JPH02114674A - 半導体不揮発性メモリの動作方法 - Google Patents

半導体不揮発性メモリの動作方法

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JPH02114674A
JPH02114674A JP63268578A JP26857888A JPH02114674A JP H02114674 A JPH02114674 A JP H02114674A JP 63268578 A JP63268578 A JP 63268578A JP 26857888 A JP26857888 A JP 26857888A JP H02114674 A JPH02114674 A JP H02114674A
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
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    • H01L29/42324Gate electrodes for transistors with a floating gate
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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、ICカードのような電子機器用の半導体不
揮発性メモリに関する。
〔発明の概要〕
この発明は、電気的消去可能な半導体不揮発性メモリに
おいて、チャネルホットエレクトロン注入書き込み・ト
ンネル電流消去型の一記憶−トランジスタ構造にするこ
とにより、低電圧プログラムの高集積半導体不揮発性メ
モリを提供するものである。
〔従来の技術〕
従来、第2図に示すように、P型シリコン基板10表面
に、N9型のドレイン領域13とN型のトンネル領域1
2と選択ゲート電極11とから成る選択トランジスタと
、トンネル領域12とN゛型のソース領域2と浮遊ゲー
ト電極6と制御ゲート電極8とから成るメモリトランジ
スタとの2つのトランジスタ構成を一メモリセルとする
電気的消去可能な半導体メモリがよく知られている。
(W、S、Johnson at al ”16にEE
PROM relies ontunneling’ 
 rot  byte−erasable  prog
ram  storag’e”Electronics
、 Feb、28 (1980)ppH3〜117 )
〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、従来のこのような半導体不揮発性メモリは、こ
のメモリをマトリックス状に配置した場合、非選択セル
の誤書き込みを防止するために、選択トランジスタが必
要であり、1つの記憶に2つのトランジスタを必要とし
ていた。そのため、セル面積が大きく高集積化が困難で
あった。
そこで、本発明は従来のこのような欠点を解決するため
に、選択トランジスタを必要としない一トランジスター
メモリ型の電気的消去可能半導体不揮発性メモリを得る
ことを目的としている。
(課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明は、ソース領域と
ドレイン領域との間のチャネル領域を、ゲート電極で制
御される第1のチャネル領域と、浮遊ゲート電極で制御
される第2のチャネル領域とから構成するとともに、第
2のチャネル上及びドレイン領域上を薄いトンネル絶縁
膜にすることにより、第1のチャネル領域と第2のチャ
ネル領域との間からの高注入効率チャネル注入書き込み
・ドレイン領域へのトンネル絶縁膜を介したトンネル電
流消去の電気的消去可能な半導体不揮発性メモリにする
ことにより低電圧書き込み及び高集積化を可能にした。
〔実施例〕
以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、N型の半導体不揮発性メモリの断面図である
。P型半導体基板lに形成した場合の断面図であるが、
N型に限る必要もないし、基板内の拡散領域内に形成し
てもよいことは言うまでもない、P型シリコン基板1の
表面にN゛型のソース領域2とN“型のドレイン領域が
間隔を置いて設けられている。ソース領域2とドレイン
領J!13との間の基板1の表面であるチャネル領域は
、第1のチャネル領域L1と第2のチャネル領域との直
列接続により成り立っている。第1のチャネル領域11
.の上には、ゲート絶縁膜9を介してゲート”FitJ
ilOが形成されている。第2のチャネル領域L2の上
には、薄い酸化膜5を介して浮遊ゲート電極6が形成さ
れている。浮遊ゲート電極6の上には制御ゲート絶縁膜
7を介して制御ゲート電極8が形成されている。また、
濃い濃度のN゛型トドレイン領域3周囲には、濃度の薄
いN型のドレイン領域4が設けられている。
まず、読み出し方法について説明する。ゲート電極10
に第1のチャネル領域の闇値電圧以上の例えば電源電圧
を印加して、さらに、制御ゲート電極8に一定電圧を印
加した状態での、チャネル領域のコンタリタンスをモニ
タすることにより読み出すことができる。即ち、浮遊ゲ
ート電極6に電子が多数注入されている場合は、第2の
チャネル領域は低コンダクタンスであるために、ソース
領域2とドレイン領域3との間のチャネル領域は低コン
ダクタンスとなる。逆に、浮遊ゲート電極6から電子が
引き抜けれてプラスに帯電して(〜る場合は、第2のチ
ャネル領域L8は高コンダクタンスとなり、チャネル領
域も高コンダクタンスとなる。従って、浮遊ゲート電極
6の内部の電子の量に依存して、チャネル9!138の
コンダクタンスが変化することにより読み出すことがで
きる。
次にメモリのプログラム方法について述べる。
ゲート電極10に、第1のチャネル領域L1の闇値電圧
に近い一定電圧を印加する。さらに、制御ゲート電極8
に約10V程度の高電圧を印加する。この約10Vの電
圧は大きく電流を必要としないために、IC内部の昇圧
回路より供給できる。さらに、ドレイン領域3に電源電
圧以下の電圧を印加する。
第1のチャネル領域L1はゲート電極lO及び制御ゲー
ト電極8への印加電圧の差により、第2のチャネル領域
り、より低インピーダンスとなる。従って、チャネル領
域に流れるチャネル電流は、第1のチャネル領域L1の
