JP2815262B2 - 不揮発性メモリ - Google Patents

不揮発性メモリ

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JP2815262B2 JP4107998A JP10799892A JP2815262B2 JP 2815262 B2 JP2815262 B2 JP 2815262B2 JP 4107998 A JP4107998 A JP 4107998A JP 10799892 A JP10799892 A JP 10799892A JP 2815262 B2 JP2815262 B2 JP 2815262B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は不揮発性メモリ、より詳
細には一層のポリシリコン電極によって形成されたDR
AMとEEPROMとを具備した不揮発性メモリに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、揮発性半導体メモリと不揮発
性半導体メモリとを組み合わせた不揮発性メモリが提案
されている。この不揮発性メモリにおける不揮発性半導
体メモリ部は記憶内容の保持の必要性に応じて動作を切
り替えられるようになっており、揮発性メモリ部の記憶
データを不揮発性メモリ部へ転送することができるよう
に構成されている。この種の不揮発性メモリを図面に基
づいて説明する。
【0003】図5に示したように、半導体基板上に3個
のMOSトランジスタMT1、MT2、MT3が直列に
形成されており、MOSトランジスタMT1とMOSト
ランジスタMT2の間にキャパシタCが接続されてい
る。実際のメモリはこの組み合わせが多数配列されて構
成されているが、便宜上1個の単位セルとして動作する
部分を取り出して説明する。
【0004】この不揮発性メモリはDRAM30部、E
EPROM31部及び切り替え用トランジスタ32とか
ら構成されており、DRAM30部は選択トランジスタ
MT1とキャパシタC、EEPROM31部はフローテ
ィングゲート型トランジスタMT2から形成されてい
る。図6において、40はP型シリコン基板を示してお
り、シリコン基板40表面層にはフィールド酸化膜(図
示せず)が形成されることによって活性領域が形成され
ている。活性領域には複数個のN+ 拡散層33、39、
38が形成されており、シリコン基板40上であって、
+ 拡散層33とN+ 拡散層39との間にはゲート絶縁
膜であるSiO2 膜41を介して選択ゲート電極G1が
配設されている。また、N+ 拡散層39上にはキャパシ
タ絶縁膜であるSiO2 膜42を介してキャパシタ電極
CGが、N+ 拡散層39とN+ 拡散層38との間にわた
って、ゲート絶縁膜であるSiO2 膜43及びN+ 拡散
層39上に存在するトンネル絶縁膜であるSiO2 膜4
4を介してフローティングゲート電極36が、さらに、
+ 拡散層38上からフローティングゲート電極36上
にわたって切り替え用トランジスタMT3のゲート電極
G3とフローティングゲート型トランジスタMT2のコ
ントロール電極G2がSiO2 膜45を介して一体化し
て配設されている。
【0005】このように構成された不揮発性メモリにお
いて、選択トランジスタMT1の端子33は、通常、シ
リコン基板40のN+ 拡散層33となり、メモリの列線
に接続され、選択ゲート電極G1に接続された端子34
はメモリの行線に接続されている。また、キャパシタC
はシリコン基板40のN+ 拡散層39を一方の電極と
し、さらにキャパシタ電極CGに接続された端子35か
ら所定の電圧が印加される。一体化して形成された切り
替え用トランジスタMT3のゲート電極G3とコントロ
ール電極G2には、これに接続された端子37から所定
の電圧が印加される。また、切り替え用トランジスタM
T3の端子38は、通常、シリコン基板40のN+ 拡散
層38となり、メモリの列線に接続されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した不揮発性メモ
リはフローティングゲート型トランジスタMT2から形
成されているために、ポリシリコンゲート構造が2層に
なっており、同一基板上にこの種の不揮発性メモリと、
論理回路等の他のデバイスとを形成する場合には、製造
工程が複雑なものになるという課題があった。
【0007】本発明はこのような課題を鑑みなされたも
のであり、同一基板上に論理回路等の他のデバイスとと
もに形成する場合にも、製造工程が複雑なものとならな
いように製造することができる不揮発性メモリを提供す
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に複数の不純物拡散層を有する同一活性領域に形
成された選択トランジスタとキャパシタとからなるDR
AMと、前記キャパシタに隣接するフローティングゲー
ト型トランジスタと補助トランジスタとからなるEEP
ROMとを具備しており、前記選択トランジスタは第1
の不純物拡散層と第2の不純物拡散層との間にゲート酸
化膜を介して配設された選択ゲート電極を有し、前記キ
ャパシタは前記第2の不純物拡散層を一方の電極とし
て、該電極上にキャパシタ絶縁膜を介して配設されたキ
ャパシタゲート電極を有し、前記フローティングゲート
型トランジスタは前記第2の不純物拡散層上から第3の
