JPH0352269A - Ultraviolet ray erasable semiconductor nonvolatile memory - Google Patents

Ultraviolet ray erasable semiconductor nonvolatile memory

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JPH0352269A
JPH0352269A JP18806989A JP18806989A JPH0352269A JP H0352269 A JPH0352269 A JP H0352269A JP 18806989 A JP18806989 A JP 18806989A JP 18806989 A JP18806989 A JP 18806989A JP H0352269 A JPH0352269 A JP H0352269A
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JP
Japan
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region
gate electrode
voltage
channel
channel region
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JP18806989A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Kojima
芳和 小島
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To operate even with a remarkably low power source voltage by forming a first conductivity type first impurity region on first and second channel regions, and a second conductivity type second impurity region on the surface of the first impurity region. CONSTITUTION:A channel region between a source region 3 and a drain region 2 is formed of a first channel region controlled directly by a control gate electrode 8 and a second channel controlled by a floating gate electrode 6. Further, impurity of reverse conductivity type to that of a substrate having small diffusion coefficient is doped to the channel region to raise the threshold voltage of the first channel region higher than that of the second channel region. Thus, even if the threshold voltage of memory is lowered to about 0.5V, the memory having small OFF leakage current can be formed, and can be operated with a very low voltage of about 1V as a power source voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、コンピュータなどの電子機器に用いられて
いる紫外線消去型半導体不揮発性メモリに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultraviolet erasable semiconductor nonvolatile memory used in electronic equipment such as computers.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明は、浮遊ゲート型の紫外線消去半導体不揮発性
メモリにおいて、ソース’AM 3’Jとドレイン領域
との間のチャネル領域を、制御ゲート電極によって制御
される第1のチャネル領域と、浮遊ゲート電極によって
制御される第2のチャネル領域とを直列に形成し、さら
に、第1のチャネル領域の闇値電圧を第2のチャネル領
域の闇値電圧よりも高くすることにより、低電圧動作及
び高速動作を可能にしたものである。
The present invention provides a floating gate type ultraviolet erasable semiconductor nonvolatile memory in which a channel region between a source 'AM3'J and a drain region is connected to a first channel region controlled by a control gate electrode and a floating gate electrode. A second channel region controlled by This is what made it possible.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、第2図に示すようにP型シリコン基板11にゲー
ト絶縁膜14を介して浮遊ゲート電極16、層間絶縁膜
l7及び制御ゲート電極18を形成し、浮遊ゲート電極
16に対して自己整合的に基板11の表面にN゛型のソ
ース領域13及びドレイン領域12を形成し、さらに、
ホットエレクトロン発生を容易にするためのP型不純物
領域19を基板11の表面に形成する紫外線消去浮遊ゲ
ート電極型半導体不揮発性メモリが知られていた。例え
ば、S.TJang“Onthe  I −V Cha
racteristics of Floating 
−GateMOS Transistors ” IE
EE Tran. on Elec. Dev.,vo
l. ED−26, No. 9. 1979 pp1
292〜1294に開示されている。
Conventionally, as shown in FIG. 2, a floating gate electrode 16, an interlayer insulating film 17, and a control gate electrode 18 are formed on a P-type silicon substrate 11 via a gate insulating film 14, and are self-aligned with respect to the floating gate electrode 16. An N-type source region 13 and drain region 12 are formed on the surface of the substrate 11, and further,
An ultraviolet-erasable floating gate electrode type semiconductor nonvolatile memory in which a P-type impurity region 19 is formed on the surface of a substrate 11 to facilitate the generation of hot electrons has been known. For example, S. TJang “On the I-V Cha
racteristics of Floating
-GateMOS Transistors” IE
EE Tran. on Elec. Dev. ,vo
l. ED-26, No. 9. 1979 pp1
No. 292-1294.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、第2図に示したような浮遊ゲート型半導体不揮
発性メモリは、紫外線照射による情報消去後の制御ゲー
ト電極に対する闇値電圧を約1V程度までしか低閾値電
圧化できなかった。即ち、闇値電圧を下げると浮遊ゲー
ト電極l6の電位がドレイン領域l2の電位によって高
くなるために、非選択メモリセルも電流が流れてしまう
。従って、閾値電圧を約1V程度までしか下げられない
ために、低電圧動作が困難であるという欠点があった。
However, in the floating gate type semiconductor nonvolatile memory as shown in FIG. 2, the dark value voltage to the control gate electrode after information erasure by ultraviolet irradiation could only be reduced to a threshold voltage of about 1V. That is, when the dark value voltage is lowered, the potential of the floating gate electrode l6 becomes higher due to the potential of the drain region l2, so that current also flows in the non-selected memory cells. Therefore, since the threshold voltage can only be lowered to about 1V, there is a drawback that low voltage operation is difficult.

