JP3238461B2 - Epromセルアレイ - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
リードオンリーメモリ(EPROM)装置に関するもの
であって、更に詳細には、書込みのためにソース側注入
に依存するセルを使用する独特な無コンタクト5Vのみ
のEPROMアレイに関するものである。
モリ(EPROM)装置は、二進データを格納するため
に使用される非揮発性メモリ集積回路である。データを
失うことなしにEPROMからパワーを取除くことが可
能である。即ち、再度パワーを印加すると、元々格納し
ていた二進データが維持される。
データを格納するためにEPROMを再度書込むことが
可能である。再書込みは、最初に、EPROMを紫外線
(UV)光源へ露光させることにより古い二進データを
消去することにより達成される。パッケージ化したEP
ROMチップ上のUV透過性の蓋が、この消去を行なう
ことを可能とする。消去に続いて、EPROMのデータ
出力を入力へスイッチさせるために、チップセレクトラ
インを脱活性化することにより新たな二進データがEP
ROM内に書込まれる。次いで、EPROMアドレス入
力が開始値にセットされ、所望のデータがデータ入力へ
接続され、且つ該データはアドレス入力により識別され
たデータ格納レジスタ内に書込まれる。次いで、アドレ
ス入力がインクリメントされ、且つそのサイクルは、E
PROMアレイ内の各データ格納レジスタに対し繰返し
行なわれる。
入力により識別されたデータ格納レジスタ内に格納され
た二進データがチップのデータ出力バッファへ供給され
る。EPROMのチップセレクト信号が活性化される
と、選択された格納レジスタからの二進データがデータ
バスへ供給される。
リーメモリ(EEPROM)は、EPROMにおける変
形例であり、二進データは電気的に読取られ、書込まれ
且つ消去される。単一動作が選択されたデータ格納レジ
スタを消去する。いわゆる「フラッシュ」EPROMの
場合には、メモリアレイ内の全てのデータ格納レジスタ
が単一動作で電気的に消去される。
領域により分離されP型シリコン基板内に形成された埋
め込み型N+ソース及びドレイン領域を有している。ポ
リシリコンフローティングゲート(ポリ1)がチャンネ
ル領域の上側に位置し通常二酸化シリコンである絶縁層
上に形成される。ポリシリコン制御ゲート(ポリ2)が
ポリ1フローティングゲート上に形成され且つそれから
典型的には酸化物−窒化物−酸化物(ONO)複合構成
を有する絶縁物質により離隔される。
「1」を格納しているか又は「0」を格納しているかの
状態は、ポリ1フローティングゲート上の電荷により決
定される。電子がフローティングゲート上に配置される
と、ポリ2制御ゲートへ電圧を印加することによりセル
をターンオンさせるのに必要とされるスレッシュホール
ド電圧は、フローティングゲート上に電子が配置されて
いない場合よりも一層大きなものである。
国特許第4,794,565号(Wu et al.)
