JPH01161770A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH01161770A JP62322119A JP32211987A JPH01161770A JP H01161770 A JPH01161770 A JP H01161770A JP 62322119 A JP62322119 A JP 62322119A JP 32211987 A JP32211987 A JP 32211987A JP H01161770 A JPH01161770 A JP H01161770A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体基板の一方主面にこの半導体基板と
反対の導電型の第１及び第２の拡散層領域を設け、前記
半導体基板の一方主面上に絶縁膜を介して前記第１及び
第２の領域間にフローティングゲート及びコントロール
ゲートを有するメモリトランジスタを備えた不揮発性半
導体記憶装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第３図は従来のＥＰＲＯＭにおけるメモリトランジスタ
を示す断面図である。同図において１はＰ型半導体基板
であり、２はＮ型のトレイン拡散領域、３はＮ型のソー
ス拡散領域であり、４はフローティングゲートであり、
ドレイン拡散領域２の一部からソース拡散領域３の一部
にかけて、ゲート酸化膜５を介して形成されている。さ
らにコントロールゲート６がゲート酸化ｗＡ７を介して
フローティングゲート４上に形成される。
このような構成において、メモリトランジスタの不揮発
な書込みは以下のようにして行われる。
まず、コントロールゲート６に１２．５Ｖ程度の高電圧
、ドレイン領域２に８Ｖ程度の高電圧を印加し、半導体
基板１及びソース領域３を接地レベルに設定する。
このように設定すると、メモリトランジスタのチせネル
を流れる電子がドレイン領域２近傍のピンチオフ領域に
おいてドレイン−ソース間の電圧で加速され、ホットエ
レクトロンとなりコントロールゲート６による電界によ
りゲート酸化膜５のエネルギーギャップを越えてフロー
ティングゲート４に注入される。このフローティングゲ
ート４中に電子が注入されることで不揮発な書込みが行
われる。
一方、消去は紫外線を照射し、フローティングゲート４
中の電子を、紫外線のエネルギーで励起させることで、
ゲート酸化膜５，７のエネルギーギャップを越えて半導
体基板１あるいはコントロールゲート６に放出させるこ
とで行う。
第４図はメモリトランジスタのゲート電圧（Ｖ　）−ド
レイン電流（！０）特性を示したグラフである。同図に
おいて、ドレイン電圧ＶＤを１Ｖにしている。同図に示
すように、消去時は閾値電圧は約１Ｖ１書込み時で６Ｖ
程度となる。従って読出し電圧■。とじて５Ｖ程度の電
圧を、コントロールゲート６に印加するとき、ドレイン
電流Ｉ　がセンス電流■　　以上流れれば情報“１”、
ＯＳＯｎ センス電流Ｉ　　未満であれば情報１１０　＃ｌとセン
ｅｎ スアンプ等で判別することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のＥＦＲＯＭのメモリトランジスタは以上のように
構成されており、１個のメモリトランジスタは２値の情
報しか記憶することができないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、１個のメモリトランジスタにおいて３値以上
の情報を記憶することができるＥＰＲＯＭを得ることを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明にかかる不揮発性半導体記憶装置は、半導体基
板の一方主面にこの半導体基板と反対の導電型の第１及
び第２の領域を設け、前記第１及び第２の拡散層領域間
における前記半導体基板の一方主面上に絶縁膜を介して
フローティングゲート及びコントロールゲートを有する
メモリトランジスタを備え、前記フローティングゲート
は、前記第１の領域側に形成された第１のフローティン
グゲートと、この第１のフローティングゲートと絶縁し
て前記第２の領域側に形成された第２のフローティング
