JPH02285681A - Floating gate type memory device - Google Patents

Floating gate type memory device

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JPH02285681A
JPH02285681A JP1108582A JP10858289A JPH02285681A JP H02285681 A JPH02285681 A JP H02285681A JP 1108582 A JP1108582 A JP 1108582A JP 10858289 A JP10858289 A JP 10858289A JP H02285681 A JPH02285681 A JP H02285681A
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JP
Japan
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layer
floating gate
write
voltage
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP1108582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Furukoshi
雅貴 古越
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP1108582A priority Critical patent/JPH02285681A/en
Publication of JPH02285681A publication Critical patent/JPH02285681A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make wide a difference between a write voltage and a wrong write voltage and to make it possible to offer a stable write condition by a method wherein a semiconductor region for data write use is divided into two regions, whose impurity concentrations are different from each other, and the region having a low impurity concentration is positioned on the side of a floating gate. CONSTITUTION:The impurity concentration of a P<-> impurity layer 3 is made thinner than that of a P<+> impurity layer 2. The layer 3 having the lower impurity concentration out of these two impurity layers is positioned on the side of a floating gate. A negative potential 5 is first applied to the layer 2. If the potential 5 is an avalanche breakdown voltage or higher between the layer 3 and an N<-> substrate 6, an avalanche breakdown voltage is caused in the semiconductor junction part between the layer 3 and the substrate 6 and charge is generated. This charge is stored in the floating gate 1 and a write operation is conducted. If the potential 5 is equal to an avalanche breakdown voltage between the layer 3 and the substrate 6 or lower, generated charge does not reach up to the gate 1 and an avalanche breakdown is not caused. Therefore, data can not be written.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フローティングゲート型メモリー素子の構造
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to the structure of a floating gate type memory device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、フルーティングゲートを有するメモリー素子のデ
ータ書き込み端子は、第2図に示すようにフローティン
グゲート下部の半導体基板と極性の異なる単一不純物濃
度半導体領域を用いていた。
Conventionally, a data write terminal of a memory element having a fluted gate has used a single impurity concentration semiconductor region having a polarity different from that of the semiconductor substrate under the floating gate, as shown in FIG.

そして書き込み時には、書き込み端子と半導体基板とに
生じる半導体接合部に逆方向電圧を印加し、アバランシ
ェ降伏により電荷をフローティングゲートに書き込んで
いた。〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、従来のものは、書き込み端子に電位を与える必
要性から、抵抗値が小さくなるよう、不純物濃度の濃い
半導体領域を用いていた。
During writing, a reverse voltage is applied to the semiconductor junction formed between the write terminal and the semiconductor substrate, and charges are written into the floating gate by avalanche breakdown. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional device, a semiconductor region with a high impurity concentration was used to reduce the resistance value due to the necessity of applying a potential to the write terminal.

フローティングゲート型メモリー素子の書き込み電圧は
、先に述べたアバランシェ降伏電圧により決定されるの
で、データ書き込み端子部の不純物濃度が濃ければ濃い
ほど書き込み電圧は低くなる傾向にある。
Since the write voltage of a floating gate type memory element is determined by the avalanche breakdown voltage mentioned above, the higher the impurity concentration in the data write terminal portion, the lower the write voltage tends to be.

ところが、データ書き込み端子の不純物濃度が濃くなり
、データ書き込み電圧が低くなれば、当然データ非書き
込み状態における誤書き込み電圧も低く成るため、書き
込み電圧と誤書き込む電圧の差が小さくなって書き込み
マージンが少なくなるという問題点があった。
However, if the impurity concentration of the data write terminal becomes higher and the data write voltage becomes lower, the erroneous write voltage in the data non-write state will naturally also become lower, so the difference between the write voltage and the erroneous write voltage becomes smaller, reducing the write margin. There was a problem with that.