は、ソース側注入EPROMセルの概念を開示してい
る。このWu et al.のセルは、プログラミング
即ち書込み期間中に、ソースからフローティングゲート
へのホットエレクトロン注入の効率を改善する技術を開
示している。このWu et al.のセルは、基板チ
ャンネルを画定するためにP型シリコン基板内に形成さ
れた従来のN+ソース及びドレイン領域を有している。
ポリ2制御ゲートはチャンネル領域の上方に位置してお
り、且つ制御ゲート及びソース及びドレイン領域から絶
縁されているポリ1フローティングゲートは制御ゲート
の下側に位置されている。弱いゲート制御領域、即ちア
クセストランジスタがソース領域近傍に設けられてお
り、従ってセルが書込みのためにバイアスされる場合
に、ソースからフローティングゲートへのホットエレク
トロン注入を促進させるために、弱い制御ゲートとフロ
ーティングゲートとの間の領域内に比較的高いチャンネ
ル電界が形成される。
OMセル用に通常必要とされる外部高電圧源の必要性を
取除いており、該高電圧は内部5V供給源から発生され
るので、高速5VのみのUV消去可能且つフラッシュE
PROMは注目されるようになっており、特にプログラ
マブルロジックデバイス即ち書込み可能論理装置におい
て使用する場合にそうである。しかしながら、5VのE
PROM製品は、現在のところ、文献において記載され
ているものは僅かであるに過ぎない。
ンタクトアレイ256KビットフラッシュEEPROM
技術(A 5 Volt Contactless A
rray 256K Bit Flash EEPRO
M Technology)」は、単一電源5Vフラッ
シュEEPROM用のコンタクトレス即ち無コンタクト
EPROMセルについて記載している。該セルは、埋め
込み型N+ソース及びドレイン領域を使用している。そ
のセルのフローティングゲートとソース近傍の基板との
間の酸化物は、ホットエレクトロン注入によりセルの書
込みを行なうために且つファウラ・ノルトハイムトンネ
ル動作を介してセルの消去を行なうために100Åの厚
さである。書込み及び消去のための電流条件が低いの
で、書込み用電圧Vppは5V電源から内部的に発生させ
ることが可能である。トンネルウインド近くのゲート酸
化物は、ソース注入フィールドプレートブレークダウン
電圧を改善するために250Åの厚さである。500Å
の厚さのゲート酸化膜を使用するパスゲートは、フロー
ティングゲート構成体が過剰に消去されて空乏状態とさ
れた場合であってもセルが電流を引出すことを防止す
る。該セルの埋め込み型N+ソース及びドレイン領域
は、連続的な埋め込み型ビットラインを構成している。
しかしながら、Gill et al.は、製造のため
に非常に複雑なプロセスを必要としている。
に側壁選択ゲートを有する新しいフラッシュ・消去EE
PROMセル(A New Flash−Erase
EEPROM Cell With A Sidewa
ll Select−Gate On Its Sou
rce Side)」、IEDM 1986、の文献
は、5Vのみの書込みを特徴とするフラッシュEPRO
Mセルについて記載している。その図1A−1Cに示さ
れているセルは、ソース側に側壁ポリシリコン選択ゲー
トスペーサを有するトリプルポリシリコンスタックト
(積層型)ゲートMOSトランジスタを有している。
ーサ対スタックインターフェースにおけるNaruke
et al.セルの電界が高く且つゲート電流が高い
ために、ドレイン側で5Vを超えた電圧を使用すること
を回避することが可能である。
ke et al.セルの典型的な動作電圧を示してい
る。該セルはターンオンすることがないので、即ちアク
セススペーサトランジスタが同一のビットライン上の他
のセルが書込み期間中にリーク性となることを防止して
いるので、メモリセルにおいてパンチスルー注入に対す
る必要性はない。このことは、移動度値を増加させ、従
って読取り電流を増加させる。別の観点から、読取りモ
ードにおいてポリスペーサ上に5Vを印加すると、該ス
ペーサ下側のシリコンが反転し、実効チャンネル長Le
ffがポリ1フローティングゲートの長さと等しくな
る。このことは、読取り電流を高くし、従って読取りア
クセス時間を小さくする。
e et al.セルの典型的な動作電圧を示してい
る。ドレイン端部における薄いゲート酸化膜(100
Å)を横断してのファウラ・ノルトハイムトンネル動作
を介して消去が行なわれる。図1Cに示した如く、該セ