不純物拡散層にかけて、ゲート酸化膜とトンネル絶縁膜
とを介して配設されたフローティングゲート電極と、該
フローティングゲート電極の下方であって前記活性領域
と独立した活性領域に形成された第4の不純物拡散層を
コントロールゲート電極として有し、さらに、補助トラ
ンジスタは前記第3の不純物拡散層と第5の不純物拡散
層との間にゲート酸化膜を介して配設された補助ゲート
電極を有している不揮発性メモリが提供される。
【0009】本発明における不揮発性メモリは半導体基
板上の同一活性領域にDRAM部とEEPROM部とを
具備しており、EEPROM部には、電荷を注入して書
き込みを可能とする補助ゲート電極、注入された電荷を
蓄積するフローティングゲート電極及びフローティング
ゲート電極の電位を制御しうるコントロールゲート電極
が形成されている。
【0010】本発明において、DRAM部とEEPRO
M部とを構成する補助ゲート電極、フローティングゲー
ト電極、キャパシタゲート電極及び選択ゲート電極は一
層の多結晶シリコンゲート電極で形成され、その膜厚は
1500〜3000Å程度で形成するのが好ましい。ま
た、補助ゲート電極、フローティングゲート電極、キャ
パシタゲート電極及び選択ゲート電極はそれぞれ200
〜300Å程度のゲート酸化膜、例えば、SiO2 膜を
介して配設されており、第2の不純物拡散層と重なるフ
ローティングゲート電極の一部は80〜120Å程度の
トンネル絶縁膜、例えば、SiO2 膜が配設されてい
る。
【0011】本発明における不純物拡散層のうち、第2
の不純物拡散層及び第4の不純物拡散層は各ゲート電極
形成前に、例えば、P、As等を40〜80keV、1
×1014〜1×1015ions/cm2 程度の濃度でイ
オン注入して形成される。また、第1、第3、第5の不
純物拡散層は各ゲート電極を形成後、各ゲート電極をマ
スクとして、例えば、P等を40〜80keV、1×1
14〜1×1015ions/cm2 程度の濃度でイオン
注入して形成される。
【0012】
【作用】上記の構成によれば、フローティングゲート型
トランジスタを構成するフローティングゲート電極の電
位を制御しうるコントロールゲート電極が、半導体基板
上に形成された不純物拡散層によって形成されているの
で、ゲート電極の構造が一層のポリシリコンで構成され
ることとなり、フローティングゲート型トランジスタを
有する不揮発性メモリが簡単な製造プロセスで得られ
る。
【0013】
【実施例】本発明に係る不揮発性メモリの実施例を説明
する。なお、発明の便宜上、本実施例はnチャネルトラ
ンジスタについて説明するが、pチャネルトランジスタ
でも本質的に同様であり、本発明もまた当然それらに及
ぶものである。本実施例における不揮発性メモリの構造
を図面に基づいて説明する。
【0014】図1に示したように、不揮発性メモリはE
EPROM14部とDRAM15部とにより形成されて
おり、EEPROM14部はフローティングゲート型ト
ランジスタ18と補助トランジスタ19、DRAM15
部は選択トランジスタ16とキャパシタ17とから構成
されている。図2〜図4において、1はP型シリコン基
板を示しており、シリコン基板1表面層にはフィールド
酸化膜22が形成されることによって活性領域6、7が
形成されている。活性領域6、7には複数個のN+ 拡散
層9、10、11、12、13が形成されており、シリ
コン基板1上であって、N+ 拡散層9とN+ 拡散層10
との間にはゲート絶縁膜であるSiO2 膜21dを介し
て補助トランジスタ19の補助ゲート電極(AG)2
が、N+ 拡散層10からN+ 拡散層11上の一部にわた
って、ゲート絶縁膜であるSiO2 膜21c及びトンネ
ル絶縁膜であるSiO2 膜20を介してFLOTOX型
フローティングゲート電極(FG)3が、N+ 拡散層1
1上にはキャパシタ絶縁膜であるSiO2 膜21bを介
してキャパシタゲート電極(CG)4が、N+ 拡散層1
1から延設されたN+ 拡散層11aとN+ 拡散層12と
の間にはゲート絶縁膜であるSiO2 膜21aを介して
選択ゲート電極(SG)5が配設されている。また、フ
ローティングゲート型トランジスタ18のコントロール
ゲート電極(MG)はN+ 拡散層13によって形成され
ている。
【0015】以下、上記の不揮発性メモリの製造方法に
ついて説明する。まず、P型のシリコン基板1上に素子
分離領域を形成することによって、活性領域6、7を確
保し、活性領域6、7全面にトンネル絶縁膜20として
100Å程度、ゲート酸化膜21a、21b、21c、
21dとして250Å程度の厚さのSiO2 膜を形成し
た。次いで、シリコン基板1上で、かつ後工程でキャパ
シタゲート電極(CG)4が形成される領域及びコント
ロールゲート電極13となる領域にP、As等のN型の
不純物を40keV、1×1014ions・cm-2程度
の濃度でイオン注入し、N+ 拡散層11、13を形成す
る。
【0016】そして、シリコン基板1上にポリシリコン
を3000Å積層し、公知のエッチング法によりパター
ニングして補助ゲート電極(AG)2、フローティング
ゲート電極(FG)3、キャパシタゲート電極(CG)
4、選択ゲート電極(SG)5を同時に形成する。そし
て、これら補助ゲート電極(AG)2、フローティング
ゲート電極(FG)3、キャパシタゲート電極(CG)