そこで、この発明は従来のこのような欠点を解決するた
め、メモリの闇値電圧を普通のトランジスタと同様に約
0.5V程度まで下げられ、その結果、電源電圧として
約1.5Vでも動作する紫外線消去型半導体不揮発性メ
モリを目的としている。
Therefore, in order to solve these conventional drawbacks, the present invention lowers the dark voltage of the memory to about 0.5V like a normal transistor, and as a result, it can operate even with a power supply voltage of about 1.5V. The target is ultraviolet erasable semiconductor non-volatile memory.

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

上記問題点を解決するために、この発明は紫外線消去の
浮遊ゲート型半導体不揮発性メモリにおいて、ソース領
域とドレイン領域との間のチャネル領域を、制御ゲート
電極によって制御される第1のチャネル領域と、浮遊ゲ
ート電極によって制御される第2のチャネル領域とを直
列に形成し、さらに、第1のチャネル領域の闇値電圧を
第2のチャネル領域の闇値電圧よりも高く形成し、浮遊
ゲート電極の電位にかかわらず非選択メモリセルのリー
ク電流を防ぐことにより、低電圧動作及び高速動作を可
能にしたものである。
In order to solve the above problems, the present invention provides an ultraviolet-erasable floating gate type semiconductor nonvolatile memory in which a channel region between a source region and a drain region is a first channel region controlled by a control gate electrode. , and a second channel region controlled by the floating gate electrode are formed in series, and the dark voltage of the first channel region is formed to be higher than the dark voltage of the second channel region, and the floating gate electrode By preventing leakage current from unselected memory cells regardless of the potential of the memory cell, low-voltage operation and high-speed operation are possible.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は、本発明の半導体不揮発性メモリの第1の実施
例の断面図である。本発明の半導体不揮発性メモリは、
シリコン基板上に限定されたことは言うまでもなく、基
板内に設けられた半導体領域上にも形成できる。また、
薄膜半導体表面にも形成できる。第1図は、P型半導体
基板1の表面に形成した例である。P型シリコン基板l
の表面に第2のゲートvA縁膜4を介して浮遊ゲート電
極6を設け、浮遊ゲート電極6の上の眉間絶縁膜7及び
第1のゲート絶縁膜5を介して制御ゲート電極8が形成
されており、浮遊ゲート電極6及び制御ゲート電極8に
対して自己整合的に基板1の表面にN・型のソース領域
3&びドレイン領域2が形或されている。一般的には、
第2のゲート絶縁膜4としては、約200人の熱酸化膜
、浮遊ゲート電極6としては約3000人のN゜型多結
晶シH.n4h+swww+.k7.:Inm++ll
+P+−hza++tbL!L4〒き極6の熱酸化膜、
制御ゲート電極8としては、N゛型多結晶シリコン膜で
形或できる。また、N゛型ソース・ドレイン領域は、イ
オン注入によって形成できる。また、ソース領域3とド
レイン領域2との間の基板1の表面であるチャネル領域
には、P型の第1の不純物領域9が形成され、さらに、
P型の第1の不純物領域9の表面にN型の第2の不純物
領域10が形成されている。一般に、第1の不純物領域
9の表面濃度の方が第2の不純物領域10の表面濃度よ
り濃く形成されているので、電気的にはP型になってい
る。この第1及び第2の不純物領域もイオン注入によっ
てドーピングできる。
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a semiconductor nonvolatile memory according to the present invention. The semiconductor nonvolatile memory of the present invention includes:
It goes without saying that it is limited to a silicon substrate, but can also be formed on a semiconductor region provided within a substrate. Also,
It can also be formed on the surface of a thin film semiconductor. FIG. 1 shows an example in which it is formed on the surface of a P-type semiconductor substrate 1. P type silicon substrate
A floating gate electrode 6 is provided on the surface of the gate via the second gate vA edge film 4, and a control gate electrode 8 is formed via the glabella insulating film 7 and the first gate insulating film 5 on the floating gate electrode 6. N-type source region 3 and drain region 2 are formed on the surface of substrate 1 in self-alignment with respect to floating gate electrode 6 and control gate electrode 8. In general,
The second gate insulating film 4 is a thermal oxide film of about 200 layers, and the floating gate electrode 6 is a N° type polycrystalline H. n4h+swwww+. k7. :Inm++ll
+P+-hza++tbL! L4〒Thermal oxide film of pole 6,
The control gate electrode 8 can be formed of an N'' type polycrystalline silicon film. Further, the N-type source/drain regions can be formed by ion implantation. Further, a P-type first impurity region 9 is formed in the channel region that is the surface of the substrate 1 between the source region 3 and the drain region 2, and further,
An N-type second impurity region 10 is formed on the surface of the P-type first impurity region 9 . Generally, the surface concentration of the first impurity region 9 is higher than that of the second impurity region 10, so that it is electrically P-type. The first and second impurity regions can also be doped by ion implantation.

