JPH0115959B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0115959B2
JPH0115959B2 JP55007389A JP738980A JPH0115959B2 JP H0115959 B2 JPH0115959 B2 JP H0115959B2 JP 55007389 A JP55007389 A JP 55007389A JP 738980 A JP738980 A JP 738980A JP H0115959 B2 JPH0115959 B2 JP H0115959B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
volatile memory
floating gate
memory cell
volatile
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55007389A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS55101192A (en
Inventor
Toomasu Shimuko Richaado
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xicor LLC
Original Assignee
Xicor LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/006,029 external-priority patent/US4300212A/en
Application filed by Xicor LLC filed Critical Xicor LLC
Publication of JPS55101192A publication Critical patent/JPS55101192A/en
Publication of JPH0115959B2 publication Critical patent/JPH0115959B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C14/00Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7883Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、MOS形RAM(ランダム・アクセ
ス・メモリ)に関し、更に詳細には、集積化フロ
ーテイング・ゲート回路素子を組み入れた不揮発
性スタテイツクRAMに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to MOS type RAM (Random Access Memory), and more particularly to non-volatile static RAM incorporating integrated floating gate circuitry.

多くのスタテイツクRAMは、2進データ(1
及び0)を記憶するメモリ・セルとしてフリツ
プ・フロツプのようなバイステーブルな半導体回
路を採用する。情報を記憶するそのようなスタテ
イツク・メモリ・セルでは、電源からの電流が2
つの交差して結合される枝路の1つに連続して流
れ、他の枝路には流れない。情報を記憶するため
に2つの(2進の)区別のつくメモリ状態がその
枝路の導通状態及び不導通状態によつて提供され
る。従つて、そのような半導体メモリ・セルは揮
発性を考えられる、その理由は仮に電源が取り除
かれると、メモリ状態を区別する電流が枝路に流
れなくなり、セル内の情報が失なわれるからであ
る。そのような揮発性は従来の半導体メモリの欠
点であり、電源が取り除かれたとき半導体回路に
不揮発性を提供する回路素子及び構造が開発され
てきた。その例として、1978年のIEEE Inter−
national Solid State Circuits Conference
Digest、108−109p、E.Harari等の「256ビツト
不揮発性スタテイツクRAM」;1978年、IEEE
International Solid State Circuits Conference
Digest 196−197p、F.Berenga等の「E2
PROM TVシンセサイザ」;1978年、IEEE
Trans. Electron Devices Vol. ED−25、No.8、
1061−1065p、M.Horne等の「軍規格級1024ビツ
ト不揮発性半導体RAM」;1978年、IEEE
Trans. Electron Devices、Vol.ED−25、No.8、
1065−1070p、Y.Uchida等の「1K不揮発性半導
体リード/ライトRAM」;1971年、IEEE
International Solid State Circuits Conference
Digest、80−81p、D.Frohmannの「A Fully−
Decoded2048 ビツトElectrically
Programmable MOS−ROM」;米国特許第
3660819号;米国特許第4099196号;米国特許第
3500142号;1975年のDimaria等のApplied Phys.
lettersの505−507pの「Interface Effects and
High Conductivity in Oxides Grown from
Polycrystalline Silicon」;1977年のR.M.
Anderson等のJ.of Appl.Phys.,Vol.48、No.11,
4834−4836p、「Evidence for Surface Asperity
Mechanism of Conductivity in Oxide Grown
on Polycrystalline Silicon」等がある。
Many static RAMs store binary data (1
and 0), a bistable semiconductor circuit such as a flip-flop is used as the memory cell. In such static memory cells that store information, the current from the power supply is 2
It flows continuously into one of the two intersectingly connected branches and not into the other branch. Two (binary) distinct memory states are provided for storing information by the conducting and non-conducting states of its branches. Therefore, such semiconductor memory cells can be considered volatile because if power is removed, the current that distinguishes memory states will no longer flow in the branches and the information in the cell will be lost. be. Such volatility is a drawback of conventional semiconductor memories, and circuit elements and structures have been developed that provide non-volatility to semiconductor circuits when power is removed. An example of this is the 1978 IEEE Inter−
national Solid State Circuits Conference
Digest, 108-109p, E. Harari et al., “256-bit Non-Volatile Static RAM”; 1978, IEEE
International Solid State Circuits Conference
Digest 196−197p, “E 2 −” by F. Berenga et al.
PROM TV Synthesizer”; 1978, IEEE
Trans. Electron Devices Vol. ED−25, No.8,
1061−1065p, “Military standard grade 1024-bit non-volatile semiconductor RAM” by M. Horne et al.; 1978, IEEE
Trans. Electron Devices, Vol. ED−25, No. 8,
1065−1070p, “1K non-volatile semiconductor read/write RAM” by Y. Uchida et al.; 1971, IEEE
International Solid State Circuits Conference
Digest, 80-81p, D. Frohmann's "A Fully-
Decoded2048 Bit Electrically
Programmable MOS-ROM”; U.S. Patent No.
No. 3660819; U.S. Patent No. 4099196; U.S. Patent No.
No. 3500142; Applied Phys. of Dimaria et al., 1975.
“Interface Effects and
High Conductivity in Oxides Grown from
RM of 1977
Anderson et al., J. of Appl. Phys., Vol. 48, No. 11,
4834−4836p, “Evidence for Surface Asperity
Mechanism of Conductivity in Oxide Grown
on Polycrystalline Silicon" etc.

MOSフローテイング・ゲート構造に基くデバ
イスは、従来、データ記憶時間を延長させるため
に使用された。フローテイング・ゲートは、サブ
ストレート(基板)から電気的に絶縁されてはい
るが該サブストレートに容量的に結合された導電
材料から成る島であり、MOSトランジスタのゲ
ートを形成する。このフローテイング・ゲート上
に電荷が有るか無いかによつて、MOSトランジ
スタは導通(ON)か不導通(OFF)にされ、こ
のフローテイング・ゲート電荷の有無に対応する
2進データ“1”又は“0”を記憶するメモリと
して基礎を形成する。フローテイング・ゲートへ
の信号電荷の注入及び除去のための各種の方法が
知られている。一度電荷がゲートに与えられる
と、永久的に保存される。それは、フローテイン
グ・ゲートは絶縁材で完全に包囲され、それがフ
ローテイング・ゲートからの放電の障壁として作
用するからである。電荷は、ホツト電子注入及び
(又は)トンネル機構を使用してフローテイン
グ・ゲートに導入され、放射(紫外線、X線)に
露出し、アバランシエ注入又はトンネル効果によ
つてフローテイング・ゲートから除去される。こ
こでいうトンネルの用語は、導体の表面から近接
した絶縁物にエネルギ障壁を越えて電子を放出す
ることを含めた広い意味で使用されている。
Devices based on MOS floating gate structures have traditionally been used to extend data storage time. A floating gate is an island of conductive material electrically isolated from, but capacitively coupled to, a substrate, forming the gate of a MOS transistor. Depending on whether or not there is charge on this floating gate, the MOS transistor is made conductive (ON) or non-conductive (OFF), and the binary data "1" or "1" corresponding to the presence or absence of this floating gate charge is It forms the basis as a memory that stores “0”. Various methods are known for injecting and removing signal charges from floating gates. Once a charge is applied to the gate, it is permanently stored. This is because the floating gate is completely surrounded by insulating material, which acts as a barrier for discharge from the floating gate. Charge is introduced into the floating gate using hot electron injection and/or tunneling mechanisms, exposed to radiation (UV, X-rays), and removed from the floating gate by avalanche injection or tunneling. Ru. The term tunneling is used here in a broad sense, including the emission of electrons from the surface of a conductor into a nearby insulator across an energy barrier.

非常に薄いゲート酸化膜を利用するフローテイ
ング・ゲート不揮発性素子を組入れた不揮発性ス
タテイツクRAMメモリは周知であるが、多くの
欠点も有する。電荷は比較的薄い(50−200オン
グストローム)酸化膜を通つてフローテイング・
ゲート素子から及び該素子へ両方向に通過するの
であるが、その酸化膜は要求される完全な状態で
製造することが困難である。その非常に薄いトン
ネル酸化膜の両方向性の為、不揮発性RAMセル
はメモリの内容を失なわせる可能性がある妨害の
問題がある。そのような問題によつて特に、リー
ド・サイクルの数に制限をもたらし、また、セル
のメモリ内容の妨害は近接したセル動作によつて
起される。他の不揮発性RAMデバイスはフロー
テイング・ゲートを使用しないで金属・窒化膜−
酸化膜・半導体構造を使用し、電荷は窒化シリコ
ン、酸化シリコンの界面に保持される。しかし、
そのようなMNOSデバイスは、リード・サイク
ルのみならずライト・サイクルをも制限する妨害
の問題を有し、MNOSデバイスの広範な使用を
妨げている。
Nonvolatile static RAM memories incorporating floating gate nonvolatile devices that utilize very thin gate oxides are well known, but they also have a number of drawbacks. Charges float through a relatively thin (50–200 Å) oxide film.
Passing in both directions from and to the gate device, the oxide film is difficult to fabricate with the required integrity. Because of the bidirectional nature of its very thin tunnel oxide, non-volatile RAM cells have problems with disturbances that can cause memory contents to be lost. Such problems, among other things, result in limitations on the number of read cycles and disturbances of a cell's memory contents caused by adjacent cell operations. Other non-volatile RAM devices do not use floating gates but instead use metal/nitride layers.
Using an oxide/semiconductor structure, charge is retained at the interface between silicon nitride and silicon oxide. but,
Such MNOS devices have interference problems that limit not only read cycles but also write cycles, preventing widespread use of MNOS devices.

不揮発性素子とRAM回路をインターフエース
して半導体メモリ・アレイに不揮発性を提供すこ
とは望ましいことである。しかし、周知のインタ
ーフエースされたデバイスは種々の欠点を有す
る。例えば、そのようなインターフエースは、交
差するスタテイツクRAMセルの2つの枝路間の
不揮発性素子によつて直接的に引き起こされる導
電度の不平衡を導入することによつて達成可能で
ある。しかし、そのような導電度の不平衡は交差
して結合されるスタテイツクRAMセルにDCオ
フセツト電流をもたらし、そのオフセツト電流は
セルが通常のRAMモード動作のときは除去しな
ければならず、また、そのような不平衡はメモリ
回路全体に対してリード及びライト妨害マージン
を与える。更に、そのようなマージンは製造に限
界を与え、また検査について問題をもたらす。
It is desirable to interface non-volatile elements with RAM circuitry to provide non-volatility to semiconductor memory arrays. However, known interfaced devices have various drawbacks. For example, such an interface can be achieved by introducing a conductivity imbalance caused directly by the non-volatile elements between two branches of intersecting static RAM cells. However, such conductivity imbalances result in DC offset currents in cross-coupled static RAM cells that must be removed when the cells are in normal RAM mode operation, and Such unbalance provides read and write disturbance margin for the entire memory circuit. Additionally, such margins limit manufacturing and pose problems with inspection.

不揮発性素子のスタテイツクRAMセルへのイ
ンターフエースに関する他の重要な要素は、コン
パクト性及びデバイス設計の簡易性であり、これ
ら事項は回路サイズ及びコストに影響する。周知
のインターフエースは制御信号及び外部トランジ
スタの点で複雑なインターフエースを必要とし、
その結果、大きな不揮発性スタテイツクRAM回
路となりそれに従つてコストも上る。
Other important factors for interfacing non-volatile elements to static RAM cells are compactness and device design simplicity, which influence circuit size and cost. Known interfaces require complex interfaces in terms of control signals and external transistors;
The result is a large non-volatile static RAM circuit, which increases cost accordingly.

