JP3358663B2 - 半導体記憶装置およびその記憶情報読出方法 - Google Patents
半導体記憶装置およびその記憶情報読出方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/30—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C16/00—Erasable programmable read-only memories
- G11C16/02—Erasable programmable read-only memories electrically programmable
- G11C16/04—Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
- G11C16/0466—Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells with charge storage in an insulating layer, e.g. metal-nitride-oxide-silicon [MNOS], silicon-oxide-nitride-oxide-silicon [SONOS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/788—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
- H01L29/7881—Programmable transistors with only two possible levels of programmation
- H01L29/7884—Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by hot carrier injection
- H01L29/7885—Hot carrier injection from the channel
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、EPROMやEEPR
OMなどで好適に実施され、チャネル領域の上部に形成
した絶縁膜中にエレクトロンまたはホールを捕獲するこ
とができるトランジスタをメモリセルに用いた半導体記
憶装置およびその記憶情報読出方法に関するものであ
る。
OMなどで好適に実施され、チャネル領域の上部に形成
した絶縁膜中にエレクトロンまたはホールを捕獲するこ
とができるトランジスタをメモリセルに用いた半導体記
憶装置およびその記憶情報読出方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】典型的な先行技術は、「A True Single-
Transistor Oxide-Nitride-Oxide EEPROM Device(IEEE
ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.EDL-8,NO.3,MARCH 1987,
PP93-95)」に示されており、その構成は本願の図9に示
されている。すなわち、この先行技術の半導体記憶装置
において用いられるメモリセルトランジスタでは、p型
半導体基板1にn+ 型高濃度不純物領域を形成してソー
ス領域2およびドレイン領域3が設けられ、その間の半
導体基板1の表面にエレクトロンまたはホールを捕獲す
ることができる絶縁膜4が形成され、この絶縁膜4上に
ゲート5が形成されている。絶縁膜4は、トンネル酸化
膜4Aおよびトップ酸化膜4Bによって、窒化膜4Cを
挟持したサンドイッチ構造の、いわゆるONO膜で構成
されている。
Transistor Oxide-Nitride-Oxide EEPROM Device(IEEE
ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.EDL-8,NO.3,MARCH 1987,
PP93-95)」に示されており、その構成は本願の図9に示
されている。すなわち、この先行技術の半導体記憶装置
において用いられるメモリセルトランジスタでは、p型
半導体基板1にn+ 型高濃度不純物領域を形成してソー
ス領域2およびドレイン領域3が設けられ、その間の半
導体基板1の表面にエレクトロンまたはホールを捕獲す
ることができる絶縁膜4が形成され、この絶縁膜4上に
ゲート5が形成されている。絶縁膜4は、トンネル酸化
膜4Aおよびトップ酸化膜4Bによって、窒化膜4Cを
挟持したサンドイッチ構造の、いわゆるONO膜で構成
されている。
【0003】図9(a) に示すように、ゲート5およびド
レイン領域3に正の高電圧(たとえばゲート5には10
V、ドレイン領域3には9V)を印加するとともにソー
ス領域2を接地して、ソース・ドレイン間に電流を流す
と、ドレイン領域3の端部3Aでホットエレクトロンが
発生する。このホットエレクトロンは、絶縁膜4におい
てドレイン領域3の近傍の領域に局所的に注入され、窒
化膜4C中に捕獲される。
レイン領域3に正の高電圧(たとえばゲート5には10
V、ドレイン領域3には9V)を印加するとともにソー
ス領域2を接地して、ソース・ドレイン間に電流を流す
と、ドレイン領域3の端部3Aでホットエレクトロンが
発生する。このホットエレクトロンは、絶縁膜4におい
てドレイン領域3の近傍の領域に局所的に注入され、窒
化膜4C中に捕獲される。
【0004】ドレイン領域3を構成する拡散層の不純物
濃度のプロファイルは、その境界において急峻に変化す
るようになっている。これによりチャネル領域8とドレ
イン領域3との境界で強い電場が形成されるので、ホッ
トエレクトロンが容易に発生する。読み出しが行われる
ときには、図9(b) に示すように、ソース領域2が接地
されるとともに、ドレイン領域3に所定の正の電圧(た
とえば1V)が印加される。この状態で、ゲート5に所
定のセンス電圧(たとえば3V)が印加される。ソース
・ドレイン間を導通させるための閾値電圧Vthは、絶
縁膜4の状態によって異なる。すなわち、絶縁膜4にエ
レクトロンが注入された状態では閾値電圧Vthは高い
値V1をとり、エレクトロンが未注入の状態であれば閾
値電圧Vthは低い値V2(V2<V1)をとる。そこ
で、上記のセンス電圧を高い閾値電圧と低い閾値電圧と
の間の電圧値に選んでおけば、このようなセンス電圧を
ゲート5に印加するとともに、ソース・ドレイン間が導
通するか否かを監視することで、このセルに蓄積された
情報の読出を達成できる。
濃度のプロファイルは、その境界において急峻に変化す
るようになっている。これによりチャネル領域8とドレ
イン領域3との境界で強い電場が形成されるので、ホッ
トエレクトロンが容易に発生する。読み出しが行われる
ときには、図9(b) に示すように、ソース領域2が接地
されるとともに、ドレイン領域3に所定の正の電圧(た
とえば1V)が印加される。この状態で、ゲート5に所
定のセンス電圧(たとえば3V)が印加される。ソース
・ドレイン間を導通させるための閾値電圧Vthは、絶
縁膜4の状態によって異なる。すなわち、絶縁膜4にエ
レクトロンが注入された状態では閾値電圧Vthは高い
値V1をとり、エレクトロンが未注入の状態であれば閾
値電圧Vthは低い値V2(V2<V1)をとる。そこ
で、上記のセンス電圧を高い閾値電圧と低い閾値電圧と
の間の電圧値に選んでおけば、このようなセンス電圧を
ゲート5に印加するとともに、ソース・ドレイン間が導
通するか否かを監視することで、このセルに蓄積された
情報の読出を達成できる。
【0005】記憶情報の消去は、紫外線を照射して絶縁
膜4内のエレクトロンを散逸させることによって行える
ほか、ゲート・ドレイン間に比較的高い電圧を印加し
て、ドレイン領域3の端部で発生したホットホールを絶
縁膜4中に注入し、この絶縁膜4中のエレクトロンを中
和することによっても達成できる。
膜4内のエレクトロンを散逸させることによって行える
ほか、ゲート・ドレイン間に比較的高い電圧を印加し
て、ドレイン領域3の端部で発生したホットホールを絶
