JP2004327804A - Semiconductor memory - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory having interchangeability with a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) process, low consumption energy, high writing efficiency, high data storing capability and a high integration degree. <P>SOLUTION: This semiconductor memory is provided with a P type substrate 1000, an N type well 110 formed in the P type substrate 1000, a PMOS (p-channel MOS) selection transistor 101 including a selection gate 301, a first P<SP>+</SP>source doping area 201 and a first P<SP>+</SP>drain doping area 202, which is formed on the N type well 110 and a PMOS floating gate transistor 102 including a P<SP>+</SP>doping floating gate 302, a second P<SP>+</SP>source doping area 202 and a second P<SP>+</SP>drain doping area 203, which is formed on the N type well 110, and serially connected to the PMOS selection transistor 101. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置とその操作方法に関し、特に単層多結晶不揮発性メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
不揮発性メモリは、電源を切っても、メモリの中にあるデータを保つ長所を具え、すでに多くの情報、通信及び消費者向け電子商品の中に必要されるデバイスである。携帯情報端末と携帯電話のようなモバイル電子商品の要求が増えることにつれ、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリとフラッシュメモリ及びロジック回路を具えるエンベディドチップとシステムオンチップとの要求も増えてきた。そのために、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリは、CMOS工程との互換性があり、低消費電力、高書込み率、低コスト、高データ保持能力、高集積度の方向に向かって開発され、今後の商品の要求に合致するようになる。なかでも、不揮発性メモリのデータ保持能力については、デバイスのサイズが段々小さくなるにしたがって、フローティングゲートの酸化膜の厚さも段々薄くなり、フローティングゲートの中に記憶されるキャリア(例えば、正孔或いは電子)が失なわれやすい。
【0003】
図1は、従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10の断面図である。図1のように、従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10は、NMOS構造28とPMOS構造30を含み、両者が絶縁酸化膜24を介して、分けられる。NMOS構造28は、P型基板12の上に形成され、第一フローティングゲート32とNソースドーピング領域14とNドレインドーピング領域16を含む。PMOS構造30は、N型ウエル18の上に形成され、第二フローティングゲート34とPソースドーピング領域20とPドレインドーピング領域22を含む。その他、Pソースドーピング領域20と隣接する一側に高濃度のN型チャンネルストップ領域38を注入し、前記N型チャンネルストップ領域38が第二フローティングゲート34の下に設けられる。第一フローティングゲート32と第二フローティングゲート34は、フローティングゲート導線36を介して、互いに接続されることによって、第一フローティングゲート32と第二フローティングゲート34を同一の電位に維持させる。第一フローティングゲート32がコントロールゲートの電圧に対応した電位を生じる時に、第二フローティングゲート34は、フローティングゲート導線36との繋がりによって、第一フローティングゲート32と同一の電位になり、更にPソースドーピング領域20とN型チャンネルストップ領域38の空乏層を通ることから生じる加速電子を吸引することによって、電子を第二フローティングゲート34の中に束縛する。
【0004】