そこで本発明では、データ書き込み用半導体領域を不純
物濃度の違う2つの領域に分け、不純物濃度の薄い領域
をフローティングゲート側に位置させ、不純物濃度の濃
い領域を不純物濃度の薄い領域と接触させて配置するこ
とにより、書き込み時は不純物濃度の薄い領域と半導体
基板との間で生じるアバランシェ降伏を利用しデータを
書き込み、非書き込み時は、不純物濃度の濃い領域での
みアバランシェ降伏を生じさせ、フローティングゲート
には影響を及はさない構成を取り、書き込み電圧と誤書
き込み電圧の差を広げ、書き込みマージンを大きくしよ
うとするものである。
Therefore, in the present invention, the semiconductor region for data writing is divided into two regions with different impurity concentrations, the region with low impurity concentration is located on the floating gate side, and the region with high impurity concentration is placed in contact with the region with low impurity concentration. By doing so, data is written using avalanche breakdown that occurs between a region with a low impurity concentration and the semiconductor substrate during writing, and avalanche breakdown occurs only in a region with a high impurity concentration during non-writing, and the floating gate is This is intended to increase the write margin by widening the difference between the write voltage and the erroneous write voltage by adopting a configuration that does not have any influence.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明のフローティングゲート型メモリー素子は、 a)半導体基板上に設けられた電荷蓄積用フローティン
グゲ−1・を備え、 b)データ書き込み用端子として、前記半導体基板と極
性の異なる半導体領域を1つのみ持つメモリー素子に於
て、 C)前記データ書き込み用半導体領域内が、濃度の違う
2つの領域に分かれ、そのうちの濃度の薄い領域が前記
フローティングゲート側に位置することを特徴とする。
The floating gate type memory element of the present invention includes a) a floating gate 1 for charge storage provided on a semiconductor substrate, and b) a semiconductor region having a polarity different from that of the semiconductor substrate as a data writing terminal. C) The inside of the data writing semiconductor region is divided into two regions with different concentrations, and one of the regions with a lower concentration is located on the floating gate side.

〔作 用〕[For production]

本発明は以上の構成を有するので、フローティングゲー
ト型メモリー素子の書き込み電圧と誤書き込み電圧の差
を広げ、安定した書き込み状態を可能なものとする。
Since the present invention has the above configuration, it widens the difference between the write voltage and the erroneous write voltage of the floating gate type memory element, and enables a stable write state.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、本発明に付いて実施例に基づいて詳細に説明する
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

第1図は本発明の実施例を示すフローティング型メモリ
ー素子の構造断面図である。
FIG. 1 is a structural sectional view of a floating type memory device showing an embodiment of the present invention.

1は電荷を蓄積するためのフローティングゲートで、材
質はアルミニウムやポリシリコン等、電荷蓄積が可能な
ものであれば何でもよい。2はN型半導体基板6と反対
の伝導極性を持つP十型不純物層で、3はP十型不純層
2よりも不純物濃度が薄いP−型不純物である。P+型
不純物層2とP−型不純物層3は同極性で、接触してい
るので両者の間には導通が取られていることになる。
Reference numeral 1 designates a floating gate for storing charge, and the material thereof may be aluminum, polysilicon, or any other material that can store charge. 2 is a P-type impurity layer having a conduction polarity opposite to that of the N-type semiconductor substrate 6, and 3 is a P--type impurity layer whose impurity concentration is lower than that of the P-type impurity layer 2. Since the P+ type impurity layer 2 and the P− type impurity layer 3 have the same polarity and are in contact with each other, conduction is established between them.

4は前記2のP十型不純物層との導通を取るためのアル
ミニウム配線層。7は前記6のN−型半導体基板に導通
を取るためのN十型不純物層。8はN十型不純物層7と
導通を取るためのアルミニウム配線層。10はSiO,
5i02等の絶縁物層である。
Reference numeral 4 denotes an aluminum wiring layer for establishing electrical conduction with the P-type impurity layer 2. Reference numeral 7 denotes an N0-type impurity layer for establishing conduction to the N-type semiconductor substrate 6. 8 is an aluminum wiring layer for establishing conduction with the N0 type impurity layer 7; 10 is SiO,
It is an insulating material layer such as 5i02.

第1図に於いてN−基板6には、アルミニウム配線層8
を介して接地電位9が与えられている。
In FIG. 1, the N-substrate 6 has an aluminum wiring layer 8.
A ground potential 9 is applied via.