ゲートから構成されている。
〔作用〕
この発明におけるフローティングゲートは、第１の領域
側に形成された第１のフローティングゲートと、この第
１のフローティングゲートと絶縁して第２の領域側に形
成された第２のフローティングゲートから構成されるた
め、第１あるいは第２のフローティングゲートの一方の
みに電子を注入する場合と、双方に電子を注入する場合
各々で、メモリトランジスタのドレイン電流−コントロ
ールゲート電圧特性は異なるものに設定することができ
る。
（実施例） 第１図はこの発明の一実施例であるＥＰＲＯＭのメモリ
トランジスタを示す断面図である。同図に示すように同
一形状のフローティングゲートを４ａ、４ｂを分離して
設け、フローティングゲート４ａはゲート酸化ＷＡ５ａ
を介してドレイン領域２と一部が重なるように形成され
、フローティンググート４ｂはゲート酸化膜５ｂを介し
てソース領域３と一部が重なるように形成される。
また、コントロールゲート６はフローティングゲート４
ａ、４ｂ上においては、ゲート酸化膜７ａ、７ｂを介し
て形成されるが、フローティングゲート４ａ、４ｂ間に
おいては、ゲート酸化膜８を介してフローティングゲー
ト４ａ、４ｂと同程度の高さに形成される。これはフロ
ーティングゲート４ａ、４ｂ間下のチャネル生成のため
である。
したがって、コントロールゲート６は中央部に四部を有
した構造となる。
このような構成において、書込みは表１に示すようにフ
ローティングゲート４ａへの電子の注入（書込みＡ）、
フローティングゲート４ｂへの電子の注入（書込みＢ）
の２種類ある。なお、表１において■　はゲート電圧、
Ｖｏはドレイン電圧、表　　１ 表１に示すように各電圧［Ｖ　　、Ｖｏ、Ｖ８゜■１］
を［１２，５，８，Ｏ，Ｏ，ＯＦ　（Ｖ）に設定すると
、チャネルを流れる電子はドレイン領域２近傍のピンチ
オフ領域で加速されホットエレクトロンとなりフローテ
ィングゲート４ａに電子が注入されることで書込みＡが
行われる。この時、ホットエレクトロンの発生は、高電
圧のかかるドレイン領域２近傍で起こるので選択的にフ
ローティングゲート４ａにのみ電子の注入が行える。な
お、この状態の閾値電圧は約２ｖである。
一方、表１に示すように各電圧［Ｖ、Ｖ、。
Ｖ　　、　Ｖ１］ヲ［１２，５，０，８，０，０１（Ｖ
）に設定すると、チャネルを流れる電子は高電圧がかか
ったソース領域３近傍のピンチオフ領域で加速されホッ
トエレクトロンが発生し、選択的にフローティングゲー
ト４ｂのみ電子が注入されることで書込みＢが行なえる
。この状態においても閾値電圧は約２Ｖである（占込み
Ａは行わない場合）。
書込みＡの後に、書込みＢを行う場合も書込みＡによる
閾値電圧を２Ｖ大ぎく上まわる１２．５Ｖをコントロー
ルゲートに印加するので、表１に示した電圧設定で書込
Ａ後においても問題なく占込みＢが行える。このことは
、書込みＢの後に、書込Ａを行う場合にもあてはまる。
また、消去は従来同様、紫外線照射により、フローティ
ングゲート４ａ、４ｂ中の電子は、同時に基板１．コン
トロールゲート６に放出される。
この状態での閾値電圧は約１ｖである。
第２図は、消去時及び書込み時のメモリトランジスタの
コントロールゲート電圧−ドレイン電流の特性を示すグ
ラフである。同図において、Ｌｌは消去時、Ｌ２は書込
みＡ、書込みＢのどちらか一方の書込み時、Ｌ３は書込
みＡ、Ｂ双方の書込み時の特性を示す。同図に示すよう
に、一方書込み時Ｌ２、双方書込み時Ｌ３共閾値電圧は
共に約２Ｖであるが、双方書込み時Ｌ３の方がコンダク
タンスが低下する。このため、表１に示したように読出
し電圧ｖＲを約５Ｖ程度にすると、ドレイン電流■。量
に第２図で示すように顕著な差が生じる。このことは、
消去時Ｌ１と一方書込み時Ｌ２においてもあてはまる。
そこで、読出しはコントロールゲートに５Ｖ程度印加し
、センスアンプには第２図で示すように比較電流’　ｒ
ｅｆｌ、■ｒｅｆ２を設定しておき、この時のドレイン
電流！。と比較し、 Ｉ　　＞Ｉ　　　　で　情報“０″ Ｄ　　　　　ｒｅｆ２ ■、。ｒｌ＜　Ｉ　ｏ　＜　１　、。ｆ２　　で　情報
゛１″１　　＜Ｉ　　　　で　情報１１２　ＩＩＤ　　
　ｒｅｆｌ と判別することで、３値データの読出しが可能となる。