第3図にその濃度分布を示す。即ち、第1図のA−A’
線に沿った基板lの表面からの不純物分布を示している
。第1の不純物領域9の不純物としてボロン、第2の不
純物領域10の不純吻としてヒ素を用いた場合の図であ
る。ボロン及びヒ素を同一工程で導入しても、ヒ素の拡
散係数の方がボロンの拡散係数より小さいので、第3図
のようにヒチャネル領域の表面の電気的P型不純物濃度
は、N型のヒ素の分布によって低い値となる。第1の不
純物領域9は、本発明の半導体不揮発性メモリのプログ
ラム特性を満足するため及び、この不純物領域9により
、メモリセル間のフィールドの闇値電圧を高くすること
により、複数のメモリセルを電気的に分離するためであ
る。第1の不純物領域9は基仮1の表面に、10 ” 
a tons / ca1前後のP型不純物を入れるこ
とにより、プログラム時にホットエレクトロンを発生し
やすくしている。また、第2の不純物領域10はメモリ
の闇値電圧を下げるための領域である。制御ゲート電極
8は、浮遊ゲート電極6と強い容量結合をしている。従
って、制御ゲート電極8に電圧を印加することにより、
間接的に浮遊ゲート電極6の電位を変化させることがで
きる。
Figure 3 shows the concentration distribution. That is, AA' in FIG.
It shows the impurity distribution from the surface of the substrate l along the line. 3 is a diagram showing a case where boron is used as an impurity in a first impurity region 9 and arsenic is used as an impurity in a second impurity region 10. FIG. Even if boron and arsenic are introduced in the same process, the diffusion coefficient of arsenic is smaller than that of boron. It will be a low value depending on the distribution of. The first impurity region 9 is provided in order to satisfy the programming characteristics of the semiconductor nonvolatile memory of the present invention, and to increase the dark value voltage of the field between the memory cells by the impurity region 9. This is for electrical isolation. The first impurity region 9 is formed on the surface of the base 1 with a thickness of 10"
By adding a P-type impurity around a tons/ca1, hot electrons are easily generated during programming. Further, the second impurity region 10 is a region for lowering the dark value voltage of the memory. The control gate electrode 8 has strong capacitive coupling with the floating gate electrode 6. Therefore, by applying a voltage to the control gate electrode 8,
The potential of the floating gate electrode 6 can be changed indirectly.

まず、本発明の半導体不揮発性メモリの読み出し方法に
ついて説明する。
First, a method for reading a semiconductor nonvolatile memory according to the present invention will be explained.

