JPH04303964A - 半導体不揮発性ram - Google Patents

半導体不揮発性ram

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JPH04303964A
JPH04303964A JP3093654A JP9365491A JPH04303964A JP H04303964 A JPH04303964 A JP H04303964A JP 3093654 A JP3093654 A JP 3093654A JP 9365491 A JP9365491 A JP 9365491A JP H04303964 A JPH04303964 A JP H04303964A
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transistor
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prom
gate
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    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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  • Dram (AREA)
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば不揮発性のR
AMに係わるものであり、特に、RAMとしてDRAM
セルを用い、不揮発性メモリとしてE2 PROMセル
を用い、両者を同一チップ上に混載した半導体不揮発性
RAMに関する。
【0002】
【従来の技術】図12は、DRAMセルとE2 PRO
Mセルを混載した従来の不揮発性RAMの断面図を示す
ものであり、図13はその等価回路を示すものである。
【0003】トランジスタT1は、ワード線に相当する
セレクトゲートSGによって開閉され、ビット線に相当
するドレインD(n+)とDRAMセルの記憶ノードN
Pとを選択的に接続するものである。トランジスタT2
はトランジスタT1とE2 PROMセルを構成するト
ランジスタT3を接続するものである。
【0004】トランジスタT1のソースに接続された記
憶ノードNPはコントロールゲートCGとともに、DR
AMセルのキャパシタを構成している。コントロールゲ
ートCGは、DRAMセルのプレート電極の役割をする
とともに、DRAMセルからE2 PROMセルへのデ
ータ転送(store)、およびE2 PROMセルか
らDRAMセルへのデータ転送(recall)の際に
パルス駆動される。
【0005】上記構成の不揮発性RAMは、通常のDR
AMとして動作する場合、トランジスタT2のリコール
ゲートRG、コントロールゲートCGがともに接地され
、コントロールゲートCGがプレート電極とされ、コン
トロールゲートCGと記憶ノードNP間の容量を記憶容
量として動作するスタック型のセルとなる。リコールゲ
ートRGは接地されているため、DRAMセルはE2 
PROMセルとは分離されている。DRAMとしての書
込み、読出し、リフレッシュ等の基本動作は、通常のD
RAMセルと全く同一である。
【0006】次に、DRAMセルの記憶情報をE2 P
ROMセルへ転送するストアーモード(store m
ode)の場合の動作について説明する。
【0007】図14に示すように、ストアーモードは2
つの過程(前半と後半)に分けられる。前半の過程では
、“0”を記憶しているDRAMセルの情報をE2 P
ROMセルに書込むために、対応するE2 PROMセ
ルのフローティングゲートFGからエレクトロンを放出
する消去(erase )過程である。同図に示すよう
に、この場合、コントロールゲートCGは接地に、ソー
スSは電源Vpにバイアスされるが、この間に2層のフ
ローティングノード、すなわち、記憶ノードNPとフロ
ーティングゲートFGが介在しており、これらはそれぞ
れ接地と電源Vpとの間で容量結合されている。
【0008】“0”情報が記憶されたDRAMセルでは
、コントロールゲートCGと記憶ノードNP間の記憶容
量には電荷が充電されておらず、“1”情報が記憶され
たDRAMセルでは、“+”電荷が充電されている。 したがって、コントロールゲートCGは接地電位、ソー
スSはVpにバイアスされた状態であり、DRAMセル
“1”ではフローティングゲートFGとソースSの間の
薄いトンネル酸化膜にかかる電界強度は弱く、DRAM
セル“0”では強くなるため、後者のE2 PROMセ
ルのみでF−N電流が流れ、エレクトロンの放出(消去
)が行われる。
【0009】次に、ストアーモードの後半の過程では、
“1”を記憶しているDRAMセルの情報をE2 PR
OMセルに書込むため、対応するE2 PROMセルの
フローティングゲートFGにエレクトロンを注入するプ
