JPH03169082A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device

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Publication number
JPH03169082A
JPH03169082A JP1310364A JP31036489A JPH03169082A JP H03169082 A JPH03169082 A JP H03169082A JP 1310364 A JP1310364 A JP 1310364A JP 31036489 A JP31036489 A JP 31036489A JP H03169082 A JPH03169082 A JP H03169082A
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JP
Japan
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transistor
gate electrode
tunnel
impurity diffusion
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP1310364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Moriyoshi Nakajima
盛義 中島
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP1310364A priority Critical patent/JPH03169082A/en
Publication of JPH03169082A publication Critical patent/JPH03169082A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To micronize it and also to enable high-speed operation by making the control gate electrode of a memory transistor and the selective gate electrode of a selective transistor common. CONSTITUTION:This has a memory transistor 6 and a selective transistors 3 being arranged in matrix shape on the semiconductor substrate of first conductivity type. And a tunnel region 8 and a lead transistor region 10 are made, shearing the polycrystalline semiconductor upper layer of a floating gate electrode 14 and a selective gate electrode 4 formed through an interlayer insulating film and separating the lower layer electrically with an element isolating field oxide film 18. That is, since a memory transistor 6 and a selective transistor 3 are made continuously, separation allowance and a connection impurity diffusion layer can be omitted. Hereby, micronization becomes possible, and they can be integrated highly, and at the same time the increase of the channel resistance by the connection impurity diffusion layer can be suppressed, and an element capable of high speed operation can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気的に書込み・書換えができる読出し専
用の不揮発性半導体記憶装置(EEFROM)に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a read-only nonvolatile semiconductor memory device (EEFROM) that can be electrically written and rewritten.

(従来の技術) 第5図(a).(b)および(C)は一般に知られてい
る従来のEEFROMセルのFLOTEX (Floa
tigGate Tunnel Oxide)構造を示
す平面図,断面図および等価回路図である。これらの図
において、1および2はp型のシリコン(Si)基板2
8表面に選択トランジスタ3とメモリトランジスタ6を
挟んで形成した二重拡散構造のドレイン領域およびソー
ス領域である.選択トランジスタ3は、そのドレイン領
域1と隔ててSt基板28表面に形成したソースとして
の接続不純物拡散層5,その間のSi基板28上に膜厚
400人程度の選択ゲート酸化シリコン(SiO2)膜
13を介して形成したゲート長2μm程度の選択ゲート
多結晶シリコン(p−S i )膜(以下、単に選択ゲ
ート電極という)4からなる。メモリトランジスタ6は
前記ソース領域2と隔ててSi基板28表面に形威した
ドレインとしてのトンネル不純物拡散層9,このトンネ
ル不純物拡散層9の一部の表面上に形成した膜厚の薄い
トンネル酸化シリコン膜16を含むメモリゲート酸化シ
リコン膜17を介してSt基板28上に形成した浮遊ゲ
ートp−Si層(以下、単に浮遊ゲート電極という)1
4,その上に眉間絶縁@15を介して形成した制御ゲー
トp−St層(以下、単に制御ゲート電極という)7か
らなる。8はトンネル酸化シリコン膜16中をトンネル
効果(ファウラー・ノルドハイムトンネル現象)により
電子の注入・放出を行うメモリトランジスタ6のトンネ
ル領域、10はそのトンネル領域8で前記浮遊ゲート電
極14に注入された電子の有無により変化する制御ゲー
ト電極7からみたしきい値電圧の高低状態に従って読出
し電流のオン・オフを行うメモリトランジスタ6のリー
ドトランジスタ領域、11および12はビット線23お
よびソース線24に接続されるドレイン電極およびソー
ス電極、3aは他の選択トランジスタで、ワード線25
に接続される選択ゲート4aにより制御ゲート線22の
信号をメモリトランジスタ6の制御ゲート電極7に供給
するものである。
(Prior art) Figure 5(a). (b) and (C) are the generally known conventional EEFROM cell FLOTEX (Floa
FIG. 2 is a plan view, a cross-sectional view, and an equivalent circuit diagram showing a TigGate Tunnel Oxide (TigGate Tunnel Oxide) structure. In these figures, 1 and 2 are p-type silicon (Si) substrates 2.
The drain and source regions of a double diffusion structure are formed on the surface of the transistor 8 with the selection transistor 3 and the memory transistor 6 sandwiched therebetween. The selection transistor 3 has a connection impurity diffusion layer 5 as a source formed on the surface of the St substrate 28 separated from the drain region 1, and a selection gate silicon oxide (SiO2) film 13 with a thickness of about 400 nm on the Si substrate 28 between them. It consists of a select gate polycrystalline silicon (p-S i ) film (hereinafter simply referred to as a select gate electrode) 4 with a gate length of about 2 μm formed through a gate electrode. The memory transistor 6 includes a tunnel impurity diffusion layer 9 as a drain formed on the surface of the Si substrate 28 separated from the source region 2, and a thin tunnel oxide silicon film formed on a part of the surface of the tunnel impurity diffusion layer 9. Floating gate p-Si layer (hereinafter simply referred to as floating gate electrode) 1 formed on St substrate 28 via memory gate silicon oxide film 17 including film 16
4. Consists of a control gate p-St layer (hereinafter simply referred to as a control gate electrode) 7 formed thereon via a glabellar insulator @15. Reference numeral 8 denotes a tunnel region of the memory transistor 6 in which electrons are injected and emitted through the tunneling silicon oxide film 16 by a tunnel effect (Fowler-Nordheim tunneling phenomenon); 10, electrons are injected into the floating gate electrode 14 in the tunnel region 8; The read transistor regions 11 and 12 of the memory transistor 6, which turn on and off the read current according to the level of the threshold voltage seen from the control gate electrode 7, which changes depending on the presence or absence of electrons, are connected to the bit line 23 and the source line 24. 3a is another selection transistor, which is connected to the word line 25.
A signal from the control gate line 22 is supplied to the control gate electrode 7 of the memory transistor 6 by the selection gate 4a connected to the memory transistor 6.