フローティングゲート1に電荷を書き込む動作を説明す
ると、アルミニウム配線層4を介してP+型不純物層2
にマイナス電位5が与えられる。
To explain the operation of writing charges into the floating gate 1, the charge is written into the P+ type impurity layer 2 via the aluminum wiring layer 4.
A negative potential 5 is applied to.

電位5が、P−型不純物層3とN−型基板6間のアバラ
ンシェ降伏電圧以上ならば、その半導体液合部にアバラ
ンシェ降伏が生じ電荷が発生される(本例の場合マイナ
スの電荷)。そしてこの電荷かフローティングゲート1
中に蓄積され書き込み動作が行なわれたことになる。電
位5が、P−型不純物層3とN−型基板6との間のアバ
ランシェ降伏電圧以下で、かつP+型不純物層2とN−
型基板6との間のアバランシェ降伏電圧以上の場合、ア
バランシェ降伏が生じるのはP+型不純物層2とN−型
基板6との間のみで、そこで発生した電荷は途中にP−
型不純物層3があるためにフローティングゲート1まで
届かず、データを書き込むことは出来ない。
If the potential 5 is higher than the avalanche breakdown voltage between the P- type impurity layer 3 and the N- type substrate 6, avalanche breakdown occurs in the semiconductor liquid junction and a charge is generated (in this example, a negative charge). And this charge is floating gate 1
This means that the write operation has been performed. The potential 5 is lower than the avalanche breakdown voltage between the P- type impurity layer 3 and the N- type substrate 6, and the potential 5 is lower than the avalanche breakdown voltage between the P+ type impurity layer 2 and the N-
When the avalanche breakdown voltage is higher than the avalanche breakdown voltage between the P+ type impurity layer 2 and the N- type substrate 6, avalanche breakdown occurs only between the P+ type impurity layer 2 and the N- type substrate 6, and the charges generated there are transferred to the P- type substrate 6.
Because of the type impurity layer 3, it cannot reach the floating gate 1 and data cannot be written.

電位5が、P+型不純物層2とN−型基板6との間のア
バランシェ降伏電圧以下の場合は、どこにもアバランシ
ェ降伏は生じないため、データを書き込むことはできな
い。
If the potential 5 is lower than the avalanche breakdown voltage between the P+ type impurity layer 2 and the N- type substrate 6, avalanche breakdown does not occur anywhere, so data cannot be written.

第1図に於て基板の極性をN型、不純物層の極性をP型
としたが、反対でもよい。
In FIG. 1, the polarity of the substrate is N type and the polarity of the impurity layer is P type, but the polarity may be reversed.

第3図は、本発明を応用した、書き込み制御用MO3)
ランジスタ付きフローティングゲート型メモリーである
Figure 3 shows write control MO3 to which the present invention is applied.
It is a floating gate type memory with a transistor.

3]は電荷蓄積用フローティングゲ−1・、32はP−
型不純物層、33は書き込み制御用MOSトランジスタ
ーのゲート電極、34は前記ゲート電極33に導通を取
るためのアルミニウム配線層でゲート端子になる、35
はP+型不純物層で書き込み制御用MO8I−ランシス
ターのソースの役割をする。36はP+型不純物層で書
き込み制御用MOSトランジスタのドレインの役割をす
る。
3] is a charge storage floating gate 1, 32 is a P-
35 is a type impurity layer, 33 is a gate electrode of a write control MOS transistor, 34 is an aluminum wiring layer for establishing conduction to the gate electrode 33 and becomes a gate terminal;
is a P+ type impurity layer and serves as a source of the MO8I- run sister for write control. 36 is a P+ type impurity layer which serves as a drain of a write control MOS transistor.

37は前記P+型不純物層36に導通を取るためのアル
ミニウム配線層でドレイン端子となる。38はN−型半
導体基板、39は前記N−型半導体基板38に導通を取
るだめのN十型不純物層、40は前記N十型不純物層3
つに導通を取るためのアルミニウム配線層で基板電極と
なる。第3図中では、書き込み制御用MO3+−ランジ
スタリスースと本発明による書き込み電圧印加用不純物
層を共用している。
Reference numeral 37 is an aluminum wiring layer for establishing conduction to the P+ type impurity layer 36 and serves as a drain terminal. 38 is an N- type semiconductor substrate, 39 is an N0 type impurity layer for establishing conduction to the N- type semiconductor substrate 38, and 40 is the N0 type impurity layer 3.
The aluminum wiring layer serves as a substrate electrode to provide electrical conduction. In FIG. 3, the write control MO3+- transistor source and the write voltage application impurity layer according to the present invention are shared.