従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10は、以下の欠点がある。まず、従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10は、PMOSトランジスタ30とNMOSトランジスタ28から構成され、チップの単位面積が大きい。つぎに、従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10は、N型チャンネルストップ領域38が必要である。更に従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10は、フローティングゲート導線36で第一フローティングゲート32と第二フローティングゲート34を電気的に接続することが必要である。その他、NMOSトランジスタ28とPMOSトランジスタ30との間は、フィールド酸化層24で隔離することが必要である。上に述べたことからわかるように、従来技術による単層多結晶シリコンメモリセル10は、チップが大きい面積を占め、構造が複雑であるので、製造コストと製造の困難さを増やし、もっと改善することが必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、CMOS工程と互換性があり、低消費エネルギーと高書き込み効率と高データ保持能力と高集積度を具える半導体記憶装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、P型基板と、前記P型基板の中に設けられるN型ウエルと、ワード線電圧を印加する選択ゲートと、ソース線電圧を印加する第一Pソースドーピング領域と、第一Pドレインドーピング領域とを含み、前記N型ウエルの上に形成されるPMOS選択トランジスタと、 Pドーピングフローティングゲートと、前記第一Pドレインドーピング領域に電気的に接続される第二Pソースドーピング領域と、ビット線電圧を印加する第二Pドレインドーピング領域とを含み、かつ前記第二Pソースドーピング領域と前記第二Pドレインドーピング領域がフローティングゲートP型チャンネルを定義し、前記N型ウエルの上に形成され、前記PMOS選択トランジスタに直列的に接続されるPMOSフローティングゲートトランジスタとを含む構造によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
【0007】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明による電気的プログラマブルロジックデバイス100の断面図であり、図3は、図2の電気的プログラマブルロジックデバイス100の平面図である。図2と図3によれば、電気的プログラマブルロジックデバイス100は、PMOSトランジスタ101と、共用されるPドーピング領域202を介して、PMOSトランジスタ101に直列に接続されるPMOSトランジスタ102とを含む。PMOSトランジスタ101とPMOSトランジスタ102がN型ウエル110の上に形成される。N型ウエル110がP型半導体基板1000の上に形成される。PMOSトランジスタ101は、選択ゲート301と、Pソースドーピング領域201と、PMOSトランジスタ102と共用されるPドーピング領域202とを含む。PMOSトランジスタ102は、フローティングゲートトランジスタであり、Pドーピング多結晶シリコンフローティングゲート302と、Pドレインドーピング領域203と、PMOSトランジスタ101と共用されるPドーピング領域202を含む。Pドーピング領域202は、同時にPMOSトランジスタ101のドレイン及びPMOSトランジスタ102のソースとして使われ、これによって、直列の二つのトランジスタとなる。本発明のPドーピング多結晶シリコンフローティングゲート302は、単層多結晶シリコンから形成され、その上には、コントロールゲートがないし必要もない。
【0008】
図2のように、PMOSトランジスタ101は、更に選択ゲート301の下方に設けられるゲート酸化膜301aを含み、PMOSトランジスタ102は、更にフローティングゲート302の下方に設けられるフローティングゲート酸化膜302aを含む。PMOSトランジスタ102のPドレインドーピング領域203は、ビット線(表われていない)と電気的に接続されることによって、電気的プログラマブルロジックデバイス100にビット線信号を提供する。本発明による電気的プログラマブルロジックデバイス100は低電圧の下で操作され、フローティングゲート酸化膜302aとゲート酸化膜301aは、ロジック回路の中にあるゲート酸化膜の厚さと同じであるか、或いは必要によっては厚みを増やす。どちらにしても、本発明による電気的プログラマブルロジックデバイス100は、標準のCMOS半導体工程と互換性がある。
【0009】
図4は、本発明による電気的プログラマブルロジックデバイス100に書込み操作を行う時の説明図である。図4において、書込み操作を行う時に、PMOSトランジスタ101の選択ゲート301にワード線電圧VSGを加え、選択ゲート301の下方にあるPチャンネルを開ける。PMOSトランジスタ101のPソースドーピング領域201にソース線電圧VSLを加える。N型ウエル110にウエル電圧VNWを加える。PMOSトランジスタ102のPドレインドーピング203領域にビット線電圧VBLを加える。PMOSトランジスタ102のフローティングゲート302がフローティング状態である。フローティングゲート302は、容量結合の効果によって低電圧が得られ、フローティングゲート302の下方にあるP型チャンネルが開らき、チャンネルの正孔との衝突によってホットエレクトロンを生じる。ホットエレクトロンは、空乏層の電場によって加速され、フローティングゲート酸化膜302aを越え、フローティングゲート302の中に捕まえられる。
【0010】
図5は、PMOSトランジスタ102で、ドレイン203のN型ウエル110に対する様々なバイアス電圧(V=VBL−VNW)の条件下で、フローティングゲート電圧とゲート電流の関係を示す説明図である。図5に示すように、バイアス電圧V=−5Vの条件の下で、フローティングゲート302が容量結合の効果によって−1〜−2Vの低電圧VFG(VFGは、ビット線電圧VBLと、N型ウエル電圧VNWとPMOSトランジスタ102のP+ソースドーピング領域202に加えられる電圧から組み合わせてなる)を得る。この時、PMOSトランジスタ102のチャンネルが開いたばかりであり、ゲート電流はもう最大値に近づく。言い換えると、本発明による操作モードで、ゲート電流がドレイン電流に対する値(I/I)は、大きいので、書き込み操作を行う時に、よりよい効果が得られる。
【0011】