上記従来例のEEFROMセルは、メモリトランジスタ
6の制御ゲート電極7からみたしきい値電圧が、浮遊ゲ
ート電極14に電子が蓄積されているかいないかにより
異なることを利用してデータを記憶する。メモリトラン
ジスタ6は、そのトンネル領域8のドレインと制御ゲー
ト電極7間に18〜20Vの高電圧を印加してドレイン
近傍で発生する高エネルギーをもつ電子を浮遊ゲート電
極14に注入して書込みを行う.また、ドレインと制御
ゲート電極7間に印加する高電圧の極性を反転し、浮遊
ゲート電極14の電子を放出して消去を行う。さらに、
ワード線25選択のデコーダ出力に接続された選択トラ
ンジスタ3,3aの選択ゲート電極4,4aによりメモ
リトランジスタ6の制御ゲート電極7を接地したとき、
浮遊ゲート電極14に電子が注入されているとしきい値
は高い状態(エンハンスメント状態)にあり、リードト
ランジスタ領域10はオフし電流は流れないが、逆の場
合でしきい値が低い状態(デブレツシ日ン状態)にある
とオンし電流は流れる。電流の有無を検出してメモリト
ランジスタ6の状態、すなわち書込まれた情報を判定し
、ビット線23との間でデータの読出しを行う。書込み
.消去および読出し時に各要素に印加される電位は下記
第1表のとおりである。
The conventional EEFROM cell stores data by utilizing the fact that the threshold voltage seen from the control gate electrode 7 of the memory transistor 6 differs depending on whether or not electrons are accumulated in the floating gate electrode 14. The memory transistor 6 performs writing by applying a high voltage of 18 to 20 V between the drain of the tunnel region 8 and the control gate electrode 7 and injecting high-energy electrons generated near the drain into the floating gate electrode 14. .. Further, the polarity of the high voltage applied between the drain and the control gate electrode 7 is reversed, and electrons from the floating gate electrode 14 are emitted for erasing. moreover,
When the control gate electrode 7 of the memory transistor 6 is grounded by the selection gate electrodes 4, 4a of the selection transistors 3, 3a connected to the decoder output of the word line 25 selection,
When electrons are injected into the floating gate electrode 14, the threshold is in a high state (enhancement state), and the read transistor region 10 is turned off and no current flows; When it is in the on state), it turns on and current flows. The state of the memory transistor 6, that is, the written information is determined by detecting the presence or absence of current, and data is read from the bit line 23. writing. The potentials applied to each element during erasing and reading are shown in Table 1 below.

第  1  表 〔発明が解決しようとする課題〕 上記のような従来のEEFROMセルは次のような問題
点があった。
Table 1 [Problems to be Solved by the Invention] The conventional EEFROM cell as described above has the following problems.

(1)  メモリトランジスタ6と選択トランジスタ3
を分離して形成するため各々の素子領域を分けるための
分離余裕が必要となり、微細化を妨げると同時に、メモ
リトランジスタ6と選択トランジスタ3のチャネル間に
電気的接続を行うための接続不純物拡散層5が必要であ
り、メモリトランジスタ6の読み出し時のオン抵抗を増
加させていた。
(1) Memory transistor 6 and selection transistor 3
Since the transistors are formed separately, a separation margin is required to separate each element region, which hinders miniaturization. 5, which increases the on-resistance of the memory transistor 6 during reading.

(2)  メモリトランジスタ6のドレイン印加電位は
ビット線23に印加される電位よりも選択トランジスタ
3のしきい値電圧分だけ下がるため、その分メモリトラ
ンジスタ6の書込み効率が下がりデブレッション(常時
オン)時の電流駆動力が落ちる。
(2) Since the potential applied to the drain of the memory transistor 6 is lower than the potential applied to the bit line 23 by the threshold voltage of the selection transistor 3, the write efficiency of the memory transistor 6 decreases accordingly, causing depletion (always on). Current driving power decreases.

(3)  選択トランジスタ3は書込み.消去および読
出し時共用のため、ゲート長や二重拡散ドレインなどの
特殊な構造を必要とし、トンネル不純物拡散層9の配置
上からも読出し用として構造や配置を最適化できず、読
出し動作の高速化を妨げていた。
(3) Select transistor 3 is used for writing. Since it is shared during erasing and reading, a special structure such as a gate length and a double-diffused drain is required, and the structure and arrangement cannot be optimized for reading due to the arrangement of the tunnel impurity diffusion layer 9, making it difficult to perform high-speed reading operations. It was preventing the development of

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、微細化でき、かつ容易に高集積化でき、書
込み・読出しを高速化できるとともに、電気的に書込み
・書換えができる読出し専用の不揮発性半導体記憶装置
を得ることを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it provides a readout device that can be miniaturized, easily highly integrated, write and read at high speed, and that can be written and rewritten electrically. The purpose is to obtain a dedicated nonvolatile semiconductor memory device.

