JPH03206661A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH03206661A
JPH03206661A JP2001919A JP191990A JPH03206661A JP H03206661 A JPH03206661 A JP H03206661A JP 2001919 A JP2001919 A JP 2001919A JP 191990 A JP191990 A JP 191990A JP H03206661 A JPH03206661 A JP H03206661A
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JP
Japan
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region
gate
oxide film
channel region
substrate
Prior art date
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JP2001919A
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English (en)
Inventor
Masahiko Azuma
雅彦 東
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 〔概要〕 電気的に書込及び消去可能な読出専用メモリ(EEFR
OM) −1! )”V ニ関し,信頼性が高く,製造
工程が簡単な1層ゲート構造EEFROMを提供するこ
とを目的とし,電気的に書込及び消去可能な読出専用メ
モリセルであって,一導電型半導体基板にチャネノレ領
域を隔てて形成された反対導電型ソースと反対導電型ド
レインと,該チャネル領域より離れて該基板に形成され
た反対導電型制御ゲートと,絶縁膜を介して該基板の該
ドレイン上,該チャネノレ領域上及び該制御ゲート上に
一体化して形或された浮遊ゲートとを有し,該ドレイン
は第1選択トランジスタを経由してビット線に接続され
,該制御ゲートは該第1選択トランジスタとゲートを共
有する第2選択トランジスタを経由してワード線に接続
され,該絶縁膜は該ドレイン上においてトンネル領域を
有し,該トンネル領域はその他の領域より薄い絶縁膜で
形成されているように構戒する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置.特に電気的に書込及び消去可能な
読出専用メモリ(EEFROM)セルに関する。
〔従来の技術〕
従来のEEFROMセルは,第2図に示される2層ゲー
ト構造が多く用いられている。
第2図(1), (2)は従来例による2層ゲー} E
EFROMセルの平面図と断面図である。
図において.トンネル領域105上には薄い酸化膜10
6を介して,チャネル領域114上には酸化収115を
介してポリSi膜からなる浮遊ゲート102が形成され
,更に浮遊ゲート102の上に酸化膜116を介してポ
リSi膜からなる制御ゲート103が形成されて3 2
層ゲート構造となっている。
読出トランジスタ104はp型基板120にチャネル領
域114を挟んで形成されたn型領域122及び123
と基板上に酸化膜を介して形成された浮遊ゲ−}102
及び制御ゲート(ワード線)103で構威される。
選択トランジスタ101はp型基板120にチャネル領
域を挟んで形成されたn型領域121及び122とチャ
ネル領域上に酸化膜124を介して形成されたゲー1−
 107で構威される。
ビット線はコンタクトホール125を介して選択トラン
ジスタ101のn型領域121に接続されている。
ワード線は制御ゲート103を用いる。
従来例の2層ゲー}12EPROM (所謂ダブルボリ
EEPROM )は高密度の集積が可能で信頼性も十分
であり汎用メモリとして用いられているが,製造工程が
複雑であるためマイクロプロセッサやカスタムロジック
集積回路のリソースに簡単に取り込むことが出来ないと
いった問題があった。
そこで製造工程が簡単なl層ゲー1−EEFROM (
所謂シングルポリEEFROM) ” が提案されてい
る。
1)例えば 特開昭63−166274,  特開昭63−1365
73.特開昭63−156361. l層ゲー1− EEFROMは,浮遊ゲートを読出トラ
ンジスタのチャネル領域より延長して形成し,制御ゲー
トが浮遊ゲートの延長部と酸化膜を介してp型基板内に
形成されたn型領域で構戒さている。
従って,製造工程は1層のポリSt膜で形成されて簡単
となるが浮遊ゲートの延長分だけ集積度が低下する。
このために,特開昭63−156361には,トンネル
領域を読出トランジスタのドレイン上及び制御ゲート上
に形成して.セル面積が小さい1層ゲートEEFROM
を提案している。次の第3図でその概略を説明する。
