JPH03205878A - Semiconductor nonvolatile memory - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体不揮発性メモリに関し、特に、電気的
に書き込み/消去可能なフローティングゲ−ト型半導体
不揮発性メモリに適用して好適なものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory, and is particularly suitable for application to an electrically writable/erasable floating gate type semiconductor nonvolatile memory. It is.
本発明は、フローティングゲート上にコントロールゲー
トが積層された構造のメモリトランジスタを有する半導
体不揮発性メモリにおいて、チャネル領域上にトンネル
酸化膜が形成され、かつ第1導電型の半導体基板中に形
成された第2導電型のドレイン領域を囲むように第■導
電型の半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の
半導体領域が形成されている。これによって、メモリセ
ルの高集積密度化を図ることができる。The present invention provides a semiconductor nonvolatile memory having a memory transistor having a structure in which a control gate is stacked on a floating gate, in which a tunnel oxide film is formed on a channel region and in a semiconductor substrate of a first conductivity type. A first conductivity type semiconductor region having a higher impurity concentration than the second conductivity type semiconductor substrate is formed to surround the second conductivity type drain region. Thereby, it is possible to achieve high integration density of memory cells.
E E P R O M (E1ectrically
Erasable and Programmabl
e Read Only Memory)は、電気的に
書き込み/消去可能な半導体不揮発性メモリである。E E P R O M (E1 electrically
Erasable and programmable
e Read Only Memory) is an electrically writable/erasable semiconductor nonvolatile memory.
従来のフローティングゲート型EEFROMの一例を第
3図に示す。第3図において、符号101はp型シリコ
ン(Si )基板、102はSiOz膜のようなゲート
酸化膜、FG”はフローティングゲート、G′はゲート
電極を示す。フローティングゲートFC’上には、絶縁
膜(カップリング絶縁膜)103を介してコントロール
ゲートCG′が形成されている。符号104,105.
106は例えばn゛型の半導体領域を示す。これらのコ
ントロールゲートCG゛、フローティングゲートFG′
及び半導体領域104,105によりメモリトランジス
タが形成されている。ここで、半導体領域104.10
5はそれぞれソース領域及びドレイン領域を構威する。An example of a conventional floating gate type EEFROM is shown in FIG. In FIG. 3, reference numeral 101 indicates a p-type silicon (Si) substrate, 102 indicates a gate oxide film such as a SiOz film, FG'' indicates a floating gate, and G' indicates a gate electrode. A control gate CG' is formed via a film (coupling insulating film) 103. Reference numerals 104, 105.
Reference numeral 106 indicates, for example, an n-type semiconductor region. These control gates CG' and floating gates FG'
A memory transistor is formed by semiconductor regions 104 and 105. Here, the semiconductor region 104.10
5 constitute a source region and a drain region, respectively.
また、ゲート電極G′及び半導体領域105,106に
より選択用トランジスタが形成されている。このEEP
ROMのメモリセルの等価回路を第4図に示す。一方、
符号107は、コントロールゲートCG”、フローティ
ングゲー}FG”及びゲート電極G′を覆うように形成
された眉間絶縁膜を示す。この眉間絶縁膜107の所定
部分にはコンタクトホール107aが形成されており、
このコンタクトホール107aを通じて半導体領域10
6にビット線108が接続されている。Further, a selection transistor is formed by the gate electrode G' and the semiconductor regions 105 and 106. This EEP
FIG. 4 shows an equivalent circuit of a ROM memory cell. on the other hand,
Reference numeral 107 indicates a glabellar insulating film formed to cover the control gate CG", the floating gate FG", and the gate electrode G'. A contact hole 107a is formed in a predetermined portion of this glabellar insulating film 107.
Through this contact hole 107a, the semiconductor region 10
A bit line 108 is connected to 6.
第5図は他の従来のフローティングゲート型EEPRO
Mを示す。第5図に示すように、このEEPROMは、
フローティングゲートFG′上にコントロールゲートC
G”が積層された構造を有することは第3図に示すEE
PROMと同様であるが、この場合にはフローティング
ゲートFG”の両端部の下側にセレクトゲート電極G+
’,G2 ′が形成されており、トライゲート(3ゲー
ト)構造を有する。このEEPROMのメモリセルの等
価回路を第6図に示す。Figure 5 shows another conventional floating gate type EEPRO.
Indicates M. As shown in FIG. 5, this EEPROM is
Control gate C on floating gate FG'
EE shown in Figure 3 shows that G'' has a laminated structure.
