JPH04364076A - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

Info

Publication number
JPH04364076A
JPH04364076A JP3138136A JP13813691A JPH04364076A JP H04364076 A JPH04364076 A JP H04364076A JP 3138136 A JP3138136 A JP 3138136A JP 13813691 A JP13813691 A JP 13813691A JP H04364076 A JPH04364076 A JP H04364076A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
threshold voltage
voltage
memory cell
charge
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3138136A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2901785B2 (en
Inventor
Natsuo Ajika
夏夫 味香
Makoto Oi
誠 大井
Hideaki Arima
有馬 秀明
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP3138136A priority Critical patent/JP2901785B2/en
Publication of JPH04364076A publication Critical patent/JPH04364076A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2901785B2 publication Critical patent/JP2901785B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To enable data erasing operation with a low source voltage by setting a threshold voltage, obtained when a voltage is applied to a control electrode under the condition that a charge accumulating electrode is electrically neutral, to a value higher than the predetermined value and is lower than the predetermined threshold voltage after accumulation of charges. CONSTITUTION:A threshold voltage obtained when a voltage is applied to a control electrode under the condition that a charge accumulation electrode is electrically neutral is set to a range higher than 0 volt and is lower than 1/2 the threshold voltage after accumulation of charges to the charge accumulation electrode. Thereby, a voltage to be applied to impurity region is lowered while data is erased. For the control of threshold voltage, a source region 8 of a memory cell is covered with a resist mask 9 and boron is implanted to the area which becomes a drain region. Moreover, arsenic is implanted to form a drain region 10. A threshold voltage of a memory cell can be controlled easily depending on the amount of impurity to be implanted to the drain region 10.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、半導体記憶装置に関
し、特に、電気的にデータの書込または消去が可能な不
揮発性半導体記憶装置(Electrically  
Erasable  and  Programabl
e  Read  OnlyMemory:EEPRO
M)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory devices, and more particularly to nonvolatile semiconductor memory devices in which data can be electrically written or erased.
Erasable and programmable
e Read Only Memory: EEPRO
Regarding M).

【0002】0002

【従来の技術】従来、半導体記憶装置のうち、電気的に
データの書込および消去が可能なものとして、EEPR
OM(不揮発性半導体記憶装置)が知られている。図1
4は、従来の不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)
の全体構成を示すブロック図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, among semiconductor memory devices, an EEPR is used as one in which data can be electrically written and erased.
OM (nonvolatile semiconductor memory device) is known. Figure 1
4 is a conventional non-volatile semiconductor memory device (EEPROM)
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration.

【0003】図14を参照して、従来のEEPROMは
、データを記憶するためのメモリセル(図示せず)がマ
トリクス状に複数個配置されたメモリセルアレイ30と
、外部からのアドレス信号を解読するためのXデコーダ
21およびYデコーダ22と、Yゲート23と、制御回
路24と、入出力回路25とを備えている。Xデコーダ
21、Yデコーダ22、Yゲート23、制御回路24、
入出力回路25およびメモリセルアレイ30は、半導体
チップ26上の同一基板上に形成されている。従来のE
EPROMは、さらに、電源入力端子Vcc28と、高
圧電源入力端子VPP29とを備えている。
Referring to FIG. 14, a conventional EEPROM includes a memory cell array 30 in which a plurality of memory cells (not shown) for storing data are arranged in a matrix, and a memory cell array 30 for decoding address signals from the outside. It includes an X decoder 21 and a Y decoder 22, a Y gate 23, a control circuit 24, and an input/output circuit 25. X decoder 21, Y decoder 22, Y gate 23, control circuit 24,
The input/output circuit 25 and the memory cell array 30 are formed on the same substrate on the semiconductor chip 26. Conventional E
The EPROM further includes a power input terminal Vcc28 and a high voltage power input terminal VPP29.