周知の各不揮発性スタテイツクRAMデバイス
は、また、高い動作電流及び電圧を必要とする欠
点を有する。これらの必要性がデバイスのパワ
ー、スピード、複雑な回路設計において実際上の
制限をもたらす。周知の各不揮発性スタテイツク
RAMデバイスは、また、不揮発性メモリ素子を
プログラムする主要素子として半導体サブストレ
ートを利用し、不揮発性素子に記憶させるために
RAM電源線に高電圧を印加するので、RAMセ
ルの設計及び製造工程を不揮発性素子設計及び製
造と分離して、独立して最適化を図ることが困難
である。更に、不揮発性記憶素子にあるデータが
RAMセルに呼び出されるとき、データはRAM
セルに相補的(コンプリメント)に加えられ、あ
るいはその反対に不揮発性素子に最初に書き込ま
れるときも同様である。このように、従来のフリ
ツプ・フロツプRAMセルの第1枝路が導通で第
2の枝路が不導通であることによつて表わされる
2進数“0”が不揮発性素子に書込まれた場合、
次にRAMセルに書き戻されたときは、RAMセ
ルの第1枝路が不導通となり第2枝路が導通とな
つて、2進数“1”を表わすことになる。そのよ
うな直接的、真状態での呼出しではない相補的呼
出しは、外部回路で処理されあるいはメモリの使
用者によつて補なわれなければならず非常に不都
合である。
Each known non-volatile static RAM device also has the disadvantage of requiring high operating currents and voltages. These needs create practical limitations in device power, speed, and complex circuit design. Well-known non-volatile statistics
RAM devices also utilize semiconductor substrates as the main element for programming non-volatile memory elements and for storing data in non-volatile elements.
Since a high voltage is applied to the RAM power supply line, it is difficult to separate the RAM cell design and manufacturing process from the nonvolatile element design and manufacturing process and perform independent optimization. Furthermore, the data in the non-volatile storage element
When called into a RAM cell, the data is stored in RAM
The same is true when it is added complementary to a cell, or vice versa, when it is first written to a non-volatile element. Thus, when a binary "0" is written to a non-volatile element, represented by the first branch of a conventional flip-flop RAM cell being conductive and the second branch being non-conductive, ,
When the data is then written back to the RAM cell, the first branch of the RAM cell will be non-conductive and the second branch will be conductive, representing a binary "1". Such complementary calls, which are not direct, true calls, must be handled by external circuitry or compensated for by the user of the memory, which is very inconvenient.

従つて、本発明の目的は、改良された不揮発性
スタテイツクRAMセル及びメモリ装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は、導電性の又
はDCバランスのとれた、また、スタテイツク
RAMセルと不揮発性素子とのインターフエース
関係において容量性又はダイナミツクな不平衡を
スタテイツクRAMセルに与え得る、不揮発性の
スタテイツクRAM装置及びメモリ・アレイを提
供することである。本発明の他の目的は、メモ
リ・セルのスタテイツクRAM部と不揮発性部が
分離して最適化が図れる不揮発性スタテイツク
RAMセル及び装置を提供することである。本発
明の他の目的は、比較的簡単で製造費の低いコン
パクトな、高密度の不揮発性スタテイツクRAM
セルを提供することである。本発明の更に他の目
的は、プログラム中高電圧源からDC電流が殆ん
ど流れない不揮発性スタテイツクRAMを提供す
ることである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved non-volatile static RAM cell and memory device. Another object of the invention is to provide electrically conductive or DC balanced as well as static
It is an object of the present invention to provide a non-volatile static RAM device and a memory array that can provide a static RAM cell with capacitive or dynamic imbalance in the interface relationship between the RAM cell and the non-volatile element. Another object of the present invention is to provide a non-volatile static RAM part and a non-volatile part of a memory cell that can be optimized by separating them.
Its purpose is to provide RAM cells and devices. Another object of the present invention is to provide a compact, high density non-volatile static RAM that is relatively simple and inexpensive to manufacture.
It is to provide cells. Yet another object of the present invention is to provide a nonvolatile static RAM that draws little DC current from a high voltage source during programming.

本発明は、概述すれば、2つのメモリ状態の1
つとして2進データを記憶する揮発性半導体バイ
ステーブル・メモリ・セルと、該メモリ・セルか
ら2進データを呼出し及びそこに2進データを書
込むアドレス装置と、揮発性メモリ・セルの記憶
状態とは無関係にフローテイング・ゲートの2つ
の電荷レベルの1つとして2進データを記憶する
不揮発性メモリ素子と、から構成される不揮発性
半導体メモリ装置である。更に、本装置は、揮発
性メモリ・セルをフローテイング・ゲート・メモ
リ素子に容量的に結合し、所定のフローテイン
グ・ゲート・メモリ状態としてバイステーブル・
メモリ・セルのメモリ状態をフローテイング・ゲ
ート素子に写す装置と、フローテイング・ゲート
素子を揮発性半導体メモリ・セルに容量的に結合
して、揮発性メモリ・セルに電源が供給されたと
き、揮発性セルに不揮発性素子のフローテイン
グ・ゲートのメモリ状態を写す装置と、を含む。
バイステーブル・メモリ・セルのメモリ状態をフ
ローテイング・ゲート素子に写す装置とフローテ
イング・ゲート素子のメモリ状態をバイステーブ
ル・メモリ・セルに写す装置は、バイステーブ
ル・セルの最初のメモリ状態をフローテイング・
ゲート素子に写し、続いてフローテイング・ゲー
ト素子のメモリ状態を不揮発性セルに写すとき、
バイステーブル・セルが最初のメモリ状態に戻る
ように動作する。バイステーブル・揮発性メモ
リ・セルは、望ましくはスタテイツクMOSの4
又は6個のトランジスタから成る交差結合したフ
リツプ・フロツプ回路素子であり、本発明による
装置は、従来の方法によるRAMアレイのように
メモリ・アレイの中に構成される。また、不揮発
性メモリ・セルはダイナミツク・メモリ・セルに
より構成されうる。
Broadly speaking, the present invention provides one of two memory states.
a volatile semiconductor bistable memory cell for storing binary data as one memory cell; an addressing device for reading and writing binary data from the memory cell; and a storage state of the volatile memory cell. a nonvolatile semiconductor memory device that stores binary data as one of two charge levels on a floating gate, regardless of the charge level of the floating gate. Additionally, the apparatus capacitively couples the volatile memory cell to the floating gate memory element and bistablely couples the volatile memory cell to the floating gate memory element as a predetermined floating gate memory state.
an apparatus for copying a memory state of a memory cell to a floating gate element, and capacitively coupling the floating gate element to a volatile semiconductor memory cell, when the volatile memory cell is powered; and an apparatus for copying a memory state of a floating gate of a non-volatile element to a volatile cell.
An apparatus for copying the memory state of a bistable memory cell to a floating gate element and an apparatus for copying the memory state of a floating gate element to a bistable memory cell transfer the initial memory state of a bistable cell to a floating gate element. Teing・
When copying to a gate device and subsequently copying the memory state of the floating gate device to a non-volatile cell,
The bistable cell operates to return to its initial memory state. Bistable volatile memory cells are preferably static MOS transistors.
or a cross-coupled flip-flop circuit element consisting of six transistors, the device according to the invention is configured in a memory array like a RAM array in a conventional manner. Additionally, the non-volatile memory cells may be constructed from dynamic memory cells.

本発明を以下実施例に従つて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to Examples.

第1図乃至第5図に本発明による不揮発性スタ
テイツクRAMセルの実施例が示される。RAM
セル10は、揮発性スタテイツク・バイステーブ
ル・フリツプ・フロツプ・メモリ・セル12と不
揮発性の電気的に書き換え可能なフローテイン
グ・ゲート素子14とも含む。セル10はX−Y
アドレスRAMの一部を形成するので、揮発性メ
モリ・セル12は、他のメモリ構成として使用さ
れるけれども、以後スタテイツクRAMセルと称
する。
An embodiment of a non-volatile static RAM cell according to the present invention is shown in FIGS. 1-5. RAM
Cell 10 also includes a volatile static bistable flip-flop memory cell 12 and a non-volatile electrically programmable floating gate device 14. Cell 10 is X-Y
Because they form part of an address RAM, volatile memory cells 12 will be referred to hereinafter as static RAM cells, although they may be used in other memory configurations.

第1図は、ほぼ正確に比例した大きさのチツプ
回路の上面図であり、装置10の多結晶シリコン
電極構造を示す。装置10の回路は第5図に示さ
れるが、本発明を明瞭に記載するために第1図の
装置10の回路素子は第2−4図の形式よりも簡
略化して示している。第1図に示されるように、
セル10のレイアウト・デザインは、約82.5ミク
ロン×79ミクロン(5ミクロンの尺度で測定)
で、比較的コンパクトであり、切れ目のないセル
のランダム・アクセス・アレイの1ユニツトとし
て使用可能である。
FIG. 1 is a top view of a nearly scaled chip circuit illustrating the polycrystalline silicon electrode structure of device 10. FIG. The circuitry of device 10 is shown in FIG. 5, although the circuit elements of device 10 of FIG. 1 are shown in a more simplified form than in FIGS. 2-4 to clearly describe the invention. As shown in Figure 1,
Cell 10 layout design is approximately 82.5 microns x 79 microns (measured on a 5 micron scale)
It is relatively compact and can be used as a unit in a random access array of continuous cells.

第2図に於いて、シリコン・サブストレート1
1のn注入の領域は実線に斜線を引いて画定され
る。更に、装置10の重なつた構造の各多結晶層
を図示するため、次に配置される多結晶層は別の
線種で表示される。第1の多結晶層50のパター
ンは点を付けた実線で示され、第2の多結晶層5
2は×印を付けた実線で示され、第3の多結晶層
54は破線で示される。多結晶層54がnチヤン
ネル領域に接触する“埋め込まれた接点”領域は
細かい点線で示される。第1及び第2図で、金属
との接触領域は×印をつけた正方形で示される。
In Figure 2, silicon substrate 1
The region of 1 n implantation is defined by a solid line with diagonal lines. Additionally, to illustrate each polycrystalline layer of the stacked structure of device 10, the next polycrystalline layer is displayed with a different line type. The pattern of the first polycrystalline layer 50 is shown as a dotted solid line, and the pattern of the second polycrystalline layer 5
2 is shown as a solid line with an x, and the third polycrystalline layer 54 is shown as a dashed line. The "buried contact" region where polycrystalline layer 54 contacts the n-channel region is shown in fine dotted lines. In Figures 1 and 2, the area of contact with the metal is indicated by a square with an cross.

第5図に示されるスタテイツクRAMセル12
とそれが中に構成されるランダム・アクセス・ア
レイは一般には従来のデザインで成し得る。
RAMセル12は、線に×印をつけて示す各セル
に接続されるアレイ(第2図)に亘る電源及び信
号を伝送する金属線のストア・ライン100、
Vss電位ラインン102、Vcc電位ライン104、
Yデータ・ライン106、及び相補Yデータ・ラ
イン108により周知の方法に従つて適切にアド
レス指定をして電流状態を感知することによつ
て、読み出し及び書き込みがされる。実施例のセ
ル10においては、Vss電位は約0ボルト、Vcc
位は約5ボルト、サブストレート電位Vbbは約−
3ボルトである。
Static RAM cell 12 shown in FIG.
The random access array in which it is constructed may generally be of conventional design.
RAM cells 12 are connected to store lines 100 of metal wires that carry power and signals across the array (FIG. 2) connected to each cell, indicated by crossed lines;
V ss potential line 102, V cc potential line 104,
Y data line 106 and complementary Y data line 108 are read and written by appropriately addressing and sensing current conditions in accordance with well known methods. In the example cell 10, the Vss potential is about 0 volts, the Vcc potential is about 5 volts, and the substrate potential Vbb is about -
It is 3 volts.

