JP2786629B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP2786629B2
JP2786629B2 JP29085787A JP29085787A JP2786629B2 JP 2786629 B2 JP2786629 B2 JP 2786629B2 JP 29085787 A JP29085787 A JP 29085787A JP 29085787 A JP29085787 A JP 29085787A JP 2786629 B2 JP2786629 B2 JP 2786629B2
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floating gate
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semiconductor memory
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亮平 桐沢
聡 井上
理一郎 白田
正樹 百冨
佳久 岩田
寧夫 伊藤
昌彦 千葉
富士雄 舛岡
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    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0483Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells having several storage transistors connected in series
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートを有する書替え可
能なメモリセルを用いた不揮発性半導体メモリ装置に関
する。 (従来の技術) EPROMの分野で、浮遊ゲートをもつMOSFET構造のメモ
リセルを用いた紫外線消去型不揮発性メモリ装置が広く
知られている。このEPROMのメモリアレイは、互いに交
差する行線と列線の各交点にメモリセルを配置して構成
される。実際のパターン上では、二つのメモリセルのド
レインを共通にして、ここに列線がコンタクトするよう
にしてセル占有面積をできるだけ小さくしている。しか
しこれでも、二つのメモリセルの共通ドレイン毎に列線
とのコンタクト部を必要とし、このコンタクト部がセル
占有面積の大きい部分を占めている。 これに対して最近、メモリセルを複数個接続してセル
ユニットを構成し、列線に対するコンタクト部を大幅に
減らすことを可能としたEPROMが提案されている。ここ
で、前記メモリセルを直列接続したものはNANDセルと呼
ばれる。しかし従来提案されているこの種のEPROMで
は、浮遊ゲートと基板間の結合容量が、浮遊ゲートと制
御ゲート間のそれより大きく設定される。そして、紫外
線照射により基板から電子を浮遊ゲートに注入すること
により、全面消去を行ない、データ書込みは選択された
メモリセルで浮遊ゲートの電子を制御ゲート側に放出す
ることにより行う。 しかしこの様なNANDセルを用いたEPROMでは、信頼性
の点で問題がある。通常、浮遊ゲートと制御ゲートは2
層多結晶シリコン膜の積層構造として形成され、その間
の絶縁膜には多結晶シリコン膜の熱酸化膜が用いられ
る。この酸化膜は単結晶シリコンのそれに比べると膜質
が劣る。このため、制御ゲートと浮遊ゲート間に電界を
かけてここで電荷のやりとりを行うことは、メモリセル
の特性劣化をもたらすのである。 (発明が解決しようとする問題点) 以上のように従来提案されているNANDセルを用いたEP
ROMは、電気的ストレスに対して信頼性が十分でない、
という問題があった。 本発明はこの様な問題を解決した不揮発性半導体メモ
リ装置を提供することを目的とする。 [発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明にかかるEPROMでは、浮遊ゲートと制御ゲート
を有するメモリセルが複数個接続されてセルユニットを
構成して、これがマトリクス配列されてメモリアレイを
構成する。メモリセルは、浮遊ゲートと基板との間で電
子のトンネリングにより書込みおよび消去を行うものと
する。更に本発明はこのような動作原理のセルを用いた
EPROMにおいて、セルユニットを構成するメモリセルの
ソース,ドレイン拡散層の不純物濃度を、周辺回路のソ
ース,ドレイン拡散層のそれより低く設定する。 (作用) 本発明によれば、膜質の優れた酸化膜が得られる浮遊
ゲートと基板間のトンネリングにより、書込みおよび消
去が行われる。従ってEPROMの信頼性が高いものとな
る。特に本発明では、セルユニットを構成するメモリセ
ルのソース,ドレイン拡散層を低濃度とすることによっ
て、逆バイアス印加時の表面ブレークダウン耐圧が高く
なり、また拡散層と浮遊ゲート間の第1ゲート絶縁膜の
耐圧も高いものとなる。 (実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第1図は一実施例のEPROMのNANDセルを示す平面図で
あり、第2図(a)(b)はそのA−A′,B−B′断面
図である。また第3図はNANDセルの等価回路である。こ
の実施例では、4個のメモリセルM1〜M4を、そのソー
ス,ドレイン拡散層を共用する形で直列接続してNANDセ
ルを構成している。この様なNANDセルがマトリクス配列
されてメモリアレイが構成される。NANDセルのドレイン
は選択MOSトランジスタを介してビット線BLに接続され
る。各メモリセルの制御ゲートCG1〜CG4はビット線BLと
交差するワード線WLに接続されることになる。 具体的なセル構造を第2図により説明すると、NANDセ
ルは、シリコン基板1の素子分離絶縁膜2で囲まれた一
つの領域に、この実施例では4個のメモリセルが形成さ
れている。各メモリセルは、基板1上に50〜200Åの熱
酸化膜からなる第1ゲート絶縁膜3を介して、500〜400
0Åの第1層多結晶シリコン膜により浮遊ゲート4
(41,42,…)が形成され、この上に150〜400Åの熱酸