メモリセルを複数個集積したメモリアレイにおいて、情
報を読み出すセル、即ち、選択メモリセルにおいて、制
御ゲート電極8に電源電圧、あるいは電源電圧に近いレ
ベルの電圧を印加した状態で、ソース領域3とドレイン
領域2との間のチャネル領域のコンダクタンスの大きさ
により、情報を読み出すことができる。即ち、紫外線消
去後と同じ状態であれば、チャネルコンダクタンスは大
きく、逆に、プログラムされて浮遊ゲート電極6に多数
の電子が注入されている場合には、チャネルコンダクタ
ンスは小さい。チャネルコンダクタンスは、第1のゲー
ト絶縁膜5を介して制御ゲート電極8により制御される
第1のチャネル領域と、第2のゲート絶縁l!4を介し
て浮遊ゲート電極6の電位によって制御される第2のチ
ャネル領域の直列接続された値になる。浮遊ゲート電極
6に注入されている電子の量によって、第2のチャネル
領域のコンダクタンスが変化することから、制御ゲート
電極8に一定電圧印加された状態での、ソース領域3と
ドレイン領域2との間のチャネルコンダクタンスが変化
し、その変化量で情報を読み出すことができる。
In a memory array in which a plurality of memory cells are integrated, in a cell from which information is to be read, that is, a selected memory cell, the source region 3 and drain Information can be read out depending on the conductance of the channel region between the region 2 and the region 2. That is, if the state is the same as after erasing ultraviolet rays, the channel conductance is large, and conversely, if a large number of electrons are injected into the floating gate electrode 6 due to programming, the channel conductance is small. Channel conductance is determined between a first channel region controlled by a control gate electrode 8 via a first gate insulating film 5 and a second gate insulating l! 4 becomes the series connected value of the second channel region controlled by the potential of the floating gate electrode 6. Since the conductance of the second channel region changes depending on the amount of electrons injected into the floating gate electrode 6, the conductance between the source region 3 and the drain region 2 when a constant voltage is applied to the control gate electrode 8 changes. The channel conductance between the two changes, and information can be read out based on the amount of change.

本発明の紫外線消去型半導体不揮発性メモリにおいては
、チャネル領域が制御ゲート電極8の電圧によって直接
制御される第1のチャネル領域と、浮遊ゲート電極6の
電位によって制御される第2のチャネル領域との直列に
よって形成されている。
In the ultraviolet erasable semiconductor nonvolatile memory of the present invention, the channel region has a first channel region directly controlled by the voltage of the control gate electrode 8 and a second channel region controlled by the potential of the floating gate electrode 6. It is formed by a series of

従って、紫外線消去後の第2のチャネル領域の闇値電圧
を充分低く設定しても、第1のチャネル領域の闇値電圧
をエンハンスレベルに設定しておけば、非選択メモリセ
ルのリーク電流は充分低くできる。また、読み出し時に
ドレイン領域2に電圧が印加されることにより、浮遊ゲ
ート電極6の電位が高くなり、第2のチャネル領域のチ
ヤ不ルコンダクタンスが大きくなって、第1のチャネル
領域のチャネルコンダクタンスを小さく設定することに
より、非選択メモリセルのオフリーク電流を防ぐことが
できる。さらに、本発明のメモリにおいては、ドレイン
領域2を接地し、ソース領域3に負荷を介して電源電圧
を印加することにより、チャネルコンダクタンスの大き
さで読み出せば、よMm能件の高いメモリを実現できる
。即ち、浮遊ゲート電極6は、ソース領域3と構造的に
接続していないために、読み出し時の誤書き込み(ソフ
トライト)が起きない。従って、チャネル長を従来メモ
リセルよりも短くでき、また、読み出し時にソース領域
3へ電源電圧に近い高い電圧を印加することができる。
Therefore, even if the dark voltage of the second channel region after ultraviolet erasure is set sufficiently low, if the dark voltage of the first channel region is set to the enhanced level, the leakage current of unselected memory cells will be reduced. It can be made low enough. Furthermore, by applying a voltage to the drain region 2 during readout, the potential of the floating gate electrode 6 increases, and the channel conductance of the second channel region increases, causing the channel conductance of the first channel region to increase. By setting it to a small value, off-leakage current of unselected memory cells can be prevented. Furthermore, in the memory of the present invention, by grounding the drain region 2 and applying a power supply voltage to the source region 3 through a load, a memory with a high Mm capability can be obtained by reading out the channel conductance. realizable. That is, since the floating gate electrode 6 is not structurally connected to the source region 3, erroneous writing (soft writing) during reading does not occur. Therefore, the channel length can be made shorter than that of conventional memory cells, and a high voltage close to the power supply voltage can be applied to the source region 3 during reading.