第3図に於て基板電極40に接地電位41を与え、ゲー
ト端子34に書き込み制御用MO3I−ランジスタリス
きい値電圧以上の電圧(−v t h)42を印加する
と、33.35.36で構成される書き込み制御用MO
3)ランリスタがONする。
In FIG. 3, when a ground potential 41 is applied to the substrate electrode 40 and a voltage (-v th) 42 higher than the write control MO3I-transistor threshold voltage is applied to the gate terminal 34, at 33.35.36. MO for write control configured
3) Run lister turns on.

その状態でドレイン端子37に、P−型不純物層32と
N−型半導体基板38との間のアバランシェ降伏電圧以
上の電圧(−Vw)4Bが印加されると、フローティン
グゲート31に電荷が蓄積lされデータの書き込みが終
了する。
In this state, when a voltage (-Vw) 4B higher than the avalanche breakdown voltage between the P-type impurity layer 32 and the N-type semiconductor substrate 38 is applied to the drain terminal 37, charges are accumulated in the floating gate 31. and data writing is completed.

また、ゲート端子34に接地電位が与えられると(非書
き込み状態)、書き込み制御用MOSトランジスタはO
FFされるのでドレイン端子37に書き込み電圧(−V
w)4Bが印加されてもP型不純物層には電圧がかから
ず、フローティングゲート31にはデータは書き込まれ
ない。もし仮にP+型不純物層にノイズ的な電位が伝わ
ったとしても書き込み電圧(−Vw)以上になることは
なく、はとんど(−Vw)よりかなり小さい値になるた
め、アバランシェ降伏が起こるとしてもP+型不純物層
35とN−型半導体基板38の間のみであり、誤書き込
みの生じる可能性はない。
Further, when the ground potential is applied to the gate terminal 34 (non-write state), the write control MOS transistor is turned off.
Since it is turned off, a write voltage (-V) is applied to the drain terminal 37.
w) Even if 4B is applied, no voltage is applied to the P-type impurity layer, and no data is written to the floating gate 31. Even if a noise-like potential were to be transmitted to the P+ type impurity layer, it would not exceed the write voltage (-Vw), and would be much smaller than (-Vw), so avalanche breakdown would occur. This is only between the P+ type impurity layer 35 and the N- type semiconductor substrate 38, and there is no possibility of erroneous writing.

よって、P−型不純物層32とP+型不純物層35の濃
度差がアバランシェ降伏電圧の差、すなわち書き込み電
圧と誤書き込み電圧の差に比例することになり、濃度コ
ントロールにより書き込み電圧マージンを広くすること
ができる。
Therefore, the concentration difference between the P- type impurity layer 32 and the P+ type impurity layer 35 is proportional to the difference in avalanche breakdown voltage, that is, the difference between the write voltage and the erroneous write voltage, and the write voltage margin can be widened by controlling the concentration. I can do it.

第3図に於いても、基板の極性をN型、不純物層の極性
をP型としたが、反対でもよい。
In FIG. 3, the polarity of the substrate is N type and the polarity of the impurity layer is P type, but the polarity may be reversed.

このように本発明によれば、書き込み電圧と誤書き込み
電圧の差を広くすることができるので、安定した書き込
み条件を提供することが可能になる。
As described above, according to the present invention, it is possible to widen the difference between the write voltage and the erroneous write voltage, thereby making it possible to provide stable write conditions.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように述べたように本発明によれば、フロ
ーティングゲート型メモリー素子の書き込み電圧と誤書
き込み電圧の差を広くすることができるので、安定した
書き込み条件を提供することを可能にした。
As described above, according to the present invention, it is possible to widen the difference between the write voltage and the erroneous write voltage of a floating gate type memory element, making it possible to provide stable write conditions. .