化膜からなる第2ゲート絶縁膜5を介して、1000〜4000
Åの第2層多結晶シリコン膜ににより制御ゲート6
(61,62,…)が形成されている。制御ゲート6は一方
向に連続的に配設されてワード線WLとなる。各メモリセ
ルのソース,ドレイン拡散層となるn型層9は隣接する
もの同士で共用する形で、4個のメモリセルが直列接続
されている。NANDセルの一端のドレインは、ゲート電極
65により構成される選択MOSトランジスタを介してビッ
ト線8に接続され、他端のソースは接地線(図示せず)
に接続されている。 ここで、各メモリセルの浮遊ゲート4と制御ゲート6
は、チャネル長方向については同一エッチング・マスク
を用いて同時にパターニングしてエッジを揃えている。
ソース,ドレイン拡散層となるn型層9は、これらの制
御ゲート6および浮遊ゲート4をマスクとして、例えば
リンを加速電圧40keV、ドーズ量7×1014/cm2でイオン
注入して形成している。これらn型層9は、不純物濃度
ピーク濃度が1020/cm3以下となるようにする。またこ
れらのメモリセルのソース,ドレイン拡散層の形成工程
は、周辺回路のソース,ドレイン拡散層とは別工程と
し、周辺回路のソース,ドレイン拡散層より低濃度とす
る。こうして形成されるn型層9と浮遊ゲート4のオー
バーラップ(第2図(b)のd)は、0.5μm以下とな
る。ビット線BLに接続されるコンタクトホール部のn型
層9表面には、コンタクトホールから例えばヒ素をイオ
ン注入してn+型層を形成している。このイオン注入の条
件は例えば、加速電圧100keV、ドーズ量5×1015/cm2
とする。イオン注入後の不純物活性化の熱処理はN2雰囲
気中で950℃,30分程度とする。 各メモリセルでの浮遊ゲート4と基板1間の結合容量
C1は、浮遊ゲート4と制御ゲート6間の結合容量C2に比
べて小さく設定されている。これを具体的なセル・パラ
メータを挙げて説明すれば、パターン寸法は例えば1μ
mルールに従って浮遊ゲート4および制御ゲート6共に
幅1μm、チャネル幅1μmであり、浮遊ゲート4はフ
ィールド領域上に両側1μmずつ延在させている。第1
ゲート絶縁膜は例えば200Åの熱酸化膜、第2ゲート絶
縁膜5は350Åの熱酸化膜である。熱酸化膜の誘電率を
εとすると、 C1=ε/0.02 であり、 C2=3ε/0.035 である。即ち、C1<C2となっている。 第4図は、この実施例のNANDセルでの書込みおよび消
去の動作を説明するための波形図である。まず、NANDセ
ルを構成するメモリセルM1〜M4を一括して消去する。そ
のためにこの実施例では、選択MOSトランジスタQのゲ
ート電極SG2および、NANDセル内の全てのメモリセルの
制御ゲートCG1〜CS4を“H"レベル(例えば昇圧電位Vpp
=20V)とし、ビット線BLを“L"レベル(例えばOV)と
する。これによりメモリセルM1〜M4の制御ゲートと基板
間に電界がかかり、基板から、トンネル効果によって電
子が浮遊ゲートに注入される。メモリセルM1〜M4はこれ
によりしきい値が正方向に移動し、“0"状態となる。こ
うして、NANDセルの一括消去が行われる。 次にNANDセルへのデータ書込みを行う。データ書込み
は、ビット線BLから遠い方のメモリセルM4から順に行
う。次の説明から明らかなように、書込み動作時に選択
メモリセルよりビット線BL側のメモリセルは消去モード
になるためである。まず、メモリセルM4への書込みは、
第4図に示すように、選択トランジスタQのゲートSGお
よび制御ゲートCG1〜CG4に昇圧電位Vpp+Vth(メモリセ
ルの消去状態のしきい値)以上の“H"レベル(例えば23
V)を印加する。選択メモリセルM4の制御ゲートCG4
“L"レベル(例えば0V)とする。このとき、ビット線BL
に“H"レベルを与えるとこれは選択トランジスタQおよ
びメモリセルM1〜M3のチャネルを通ってメモリセルM4
ドレイン拡散層まで伝達され、メモリセルM4では制御ゲ
ートと基板間に高電界がかかる。この結果浮遊ゲートの
電子はトンネル効果により基板に放出され、しきい値が
負方向に移動して、例えばしきい値−2Vの状態“1"にな
る。このときメモリセルM1〜M3では制御ゲートと基板間
に電界がかからず、消去状態を保つ。“0"書込みの場合
は、ビット線BLに“L"レベルを与える。このとき選択メ
モリセルM4よりビット線BL側にあるメモリセルM1〜M3
は消去モードになるが、これらは未だデータ書込みがな
されていないので問題ない。次に第4図に示すように、
メモリセルM3の書込みに移る。即ち選択ゲートSGは“H"
レベルに保ったまま、制御ゲートCG3を“L"レベルに落
とす。このときビット線BLに“H"レベルが与えられる
と、メモリセルM3で“1"書込みがなされる。以下同様
に、メモリセルM2,M1に順次書込みを行う。 読み出し動作は、例えばメモリセルM3のデータを読み
出す場合を説明すると、選択MOSトランジスタQをオン
とし、非選択のメモリセルの制御ゲートCG1,CG2および
CG4には消去状態にあるメモリセルがオンする程度の
“H"レベル電位を与え、選択メモリセルの制御ゲートCG
3を“L"レベル(例えば0V)とする。これにより、電流
が流れるか否かにより、メモリセルM3の“0",“1"の判
定ができる。 この実施例においては、NANDセルを構成するメモリセ
ルのソース,ドレイン拡散層が通常より低不純物濃度に
設定されているため、データ書込み時ドレイン拡散層に
高い逆バイアスが印加された場合にも接合のブレークダ
ウンを生じることがない。また浮遊ゲートとドレイン拡
散層間の耐圧も高いものとなる。従ってデータ書込みの
マージンが大きくなり、例えば第1ゲート絶縁膜の膜厚
を200Å以上と厚くすることもできる。このように第1
ゲート絶縁膜を厚くすれば、浮遊ゲートの電子保持特性
が向上し、電気的ノイズや温度等によりデータが破壊さ
れるといった事態も確実に防止される。更に、ソース,
ドレイン拡散層の不純物濃度を下げたことに対応してp
型基板の不純物濃度を上げれば、寄生のフィールド・ト
ランジスタの影響を防止することが可能になる。 本発明は上記実施例に限られるものではない。例えば