図7は、本発明によるP多結晶シリコンゲートの電子注入のエネルギー帯を表す説明図である。本発明によるもう一つの特徴は、PMOSトランジスタ102のフローティングゲート302がPドーピングであり、ドーピング濃度が1.0×1019cm−3から1.5×1019cm−3まで(ドーパントがホウ素)であることが好ましい。Pドーピング多結晶シリコンフローティングゲート302に多数の自由正孔があるので、ホットエレクトロンがPドーピング多結晶シリコンフローティングゲート302に注入された後に、先の自由正孔と再結合を行い、イオン化したアクセプタにより負イオン電荷を生じる。これらの負イオン電荷は自由電子と異なるので、自由に動くことができず、かつ多結晶シリコン−酸化膜インターフェースとの距離が遠いので、失なわれにくい。そして、データ記憶が長期化するので、メモリのデータ保持能力をアップする目的が達せられる。
【0012】
図6は、本発明によるもう一つの好ましい実施例の断面図である。図6に示すように、電気的プログラマブルロジックデバイス600は、NMOSトランジスタ801と、共用されるN+ドーピング領域602によりNMOSトランジスタ801に直列に接続されるNMOSトランジスタ802とを含む。NMOSトランジスタ801とNMOSトランジスタ802がP型ウエル610の上に形成される。P型ウエル610がN型半導体基板700の上に形成される。NMOSトランジスタ801は、選択ゲート901とNソースドーピング領域601及びNMOSトランジスタ802と共用され、ドレインとされるNドーピング領域602を含む。NMOSトランジスタ802は、フローティングゲートトランジスタであり、Nドーピング多結晶シリコンフローティングゲート902と、Nドレインドーピング領域603及びNMOSトランジスタ801と共用されるNドーピング領域602とを含む。Nドーピング領域602は、同時にNMOSトランジスタ801のドレインとNMOSトランジスタ802のソースとされ、それにより二つの直列のトランジスタとなる。本発明によるフローティングゲート902は、単層多結晶シリコンから形成され、上方にコントロールゲートがないし、必要もない。NMOSトランジスタ802のフローティングゲート902はNドーピングである。Nドーピング多結晶シリコンフローティングゲート902には、多数の自由電子があるので、ホットな自由正孔がNドーピング多結晶シリコンフローティングゲート902に注入された後に、先に自由電子と再結合し、これにより正イオン電荷を生じる。これらの正イオン電荷は自由正孔と異なるので、自由に動きができず、かつ多結晶シリコン−酸化膜インターフェースとの距離が遠いので、失なわれにくい。そして、データ記憶が長期化するので、メモリのデータ保持能力をアップする目的が達せられる。
【0013】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【0014】
【発明の効果】
従来技術による電気的プログラマブルロジックデバイスと比べて、本発明による電気的プログラマブルロジックデバイスは、低電圧の下で操作でき、又は独特の設計によりPMOSトランジスタ102は、チャンネルが開いたばかりの時に、フローティングゲート電流がもう最大値に近づく。本発明による動作モードの下では、ゲート電流のドレイン電流に対する比の値(I/I)は、比較的に大きいので、省エネルギーの長所を備え、更に書き込む時に、よりよい効率が得られ、書き込む時間を短縮する。本発明は、直列に接続される二つのPMOSトランジスタを使うので、大幅にチップの使用面積を減らし、高集積度メモリの分野に使われることができる。又は、本発明は、構造が簡単であり、従来技術によるCMOS工程と互換性があり、製造コストが下がり、システムオンチップに適する。書込み操作でチャンネルホットエレクトロン注入を採用する場合には、Pドーピング多結晶シリコンフローティングゲートを使い、書込み操作でチャンネル正孔注入を採用する場合には、Nドーピング多結晶シリコンフローティングゲートを使うので、イオン電荷がデータを記憶する時間が比較的に長く、メモリのデータ保持能力を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による単層多結晶シリコンメモリセルの断面図である。
【図2】本発明による電気的プログラマブルロジックデバイスの断面図である。
【図3】図2の電気的プログラマブルロジックデバイスの平面図である。
【図4】電気的プログラマブルロジックデバイスが書込み操作を行う説明図である。
【図5】PMOSトランジスタにおいて、ドレインがN型ウエルに対しバイアスされる様々な条件の下(V=VBL−VNW)で、フローティングゲート電圧とゲート電流の関係を表す説明図である。
【図6】本発明によるもう一つの好ましい実施例の断面図である。
【図7】本発明によるP多結晶シリコンゲートの電子注入のエネルギー帯を表す説明図である。
【符号の説明】
10 単層多結晶シリコンメモリセル
12 P型基板
14、601 Nソースドーピング領域
16、603 Nドレインドーピング領域
18 N型イオンウエル
20、201 Pソースドーピング領域
22、203 Pドレインドーピング領域
24 フィールド酸化膜
28、801、802 NMOSトランジスタ
30、101、102 PMOSトランジスタ
32 第一フローティングゲート
34 第二フローティングゲート
36 フローティングゲート導線
38 N型チャンネル阻止領域
100、600 電気的プログラマブルロジックデバイス
110 N型ウエル
202 Pドーピング領域
301、901 選択ゲート
302 Pドーピング多結晶シリコンフローティングゲート
602 Nドーピング領域
610 P型ウエル
902 Nドーピング多結晶シリコンフローティングゲート
700 N型半導体基板
1000 P型半導体基板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of operating the same, and more particularly, to a single-layer polycrystalline nonvolatile memory.