ルのドレインはゲートにより誘起されるブレークダウン
電圧を増加させるために傾斜型構造を有している。
セストランジスタスペーサを製造するために必要とされ
るトリプルポリプロセスのために製造が複雑である。更
に、それは、二つのセル毎に一つのコンタクトを使用す
るT形状セル構成に依存しており、従って高価なダイ面
積を消費している。更に、該スペーサはワードラインの
全長に沿って延在しており、スペーサ抵抗及び連続性に
関し潜在的な製造上の問題を発生する。
割ゲートトランジスタ構成体における向上させたホット
エレクトロン注入の研究(Study of the
enhanced hot−electron inj
ection in split−gate tran
sistor structures)」、という題名
の1990年9月にノッチンガムにおけるESSDER
C90、セション3C5において発表された文献では、
5VのみのEPROM又はフラッシュEPROMアレイ
において使用可能な二重ポリ分割ゲートセル構成体を開
示している。しかしながら、このVan Houdt
et al.セルは無コンタクトのEPROMアレイに
おいて使用可能であるものとして開示されているもので
はない。
消去可能又はフラッシュEPROM無コンタクトアレイ
において使用可能であり且つプログラミング即ち書込み
のためにソース側注入を使用する無コンタクトの5Vの
みのEPROMメモリセル構成体を提供することを目的
とする。
構成体は、P型基板にチャンネル領域を画定する互いに
離隔したN型ソース領域及びドレイン領域を有してい
る。そのチャンネル領域の上に第一絶縁物質層が設けら
れている。ポリシリコン(ポリ1)フローティングゲー
トが、第一二酸化シリコン層上に形成されており、且つ
ドレイン領域からソース領域とドレイン領域との中間の
チャンネル領域における点へ延在するチャンネル領域の
第一部分の上側に存在しており、その際に該中間点から
ソース領域へ延在しその上にフローティングゲートが延
在することのないチャンネル領域の第二部分を画定して
いる。該フローティングゲートは、更に、EPROMセ
ルが形成される活性装置区域を画定するフィールド酸化
物上を延在するカップリング(結合)部分を有してい
る。該フローティングゲートの結合部分を包含し、該フ
ローティングゲート上に第二絶縁層が形成されている。
ポリシリコン(ポリ2)制御ゲートが該フローティング
ゲートの上側に存在しているが、第二絶縁層によりそれ
から分離されている。制御ゲートが、チャンネル領域の
第二部分の上側に存在しているが第一絶縁物質層により
それから分離されているアクセス部分を有している。ポ
リシリコンカップリング(結合)ラインが、フローティ
ングゲートの結合部分の上側に位置しているが第二絶縁
層によりそれから分離されている。上述したセル構成体
は、「コンタクトレス(無コンタクト)」アレイ、即ち
共用型ソースライン(32、48又は643個のセル毎
にコンタクトされている)に依存するアレイにおいて使
用され、その結果非常に小型のセル寸法とし且つ簡単な
デコード動作としている。
EPROMアレイにおいて使用可能な本発明に基づく
「コンタクトレス(即ち、無コンタクト)」の5Vのみ
のEPROMメモリセル10を概略断面図で示してあ
る。この無コンタクトEPROMセル10はチャンネル
の1領域における電界を増加させるために前述した従来
技術の説明部分において説明したものと同一のアクセス
トランジスタ概念を使用しており、且つプログラミング
即ち書込みのためにソース側注入を利用している。しか
しながら、上述したNaruke et al.のEP
ROMセルと異なり、本コンタクトレスEPROMセル
10のアクセストランジスタはポリシリコンスペーサを
使用するものではない。その代わりに、以下に詳細に説
明する如く、このアクセストランジスタは、チャンネル
領域を直接的に制御するワードラインの一部である。更
に、上述したVan HJoudt et al.のセ
ルと異なり、このEPROMセル10は「コンタクトレ
ス」即ち無コンタクトであって、例えば、32個、48
個又は64個のセル毎にビットラインにコンタクト即ち
接触するに過ぎない。
ル10は、互いに離隔したN型ソース領域12及びドレ
イン領域14を有しており、それらは、P型半導体基板
18内にチャンネル領域16を画定している。二酸化シ
リコンからなる第一層20がチャンネル領域16の上側