このため、メモリの紫外線消去後のチャネルコンダクタ
ンスを大きくすることができ、高速読み出しを実現でき
る。
Therefore, the channel conductance of the memory after erasing with ultraviolet light can be increased, and high-speed reading can be achieved.

次に、本発明のメモリのプログラム方法について説明す
る。浮遊ゲート電極6に電子を注入するメモリの場合、
ソース領域3及び基板1に対して約5〜7V高い電圧を
ドレイン領域2に印加する。
Next, a memory programming method according to the present invention will be explained. In the case of a memory that injects electrons into the floating gate electrode 6,
A voltage approximately 5 to 7 V higher than that of the source region 3 and substrate 1 is applied to the drain region 2 .

また、制御ゲート電極8には、約12V程度の高電圧を
印加する。このドレイン領域2及び制御ゲート電極8へ
の電圧印加により、チャネル領域に約1mA程度の大き
なチャネル電流が流れ、ドレイン領域2近傍で、ホット
エレクトロンが発生し、その一部が浮遊ゲート電極6へ
注入される。非選択メモリセルは、制御ゲート電極8へ
電圧を印加しないために書きi入みは行われない.また
、E巽I尺メモリセルにおいても、浮遊ゲート電極6に
電子を注入しないメモリセルにおいては、制御ゲート電
極8に高電圧が印加されていても、ドレイン領域2の電
圧を接地状態にすることにより書き込みは行われない。
Further, a high voltage of about 12V is applied to the control gate electrode 8. By applying voltage to the drain region 2 and the control gate electrode 8, a large channel current of about 1 mA flows in the channel region, generating hot electrons near the drain region 2, and a part of them is injected into the floating gate electrode 6. be done. Since no voltage is applied to the control gate electrode 8 of the unselected memory cells, writing is not performed. Furthermore, even in the E-Tatsumi I scale memory cell, in a memory cell in which electrons are not injected into the floating gate electrode 6, even if a high voltage is applied to the control gate electrode 8, the voltage of the drain region 2 cannot be grounded. No writing is performed.

即ち、ドレイン領域2及び制御ゲート電極8に共に電圧
が印加された場合にのみ、浮遊ゲート電極6に電子が注
入される。本発明のメモリにおいては、ソフトライトが
起きにくい構造であるために、チャネル長を短くできる
。従って、書き込み動作においても、非常に短い時間で
書き込みを行うことができる。また、書き込み非選択の
メモリセルにおいては、ドレイン領域2に高電圧が印加
されても、制御ゲート電極8が接地されているために、
第1のチャネル領域のコンダクタンスは充分小さく、従
って、非選択メモリセルのオフリークを防ぐことができ
る。
That is, electrons are injected into the floating gate electrode 6 only when a voltage is applied to both the drain region 2 and the control gate electrode 8. The memory of the present invention has a structure in which soft writes are less likely to occur, so the channel length can be shortened. Therefore, even in the write operation, writing can be performed in a very short time. In addition, in the write-unselected memory cell, even if a high voltage is applied to the drain region 2, since the control gate electrode 8 is grounded,
The conductance of the first channel region is sufficiently small, so that off-leakage of unselected memory cells can be prevented.

また、本発明のメモリはチャネル領域の表面に闇値電圧
を下げるために、ヒ素による第2の不純物N域IOを形
成しているが、この不純物領域10によってプログラム
効率が悪くなることはない。書き込み時に形成されるド
レイン領域2近傍のホットエレクトロン発生のための表
面ポテンシャルは、ヒ素のドーピングによってほとんど
影響されない。
Further, in the memory of the present invention, a second impurity region IO made of arsenic is formed on the surface of the channel region in order to lower the dark value voltage, but this impurity region 10 does not deteriorate programming efficiency. The surface potential for generating hot electrons near the drain region 2, which is formed during writing, is hardly affected by arsenic doping.