[0002]
[Prior art]
Non-volatile memory is a device that is already required in many information, communication and consumer electronics products, with the advantage of keeping the data in the memory even when the power is turned off. As the demand for mobile electronic products such as personal digital assistants and mobile phones has increased, so has the demand for embedded chips and system-on-chips with erasable programmable read only memory, flash memory and logic circuits. Therefore, the erasable programmable read only memory is compatible with the CMOS process, and is developed in the direction of low power consumption, high writing rate, low cost, high data holding capacity, and high integration. It will meet product requirements. Above all, as for the data retention capability of the nonvolatile memory, as the size of the device becomes smaller, the thickness of the oxide film of the floating gate also becomes smaller, and carriers (for example, holes or E) are easily lost.
[0003]
FIG. 1 is a sectional view of a single-layer polycrystalline silicon memory cell 10 according to the prior art. As shown in FIG. 1, a single-layer polycrystalline silicon memory cell 10 according to the prior art includes an NMOS structure 28 and a PMOS structure 30, both of which are separated via an insulating oxide film 24. The NMOS structure 28 is formed on the P-type substrate 12 and includes a first floating gate 32, an N + source doping region 14, and an N + drain doping region 16. The PMOS structure 30 is formed on the N-type well 18 and includes a second floating gate 34, a P + source doping region 20, and a P + drain doping region 22. In addition, a high concentration N-type channel stop region 38 is implanted on one side adjacent to the P + source doping region 20, and the N-type channel stop region 38 is provided below the second floating gate 34. The first floating gate 32 and the second floating gate 34 are connected to each other via a floating gate conductive line 36, thereby maintaining the first floating gate 32 and the second floating gate 34 at the same potential. When the first floating gate 32 generates a potential corresponding to the voltage of the control gate, the second floating gate 34 becomes the same potential as the first floating gate 32 due to the connection with the floating gate conductor 36, and the P + source The electrons are bound into the second floating gate 34 by attracting accelerated electrons resulting from passing through the depletion layer of the doping region 20 and the N-type channel stop region 38.