スタテイツクRAMセル12は不揮発性フロー
テイング・ゲート14にダイナミツクあるいは容
量性不平衡で結合され、オペレータの指令時に、
揮発性スタテイツクRAMセル12の電流メモリ
内容を不揮発性素子に記憶する。容量性結合手段
は、また、不揮発性フローテイング・ゲート素子
14の内容を揮発性スタテイツクRAMセル素子
12に所望時に適切な回路素子の操作により読み
出される。スタテイツクRAMセル12及び不揮
発性素子14のメモリ内容は特定の転写指令時を
除き、相互に無関係である。特に、RAMセル1
0の電流メモリ内容は、セル・アドレス指定及び
書き込み装置によつてRAMセル12が書き込ま
れるときは常に、不揮発性メモリ素子14には記
憶されず、スタテイツクRAMセルのメモリ内容
が後述するように“ストア”指令時に容量性転写
回路の動作によつて不揮発性素子14に記憶され
るのみである。実際には、不揮発性メモリ素子1
4は装置10に対しプログラム可能な“シヤドウ
ROM”の如くである。
The static RAM cell 12 is dynamically or capacitively unbalanced coupled to a nonvolatile floating gate 14 and, upon operator command,
The current memory contents of volatile static RAM cell 12 are stored in non-volatile elements. The capacitive coupling means also allows the contents of the non-volatile floating gate device 14 to be read out to the volatile static RAM cell device 12 when desired by operation of appropriate circuit elements. The memory contents of the static RAM cell 12 and the non-volatile element 14 are independent of each other except at the time of a specific transfer command. In particular, RAM cell 1
The current memory contents of 0 are not stored in the non-volatile memory element 14 whenever the RAM cell 12 is written by the cell addressing and writing device, and the memory contents of the static RAM cell are " The data is only stored in the nonvolatile element 14 by the operation of the capacitive transfer circuit when a "store" command is issued. Actually, non-volatile memory element 1
4 is a programmable "shadow" for the device 10.
ROM”.

第5図に示されるように、装置10は周知の6
トランジスタ・スタテイツクRAMセル12と不
揮発性の電気的に書き換え可能なフローテイン
グ・ゲート・メモリ素子14とを含む。フローテ
イング・ゲート・メモリ素子14は同日出願の不
揮発性記憶方法及び装置(特開昭55−99780号)
に詳述されている。
As shown in FIG.
It includes a transistor static RAM cell 12 and a non-volatile electrically rewritable floating gate memory element 14. The floating gate memory device 14 is a non-volatile storage method and device (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-99780) filed on the same day.
detailed in.

本装置の不揮発性メモリ・セル構成要素の重要
な素子は、サブストレートに対して反対の導電型
から成り、フローテイング・ゲートに近接したサ
ブストレート表面のサブストレート内に配置され
た電気的に絶縁されたバイアス電極である。バイ
アス電極は酸化膜によつて夫々分離された消去/
記憶電極の一部分の下の領域に位置させることも
可能であり、そのような場合、フローテイング・
ゲートと消去/記憶電極の両方の下に配置され
る。バイアス電極はサブストレートと反対の導電
型から成るので、それは逆バイアス電位の下での
pn接合及び本装置に供給されるべきバイアス電
極を絶縁する手段によつてサブストレートと電気
的に分離される。バイアス電極の主な機能は、フ
ローテイング・ゲートに電荷を注入し(即ち、書
き込みサイクル)、及び電荷を排出する(即ち、
消去サイクル)間、フローテイング・ゲートに容
量的作用によつて適正なバイアスを与えることで
ある。
The critical elements of the non-volatile memory cell components of the device are of opposite conductivity type to the substrate and are electrically isolated located within the substrate at the surface of the substrate in close proximity to the floating gate. bias electrode. The bias electrodes are separated by an oxide film.
It is also possible to place it in the area under a portion of the storage electrode, in which case floating
Located under both the gate and erase/storage electrodes. Since the bias electrode is of the opposite conductivity type as the substrate, it is
It is electrically isolated from the substrate by means of insulating the pn junction and the bias electrodes to be supplied to the device. The main functions of the bias electrode are to inject charge into the floating gate (i.e. write cycle) and to drain charge (i.e.
During the erase cycle, the floating gate is capacitively biased properly.

バイアス電極電位は、トランジスタがターン・
オンしたときバイアス電極を所定の基準電圧源に
接続するサブストレート内のトランジスタのよう
なスイツチング素子又は装置によつて制御され
る。スイツチング素子(例えばスイツチング・ト
ランジスタ)がオフのときバイアス電極はフロー
テイング・ゲートの下にあるプログラム電極に対
して充分正にされ、電荷がプログラム電極からフ
ローテイング・ゲートに通り、次に比較的大きく
負にすることにより順にフローテイング・ゲート
電位を変更する。電荷の注入によるこのフローテ
イング・ゲート電位の負への変更は、MOSトラ
ンジスタのような適当な感知手段によつて感知さ
れる。同様に、少なくとも部分的にフローテイン
グ・ゲートと重なり合うがそれと絶縁されている
消去/記憶電極は所定の正電位にされ電荷がフロ
ーテイング・ゲートから消去/記憶電極に通る。
この態様でフローテイング・ゲートは比較的高い
正電位にされ、それは感知トランジスタのような
適当な手段によつて感知される。
The bias electrode potential is set when the transistor turns
It is controlled by a switching element or device such as a transistor in the substrate that connects the bias electrode to a predetermined reference voltage source when turned on. When a switching element (e.g., a switching transistor) is off, the bias electrode is made sufficiently positive with respect to the program electrode below the floating gate, so that charge passes from the program electrode to the floating gate, and then a relatively large The floating gate potential is changed in turn by making it negative. This negative change in floating gate potential due to charge injection is sensed by suitable sensing means such as a MOS transistor. Similarly, the erase/storage electrode, which at least partially overlaps but is insulated from the floating gate, is brought to a predetermined positive potential so that charge passes from the floating gate to the erase/storage electrode.
In this manner the floating gate is brought to a relatively high positive potential, which is sensed by suitable means such as a sense transistor.

メモリ装置の自動的自己調節補償回路が、フロ
ーテイング・ゲートとバイアス電極とサブストレ
ートとの一致する下の領域に形成され、電荷がプ
ログラム・ゲートからフローテイング・ゲートに
流れているときの書き込み動作中、フローテイン
グ・ゲートへの電流パルスを整形する。この回路
はプログラム・ゲートの凹凸とフローテイング・
ゲートとの間のトンネル酸化膜にかかるストレス
を最小限に抑える。しかし、多くの動作サイクル
後には酸化膜にトラツプされた電荷のため、より
高いストレスがフローテイング・ゲートに書き込
むために必要となる。この回路は、必要となつた
とき付加的ストレスを供給することによつて自動
的にこの状態を調節する。フローテイング・ゲー
トに対する最小ストレスの供給、電流パルス整
形、及び特別のストレスの供給の組合せによつ
て、本発明による装置の有効サイクル数の延長の
主要素であるトラツプされた電荷を補償する。更
に、バイアス電極の半導体電気特性及びサブスト
レート半導体の表面への配置を利用することによ
つて、この回路は非常に小さくすることができ
る。この点で、電気的に絶縁状態にあるときは、
バイアス電極は、消去/記憶電極の大部分の電位
をフローテイング・ゲートに該フローテイング・
ゲートの関数として容量的に結合する可変容量性
結合装置として作用する。これに関連して、消
去/記憶電極電位のフローテイング・ゲートへの
容量性結合は、フローテイング・ゲートとプログ
ラム電極との間の電位を充分上昇させプログラム
電極から電荷をフローテイング・ゲートに移すの
に利用される。しかし、容量性結合装置のキヤパ
シタンスは、フローテイング・ゲートに結合され
る消去/記憶電極電位の一部がフローテイング・
ゲートの電位が減少すると共に減少し、言い換え
ればバイアス電極とフローテイング・ゲートとの
電位差が上昇すると共に減少するように、変化す
る。従つて、プログラム電極からフローテイン
グ・ゲートへの電荷の移動は容量性結合を減少さ
せ、延いてはフローテイング・ゲートへの電荷の
移動を減少させる。
An automatic self-adjusting compensation circuit of the memory device is formed in the region under the matching of the floating gate, the bias electrode, and the substrate, and the write operation when charge is flowing from the program gate to the floating gate. During the process, the current pulse to the floating gate is shaped. This circuit is characterized by unevenness of the program gate and floating
Minimize stress on the tunnel oxide film between the gate and the gate. However, after many operating cycles, higher stress is required to write to the floating gate due to the charge trapped in the oxide. This circuit automatically adjusts this condition by providing additional stress when needed. The combination of providing minimal stress to the floating gate, current pulse shaping, and providing extra stress compensates for the trapped charge, which is a key factor in extending the effective cycle number of the device according to the invention. Furthermore, by taking advantage of the semiconductor electrical properties of the bias electrode and its placement on the surface of the substrate semiconductor, this circuit can be made very small. In this respect, when electrically isolated,
The bias electrode transfers the potential of most of the erase/storage electrode to the floating gate.
It acts as a variable capacitive coupling device that couples capacitively as a function of the gate. In this regard, capacitive coupling of the erase/storage electrode potential to the floating gate increases the potential between the floating gate and the program electrode sufficiently to transfer charge from the program electrode to the floating gate. used for. However, the capacitance of a capacitive coupling device is such that a portion of the erase/storage electrode potential coupled to the floating gate is floating.
It changes so that it decreases as the potential of the gate decreases, in other words, it decreases as the potential difference between the bias electrode and the floating gate increases. Therefore, charge transfer from the program electrode to the floating gate reduces capacitive coupling, which in turn reduces charge transfer to the floating gate.

図示されたように、装置10のセル構造は単結
晶p型シリコン・ウエハ・サブストレート11上
に構成され、該サブストレートは1立方センチメ
ートル当り約1×1014〜1×1016原子の範囲でド
ーピングされたアクセプタを有する。電気的に絶
縁されたポリシリコン・フローテイング・ゲート
2はサブストレートに近接して設けられ、サブス
トレート11内のバイアス電極7に容量的に結合
される。バイアス電極7はサブストレート11と
反対の導通型でサブストレート11内に形成さ
れ、実施例では約1×1017原子/cm3の範囲のドナ
ー不純物濃度を有する。バイアス電極7は、拡散
又はイオン注入のような従来の技術で形成可能で
あり、図示実施例では約1ミクロンの厚さでcm2
たり1×1012から1×1015の注入濃度で形成され
る。
As shown, the cell structure of device 10 is constructed on a monocrystalline p-type silicon wafer substrate 11, which substrate is doped in the range of approximately 1 x 10 14 to 1 x 10 16 atoms per cubic centimeter. has an acceptor. An electrically insulated polysilicon floating gate 2 is provided in close proximity to the substrate and is capacitively coupled to a bias electrode 7 in the substrate 11. Bias electrode 7 is formed in substrate 11 of the conductivity type opposite to that of substrate 11 and has a donor impurity concentration in the range of about 1×10 17 atoms/cm 3 in the exemplary embodiment. The bias electrode 7 can be formed by conventional techniques such as diffusion or ion implantation, and in the illustrated embodiment is formed with a thickness of approximately 1 micron and an implant concentration of 1×10 12 to 1×10 15 per cm 2 . Ru.

デプレシヨン領域に関する電極の可変キヤパシ
タンスは、電極とサブストレートの電位差の関数
として表わされ(1970年、Bell Systems
Technical Journal、49、587−593p、Boyle &
Smithの“Charge Coupled Semicon−ductor
Devices”)、図示実施例においては、バイアス電
極7についてのフローテイング・ゲート2の可変
キヤパシタンスCC2は次のように表わされる。
The variable capacitance of an electrode with respect to the depletion region is expressed as a function of the potential difference between the electrode and the substrate (1970, Bell Systems
Technical Journal, 49, 587−593p, Boyle &
Smith’s “Charge Coupled Semicon-ductor”
In the illustrated embodiment, the variable capacitance CC2 of the floating gate 2 with respect to the bias electrode 7 is expressed as follows.

ここでCOはフローテイング・ゲート2の近接
表面によつて形成されるコンデンサのcm2当りの最
大キヤパシタンスで次のように表わされ、 CO=ε/X またB=qKSNX/Kdである。
where C O is the maximum capacitance per cm 2 of the capacitor formed by the adjacent surface of floating gate 2, and is expressed as: C O = ε/X and B = qK S NX/Kd It is.