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

この発明に係る不揮発性半導体記憶装置(EEFROM
)は、第1導電型の半導体基板上にマトリクス状に配置
したメモリトランジスタと選択トランジスタを有するメ
モリトランジスタと選択トランジスタを有する半導体記
憶装置において、眉間絶縁膜を介して形成した浮遊ゲー
ト電極と選択ゲート電極の多結晶半導体上層を共用し、
その下層を素子分離フィールド酸化膜で電気的に分離し
てトンネル領域とリードトランジスタ領域を形威したも
のである。
Nonvolatile semiconductor memory device (EEFROM) according to the present invention
) is a semiconductor memory device having a memory transistor and a selection transistor arranged in a matrix on a semiconductor substrate of a first conductivity type. Sharing the polycrystalline semiconductor upper layer of the electrode,
The lower layer is electrically isolated by an element isolation field oxide film to form a tunnel region and a read transistor region.

また、さらにメモリトランジスタのトンネル領域下部の
第1導電型の半導体基板表面に形成したトンネル不純物
拡散層、リードトランジスタ領域と直列に接続して形威
した選択トランジスタにおける選択ゲート電極の多結晶
半導体層下部のトンネル領域側前記基板表面に形威した
ワード線不純物拡散層およびトンネル不純物拡散層とワ
ード線不純物拡散層を接続する前記基板表面に形威した
第2導電型の接続不術物拡散層を含み、ビット線方向に
平行に直接電気的に接続したトンネル電極線を備えたも
のである。
Further, a tunnel impurity diffusion layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate below the tunnel region of the memory transistor, and a polycrystalline semiconductor layer below the selection gate electrode of the selection transistor connected in series with the read transistor region. a word line impurity diffusion layer formed on the substrate surface on the tunnel region side thereof and a second conductivity type connecting impurity diffusion layer formed on the substrate surface connecting the tunnel impurity diffusion layer and the word line impurity diffusion layer; , a tunnel electrode line that is directly electrically connected parallel to the bit line direction.

〔作用) 上記のように構成したEEPROMは、メモリトランジ
スタの制御ゲート電極と選択トランジスタの選択ゲート
電極を共通したので、選択トランジスタのチャネル領域
とメモリトランジスタのチャネル領域を電気的に接続す
る接続不純物拡散層が不要になり、微細化できるととも
に、高速動作を可能とする。メモリトランジスタのリー
ドトランジスタ領域をトンネル領域と分離したから、自
己整合型リードトランジスタ領域の形成が可能となり写
真製版重ね合せ余裕の必要がなくなる。
[Function] In the EEPROM configured as above, since the control gate electrode of the memory transistor and the selection gate electrode of the selection transistor are common, connection impurity diffusion is performed to electrically connect the channel region of the selection transistor and the channel region of the memory transistor. This eliminates the need for layers, allowing for miniaturization and high-speed operation. Since the read transistor region of the memory transistor is separated from the tunnel region, it is possible to form a self-aligned read transistor region, and there is no need for a photolithography overlay margin.

また、トンネル電極線をリードトランジスタ領域と分離
して設け、選択トランジスタを介さないようにしたから
書込み・消去用ビット線の電位をトンネル電極線を経て
直接トンネル領域に印加することが可能となり、選択ト
ランジスタのしきい値電圧分の低下がなくなる。さらに
、選択トランジスタを読出し専用化できるから、選択ト
ランジスタのゲート長やドレイン構造を読出し用として
最適化可能となり、また、さらにトンネル不純物拡散層
をリードトランジスタ領域と分離したことから選択トラ
ンジスタとメモリトランジスタのリードトランジスタ領
域からなる直列形トランジスタセルの読出し用ビット線
の電位を印加するドレイン・ソース間のチャネル抵抗を
下げ、相互コンダクタンスを上げることが可能となり、
読出し動作が高速化する。
In addition, since the tunnel electrode line is provided separately from the read transistor area so that it does not go through the selection transistor, it is possible to apply the potential of the write/erase bit line directly to the tunnel area via the tunnel electrode line. There is no reduction in the threshold voltage of the transistor. Furthermore, since the selection transistor can be made read-only, it is possible to optimize the gate length and drain structure of the selection transistor for reading. Furthermore, since the tunnel impurity diffusion layer is separated from the read transistor region, the selection transistor and memory transistor can be separated. It is possible to lower the channel resistance between the drain and source to which the potential of the read bit line of the series transistor cell consisting of the read transistor region is applied, and to increase the mutual conductance.
Read operations become faster.

〔実施例〕〔Example〕

第1図(a)〜Cf>はこの発明の一実施例を示すEE
PROMセルの平面図とその等価回路図ならびにIc線
,Id線,Ie線,If線による断面図である。第1図
(C).(d).(e),(f)は第1図(a)のIc
−Ic線,Id−Id線,Ie−Ie線およびI f−
I f線による断面図である。これらの図において、1
および2はp型のSl基板28表面に選択トランジスタ
3とメモリトランジスタ6のリードトランジスタ領域1
0を挟んで形成したドレイン領域およびソース領域、3
は選択トランジスタで、そのドレイン領域1とメモリト
ランジスタ6のリードトランジスタ領域10に挟まれ、
その間のSt基板28上に膜厚400人程度の選択ゲー
ト酸化シリコン膜13を介して形成したゲート長1.2
μm程度の選択ゲート電極4からなる。
1(a) to Cf> show an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a PROM cell, an equivalent circuit diagram thereof, and a sectional view taken along lines Ic, Id, Ie, and If. Figure 1 (C). (d). (e) and (f) are Ic in Figure 1 (a)
-Ic line, Id-Id line, Ie-Ie line and If-
It is a sectional view taken along the If line. In these figures, 1
2 is a lead transistor region 1 of a selection transistor 3 and a memory transistor 6 on the surface of a p-type Sl substrate 28.
Drain region and source region formed on both sides of 0, 3
is a selection transistor, which is sandwiched between its drain region 1 and the lead transistor region 10 of the memory transistor 6;
A gate length of 1.2 is formed on the St substrate 28 between them via a selection gate silicon oxide film 13 with a film thickness of about 400.
It consists of a selection gate electrode 4 of about .mu.m.