It is similar to PROM, but in this case, select gate electrodes G+ are placed below both ends of the floating gate FG.
', G2', and has a tri-gate (3-gate) structure. FIG. 6 shows an equivalent circuit of a memory cell of this EEPROM.
なお、EEPROMに関しては、例えば日経エレクトロ
ニクス, 1985年10月21号, pp.127−
154において論じられている。Regarding EEPROM, for example, see Nikkei Electronics, October 21, 1985, pp. 127-
154.
上述の第3図に示す従来のEEFROMは、メモリトラ
ンジスタ1個に選択用トランジスタが1個付加された構
造となっており、メモリセル1個当たり2個のトランジ
スタが必要である。このため、メモリセル1個当たりの
面積が大きく、メモリセルの高集積密度化を図る上で不
利である。The conventional EEFROM shown in FIG. 3 has a structure in which one selection transistor is added to one memory transistor, and two transistors are required for each memory cell. Therefore, the area per memory cell is large, which is disadvantageous in achieving high integration density of memory cells.
方、第5図に示す従来のEEPROMは、メモリセル1
個当たりのトランジスタは1個であると言えるが、セレ
クトゲート電極G.”,G.’が形成されていることに
よりトライゲート構造となっているため、実質的なゲー
ト長を短くすることは困難であり、従ってメモリセルの
高集積密度化を図ることは第3図に示すEEPROMと
同様に困難であった。On the other hand, the conventional EEPROM shown in FIG.
It can be said that each transistor has one transistor, but the select gate electrode G. ``, G.'' forms a tri-gate structure, so it is difficult to shorten the actual gate length. Therefore, it is difficult to increase the integration density of memory cells as shown in Figure 3. The problem was similar to that of the EEPROM shown in .
従って本発明の目的は、メモリセルの高集積密度化を図
ることができる半導体不揮発性メモリを提供することに
ある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor nonvolatile memory that can achieve high integration density of memory cells.
上記目的を達戒するために、本発明は、フローティング
ゲー} (FG)上にコントロールゲート(CC)が積
層された構造のメモリトランジスタを有する半導体不揮
発性メモリにおいて、チャネル領域上にトンネル酸化膜
(2a)が形成され、かつ第1導電型の半導体基板(1
)中に形成された第2導電型のドレイン領域(5)を囲
むように第1導電型の半導体基板(1)よりも不純物濃
度が高い第1導電型の半導体領域(6)が形成されてい
る。In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor nonvolatile memory having a memory transistor having a structure in which a control gate (CC) is stacked on a floating gate (FG), and a tunnel oxide film ( 2a) and a first conductivity type semiconductor substrate (1
) A first conductivity type semiconductor region (6) having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor substrate (1) is formed to surround the second conductivity type drain region (5) formed in the first conductivity type semiconductor substrate (1). There is.
コントロールゲート(CG)及びフローティングゲー}
(FC)の両側の部分の第1導電型の半導体基板(1
)中には第2導電型のソース領域(4)及びドレイン領
域(5)が形成される。そして、これらのコントロール
ゲート(CG)、フローティングゲート(FG) 、ソ
ース領域(4)及びドレイン領域(5)によりメモリト
ランジスタが形成される。そして、この場合、チャネル
領域上に形成されたトンネル酸化膜(2a)を通してフ
ローティングゲート(FC)にキャリアを注入すること
により書き込みが行われ、逆にフローティングゲー}
(FG)から半導体基板(1)側にキャリアを引き抜く
ことにより消去が行われる。Control gate (CG) and floating game}
The first conductivity type semiconductor substrate (1
), a source region (4) and a drain region (5) of the second conductivity type are formed. A memory transistor is formed by the control gate (CG), floating gate (FG), source region (4), and drain region (5). In this case, writing is performed by injecting carriers into the floating gate (FC) through the tunnel oxide film (2a) formed on the channel region;
Erasing is performed by extracting carriers from (FG) toward the semiconductor substrate (1).