ここで、εは、フローテイング・ゲート2とバ
イアス電極7との間の二酸化シリコン領域5の誘
電率である。
Here, ε is the dielectric constant of the silicon dioxide region 5 between the floating gate 2 and the bias electrode 7.

Xはフローテイング・ゲート2とバイアス電極
7との間の誘電体領域の厚さである。
X is the thickness of the dielectric region between floating gate 2 and bias electrode 7.

qは電荷、 KSはシリコン比誘電率、Kdバイアス電極7と
フローテイング・ゲート2とを分離する領域5の
比誘電率、 Nはバイアス電極7のドーピング濃度であり、
ΔVはバイアス電極7の電位VN+からフローテイ
ング・ゲート2の電位VFGを差し引いた値で若干
零より大きく、 VFBはフラツト・バンド電圧である。
q is the electric charge, K is the relative permittivity of silicon, K is the relative permittivity of the region 5 separating the bias electrode 7 and the floating gate 2, N is the doping concentration of the bias electrode 7,
ΔV is the value obtained by subtracting the potential V FG of the floating gate 2 from the potential V N+ of the bias electrode 7, and is slightly larger than zero, and V FB is the flat band voltage.

従つて、CC2は、非常に高いドーピング濃度
NでほぼCO(一定)に等しく、非常に低いドーピ
ング濃度Nでほとんど零となる(他のパラメータ
を一定として)。キヤパシタンスCO2は、このよ
うにフローテイング・ゲート2が電子を受け負に
なるに従つて小さくなる。しかし、ΔVが零より
も小さいときは、キヤパシタンスCC2は比較的
一定の最大値COとなる。
Therefore, CC2 is approximately equal to C O (constant) at very high doping concentrations N, and is almost zero at very low doping concentrations N (assuming other parameters are constant). The capacitance CO2 thus becomes smaller as the floating gate 2 becomes more negative in receiving electrons. However, when ΔV is less than zero, capacitance CC2 has a relatively constant maximum value C O.

可変キヤパシタンスCC2はフローテイング・
ゲート2をバイアス電極7への結合電圧を制御
し、従つてプログラム電極とフローテイング・ゲ
ート間の電位差がトンネル電流を駆動し、バイア
ス電極のドーピング濃度の制御によつて有効に制
御される。
Variable capacitance CC2 is floating
The voltage coupling the gate 2 to the bias electrode 7 is controlled so that the potential difference between the program electrode and the floating gate drives the tunneling current, which is effectively controlled by controlling the doping concentration of the bias electrode.

図示のRAMセル12は2つの交差結合される
スタテイツク・インバータ回路を含み、結合して
スタテイツクな6トランジスタ・フリツプ・フロ
ツプ・メモリ素子を形成する従来のMOS RAM
デザインから成る。この点に関し、RAMメモリ
素子12は、夫々がデプレシヨン・プルアツプ・
トランジスタ31,32にデータ・ノード29,
30を介して接続される交差結合されたフリツ
プ・フロツプ・トランジスタ27,28から成
る。フリツプ・フロツプ・トランジスタ27,2
8はグランド端子24に接続され、デプレシヨ
ン・プルアツプ・トランジスタ31,32は
RAM 電源端子Vccに接続される。アレイ
(“行”又は“ワード”)“X”セレクト・トランジ
スタ33,34は、同様に、装置10がその一部
を形成するメモリ・アレイ全体でアレイ選択のた
めデータ・ノード29,30に接続される。セ
ル・アレイにおけるセル12の選択は、Vcc電位
をXアドレス・トランジスタ33,34の1つの
ゲートと、Y(“列”)アドレス・ラインの1つに
加えることにより達成され、Yアドレス・ライン
は、相補データ出力ノード35,36に接続さ
れ、それによつてXアドレス・トランジスタをタ
ーン・オンし、アドレス指定されたセル12のフ
リツプ・フロツプ・ノードを“ビツト”ラインで
あるメモリ・アレイのY及びに接続する。
The illustrated RAM cell 12 includes two cross-coupled static inverter circuits that combine to form a static 6-transistor flip-flop memory element in conventional MOS RAM.
Consists of design. In this regard, the RAM memory elements 12 each have a depletion pull-up
data node 29 to transistors 31 and 32;
It consists of cross-coupled flip-flop transistors 27, 28 connected via 30. Flip-flop transistor 27,2
8 is connected to the ground terminal 24, and depletion pull-up transistors 31 and 32 are connected to the ground terminal 24.
RAM Connected to power supply terminal Vcc . Array ("row" or "word") "X" select transistors 33, 34 are similarly connected to data nodes 29, 30 for array selection throughout the memory array of which device 10 forms a part. be done. Selection of cell 12 in the cell array is accomplished by applying a Vcc potential to the gate of one of the X address transistors 33, 34 and one of the Y ("column") address lines; are connected to complementary data output nodes 35, 36, thereby turning on the Connect to and.

アドレス指定されたセル12の読み出しは、両
方の“ビツト”ラインを高抵抗を介して電位Vcc
に保持することによつて行なわれる。フリツプ・
フロツプの状態(トランジスタ27又は28の1
つがオンで他がオフ)によつて、電流は“ビツ
ト”ラインのどちらかに流れて、読み出しが微分
電流を感知することにより達成される。セル12
への書き込みは、電位Vccに1つの“ビツト”ラ
インを保持し、他の“ビツト”ラインをサブスト
レート電位Vssにして、読み出しと同様セル12
にアドレスすることにより周知の方法で行なわれ
る。
Reading the addressed cell 12 is done by pulling both “bit” lines through a high resistance to the potential V cc
This is done by holding the flip-flop
The state of the flop (1 of transistors 27 or 28)
(one on and the other off), current flows in either of the "bit" lines and reading is accomplished by sensing the differential current. cell 12
Writing to cell 12 is carried out in the same way as reading by holding one "bit" line at potential V cc and bringing the other "bit" lines to substrate potential V ss .
This is done in a known manner by addressing the .

セル12は、このようにYノード35及びノ
ード36に現われるデータ及び相補データと“ワ
ード”“X”トランジスタ33,34を介してア
クセスされる。従来のRAMリード/ライト動作
はデータ・ノード35及び36を介して行なわれ
る。交差結合されたスタテイツク・フリツプ・フ
ロツプは、電源Vccが連続してセル12の端子2
6に加えられる限り、ノード29及び30に現わ
れる相補状態を有するトランジスタ27,28,
31,32によつて形成される。
Cell 12 is thus accessed via "word""X" transistors 33, 34 with data and complementary data appearing at Y node 35 and node 36. Conventional RAM read/write operations are performed via data nodes 35 and 36. A cross-coupled static flip-flop is connected to terminal 2 of cell 12 when the power supply V cc is connected continuously to terminal 2 of cell 12.
6, transistors 27, 28, with complementary states appearing at nodes 29 and 30
31 and 32.

スタテイツクRAMセル12の構造は、周知の
半導体プロセス及び写真平版法により実現可能で
ある。1つのスタテイツクRAMデザインが図示
実施例に示されているが、他の適当なデザインも
利用可能である。例えば、実施例のセル10にお
いて、トランジスタ31及び32はデプレシヨ
ン・デバイスで示されているが、他の実施例では
これらのトランジスタは適切な抵抗と置き換える
ことができる。
The structure of the static RAM cell 12 can be realized using well-known semiconductor processes and photolithography. Although one static RAM design is shown in the illustrated embodiment, other suitable designs may be used. For example, although transistors 31 and 32 are shown as depletion devices in example cell 10, in other embodiments these transistors may be replaced with suitable resistors.

図示の如く、RAMセルは不揮発性メモリ素子
14でインターフエースされる。図示不揮発性セ
ル素子14は、フローテイング・ゲート及び該フ
ローテイング・ゲートに電子を移す手段と該フロ
ーテイング・ゲートから電子を取り去る手段を含
む。セル素子14は、更に、不揮発性素子14に
おける有効なライト・サイクルの回数を増す自動
自己調節回路を有する。動作上、電子をフローテ
イング・ゲートに移してフローテイング・ゲート
を比較的負電位のメモリ状態にすること、及び電
子をフローテイング・ゲートから除去して比較的
正電位のメモリ状態にすること、は不揮発性記憶
デバイス14にメモリ記憶をする基本である。フ
ローテイング・ゲートへの電荷の移動及びそれか
らの電荷の除去は、電子トンネル効果によつて行
なわれ、それはプログラム高電圧源からDC電流
をほとんど引き出さない。高電圧源からの小電流
の必要性がこの電圧の発生を“オン・チツプ”で
可能とし、これは明らかに従来技術からの進歩で
ある。トンネル電流は、不揮発性素子に存在する
とがつた島状の凹凸によつて助長され、比較的厚
い酸化膜がセルのトンネル部材間を分離はするが
適当な電圧でフローテイング・ゲートに対するト
ンネル電流を充分流すことに利用される。凹凸で
あることの他の特性は、トンネル電流を単一方向
に主に流す傾向にあることであり、反転された電
界に対して対称な電流特性を示さない。これによ
つて、不揮発性素子14はリード動作あるいは近
接のセル動作のための電荷の早すぎるそして不所
望な放電によるメモリ状態の欠除を比較的防止す
ることができる。図示の不揮発性メモリ素子の動
作はサブストレート(サブストレート内の現象に
より大きく制御されるスタテイツクRAMセルを
含む)の上に配置されるポリシリコン素子間のト
ンネル特性によつて制御されるので、スタテイツ
クRAM及び不揮発性素子は独立して最適化が可
能である。故に、このスタテイツクRAMセルと
不揮発性素子の組合せが他の多くの技術に容易に
利用可能である。
As shown, the RAM cells are interfaced with non-volatile memory elements 14. The illustrated nonvolatile cell device 14 includes a floating gate and means for transferring electrons to and removing electrons from the floating gate. Cell device 14 further includes an automatic self-regulating circuit that increases the number of valid write cycles in non-volatile device 14. operatively, transferring electrons to the floating gate to place the floating gate in a relatively negative potential memory state; and removing electrons from the floating gate to place the floating gate in a relatively positive potential memory state; is the basis for memory storage in the non-volatile storage device 14. Charge transfer to and removal from the floating gate is accomplished by electron tunneling, which draws little DC current from the programmed high voltage source. The need for a small current from a high voltage source allows generation of this voltage "on-chip", which is clearly an advance over the prior art. Tunneling current is facilitated by the rugged islands present in the non-volatile element, and although a relatively thick oxide film separates the tunnel members of the cell, it is possible to reduce the tunneling current to the floating gate at an appropriate voltage. It is used for sufficient flow. Another characteristic of ruggedness is that it tends to cause tunneling current to flow predominantly in a single direction, and does not exhibit symmetrical current characteristics for reversed electric fields. This allows non-volatile device 14 to be relatively immune to loss of memory state due to premature and undesired discharge of charge due to read operations or adjacent cell operations. The operation of the illustrated nonvolatile memory device is controlled by the tunneling properties between polysilicon devices disposed on the substrate (including static RAM cells, which are largely controlled by phenomena within the substrate); RAM and non-volatile elements can be optimized independently. Therefore, this combination of static RAM cells and non-volatile elements can be easily applied to many other technologies.