メモリトランジスタ6は、前記ソース領域2と選択トラ
ンジスタ3に挟まれ、その間のSt基板28上に膜厚3
00人程度のメモリゲート酸化シリコン膜17を介して
形威した浮遊ゲート電極14、その上にS i 02膜
厚換算で250人程度の眉間絶縁膜15を介して形成さ
れ、前記選択トランジスタ3の選択ゲート電極4と共通
な制御ゲート電極7からなるリードトランジスタ領域1
0、およびそのリードトランジスタ領域10に素子分離
フィールド酸化シリコン膜18を介して相隣接したSt
基板28表面に形成した濃度1×1 0 ”c12程度
のn型のトンネル不純物拡散層9、その上に膜厚100
人程度のトンネル酸化シリコン膜16を介して形成した
前記共用の浮遊ゲート電極14と、その上の眉間絶縁膜
15を介して形成した制御ゲート電′M17からなるト
ンネル領域8で構成される。
The memory transistor 6 is sandwiched between the source region 2 and the selection transistor 3, and has a film thickness of 3 on the St substrate 28 between them.
A floating gate electrode 14 is formed through a memory gate silicon oxide film 17 of approximately 0.00 mm, and a glabellar insulating film 15 of approximately 250 mm (converted to Si 0 2 film thickness) is formed thereon. Read transistor region 1 consisting of a selection gate electrode 4 and a common control gate electrode 7
0 and the lead transistor region 10 of which is adjacent to the device isolation field silicon oxide film 18 through the
An n-type tunnel impurity diffusion layer 9 with a concentration of about 1×10”c12 is formed on the surface of the substrate 28, and a film with a thickness of 100 mm is formed thereon.
The tunnel region 8 is composed of the shared floating gate electrode 14 formed through a human-sized tunnel silicon oxide film 16, and a control gate electrode M17 formed over the shared floating gate electrode 14 through a glabella insulating film 15 thereon.

19はトンネル電極線で、前記トンネル領域8下部のS
t基板28表面にビット線23方向に平行に延在して形
成した濃度1×1゜019cm−2程度のトンネル不純
物拡散層9と、選択トランジスタ3の選択ゲート電極4
に接続された全てのメモリセルを活性化し、各ビット線
23との間でデータの書込み・読出しを行うワード線2
5下部に、Si02膜厚換算で400人程度のワード線
絶縁膜20を介して形戒した濃度1 x 1 0 ”c
a−2程度のワード線不純物拡散層21とを接続し、ビ
ット線23方向に直接電気的に接続される。ビット線2
3は前記選択トランジスタ3のドレインt8i11に接
続され、ワード線25が選択されると、メモリセルとの
間でデータの書込み・読出しを可能とする。ソース線2
4はメモリトランジスタ6のソース電極12に接続され
ている。ワード線25は前記選択トランジスタ3の選択
ゲート電極4および前記メモリトランジスタ6の制御ゲ
ート電極7より構成される。26および27は前記Si
基板28上に構成したマトリクスアレイのメモリセル上
に形成した下地用のスムースコート絶縁下地酸化シリコ
ン膜および表面不働態化用のスムースコート絶縁膜であ
る。
Reference numeral 19 denotes a tunnel electrode line, which connects S at the bottom of the tunnel region 8.
A tunnel impurity diffusion layer 9 with a concentration of about 1×1°019 cm −2 is formed on the surface of the t-substrate 28 extending parallel to the bit line 23 direction, and a selection gate electrode 4 of the selection transistor 3
The word line 2 activates all memory cells connected to the word line 2 and writes and reads data between each bit line 23.
At the bottom of 5, a concentration of 1 x 10"c is formed via a word line insulating film 20 of about 400 in terms of Si02 film thickness.
It is connected to the word line impurity diffusion layer 21 of about a-2, and is directly electrically connected in the direction of the bit line 23. bit line 2
3 is connected to the drain t8i11 of the selection transistor 3, and when the word line 25 is selected, data can be written to and read from the memory cell. source line 2
4 is connected to the source electrode 12 of the memory transistor 6. The word line 25 is composed of the selection gate electrode 4 of the selection transistor 3 and the control gate electrode 7 of the memory transistor 6. 26 and 27 are the Si
These are a smooth coat insulating base silicon oxide film for the base formed on the memory cells of the matrix array configured on the substrate 28 and a smooth coat insulating film for surface passivation.

第1図(e),(f)に示されるように、眉間絶縁膜1
5を介して形成した浮遊ゲート電極14と選択ゲート電
極4の多結晶半導体上層は共用しており、下層側は素子
分離フィールド酸化膜18で電気的に分離され、トンネ
ル領域8とリードトランジスタ領域10とが形威されて
いる。
As shown in FIGS. 1(e) and (f), the glabella insulating film 1
The upper polycrystalline semiconductor layer of the floating gate electrode 14 and the selection gate electrode 4 formed through the gate electrode 5 is shared, and the lower layer side is electrically isolated by an element isolation field oxide film 18, and the tunnel region 8 and the read transistor region 10 This is clearly expressed.