第1ゲート絶縁膜として熱酸化膜の代わりにシリコン窒
化膜とシリコン酸化膜の複合構造としてもよい。これに
より、絶縁耐圧の向上が図られる。また低濃度ソース,
ドレイン拡散層をイオン注入により形成した後、O2雰囲
気中で熱処理することにより、浮遊ゲートの周囲の酸化
膜を厚くすることができ、これにより一層耐圧を高くす
ることができる。選択トランジスタは、ゲート構造を1
層としているが、メモリセルと同様2層構造としてもよ
い。この場合、選択トランジスタとメモリセルを同一工
程で形成することができ、微細化に有利である。またソ
ース,ドレイン拡散層の不純物濃度を低くしたことに伴
う抵抗増大を補償するために、拡散層表面に低抵抗材料
膜を形成することも有効である。これにより、電流の減
少を防止し、十分速い動作速度を確保することができ
る。また実施例では、4つのメモリセルが直列接続され
てNANDセルを構成する場合を説明したが、NANDセルを構
成するメモリセル数は任意である。 その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。 [発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、基板と浮遊ゲート
間でのトンネリングのみを利用して書込みおよび消去を
可能としたセルを用いて、特に書込み時の拡散層の接合
破壊やゲート絶縁膜破壊を防止して、データの保持特性
も向上させたEPROMを得ることができる。
The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device using a rewritable memory cell having a floating gate and a control gate. (Prior Art) In the field of EPROM, an ultraviolet erasing nonvolatile memory device using a memory cell having a MOSFET structure having a floating gate is widely known. The EPROM memory array is configured by arranging memory cells at respective intersections of row lines and column lines that intersect each other. On the actual pattern, the drains of the two memory cells are made common, and the cell line occupied area is made as small as possible by contacting the column lines. However, even in this case, a contact portion with the column line is required for each common drain of the two memory cells, and this contact portion occupies a large area of the cell. On the other hand, an EPROM has recently been proposed in which a plurality of memory cells are connected to form a cell unit, and the number of contact portions with respect to a column line can be significantly reduced. Here, the memory cells connected in series are called NAND cells. However, in this type of conventionally proposed EPROM, the coupling capacitance between the floating gate and the substrate is set to be larger than that between the floating gate and the control gate. Then, the entire surface is erased by injecting electrons from the substrate into the floating gate by irradiating ultraviolet rays, and data writing is performed by discharging electrons of the floating gate to the control gate side in the selected memory cell. However, EPROMs using such NAND cells have a problem in reliability. Normally, the floating gate and control gate are 2
It is formed as a laminated structure of a layer polycrystalline silicon film, and a thermal oxide film of a polycrystalline silicon film is used as an insulating film therebetween. This oxide film is inferior in film quality to that of single crystal silicon. Therefore, when an electric field is applied between the control gate and the floating gate to exchange charges, the characteristics of the memory cell are degraded. (Problems to be Solved by the Invention) As described above, EPs using NAND cells conventionally proposed