容量性結合を行う場合、RAMセル12のノー
ド29はキヤパシタンスC1を有する容量回路素
子23及びトランジスタ8を介して不揮発性素子
14に容量的に結合される。コンプリメント・デ
ータ・ノード30は、同様に、トランジスタ20
及びキヤパシタンスC2を有する容量回路素子1
7によつて不揮発性素子14に容量的に結合され
る。他の各種の回路結合素子が以後詳述される
が、重要なことはスタテイツクRAMセル12は
不揮発性素子14に容量的に結合されるのみであ
ることである。DCオフセツト電流負荷はフリツ
プ・フロツプ・データ・ノード29又は30に不
揮発性素子14とのインターフエースによつては
加えられないので、スタテイツクRAMセル12
は定常状態ではほぼバランスがとれる。これは従
来技術を超えた重要な改良であつて、改良された
動作マージンを導びく。装置10の電極及びフロ
ーテイング・ゲートの構造が第1図に示され、第
2図には、RAMセル12及び不揮発性素子14
の構造概要図が示され、また、相対サイズの各ト
ランジスタ及び容量性素子と共に、スタテイツク
RAMセル12の各構成要素及び装置10の電気
的書き換え可能な不揮発性構成要素が示される。
第3図及び第4図は、第2図から取つた断面図を
示し、周知のプロセス及びアレイ・デザインに従
い、装置を完成するために利用される付加電極及
び金属化層による一般に“ソース・ドレイン・ド
ーピング”と呼ばれる組立てにおけるプロセスが
理解される。不揮発性素子14の構造及び動作
は、同日出願の前述した特許出願に示され、スタ
テイツクRAMセル12へのインターフエースを
形成するいくつかの付加素子が開示される。好適
実施例10の不揮発性セル14は、各種のサブス
トレート素子及び分離絶縁材と連系するポリシリ
コンから成る3つの層50,52,54を利用す
る。不揮発性セル14を含む図示装置10はnチ
ヤンネルMOSに組み込まれるが、他の組み込み
及びデザインを利用することもできる。
When performing capacitive coupling, the node 29 of the RAM cell 12 is capacitively coupled to the nonvolatile element 14 via the capacitive circuit element 23 having a capacitance C1 and the transistor 8. Complement data node 30 similarly connects transistor 20
and a capacitive circuit element 1 having a capacitance C2.
7 capacitively coupled to non-volatile element 14 . Although various other circuit coupling elements will be described in detail below, it is important to note that static RAM cell 12 is only capacitively coupled to non-volatile element 14. Since no DC offset current load is applied to flip-flop data nodes 29 or 30 by interfacing with non-volatile device 14, static RAM cell 12
is almost balanced in steady state. This is a significant improvement over the prior art and leads to improved operating margins. The electrode and floating gate structure of device 10 is shown in FIG. 1, and FIG. 2 shows RAM cell 12 and non-volatile element 14.
A schematic structural diagram of the static system is shown, along with the relative size of each transistor and capacitive element.
Each component of RAM cell 12 and electrically rewritable non-volatile components of device 10 are shown.
FIGS. 3 and 4 show cross-sectional views taken from FIG. 2 and show generally "source-drain" connections with additional electrodes and metallization layers utilized to complete the device, in accordance with well-known processes and array designs. - A process in assembly called "doping" will be understood. The structure and operation of non-volatile device 14 is shown in the aforementioned patent application filed on the same date, and several additional devices forming an interface to static RAM cell 12 are disclosed. The non-volatile cell 14 of the preferred embodiment 10 utilizes three layers 50, 52, 54 of polysilicon in communication with various substrate elements and isolation dielectrics. Although the illustrated device 10 including non-volatile cells 14 is implemented in an n-channel MOS, other implementations and designs may be utilized.

図示不揮発性素子構造(第2−4図)は、p形
シリコンサブストレート11に組立てられ、更
に、サブストレート11と反対の導電型のバイア
ス電極を含む。バイアス電極は拡散又はイオン注
入のような周知の技術によつて導入される。周知
の技術で約12000オングストロームの厚さに成長
させ得るサーマル酸化膜4はセル絶縁の目的で提
供される。次にフローテイング・ゲート及び不揮
発素子電極内でエツチングされ、再び酸化されて
薄い酸化膜5,6を供給して、3つの順次配置さ
れ、パターン化(周知の写真平版法)され、エツ
チング及び酸化されるポリシリコン層であつてプ
ログラム電極1、フローテイング・ゲート2、消
去/記憶電極3及び他の回路素子と接続リードを
形成するポリシリコン層からサブストレートを絶
縁する。サブストレートをポリシリコン層から分
離するサーマル酸化膜5,6は約1000オングスト
ロームの厚さに成長させられる。サブストレー
ト・ドーピングの値及び結合コンデンサ8等の各
種トランジスタの制御ゲート下の酸化膜の厚さは
周知のデザイン技術に従つて所望のスレツシヨー
ルド電圧を与えるように選ばれ、また、トランジ
スタ8等のトランジスタのゲートはセル・デザイ
ンに調和しながらポリシリコン層から形成され
る。
The illustrated non-volatile device structure (FIGS. 2-4) is assembled on a p-type silicon substrate 11 and further includes a bias electrode of the opposite conductivity type as the substrate 11. Bias electrodes are introduced by well known techniques such as diffusion or ion implantation. A thermal oxide layer 4, which can be grown using known techniques to a thickness of about 12,000 angstroms, is provided for cell isolation purposes. The floating gate and non-volatile element electrodes are then etched and oxidized again to provide a thin oxide film 5, 6, which is then patterned (well known photolithography), etched and oxidized. The substrate is insulated from the polysilicon layer which is used to form program electrodes 1, floating gates 2, erase/storage electrodes 3 and other circuit elements and connecting leads. Thermal oxide layers 5, 6 separating the substrate from the polysilicon layer are grown to a thickness of about 1000 angstroms. The value of the substrate doping and the thickness of the oxide under the control gate of the various transistors, such as coupling capacitor 8, are selected to provide the desired threshold voltage according to well-known design techniques, and the The gate is formed from a polysilicon layer to match the cell design.

第1ポリシリコン層は約1000℃で酸化され、第
3及び4図に鋸歯状に示されるように、これらの
ポリシリコン層の表面上に凹凸56を設けるため
に第2のポリシリコン層が同様の処理で成され
る。このような状態で形成されるでこぼこはcm2
り約5×109の面積密度を有し、平均基部幅が456
オングストロームで平均高が762オングストロー
ムである。この凹凸は、比較的低電圧がオーバー
ラツプした又は近接したポリシリコン層間に印加
されたとき非常に高い電界を発生する。この凹凸
が負にバイアスされると、比較的低い電圧(例え
ば25ボルト又はそれ以下)が印加されても、比較
的厚い酸化膜42,43、(厚さ800−1000オング
ストローム)に電子を注入するに充分な電界とな
る。ポリシリコン層の1つの隣接した表面のみが
凹凸を有するとき、ダイオードのような効果が与
えられる。それは、凹凸が相対的に正にバイアス
されるとき電子のトンネルするのが平らな表面か
らは増強されないからである。凹凸は、種々の状
態で発生可能であり上述したものに限定されるも
のではない。図示の如く、装置10の電極及びフ
ローテイング・ゲートを形成するポリシリコン各
層50,52,54は相互にシリコン酸化絶縁材
により絶縁される。第2,3及び4図に示される
ように、フローテイング・ゲート2及びプログラ
ム電極1間のオーバーラツプ領域18,43は、
充分な正電圧がフローテイング・ゲートに与えら
れるとき、プログラム電極からフローテイング・
ゲートに分離酸化膜を通過して電子が通る領域で
ある。消去/記憶ゲート3及びフローテイング・
ゲート2間のオーバーラツプ領域は、充分な正電
圧かゲート3に与えられるとき、フローテイン
グ・ゲートから分離酸化膜を通過して電子が通る
領域である。ゲート3は領域7にオーバーラツプ
して、オーバーラツプ面積及び絶縁材6の厚さ、
バイアス電極7に対する消去/記憶ゲート3の電
位差、及びバイアス電極7のドーピング濃度によ
つて決定されるキヤパシタンスCC3を有する結
合コンデンサ21を形成する。フローテイング・
ゲート2は、また、バイアス電極7とオーバーラ
ツプし、オーバーラツプ面積、絶縁材5の厚さ、
バイアス電極7に対するフローテイング・ゲート
2の電圧、及びドーピング濃度Nによつて決定さ
れるキヤパシタンスCC2を有する結合コンデン
サ22を形成する。領域9は、各トランジスタの
ソース・ドレイン領域を形成する処理段階中に通
常形成される、標準的な、多量にドープされた領
域である。キヤパシタンスCEを有する容量素子
25、キヤパシタンスCsubを有する容量素子1
9、及びキヤパシタンスCpを有する容量素子1
8は、図面に明確に示され、装置10の構造素子
の各種特性から理解される。この関連において、
総合キヤパシタンスC1のスプリツト・コンデン
サ23は第1ポリシリコン層と第3ポリシリコン
層との間に形成される。このコンデンサにトラン
ジスタ8のゲートのキヤパシタンスを加えたもの
が、トランジスタ20が不導通状態で与えられる
パワー・アツプ・サイクル(電位Vccが与えられ
ることを含む)中、ノード29をRAMセル12
のノード30よりもゆつくり立上らせる。キヤパ
シタンスC2を有するコンデンサ17は第1ポリ
シリコン層とサブストレート領域との間に形成さ
れる。キヤパシタンスC2とトランジスタ20の
ゲート・キヤパシタンスは、キヤパシタンスC1
とトランジスタ8のゲート・キヤパシタンスとの
総合キヤパシタンスよりも大きく設定され、パワ
ー・アツプ中ノード30をノード29よりもゆつ
くり立上らせる。キヤパシタンスCpを有するコ
ンデンサ18は、トランジスタ20のポリシリコ
ン・フローテイング・ゲートと第1ポリシリコン
層50との間に形成される。このコンデンサは第
1ポリシリコン層50のプログラム電極1からフ
ローテイング・ゲート2へ電子をトンネルする構
造を提供する。トンネルは、充分大きな電界が
“プログラム”中にコンデンサ18に掛るとき生
じる。キヤパシタンスCEを有する消去コンデン
サ25は第3ポリシリコン層54の消去/記憶電
極3とフローテイング・ゲート2との間に形成さ
れる。このコンデンサ25はフローテイング・ゲ
ート2から消去/記憶電極3(“消去”)へ電子を
トンネルさせる構造を供給する。トンネルは充分
大きな電界がコンデンサ25に加えられたとき生
じる。コンデンサ25はプログラム中フローテイ
ング・ゲートにある電位を結合する。キヤパシタ
ンスCC3を有するコンデンサ21は、消去/記
憶電極3とサブストレートにn注入されたバイア
ス電極7との間に形成される。このコンデンサ
は、トランジスタ8がオフのときコンデンサ22
を介してフローテイング・ゲート2に電位結合を
供給する。キヤパシタンスCC2を有するコンデ
ンサ22はフローテイング・ゲート2とバイアス
電極7のn注入されたサブストレート領域との間
に形成される。トランジスタ8が不導通状態にあ
るとき、電位は消去/記憶電極3からバイアス電
極7へ結合され(コンデンサ21を介して)、次
にバイアス電極7からフローテイング・ゲート2
へ結合される(コンデンサ22)。トランジスタ
8が導通状態のときもし電圧が電極3に加えられ
ると、バイアス電極7はグランド電位に保持さ
れ、コンデンサ22はフローテイング・ゲートを
低い電位に保持して大きな電界がコンデンサ25
にかかることを可能にする。キヤパシタンス
Csubを有するコンデンサ19は、プログラム中
コンデンサ22及び21を消去/記憶電極3から
デカツプリングする不所望な寄生p−n接合コン
デンサである。このコンデンサは最小限に抑えら
れるべきである。図示の如く、トランジスタ8は
RAMセルのメモリ状態を写すため、RAMセル
12の状態を感知し、そのメモリ状態に従つて不
揮発性素子14に“プログラム”又は“消去”を
指示するトランジスタである。トランジスタ20
は、不揮発性素子14の状態をRAMセル12に
伝達するトランジスタである。これらのキヤパシ
タンス及びコンデンサ21,22,17、トラン
ジスタ8,20についてセル動作の記載に基いて
詳述する。
The first polysilicon layer is oxidized at about 1000° C. and the second polysilicon layer is similarly oxidized to provide irregularities 56 on the surface of these polysilicon layers, as shown by the serrations in FIGS. This is done through the process of The bumps formed under these conditions have an areal density of approximately 5 × 10 9 per cm 2 and an average base width of 456
angstrom, with an average height of 762 angstroms. This irregularity generates very high electric fields when relatively low voltages are applied between overlapping or adjacent polysilicon layers. When this asperity is negatively biased, it injects electrons into the relatively thick oxide films 42, 43 (800-1000 angstroms thick) even when relatively low voltages (e.g., 25 volts or less) are applied. This creates a sufficient electric field. When only one adjacent surface of the polysilicon layer has irregularities, a diode-like effect is provided. This is because electron tunneling is not enhanced from a flat surface when the asperities are relatively positively biased. The unevenness can occur in various states and is not limited to those described above. As shown, the polysilicon layers 50, 52, and 54 forming the electrodes and floating gate of device 10 are insulated from each other by a silicon oxide insulator. As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the overlap region 18, 43 between the floating gate 2 and the program electrode 1 is
When a sufficient positive voltage is applied to the floating gate, the floating gate is removed from the program electrode.
This is the region where electrons pass through the isolation oxide film to the gate. Erase/memory gate 3 and floating
The overlap region between gates 2 is the region where electrons will pass from the floating gate through the isolation oxide when a sufficient positive voltage is applied to gate 3. The gate 3 overlaps the region 7, and the overlap area and the thickness of the insulating material 6,
A coupling capacitor 21 is formed with a capacitance CC3 determined by the potential difference of the erase/storage gate 3 with respect to the bias electrode 7 and the doping concentration of the bias electrode 7. Floating
The gate 2 also overlaps the bias electrode 7, and the overlap area, the thickness of the insulating material 5,
A coupling capacitor 22 is formed with a capacitance CC2 determined by the voltage of the floating gate 2 with respect to the bias electrode 7 and the doping concentration N. Region 9 is a standard heavily doped region that is typically formed during the processing steps that form the source and drain regions of each transistor. Capacitive element 25 having capacitance CE, capacitive element 1 having capacitance Csub
9, and a capacitive element 1 having a capacitance Cp.
8 is clearly shown in the drawing and can be understood from the various characteristics of the structural elements of the device 10. In this connection,
A split capacitor 23 of total capacitance C1 is formed between the first and third polysilicon layers. This capacitor plus the capacitance of the gate of transistor 8 connects node 29 to RAM cell 12 during a power-up cycle (including application of potential V cc ) when transistor 20 is non-conducting.
The node 30 is started up more slowly than the node 30 of A capacitor 17 having a capacitance C2 is formed between the first polysilicon layer and the substrate region. The capacitance C2 and the gate capacitance of transistor 20 are equal to the capacitance C1
and the gate capacitance of transistor 8, causing node 30 to rise more slowly than node 29 during power-up. A capacitor 18 having a capacitance Cp is formed between the polysilicon floating gate of transistor 20 and the first polysilicon layer 50. This capacitor provides a structure for tunneling electrons from the program electrode 1 of the first polysilicon layer 50 to the floating gate 2. Tunneling occurs when a sufficiently large electric field is applied to capacitor 18 during "programming". An erase capacitor 25 having a capacitance CE is formed between the erase/storage electrode 3 and the floating gate 2 in the third polysilicon layer 54 . This capacitor 25 provides a structure for tunneling electrons from the floating gate 2 to the erase/storage electrode 3 ("erase"). Tunneling occurs when a sufficiently large electric field is applied to capacitor 25. Capacitor 25 couples the potential at the floating gate during programming. A capacitor 21 with a capacitance CC3 is formed between the erase/storage electrode 3 and the substrate n-implanted bias electrode 7. This capacitor is connected to capacitor 22 when transistor 8 is off.
provides a potential coupling to the floating gate 2 via. A capacitor 22 with a capacitance CC2 is formed between the floating gate 2 and the n-implanted substrate region of the bias electrode 7. When transistor 8 is non-conducting, a potential is coupled from erase/storage electrode 3 to bias electrode 7 (via capacitor 21) and then from bias electrode 7 to floating gate 2.
(capacitor 22). If a voltage is applied to electrode 3 when transistor 8 is conducting, bias electrode 7 is held at ground potential and capacitor 22 holds the floating gate at a low potential such that a large electric field is applied to capacitor 25.
It allows you to take. capacitance
Capacitor 19 with Csub is an undesirable parasitic p-n junction capacitor that decouples capacitors 22 and 21 from erase/storage electrode 3 during programming. This capacitor should be minimized. As shown, the transistor 8 is
It is a transistor that senses the state of the RAM cell 12 to mirror the memory state of the RAM cell and instructs the non-volatile element 14 to "program" or "erase" according to the memory state. transistor 20
is a transistor that transmits the state of the nonvolatile element 14 to the RAM cell 12. These capacitances, capacitors 21, 22, 17, and transistors 8, 20 will be explained in detail based on the description of cell operation.