第2図はこの発明の一実施例を示すオンチップ化EEP
ROMのブロック図である。図において、50は1ビッ
トの情報として記憶する単位回路であ.るメモリセルを
マトリクス状に配置し、それぞれのセルを選択するため
の第1図のワード線25および記憶情報を伝達するため
のビット線23に接続して構戊したメモリセルマトリク
スアレイ、51および52は行アドレス人カバッファお
よび列アドレス人カバッファで、TTLレベルの行;列
アドレス入力信号59.60の“H”.“L”レベルを
検出し、その信号レベルを増幅して内部のMOSレベル
の信号に変換し、さらにドライバを介して行;列デコー
ダ53.54を駆動する。行デコーダ53および列デコ
ーダ54は行・列アドレスで指定されたワード線25お
よびビット線23を選択するため、ワードドライバを介
してワード線25を駆動し、またマルチブレクサを制御
する。55はこの行.列デコーダ53.54で指定され
たメモリセルに蓄積されたデータをセンスアンプ56に
読出す列セレクタ、センスアンブ56はメモリセルに蓄
積されたデータの微少信号電圧をビット線23を介して
検出し、それを電圧レベルとして増幅する。57はデー
タ人出力バッファで、チップセレクト人カバッファ58
を介してデータ入出力端子を選択するチップセレクト入
力信号61を受けてデータ入出力信号62を選択し、ド
ライバで大きい負荷容量を駆動する。58はチップセレ
クト人カバッファで、チップセレクト入力信号61を受
けてドライバを介してデータ人出力バッファ57や他の
行アドレス人カバッファ,列アドレス人カパッファ51
.52、行.列デコーダ53.54、センスアンブ56
を制御してデータ入出力端子や動作モードを選択する。
FIG. 2 shows an on-chip EEP showing one embodiment of this invention.
It is a block diagram of ROM. In the figure, 50 is a unit circuit that stores 1-bit information. A memory cell matrix array, 51 and 51, is constructed by arranging memory cells in a matrix and connecting each cell to the word line 25 in FIG. 1 for selecting the cell and the bit line 23 for transmitting stored information. Reference numeral 52 denotes a row address buffer and a column address buffer, in which row and column address input signals 59 and 60 of TTL level are "H". The "L" level is detected, the signal level is amplified and converted into an internal MOS level signal, and the row/column decoders 53 and 54 are further driven via a driver. The row decoder 53 and column decoder 54 select the word line 25 and bit line 23 specified by the row/column address, so they drive the word line 25 via a word driver and control the multiplexer. 55 is this line. The column selector and sense amplifier 56 reads the data stored in the memory cell designated by the column decoders 53 and 54 to the sense amplifier 56, and detects the minute signal voltage of the data stored in the memory cell via the bit line 23. Amplify it as a voltage level. 57 is a data output buffer, and a chip select buffer 58
A chip select input signal 61 that selects a data input/output terminal is received via the chip select input signal 61 to select a data input/output signal 62, and a driver drives a large load capacitance. Reference numeral 58 denotes a chip select buffer, which receives the chip select input signal 61 and passes it through a driver to the data output buffer 57, other row address buffers, and column address buffer 51.
.. 52, line. Column decoder 53, 54, sense amplifier 56
control to select data input/output terminals and operation mode.

上記実施例のEEFROMは従来例と同様に、メモリト
ランジスタ6の制御ゲート電極7からみたしきい値電圧
が、浮遊ゲート電極14に電子が蓄積されているかいな
いかにより異なることを利用してデータを記憶する.メ
モリトランジスタ6のトンネル領域8はF(ファウラー
)−N(ノルドハイム)電流を流す膜厚の薄いトンネル
酸化シリコン1!18を通じて、浮遊ゲート電極14と
トンネル不純物拡散層9との間で電子のやりとりを行う
.この場合、トンネル酸化シリコンI1i16にかかる
電界E。Xは、ワード線23とトンネル電極線19の各
印加電位■。とVT、およびトンネル酸化シリコン膜1
6の厚さToXから次式で決まる。
Like the conventional example, the EEFROM of the above embodiment uses the fact that the threshold voltage seen from the control gate electrode 7 of the memory transistor 6 differs depending on whether or not electrons are accumulated in the floating gate electrode 14 to store data. Remember. The tunnel region 8 of the memory transistor 6 exchanges electrons between the floating gate electrode 14 and the tunnel impurity diffusion layer 9 through the thin tunnel oxide silicon 1!18 through which F (Fowler)-N (Nordheim) current flows. conduct. In this case, the electric field E across the tunnel silicon oxide I1i16. X is each applied potential ■ of the word line 23 and the tunnel electrode line 19; and VT, and tunnel oxide silicon film 1
It is determined from the thickness ToX of 6 by the following formula.

E OX ” V ox/ T O! VOx=A−vG−B−vT ここで、A,Bは容量結合比を゜表す.従って、トネン
ル酸化シリコン膜16中に電流を流すことができる高電
界条件(13〜1 4MV/cm程度)でEOXの正負
により浮遊ゲート電極14に電子を注入・放出し書込み
・消去を行う。
VOx=A-vG-B-vT Here, A and B represent the capacitive coupling ratio. Therefore, the high electric field conditions that allow current to flow through the tunnel silicon oxide film 16 are (approximately 13 to 14 MV/cm), electrons are injected and released into the floating gate electrode 14 depending on the positive and negative voltage of EOX, thereby performing writing and erasing.