縁膜4中に注入し、この絶縁膜4中のエレクトロンを中
和することによっても達成できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の先行
技術では、絶縁膜4のドレイン領域3の近傍の領域に局
所的にエレクトロンが蓄えられるので、書込状態での閾
値電圧Vth(=V1)を高くすることが困難となり、
閾値電圧Vthの変化量(以下「メモリウインドゥ」と
いう。)ΔVFB(=V1−V2)を大きくとることが困
難である。このことを図9(b) を用いて詳述する。
技術では、絶縁膜4のドレイン領域3の近傍の領域に局
所的にエレクトロンが蓄えられるので、書込状態での閾
値電圧Vth(=V1)を高くすることが困難となり、
閾値電圧Vthの変化量(以下「メモリウインドゥ」と
いう。)ΔVFB(=V1−V2)を大きくとることが困
難である。このことを図9(b) を用いて詳述する。
【0007】すなわち、上述の先行技術では、読出時に
おいて、ドレイン領域3に正の読出電圧を印加するよう
にしている。このドレイン領域3への印加電圧が高いと
きには、ドレイン領域3の境界から空乏層7が広がって
チャネル8が消失し、代わって空間電荷層が現れる。こ
の空間電荷層に注入された電荷は、ほとんど無抵抗で加
速されるため、絶縁膜4に捕獲されている電荷の影響を
あまり受けることなく、ソース・ドレイン間を移動する
ことになる。したがって、絶縁膜4にエレクトロンを捕
獲させても、閾値電圧Vthをあまり高くすることがで
きない。
おいて、ドレイン領域3に正の読出電圧を印加するよう
にしている。このドレイン領域3への印加電圧が高いと
きには、ドレイン領域3の境界から空乏層7が広がって
チャネル8が消失し、代わって空間電荷層が現れる。こ
の空間電荷層に注入された電荷は、ほとんど無抵抗で加
速されるため、絶縁膜4に捕獲されている電荷の影響を
あまり受けることなく、ソース・ドレイン間を移動する
ことになる。したがって、絶縁膜4にエレクトロンを捕
獲させても、閾値電圧Vthをあまり高くすることがで
きない。
【0008】このため、絶縁層4にエレクトロンが注入
されて閾値電圧Vthが高い値V1となっている状態
で、正のセンス電圧をゲート5に印加すると、上記の空
間電荷層を介して流れる電流のためにソース・ドレイン
間が導通するおそれがある。すなわち、メモリウインド
ゥΔVFBが小さいために、読出時にゲート5に印加すべ
きセンス電圧のわずかなずれが、誤読出を生じさせるこ
とになる。このようにメモリウインドゥΔVFBを大きく
とることが困難であることに起因して、動作が不安定に
なるという問題があった。
されて閾値電圧Vthが高い値V1となっている状態
で、正のセンス電圧をゲート5に印加すると、上記の空
間電荷層を介して流れる電流のためにソース・ドレイン
間が導通するおそれがある。すなわち、メモリウインド
ゥΔVFBが小さいために、読出時にゲート5に印加すべ
きセンス電圧のわずかなずれが、誤読出を生じさせるこ
とになる。このようにメモリウインドゥΔVFBを大きく
とることが困難であることに起因して、動作が不安定に
なるという問題があった。
【0009】一方、メモリウインドゥΔVFBを大きくと
るために多量のホットエレクトロンを絶縁膜4中に注入
しようとすると、書込時において、ドレイン領域3に比
較的高い電圧を印加する必要があり、このことが書込可
能回数を低下させる結果を招くことになる。他方、上述
のように、ホットエレクトロンの発生効率を高めるため
に、ドレイン領域3の不純物濃度は、チャネル領域との
境界で急峻に変化するようにされている。しかし、この
ようにホットエレクトロンが極めて発生し易い構造であ
るために、読出時にドレイン領域3に印加される低い電
圧によっても微量のホットエレクトロンが発生する。こ
のため、セルからの読出を行う度ごとに、ドレイン領域
3の端部3Aで生じた微量のホットエレクトロンが絶縁
膜4に注入されていくことになる。このため、トランジ
スタの閾値電圧Vthが少しずつ変化していく。このよ
うな現象は、一般に、ソフトライトと呼ばれている。
るために多量のホットエレクトロンを絶縁膜4中に注入
しようとすると、書込時において、ドレイン領域3に比
較的高い電圧を印加する必要があり、このことが書込可
能回数を低下させる結果を招くことになる。他方、上述
のように、ホットエレクトロンの発生効率を高めるため
に、ドレイン領域3の不純物濃度は、チャネル領域との
境界で急峻に変化するようにされている。しかし、この
ようにホットエレクトロンが極めて発生し易い構造であ
るために、読出時にドレイン領域3に印加される低い電
圧によっても微量のホットエレクトロンが発生する。こ
のため、セルからの読出を行う度ごとに、ドレイン領域
3の端部3Aで生じた微量のホットエレクトロンが絶縁
膜4に注入されていくことになる。このため、トランジ
スタの閾値電圧Vthが少しずつ変化していく。このよ
うな現象は、一般に、ソフトライトと呼ばれている。
【0010】ソフトライトは、読出時にドレイン領域3
に印加する読出電圧が高いほど生じやすいから、一定の
ソフトライト耐性を実現しようとすると、読出電圧が低
く制限されることになる。したがって、セルの読出電流
には限界があり、このため、読出速度の高速化が妨げら
れていた。そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題
を解決し、安定に動作させることができるとともに、ソ
フトライトを有効に防ぐことができる半導体記憶装置を
提供することである。
に印加する読出電圧が高いほど生じやすいから、一定の
ソフトライト耐性を実現しようとすると、読出電圧が低
く制限されることになる。したがって、セルの読出電流
には限界があり、このため、読出速度の高速化が妨げら
れていた。そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題
を解決し、安定に動作させることができるとともに、ソ
フトライトを有効に防ぐことができる半導体記憶装置を
提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の半導体記憶装置は、半導体基板にチャネル
領域を挟んで形成したソース領域およびドレイン領域
と、上記チャネル領域の表面に形成された絶縁膜と、こ
の絶縁膜上に設けられたゲートとをそれぞれ有する複数
のトランジスタをメモリセルに用いた半導体記憶装置で
あって、 一定方向に整列したトランジスタがゲートを共
有することによりワード線が形成され、上記ワード線に
交差する方向に整列したトランジスタの各ドレイン領域
は共通のビット線に接続され、複数本のワード線および
複数本のビット線に跨った所定領域内にマトリクス状に
整列した複数のトランジスタの各ソース領域は共通のラ
インに接続されており、トランジスタに対する情報の書
込時に、当該トランジスタに接続されたワード線、ビッ
ト線および上記共通のラインにそれぞれ所定の電圧を印
加して、当該トランジスタのドレイン領域とチャネル領
域との境界で生じたホットエレクトロンまたはホットホ
ールを絶縁膜中のドレイン領域の近傍の領域に局所的に
注入させて捕獲させる手段と、 トランジスタに対する情
報の読出時に、当該トランジスタのソース領域とドレイ
ン領域との間に印加される電圧の極性が書込時とは反転
するように、当該トランジスタに接続されたワード線、
ビット線および上記共通のラインにそれぞれ電圧を印加
するとともに、当該トランジスタに接続されたワード線
に所定のセンス電圧を印加する手段と、上記読出時に、
当該トランジスタが導通するか否かを監視する手段とを
含み、各トランジスタのソース領域と半導体基板との境
界部は、不純物濃度の変化が緩慢であるようにして高耐
圧構造とされていることを特徴とするものである。
めの本発明の半導体記憶装置は、半導体基板にチャネル
領域を挟んで形成したソース領域およびドレイン領域
と、上記チャネル領域の表面に形成された絶縁膜と、こ
の絶縁膜上に設けられたゲートとをそれぞれ有する複数
のトランジスタをメモリセルに用いた半導体記憶装置で