ヒ素による第2の不純物領域10は拡散係数が小さいた
めに第3図のように極めて表面に形成されているからで
ある。
This is because the second impurity region 10 made of arsenic has a small diffusion coefficient and is therefore formed very close to the surface as shown in FIG.

チャネル領域の闇値電圧を下げるため、第2の不純物領
域10を形或するかわりに、第1の不純物領域9の濃度
を低くした場合は、ホットエレクトロン発生のための表
面ポテンシャルの形がなだらかになってしまうために、
プログラム効率が悪くなってしまう。本発明のメモリに
おいては、第2の不純物領域10の形或により、メモリ
のプログラム効率を維持して、メモリの闇値電圧を下げ
ることができる。
If the concentration of the first impurity region 9 is lowered instead of forming the second impurity region 10 in order to lower the dark value voltage of the channel region, the shape of the surface potential for generating hot electrons becomes gentler. In order to become
Program efficiency will deteriorate. In the memory of the present invention, depending on the shape of the second impurity region 10, the programming efficiency of the memory can be maintained and the dark value voltage of the memory can be lowered.

次に、本発明のメモリの消去方法について説明する。消
去は、メモリに紫外線を照射することにより行われる。
Next, a memory erasing method according to the present invention will be explained. Erasing is performed by irradiating the memory with ultraviolet light.

浮遊ゲート電極6に注入されている電子は、紫外線によ
って励起されて、基板lに戻ることにより消去される。
The electrons injected into the floating gate electrode 6 are excited by the ultraviolet rays and are erased by returning to the substrate 1.

第4図は紫外線消去後のメモリの闇値電圧のヒ素(As
)の注入量依存性を示した図である.第4図のように巳
素の注入によって、5X10”の注入量の境界にして大
きく闇値が減少する領域八と、小さく闇値が減少する領
域Bとに分けられる。本発明の構造のメモリの闇値電圧
は、第1のチャネル領域と第2のチャネル領域とのいづ
れか大きい闇値になる。ヒ素による第2の不純物領域1
0が形成されていない場合、即ち、イオン注入量がゼロ
の場合の闇値電圧は、高い方の闇値電圧である第2のチ
ャネル領域の闇値電圧に等しい。第2の不純物領域10
へのヒ素の注入量の増加にともない、第1のチャネル領
域と第2のチャネル領域の闇値電圧の大きさが逆になる
.即ち、注入量の増加により、領域Aから領域Bに移行
する.領域Aは、第2のチャネル領域の闇値電圧に対応
し、領域Bは第1のチャネル領域の闇値電圧に対応する
。領域Bでは、第1のチャネル領域の閾値電圧のヒ素の
注入量依存性を小さくする方法は、第1のゲート絶縁膜
5の単位面積当たりの容量を第2のゲート絶縁膜4の単
位面積当たりの容量に比べ大きくすることによって行う
ことができる。ゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量が
大きくすることにより、注入量の闇値電圧への寄与率を
減少することができる。メモリの闇値電圧を下げるため
に、第2の不純物領域10を形成せずに、第1の不純物
領域9の濃度を下げる方法では、常に第2のチャネル領
域の闇値電圧の方が第1のチャネル領域の闇値電圧より
も高く形成される。第2のチャネル領域の闇値電圧は、
制御ゲート電極8と浮遊ゲート電極6との容量結合が1
00%ではなく、一般に、70%程度の容量結合である
ために高くなってしまう。しかし、本発明のメモリでは
、第2の不純物領域10の形成により、第1のチャネル
領域の闇値電圧を第2のチャネル領域の閾値電圧より高
くできる。第1のチャネル領域の閾値電圧を第2のチャ
ネル領域の闇値電圧よりも高くする方法として、不純物
濃度を変えることによっても行うことができる。
Figure 4 shows the dark voltage of arsenic (As) of the memory after erasing ultraviolet rays.
) is a diagram showing the dependence of injection amount. As shown in FIG. 4, by implantation of sulfur, it can be divided into region 8 where the dark value decreases significantly at the boundary of the implantation amount of 5×10'' and region B where the dark value decreases small.Memory with the structure of the present invention The dark value voltage of is the larger dark value of either the first channel region or the second channel region.The second impurity region 1 made of arsenic
When 0 is not formed, that is, when the amount of ion implantation is zero, the dark value voltage is equal to the dark value voltage of the second channel region, which is the higher dark value voltage. Second impurity region 10
As the amount of arsenic implanted into the channel increases, the dark voltages of the first and second channel regions become opposite in magnitude. That is, as the injection amount increases, the area shifts from area A to area B. Region A corresponds to the dark value voltage of the second channel region, and region B corresponds to the dark value voltage of the first channel region. In region B, the method of reducing the dependency of the threshold voltage of the first channel region on the arsenic implantation amount is to reduce the capacitance per unit area of the first gate insulating film 5 to the capacitance per unit area of the second gate insulating film 4. This can be done by increasing the capacity compared to the capacity of . By increasing the capacitance per unit area of the gate insulating film, the contribution rate of the implantation amount to the dark value voltage can be reduced. In order to lower the dark voltage of the memory, in the method of lowering the concentration of the first impurity region 9 without forming the second impurity region 10, the dark voltage of the second channel region is always higher than that of the first impurity region. The voltage is higher than the dark voltage of the channel region. The dark voltage of the second channel region is
The capacitive coupling between the control gate electrode 8 and the floating gate electrode 6 is 1
The capacitive coupling is generally about 70%, not 00%, so it becomes high. However, in the memory of the present invention, by forming the second impurity region 10, the dark value voltage of the first channel region can be made higher than the threshold voltage of the second channel region. A method for making the threshold voltage of the first channel region higher than the dark voltage of the second channel region can also be achieved by changing the impurity concentration.