また、メモリトランジスタ6のリードトランジスタ領域
10は、トンネル領域8で注入・放出された浮遊ゲート
電極14中の電荷量で決まる電位レベルを、制御ゲート
電極7と浮遊ゲート電極14からなる二層多結晶シリコ
ン型リードトランジスタを用いてしきい値電圧を検出し
て読出しを行う。浮遊ゲート電極14に電子が注入され
ていれば、リードトランジスタはエンハンスメント(常
時オフ)型のトランジスタとなり、電子が平衡状態から
過剰に放出されていればデプレツション(常時オン)型
のトランジスタとなる.次に、選択トランジスタ3は読
出し時だけ使用し、ドレイン電極11とソース電極12
に挟まれたリードトランジスタ領域1oを選択または非
選択する場合に、選択ゲート電極4に、例えば、5vま
たはOvの電位を与えて選択トランジスタ3をオン・オ
フし、ビット線23の電位をリードトランジスタ領域1
0に伝えたり伝えなかったりする。書込み・消去および
読出し時に各要素に印加される電位は下記第2表のとお
りである。
Furthermore, the read transistor region 10 of the memory transistor 6 has a two-layer polycrystalline structure made of the control gate electrode 7 and the floating gate electrode 14, which controls the potential level determined by the amount of charge in the floating gate electrode 14 injected and discharged in the tunnel region 8. Reading is performed by detecting the threshold voltage using a silicon type read transistor. If electrons are injected into the floating gate electrode 14, the read transistor becomes an enhancement (always off) type transistor, and if electrons are released excessively from the equilibrium state, it becomes a depletion (always on) type transistor. Next, the selection transistor 3 is used only during reading, and the drain electrode 11 and source electrode 12
When selecting or non-selecting the read transistor region 1o sandwiched between the read transistor region 1o, the selection gate electrode 4 is given a potential of, for example, 5V or Ov to turn the selection transistor 3 on and off, and the potential of the bit line 23 is changed to the read transistor region 1o. Area 1
You may or may not tell 0. The potentials applied to each element during writing/erasing and reading are shown in Table 2 below.

上記は1ビットのメモリセル動作を説明した。The above describes the operation of a 1-bit memory cell.

次に、複数のメモリセルを配置したメモリセルマトリク
スアレイ50としての動作を説明する.第3図および第
4図はこの発明の一実施例を示すEEFROMセルマト
リクスアレイの等価回路図および動作モード時の各要素
に印加される電位を示す図である。第3図において、W
,,W2およびW3はワード線25、B I * B 
2およびB3はビット線23、Sl1+  S +2+
 ・・・・・・SSSはソース線24、T,,T2およ
びT,はトンネル電極線19、s,,s2およびS3は
選択トランジスタ3、M ,,, M ,2,・・・・
・・.M3,はメモリトランジスタ6を示す.また、第
4図において、Eは前記ワード線W1に接続されるメモ
リトランジスタM l in M 12およびMtSを
オフ(“1”)にする消去(エンハンスメント書込み)
モード時、Pは前記メモリトランジスタMnだけをオン
(“0”)にする書込み(デブレッション書込み)モー
ド時、Rは前記ワード線W,に接続されるメモリトラン
ジスタM..,M.2およびM+3を読み出す読出しモ
ード時、Hは18〜20Vの高レベル電位、LはOvの
低レベル電位、Mは例えばIOVo中レベル電位をそれ
ぞれ表す。
Next, the operation of the memory cell matrix array 50 in which a plurality of memory cells are arranged will be explained. FIGS. 3 and 4 are equivalent circuit diagrams of an EEFROM cell matrix array showing one embodiment of the present invention, and diagrams showing potentials applied to each element in the operation mode. In Figure 3, W
,, W2 and W3 are word lines 25, B I * B
2 and B3 are bit lines 23, Sl1+ S +2+
. . . SSS is the source line 24, T, , T2 and T, are the tunnel electrode lines 19, s, s2 and S3 are the selection transistors 3, M , , M , 2, . . .
・・・. M3, indicates the memory transistor 6. Furthermore, in FIG. 4, E indicates erasure (enhancement writing) in which the memory transistors M l in M 12 and MtS connected to the word line W1 are turned off (“1”).
In the write mode (depression write) in which only the memory transistor Mn is turned on (“0”), P is the memory transistor Mn connected to the word line W. .. ,M. In the read mode for reading 2 and M+3, H represents a high level potential of 18 to 20V, L represents a low level potential of Ov, and M represents, for example, an IOVo medium level potential.

上記消去モード時Eの場合、メモリトランジスタM1,
,M,2およびM13のトンネル酸化シリコンWA16
には高電界(例えば13MV/c+a)が印加され、浮
遊ゲート電極14ヘトンネル不純物拡散層9から電子が
注入される.他のメモリトランジスタM21, M22
. ”・”・, M33のトンネル酸化シリコン膜16
には電界は生じないから電子の注入・放出はない。
In the case of E in the above erase mode, the memory transistor M1,
, M, 2 and M13 tunnel oxide silicon WA16
A high electric field (for example, 13 MV/c+a) is applied to the floating gate electrode 14, and electrons are injected from the tunnel impurity diffusion layer 9 into the floating gate electrode 14. Other memory transistors M21, M22
.. "・"・, M33 tunnel oxide silicon film 16
Since no electric field is generated in , there is no injection or emission of electrons.