に存在している。ポリシリコン(ポリ1)フローティン
グゲート22が第一二酸化シリコン層20上に形成され
ており、且つドレイン領域14からソース領域12とド
レイン領域14との中間点であるチャンネル領域16に
おける点Aへ延在するチャンネル領域16の第一部分2
4の上側に存在している。従って、ポリ1フローティン
グゲート22は、中間点Aからソース領域12へ延在し
且つその上にはフローティングゲート22が延在するこ
とのないチャンネル領域16の第二部分26を画定して
いる。
グゲート22は、更に、EPROMセルが形成される活
性装置区域を画定するフィールド酸化物28の上側を延
在する結合部分22aを有している。例えば二酸化シリ
コンである絶縁物質からなる第二層30はフローティン
グゲート22の上側に形成されている。この二酸化シリ
コンからなる第二層30は、フローティングゲート22
の結合部分22aの上側に延在している。
リシリコン(ポリ2)制御ゲート32が、ポリ1フロー
ティングゲート22の上側に存在しているが、第二二酸
化シリコン層30によりフローティングゲート22から
離隔されている。ポリ2制御ゲート32は、アクセス部
分32aを有しており、そのアクセス部分32aは、チ
ャンネル領域16の第二部分26の上側に位置している
が、第一二酸化シリコン層20によりチャンネル領域1
6の第二部分26から離隔されている。ポリシリコン
(ポリ2)カップリング(結合)ライン34がフローテ
ィングゲート22のカップリング(結合)部分22aの
上側に位置しているが、第二二酸化シリコン層30によ
りそれから離隔されている。
込みを行なうためには、ワードライン32を低電圧、即
ち1.5Vに保持し、且つソース12をVssに維持し、
且つドレイン14を5Vに保持する。フローティングゲ
ート22を高状態(即ち、8−9V)とさせるために、
フローティングゲート22が、フィールド酸化物28上
のフローティングゲート22のポリ1結合部分22aを
横断するポリ2結合ライン34(10−13Vにある)
により他方の方向に結合される。
去可能EPROMアレイにおいて使用される如きセル1
0に対する典型的な動作電圧を示している。セル10の
消去は、EPROMアレイにおいて使用される場合に
は、UV露光により達成されるか、又は、図5に示した
如く、フラッシュEPROMアレイにおける如く、消去
を電気的に実施する場合には、負電圧を結合ライン34
へ与え(例えば、−5V)、正電圧(5−8V)をドレ
イン14へ与え且つソース12を開放状態に維持し且つ
ワードライン32をVssとさせることにより実施され
る。
EPROMアレイにおいて使用される場合には、書込み
及び読取り動作の両方に対する典型的な動作電圧は、U
V消去可能適用に対し上述したものと同一である。
特徴のうちの一つであるアレイにおけるセルレイアウト
が示されている。例えば本発明の従来技術の説明の部分
において説明した如き典型的なT形状セルは、使用する
のが困難である。なぜならば、その形態においては、該
セルの主要な区域のうちの一つが各セルに隣接するドレ
インコンタクトにより占有されるからである。図6は、
コンタクトレスアレイにおける新規なセル10を示して
いる。1ミクロンのドレイン幾何学的形状の場合、セル
10のT形状レイアウトは66平方ミクロンのセルとな
る。図6に示したレイアウトではコンタクトレスレイア
ウトを使用し、同一の1ミクロン設計基準を使用するこ
とによりセル寸法を20平方ミクロンのセルへ減少させ
ている。図6に示し、且つ上述した如く、図示したアレ
イにおけるEPROMセルは、従来のEPROMアレイ
における如く、一つのコンタクトが二つのセルにより共
用されるものではなく、そのソースラインは32個、4
8個又は64個などのセル毎にコンタクトされている。
つの隣接するセルは同一のN+ソースラインを共用して
おり、且つフィールド酸化物(Fox)により同一のポ
リ2ワードラインに沿って該アレイ内の他のセルから離
隔されている。上述したポリ2結合ラインは、各セル内
のワードラインと平行しており、アレイ間フィールド酸
化物上を延在する下側に存在するポリ1フローティング
ゲートの部分に対し容量結合を与えている。尚、同様の
レイアウトを有するEPROMアレイは、本願出願人に
譲渡されており発明者がA. Bergemontであ
り発明の名称が「新規なコンタクトレスフラッシュEP
ROMセル、スタンダードな行デコーダ(NEW CO