ROM is not reliable enough for electrical stress,
There was a problem. An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device which solves such a problem. [Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the EPROM according to the present invention, a plurality of memory cells each having a floating gate and a control gate are connected to form a cell unit. Configure the array. In the memory cell, writing and erasing are performed by tunneling electrons between the floating gate and the substrate. Further, the present invention uses a cell having such an operation principle.
In the EPROM, the impurity concentration of the source / drain diffusion layers of the memory cells constituting the cell unit is set lower than that of the source / drain diffusion layers of the peripheral circuit. (Operation) According to the present invention, writing and erasing are performed by tunneling between a floating gate and a substrate, which can provide an oxide film having excellent film quality. Therefore, the EPROM has high reliability. In particular, in the present invention, the source and drain diffusion layers of the memory cells constituting the cell unit are made to have a low concentration, so that the surface breakdown withstand voltage when a reverse bias is applied is increased, and the first gate between the diffusion layer and the floating gate is formed. The withstand voltage of the insulating film is also high. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a NAND cell of an EPROM of one embodiment, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are sectional views taken along lines AA 'and BB'. FIG. 3 is an equivalent circuit of a NAND cell. In this embodiment, four memory cells M 1 ~M 4, constitute a NAND cell that source, connected in series in the form of sharing the drain diffusion layer. Such NAND cells are arranged in a matrix to form a memory array. The drain of the NAND cell is connected to the bit line BL via a selection MOS transistor. The control gate CG 1 ~CG 4 of each memory cell would be connected to the word line WL intersecting the bit lines BL. The specific cell structure will be described with reference to FIG. 2. In the NAND cell, four memory cells are formed in one region surrounded by the element isolation insulating film 2 of the silicon substrate 1 in this embodiment. Each memory cell is formed on a substrate 1 through a first gate insulating film 3 made of a thermal oxide film of 50 to 200 °, and
The floating gate 4 is formed by the first-layer polycrystalline silicon film of 0 °.