第  2  表 次に、書込みモード時Pの場合、メモリトランジスタM
l+のトンネル酸化シリコン膜16には高電界(例えば
−1 5 M V /cm)が印加され、浮遊ゲート電
極14からトンネル不純物拡散層9へ電子が放出される
。他のメモリトランジスタM2lお?びM3,のトンネ
ル酸化シリコン膜16には低電界(例えば5.5MV/
cm)が印加されるから電子の注入・放出はない。さら
に、メモリトランジスタMl2およびM1,のトンネル
酸化シリコン膜16には電界は生じないから、また、メ
モリトランジスタM2■, M23, M3■およびM
33のトンネル酸化シリコン膜16には低電界(例えば
−7.5MV/cm)が印加されるから電子の注入・放
出はない。
Table 2 Next, in the case of P in the write mode, the memory transistor M
A high electric field (for example, −1 5 M V /cm) is applied to the l+ tunnel oxide silicon film 16, and electrons are emitted from the floating gate electrode 14 to the tunnel impurity diffusion layer 9. Other memory transistor M2l? A low electric field (for example, 5.5 MV/
cm) is applied, so there is no injection or emission of electrons. Furthermore, since no electric field is generated in the tunnel oxide silicon film 16 of the memory transistors M12 and M1, the memory transistors M2■, M23, M3■ and M
Since a low electric field (for example, -7.5 MV/cm) is applied to the tunnel oxide silicon film 16 of 33, no electrons are injected or emitted.

さらに、読出しモード時Rの場合、メモリトランジスタ
M 11, M ,2およびM13のうちエンハンスメ
ント状態にあるメモリトランジスタはチャネルをオフし
ており、ドレイン電極11からソース電極12へ電流は
流れず、ビット線23に接続されたセンスアンプ56で
“1”状態が読まれる。また、一方、メモリトランジス
タMll, M,■およびM13のうちデブレッション
状態にあるメモリトランジスタはチャネルをオンしてお
り、ドレイン電極11からソース電極12へ電流は流れ
、ビット線23に接続されたセンスアンプ56で“O”
状態が読まれる。この読出し時には非選択のワード線2
5はOVになり、非選択のメモリトランジスタ6がエン
ハンスメント状態またはデブレッション状態であっても
ビット線23から゜非選択のメモリセルを通して電流が
流れることはなく、選択されたメモリトランジスタの読
出しを妨げることはない。
Furthermore, in the case of R in the read mode, the channel of the memory transistor in the enhancement state among the memory transistors M 11, M , 2 and M13 is turned off, current does not flow from the drain electrode 11 to the source electrode 12, and the bit line A "1" state is read by a sense amplifier 56 connected to 23. On the other hand, among the memory transistors Mll, M, ■, and M13, the memory transistor in the depletion state has its channel turned on, and current flows from the drain electrode 11 to the source electrode 12, and the sense transistor connected to the bit line 23 “O” at amplifier 56
The state is read. At this time of reading, the unselected word line 2
5 becomes OV, and even if the unselected memory transistor 6 is in the enhancement state or depletion state, no current flows from the bit line 23 through the unselected memory cell, preventing reading from the selected memory transistor. Never.

なお、上記実施例では、消去モード時Eに選択されたワ
ード線25に接続されたメモリトランジスタ6だけを消
去する場合を示したが、ワード線25を一斉に“H”レ
ベル、全トンネル電極線19を″L”レベルにし、全メ
モリトランジスタ6を一括して消去してもよい。また、
1バイト以上を構成する特定の複数メモリトランジスタ
6を一括してデブレッション書込みする“消去モード“
とじて、および特定のメモリトランジスタ6だけをエン
ハンスメント書込みする“書込みモード”として動作さ
せてもよい。
In the above embodiment, the case where only the memory transistor 6 connected to the word line 25 selected in E in the erase mode is erased is shown. 19 may be brought to the "L" level to erase all memory transistors 6 at once. Also,
“Erase mode” in which depletion writing is performed on specific multiple memory transistors 6 constituting one byte or more at once
Alternatively, only a specific memory transistor 6 may be operated in a "write mode" in which enhancement writing is performed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載する効果がある。
Since this invention is configured as explained above,
It has the effects described below.

(1)  メモリトランジスタと選択トランジスタを連
続して構成したため、分離余裕および接続不純物拡散層
を′省略でき、微細化が可能となり容易に高集積化でき
ると同時に、接続不純物拡散層によるチャネル抵抗の増
加をおさえ高速動作可能な素子が得られる。
(1) Since the memory transistor and the selection transistor are configured in series, the isolation margin and connection impurity diffusion layer can be omitted, allowing for miniaturization and easy high integration, while at the same time increasing the channel resistance due to the connection impurity diffusion layer. A device that can operate at high speed while suppressing the noise can be obtained.

(2)  ビット線方向に平行に延在する複数のトンネ
ル不純物拡散層をトンネル電極線で直接電気的に接続す
ることにより選択トランジスタのしきい値電圧分の書込
み時低下は起らないから容易に高書込み効率化が可能と
なる。
(2) By directly electrically connecting multiple tunnel impurity diffusion layers extending parallel to the bit line direction with tunnel electrode lines, there is no drop in the threshold voltage of the selection transistor during writing. High write efficiency is possible.