ログラム(program )過程である。図14に示
すように、この場合はコントロールゲートCGが電圧V
p、ソースSが接地電位にバイアスされ、フローティン
グゲートFGとソースSの間のトンネル酸化膜にかかる
電界はDRAM“0”で弱く、DRAM“1”で強くな
り、後者のE2 PROMセルのみで、消去の場合とは
逆方向にF−N電流が流れ、フローティングゲートFG
にエレクトロンが注入されて、プログラムされる。
【0010】次に、E2 PROMセルの記憶情報をD
RAMセルに転送するリコールモード(recall 
mode)について、図15を参照して説明する。
【0011】先ず、ドレインD=5V、セレクトゲート
SG=8Vとし、全てのDRAMセルに“1”を書込む
。この後、リコールゲートRGを8Vとすると、“0”
を記憶したE2 PROMセルのトランジスタの閾値は
低くなるため、デプレションモード(depletio
n mode)となり、“1”を記憶したE2 PRO
Mセルのトランジスタは閾値が高くエンハンスモード(
enhance mode )となる。このため、“0
”を記憶したE2 PROMセルに接続されたDRAM
セルの“1”として書込まれた電荷のみがリコールゲー
トRGトランジスタ、E2 PROMトランジスタを経
て接地されたソース端子へ放電される。また、“1”が
記憶されたE2 PROMに接続されたDRAMセルの
“1”としての書込み電荷は放電されずに残る。したが
って、E2 PROMに記憶された情報がDRAMセル
に転送されたこととなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
不揮発性RAMセルは、DRAMセルとE2 PROM
セルとを効果的に混載したセルであるが、図12から明
らかなように、3つのトランジスタT1,T2,T3が
平面的に配置されている。このため、セルの占有面積は
通常のDRAMセルないしはE2 PROMセルに比べ
て大幅に大きくならざるを得ない。
【0013】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、DRAM
セルとE2 PROMセルとを効果的に混載することが
でき、しかも、セルの占有面積を通常のDRAMセルあ
るいはE2 PROMセルとほぼ同等とすることが可能
な半導体不揮発性RAMを提供しようとするものである
【0014】
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
上記課題を解決するため、第1のトランジスタおよびこ
の第1のトランジスタに接続され、情報を記憶する記憶
領域を有するダイナミックRAMセルと、一部が前記ダ
イナミックRAMセルの記憶領域に記憶された情報に応
じて導通制御されるチャネル領域を有し、この領域を介
して前記第1のトランジスタに接続される第2のトラン
ジスタを有するE2 PROMセルとを設けている。
【0015】また、ダイナミックRAMセルの記憶領域
の一部は、前記E2 PROMセルのフローティングゲ
ートの上層部に延出されており、他の部分は前記ダイナ
ミックRAMセルの記憶領域に記憶された情報に応じて
導通制御されるチャネル領域と対応され、このチャネル
領域は、前記E2 PROMセルのフローティングゲー
トに対応したチャネル領域と自己整合的に連続的に設け
られている。
【0016】さらに、この発明は、第1、第2の拡散層
およびこれら拡散層の相互間に設けられたチャネル領域
に対応して設けられたゲートを有し、前記第1の拡散層
がビット線に接続され、前記ゲートがワード線に接続さ
れた第1のトランジスタ、およびこの第1のトランジス
タの前記第2の拡散層に接続され、情報を記憶する記憶
ノードを有するダイナミックRAMセルと、前記第1の
トランジスタの第2の拡散層および第3の拡散層と、こ
の第3の拡散層にトンネル酸化膜を介在して設けられた
フローティングゲートと、このフローティングゲートの
上方に前記記憶ノードとともにダイナミックRAMセル
のキャパシタを構成するコントロールゲートを有し、前
記記憶ノードの一部は、前記コントロールゲートとフロ
ーティングゲートの相互間で、フローティングゲートの
上層部に延出され、前記記憶ノードの他の部分は前記フ
ローティングゲートとともに、第2、第3の拡散層の相
互間に位置するチャネル領域と対応された第2のトラン
ジスタを有するE2 PROMセルとを設けている。
【0017】
【作用】この発明は、E2 PROMセルを構成する第
2のトランジスタのチャネル領域の一部を、ダイナミッ
クRAMセルの記憶領域に記憶された情報に応じて導通
制御し、このチャネル領域を介してダイナミックRAM
セルを構成する第1のトランジスタとE2 PROMセ
ルを構成する第2のトランジスタとを接続している。し
かも、ダイナミックRAMセルの記憶領域を構成する記
憶ノードの一部をE2 PROMセルのフローティング