NTACTLESS FLASH EPROM CEL
L ASTANDARD ROW DECODER)」
である本願出願の基礎である米国特許出願と同日に出願
された米国特許出願に記載されている。
アレイの何れかにおいて使用可能なこの新規なセルは、
スペーサなしでソース側注入を使用している。スペーサ
を除去することにより、構造がより簡単となり且つ製造
はより容易となる。ワードラインを使用することは、ソ
ース上のポリシリコンの部分に低電圧を与える。フロー
ティングゲートを特別の結合用ポリ2ラインと結合させ
ることにより高電圧制御ゲートが達成される。本セル
は、共用型ラインソースを使用しており、セル寸法を減
少させている。5Vのみの書込みが必要とされるに過ぎ
ない。従って、このセルは書込み可能な論理装置におい
て使用するのに理想的なものである。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
ジスタを有するフラッシュEPROMセルを示した概略
断面図。
概略断面図。
略断面図。
ルを示した概略断面図。
ラインを示した概略断面図。
用される図2のセルを示した概略断面図。
用された図2のセルを示した概略断面図。
いて使用された図2のセルを示した概略断面図。
図。
Claims (5)
- 【請求項1】 シリコン基板に形成したEPROMセル
アレイにおいて、 (a)前記シリコン基板内に長尺状のN+ソースライン
が形成されており、 (b)前記ソースラインの両側に前記ソースラインから
離隔され且つ並列して形成されておりそれらの間にそれ
ぞれ第一及び第二基板チャンネル領域を画定する長尺状
の第一及び第二N+ドレインラインが設けられており、 (c)前記第一及び第二ドレインラインの両側にそれぞ
れ並列して長尺状の第一及び第二フィールド酸化物スト
リップが形成されており、前記ソースライン/ドレイン
ライン構成体はこの様な構成体をアレイ内の隣接する同
様の他のソース/ドレイン構成体から離隔するために前
記第一及び第二フィールド酸化物ストリップにより分離
されており、 (d)前記チャンネル領域上に第一絶縁物質層が設けら
れており、 (e)前記第一ドレインラインと前記ソースライン及び
前記第二ドレインラインと前記ソースラインとの間にお
いてそれぞれ複数個の島状の第一及び第二フィールド酸
化物領域が形成されており、 (f)前記第一絶縁物質層上に形成されており且つそれ
ぞれ対応するドレイン領域の端部から前記チャンネル領
域の中間点へ延在する対応する第一及び第二チャンネル
領域の第一部分の上側に位置して第一及び第二フローテ
ィングゲートが設けられており、前記各フローティング
ゲートは、前記中間点から前記ソースラインの端部へ延
在して前記チャンネル領域において画定されている第二
部分の上には延在しておらず且つ対応する島状のフィー
ルド酸化物領域上を延在する結合部分を具備しており、 (g)前記結合部分を具備する前記第一及び第二フロー
ティングゲート上に第二絶縁物質層が設けられており、 (h)前記第一及び第二フローティングゲートの上側に
位置しておりそれらから前記第二絶縁物質層により離隔
されており且つそれぞれ前記第一及び第二チャンネル領
域の第二部分の上側に位置しておりそれらから前記第一
絶縁物質層により離隔されている第一及び第二アクセス
部分を有する導電性制御ゲートラインが設けられてお
り、 (i)前記第一及び第二フローティングゲートの結合部
分の上側に位置しておりそれらから前記第二絶縁物質層
により離隔されている導電性結合ラインが設けられてい
る、 ことを特徴とするEPROMセルアレイ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記第一絶縁物質層
が二酸化シリコンであることを特徴とするEPROMセ
ルアレイ。 - 【請求項3】 請求項2において、前記第一及び第二フ
ローティングゲートが多結晶シリコンを有することを特
徴とするEPROMセルアレイ。 - 【請求項4】 請求項3において、前記第二絶縁物質層
が酸化物−窒化物−酸化物(ONO)からなる複合層を
有することを特徴とするEPROMセルアレイ。 - 【請求項5】 請求項4において、前記制御ゲートライ
ン及び前記結合ラインの両方が多結晶シリコンを有する
ことを特徴とするEPROMセルアレイ。
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