[0004]
The conventional single-layer polycrystalline silicon memory cell 10 has the following disadvantages. First, the single-layer polycrystalline silicon memory cell 10 according to the prior art includes a PMOS transistor 30 and an NMOS transistor 28, and has a large unit area of a chip. Next, the single-layer polycrystalline silicon memory cell 10 according to the prior art requires an N-type channel stop region 38. Furthermore, the single-layer polycrystalline silicon memory cell 10 according to the prior art requires that the first floating gate 32 and the second floating gate 34 be electrically connected by the floating gate conductor 36. In addition, it is necessary to isolate the NMOS transistor 28 and the PMOS transistor 30 by the field oxide layer 24. As can be seen from the foregoing, prior art single-layer polycrystalline silicon memory cells 10 increase manufacturing costs and manufacturing difficulties and further improve due to the large area of the chip and the complexity of the structure. It is necessary.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device which is compatible with a CMOS process and has low energy consumption, high writing efficiency, high data holding capability, and high integration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has conducted intensive studies in view of the drawbacks of the prior art, and as a result, has found that a P-type substrate, an N-type well provided in the P-type substrate, and a selection gate for applying a word line voltage. A PMOS selection transistor including a first P + source doping region for applying a source line voltage, a first P + drain doping region, and formed on the N-type well; a P + -doped floating gate; a second P + source doping region electrically connected to the first P + drain doping region, and a second P + drain doping region for applying a bit line voltage, and said second P + source doping region the second P + drain doping region defining a floating gate P-type channel, is formed on the N-type well, the PMOS election It focuses on the point that can solve the problems by a structure comprising a PMOS floating gate transistor being serially connected to the transistor, and completed the present invention based on this finding.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrically programmable logic device 100 according to the present invention, and FIG. 3 is a plan view of the electrically programmable logic device 100 of FIG. 2 and 3, the electrically programmable logic device 100 includes a PMOS transistor 101 and a PMOS transistor 102 connected in series to the PMOS transistor 101 via a shared P + doping region 202. A PMOS transistor 101 and a PMOS transistor 102 are formed on the N-type well 110. An N-type well 110 is formed on a P-type semiconductor substrate 1000. The PMOS transistor 101 includes a select gate 301, a P + source doping region 201, and a P + doping region 202 shared with the PMOS transistor 102. The PMOS transistor 102 is a floating gate transistor and includes a P + -doped polysilicon floating gate 302, a P + drain doping region 203, and a P + doping region 202 shared with the PMOS transistor 101. The P + doping region 202 is simultaneously used as the drain of the PMOS transistor 101 and the source of the PMOS transistor 102, thereby forming two transistors in series. The P + -doped polysilicon floating gate 302 of the present invention is formed from single-layer polysilicon and has no or need for a control gate thereon.
[0008]
As shown in FIG. 2, the PMOS transistor 101 further includes a gate oxide film 301a provided below the select gate 301, and the PMOS transistor 102 further includes a floating gate oxide film 302a provided below the floating gate 302. The P + drain doping region 203 of the PMOS transistor 102 is electrically connected to a bit line (not shown) to provide a bit line signal to the electrically programmable logic device 100. The electrically programmable logic device 100 according to the present invention is operated under low voltage, and the floating gate oxide 302a and the gate oxide 301a are the same as the thickness of the gate oxide in the logic circuit, or if necessary. Increases the thickness. Either way, the electrically programmable logic device 100 according to the present invention is compatible with standard CMOS semiconductor processing.
