzahl von Unter bitleitungsgruppen mit der Mehrzahl von Hauptbitleitungen selektiv verbindet;
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Potentials zum Anlegen eines ersten Potentials an die Hauptbitleitung und den Auswahlgattertransistor, die nicht gewählt sind, die Sourceleitung und das n-Typ-Gebiet beim Lesen einer vorbe stimmten Speicherzelle der Speicherzellen;
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Potentials zum Anlegen eines Potentials, das um 1 bis 2 V kleiner als das erste Potential ist, an die Hauptbitleitung und die Unter bitleitung, die gewählt sind, beim Lesen der vorbestimmten Speicherzelle;
eine Öffnungseinrichtung, die eine nichtgewählte Unterbit leitung in einen offenen Zustand beim Lesen der vorbestimm ten Speicherzelle bringt; und
eine Einrichtung zum Anlegen eines dritten Potentials zum Anlegen eines zweiten Potentials an den Auswahlgattertransi stor, der gewählt ist, beim Lesen der vorbestimmten Spei cherzelle.
41. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 40, bei welcher
das erste Potential ein externes Stromversorgungspotential
mit einem positiven Wert und das zweite Potential ein Erd
potential ist.
42. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 40, bei welcher
das erste Potential ein Erdpotential und das zweite Poten
tial ein externes Stromversorgungspotential mit einem nega
tiven Wert ist.
43. Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtung nach An
spruch 42, bei welcher
an das Draingebiet und die Elektrode zur Speicherung elek
trischer Ladung mittels der Einrichtung zum Anlegen eines
negativen Potentials und der Einrichtung zum Anlegen eines
positiven Potentials das negative Potential und das positive
Potential angelegt sind, so daß der auf eine Speicherzelle
bezogene Maximalstromverbrauch beim Programmieren von Daten
in der nichtflüchtigen Halbleiterspeichereinrichtung höch
stens 1 µA ist.
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DE19600544A Expired - Fee Related DE19600544C2 (de) | 1995-06-15 | 1996-01-09 | Nichtflüchtige Halbleiterspeichereinrichtungen mit einer p-Kanaltyp-Speicherzelle |
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