ゲートの上方へ延出し、E2 PROMセルのチャネル
領域のうち、記憶ノードの他の部分に対応するチャネル
領域とフローティングゲートに対応するチャネル領域と
を自己整合的に連続して形成している。したがって、ダ
イナミックRAMセルとE2 PROMセルを効果的に
接続することができ、セルの占有面積を従来に比べて減
少することができる。
【0018】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。
【0019】図1は、この発明の構成を示す断面図であ
り、図2は図1の等価回路を示すものである。図1、図
2において、同一部分には同一符号を付す。
【0020】半導体基板1の内部には、DRAMセルの
アクセストランジスタT1を構成するドレインD、ソー
スSとしてのn+拡散層、およびE2 PROMセルの
トランジスタT2を構成するソースSとしてのn+拡散
層が所定間隔離間して設けられている。前記DRAMセ
ルを構成するソースSとしてのn+拡散層はE2 PR
OMセルのドレインDを兼ねている。
【0021】前記アクセストランジスタT1のセレクト
ゲートSGは、半導体基板1上に絶縁層を介在して設け
られ、このセレクトゲートSGはワード線WLに接続さ
れている。また、アクセストランジスタT1のドレイン
Dはビット線BLに接続されている。さらに、DRAM
セルの記憶容量は、トランジスタT1のソースSに接続
された記憶ノードNPと、この記憶ノードNPの上部に
絶縁膜を介在して配置されたプレート電極としてのコン
トロールゲートCGとの間に形成される。
【0022】E2 PROMセルにおいて、トランジス
タT2のソースSの上には薄いトンネル酸化膜TOが設
けられ、このトンネル酸化膜TOの上にはフローティン
グゲートFGが設けられている。このフローティングゲ
ートFG上には絶縁層が設けられ、この絶縁層の上には
前記DRAMセルの記憶ノードNPが設けられている。 この記憶ノードNPの上には絶縁層が設けられ、この絶
縁層の上にはコントロールゲートCGが設けられている
。 このコントロールゲートCGの上には絶縁層が設けられ
、この絶縁層の上には前記ビット線BLが設けられてい
る。
【0023】また、前記フローティングゲートFGの一
部はトランジスタT2のソース、ドレインの中間部に延
出されている。さらに、前記記憶ノードNPのうち、フ
ローティングゲートFGと重なっていない低層部分NP
1は、前記トランジスタT2のソース、ドレインの中間
部に位置され、且つ、前記半導体基板1の表面からの距
離は前記フローティングゲートFGの延出部FG1と同
一とされている。これら低層部分NP1と前記半導体基
板1との相互間、およびフローティングゲートFGの延
出部FG1と前記半導体基板1との相互間には絶縁層が
設けられている。トランジスタT2のソース、ドレイン
相互間のチャネルCHはフローティングゲートFGの延
出部FG1によって制御される部分と、記憶ノードNP
の低層部分NP1によって制御される部分とを自己整合
的に連続的に形成することができるため、フローティン
グゲートFGと記憶ノードNPとの間の結合容量を大き
く保つことができ、しかも、セルの占有面積を減少する
ことができる。
【0024】上記構成において、動作について図3乃至
図5を参照して説明する。
【0025】不揮発性RAMの動作は、前述したように
DRAMセルに記憶されている情報をE2 PROMセ
ルへ転送して書込むストアモードと、E2 PROMセ
ルの記憶情報をDRAMセルに転送するリコールモード
、および通常のDRAMとしての動作の3つに分けられ
る。
【0026】DRAMセルに記憶されている情報をE2
 PROMセルへ転送するということは、DRAMセル
に記憶されている“1”あるいは“0”の情報に対応し
て、E2 PROMセルのフローティングゲートFGか
らエレクトロンを放出する消去動作、あるいはフローテ
ィングゲートFGにエレクトロンを注入するプログラム
動作を行うことである。この発明のセルでは、以下の動
作によって、DRAMセルに記憶されている情報がE2
 PROMセルへ転送される。
【0027】先ず、DRAMセルに記憶されている情報
がビット線BLに読出される。すなわち、ビット線BL
が初期電圧にイニシャライズされ、セレクトゲートSG
によって一群のセルを選択し、この選択されたセルから
ビット線BLに微小信号が読出される。この読出された
微小信号は、図示せぬセンスアンプによって増幅される
【0028】この後、セレクトゲートSGが閉じられ、
コントロールゲートCGが、例えば12Vの高電位(以
下、この高電位をVpと称す)とされる。この時、それ
まで電源Vcc(5V)に保持されていたトランジスタ
T2のソースSが接地電位GNDに下げられる。図3(
a)はこの状態を示している。この場合、コントロール
ゲートCGが高電位Vpとなているため、コントロール
ゲートCGと容量結合されている記憶ノードNPも昇圧