[0009]
FIG. 4 is an explanatory diagram when a write operation is performed on the electrically programmable logic device 100 according to the present invention. In FIG. 4, when a write operation is performed, a word line voltage V SG is applied to the select gate 301 of the PMOS transistor 101, and the P channel below the select gate 301 is opened. A source line voltage VSL is applied to the P + source doping region 201 of the PMOS transistor 101. A well voltage V NW is applied to the N-type well 110. A bit line voltage VBL is applied to the P + drain doping region 203 of the PMOS transistor 102. The floating gate 302 of the PMOS transistor 102 is in a floating state. In the floating gate 302, a low voltage is obtained by the effect of capacitive coupling, a P-type channel below the floating gate 302 is opened, and hot electrons are generated by collision with holes of the channel. Hot electrons are accelerated by the electric field of the depletion layer, cross the floating gate oxide film 302a, and are trapped in the floating gate 302.
[0010]
Figure 5 is a PMOS transistor 102, under the conditions of the various bias voltages for N-type well 110 of the drain 203 (V d = V BL -V NW), is a diagram showing the relationship between the floating gate voltage and gate current . As shown in FIG. 5, under the condition of the bias voltage V d = −5 V, the floating gate 302 has a low voltage V FG of −1 to −2 V due to the effect of capacitive coupling (V FG is equal to the bit line voltage V BL . , N-type well voltage V NW and the voltage applied to P + source doping region 202 of PMOS transistor 102). At this time, the channel of the PMOS transistor 102 has just opened, and the gate current has already approached the maximum value. In other words, in the operation mode according to the present invention, since the value ( Ig / Id ) of the gate current with respect to the drain current is large, a better effect can be obtained when performing the write operation.
[0011]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an energy band of electron injection of the P + polycrystalline silicon gate according to the present invention. Another feature according to the present invention is that the floating gate 302 of the PMOS transistor 102 is P + doped, and the doping concentration is from 1.0 × 10 19 cm −3 to 1.5 × 10 19 cm −3 (dopant is boron). ) Is preferable. Since the P + doping the polysilicon floating gate 302 has a number of free holes, after the hot electrons are injected into the P + doping the polysilicon floating gate 302, and re-coupling the previous free holes, the ionized The acceptor generates a negative ionic charge. Since these negative ion charges are different from free electrons, they cannot move freely, and are hardly lost because the distance between the polycrystalline silicon and the oxide film interface is long. Then, since the data storage is prolonged, the purpose of increasing the data holding ability of the memory can be achieved.
[0012]
FIG. 6 is a cross-sectional view of another preferred embodiment according to the present invention. As shown in FIG. 6, the electrically programmable logic device 600 includes an NMOS transistor 801 and an NMOS transistor 802 connected in series to the NMOS transistor 801 by a shared N + doping region 602. An NMOS transistor 801 and an NMOS transistor 802 are formed on the P-type well 610. P-type well 610 is formed on N-type semiconductor substrate 700. The NMOS transistor 801 includes an N + doping region 602 which is shared with the select gate 901, the N + source doping region 601 and the NMOS transistor 802, and serves as a drain. The NMOS transistor 802 is a floating gate transistor, and includes an N + -doped polysilicon floating gate 902, an N + -doped region 603, and an N + -doped region 602 shared with the NMOS transistor 801. The N + doping region 602 is simultaneously the drain of the NMOS transistor 801 and the source of the NMOS transistor 802, thereby forming two series transistors. The floating gate 902 according to the present invention is formed from single-layer polycrystalline silicon, and has no or need for a control gate above. The floating gate 902 of the NMOS transistor 802 is N + doped. Since the N + -doped polysilicon floating gate 902 has a large number of free electrons, hot free holes are injected into the N + -doped polysilicon floating gate 902 and then recombined with the free electrons first. This produces a positive ion charge. Since these positive ion charges are different from free holes, they cannot move freely, and the distance from the polycrystalline silicon-oxide film interface is long, so that they are not easily lost. Then, since the data storage is prolonged, the purpose of increasing the data holding ability of the memory can be achieved.
[0013]
The above is a preferred embodiment of the present invention, and does not limit the scope of the present invention. Therefore, any modification or alteration that can be made by those skilled in the art and that is made in the spirit of the present invention and that has an equivalent effect on the present invention shall fall within the scope of the claims of the present invention. I do.