あって、 一定方向に整列したトランジスタがゲートを共
有することによりワード線が形成され、上記ワード線に
交差する方向に整列したトランジスタの各ドレイン領域
は共通のビット線に接続され、複数本のワード線および
複数本のビット線に跨った所定領域内にマトリクス状に
整列した複数のトランジスタの各ソース領域は共通のラ
インに接続されており、トランジスタに対する情報の書
込時に、当該トランジスタに接続されたワード線、ビッ
ト線および上記共通のラインにそれぞれ所定の電圧を印
加して、当該トランジスタのドレイン領域とチャネル領
域との境界で生じたホットエレクトロンまたはホットホ
ールを絶縁膜中のドレイン領域の近傍の領域に局所的に
注入させて捕獲させる手段と、 トランジスタに対する情
報の読出時に、当該トランジスタのソース領域とドレイ
ン領域との間に印加される電圧の極性が書込時とは反転
するように、当該トランジスタに接続されたワード線、
ビット線および上記共通のラインにそれぞれ電圧を印加
するとともに、当該トランジスタに接続されたワード線
に所定のセンス電圧を印加する手段と、上記読出時に、
当該トランジスタが導通するか否かを監視する手段とを
含み、各トランジスタのソース領域と半導体基板との境
界部は、不純物濃度の変化が緩慢であるようにして高耐
圧構造とされていることを特徴とするものである。
【0012】なお、各トランジスタのドレイン領域と半
導体基板との境界部は、ホットエレクトロンまたはホッ
トホールが発生し易い構造となっていることが好まし
い。また、本発明の半導体記憶装置の記憶情報読出方法
は、半導体基板にチャネル領域を挟んで形成したソース
領域およびドレイン領域と、上記チャネル領域の表面に
形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられたゲート
とをそれぞれ有する複数のトランジスタをメモリセルに
用いた半導体記憶装置であって、一定方向に整列したト
ランジスタがゲートを共有することによりワード線が形
成され、上記ワード線に交差する方向に整列したトラン
ジスタの各ドレイン領域は共通のビット線に接続され、
複数本のワード線および複数本のビット線に跨った所定
領域内にマトリクス状に整列した複数のトランジスタの
各ソース領域は共通のラインに接続されており、トラン
ジスタに対する情報の書込時に、当該トランジスタに接
続されたワード線、ビット線および上記共通のラインに
それぞれ所定の電圧を印加して、当該トランジスタのド
レイン領域とチャネル領域との境界で生じたホットエレ
クトロンまたはホットホールを絶縁膜中のドレイン領域
の近傍の領域に局所的に注入させて捕獲させる手段とを
含む半導体記憶装置の記憶情報を読み出す方法であっ
て、各トランジスタのソース領域と半導体基板との境界
部は、不純物濃度の変化が緩慢であるようにして高耐圧
構造とされており、トランジスタに対する情報の読出時
には、上記高耐圧構造により当該トランジスタのソース
領域付近におけるホットエレクトロンまたはホットホー
ルの生成を防止しつつ、当該トランジスタに接続された
ラインおよびビット線を介してソース領域とドレイン領
域との間に書込時とは反転された極性の電圧を印加する
とともに、当該トランジスタに接続されたワード線に所
定のセンス電圧を印加し、さらに、当該トランジスタが
導通するか否かを監視することを特徴とする。
導体基板との境界部は、ホットエレクトロンまたはホッ
トホールが発生し易い構造となっていることが好まし
い。また、本発明の半導体記憶装置の記憶情報読出方法
は、半導体基板にチャネル領域を挟んで形成したソース
領域およびドレイン領域と、上記チャネル領域の表面に
形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられたゲート
とをそれぞれ有する複数のトランジスタをメモリセルに
用いた半導体記憶装置であって、一定方向に整列したト
ランジスタがゲートを共有することによりワード線が形
成され、上記ワード線に交差する方向に整列したトラン
ジスタの各ドレイン領域は共通のビット線に接続され、
複数本のワード線および複数本のビット線に跨った所定
領域内にマトリクス状に整列した複数のトランジスタの
各ソース領域は共通のラインに接続されており、トラン
ジスタに対する情報の書込時に、当該トランジスタに接
続されたワード線、ビット線および上記共通のラインに
それぞれ所定の電圧を印加して、当該トランジスタのド
レイン領域とチャネル領域との境界で生じたホットエレ
クトロンまたはホットホールを絶縁膜中のドレイン領域
の近傍の領域に局所的に注入させて捕獲させる手段とを
含む半導体記憶装置の記憶情報を読み出す方法であっ
て、各トランジスタのソース領域と半導体基板との境界
部は、不純物濃度の変化が緩慢であるようにして高耐圧
構造とされており、トランジスタに対する情報の読出時
には、上記高耐圧構造により当該トランジスタのソース
領域付近におけるホットエレクトロンまたはホットホー
ルの生成を防止しつつ、当該トランジスタに接続された
ラインおよびビット線を介してソース領域とドレイン領
域との間に書込時とは反転された極性の電圧を印加する
とともに、当該トランジスタに接続されたワード線に所
定のセンス電圧を印加し、さらに、当該トランジスタが
導通するか否かを監視することを特徴とする。
【0013】
【作用】上記の構成によれば、記憶情報を読み出すとき
には、ソース・ドレイン間に、書込時とは反対の極性の
電圧を印加するようにしたので、ゲートに所定のセンス
電圧を印加したときには、ドレイン領域からソース領域
に向かって延びるチャネルが形成される。このため、絶
縁膜中のドレイン領域近傍の領域に局所的に電荷が捕獲
されている状態では、ドレイン領域の近傍ではチャネル
の形成に遅れが生じることになる。すなわち、従来技術
のように、読出時と書込時とでソース・ドレイン間の印
加電圧の極性が等しい構成では、ソース領域からドレイ
ン領域に向かってチャネルが形成されるから、絶縁膜中
のドレイン領域の近傍に電荷が捕獲されている状態でも
チャネルの形成に遅れが生じることがないのに対して、
本発明の構成では、上記のようにチャネルの形成に遅れ
を生じさせることが可能である。
には、ソース・ドレイン間に、書込時とは反対の極性の
電圧を印加するようにしたので、ゲートに所定のセンス
電圧を印加したときには、ドレイン領域からソース領域
に向かって延びるチャネルが形成される。このため、絶
縁膜中のドレイン領域近傍の領域に局所的に電荷が捕獲
されている状態では、ドレイン領域の近傍ではチャネル
の形成に遅れが生じることになる。すなわち、従来技術
のように、読出時と書込時とでソース・ドレイン間の印
加電圧の極性が等しい構成では、ソース領域からドレイ
ン領域に向かってチャネルが形成されるから、絶縁膜中
のドレイン領域の近傍に電荷が捕獲されている状態でも
チャネルの形成に遅れが生じることがないのに対して、
本発明の構成では、上記のようにチャネルの形成に遅れ
を生じさせることが可能である。
【0014】これにより、絶縁膜中に電荷が捕獲されて
いる書込状態においてソース・ドレイン間を導通させる
ための閾値電圧と、電荷が捕獲されていない消去状態に
おける閾値電圧との差である、メモリウインドゥを大き
くすることができる。したがって、読出時にゲートに印
加されるセンス電圧に多少のずれが生じたとしても、セ
ルに記憶された情報を正確に読み出すことができるよう
になり、動作の安定化が図られることになる。
いる書込状態においてソース・ドレイン間を導通させる
ための閾値電圧と、電荷が捕獲されていない消去状態に
おける閾値電圧との差である、メモリウインドゥを大き
くすることができる。したがって、読出時にゲートに印
加されるセンス電圧に多少のずれが生じたとしても、セ
ルに記憶された情報を正確に読み出すことができるよう
になり、動作の安定化が図られることになる。
【0015】また、書込動作の高速化のためなどに、ド
レイン領域とチャネル領域との境界を、ホットエレクト
ロンまたはホットホールが生じやすい構造とした場合で
あっても、情報の読出時には、ソース・ドレイン間に書