一方、第2導電型のドレイン領域(5)を囲むように形
成されている、第1導電型の半導体基板(1)よりも不
純物濃度が高い第1導電型の半導体領域(6)の部分の
しきい値電圧は高くなるため、たとえ消去時にフローテ
ィングゲート(FC)からキャリアを引き抜き過ぎた場
合においても、第1導電型の半導体領域(6)の部分に
反転層が形成されるのを防止することができ、従ってメ
モリトランジスタのディブリーシゴン化を防止すること
ができる。これによって、メモリ状態の判定を正しく行
うことができる。On the other hand, the portion of the first conductivity type semiconductor region (6) that is formed to surround the second conductivity type drain region (5) and has a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor substrate (1). Since the threshold voltage becomes high, even if too many carriers are extracted from the floating gate (FC) during erasing, an inversion layer is prevented from being formed in the first conductivity type semiconductor region (6). Therefore, it is possible to prevent the memory transistor from being debrised. This allows the memory state to be correctly determined.
以上より、電気的に書き込み/消去が可能であることが
わかるが、この半導体不揮発性メモリにおいては、メモ
リセル1個当たり必要なトランジスタは1個であり、し
かもトライゲート構造とする必要もないから、メモリセ
ル1個当たりの面積を小さくすることができる。これに
よって、メモリセルの高集積密度化を図ることができる
。From the above, it can be seen that electrical writing/erasing is possible, but in this semiconductor nonvolatile memory, only one transistor is required per memory cell, and there is no need for a tri-gate structure. , the area per memory cell can be reduced. Thereby, it is possible to achieve high integration density of memory cells.
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例によるEEPROMを示し、
第2図は第1図に示すEEPROMのメモリセルの等価
回路を示す。FIG. 1 shows an EEPROM according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the EEPROM memory cell shown in FIG.
第1図において、符号1は例えばp型Si基板のような
半導体基板、2は例えばSin.膜のようなゲート酸化
膜を示す。チャネル領域上のこのゲート酸化膜2の一部
はその他の部分に比べて膜厚が小さくなっており、この
部分がトンネル酸化膜2aを構威している.このゲート
酸化膜2上にはフローティングゲートFCが形成されて
いる。ここで、このフローティングゲートFGは、例え
ばリン(P)のような不純物がドープされた一層目の多
結晶Si膜により形或することができる。このフローテ
ィングゲートFG上には、例えばSin.膜のような絶
縁@(カップリング絶縁膜)3を介してコントロールゲ
ートCGが積層されている。ここで、このコントロール
ゲートCGは、例えばPのような不純物がドープされた
二層目の多結晶St膜や、この多結晶Si膜上に例えば
タングステンシリサイド(WSiz )膜のような高融
点金属シリサイド膜を重ねたポリサイド膜により形成す
ることができる。In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a semiconductor substrate such as a p-type Si substrate, and reference numeral 2 indicates a semiconductor substrate such as a p-type Si substrate. The film-like gate oxide is shown. A portion of this gate oxide film 2 above the channel region is thinner than other portions, and this portion constitutes a tunnel oxide film 2a. A floating gate FC is formed on this gate oxide film 2. Here, the floating gate FG can be formed by a first layer of polycrystalline Si film doped with an impurity such as phosphorus (P), for example. On this floating gate FG, for example, Sin. A control gate CG is laminated with an insulating film (coupling insulating film) 3 interposed therebetween. Here, this control gate CG is made of a second layer of polycrystalline St film doped with an impurity such as P, or a high melting point metal silicide such as a tungsten silicide (WSiz) film on this polycrystalline Si film. It can be formed using a polycide film in which films are stacked.
一方、半導体基板1中には、コントロールゲー}CG及
びフローティングゲートFCに対して自己整合的に例え
ばn・・型のソース領域4及びドレイン領域5が形成さ
れている。そして、これらのコントロールゲートCG、
フローティングゲートFC,ソース領域4及びドレイン
領域5によりメモリトランジスタが形成されている。On the other hand, in the semiconductor substrate 1, an n-type source region 4 and a drain region 5, for example, are formed in self-alignment with respect to the control gate CG and the floating gate FC. And these control gate CG,
A memory transistor is formed by the floating gate FC, the source region 4, and the drain region 5.
この実施例においては、半導体基板1よりも不純物濃度
が高い例えばp++型の半導体領域6がドレイン領域5
を囲むように形戒されている。この場合、これらのn”
型のドレイン領域5及びp ++型の半導体領域6はい
わゆるD S A (DiffusionSelf A
ligned)構造となっている。このDSA構造は、
半導体基板l中にヒ素(As)のようなn型不純物及び
ホウ素CB)のようなp型不純物を選択的にイオン注入
した後、これらのn型不純物及びp型不純物を拡散させ
、この際にp型不純物の方がn型不純物よりも速く拡散
することを利用して形成することができる。In this embodiment, the drain region 5 is a p++ type semiconductor region 6 having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate 1, for example.