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

第1図は、本発明を適用したフローティングゲ−ト型メ
モリー素子の構造断面図である。 第2図は、従来の単一書き込み端子型フローティングゲ
ート型メモリー素子の構造断面図である。 第3図は、本発明を応用した書き込み制御用MOSトラ
ンジスタ付きフローティングゲート型メモリー素子の構
造断面図である。 1 φ ・ ・ 会 拳 ・ 2 ・ Φ ・ ・ ・ Φ 3 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 4.8・ ・ ・ ・ 5・ ・ ・ ・ ・ − 6・ ・ ・ ・ ・ ・ 7 ・ ・ ・ ・ ・ φ 9 争 ・ 令 令 囃 ・ 10 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 11 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 12 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 13、17 ・ ・ ・ 14 ・ ・ ・ ・ ・ ・ フローティングゲート P+型不純物層 P−型不純物層 アルミニウム配線層 書き込み電圧 N−型半導体基板 N生型不純物拡散層 接地電位 絶縁物層 フローティングゲート P十型不純物拡散層 アルミニウム配線層 書き込み電圧 15・・・・・・N−型半導体基板 16・・・・・・N十型不純物拡散層 18・・・・・・接地電位 19・・・・・・絶縁物層 31φ・・・・・フローティングゲート32・・・・・
・P−型不純物拡散層 33・・・・・・ゲート電極 34.37.40 ・・・・・・アルミニウム配線層 35・・・・・・P十型不純物拡散層 36・・・・・・P十型不純物拡散層(ドレイン)(書
き込み電圧印加端子) 38・・・・・・N−型半導体基板 39・・・・・・N生型不純物拡散層 41・・・・・・接地電位 42・・・・・・しきい値電圧 43φ・・・・・書き込み電圧 44・・・・・・絶縁物層 以上
FIG. 1 is a structural sectional view of a floating gate type memory device to which the present invention is applied. FIG. 2 is a structural cross-sectional view of a conventional single write terminal type floating gate type memory device. FIG. 3 is a structural sectional view of a floating gate type memory element with a write control MOS transistor to which the present invention is applied. 1 φ ・ ・ Kaiken ・ 2 ・ φ ・ ・ ・ φ 3 ・ ・ ・ ・ ・ 4.8・ ・ ・ ・ 5・ ・ ・ ・ ・ − 6・ ・ ・ ・ ・ ・ 7 ・ ・ ・ ・ ・ φ 9 Controversy ・ ・ ・ ・ ・ ・ 11 ・ ・ ・ ・ ・ 12 ・ ・ ・ ・ ・ ・ 13, 17 ・ ・ ・ 14 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Floating gate P+ type impurity layer P- type impurity Layer Aluminum wiring layer Write voltage N- type semiconductor substrate N Raw impurity diffusion layer Ground potential Insulator layer Floating gate P Ten type impurity diffusion layer Aluminum wiring layer Write voltage 15... N- type semiconductor substrate 16... ...N0-type impurity diffusion layer 18...Ground potential 19...Insulator layer 31φ...Floating gate 32...
・P- type impurity diffusion layer 33... Gate electrode 34, 37, 40... Aluminum wiring layer 35... P-type impurity diffusion layer 36... P ten type impurity diffusion layer (drain) (writing voltage application terminal) 38...N- type semiconductor substrate 39...N native type impurity diffusion layer 41...Ground potential 42 ...Threshold voltage 43φ...Writing voltage 44...More than insulator layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)a)半導体基板上に設けられた電荷蓄積用フローテ
ィングゲートを備え、 b)データ書き込み用端子として、前記半導体基板と極
性の異なる半導体領域を1つのみ持つメモリー素子に於
て、 c)前記データ書き込み用半導体領域内が、不純物濃度
の違う2つの領域に分かれ、そのうちの不純物濃度の薄
い領域が前記フローティングゲート側に位置することを
特徴とするフローティングゲート型メモリー素子。
[Claims] 1) a) A memory element comprising a floating gate for charge storage provided on a semiconductor substrate, and b) having only one semiconductor region having a polarity different from that of the semiconductor substrate as a data writing terminal. c) A floating gate type memory element, wherein the data writing semiconductor region is divided into two regions having different impurity concentrations, and one of the regions having a lower impurity concentration is located on the floating gate side.
JP1108582A 1989-04-27 1989-04-27 Floating gate type memory device Pending JPH02285681A (en)

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