込時とは反対の極性の電圧が印加されるので、ドレイン
領域の境界でホットエレクトロンまたはホットホールが
生成されることを防止できる。
レイン領域とチャネル領域との境界を、ホットエレクト
ロンまたはホットホールが生じやすい構造とした場合で
あっても、情報の読出時には、ソース・ドレイン間に書
込時とは反対の極性の電圧が印加されるので、ドレイン
領域の境界でホットエレクトロンまたはホットホールが
生成されることを防止できる。
【0016】したがって、情報の読出時に絶縁膜中の蓄
積電荷量に変化が生じることはないから、いわゆるソフ
トライトを確実に防止できる。また、ソース領域は、半
導体基板との界面における不純物濃度の変化を緩慢にす
ることによって、ホットエレクトロンやホットホールが
生成し難い高耐圧構造とされているが、このような構造
であっても書込に支障が生じることはなく、このような
高耐圧構造を採用することで、ソース領域に高い電圧を
印加して、高速読出動作を実現できる。
積電荷量に変化が生じることはないから、いわゆるソフ
トライトを確実に防止できる。また、ソース領域は、半
導体基板との界面における不純物濃度の変化を緩慢にす
ることによって、ホットエレクトロンやホットホールが
生成し難い高耐圧構造とされているが、このような構造
であっても書込に支障が生じることはなく、このような
高耐圧構造を採用することで、ソース領域に高い電圧を
印加して、高速読出動作を実現できる。
【0017】なお、メモリセルの記憶情報は、ゲートに
所定のセンス電圧を印加したときに、このセルのトラン
ジスタが導通するか遮断状態に保たれるかを監視するこ
とによって検知できる。すなわち、ホットエレクトロン
などが絶縁膜中に注入されて蓄えられている状態と、絶
縁膜中に電荷が蓄えられていない状態とでは、トランジ
スタが導通する閾値電圧が異なるから、この二種類の閾
値電圧の間の値のセンス電圧をゲートに印加し、このと
きのトランジスタの導通/非導通を調べることによっ
て、記憶情報が読み出せることになる。
所定のセンス電圧を印加したときに、このセルのトラン
ジスタが導通するか遮断状態に保たれるかを監視するこ
とによって検知できる。すなわち、ホットエレクトロン
などが絶縁膜中に注入されて蓄えられている状態と、絶
縁膜中に電荷が蓄えられていない状態とでは、トランジ
スタが導通する閾値電圧が異なるから、この二種類の閾
値電圧の間の値のセンス電圧をゲートに印加し、このと
きのトランジスタの導通/非導通を調べることによっ
て、記憶情報が読み出せることになる。
【0018】
【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図2は、本発明の一実施例の半
導体記憶装置のメモリセルを構成するトランジスタの構
成を示す断面図である。p型半導体基板11には、チャ
ネル領域12を挟んでn+ 型のソース領域13およびド
レイン領域14が形成されている。ドレイン領域14と
半導体基板11との境界には、この境界部分で強い電場
を形成させてホットエレクトロンの発生効率を高めるた
めのp型拡散層15が形成されている。また、ソース領
域13と半導体基板11との境界部における不純物濃度
は緩やかに変化するようにされており、この境界部は、
いわば高耐圧構造となっている。
照して詳細に説明する。図2は、本発明の一実施例の半
導体記憶装置のメモリセルを構成するトランジスタの構
成を示す断面図である。p型半導体基板11には、チャ
ネル領域12を挟んでn+ 型のソース領域13およびド
レイン領域14が形成されている。ドレイン領域14と
半導体基板11との境界には、この境界部分で強い電場
を形成させてホットエレクトロンの発生効率を高めるた
めのp型拡散層15が形成されている。また、ソース領
域13と半導体基板11との境界部における不純物濃度
は緩やかに変化するようにされており、この境界部は、
いわば高耐圧構造となっている。
【0019】チャネル領域12の表面には、トンネル酸
化膜16、窒化膜17およびトップ酸化膜18からなる
ONO(Oxide-Nitride-Oxide )構造の絶縁膜19が形
成されており、さらにこの絶縁膜19上にゲート20が
積層されて形成されている。さらに層間絶縁膜21を介
在させた状態で、コンタクト孔22を介してドレイン領
域14に接続されたAl配線23が形成されている。
化膜16、窒化膜17およびトップ酸化膜18からなる
ONO(Oxide-Nitride-Oxide )構造の絶縁膜19が形
成されており、さらにこの絶縁膜19上にゲート20が
積層されて形成されている。さらに層間絶縁膜21を介
在させた状態で、コンタクト孔22を介してドレイン領
域14に接続されたAl配線23が形成されている。
【0020】図3は、上述のトランジスタをメモリセル
として用いた半導体記憶装置の平面図であり、層間絶縁
膜21を除いた構成が示されている。この図3におい
て、上記の図2に示された各部に対応する部分には、同
一の参照符号を付して示す。ゲート20は、一定の方向
に整列した複数のトランジスタにより共有されてワード
線W1,W2,・・・・を形成し、Al配線23は、ワード
線W1,W2,・・・・に交差する方向に整列したトランジ
スタの各ドレイン領域14に共通接続されてビット線B
1,B2,・・・・を形成している。24は、フィールド酸
化膜である。
として用いた半導体記憶装置の平面図であり、層間絶縁
膜21を除いた構成が示されている。この図3におい
て、上記の図2に示された各部に対応する部分には、同
一の参照符号を付して示す。ゲート20は、一定の方向
に整列した複数のトランジスタにより共有されてワード
線W1,W2,・・・・を形成し、Al配線23は、ワード
線W1,W2,・・・・に交差する方向に整列したトランジ
スタの各ドレイン領域14に共通接続されてビット線B
1,B2,・・・・を形成している。24は、フィールド酸
化膜である。
【0021】図4は、図3に示された半導体記憶装置の
電気回路図であり、隣接する4個のメモリセルC11,
C12,C21,C22に関する回路構成が示されてい
る。各メモリセルのトランジスタのソースは、ラインS
1に共通に接続されている。下記表1には、セルC11
に対して、書込、読出および消去を行う各場合に、ワー
ド線W1,W2、ビット線B1,B2、およびラインS
1、ならびに半導体基板11に印加される電圧がまとめ
て示されている。以下では、この表1に基づき、メモリ
C11に関する書込、読出および消去の各動作について
説明する。
電気回路図であり、隣接する4個のメモリセルC11,
C12,C21,C22に関する回路構成が示されてい
る。各メモリセルのトランジスタのソースは、ラインS
1に共通に接続されている。下記表1には、セルC11
に対して、書込、読出および消去を行う各場合に、ワー
ド線W1,W2、ビット線B1,B2、およびラインS
1、ならびに半導体基板11に印加される電圧がまとめ
て示されている。以下では、この表1に基づき、メモリ
C11に関する書込、読出および消去の各動作について
説明する。
【0022】
【表1】
【0023】<書込動作>メモリセルC11への書込の
際には、ビット線B1およびワード線W1にそれぞれ1
2V,12Vの高電圧が印加されるとともに、ラインS
1は接地電位とされる。これにより、メモリセルC11
のトランジスタは、図1(a) に示す状態となり、ドレイ
ン領域14とチャネル領域12との境界に生じる強い電
場のためにホットエレクトロンが生じる。このホットエ
レクトロンは、トンネル酸化膜16を通過して窒化膜1
7のドレイン領域14の近傍の領域に局所的に注入され
る。なお、ワード線W2およびビット線B1はいずれも
接地電位とされ、これにより、メモリセルC12,C2
1およびC22は非選択状態となる。
際には、ビット線B1およびワード線W1にそれぞれ1
2V,12Vの高電圧が印加されるとともに、ラインS
1は接地電位とされる。これにより、メモリセルC11
のトランジスタは、図1(a) に示す状態となり、ドレイ
ン領域14とチャネル領域12との境界に生じる強い電
場のためにホットエレクトロンが生じる。このホットエ