The precepts are written to surround the . In this case, these n”
type drain region 5 and p++ type semiconductor region 6 are so-called DSA (Diffusion Self A).
It has a ligated structure. This DSA structure is
After selectively ion-implanting n-type impurities such as arsenic (As) and p-type impurities such as boron (CB) into the semiconductor substrate l, these n-type impurities and p-type impurities are diffused, and at this time, It can be formed by taking advantage of the fact that p-type impurities diffuse faster than n-type impurities.
一方、トンネル酸化膜2aの下側の部分の半導体基板1
中には例えばn一型の半導体領域7が形成されている。On the other hand, a portion of the semiconductor substrate 1 below the tunnel oxide film 2a
For example, an n-type semiconductor region 7 is formed therein.
この半導体領域7は、フローティングゲートFGへの電
子の注入を容易にするためのものである。また、符号8
は例えばp゛型のチャネルストッパ領域を示し、9は例
えばSin.膜のような絶縁膜を示す。この絶縁膜9の
所定部分にはコンタクトホール9aが形成されており、
このコンタクトホール9aを通じてビット線10がドレ
イン領域5に接続されている。ここで、このビット線1
0は例えばアルミニウム(^l)配線により形成される
。This semiconductor region 7 is for facilitating the injection of electrons into the floating gate FG. Also, code 8
9 represents, for example, a p-type channel stopper region, and 9 represents, for example, a sin. Indicates a film-like insulating film. A contact hole 9a is formed in a predetermined portion of this insulating film 9,
Bit line 10 is connected to drain region 5 through contact hole 9a. Here, this bit line 1
0 is formed by, for example, aluminum (^l) wiring.
次に、上述のように構或されたこの実施例によるEEP
ROMの動作について説明する。まず、書き込みは、コ
ントロールゲートCGをハイレベル、ビット線10をロ
ーレベルとして、n一型の半導体領域7からフローティ
ングゲー1−FCにトンネル酸化膜2aを通して電子を
注入することにより行う。一方、消去は、半導体基板1
をハイレベルにしてフローティングゲートFGから半導
体基板1側にトンネル酸化膜2aを通して電子を引き抜
くことにより行う.また、読み出しは、コントロールゲ
ー}CG及びビット線lOをハイレベルとローレベルと
の中間状態に設定することにより可能である。Next, the EEP according to this embodiment configured as described above
The operation of the ROM will be explained. First, writing is performed by setting the control gate CG at a high level and the bit line 10 at a low level, and injecting electrons from the n-type semiconductor region 7 into the floating gate 1-FC through the tunnel oxide film 2a. On the other hand, erasing is performed on the semiconductor substrate 1
This is done by setting the voltage to a high level and extracting electrons from the floating gate FG to the semiconductor substrate 1 side through the tunnel oxide film 2a. Further, reading is possible by setting the control gate CG and the bit line IO to an intermediate state between high level and low level.
この実施例によれば、メモリセル1個当たりのトランジ
スタは1個で済むから、メモリセル1個当たりの面積を
小さくすることができ、従ってメモリセルの高集積密度
化を図ることができる。According to this embodiment, since only one transistor is required for each memory cell, the area per memory cell can be reduced, and therefore, the integration density of the memory cells can be increased.
また、メモリトランジスタのドレイン領域5を囲むよう
に形成されたp + 4型の半導体領域6の部分のしき
い値電圧は高くなるため、たとえ消去時にフローティン
グゲートFGから電子を引き抜き過ぎた場合においても
、このp゛型の半導体領域6の部分に反転層が形成され
るのを防止することができ、従ってフローティングゲー
トFCからの電子の引き抜き過ぎによりメモリトランジ
スタがディブリーション化するのを防止することができ
る。そして、これによって、メモリ状態の判定を正しく
行うことができる。Furthermore, since the threshold voltage of the p + 4 type semiconductor region 6 formed to surround the drain region 5 of the memory transistor becomes high, even if too many electrons are extracted from the floating gate FG during erasing. , it is possible to prevent an inversion layer from being formed in this p' type semiconductor region 6, and therefore to prevent deblation of the memory transistor due to excessive extraction of electrons from the floating gate FC. I can do it. Accordingly, the memory state can be correctly determined.