され、さらに、記憶ノードNPと容量結合されているフ
ローティングゲートFGも昇圧される。
【0029】一方、トランジスタT2のソースSは接地
電位とされているため、トンネル酸化膜TOにはソース
SからフローティングゲートFGにエレクトロンが注入
される方向に電界が生ずる。この時、記憶ノードNPに
電荷が蓄積されていない“0”記憶状態で、エレクトロ
ンが注入されるようにしておけば、図3(b)に示す“
1”が記憶されたセルでは、さらに、トンネル酸化膜T
Oに加わる電界が強まるが、E2 PROMセルのトラ
ンジスタT2がオン状態となるため、記憶ノードNPに
蓄積された電荷は、破線で示すごとく、ソースSに放電
され、“0”が記憶されたセルと同様に、フローティン
グゲートFGにエレクトロンが注入された状態となる。 つまり、DRAMセルに記憶されている“1”または“
0”の情報とは無関係に、先ず、フローティングゲート
FGにエレクトロンが注入され、プログラムされる。
【0030】次に、ビット線BLに読出されていたDR
AMセルの記憶情報を、再びDRAMセルに書込んだ後
、“0”が記憶されるセルのみエレクトロンが消去され
る。すなわち、図5に示すように、再びトランジスタT
2のソースSをVccとし、コントロールゲートCGを
接地電位GNDに戻した後、セレクトゲートSGが開け
られる。つまり、ビット線BLに読出されていたDRA
Mセルの記憶情報が、再びDRAMセルに書込まれる。 この後、トランジスタT2のソースSを高電位Vpとす
ると、記憶ノードNPに電荷が蓄積されていない、つま
り“0”が記憶されたE2 PROMセルのトンネル酸
化膜TOにエレクトロンを放出する方向に強い電界が加
わる。また、“1”が記憶されたE2 PROMセルで
は、記憶ノードNPとコントロールゲートCGの間に正
電荷が蓄積されているため、トンネル酸化膜TOに加わ
る電界が弱く、エレクトロンは放出されない。この時、
“0”が記憶されるセルでは、記憶ノードNPの低層部
分NP1をゲートとするチャネル部分がカットオフとさ
れているため、高電位Vpが加わっているソースSから
電荷が記憶ノードNPに流れ込むことはない。したがっ
て、最終的には、“0”が記憶されたセルでは、フロー
ティングゲートFGにエレクトロンが捕獲されておらず
、E2 PROMセルのトランジスタT2の閾値は低く
なるが、“1”が記憶されたセルは、フローティングゲ
ートFGにエレクトロンが捕獲されているため、トラン
ジスタT2の閾値は高くなる。
【0031】なお、前記“0”が記憶されるセルにおい
て、記憶ノードNPの低層部分NP1をゲートとするチ
ャネル部分がカットオフとされ、高電位Vpが加わって
いるソースSから記憶ノードNPに電荷の流れ込みを阻
止する動作は、通常のDRAM動作時にE2 PROM
セルの影響を受けないように、DRAMセルとE2 P
ROMセルとを分離する場合と同様である。通常のDR
AM動作については後述する。
【0032】次に、図6乃至図8を参照して、E2 P
ROMセルからDRAMセルに情報を取出すリコールモ
ードの動作について説明する。
【0033】先ず、トランジスタT1のドレインD(ビ
ット線BL)が電位Vccとされるとともに、セレクト
ゲートSGが電位Vccとされ、一群のDRAMセルが
選択される。この選択されたDRAMセルに全て“1”
情報が書込まれる。この後、トランジスタT1のドレイ
ンDおよびセレクトゲートSGが共に接地電位に戻され
、この状態で、トランジスタT2のソースSを接地電位
に下げると、フローティングゲートFGにエレクトロン
が捕獲されておらず、閾値が低くなっている(デプレシ
ョンタイプ:depletion type)のトラン
ジスタT2のみがオンとなる。したがって、図6に示す
ように、“0”が記憶されているセルのみ、DRAMセ
ルの容量に充電された正電荷がトランジスタT2のソー
スに放電されてDRAMセルの記憶情報が“0”に変更
される。また、図7に示すように、“1”が記憶されて
いるセルでは、DRAMセルの容量に充電された正電荷
が放電が放電されないため、DRAMセルの記憶情報が
“1”のまま保持される。つまり、E2 PROMセル
からDRAMセルへ情報が転送されたこととなる。その
後、トランジスタT2のソースSが電位Vccとされ、
E2 PROMセルとDRAMセルは電気的に分離され
る。
【0034】次に、通常のDRAM動作について、図9
を参照して説明する。
【0035】同図に示すごとく、トランジスタT2のソ
ースSを電位Vccとすることにより、DRAMセルに
記憶された情報、あるいはE2 PROMセルに記憶さ
れた情報の如何に係わらず、DRAMセルとE2 PR
OMセルは電気的に分離される。
【0036】図10は従来の不揮発性RAMセルの平面
図を示すものであり、図11はこの実施例の不揮発性R
AMセルの平面図を示すものである。図10、図11に
おいて、コントロールゲートCGは図示していない。
【0037】この実施例の場合、従来のリコールゲート