[0014]
【The invention's effect】
Compared to the prior art electrically programmable logic device, the electrically programmable logic device according to the present invention can be operated under low voltage, or due to the unique design, the PMOS transistor 102 will have a floating gate current when the channel is just opened. Is already approaching the maximum. Under the operation mode according to the present invention, the value of the ratio of the gate current to the drain current ( Ig / Id ) is relatively large, so that it has the advantage of energy saving, and also provides better efficiency when writing. Reduce writing time. Since the present invention uses two PMOS transistors connected in series, the area of the chip can be significantly reduced and the present invention can be used in the field of highly integrated memories. Alternatively, the present invention has a simple structure, is compatible with a conventional CMOS process, has a low manufacturing cost, and is suitable for a system-on-a-chip. If channel hot electron injection is used in the write operation, a P + -doped polysilicon floating gate is used, and if channel hole injection is used in the write operation, an N + -doped polysilicon floating gate is used. In addition, the time for which the ionic charges store data is relatively long, and the data retention capability of the memory can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional single-layer polycrystalline silicon memory cell.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an electrically programmable logic device according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the electrically programmable logic device of FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram in which an electrically programmable logic device performs a write operation.
In Figure 5 PMOS transistor, under different conditions having a drain bias to the N-type well (V d = V BL -V NW ), which is a diagram of the relationship between the floating gate voltage and gate current.
FIG. 6 is a sectional view of another preferred embodiment according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an energy band of electron injection of a P + polycrystalline silicon gate according to the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 single-layer polycrystalline silicon memory cell 12 P-type substrate 14, 601 N + source doping region 16, 603 N + drain doping region 18 N-type ion well 20, 201 P + source doping region 22, 203 P + drain doping region 24 Field oxide film 28,801,802 NMOS transistor 30,101,102 PMOS transistor 32 First floating gate 34 Second floating gate 36 Floating gate conductor 38 N-type channel blocking region 100,600 Electrically programmable logic device 110 N-type well 202 P + doped region 301,901 select gate 302 P + doped polysilicon floating gate 602 N + doped region 610 P-type well 902 N + doping Grayed polysilicon floating gate 700 N-type semiconductor substrate 1000 P-type semiconductor substrate

Claims (8)

電気的プログラマブルロジックデバイスであって、
P型基板と、
前記P型基板の中に設けられるN型ウエルと、
ワード線電圧を印加する選択ゲートと、ソース線電圧を印加する第一Pソースドーピング領域と、第一Pドレインドーピング領域とを含む、前記N型ウエルの上に形成されるPMOS選択トランジスタと、
ドーピングフローティングゲートと、前記第一Pドレインドーピング領域に電気的に接続される第二Pソースドーピング領域と、ビット線電圧を印加する第二Pドレインドーピング領域とを含み、かつ前記第二Pソースドーピング領域と前記第二Pドレインドーピング領域がフローティングゲートP型チャンネルを定義し、前記N型ウエルの上に形成された、前記PMOS選択トランジスタに直列的に接続されるPMOSフローティングゲートトランジスタとを含んでなることを特徴とする電気的プログラマブルロジックデバイス。
An electrically programmable logic device,
A P-type substrate;
An N-type well provided in the P-type substrate;
A PMOS select transistor formed on the N-type well, including a select gate for applying a word line voltage, a first P + source doping region for applying a source line voltage, and a first P + drain doping region; ,
A P + -doped floating gate, a second P + source doping region electrically connected to the first P + drain doping region, and a second P + drain doping region for applying a bit line voltage; A second P + source doping region and the second P + drain doping region define a floating gate P-type channel, and a PMOS floating formed on the N-type well and serially connected to the PMOS selection transistor. An electrically programmable logic device, comprising: a gate transistor.