第5図は、不純物濃度を高くすることによって筑1のチ
ャネル韻浦の方の闇値電圧を高く信成する本発明の半導
体不揮発性メモリの第2の実施例の断面図である。浮遊
ゲート電極6をマスクとして自己整合的に第1のチャネ
ル領域にP型の第3の不純物領域21を形成してある。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a second embodiment of the semiconductor non-volatile memory of the present invention, in which the dark value voltage of the channel of Chiku 1 is increased by increasing the impurity concentration. A P-type third impurity region 21 is formed in the first channel region in a self-aligned manner using the floating gate electrode 6 as a mask.

N型の不純物を入れた第2の不純物領域10の不純物を
キャンセルする方向にP型の不純物を形成しているので
、第1のチャネル領域の闇値電圧を高く形成できる。
Since the P-type impurity is formed in a direction that cancels the impurity in the second impurity region 10 containing N-type impurity, the dark value voltage of the first channel region can be made high.

第1図の半導体不揮発性メモリにおいても、第1のゲー
ト絶縁膜5の形成を第2のゲート絶縁11Q4をリムー
ブ後、熱酸化膜で形或すれば第2の不純物領域10の一
部は第1のゲート絶縁膜5に入ってしまうために、第1
のチャネル領域のヒ素の濃度は低くすることができる。
Also in the semiconductor nonvolatile memory shown in FIG. 1, the first gate insulating film 5 is formed by a thermal oxide film after removing the second gate insulating film 11Q4, and if a part of the second impurity region 10 is Because it enters the first gate insulating film 5, the first
The arsenic concentration in the channel region can be low.

以上説明したように、ヒ素の注入により紫外線消去後の
闇値電圧を約0.5v程度まで下げられる。
As explained above, by implanting arsenic, the dark value voltage after ultraviolet erasure can be lowered to about 0.5V.