nチヤンネル・シリコン・ゲート三層ポリシリ
コン製造プロセスを採用することにより、製造可
能で、コンパクトな、操作が容易の不揮発性スタ
テイツクRAM装置10が図示の如く供給され、
そして、例えばマイクロコンピユータに応用可能
である。メモリ・デバイス・アレイはパワー・ダ
ウン・データ・ストレツジ可能(“クラツシユ保
護”)なRAMとして、あるいは、不揮発性ROM
を共有する揮発性RAMとして使用可能である。
セセルは2つの独立したデータ・ビツトを記憶可
能であり、その1つはRAMセクシヨン12に、
他方は各セルの不揮発セクシヨン14に記憶され
る。
By employing an n-channel silicon gate trilayer polysilicon fabrication process, a manufacturable, compact, and easy to operate non-volatile static RAM device 10 is provided as shown;
And it can be applied to, for example, a microcomputer. Memory device arrays can be used as power-down data storage capable (“crash-protected”) RAM or as non-volatile ROM.
It can be used as shared volatile RAM.
The cell can store two independent data bits, one in RAM section 12;
The other is stored in the non-volatile section 14 of each cell.

RAMセル12はROMセル14と独立して作
用し不揮発性記憶は必ずしも従来のようなRAM
“ライト”サイクルを共なわないことは重要なこ
とである。代りに、不揮発性記憶は“ストア”命
令がメモリ・アレイに与えられた場合のみ生じ
る。デバイス10のRAMアレイにおいて、アレ
イは、RAMデータ・パターンを対応する不揮発
性フローテイング・ゲート素子に置くための装置
として使用可能である。これに関連して、アレイ
の対応する不揮発性素子部は電気的に書き換え可
能なリード・オンリ・メモリ(ROM)として作
用可能である。不揮発性素子14は以後参照の簡
便性によりROMとして述べる。データは将来
RAMセル12に再呼出しするために不揮発性
RAM素子14に記憶され得るので、このデータ
記憶は、全パワー・ダウン状態あるいは従来の
RAMがそのデータを消失し回復できないような
他の状態に対し望ましく作用することができる。
The RAM cell 12 operates independently from the ROM cell 14, and non-volatile memory is not necessarily a conventional RAM.
It is important not to share the "write" cycle. Instead, non-volatile storage occurs only when a "store" instruction is applied to the memory array. In the RAM array of device 10, the array can be used as a device for placing RAM data patterns onto corresponding non-volatile floating gate elements. In this regard, a corresponding non-volatile element portion of the array can act as an electrically rewritable read-only memory (ROM). The non-volatile element 14 will hereinafter be referred to as a ROM for ease of reference. Data is the future
Non-volatile to recall to RAM cell 12
Since this data storage can be stored in RAM element 14, this data storage can be performed in a full power down state or in a conventional
It may be desirable to operate on other conditions where RAM loses its data and cannot be recovered.

更に、セル10のRAM部12とROM部14
は“透明(transparent)”であるので、RAM部
はROM部のデータ状態とほぼ独立して作動可能
である。この特徴の故に、また、RAM部はパワ
ー・アツプ時にROM部の真のデータ状態を写す
故に、従来のマスク・プログラマブルROMメモ
リに記憶されたように装置全体の電源が回復した
ときデバイス10のメモリ・アレイのRAMアレ
イ部に任意のスタート・プログラムが自動的にロ
ードされることが可能である。ROMに記憶され
たデータ又はプログラムは対応するRAMセルに
不定の再呼出しのため保存可能である。デバイス
10の動作において、電位VccがRAMセル12
に供給されているとき、オン・チツプ又はオフ・
チツプの適当な制御回路(図示せず)によつて約
25ボルトの単一“ストア”パルスが消去/記憶電
極3に加えられることによつてRAM部12のメ
モリ内容がROM部14に写される。電源が
RAMセル12から取除かれると、ROM14は
そのデータを不定的に、即ち、書き換えられるま
で保持する。作動電源Vccが再びスタテイツク
RAM12に加えられると、ROM14ののデー
タを自動的に非破壊的に写す。このようにRAM
12は電源が除去されたときどこで“停止”した
かを憶えている、より明確に言えばいつ25ボルト
“ストア”指令パルスが最後に発生したかを憶え
ている。
Furthermore, the RAM section 12 and ROM section 14 of the cell 10
is "transparent" so that the RAM section can operate almost independently of the data state of the ROM section. Because of this feature, and because the RAM section mirrors the true data state of the ROM section at power-up, the memory of device 10 when power is restored to the entire system is stored in a conventional mask-programmable ROM memory. - Any start program can be automatically loaded into the RAM array section of the array. Data or programs stored in ROM can be saved in corresponding RAM cells for indefinite recall. In operation of the device 10, the potential V cc is applied to the RAM cell 12.
on-chip or off-chip when supplied with
By suitable control circuitry (not shown) on the chip, approximately
A single 25 volt "store" pulse is applied to the erase/storage electrode 3 to copy the memory contents of the RAM section 12 to the ROM section 14. power supply
Once removed from RAM cell 12, ROM 14 retains its data indefinitely, ie, until it is rewritten. Operating power supply V cc becomes static again.
When added to RAM 12, data in ROM 14 is automatically and non-destructively copied. RAM like this
12 remembers where it "stopped" when power was removed, and more specifically remembers when the last 25 volt "store" command pulse occurred.

動作上、バイステーブルRAMセル12のノー
ド29は、高又は低電位状態にあり、ノード30
はその反対の状態にある。RAMセル12を不揮
発性素子14に結合する容量性結合装置は、
RAMセル12のメモリ状態を写すため、RAM
セル12のメモリ状態を感知し、それに基いてフ
ローテイング・ゲート2に電子を注入するか、あ
るいはゲート2から電子を除去するかを決定す
る。ここで、ノード29が高電位のとき、トラン
ジスタ8が導通し、該トランジスタのドレインは
コンデンサ21及び22の大きな相反板(n形)
をグランドに結合する。もし約25Vの“ストア”
パルスが消去/記憶電極3に加えられると、電子
をフローテイング・ゲート2から電極3にトンネ
ルするに充分な大きさの電界がコンデンサ25に
加えられる。フローテイング・ゲート2は次にト
ランジスタ20のゲートとなる。今、回路10の
全体が“パワー・ダウン”され(全電圧が除去)、
次に約5ボルトにRAM供給電圧Vccがバツク・
アツプされると、不揮発性素子14はRAMセル
12に写される。ここで、デプレシヨン・ロー
ド・トランジスタ31,32はノード29,30
を夫々引き上げようとする。しかし、トランジス
タ20は導通しており(そのゲートが正に充電さ
れる)、ノード30のキヤパシタンスとコンデン
サ17のキヤパシタンスC2とトランジスタ20
のゲート・キヤパシタンスとの和が、ノード29
のキヤパシタンスとコンデンサ23のキヤパシタ
ンスC1とトランジスタ8のゲート・キヤパシタ
ンスとの和よりも大きいので、ノード30はノー
ド29よりも遅く引き上げられ、ノード29が約
1ボルトに達すると交差結合された増幅器は係合
してノード29が高レベルに、ノード30が低レ
ベルにセツトされる。
In operation, node 29 of bistable RAM cell 12 is in a high or low potential state, and node 30 is in a high or low potential state.
is in the opposite situation. The capacitive coupling device coupling the RAM cell 12 to the non-volatile element 14 is
In order to copy the memory state of RAM cell 12, RAM
The memory state of the cell 12 is sensed and a decision is made accordingly to inject or remove electrons from the floating gate 2. Here, when the node 29 is at a high potential, the transistor 8 is conductive, and the drain of the transistor is connected to the large reciprocal plate (n type) of the capacitors 21 and 22.
to ground. If about 25V “store”
When a pulse is applied to the erase/storage electrode 3, an electric field is applied to the capacitor 25 of sufficient magnitude to tunnel electrons from the floating gate 2 to the electrode 3. Floating gate 2 then becomes the gate of transistor 20. The entire circuit 10 is now "powered down" (all voltages removed),
Next, the RAM supply voltage V cc backs up to about 5 volts.
Once loaded, the non-volatile element 14 is mapped to the RAM cell 12. Here, depletion load transistors 31 and 32 are connected to nodes 29 and 30.
try to raise each. However, transistor 20 is conducting (its gate is positively charged) and the capacitance of node 30 and the capacitance C2 of capacitor 17 and transistor 20
and the gate capacitance of node 29
is larger than the sum of the capacitance C1 of capacitor 23 and the gate capacitance of transistor 8, so node 30 is pulled up slower than node 29, and the cross-coupled amplifier becomes engaged when node 29 reaches about 1 volt. At the same time, node 29 is set to high level and node 30 is set to low level.