【0004】図15は、図14に示したメモリセルアレ
イを構成するメモリセル(半導体記憶素子)を示す断面
構造図である。
FIG. 15 is a cross-sectional structural diagram showing memory cells (semiconductor storage elements) constituting the memory cell array shown in FIG. 14.

【0005】図15を参照して、従来のメモリセルは、
不純物濃度1×1015/cm3 、比抵抗10Ω・c
mの特性を有するP型シリコン半導体基板31と、加速
電圧30〜40KV、ドーズ量1×1015/cm2 
の条件下で砒素(As)をイオン注入することにより形
成された不純物濃度1×1020/cm3 のn+ 型
ドレイン領域32と、加速電圧100〜150KV、ド
ーズ量5×1015/cm2 の条件下で砒素(As)
をイオン注入することにより形成された不純物濃度1×
1020/cm3 のn+ のソース領域33と、n+
 型ドレイン領域32とn+ 型ソース領域33との間
に形成されたチャネル領域34と、チャネル領域34上
に形成された厚さ100Åのゲート酸化膜35と、ゲー
ト酸化膜35上に形成された多結晶シリコン層からなる
フローティングゲート36と、フローティングゲート3
6上に形成された層間絶縁膜37と、層間絶縁膜37上
に形成された多結晶シリコン層からなるコントロールゲ
ート38とを備えている。
Referring to FIG. 15, the conventional memory cell is
Impurity concentration 1×1015/cm3, specific resistance 10Ω・c
P-type silicon semiconductor substrate 31 having characteristics of
The n+ type drain region 32 with an impurity concentration of 1 x 1020/cm3 was formed by ion implanting arsenic (As) under the conditions of 1 x 1020/cm3 of arsenic (As) ion implantation under the conditions of an acceleration voltage of 100 to 150 KV and a dose of 5 x 1015/cm2. (As)
An impurity concentration of 1× formed by ion implantation of
1020/cm3 of n+ source region 33 and n+
A channel region 34 formed between the type drain region 32 and the n+ type source region 33, a gate oxide film 35 with a thickness of 100 Å formed on the channel region 34, and a polygonal layer formed on the gate oxide film 35. A floating gate 36 made of a crystalline silicon layer and a floating gate 3
6 and a control gate 38 made of a polycrystalline silicon layer formed on the interlayer insulating film 37.

【0006】次に、図14および図15を参照して、従
来のEEPROMのデータの書込および消去動作につい
て説明する。
Next, data writing and erasing operations of a conventional EEPROM will be explained with reference to FIGS. 14 and 15.

【0007】メモリセルへのデータの書込は、まず、高
圧電源入力端子VPP29に12.5Vを印加する。こ
の高圧電源入力端子VPP29からコントロールゲート
38に12.5Vが供給される。これと同時に、n+ 
型ドレイン領域32に負荷抵抗を介して8Vが供給され
る。一方、n+ 型ソース領域33は接地され、接地電
位(GND)となる。このような状態下で、n+ 型ソ
ース領域33からn+ 型ドレイン領域32に向けて電
子が移動する。チャネル領域34には、0.5〜1mA
程度の電流が流れる。このとき、流れる電子は、n+ 
型ドレイン領域32近傍の高電界により加速される。こ
れにより、電子は、P型シリコン半導体基板31の表面
からゲート酸化膜35へのエネルギ障壁3.2eVを越
す高いエネルギを得る。この高いエネルギを得た電子は
ホットエレクトロンと呼ばれる。ホットエレクトロンの
一部は、ゲート酸化膜35の障壁を飛越えてコントロー
ルゲート38の高電位(12.5V)に引かれてフロー
ティングゲート36に注入される。フローティングゲー
ト36は電気的にマイナスの状態となる。この書込状態
をデータの「0」に対応させている。
To write data to a memory cell, first, 12.5V is applied to the high voltage power supply input terminal VPP29. 12.5V is supplied to the control gate 38 from this high voltage power supply input terminal VPP29. At the same time, n+
8V is supplied to the mold drain region 32 via a load resistor. On the other hand, the n+ type source region 33 is grounded and has a ground potential (GND). Under such conditions, electrons move from the n+ type source region 33 toward the n+ type drain region 32. The channel region 34 has a voltage of 0.5 to 1 mA.
A certain amount of current flows. At this time, the flowing electrons are n+
It is accelerated by the high electric field near the type drain region 32. As a result, the electrons obtain high energy that exceeds the energy barrier of 3.2 eV from the surface of the P-type silicon semiconductor substrate 31 to the gate oxide film 35. Electrons with this high energy are called hot electrons. A part of the hot electrons jumps over the barrier of the gate oxide film 35, is attracted to the high potential (12.5 V) of the control gate 38, and is injected into the floating gate 36. The floating gate 36 becomes electrically negative. This write state corresponds to data "0".