レクトロンは、トンネル酸化膜16を通過して窒化膜1
7のドレイン領域14の近傍の領域に局所的に注入され
る。なお、ワード線W2およびビット線B1はいずれも
接地電位とされ、これにより、メモリセルC12,C2
1およびC22は非選択状態となる。
【0024】絶縁膜19にエレクトロンが蓄えられた状
態と、蓄えられていない状態とでは、ソース・ドレイン
間を導通させるために必要なゲート電圧が変化する。す
なわち、ソース・ドレイン間を導通させるための閾値電
圧Vthは、絶縁膜19にエレクトロンを注入した状態
では高い値V1(たとえば5V)をとり、エレクトロン
が未注入の状態では低い値V2(V2<V1であり、た
とえばV2は1Vである。)をとる。このようにして、
閾値電圧Vthを2種類に設定することで「1」または
「0」の二値データを各セルに記憶させることができ
る。
態と、蓄えられていない状態とでは、ソース・ドレイン
間を導通させるために必要なゲート電圧が変化する。す
なわち、ソース・ドレイン間を導通させるための閾値電
圧Vthは、絶縁膜19にエレクトロンを注入した状態
では高い値V1(たとえば5V)をとり、エレクトロン
が未注入の状態では低い値V2(V2<V1であり、た
とえばV2は1Vである。)をとる。このようにして、
閾値電圧Vthを2種類に設定することで「1」または
「0」の二値データを各セルに記憶させることができ
る。
【0025】<読出動作>メモリセルC11の記憶情報
の読出に当たっては、ワード線W1にセンス電圧である
3Vが印加され、ビット線B1が接地されるとともに、
ラインS1に2Vの正電圧が印加され、このメモリセル
C11のトランジスタは図1(b) に示す状態となる。す
なわち、メモリセルC11のソース・ドレイン間に印加
される電圧は書込時とは反転され、ドレインには電圧は
印加されない。
の読出に当たっては、ワード線W1にセンス電圧である
3Vが印加され、ビット線B1が接地されるとともに、
ラインS1に2Vの正電圧が印加され、このメモリセル
C11のトランジスタは図1(b) に示す状態となる。す
なわち、メモリセルC11のソース・ドレイン間に印加
される電圧は書込時とは反転され、ドレインには電圧は
印加されない。
【0026】なお、センス電圧とは、閾値電圧Vthの
上記の二種類の値V1,V2の間の中間的な値の電圧で
ある。したがって、このセンス電圧を印加すると、絶縁
膜19にエレクトロンが蓄えられているかどうかで、ソ
ース・ドレイン間の導通/非導通が決まることになる。
なお、ワード線W2は接地電位とされ、また、ビット線
B2は、ラインS1と同じ2Vが与えられるか、または
開放状態とされる。
上記の二種類の値V1,V2の間の中間的な値の電圧で
ある。したがって、このセンス電圧を印加すると、絶縁
膜19にエレクトロンが蓄えられているかどうかで、ソ
ース・ドレイン間の導通/非導通が決まることになる。
なお、ワード線W2は接地電位とされ、また、ビット線
B2は、ラインS1と同じ2Vが与えられるか、または
開放状態とされる。
【0027】上記の読出時のセルトランジスタの動作
を、図1(b) を参照してさらに詳述する。ラインS1に
2Vの正の電圧が印加されることにより、この電圧がソ
ース領域13に印加される。また、ビット線B1が接地
されるから、ドレイン領域14は接地電位となる。さら
に、ワード線W1に与えられたセンス電圧は、ゲート2
0から印加される。この状態では、ドレイン領域14の
近傍からソース領域13に向かってチャネル25が形成
される。ところが、絶縁膜19中にエレクトロンが捕獲
されている書込状態では、ゲート20にセンス電圧を印
加したときでも、チャネル25はソース・ドレイン間を
接続するほどには拡散せず、ソース・ドレイン間は遮断
状態に保たれることになる。
を、図1(b) を参照してさらに詳述する。ラインS1に
2Vの正の電圧が印加されることにより、この電圧がソ
ース領域13に印加される。また、ビット線B1が接地
されるから、ドレイン領域14は接地電位となる。さら
に、ワード線W1に与えられたセンス電圧は、ゲート2
0から印加される。この状態では、ドレイン領域14の
近傍からソース領域13に向かってチャネル25が形成
される。ところが、絶縁膜19中にエレクトロンが捕獲
されている書込状態では、ゲート20にセンス電圧を印
加したときでも、チャネル25はソース・ドレイン間を
接続するほどには拡散せず、ソース・ドレイン間は遮断
状態に保たれることになる。
【0028】ところで、絶縁膜19のドレイン領域14
の近傍に局所的にエレクトロンが注入されている状態で
は、ドレイン領域14の近傍において、チャネルとなる
表面反転層の形成が遅れることになる。すなわち、上述
の図9に示された先行技術の場合のように、ソース領域
(2) に正の読出電圧を印加する構成では、たとえ絶縁膜
(4) 中にエレクトロンが捕獲されている状態であって
も、このエレクトロンがドレイン領域(3) 側に偏在して
いるために、ソース領域(2) の近傍では速やかにチャネ
ルが形成される。これに対して、本実施例の構成のよう
に、読出時においてソースとして作用するドレイン領域
14の近傍でのチャネルの形成に一定の遅れが生じる構
成では、図9の先行技術に比較して、書込状態での閾値
電圧Vthが高くなることになる。換言すれば、書込時
に等量の電荷を絶縁膜19中に捕獲させた場合でも、メ
モリウインドゥΔVFB(=V1−V2)を、従来の構成
よりも大きくとることができる。
の近傍に局所的にエレクトロンが注入されている状態で
は、ドレイン領域14の近傍において、チャネルとなる
表面反転層の形成が遅れることになる。すなわち、上述
の図9に示された先行技術の場合のように、ソース領域
(2) に正の読出電圧を印加する構成では、たとえ絶縁膜
(4) 中にエレクトロンが捕獲されている状態であって
も、このエレクトロンがドレイン領域(3) 側に偏在して
いるために、ソース領域(2) の近傍では速やかにチャネ
ルが形成される。これに対して、本実施例の構成のよう
に、読出時においてソースとして作用するドレイン領域
14の近傍でのチャネルの形成に一定の遅れが生じる構
成では、図9の先行技術に比較して、書込状態での閾値
電圧Vthが高くなることになる。換言すれば、書込時
に等量の電荷を絶縁膜19中に捕獲させた場合でも、メ
モリウインドゥΔVFB(=V1−V2)を、従来の構成
よりも大きくとることができる。
【0029】このようにメモリウインドゥΔVFBを大き
くとれることにより、ゲート20に印加するセンス電圧
に多少のずれが生じたとしても、セルに記憶された情報
を正確に読み出すことができるから、動作の安定化が図
られることになる。また、ドレイン領域14に電圧を印
加しないようにすると、ドレイン領域14と基板11と
の境界でのホットエレクトロンの発生が防がれるので、
絶縁膜19の蓄積電荷の変化が抑制されるという利点も
ある。したがって、上述のような電圧の印加を伴う読出
動作では、いわゆるソフトライトを有効に防止すること
ができる。
くとれることにより、ゲート20に印加するセンス電圧
に多少のずれが生じたとしても、セルに記憶された情報
を正確に読み出すことができるから、動作の安定化が図
られることになる。また、ドレイン領域14に電圧を印
加しないようにすると、ドレイン領域14と基板11と
の境界でのホットエレクトロンの発生が防がれるので、
絶縁膜19の蓄積電荷の変化が抑制されるという利点も
ある。したがって、上述のような電圧の印加を伴う読出
動作では、いわゆるソフトライトを有効に防止すること
ができる。
【0030】再び図4を参照して、読出時の動作をさら
に説明する。絶縁膜19にエレクトロンが蓄えられてい
ない場合には、閾値電圧Vthはセンス電圧よりも低い
値V2をとるから、セルC11のソース・ドレイン間は
導通することになる。このため、当初接地電位であった
ビット線B1の電位は、センス電圧の印加によって2V
に上がることになる。一方、絶縁膜19にエレクトロン
が蓄えられている場合には、閾値電圧Vthはセンス電
圧よりも高いから、セルC11は非導通状態に保たれ
る。このため、ビット線B1の電位も接地電位のままと