第3図は従来例による1層ゲー} EEFROMセルの
平面図である。
図において,トンネル領域5上には薄い酸化膜を介して
,又チャネル領域l4とトンネル領域5とを含んだ領域
上には酸化膜を介してポリSi膜からなる浮遊ゲート2
が形成され,浮遊ゲート2は分離酸化膜を越えて隣の素
子領域まで延長され.延長部の浮遊ゲート2の下にトン
ネル領域5A上の薄い酸化膜を含む酸化膜を介して,基
板内に不純物導入層からなる制J111ゲート13が形
成されて,1層ゲート構造となっている。
読出トランジスタ4は基板にチャネル領域14を挟んで
不純物を導入して形成されたドレイン領域11及びソー
ス領域12と,基板上に酸化膜を介して形成された浮遊
ゲート2で構威される。
選択トランジスタ1は基板にチャネル領域を挟んで形成
された不純物導入領域l9及び20とチャネル領域上に
酸化膜を介して形成されたゲート7で構成される。
選択トランジスタIAは基板にチャネル領域を挟んで形
成された不純物導入領域22及び23とチャネル領域上
に酸化膜を介して形成されたゲート7で構威される。
ビット線はコンタクトホール9を介して選択トランジス
タ1の不純物導入領域19に接続されている。
ワード線はコンタクトホール10を介して選択トランジ
スタ1八の不純物導入領域22に接続されている。
[発明が解決しようとする課題〕 しかしながら.上記従来例の1層ゲートEEFROMは
制御ゲート上に面積の大きいトンネルキャパシタを有す
るため,電界によるストレスでHEPRO旧よデータ保
持特性が劣化する確率が大きいという問題があった。
本発明は信頼性が高く.製造工程が簡単な1層ゲート構
造EEFROMを提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題の解決は.一導電型半導体基板にチャネル領域
を隔てて形成された反対導電型ソースと反対導電型ドレ
インと,該チャネル領域より離れて該基板に形成された
反対導電型制御ゲートと,絶縁膜を介して該基板の該ド
レイン上,該チャネル領域上及び該制御ゲート上に一体
化して形成された浮遊ゲートとを有し,該ドレインは第
1選択トランジスタを経由してビット線に接続され.該
制御ゲートは該第1選択トランジスタとゲートを共有す
る第2選択トランジスタを経由してワード線に接続され
,該絶縁膜は該ドレイン上においてトンネル領域を有し
,該トンネル領域はその他の領域より薄い絶縁膜で形成
されている半導体装置により達或される。
〔作用〕
制御ゲートに印加する書込電圧を■,浮遊ゲート電圧を
■F G + 読出トランジスタのドレイン/浮遊ゲー
ト間容量(トンネル領域の容量)をCI+浮遊ゲート/
制御ゲート間容量を02,浮遊ゲートに蓄積される電荷
をQとすると次の式が戒り立つ。
V,.= C,V/(C,+Cz)+Q/CCl十C!
).従って,所定のV,Gを与えるためには,書込電圧
Vの係数C2/ (c+ 十C2)が1に近づくほど望
ましいが,実際の設計上消去電圧との関連でC2はC1
の2〜2.5倍程度に設定される。
ここで+ CIのトンネルキャパシタを必要最低限の面
積で形或すると+ CZはC,の2〜2.5倍程度の大
きさであるので,トンネルキャパシタを形成しなくとも
十分にこの関係が戒立するように形或できることが確認
できた。
即ち.例えば(+のトンネルキャパシタの膜厚を100
人+CZの膜厚を200入とすれば,上記のようにC.
の面積はC,の(2〜2.5)X2倍,即ち, 4〜5
倍であればよく,この程度の倍率であれば,C,は+ 
CIを包含するドレイン領域よりさらに広い面積を持つ
読出トランジスタと同程度の幅でレイアウトができ,セ
ル全体で均衡のとれたパターンレイアウトが可能である
〔実施例〕
第1図(1)〜(4)は本発明の一実施例を説明する1
層ゲートEEFROMセルの平面図と断面図である。
図において,第1図(1)は平面図,(2)はA−A断
面,(3)はB−B断面,(4)とC−C断面である。
1層ゲー} EEFROMセルはビット線のコンタクト
ホール9を含む素子領域は第2図の2層ゲートEEPR
OMセルと同じ構或であるが,ワード線のコンタクトホ
ール10を含む素子領域は,素子分#領域l7でビット
線のコンタクトホール9を含む素子領域と隔てられて基
板上の別の場所に形成されている。
トンネル領域5上には薄い酸化膜6を介して,又チャネ
ル領域14とトンネル領域5とを含んだ領域上には酸化
If!15を介してポリSt膜からなる浮遊ゲート2が
形成され,浮遊ゲート2は分離酸化膜17を越えて隣の
素子領域まで延長され,延長部の浮遊ゲート2の下に酸
化膜16を介して,P型基板100内にn型不純物導入
層からなる制御ゲート13が形成されて,1層ゲート構
造となっている。
読出トランジスタ4はp型基板100にチャネル領域1
4を挟んでn型不純物を導入して形或されたドレイン領
域l1及びソース領域12と,基板上に酸化膜15を介
して形成された浮遊ゲート2で構威される。