一方、ノード29が最初低レベルのとき、トラ
ンジスタ8はオフ(非導通)であり、バイアス電
極7のコンデンサ21,22の大きなn相反板は
浮いた状態となる。仮に約25ボルトの“ストア”
パルスが消去/記憶電極3に加えられると、コン
デンサ21はフローテイング・ゲート2にコンデ
ンサ22を介して電位結合される。また、25ボル
トの“ストア”電圧パルスはコンデンサ25を介
してフローテイング・ゲート2に少し結合する。
その実効は、プログラム電極1からフローテイン
グ・ゲート2に電子をトンネルさせるに充分大き
な電界をコンデンサ18に発生してフローテイン
グ・ゲートを負に充電することである。フローテ
イング・ゲートが負になることによりトランジス
タ20はオフ(非導通)となる。
On the other hand, when the node 29 is initially at a low level, the transistor 8 is off (non-conducting) and the large n-reciprocal plates of the capacitors 21 and 22 of the bias electrode 7 are in a floating state. If the “store” of approximately 25 volts
When a pulse is applied to the erase/storage electrode 3, the capacitor 21 is potential coupled to the floating gate 2 via the capacitor 22. The 25 volt "store" voltage pulse is also coupled briefly to floating gate 2 via capacitor 25.
The effect is to generate an electric field in capacitor 18 large enough to tunnel electrons from program electrode 1 to floating gate 2, thereby charging the floating gate negatively. With the floating gate going negative, transistor 20 is turned off (non-conducting).

全体の回路は次にパワー・ダウン可能であり、
そのときVcc電源はパワー・アツプされる。前述
の如く、トランジスタ31,32は夫々ノード2
9,30を引き上げようとする。しかし、この場
合、ノード29のキヤパシタンスとコンデンサ2
3のキヤパシタンスC1とトランジスタ8のゲー
ト・キヤパシタンスとの和は、ノード30のキヤ
パシタンスよりも大きい(トランジスタ20はオ
フ)。従つて、ノード30はノード29よりも少
し高くなり、それによつて、RAM状態をフロー
テイング・ゲート素子14に写すため前のスト
ア・パルス指令が発生したと同じように交差結合
増幅器を係合させノード30を高レベルにノード
29を低レベルにセツトする。
The entire circuit can then be powered down,
The Vcc supply is then powered up. As mentioned above, transistors 31 and 32 are connected to node 2, respectively.
Trying to raise 9,30. However, in this case, the capacitance of node 29 and capacitor 2
The capacitance C1 of node 3 plus the gate capacitance of transistor 8 is greater than the capacitance of node 30 (transistor 20 is off). Therefore, node 30 will be slightly higher than node 29, thereby engaging the cross-coupled amplifier in the same manner as the previous store pulse command occurred to copy the RAM state to floating gate element 14. Set node 30 to high level and node 29 to low level.

従つて、装置10の動作においては、RAMセ
ル12があるメモリ状態(ノード29が高でノー
ド30が低、又は、ノード29が低でノード30
が高)にあるとき、ROM部14は、パワー・ア
ツプ時にRAMセル12が該ROM部14から同
一状態を直接写し返す方法で写しを行う。
Thus, in operation of device 10, RAM cell 12 is in a certain memory state (node 29 high and node 30 low, or node 29 low and node 30
(high), the ROM section 14 copies in such a way that the RAM cells 12 directly copy the same state back from the ROM section 14 upon power-up.

不揮発性ROMセル14からRAMセル12へ
データを再呼出しするためには、電源Vccがパワ
ー・アツプ(再び)されるとき、各コンデンサの
関係が満足されなければならない。トランジスタ
20がオフのときROMセル14からRAMセル
12にデータを再呼出しするためには、コンデン
サ23のキヤパシタンスC1と、トランジスタ8
のゲート・キヤパシタンスとの和が充分大きく、
ノード29がノード30よりも常に遅く引き上げ
られ、RAMセル12の交差結合増幅器のノード
29を低レベル(オフ)に、ノード30を高レベ
ル(オン)にセツトするに充分でなければならな
い。
In order to recall data from non-volatile ROM cell 14 to RAM cell 12, the relationship of each capacitor must be satisfied when power supply Vcc is powered up (again). In order to recall data from the ROM cell 14 to the RAM cell 12 when the transistor 20 is off, the capacitance C1 of the capacitor 23 and the transistor 8
The sum of the gate capacitance and the gate capacitance is sufficiently large,
Node 29 must always be pulled up later than node 30, sufficient to set node 29 of the cross-coupled amplifier of RAM cell 12 low (off) and node 30 high (on).

トランジスタ20がオンのときROMセル14
からRAMセル12にデータを再呼出しするため
には、コンデンサ17のキヤパシタンスC2とト
ランジスタ20のゲート・キヤパシタンスとの和
が、コンデンサ23のキヤパシタンス21とトラ
ンジスタ8のゲート・キヤパシタンスとの和より
も充分大きくRAMセル12の交差結合増幅器の
ノード30を低レベルに、ノード29を高レベル
にセツトする程でなければならない。図示実施例
のこれらのコンデンサのキヤパシタンスは次の通
りである。
When transistor 20 is on, ROM cell 14
In order to recall data from to RAM cell 12, the sum of the capacitance C2 of capacitor 17 and the gate capacitance of transistor 20 is sufficiently larger than the sum of capacitance 21 of capacitor 23 and gate capacitance of transistor 8. It must be sufficient to set node 30 of the cross-coupled amplifier of RAM cell 12 low and node 29 high. The capacitances of these capacitors in the illustrated embodiment are:

ノード29 −約0.10ピコフアラド ノード30(トランジスタ20がオン)
−約0.20ピコフアラド ノード30(トランジスタ20がオフ)
−約0.05ピコフアラド 前述した不揮発性スタテイツクRAMセルは自
己調節機能を有し、また、前述の同日特許出願に
開示されるような不揮発性デバイスにおいて有効
使用回数を増加させる補償回路を不揮発性デバイ
スに有することによる利点を備えている。そのよ
うなメモリ・デバイスの多数によるアレイは、適
当なサポート回路により及び相互接続してサブス
トレート・チツプ上に容易に形成され、不揮発性
アドレス可能スタテイツクRAMメモリ装置を供
給する。RAMアレイ部全体のデータは対応する
ROMアレイ部に容易に写されRAMアレイのパ
ワー・アツプ時にはRAMアレイに再写される。
Node 29 - approximately 0.10 picofarad Node 30 (transistor 20 on)
−about 0.20 picofarad Node 30 (transistor 20 is off)
- about 0.05 picofarads The aforementioned non-volatile static RAM cells are self-regulating and also have a compensation circuit in the non-volatile device which increases the number of effective uses in the non-volatile device as disclosed in the aforementioned same day patent application. It has certain advantages. Arrays of large numbers of such memory devices are easily formed on substrate chips with appropriate support circuitry and interconnected to provide non-volatile addressable static RAM memory devices. The data of the entire RAM array section corresponds to
It is easily copied to the ROM array section and is copied back to the RAM array when the RAM array is powered up.

以上、本発明を図示実施例に基いて説明した
が、本発明の範囲内での変更又は付加が可能であ
ることはとは明らかである。
Although the present invention has been described above based on the illustrated embodiments, it is clear that changes or additions can be made within the scope of the present invention.

以上説明した本発明の不揮発性メモリ装置は、
また以下の利点も有する。即ち、フローテイン
グ・ゲート導体に記憶された不揮発性データの状
態とは独立に且つその状態の影響を全く受けず
に、いずれのとき(不揮発性メモリ手段から揮発
性メモル・セルへのデータを写す動作中を除く)
にも揮発性メモリ・セルは、それからデータを外
部に読出し及びそれに外部から書き込むランダ
ム・アクセス・メモリ(RAM)として動作しう
る。更に、不揮発性メモリ手段の方は、揮発性メ
モリ・セルのRAMとしての通常の動作から独立
に且つその動作の影響を全く受けずに、不揮発性
データをフローテイング・ゲート導体にいつも安
全に格納することできる。このように本発明の不
揮発性メモリ装置は、揮発性メモリ・セルと不揮
発性メモリ手段とが独立に動作できる自由を有す
る。
The nonvolatile memory device of the present invention described above includes
It also has the following advantages. That is, at any time (copying data from the non-volatile memory means to the volatile memory cell) independently of and in no way affected by the state of the non-volatile data stored on the floating gate conductor (excluding during operation)
Volatile memory cells can also operate as random access memory (RAM) to which data can be read externally and externally written to. Furthermore, non-volatile memory means always safely store non-volatile data on the floating gate conductor, independent of and completely unaffected by the normal operation of the volatile memory cell as a RAM. I can do that. Thus, the nonvolatile memory device of the present invention has the freedom that the volatile memory cell and the nonvolatile memory means can operate independently.