【0008】一方、メモリセルからのデータの消去は、
書込と同様、まず、高圧電源入力端子VPP29に12
.5Vを印加する。この高圧電源入力端子VPP29か
らn+ 型ソース領域33に12.5Vが供給される。 コントロールゲート38は、接地され、接地電位(GN
D)となる。n+ 型ドレイン領域32は、フローティ
ング状態にされる。このような状態下で、フローティン
グゲート36とn+ 型ソース領域33との間のゲート
酸化膜35に高電界が発生する。これにより、ゲート酸
化膜35のエネルギ障壁は低くなる。フローティングゲ
ート36からn+ 型ソース領域33の高電位(12.
5V)に引かれて電子が放出される。フローティングゲ
ート36とn+ 型ソース領域33との間にはトンネル
電流と呼ばれる電流が流れる。つまり、フローティング
ゲート36からは所定量だけ電子が引抜かれ、この状態
がデータの「1」に対応する。
On the other hand, erasing data from memory cells is
As with writing, first set 12 to the high voltage power supply input terminal VPP29.
.. Apply 5V. 12.5V is supplied to the n+ type source region 33 from this high voltage power supply input terminal VPP29. The control gate 38 is grounded and has a ground potential (GN
D). The n+ type drain region 32 is placed in a floating state. Under such conditions, a high electric field is generated in the gate oxide film 35 between the floating gate 36 and the n+ type source region 33. This lowers the energy barrier of gate oxide film 35. The high potential (12.
5V) and electrons are emitted. A current called a tunnel current flows between the floating gate 36 and the n+ type source region 33. In other words, a predetermined amount of electrons are extracted from the floating gate 36, and this state corresponds to data "1".

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
EEPROMでは、データの消去時に、n+ 型ソース
領域33に高電圧VPP(12.5V)が印加される。 したがって、n+ 型ソース領域33の接合耐圧は、V
PP(12.5V)よりもマージン(余裕)を持って高
く保持されている必要がある。
As described above, in the conventional EEPROM, a high voltage VPP (12.5 V) is applied to the n+ type source region 33 when erasing data. Therefore, the junction breakdown voltage of the n+ type source region 33 is V
It needs to be held higher than PP (12.5V) with a margin.

【0010】しかしながら、半導体装置の集積化に伴な
って素子が微細化されてくると、ウェル濃度が濃くなる
という現象、チャネルカットのボロン濃度が濃くなる現
象、および熱処理の低温化に従いn+ 領域の不純物分
布が急峻になるなどの現象が生じる。この結果、接合耐
圧を十分に高く保持することが困難になる傾向にある。 このような集積化による接合耐圧の低下は、以下のよう
な問題点を引起こす。
However, as semiconductor devices become more integrated and the elements become smaller, the well concentration becomes higher, the boron concentration in the channel cut becomes higher, and the temperature of the n+ region decreases due to the lower temperature of heat treatment. Phenomena such as impurity distribution becoming steep occur. As a result, it tends to be difficult to maintain a sufficiently high junction breakdown voltage. The reduction in junction breakdown voltage due to such integration causes the following problems.