選択トランジスタ1はp型基板100にチャネル領域を
挟んで形成されたn型不純物導入領域19及び20とチ
ャネル領域上に酸化膜18を介して形成されたゲート7
で構威される。
選択トランジスタIAはp型基板100にチャネル領域
を挟んで形成されたn型不純物導入領域22及び23と
チャネル領域上に酸化膜24を介して形成されたゲート
7で構威される。
ビット線はコンタクトホール9を介して選択トランジス
タ1のn型不純物導入領域19に接続されている。
ワード線はコンタクトホール10を介して選択トランジ
スタ1^のn型不純物導入領域22に接続されている。
製造工程順序の概略は次の通りである。
n型不純物導入領域である制御ゲート13と読出トラン
ジスタ4のドレイン領域11及びソース領域12は同時
に形成され,且つ読出トランジスタ4のチャネル領域1
4がドレイン領域11及びソース領域12の形或により
決定される。
基板にn型不純物を導入して,読出トランジスタのドレ
イン領域11,ソース領域12及び制御ゲート13が形
成された後に,ボリSi膜からなる浮遊ゲート2及び選
択トランジスタ1のゲートが形成され,これらのゲート
に自己整合して不純物導入領域19, 20, 2L 
22, 23 (ドレイン領域IL  ソース領域12
及び制御ゲート13以外の不純物導入領域)が形成され
る。
次に,実施例の効果を示す数値例を従来例(1層ゲート
の)と対比して例示する。
書込動作時にC2に印加される電圧■2は,書込電圧を
■とすると, V2= C,V/(CI+CZ) で表される。ここで,浮遊ゲート/制御ゲート間の容M
czは,作用の欄で述べたように膜厚にかかわらずある
一定の容量が必要である。従って8V2も膜厚にかかわ
らずある一定の値をとる。
そこで,C2に印加される電界E2は,膜厚をd2とす
れば, Ez=vz/dz となり,膜厚が厚い程電界は弱くなり,信頼性の向上が
望める。
例えば, C+ : Ct= 1 : 2.5とし,書
込電圧(パルス)■を18 Vとすると, v2= 18/(1+2.5)=5.I Vとなる。
ここで+ CZにトンネル膜を用いると,dz=100
人として電界E2は, E.= 5.1ν/ 100 X 10− ” cm=
 5.1 MV/cm となり,薄い膜に大きな電界が印加されることになる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば,信頼性が高く,製
造工程が簡単な1層ゲート構造EEPROMが得られた
【図面の簡単な説明】
第1図(1)〜(4)は本発明の一実施例を説明するl
層ゲートEEPROMセルの平面図と断面図,第2図(
1), (2)は従来例による2層ゲートEEPROl
’1セルの平面図と断面図, 第3図は従来例による1層ゲートEEFROMセルの平
面図である。 図において, 1,IAは選択トランジスタ, 2は浮遊ゲート 4は読出トランジスタ 5はトンネル領域. 6は薄い酸化膜, 7は選択トランジスタのゲート 9はビント線のコンタクトホール, 10はワード線のコンタクトホール, 11は読出トランジスタのドレイン領域,12は読出ト
ランジスタのソース領域,13は制御ゲート. 14は読出トランジスタのチャネル領域.15, 16
, 18. 24はゲート酸化膜,17は分離酸化膜, 19, 20, 21, 22. 23はn型不純物導
入領域100はp型基板 )4 一9二一fづ冫:Iレ1?1ミゴヘ (1)平面図 実拒倒の 図 等1邊(ダ/)1) (2) A−A前面 (3) B−B婢顔 1IJ (4) C−C M面 実姶イク11/)図 冨1口(イの2) (1).[P面旧 (2)A−,A膚曲 イゴ未/Iク1jの口(2層ヶ“二旨冫第 2  優

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 電気的に書込及び消去可能な読出専用メモリ(EEPR
    OM)セルであって、 一導電型半導体基板にチャネル領域を隔てて形成された
    反対導電型ソースと反対導電型ドレインと、該チャネル
    領域より離れて該基板に形成された反対導電型制御ゲー
    トと、絶縁膜を介して該基板の該ドレイン上、該チャネ
    ル領域上及び該制御ゲート上に一体化して形成された浮
    遊ゲートとを有し、 該ドレインは第1選択トランジスタを経由してビット線
    に接続され、 該制御ゲートは該第1選択トランジスタとゲートを共有
    する第2選択トランジスタを経由してワード線に接続さ
    れ、 該絶縁膜は該ドレイン上においてトンネル領域を有し、
    該トンネル領域はその他の領域より薄い絶縁膜で形成さ
    れていることを特徴とする半導体装置。
JP2001919A 1990-01-09 1990-01-09 半導体装置 Pending JPH03206661A (ja)

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