(4 1 , 4 2 ,...) Are formed, and 1000-4000 are formed thereon through a second gate insulating film 5 made of a thermal oxide film of 150-400 °.
The control gate 6 is formed by the second layer polycrystalline silicon film
(6 1, 6 2, ...) are formed. The control gates 6 are arranged continuously in one direction to form word lines WL. Four memory cells are connected in series so that adjacent n-type layers 9 serving as source and drain diffusion layers of each memory cell are shared. The drain at one end of the NAND cell is the gate electrode
6 5 connected to the bit line 8 via the configured selection MOS transistor, the source of the other end grounding line (not shown)
It is connected to the. Here, the floating gate 4 and the control gate 6 of each memory cell
Are patterned simultaneously using the same etching mask in the channel length direction to align the edges.
The n-type layer 9 serving as a source / drain diffusion layer is formed by ion-implanting, for example, phosphorus with an acceleration voltage of 40 keV and a dose of 7 × 10 14 / cm 2 using the control gate 6 and the floating gate 4 as a mask. I have. These n-type layers 9 have an impurity concentration peak concentration of 10 20 / cm 3 or less. The process of forming the source and drain diffusion layers of these memory cells is performed separately from the process of forming the source and drain diffusion layers of the peripheral circuit, and has a lower concentration than the source and drain diffusion layers of the peripheral circuit. The overlap between the n-type layer 9 thus formed and the floating gate 4 (d in FIG. 2B) is 0.5 μm or less. On the surface of the n-type layer 9 in the contact hole portion connected to the bit line BL, for example, arsenic is ion-implanted from the contact hole to form an n + -type layer. Conditions for this ion implantation are, for example, an acceleration voltage of 100 keV and a dose of 5 × 10 15 / cm 2.
And The heat treatment for activating the impurities after the ion implantation is performed at 950 ° C. for about 30 minutes in an N 2 atmosphere. Coupling capacitance between floating gate 4 and substrate 1 in each memory cell
C 1 is set smaller than the coupling capacitance C 2 between the floating gate 4 and the control gate 6. This will be described with reference to specific cell parameters.
The floating gate 4 and the control gate 6 both have a width of 1 μm and a channel width of 1 μm according to the m rule, and the floating gate 4 extends on the field region by 1 μm on both sides. First
The gate insulating film is, for example, a 200 ° thermal oxide film, and the second gate insulating film 5 is a 350 ° thermal oxide film. If the dielectric constant of the thermal oxide film is ε, then C 1 = ε / 0.02 and C 2 = 3ε / 0.035. That is, C 1 <C 2 . FIG. 4 is a waveform diagram for explaining write and erase operations in the NAND cell of this embodiment. First, collectively erased memory cells M 1 ~M 4 constituting the NAND cell. In this embodiment for the selection MOS transistor gate electrode SG 2 and Q, all the control gates CG 1 to CS 4 for the memory cell "H" level in the NAND cell (e.g. boosted potential Vpp
= 20V), and the bit line BL is set to “L” level (for example, OV). Hence, an electric field is applied between the control gate and the substrate of the memory cell M 1 ~M 4, from the substrate, electrons by tunnel effect are injected into the floating gate. As a result, the threshold value of the memory cells M 1 to M 4 moves in the positive direction, and the memory cells M 1 to M 4 enter the “0” state. Thus, batch erasing of the NAND cells is performed. Next, data is written to the NAND cell. Data writing is performed in order from the memory cell M 4 distant from the bit line BL. As is clear from the following description, this is because the memory cell on the bit line BL side from the selected memory cell is in the erase mode during the write operation. First of all, writing to the memory cell M 4 is,
As shown in Figure 4, gate SG and control gate CG 1 ~CG 4 (the threshold of the erase state of the memory cell) boosted potential Vpp + Vth or more "H" level of the selection transistor Q (for example, 23
V). The control gate CG 4 of a selected memory cell M 4 is at "L" level (e.g., 0V). At this time, the bit line BL
Given a "H" level to the through channel of the select transistor Q and the memory cell M 1 ~M 3 is transmitted to the drain diffusion layer of the memory cell M 4, high between memory cell M 4 the control gate and the substrate An electric field is applied. As a result, electrons in the floating gate are emitted to the substrate by the tunnel effect, and the threshold value moves in the negative direction, for example, the state becomes "1" with a threshold value of -2V. Not applied electric field between the time the memory cell M 1 in ~M 3 control gate and the substrate, keeping the erased state. In the case of “0” writing, “L” level is applied to the bit line BL. It becomes a memory cell M 1 ~M 3 In the erase mode is from the selected memory cell M 4 this time to the bit line BL side, they no problem because not yet data writing is performed. Next, as shown in FIG.