なる。したがって、上述のような各電圧を、ワード線W
1,W2、ビット線B1,B2およびラインS1に印加
するとともに、ビット線B1の電位の変化を調べること
により、セルC1の記憶情報が読み出せることになる。
に説明する。絶縁膜19にエレクトロンが蓄えられてい
ない場合には、閾値電圧Vthはセンス電圧よりも低い
値V2をとるから、セルC11のソース・ドレイン間は
導通することになる。このため、当初接地電位であった
ビット線B1の電位は、センス電圧の印加によって2V
に上がることになる。一方、絶縁膜19にエレクトロン
が蓄えられている場合には、閾値電圧Vthはセンス電
圧よりも高いから、セルC11は非導通状態に保たれ
る。このため、ビット線B1の電位も接地電位のままと
なる。したがって、上述のような各電圧を、ワード線W
1,W2、ビット線B1,B2およびラインS1に印加
するとともに、ビット線B1の電位の変化を調べること
により、セルC1の記憶情報が読み出せることになる。
【0031】なお、ラインS1への2Vの電圧と、ワー
ド線W1へのセンス電圧とは、いずれが先に印加されて
もよく、いずれか後に印加される電圧の印加前後におけ
るビット線B1の電位の変化を監視することによって、
記憶情報の読出を達成できる。ソース領域13は、その
境界の不純物濃度の変化が緩やかにされてホットエレク
トロンが発生し難い高耐圧構造とされているから、読出
時においてこのソース領域13に多少高い電圧を印加し
てもソフトライトが生じることはない。したがって、ソ
ース領域13に印加する読出電圧を比較的高く設定する
ことで、ビット線B1からの電流を多くすることがで
き、これにより読出速度を向上することができ、また情
報の読出を正確に行えるという利点がある。
ド線W1へのセンス電圧とは、いずれが先に印加されて
もよく、いずれか後に印加される電圧の印加前後におけ
るビット線B1の電位の変化を監視することによって、
記憶情報の読出を達成できる。ソース領域13は、その
境界の不純物濃度の変化が緩やかにされてホットエレク
トロンが発生し難い高耐圧構造とされているから、読出
時においてこのソース領域13に多少高い電圧を印加し
てもソフトライトが生じることはない。したがって、ソ
ース領域13に印加する読出電圧を比較的高く設定する
ことで、ビット線B1からの電流を多くすることがで
き、これにより読出速度を向上することができ、また情
報の読出を正確に行えるという利点がある。
【0032】なお、表1のように電圧を印加した場合、
セルC12,C22は、ビット線B2にラインS1と同
じ電圧が与えられるから(またはビット線B2が開放状
態とされるから)、ワード線W1,W2の電圧によらず
に非導通状態に保たれる。また、セルC21は、ワード
線W2にセンス電圧(3V)が与えられないので、ビッ
ト線B1の状態によらずに非導通状態に保たれることに
なる。
セルC12,C22は、ビット線B2にラインS1と同
じ電圧が与えられるから(またはビット線B2が開放状
態とされるから)、ワード線W1,W2の電圧によらず
に非導通状態に保たれる。また、セルC21は、ワード
線W2にセンス電圧(3V)が与えられないので、ビッ
ト線B1の状態によらずに非導通状態に保たれることに
なる。
【0033】<消去動作>消去動作は、全てのセルC1
1,C12,C21,C22に関して行われる。すなわ
ち、紫外線の照射によって各セルのトランジスタにおけ
る絶縁膜18中に蓄えられた電荷が散逸させられ、これ
により全てのセルの記憶情報の消去が達成される。
1,C12,C21,C22に関して行われる。すなわ
ち、紫外線の照射によって各セルのトランジスタにおけ
る絶縁膜18中に蓄えられた電荷が散逸させられ、これ
により全てのセルの記憶情報の消去が達成される。
【0034】記憶情報の消去はまた、ビット線B1,B
2に正の高電圧(たとえば9V)を与えるとともに、ワ
ード線W1,W2に負の電圧(たとえば−6V)を印加
することによっても行える。この場合には、セルトラン
ジスタにおいて、ドレイン領域14の境界でホットホー
ルが生成され、このホットホールが絶縁膜19に注入さ
れることで、この絶縁膜19中の電荷が中和されて、記
憶情報の消去が達成される。。
2に正の高電圧(たとえば9V)を与えるとともに、ワ
ード線W1,W2に負の電圧(たとえば−6V)を印加
することによっても行える。この場合には、セルトラン
ジスタにおいて、ドレイン領域14の境界でホットホー
ルが生成され、このホットホールが絶縁膜19に注入さ
れることで、この絶縁膜19中の電荷が中和されて、記
憶情報の消去が達成される。。
【0035】以上のように本実施例では、記憶情報の読
出に当たり、メモリセルを構成するトランジスタのソー
ス・ドレイン間の電圧の極性が、書込時とは反転され
る。すなわち、書込時にはドレイン領域14に正の高電
圧(12V)が印加されるのに対して、読出時にはソー
ス領域13に正の電圧が印加される。したがって、ゲー
ト20にセンス電圧を印加したときに、ドレイン領域1
4からソース領域13に向かって延びるチャネルが形成
されることになる。この際、絶縁膜19にエレクトロン
が局所的に捕獲された書込状態では、ドレイン領域14
の近傍でのチャネルの生成が遅れることになるから、こ
のようなチャネルの生成の遅れが生じない従来技術に比
較して、書込状態での閾値電圧Vthを高くすることが
できる。この結果、メモリウインドゥΔVFBを大きくす
ることができるから、センス電圧に多少のずれが生じた
場合でも、誤読出が生じることがなく、安定な動作を確
保することができる。
出に当たり、メモリセルを構成するトランジスタのソー
ス・ドレイン間の電圧の極性が、書込時とは反転され
る。すなわち、書込時にはドレイン領域14に正の高電
圧(12V)が印加されるのに対して、読出時にはソー
ス領域13に正の電圧が印加される。したがって、ゲー
ト20にセンス電圧を印加したときに、ドレイン領域1
4からソース領域13に向かって延びるチャネルが形成
されることになる。この際、絶縁膜19にエレクトロン
が局所的に捕獲された書込状態では、ドレイン領域14
の近傍でのチャネルの生成が遅れることになるから、こ
のようなチャネルの生成の遅れが生じない従来技術に比
較して、書込状態での閾値電圧Vthを高くすることが
できる。この結果、メモリウインドゥΔVFBを大きくす
ることができるから、センス電圧に多少のずれが生じた
場合でも、誤読出が生じることがなく、安定な動作を確
保することができる。
【0036】また、逆に、絶縁膜19への注入電荷量を
あまり多くしなくても、充分なメモリウインドゥΔVFB
を確保できるので、書込時にドレイン領域14に印加す
る電圧を過度に高くする必要がない。この結果、ドレイ
ン領域14へのストレスを減少させて、書込可能回数を
増大することができる。一方、読出時にソース領域13
に正の電圧を印加し、ドレイン領域14を接地電位とす
るようにした結果、ドレイン領域14の境界でホットエ
レクトロンが生じることがない。これにより、いわゆる
ソフトライトを有効に防いで、記憶情報の保持を良好に
行わせることができる。
あまり多くしなくても、充分なメモリウインドゥΔVFB
を確保できるので、書込時にドレイン領域14に印加す
る電圧を過度に高くする必要がない。この結果、ドレイ
ン領域14へのストレスを減少させて、書込可能回数を
増大することができる。一方、読出時にソース領域13
に正の電圧を印加し、ドレイン領域14を接地電位とす
るようにした結果、ドレイン領域14の境界でホットエ
レクトロンが生じることがない。これにより、いわゆる
ソフトライトを有効に防いで、記憶情報の保持を良好に
行わせることができる。
【0037】以下では上述の半導体記憶装置の製造方法
を、図5〜図8を参照しながら概説する。先ず図5に示
すように、半導体基板11上にLOCOS(Local Oxid
ation of Silicon)法によってフィールド酸化膜24が
形成され、活性領域30の分離が行われる。なお、図5
(a) は平面図であり、図5(b) は図5(a) の切断面線V
b−Vbから見た断面図であり、図5(c) は図5(a) の