前記PMOS選択トランジスタは、更に前記選択ゲート電極の下に設けられるゲート酸化膜を含むことを特徴とする請求項1記載の電気的プログラマブルロジックデバイス。2. The electrically programmable logic device according to claim 1, wherein said PMOS select transistor further includes a gate oxide film provided below said select gate electrode. 前記PMOSフローティングゲートトランジスタは、更に前記Pドーピングフローティングゲートの下に設けられるフローティングゲート酸化膜を含むことを特徴とする請求項1記載の電気的プログラマブルロジックデバイス。The electrically programmable logic device of claim 1, wherein said PMOS floating gate transistor further comprises a floating gate oxide film provided below said P + doped floating gate. 書込み操作を行う時に、ホットエレクトロンが前記Pドーピングフローティングゲートに注入され、前記Pドーピングフローティングゲートの中にある自由正孔と再結合し、固定のマイナスイオン電荷を生じることによって、前記電気的プログラマブルロジックデバイスのデータ保持能力を改善することを特徴とする請求項1記載の電気的プログラマブルロジックデバイス。When performing a write operation, hot electrons are injected into the P + doping the floating gates, the free holes and recombination is in the P + doping the floating gates, by producing the negative ionic charge of fixing, the electrical 2. The electrically programmable logic device according to claim 1, wherein the data retention capability of the programmable logic device is improved. 不揮発性メモリセルであって、
ワード線に電気的に接続される選択ゲートと、ソース線に電気的に接続される第一ソースドーピング領域と、第一ドレインドーピング領域とを含むMOS選択トランジスタと、
フローティングゲートと、前記第一ドレインドーピング領域に電気的に接続される第二ソースドーピング領域と、ビット線に電気的に接続される第二ドレインドーピング領域とを含み、かつ前記第二ソースドーピング領域と前記第二ドレインドーピング領域がフローティングゲートチャンネルを定義し、前記MOS選択トランジスタに直列的に接続されるMOSフローティングゲートトランジスタとを含み、
前記MOSフローティングゲートトランジスタがチャンネルホットエレクトロンモードによって書き込まれる時に、前記MOSフローティングゲートトランジスタのフローティングゲートがP型ドーパントにドーピングされ、前記MOSフローティングゲートトランジスタがチャンネルホット正孔モードによって書き込まれる時に、前記MOSフローティングゲートトランジスタのフローティングゲートがN型ドーパントにドーピングされることを特徴とする不揮発性メモリセル。
A non-volatile memory cell,
A MOS selection transistor including a select gate electrically connected to the word line, a first source doping region electrically connected to the source line, and a first drain doping region;
A floating gate, a second source doping region electrically connected to the first drain doping region, and a second drain doping region electrically connected to a bit line; and The second drain doping region defines a floating gate channel, and includes a MOS floating gate transistor connected in series to the MOS selection transistor;
When the MOS floating gate transistor is written in channel hot electron mode, the floating gate of the MOS floating gate transistor is doped with a P-type dopant, and when the MOS floating gate transistor is written in channel hot hole mode, the MOS floating gate transistor is A nonvolatile memory cell, wherein a floating gate of a gate transistor is doped with an N-type dopant.
前記MOS選択トランジスタは、更に前記選択ゲート電極の下に設けられるゲート酸化膜を含むことを特徴とする請求項5記載の不揮発性メモリセル。6. The nonvolatile memory cell according to claim 5, wherein said MOS selection transistor further includes a gate oxide film provided below said selection gate electrode. 前記MOSフローティングゲートトランジスタは、更に前記フローティングゲートの下に設けられるフローティングゲート酸化膜を含むことを特徴とする請求項5記載の不揮発性メモリセル。6. The nonvolatile memory cell according to claim 5, wherein said MOS floating gate transistor further includes a floating gate oxide film provided below said floating gate. 前記不揮発性メモリセルは、標準のCMOS工程で生産できることを特徴とする請求項5記載の不揮発性メモリセル。The non-volatile memory cell according to claim 5, wherein the non-volatile memory cell can be manufactured by a standard CMOS process.
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