It goes to the writing of the memory cell M 3. That is, the selection gate SG is “H”
While maintaining the level, lowering the control gate CG 3 to "L" level. If this time the bit line BL "H" level is given, the memory cell M 3 "1" write is performed. Hereinafter, similarly, writing is sequentially performed on the memory cells M 2 and M 1 . Read operation, for example, explaining the case of reading data of the memory cell M 3, select MOS transistor Q is turned on, the control gate CG 1 of the non-selected memory cell, CG 2 and
CG 4 is given an “H” level potential to turn on the memory cell in the erased state, and the control gate CG of the selected memory cell is given.
3 is set to “L” level (for example, 0 V). Thus, depending on whether current flows, "0" of the memory cell M 3, it is determined "1". In this embodiment, the source and drain diffusion layers of the memory cells constituting the NAND cell are set to have a lower impurity concentration than usual, so that the junction can be performed even when a high reverse bias is applied to the drain diffusion layer during data writing. No breakdown occurs. Also, the breakdown voltage between the floating gate and the drain diffusion layer is high. Therefore, the margin for data writing is increased, and for example, the thickness of the first gate insulating film can be increased to 200 ° or more. Thus the first
When the thickness of the gate insulating film is increased, the electron retention characteristics of the floating gate are improved, and a situation in which data is destroyed due to electric noise, temperature, or the like is reliably prevented. In addition, the source,
In response to the reduction in the impurity concentration of the drain diffusion layer, p
Increasing the impurity concentration of the mold substrate can prevent the influence of the parasitic field transistor. The present invention is not limited to the above embodiment. For example, a composite structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be used as the first gate insulating film instead of the thermal oxide film. Thereby, the withstand voltage is improved. Low concentration source,
After forming the drain diffusion layer by ion implantation, by performing a heat treatment in an O 2 atmosphere, the oxide film around the floating gate can be made thicker, whereby the breakdown voltage can be further increased. The selection transistor has a gate structure of 1
Although it is a layer, it may have a two-layer structure similarly to the memory cell. In this case, the select transistor and the memory cell can be formed in the same step, which is advantageous for miniaturization. It is also effective to form a low-resistance material film on the surface of the diffusion layer in order to compensate for an increase in resistance caused by lowering the impurity concentration of the source and drain diffusion layers. As a result, a decrease in current can be prevented, and a sufficiently high operation speed can be secured. In the embodiment, the case where four memory cells are connected in series to form a NAND cell has been described, but the number of memory cells forming the NAND cell is arbitrary. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by using a cell in which writing and erasing can be performed using only tunneling between a substrate and a floating gate, junction breakdown of a diffusion layer particularly at the time of writing is performed. EPROM with improved data retention characteristics can be obtained by preventing gate insulating film breakdown.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の一実施例のEPROMのNANDセルを示す
平面図、第2図(a)(b)は第1図のA−A′,B−
B′断面図、第3図はそのNANDセルの等価回路図、第4
図はそのNANDセルの動作を説明するための信号波形図で
ある。 1…シリコン基板、2…素子分離絶縁膜、3…第1ゲー
ト絶縁膜、4…浮遊ゲート、5…第2ゲート絶縁膜、6
…制御ゲート、8…ビット線、9…ソース,ドレイン拡
散層、M(M1,M2,…)…メモリセル、Q…選択MOSト
ランジスタ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view showing a NAND cell of an EPROM according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and (b) are AA 'and B- of FIG.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the NAND cell, and FIG.