切断面線Vc−Vcから見た断面図である。以下、図6
〜図8のそれぞれにおいて、(a) 〜(c) に示す各図の対
応関係は、上記の図5における対応関係と同様である。
を、図5〜図8を参照しながら概説する。先ず図5に示
すように、半導体基板11上にLOCOS(Local Oxid
ation of Silicon)法によってフィールド酸化膜24が
形成され、活性領域30の分離が行われる。なお、図5
(a) は平面図であり、図5(b) は図5(a) の切断面線V
b−Vbから見た断面図であり、図5(c) は図5(a) の
切断面線Vc−Vcから見た断面図である。以下、図6
〜図8のそれぞれにおいて、(a) 〜(c) に示す各図の対
応関係は、上記の図5における対応関係と同様である。
【0038】次に、図6に示すように、活性領域30の
部分の半導体基板11の表面にトンネル酸化膜16が形
成れ、さらに全面に窒化膜17、トップ酸化膜縁膜18
が順に積層して形成される。なお、図6(a) では、トン
ネル酸化膜16、窒化膜17およびトップ酸化膜18の
図示が省略されている。続いて、図7に示すように、リ
ンをドープして低抵抗化したポリシリコン膜からなるゲ
ート20が、フォトリソグラフィ技術を用いてパターン
形成される。
部分の半導体基板11の表面にトンネル酸化膜16が形
成れ、さらに全面に窒化膜17、トップ酸化膜縁膜18
が順に積層して形成される。なお、図6(a) では、トン
ネル酸化膜16、窒化膜17およびトップ酸化膜18の
図示が省略されている。続いて、図7に示すように、リ
ンをドープして低抵抗化したポリシリコン膜からなるゲ
ート20が、フォトリソグラフィ技術を用いてパターン
形成される。
【0039】この状態から、ホウ素イオンの注入および
ヒ素イオンの注入が行われて、ドレイン領域14および
p型拡散層15が形成される。さらに、ヒ素イオンの注
入により、境界部における不純物濃度の変化が緩慢であ
るようにして高耐圧構造としたn+ 型ソース領域13が
形成される。続いて、図8に示すように、層間絶縁膜2
1が形成される。この層間絶縁膜21においてドレイン
領域14の上部には、コンタクト孔22が形成される。
そして、このコンタクト孔22を介してドレイン領域1
4に接続されたAl配線23が形成される。このように
して、図2に示す構造のメモリセルトランジスタを有す
る半導体記憶装置が得られる。なお、図8(a) では、ト
ンネル酸化膜16、窒化膜17およびトップ酸化膜1
8、ならびに層間絶縁膜21は、図示が省略されてい
る。
ヒ素イオンの注入が行われて、ドレイン領域14および
p型拡散層15が形成される。さらに、ヒ素イオンの注
入により、境界部における不純物濃度の変化が緩慢であ
るようにして高耐圧構造としたn+ 型ソース領域13が
形成される。続いて、図8に示すように、層間絶縁膜2
1が形成される。この層間絶縁膜21においてドレイン
領域14の上部には、コンタクト孔22が形成される。
そして、このコンタクト孔22を介してドレイン領域1
4に接続されたAl配線23が形成される。このように
して、図2に示す構造のメモリセルトランジスタを有す
る半導体記憶装置が得られる。なお、図8(a) では、ト
ンネル酸化膜16、窒化膜17およびトップ酸化膜1
8、ならびに層間絶縁膜21は、図示が省略されてい
る。
【0040】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではない。たとえば、上記の実施例では、ドレイン
領域13とチャネル領域12との境界でホットエレクト
ロンを発生させて、このホットエレクトロンを絶縁膜1
9に注入することにより情報の書込が行われる場合につ
いて説明しているが、ドレイン領域の境界でホットホー
ルを生成させ、このホットホールを絶縁膜に局所的に注
入することで情報の書込を行うようにした構成に対して
も本発明は容易に応用することができる。すなわち、こ
の場合にも、読出時において、書込時にドレイン領域に
印加した極性の電圧をソース領域に印加するようにする
ことで、大きなメモリウインドゥを確保して動作を安定
化することができるとともに、ソフトライトを有効に防
ぎつつ記憶情報の読出を良好に行うことができる。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施す
ことが可能である。
ものではない。たとえば、上記の実施例では、ドレイン
領域13とチャネル領域12との境界でホットエレクト
ロンを発生させて、このホットエレクトロンを絶縁膜1
9に注入することにより情報の書込が行われる場合につ
いて説明しているが、ドレイン領域の境界でホットホー
ルを生成させ、このホットホールを絶縁膜に局所的に注
入することで情報の書込を行うようにした構成に対して
も本発明は容易に応用することができる。すなわち、こ
の場合にも、読出時において、書込時にドレイン領域に
印加した極性の電圧をソース領域に印加するようにする
ことで、大きなメモリウインドゥを確保して動作を安定
化することができるとともに、ソフトライトを有効に防
ぎつつ記憶情報の読出を良好に行うことができる。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施す
ことが可能である。
【0041】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、メモリウ
インドゥを大きくとることができるので、読出時にゲー
トに印加されるセンス電圧に多少のずれが生じた場合で
も、セルの記憶情報を正確に読み出すことができる。こ
のようにして、動作の安定化を図ることができる。
インドゥを大きくとることができるので、読出時にゲー
トに印加されるセンス電圧に多少のずれが生じた場合で
も、セルの記憶情報を正確に読み出すことができる。こ
のようにして、動作の安定化を図ることができる。
【0042】逆に、絶縁膜中に注入する電荷量が比較的
少なくても所望のメモリウインドゥを得ることができる
ので、書込時にドレイン領域などに印加される電圧を低
くすることができる。この結果、ドレイン領域へのスト
レスを低減できるから、書込可能回数を増大することが
できる。さらに、情報の読出時におけるドレイン領域と
チャネル領域との境界でのホットエレクトロンまたはホ
ットホールの生成を防止できるので、情報の読出時に絶
縁膜中の蓄積電荷量が変化することを防いで、いわゆる
ソフトライトを確実に防止できる。
少なくても所望のメモリウインドゥを得ることができる
ので、書込時にドレイン領域などに印加される電圧を低
くすることができる。この結果、ドレイン領域へのスト
レスを低減できるから、書込可能回数を増大することが
できる。さらに、情報の読出時におけるドレイン領域と
チャネル領域との境界でのホットエレクトロンまたはホ
ットホールの生成を防止できるので、情報の読出時に絶
縁膜中の蓄積電荷量が変化することを防いで、いわゆる
ソフトライトを確実に防止できる。
【図1】本発明の一実施例の半導体記憶装置の動作を説
明するための簡略化した断面図である。
明するための簡略化した断面図である。
【図2】上記実施例の半導体記憶装置に適用されるメモ
リセルトランジスタの構成を示す断面図である。
リセルトランジスタの構成を示す断面図である。
【図3】上記実施例の半導体記憶装置の一部の平面図で
ある。
ある。
【図4】上記実施例の半導体記憶装置の一部の電気的構
成を示す電気回路図である。
成を示す電気回路図である。
【図5】上記実施例の半導体記憶装置の製造方法を説明
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線Vb−Vbから見た断面図、(c) は(a) の切断面線
Vc−Vcから見た断面図である。
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線Vb−Vbから見た断面図、(c) は(a) の切断面線
Vc−Vcから見た断面図である。
【図6】上記実施例の半導体記憶装置の製造方法を説明
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線VIb−VIbから見た断面図、(c) は(a) の切断面線