また、動作用の高電流及び高電圧を必要としな
い。
Further, high current and high voltage for operation are not required.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、金属接点及び相互接続を施す前の状
態の本発明による不揮発性スタテイツク・ランダ
ム・アクセス・メモリ・セルの実施例を示す上面
図である。第2図は、第1図のメモリ・セルの不
揮発性セル素子の上面図である。第3図は、第2
図のメモリ・セルの不揮発性セル素子の中間組立
段階での線3−3に沿つた断面図である。第4図
は、第2図のメモリ・セルの不揮発性セル素子の
中間組立段階での4−4に沿つた断面図である。
第5図は、第1図の不揮発性スタテイツク・ラン
ダム・アクセス・メモリ・セルの回路図である。 符号説明、1:プログラム電極、2:フローテ
イング・ゲート、3:消去/記憶電極3、4,
5,6:酸化膜、7:バイアス電極、10:不揮
発性スタテイツクRAMセル、11:サブストレ
ート、12:揮発性スタテイツクRAMセル、1
4:不揮発性素子。
FIG. 1 is a top view of an embodiment of a non-volatile static random access memory cell according to the present invention, prior to metal contacts and interconnections. 2 is a top view of the non-volatile cell elements of the memory cell of FIG. 1; FIG. Figure 3 shows the second
3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of the non-volatile cell elements of the illustrated memory cell at an intermediate assembly stage; FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4--4 of the non-volatile cell element of the memory cell of FIG. 2 at an intermediate assembly stage.
FIG. 5 is a circuit diagram of the non-volatile static random access memory cell of FIG. Symbol explanation, 1: Program electrode, 2: Floating gate, 3: Erase/storage electrode 3, 4,
5, 6: Oxide film, 7: Bias electrode, 10: Nonvolatile static RAM cell, 11: Substrate, 12: Volatile static RAM cell, 1
4: Nonvolatile element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 2進データを記憶する揮発性半導体メモリ・
セルと、 前記揮発性メモリ・セルから読出し及びそこに
書き込む手段と、 絶縁分離したフローテイング・ゲート導体を含
み、2進データを2つの異なつた電荷レベルの1
つとしてそこに記憶する不揮発性メモリ手段と、 前記揮発性メモリ・セルを前記不揮発性メモリ
手段に第1の容量回路を介して結合しバイステー
ブルの前記揮発性メモリ・セルのメモリ状態を前
記フローテイング・ゲート導体に前記電荷レベル
の所定の1つで写す手段と、 前記不揮発性メモリ手段の前記フローテイン
グ・ゲート導体を前記揮発性メモリ・セルに第2
の容量回路を介して結合し前記揮発性メモリ・セ
ルに電源が加えられたとき前記フローテイング・
ゲート導体のメモリ状態を前記揮発性メモリ・セ
ルに写す手段とを備える不揮発性メモリ装置であ
つて、 前記フローテイング・ゲート導体の状態の関数
として前記データのノード間の第1の容量の不平
衡をつくる第1の状態と前記データのノード間の
逆の容量の不平衡をつくる第2の状態とを有し装
置に電源が加えられたとき前記フローテイング・
ゲート導体のそのときの状態を前記データのノー
ドに写す切換え手段を含む不揮発性メモリ装置。 2 前記揮発性メモリ・セルがバイステーブルの
交差結合されたフリツプ・フロツプ・メモリ・セ
ルであるところの特許請求の範囲第1項記載の不
揮発性メモリ装置。 3 前記揮発性メモリ・セルが6トランジスタ−
nチヤンネル・スタテイツク・ランダム・アクセ
ス・メモリ・セルであるところの特許請求の範囲
第1項記載の不揮発性メモリ装置。 4 前記揮発性メモリ・セルが4トランジスタ−
nチヤンネル・スタテイツク・ランダム・アクセ
ス・メモリ・セルであるところの特許請求の範囲
第1項記載の不揮発性メモリ装置。 5 前記揮発性メモリ・セルが6トランジスタ−
CMOS/SOSスタテイツク・ランダム・アクセ
ス・メモリ・セルであるところの特許請求の範囲
第1項記載の不揮発性メモリ装置。 6 前記不揮発性メモリ・セルが6トランジスタ
−バルクCMOSスタテイツク・ランダム・アク
セス・メモリ・セルであるところの特許請求の範
囲第1項記載の不揮発性メモリ装置。 7 前記揮発性メモリ・セルがダイナミツク・メ
モリ・セルであるところの特許請求の範囲第1項
記載の不揮発性メモリ装置。 8 前記不揮発性メモリ手段が、複数の電極を含
み該電極のうちの少なくとも2つと前記フローテ
イング・ゲート導体が3層のポリシリコンで構成
されるところの特許請求の範囲第1項記載の不揮
発性メモリ装置。 9 前記不揮発性メモリ手段の前記フローテイン
グ・ゲート導体への電子流及び該導体からの電子
流を助長させるため凹凸が設けられるところの特
許請求の範囲第1項記載の不揮発性メモリ装置。 10 前記揮発性メモリ・セルのメモリ状態を前
記フローテイング・ゲート導体に写す手段が前記
フローテイング・ゲート導体に容量的に近接する
位置に電極を含み、該電極に1つの「記憶」電圧
信号が加えられることによつて前記揮発性メモ
リ・セルのそのときのメモリ状態が不揮発性メモ
リ手段に移されるところの特許請求の範囲第1項
記載の不揮発性メモリ装置。 11 同様な複数のセルの集積回路アレイを含む
特許請求の範囲第1項記載の不揮発性メモリ装
置。 12 前記揮発性メモリ・セルから読出し及びそ
こに書き込む手段が、前記フローテイング・ゲー
ト導体に容量的に結合される単一の消去/記憶ゲ
ートから成り、単一の正極性電圧が前記フローテ
イング・ゲート導体の充電及び放電の両方を可能
にする特許請求の範囲第1項記載の不揮発性メモ
リ装置。
[Claims] 1. A volatile semiconductor memory that stores binary data.
a cell, a means for reading from and writing to said volatile memory cell, and an insulated floating gate conductor for storing binary data at one of two different charge levels.
non-volatile memory means for storing the memory state of the bistable volatile memory cell therein as a bistable; means for transferring the floating gate conductor of the non-volatile memory means to the volatile memory cell with a predetermined one of the charge levels;
when power is applied to the volatile memory cell.
means for copying a memory state of a gate conductor to the volatile memory cell, the device comprising: means for copying a memory state of a gate conductor to the volatile memory cell; and a second state that creates an opposite capacitance imbalance between the data nodes, and when power is applied to the device, the floating
A non-volatile memory device comprising switching means for copying the current state of a gate conductor to said data node. 2. The nonvolatile memory device of claim 1, wherein said volatile memory cell is a bistable cross-coupled flip-flop memory cell. 3. The volatile memory cell has 6 transistors.
A non-volatile memory device according to claim 1, which is an n-channel static random access memory cell. 4. The volatile memory cell has 4 transistors.
A non-volatile memory device according to claim 1, which is an n-channel static random access memory cell. 5 The volatile memory cell has 6 transistors.
A non-volatile memory device according to claim 1, which is a CMOS/SOS static random access memory cell. 6. The non-volatile memory device of claim 1, wherein the non-volatile memory cell is a 6-transistor bulk CMOS static random access memory cell. 7. The nonvolatile memory device of claim 1, wherein said volatile memory cell is a dynamic memory cell. 8. The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the nonvolatile memory means includes a plurality of electrodes, at least two of which and the floating gate conductor are comprised of three layers of polysilicon. memory device. 9. A non-volatile memory device according to claim 1, wherein irregularities are provided to facilitate electron flow to and from the floating gate conductor of the non-volatile memory means. 10 means for copying a memory state of said volatile memory cell onto said floating gate conductor includes an electrode in capacitive proximity to said floating gate conductor, said electrode having a "storage" voltage signal applied thereto; 2. A non-volatile memory device as claimed in claim 1, wherein the current memory state of said volatile memory cell is transferred to non-volatile memory means. 11. The non-volatile memory device of claim 1 comprising an integrated circuit array of similar cells. 12 The means for reading from and writing to said volatile memory cell comprises a single erase/storage gate capacitively coupled to said floating gate conductor, and a single positive polarity voltage is applied to said floating gate conductor. A non-volatile memory device according to claim 1, which allows both charging and discharging of the gate conductor.
JP738980A 1979-01-24 1980-01-24 Method and unit for nonnvolatile memory Granted JPS55101192A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/006,029 US4300212A (en) 1979-01-24 1979-01-24 Nonvolatile static random access memory devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55101192A JPS55101192A (en) 1980-08-01
JPH0115959B2 true JPH0115959B2 (en) 1989-03-22

Family

ID=21718940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP738980A Granted JPS55101192A (en) 1979-01-24 1980-01-24 Method and unit for nonnvolatile memory

Country Status (8)

Country Link
JP (1) JPS55101192A (en)
KR (1) KR830001767B1 (en)
BE (1) BE881329A (en)
DE (1) DE3002492A1 (en)
FR (1) FR2447587B1 (en)
GB (1) GB2042296B (en)
NL (1) NL192015C (en)
SE (1) SE8000392L (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4486769A (en) * 1979-01-24 1984-12-04 Xicor, Inc. Dense nonvolatile electrically-alterable memory device with substrate coupling electrode
JPS56500109A (en) * 1979-03-13 1981-02-05
JPS57199264A (en) * 1981-06-03 1982-12-07 Toshiba Corp Semiconductor memory
JPS57199265A (en) * 1981-06-03 1982-12-07 Toshiba Corp Semiconductor memory
US4388704A (en) * 1980-09-30 1983-06-14 International Business Machines Corporation Non-volatile RAM cell with enhanced conduction insulators
JPS5792490A (en) * 1980-11-29 1982-06-09 Toshiba Corp Semiconductor storage device
JPS5792865A (en) * 1980-11-29 1982-06-09 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor memory device
GB2094086B (en) * 1981-03-03 1985-08-14 Tokyo Shibaura Electric Co Non-volatile semiconductor memory system
JPS60185297A (en) * 1984-03-02 1985-09-20 Fujitsu Ltd Non-volatile random access memory device
US4630238A (en) * 1983-10-14 1986-12-16 Fujitsu Limited Semiconductor memory device
JPH0638502B2 (en) * 1984-06-13 1994-05-18 セイコー電子工業株式会社 Non-volatile RAM
US4616245A (en) * 1984-10-29 1986-10-07 Ncr Corporation Direct-write silicon nitride EEPROM cell
JPS61225860A (en) * 1985-03-30 1986-10-07 Toshiba Corp Semiconductor memory device
JPH07120716B2 (en) * 1985-03-30 1995-12-20 株式会社東芝 Semiconductor memory device
JPH01214993A (en) * 1988-02-23 1989-08-29 Nissan Motor Co Ltd Data storage device
DE10211337B4 (en) * 2002-03-14 2009-12-31 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement and method of operating a circuit arrangement

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070655A (en) * 1976-11-05 1978-01-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Virtually nonvolatile static random access memory device
US4099196A (en) * 1977-06-29 1978-07-04 Intel Corporation Triple layer polysilicon cell
US4128773A (en) * 1977-11-07 1978-12-05 Hughes Aircraft Company Volatile/non-volatile logic latch circuit

Also Published As

Publication number Publication date
NL192015B (en) 1996-08-01
GB2042296B (en) 1983-05-11
BE881329A (en) 1980-05-16
FR2447587A1 (en) 1980-08-22
DE3002492A1 (en) 1980-07-31
NL192015C (en) 1996-12-03
DE3002492C2 (en) 1990-12-20
SE8000392L (en) 1980-07-25
NL8000435A (en) 1980-07-28
JPS55101192A (en) 1980-08-01
GB2042296A (en) 1980-09-17
FR2447587B1 (en) 1986-02-28
KR830001767B1 (en) 1983-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4300212A (en) Nonvolatile static random access memory devices
US4263664A (en) Nonvolatile static random access memory system
US4980859A (en) NOVRAM cell using two differential decouplable nonvolatile memory elements
US4486769A (en) Dense nonvolatile electrically-alterable memory device with substrate coupling electrode
US4924278A (en) EEPROM using a merged source and control gate
US4888630A (en) Floating-gate transistor with a non-linear intergate dielectric
US4611309A (en) Non-volatile dynamic RAM cell
US4393481A (en) Nonvolatile static random access memory system
US4616245A (en) Direct-write silicon nitride EEPROM cell
JPH0115959B2 (en)
US4683554A (en) Direct write nonvolatile memory cells
US4420821A (en) Static RAM with non-volatile back-up storage and method of operation thereof
US3893085A (en) Read mostly memory cell having bipolar and FAMOS transistor
US4729115A (en) Non-volatile dynamic random access memory cell
US5047814A (en) E2 PROM cell including isolated control diffusion
US4665417A (en) Non-volatile dynamic random access memory cell
US6272039B1 (en) Temperature insensitive capacitor load memory cell
US4780750A (en) Electrically alterable non-volatile memory device
JP2003511809A (en) Integrated circuit with non-volatile MOSRAM cell
US5136540A (en) Non-volatile semiconductor memory for volatiley and non-volatiley storing information and writing method thereof
JP3026869B2 (en) Manufacturing method of semiconductor nonvolatile memory device
GB2061045A (en) Nonvolatile static random access memory system
JP2585669B2 (en) Non-volatile memory cell array
JPH0415556B2 (en)
JPH04253375A (en) Non-voltatile semiconductor memory device and its manufacture