The figure is a signal waveform diagram for explaining the operation of the NAND cell. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... First gate insulating film, 4 ... Floating gate, 5 ... Second gate insulating film, 6
... Control gates, 8 bit lines, 9 source / drain diffusion layers, M (M 1 , M 2 ,...) Memory cells, Q selection MOS transistors.

フロントページの続き (72)発明者 井上 聡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 白田 理一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 百冨 正樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岩田 佳久 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 伊藤 寧夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 千葉 昌彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 舛岡 富士雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−137068(JP,A) 特開 昭61−166154(JP,A) 特開 昭61−13668(JP,A)Continuation of front page    (72) Inventor Satoshi Inoue               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Riichiro Shirada               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Masaki Momomi               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Yoshihisa Iwata               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Norio Ito               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Masahiko Chiba               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Fujio Masuzoka               1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa               Toshiba Research Institute, Inc.                (56) References JP-A-60-137068 (JP, A)                 JP-A-61-166154 (JP, A)                 JP-A-61-13668 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲートが積層さ
れ、浮遊ゲートと基板の間でトンネル電流により電荷の
やりとりをして書込みおよび消去を行う書替え可能なメ
モリセルの任意個数からセルユニットを構成し、該セル
ユニットの複数個をビット線に接続してメモリセルアレ
イを構成し、前記セルユニットを構成する各メモリセル
のソース,ドレイン拡散層を金属配線に接続することな
く、該拡散層の不純物拡散濃度を、周辺回路のソース,
ドレイン拡散層のそれより低く設定したことを特徴とす
る不揮発性半導体メモリ装置。 2.前記セルユニットを構成するメモリセルは、浮遊ゲ
ートと基板間の結合容量が浮遊ゲートと制御ゲート間の
それより小さく設定されている特許請求の範囲第1項記
載の不揮発性半導体メモリ装置。 3.前記セルユニットを構成する各メモリセルの浮遊ゲ
ートと制御ゲートは、チャネル方向について同一エッチ
ング・マスクにより定義されたエッジを有することを特
許請求の範囲第1項記載の不揮発性半導体メモリ装置。 4.前記セルユニットは、前記メモリセルがソース,ド
レイン拡散層を共有する形で複数個ずつ直列接続された
NANDセルであることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の不揮発性半導体メモリ装置。
(57) [Claims] A floating gate and a control gate are stacked on a semiconductor substrate, and a cell unit is formed from an arbitrary number of rewritable memory cells for performing writing and erasing by exchanging charges by a tunnel current between the floating gate and the substrate, A plurality of cell units are connected to bit lines to form a memory cell array, and the source and drain diffusion layers of each of the memory cells constituting the cell unit are connected to metal wiring without increasing the impurity diffusion concentration of the diffusion layers. , Peripheral circuit source,
A non-volatile semiconductor memory device characterized by being set lower than that of a drain diffusion layer. 2. 2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the memory cell constituting the cell unit has a coupling capacitance between the floating gate and the substrate set smaller than that between the floating gate and the control gate. 3. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the floating gate and the control gate of each memory cell constituting the cell unit have edges defined by the same etching mask in the channel direction. 4. In the cell unit, a plurality of the memory cells are connected in series such that the source and drain diffusion layers are shared.
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is a NAND cell.
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US08/312,072 US5508957A (en) 1987-09-18 1994-09-26 Non-volatile semiconductor memory with NAND cell structure and switching transistors with different channel lengths to reduce punch-through

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