RGを除去することができ、さらに、E2 PROMを
構成するトランジスタT2のフローティングゲートFG
の延出部FG1によって制御される部分と、記憶ノード
NPの低層部分NP1によって制御される部分とを自己
整合的に作ることができる。したがって、セルの占有面
積を従来の約87%とすることができ、従来に比べて集
積度を向上することができる。
【0038】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、発明の要旨を変えない範囲において、種々
変形実施可能なことは勿論である。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
DRAMセルとE2 PROMセルとを効果的に混載す
ることができ、しかも、セルの占有面積を通常のDRA
MセルあるいはE2 PROMセルとほぼ同等とするこ
とが可能な半導体不揮発性RAMを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す側断面図。
【図2】図1の等価回路図。
【図3】図1、図2の消去、プログラム動作を説明する
ために示す図。
【図4】図1、図2の消去、プログラム動作を説明する
ために示す図。
【図5】図1、図2の消去、プログラム動作を説明する
ために示す波形図。
【図6】図1、図2のリコール動作を説明するために示
す図。
【図7】図1、図2のリコール動作を説明するために示
す図。
【図8】図1、図2のリコール動作を説明するために示
す波形図。
【図9】図1、図2のDRAM動作を説明するために示
す等価回路図。
【図10】従来の半導体不揮発性RAMの要部のパター
ン平面図。
【図11】この発明の半導体不揮発性RAMの要部のパ
ターン平面図。
【図12】従来の半導体不揮発性RAMの側断面図。
【図13】図12の等価回路図。
【図14】図12、図13の消去、プログラム動作を説
明するために示す波形図。
【図15】図12、図13のリコール動作を説明するた
めに示す波形図。
【符号の説明】
1…半導体基板、T1…DRAMセルを構成するトラン
ジスタ、T2…E2 PROMセルを構成するトランジ
スタ、SG…セレクトゲート、FG…フローティングゲ
ート、NP…記憶ノード、CG…コントロールゲート。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1のトランジスタおよびこの第1の
    トランジスタに接続され、情報を記憶する記憶領域を有
    するダイナミックRAMセルと、一部が前記ダイナミッ
    クRAMセルの記憶領域に記憶された情報に応じて導通
    制御されるチャネル領域を有し、この領域を介して前記
    第1のトランジスタに接続される第2のトランジスタを
    有するE2 PROMセルと、を具備したことを特徴と
    する半導体不揮発性RAM。
  2. 【請求項2】  前記ダイナミックRAMセルの記憶領
    域の一部は、前記E2 PROMセルのフローティング
    ゲートの上層部に延出されており、他の部分は前記ダイ
    ナミックRAMセルの記憶領域に記憶された情報に応じ
    て導通制御されるチャネル領域と対応され、このチャネ
    ル領域は、前記E2 PROMセルのフローティングゲ
    ートに対応したチャネル領域と自己整合的に連続的に設
    けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体不
    揮発性RAM。
  3. 【請求項3】  第1、第2の拡散層およびこれら拡散
    層の相互間に設けられたチャネル領域に対応して設けら
    れたゲートを有し、前記第1の拡散層がビット線に接続
    され、前記ゲートがワード線に接続された第1のトラン
    ジスタ、およびこの第1のトランジスタの前記第2の拡
    散層に接続され、情報を記憶する記憶ノードを有するダ
    イナミックRAMセルと、前記第1のトランジスタの第
    2の拡散層および第3の拡散層と、この第3の拡散層に
    トンネル酸化膜を介在して設けられたフローティングゲ
    ートと、このフローティングゲートの上方に前記記憶ノ
    ードとともにダイナミックRAMセルのキャパシタを構
    成するコントロールゲートを有し、前記記憶ノードの一
    部は、前記コントロールゲートとフローティングゲート
    の相互間で、フローティングゲートの上層部に延出され
    、前記記憶ノードの他の部分は前記フローティングゲー
    トとともに、第2、第3の拡散層の相互間に位置するチ
    ャネル領域と対応された第2のトランジスタを有するE
    2 PROMセルと、を具備したことを特徴とする半導
    体不揮発性RAM。
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