インピーダンスによって制限される。第2のチャネル領
域L!は、低インピーダンスであるため、第1のチャネ
ル領域り。
と第2のチャネル領域L2との間の基板lの表面に、ド
レイン領域3への印加電圧に対応する急激なポテンシャ
ルギャップが形成される。チャネル電流は、この急激な
ポテンシャルギャップにより効率良くホットエレクトロ
ンを発生する。さらに、このホットエレクトロンの一部
は、容易に浮遊ゲート電極6に注入されて、書き込みが
行われる。
ドレイン電圧を電源電圧以下で書き込みができる理由は
、ホットエレクトロンをチャネルの中間より行っている
ために、注入効率が良いからである。
従って、大きな電流を流す電極は全て電源電圧以下にで
きるために、5v単一のメモリを達成できる。また、浮
遊ゲート電極6からの電子の抜き取りである消去は、制
御ゲート電極8を基板1と同電位にして、ドレイン領域
3に約15vの高電圧を印加することにより、浮遊ゲー
ト電極6とドレイン領域3との間の薄い酸化膜にトンネ
ル電流を流して行う、この高電圧は、電流を多く必要と
しないので昇圧回路によりIC内部から供給できる。
薄い酸化膜の膜厚は、80〜150 人の薄い酸化膜で
ある。制御ゲート電極8は、浮遊ゲート電極6と強い容
量結合しているため、容易にトンネル消去流を流すこと
ができる。また、ドレイン領域3へ約15Vの高い電圧
を印加した場合、薄い酸化膜5による表面ブレイクダウ
ン電圧の低下を防止するために、少なくとも表面部分に
薄い濃度のN型ドレイン領域4を設けている。このよう
なドレイン領域構造にすることにより、表面ブレイクダ
ウン電圧を高くするとともに、濃いN・のドレイン領域
3表面での空乏化を防いでトンネル消去を可能にする。
以上説明したように、本発明のメモリは高電圧は全て同
一チップ内の昇圧回路により供給できる構造であるため
、−電源メモリICを実現できる。
ホットエレクトロン書き込みの時に、薄い酸化II*5
に電子トラップが生ずるために書換え特性が劣化する。
特に、薄い酸化膜5の形成後のプロセスを1000℃以
上にすると劣化しやすい、従って、950℃以下の工程
にするために、制御ゲート絶縁電極7をCVDあるいは
酸化膜−千フ化膜−酸化膜のような低温複合膜で形成す
ることにより、高書き換えを達成できる。
また、第1のチャネル領域り、の長さは、短い方がホッ
トエレクトロン注入が効率良くできる。
従って、浮遊ゲート電極6と制御ゲート電極8を同一パ
ターンでエツチング後、ゲート絶縁1り9を形成して、
多結晶シリコン膜を形成し、反応性イオンエツチングの
ような異方性エツチングにより、多結晶シリコン膜のサ
イドウオールを形成して、このサイドウオールをゲート
電極10として用いることにより、第1のチャネル領域
り、のチャネル長を工μm以下に制御できる。
本発明のメモリの場合、消去時にゲート電極10を基板
lと同電位にすることにより、不必要なチャネル電流を
流さないですむ、また、読み出し時に、消去されたメモ
リセルに無駄なドレイン電流を流さない構造になってい
る。
本発明のメモリをマトリックス状に配置する場合、制御
ゲート電極8をワード線、ドレイン領域をビット線、ソ
ース領域2を基板1と同電位にすることにより、任意の
メモリセルを選択して読み出し、あるいは、書き込むこ
とができる。消去は、−括して行うことにより、選択ト
ランジスタは必要としない。従って、セルサイズを小さ
く形成できる。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、ゲート電極によって制
御される第1チヤネル領域と浮遊ゲート電極により制御
される第2のチャネルとから成るソース・ドレイン領域
間のチャネル領域を構成しており、浮遊ゲート電極とド
レイン領域との間にトンネル電流を流す薄い酸化膜を設
けたホットエレクトロン注入書き込み・トンネル電流消
去の一トランジスタの電気的消去可能な半導体不揮発性
メモリにすることにより、高集積化を容易にする効果が
ある。また、プログラムに必要な高電圧は全て、同一チ
ップ内の昇圧回路により供給できるメモリであるため、
単一電源のメモリICを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にかかる半導体不揮発性メモリの断面
図であり、第2図は従来の半導体不揮発性メモリの断面
図である。 l・・・半導体基板 2・・・ソース領域 3・・・濃い濃度のドレイン領域 4・・・薄い濃度のドレイン領域 5・・・薄い酸化膜 6・・・浮遊ゲート電極 8・・・制御ゲート電極 10・・・ゲート電極 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士  林   敬 之 助半導体不j¥−
発→生メモリの打面配 剤 1  図 従来の#−導(杢下揮完1iメ七りの右面図$ 2 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電型の半導体基板表面部分に間隔を置いて形成さ
    れた第2導電型のソース領域とドレイン領域と、前記ド
    レイン領域及び前記ソースと前記ドレインとの間の前記
    半導体基板の上に薄い絶縁膜を介して形成された浮遊ゲ
    ート電極と、前記浮遊ゲート電極上に制御ゲート絶縁膜
    を介して設けられた制御ゲート電極と、前記ソース領域
    と前記ソースと前記ドレインとの間に前記半導体基板上
    にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記
    ゲート電極により制御される前記半導体基板表面部分で
    ある第1のチャネル領域と、前記浮遊ゲート電極により
    制御される前記半導体基板表面部分である第2のチャネ
    ル領域とから成り、前記ソース領域と前記ドレイン領域
    との間の前記半導体基板表面部分であるチャネル領域が
    前記第1のチャネル領域と前記第2のチャネル領域との
    直列接続により構成されるとともに、前記ドレイン領域
    が、第2導電型の薄い濃度のドレイン領域と前記第2導
    電型の薄い濃度のドレイン領域の内側に設けられた第2
    導電型の濃度の濃いドレイン領域とから成ることを特徴
    とする半導体不揮発性メモリ。
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