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、上述の実施例においては、p〜型の半導体領域
6及びn ”型のドレイン領域5をDSA構造としてい
るが、必ずしもDSA構造とする必要はなく、他の構造
とすることも可能である。また、上述の実施例において
は、トンネル酸化膜2aの下側の部分の半導体基板l中
にれ一型の半導体領域7を形成しているが、この半導体
領域7は必要に応じて省略することが可能である。For example, in the above embodiment, the p~ type semiconductor region 6 and the n'' type drain region 5 have a DSA structure, but they do not necessarily have to have a DSA structure, and other structures are also possible. In addition, in the above embodiment, a type 1 semiconductor region 7 is formed in the semiconductor substrate l below the tunnel oxide film 2a, but this semiconductor region 7 may be omitted if necessary. Is possible.
また、上述の実施例においては、トンネル酸化膜2aを
用いて書き込みを行う場合について説明したが、書き込
みはホットエレクトロンによるチャネルインジェクショ
ンを用いて行うことも可能である。このチャネルインジ
ェクションによれば、高速で書き込みを行うことが可能
である。Further, in the above-described embodiment, the case where writing is performed using the tunnel oxide film 2a has been described, but writing can also be performed using channel injection using hot electrons. According to this channel injection, it is possible to write at high speed.
以上述べたように、本発明によれば、チャネル領域上に
トンネル酸化膜が形成され、かつ第1導電型の半導体基
板中に形成された第2導電型のドレイン領域を囲むよう
に第1導電型の半導体基板よりも不純物濃度が高い第1
導電型の半導体領域が形成されているので、メモリセル
1個当たり必要なトランジスタは1個であり、しかもト
ライゲート構造とする必要もない。これによって、メモ
リセルの高集積密度化を図ることができる。As described above, according to the present invention, the tunnel oxide film is formed on the channel region, and the first conductive film is formed so as to surround the drain region of the second conductive type formed in the semiconductor substrate of the first conductive type. The first semiconductor substrate has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate of the mold type.
Since a conductive type semiconductor region is formed, only one transistor is required for each memory cell, and there is no need for a tri-gate structure. Thereby, it is possible to achieve high integration density of memory cells.
第1図は本発明の一実施例によるEEFROMを示す断
面図、第2図は第1図に示すEEFROMのメモリセル
の等価回路図、第3図は従来のEEFROMを示す断面
図、第4図は第3図に示すEEFROMのメモリセルの
等価回路図、第5図は他の従来のEEPROMを示す断
面図、第6図は第5図に示すEEPROMのメモリセル
の等価回路図である。
図面における主要な符号の説明
1:半導体基板、 2:ゲート酸化膜、 2a:トンネ
ル酸化膜、 4:ソース領域、 5:ドレイン領域
、 7:半導体領域、 lO:ビット線、FG:フロ
ーティングゲート、 CG:コントロールゲート。FIG. 1 is a sectional view showing an EEFROM according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell of the EEFROM shown in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view showing a conventional EEFROM, and FIG. is an equivalent circuit diagram of a memory cell of the EEFROM shown in FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view showing another conventional EEPROM, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a memory cell of the EEPROM shown in FIG. Explanation of main symbols in the drawings 1: Semiconductor substrate, 2: Gate oxide film, 2a: Tunnel oxide film, 4: Source region, 5: Drain region, 7: Semiconductor region, IO: Bit line, FG: Floating gate, CG : Control gate.
Claims (1)
れた構造のメモリトランジスタを有する半導体不揮発性
メモリにおいて、 チャネル領域上にトンネル酸化膜が形成され、かつ第1
導電型の半導体基板中に形成された第2導電型のドレイ
ン領域を囲むように上記第1導電型の半導体基板よりも
不純物濃度が高い第1導電型の半導体領域が形成されて
いることを特徴とする半導体不揮発性メモリ。[Claims] In a semiconductor nonvolatile memory having a memory transistor having a structure in which a control gate is stacked on a floating gate, a tunnel oxide film is formed on a channel region, and a first
A first conductivity type semiconductor region having a higher impurity concentration than the first conductivity type semiconductor substrate is formed to surround a second conductivity type drain region formed in the conductivity type semiconductor substrate. Semiconductor non-volatile memory.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP02001208A JP3109075B2 (en) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | Semiconductor nonvolatile memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-01-08 JP JP02001208A patent/JP3109075B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5641696A (en) * | 1994-08-31 | 1997-06-24 | Nkk Corporation | Method of forming diffusion layer and method of manufacturing nonvolatile semiconductor memory device |
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