VIc−VIcから見た断面図である。
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線VIb−VIbから見た断面図、(c) は(a) の切断面線
VIc−VIcから見た断面図である。
【図7】上記実施例の半導体記憶装置の製造方法を説明
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線VIIb−VIIbから見た断面図、(c) は(a) の切断面線
VIIc−VIIcから見た断面図である。
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線VIIb−VIIbから見た断面図、(c) は(a) の切断面線
VIIc−VIIcから見た断面図である。
【図8】上記実施例の半導体記憶装置の製造方法を説明
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線VIIIb−VIIIbから見た断面図、(c) は(a) の切断
面線VIIIc−VIIIcから見た断面図である。
するための図であり、(a) は平面図、(b) は(a) の切断
面線VIIIb−VIIIbから見た断面図、(c) は(a) の切断
面線VIIIc−VIIIcから見た断面図である。
【図9】半導体記憶装置に従来から適用されているメモ
リセルトランジスタの動作を説明するための断面図であ
る。
リセルトランジスタの動作を説明するための断面図であ
る。
11 半導体基板 12 チャネル領域 13 ソース領域 14 ドレイン領域 15 p型拡散層 16 トンネル酸化膜 17 窒化膜 18 トップ酸化膜 19 絶縁膜 20 ゲート(ワード線) 23 Al配線(ビット線)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−53929(JP,A) 特開 昭53−8084(JP,A) 特開 昭62−45182(JP,A) 特開 平3−66171(JP,A) 特開 平2−295170(JP,A) 特開 平2−2162(JP,A)
Claims (3)
- 【請求項1】半導体基板にチャネル領域を挟んで形成し
たソース領域およびドレイン領域と、上記チャネル領域
の表面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられ
たゲートとをそれぞれ有する複数のトランジスタをメモ
リセルに用いた半導体記憶装置であって、 一定方向に整列したトランジスタがゲートを共有するこ
とによりワード線が形成され、 上記ワード線に交差する方向に整列したトランジスタの
各ドレイン領域は共通のビット線に接続され、 複数本のワード線および複数本のビット線に跨った所定
領域内にマトリクス状に整列した所定数のトランジスタ
の各ソース領域は共通のラインに接続されており、 トランジスタに対する情報の書込時に、当該トランジス
タに接続されたワード線、ビット線および上記共通のラ
インにそれぞれ 所定の電圧を印加して、当該トランジス
タのドレイン領域とチャネル領域との境界で生じたホッ
トエレクトロンまたはホットホールを絶縁膜中のドレイ
ン領域の近傍の領域に局所的に注入させて捕獲させる手
段と、 トランジスタに対する 情報の読出時に、当該トランジス
タのソース領域とドレイン領域との間に印加される電圧
の極性が書込時とは反転するように、当該トランジスタ
に接続されたワード線、ビット線および上記共通のライ
ンにそれぞれ電圧を印加するとともに、当該トランジス
タに接続されたワード線に所定のセンス電圧を印加する
手段と、 上記読出時に、当該トランジスタが導通するか否かを監
視する手段とを含み、各トランジスタのソース領域と半
導体基板との境界部は、不純物濃度の変化が緩慢である
ようにして高耐圧構造とされていることを特徴とする半
導体記憶装置。 - 【請求項2】各トランジスタのドレイン領域と半導体基
板との境界部は、ホットエレクトロンまたはホットホー
ルが発生し易い構造とされていることを特徴とする請求
項1記載の半導体記憶装置。 - 【請求項3】半導体基板にチャネル領域を挟んで形成し
たソース領域およびドレイン領域と、上記チャネル領域
の表面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられ
たゲートとをそれぞれ有する複数のトランジスタをメモ
リセルに用いた半導体記憶装置であって、一定方向に整
列したトランジスタがゲートを共有することによりワー
ド線が形成され、上記ワード線に交差する方向に整列し
たトランジスタの各ドレイン領域は共通のビット線に接
続され、複数本のワード線および複数本のビット線に跨
った所定領域内にマトリクス状に整列した所定数のトラ
ンジスタの各ソース領域は共通のラインに接続されてお
り、トランジスタに対する情報の書込時に、当該トラン
ジスタに接続されたワード線、ビット線および上記共通
のラインにそれぞれ所定の電圧を印加して、当該トラン
ジスタのドレイン領域とチャネル領域との境界で生じた
ホットエレクトロンまたはホットホールを絶縁膜中のド
レイン領域の近傍の領域に局所的に注入させて捕獲させ
る手段とを含む半導体記憶装置の記憶情報を読み出す方
法であって、各トランジスタの ソース領域と半導体基板との境界部
は、不純物濃度の変化が緩慢であるようにして高耐圧構
造とされており、 トランジスタに対する情報の読出時には、上記高耐圧構
造により当該トランジスタのソース領域付近におけるホ
ットエレクトロンまたはホットホールの生成を防止しつ
つ、当該トランジスタに接続されたラインおよびビット
線を介してソース領域とドレイン領域との間に書込時と
は反転された極性の電圧を印加するとともに、当該トラ
ンジスタに接続されたワード線に所定のセンス電圧を印
加し、さらに、当該トランジスタが導通するか否かを監
視することを特徴とする半導体記憶装置の記憶情報読出
方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27982991A JP3358663B2 (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 半導体記憶装置およびその記憶情報読出方法 |
US07/963,632 US5349221A (en) | 1991-10-25 | 1992-10-20 | Semiconductor memory device and method of reading out information for the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27982991A JP3358663B2 (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 半導体記憶装置およびその記憶情報読出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0690004A JPH0690004A (ja) | 1994-03-29 |
JP3358663B2 true JP3358663B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=17616503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27982991A Expired - Fee Related JP3358663B2 (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 半導体記憶装置およびその記憶情報読出方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5349221A (ja) |
JP (1) | JP3358663B2 (ja) |
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