つまり、消去時を情報゛Ｏ°′、一方書込み時を情報Ｉ
Ｉ　ｉ　１１、双方書込み時を情報“２″と設定するこ
とができ、従来、１つのメモリトランジスタにおいて２
値の不揮発な記憶ができなかったＥＰＲＯＭが３値の不
揮発な記憶ができるようになり、そのメモリ効率は１．
５倍程度になり、より集積化、大容量化が容易になる。
なお、この実施例では１つのメモリトランジスタで３値
の不揮発な記憶が行われる場合について述べたがフロー
ティングゲート４ａ、４ｂの形状。
書込条件等を適当に変更し、書込みＡと書込みＢのメモ
リトランジスタのドレイン電流−コントロールゲート電
圧特性を変更することで４値記憶への拡張も可能である
。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、第１の領域側
に形成された第１のフローティングゲートと、この第１
のフローティングゲートと絶縁して第２の領域側に形成
された第２のフローティングゲートから構成されるメモ
リトランジスタを有するため、消去、第１あるいは第２
のフローティングゲートのみへの電子の注入、第１及び
第２のフローティングゲートへの電子の注入によりメモ
リトランジスタのドレイン電流−コントロールゲート電
圧特性を異なるものに設定することで、１つのメモリト
ランジスタにおいて３値以上の記憶が可能となり、情報
聞が増すことから集積化、大容量化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例であるＥＰＲＯＭのメモリ
トランジスタを示す断面図、第２図は第１図で示したメ
モリトランジスタの消去時、書込み時におけるドレイン
電流−コントロールゲート電圧特性を示すグラフ、第３
図は従来のＥＰＲＯＭのメモリトランジスタを示す断面
図、第４図は従来のメモリトランジスタの消去時、書込
み時におけるドレイン電流−コン１−〇−ルグート電圧
特性を示すグラフである。 図において、２はドレイン拡散領域、３はソース拡散領
域、４ａ、４ｂはフローティングゲート、６はコントロ
ールゲートである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　　　大　　岩　　増　　雄 第１図 ４ａ、４ｂ−７０−テインク”ケ”−）　　　　　（、
−−ルトロールケ”−ヒ第２図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体基板の一方主面にこの半導体基板と反対の
    導電型の第１及び第２の領域を設け、前記第１及び第２
    の領域間における前記半導体基板の一方主面上に絶縁膜
    を介してフローティングゲート及びコントロールゲート
    を有するメモリトランジスタを備えた不揮発性半導体記
    憶装置において、 前記フローティングゲートは、前記第１の領域側に形成
    された第１のフローティングゲートと、この第１のフロ
    ーティングゲートと絶縁して前記第２の領域側に形成さ
    れた第２のフローティングゲートから構成されることを
    特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. （２）前記第１及び第２のフローティングゲート間の隙
    間において、前記コントロールゲートを前記第１及び第
    ２のフローティングゲートと同程度の高さに絶縁膜を介
    して形成した特許請求の範囲第１項記載の不揮発性半導
    体記憶装置。
  3. （３）前記第１及び第２の領域の導電型はＮ型であり、
    前記第１のフローティングゲートへの電子の注入は、前
    記半導体基板及び第２の領域を接地レベルにし、前記第
    １の領域及びコントロールゲートに高電圧を印加するこ
    とで行い、前記第２のフローティングゲートへの電子の
    注入は、前記半導体基板及び第１の領域を接地レベルに
    し、前記第２の領域及びコントロールゲートに高電圧を
    印加することで行う特許請求の範囲第１項または第２項
    記載の不揮発性半導体記憶装置。
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