4、選択ゲート電極(SG)5をマスクとして、例えば
Pを40keV、1×1014ions・cm-2程度の濃
度でイオン注入し、N+ 拡散層9、10、11a、12
を形成する。
【0017】その後、通常の配線を行うことにより不揮
発性メモリを形成する。なお、コントロールゲート電極
13にも電圧を印加するための配線を形成しておく。こ
のように構成された不揮発性メモリにおいて、揮発性メ
モリの記憶データをデータの保持の必要性に応じて、不
揮発性メモリに転送する方法は以下のとおりである。
【0018】まず、この不揮発性メモリを揮発性メモ
リ、すなわちDRAM15として動作させるときは、補
助ゲート電極(AG)2、コントロールゲート電極(M
G)13、キャパシタゲート電極(CG)4及びソース
となるN+ 拡散層9を接地することにより、例えば、ド
レインをVCC=0Vに固定し、選択ゲート電極(SG)
5に、例えば、8Vの電圧を印加してDRAM部に
「0」を書き込む。あるいは、補助ゲート電極(AG)
2、コントロールゲート電極(MG)13、キャパシタ
ゲート電極(CG)4及びソースとなるN+ 拡散層9を
接地し、例えば、ドレインをVCC=5Vに固定し、選択
ゲート電極(SG)5に、例えば、8Vの電圧を印加す
ることにより、DRAM15部に「1」を書き込む。
【0019】そして、DRAM15部のデータを不揮発
性メモリ、すなわちEEPROM14部のフローティン
グゲート電極(FG)3に転送するときは、補助ゲート
電極(AG)2、コントロールゲート電極(MG)1
3、選択ゲート電極(SG)5、ソースとなるN+ 拡散
層9及びドレインとなるN+ 拡散層12を接地し、キャ
パシタゲート電極(CG)4に、例えば、9.5Vの電
圧を印加することにより、DRAM15部のデータがE
EPROM14部のフローティングゲート電極(FG)
3に蓄積されることとなる。
【0020】また、本実施例においては、選択ゲート電
極(SG)5及びキャパシタゲート電極(CG)にそれ
ぞれ8V及び9.5Vの電圧を印加した場合について説
明しているが、上記実施例における各素子を動作させる
ことができる電圧であれば、これに限定されるものでは
ない。
【0021】
【発明の効果】本発明に係る不揮発性メモリによれば、
フローティングゲート型トランジスタを構成するフロー
ティングゲート電極の電位を制御しうるコントロールゲ
ート電極が、半導体基板上に形成された不純物拡散層に
よって形成されているので、ゲート電極の構造が一層の
ポリシリコンで構成されることとなり、フローティング
ゲート型トランジスタを有する不揮発性メモリを簡単な
製造プロセスで得ることができる。
【0022】従って、同一基板上に論理回路等の他のデ
バイスとともに形成する場合にも、製造工程が簡略化し
た不揮発性メモリを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る不揮発性メモリを示す等価回路で
ある。
【図2】不揮発性メモリを示す平面図である。
【図3】図2におけるX−X線断面図である。
【図4】図2におけるY−Y線断面図である。
【図5】従来の不揮発性メモリを示す等価回路である。
【図6】従来の不揮発性メモリを示す概略断面図であ
る。
【符号の説明】
1 シリコン基板(半導体基板) 2 補助ゲート電極 3 フローティングゲート電極 4 キャパシタ電極 5 選択ゲート電極 6 コントロール・ゲート電極 9 第5の不純物拡散層 10 第3の不純物拡散層 11 第2の不純物拡散層 12 第1の不純物拡散層 13 第4の不純物拡散層 14 EEPROM 15 DRAM 16 選択トランジスタ 17 キャパシタ 18 フローティングゲート型トランジスタ 19 補助トランジスタ 20 SiO2 膜(トンネル絶縁膜) 21a、21b、21c、21d SiO2 膜(ゲート
酸化膜)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に複数の不純物拡散層を有
    する同一活性領域に形成された選択トランジスタとキャ
    パシタとからなるDRAMと、前記キャパシタに隣接す
    るフローティングゲート型トランジスタと補助トランジ
    スタとからなるEEPROMとを具備しており、前記選
    択トランジスタは第1の不純物拡散層と第2の不純物拡
    散層との間にゲート酸化膜を介して配設された選択ゲー
    ト電極を有し、前記キャパシタは前記第2の不純物拡散
    層を一方の電極として、該電極上にキャパシタ絶縁膜を
    介して配設されたキャパシタゲート電極を有し、前記フ
    ローティングゲート型トランジスタは前記第2の不純物
    拡散層上から第3の不純物拡散層にかけて、ゲート酸化
    膜とトンネル絶縁膜とを介して配設されたフローティン
    グゲート電極と、該フローティングゲート電極の下方で
    あって前記活性領域と独立した活性領域に形成された第
    4の不純物拡散層をコントロールゲート電極として有
    し、さらに、補助トランジスタは前記第3の不純物拡散
    層と第5の不純物拡散層との間にゲート酸化膜を介して
    配設された補助ゲート電極を有していることを特徴とす
    る不揮発性メモリ。
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