(3)  選択トランジスタを読出し専用化し、その構
造と配置の最適化により選択トランジスタとメモリトラ
ンジスタのリードトランジスタ領域からなる直列形トラ
ンジスタセルのドレイン・ソース間のチャネル抵抗を下
げ、相互コンダクタンスを上げることができるから容易
に高速読出し化が可能となる。
(3) By making the selection transistor read-only and optimizing its structure and arrangement, it is possible to lower the channel resistance between the drain and source of the series transistor cell consisting of the selection transistor and the lead transistor region of the memory transistor, and increase the mutual conductance. Therefore, high-speed reading is easily possible.

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

第1図はこの発明の一実施例を示すEEFROMセルの
平面図,等価回路図および断面図、第2図はこの発明の
一実施例を示すEEFROMのブロック図、第3図およ
び第4図はこの発明の一実施例を示すEEFROMセル
マトリクスアレイの等価回路図および動作モード時に各
要素に印加される電位を示す図、第5図は従来例を示す
EEPROMセルの平面図,断面図および等価回路図で
ある。 図において、1はドレイン領域、2はソース領域、3は
選択トランジスタ、4は選択ゲート電極、5は接続不純
物拡散層、6はメモリトランジスタ、7は制御ゲート電
極、8はトネンル領域、9はトンネル不純物拡散層、1
0はリードトランジスタ領域、14は浮遊ゲート電極、
15は層間絶縁膜、18は素子分離フィールド酸化シリ
コン膜、19はトンネル電極線、21はワード線不純物
拡散層、22は制御ゲート線、23はビット線、24は
ソース線、25はワード線、28はSt基板,50はメ
モリセルマトリクスアレイである。 なお、 各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a plan view, an equivalent circuit diagram, and a sectional view of an EEFROM cell showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of an EEFROM cell showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are An equivalent circuit diagram of an EEFROM cell matrix array showing an embodiment of the present invention and a diagram showing the potentials applied to each element during the operation mode, and FIG. 5 is a plan view, cross-sectional view, and equivalent circuit of an EEPROM cell showing a conventional example. It is a diagram. In the figure, 1 is a drain region, 2 is a source region, 3 is a selection transistor, 4 is a selection gate electrode, 5 is a connection impurity diffusion layer, 6 is a memory transistor, 7 is a control gate electrode, 8 is a tunnel region, and 9 is a tunnel. Impurity diffusion layer, 1
0 is a lead transistor region, 14 is a floating gate electrode,
15 is an interlayer insulating film, 18 is an element isolation field silicon oxide film, 19 is a tunnel electrode line, 21 is a word line impurity diffusion layer, 22 is a control gate line, 23 is a bit line, 24 is a source line, 25 is a word line, 28 is an St substrate, and 50 is a memory cell matrix array. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or equivalent parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上にマトリクス状に配置したメモリト
ランジスタと選択トランジスタを有するメモリセルを備
えた半導体記憶装置において、層間絶縁膜を介して形成
した浮遊ゲート電極と選択ゲート電極の多結晶半導体上
層を共用し、その下層を素子分離フィールド酸化膜で電
気的に分離してトンネル領域とリードトランジスタ領域
を形成し、前記選択トランジスタの選択ゲート電極とメ
モリトランジスタの制御ゲート電極を直接接続して共通
にしたことを特徴とする電気的に書込み・書換えができ
る読出し専用の不揮発性半導体記憶装置。
(1) In a semiconductor memory device equipped with a memory cell having a memory transistor and a selection transistor arranged in a matrix on a semiconductor substrate, a polycrystalline semiconductor upper layer of a floating gate electrode and a selection gate electrode formed through an interlayer insulating film is used. The lower layer is electrically separated by an element isolation field oxide film to form a tunnel region and a lead transistor region, and the selection gate electrode of the selection transistor and the control gate electrode of the memory transistor are directly connected and made common. A read-only nonvolatile semiconductor memory device that is electrically writable and rewritable.
(2)メモリトランジスタのトンネル領域下部の第1導
電型の半導体基板表面に形成したトンネル不純物拡散層
、前記メモリトランジスタのリードトランジスタ領域と
直列に接続して形成した選択トランジスタにおける選択
ゲート電極の多結晶半導体層下部の前記トンネル領域側
前記基板表面に形成したワード線不純物拡散層および前
記トンネル不純物拡散層と前記ワード線不純物拡散層を
接続する前記基板表面に形成した第2導電型の接続不純
物拡散層を含み、ビット線方向に平行に直接電気的に接
続したトンネル電極線を備えたことを特徴とする請求項
(1)に記載の半導体記憶装置。
(2) A tunnel impurity diffusion layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate below the tunnel region of the memory transistor, and a polycrystalline selection gate electrode in the selection transistor formed in series with the lead transistor region of the memory transistor. A word line impurity diffusion layer formed on the substrate surface on the tunnel region side of the lower part of the semiconductor layer, and a second conductivity type connecting impurity diffusion layer formed on the substrate surface connecting the tunnel impurity diffusion layer and the word line impurity diffusion layer. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a tunnel electrode line directly electrically connected in parallel to the bit line direction.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004103197A (en) * 2002-09-11 2004-04-02 Elan Microelectronics Corp Chip provided with on-system programmable non-volatile memory and off-system programmable non-volatile memory, and its forming method and programming method

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JP2004103197A (en) * 2002-09-11 2004-04-02 Elan Microelectronics Corp Chip provided with on-system programmable non-volatile memory and off-system programmable non-volatile memory, and its forming method and programming method

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