このメモリの闇値電圧は第Lのチャネル領域の閾値電圧
であるために、ドレイン領域2の電圧にかかわらず安定
であり、オフリーク電流を少なくできる。闇値電圧を約
0.5Vまで下げられることから電′a電圧として約1
v程度までメモリを動作することかできる。
Since the dark value voltage of this memory is the threshold voltage of the L-th channel region, it is stable regardless of the voltage of the drain region 2, and off-leakage current can be reduced. Since the dark value voltage can be lowered to about 0.5V, the electric 'a voltage is about 1
It is possible to operate the memory up to about v.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明は、以上説明したように紫外線消去型の浮遊ゲ
ート半導体不揮発性メモリにおいて、ソース領域とドレ
イン領域との間のチャネル領域を制御ゲート電極によっ
て直接制御される第1のチャネル領域と、浮遊ゲート電
極によって制御される第2のチャネル領域とから構威し
、さらに、チャネル領域に拡散係数の小さな基板と逆導
電型の不純物をドーピングすることにより、第1のチャ
ネル領域の闇値電圧を第2のチャネル領域の闇値電圧よ
りも高く形成することにより、メモリの閾値電圧を約0
.5V程度まで下げてもオフリーク電流の少ないメモリ
を実現することができ、その結果、電源電圧として約1
V程度の非常に低い電圧で動作する半導体不揮発性メモ
リを容易にする効果がある。
As described above, the present invention provides an ultraviolet erasable floating gate semiconductor nonvolatile memory in which a channel region between a source region and a drain region is directly controlled by a control gate electrode; and a second channel region controlled by an electrode, and further, by doping the channel region with a substrate having a small diffusion coefficient and an impurity of the opposite conductivity type, the dark voltage of the first channel region is controlled by the second channel region. By forming the memory to be higher than the dark value voltage of the channel region, the threshold voltage of the memory can be set to about 0.
.. It is possible to realize a memory with low off-leakage current even when the voltage is lowered to about 5V, and as a result, the power supply voltage is about 1V.
This has the effect of facilitating semiconductor non-volatile memory that operates at a very low voltage of about V.

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

第1図はこの発明にかかる半導体不揮発性メモリの第1
の実施例の断面図であり、第2図は従来の半導体不揮発
性メモリの断面図である.第3図は本発明の半導体不揮
発性メモリのチャネル領域の不純物分布図であり、第4
図は本発明の半導体不揮発性メモリの闇値電圧のヒ素イ
オン注入依存性を示した図である。第5図は本発明の半
導体不揮発性メモリの第2の実施例の断面図である。 半導体基板 ドレイン領域 ソース領域 浮遊ゲート電極 制御ゲート電極 以上
FIG. 1 shows a first diagram of a semiconductor nonvolatile memory according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor nonvolatile memory. FIG. 3 is an impurity distribution diagram of the channel region of the semiconductor nonvolatile memory of the present invention;
The figure shows the dependence of the dark voltage of the semiconductor nonvolatile memory of the present invention on arsenic ion implantation. FIG. 5 is a sectional view of a second embodiment of the semiconductor nonvolatile memory of the present invention. Semiconductor substrate drain region source region floating gate electrode control gate electrode and above

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1導電型の第1の半導体領域表面に互いに間隔を置い
て設けられた第2導電型のソース領域とドレイン領域と
、前記ソース・ドレイン領域間の前記第1の半導体領域
表面上に作られる前記ソース領域と接する第1のチャネ
ル領域と、前記第1のチャネル領域と前記ドレイン領域
との間の前記第1の半導体領域表面上に作られる第2の
チャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に形成され
た第1のゲート絶縁膜と、前記第2のチャネル領域上に
形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶
縁膜上に設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート
電極上に形成された制御ゲート絶縁膜と、前記第1のゲ
ート絶縁膜及び前記制御ゲート絶縁膜上に設けられた制
御ゲート電極とから成り、前記第1及び第2のチャネル
領域に第1導電型の第1の不純物領域を形成し、さらに
、前記第1の不純物領域の表面に第2導電型の第2の不
純物領域を形成することを特徴とする紫外線消去型半導
体不揮発性メモリ。
a source region and a drain region of a second conductivity type provided at a distance from each other on the surface of the first semiconductor region of the first conductivity type; and a source region and a drain region of a second conductivity type formed on the surface of the first semiconductor region between the source and drain regions. a first channel region in contact with the source region; a second channel region formed on the surface of the first semiconductor region between the first channel region and the drain region; and the first channel region. a first gate insulating film formed thereon, a second gate insulating film formed on the second channel region, a floating gate electrode provided on the second gate insulating film, and a floating gate electrode provided on the second gate insulating film; A control gate insulating film formed on the floating gate electrode, a control gate electrode provided on the first gate insulating film and the control gate insulating film, and a control gate insulating film formed on the first and second channel regions. An ultraviolet erasable semiconductor nonvolatile memory, characterized in that a first impurity region of one conductivity type is formed, and a second impurity region of a second conductivity type is further formed on a surface of the first impurity region.
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