【0011】すなわち、接合耐圧の低下により、データ
消去時のリーク電流が増加する。また、アバランシェ降
伏によりホットホールが発生し、このホットホールのゲ
ート酸化膜35への注入によりゲート酸化膜35の信頼
性が著しく劣化するという問題点があった。
[0011] That is, due to a decrease in junction breakdown voltage, leakage current during data erasing increases. Further, hot holes are generated due to avalanche breakdown, and the injection of these hot holes into the gate oxide film 35 significantly deteriorates the reliability of the gate oxide film 35.

【0012】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、低いソース電圧(不純物領域へ
の印加電圧)でデータの消去動作が可能な半導体記憶装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device capable of erasing data with a low source voltage (voltage applied to an impurity region). shall be.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1における半導体
記憶装置は、第1導電型の半導体基板と、第1導電型の
半導体基板の主表面上に所定の間隔を隔てて形成された
第2導電型の1対の不純物領域と、1対の不純物領域間
に第1の絶縁膜を介して形成された電荷蓄積電極と、電
荷蓄積電極上に第2の絶縁膜を介して形成された制御電
極とを有し、電荷蓄積電極へ電荷を蓄積しまたは電荷蓄
積電極から電荷を引抜くことによって電気的にデータの
書込または消去を行なう半導体記憶装置において、電荷
蓄積電極が電気的に中性な状態で制御電極に電圧を印加
したときのしきい値電圧が、0ボルト以上で電荷蓄積電
極への電荷の蓄積後のしきい値電圧の1/2以下の範囲
内に設定されている。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor memory device according to claim 1 includes a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a second semiconductor memory device formed at a predetermined interval on the main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type. A pair of conductivity type impurity regions, a charge storage electrode formed between the pair of impurity regions with a first insulating film interposed therebetween, and a control electrode formed on the charge storage electrode with a second insulating film interposed therebetween. In a semiconductor memory device that has a charge storage electrode and electrically writes or erases data by storing charge in the charge storage electrode or extracting charge from the charge storage electrode, the charge storage electrode is electrically neutral. The threshold voltage when a voltage is applied to the control electrode in this state is set within a range of 0 volts or more and 1/2 or less of the threshold voltage after charge is accumulated in the charge storage electrode.

【0014】[0014]

【作用】この発明に係る半導体記憶装置では、電荷蓄積
電極が電気的に中性な状態で制御電極に電圧を印加した
ときのしきい値電圧を、0ボルト以上、電荷蓄積電極へ
の電荷の蓄積後のしきい値電圧の1/2以下の範囲内に
設定することにより、データの消去時に不純物領域に印
加すべき電圧が低下される。
[Operation] In the semiconductor memory device according to the present invention, when a voltage is applied to the control electrode with the charge storage electrode in an electrically neutral state, the threshold voltage is set to 0 volts or more, and the charge on the charge storage electrode is By setting the threshold voltage within a range of 1/2 or less of the threshold voltage after accumulation, the voltage to be applied to the impurity region when erasing data is reduced.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。[Examples] Examples of the present invention will be described below.

【0016】まず、本発明の背景について説明する。E
EPROMにおいて、メモリセルへ書込まれたデータの
消去動作について考える。
First, the background of the present invention will be explained. E
Let us consider the operation of erasing data written to memory cells in an EPROM.

【0017】データの消去動作は、ファウラー−ノルド
ハイム(Fawler−Nordheim)トンネル効
果現象により行なわれる。ファウラー−ノルドハイム電
流は、次の式(1)のように表わされる。
The data erasing operation is performed by the Fawler-Nordheim tunnel effect phenomenon. The Fowler-Nordheim current is expressed by the following equation (1).

【0018】   J=KE2 exp[−4√2m* (eφB )
3/2 /3ehE]      …(1)J:トンネ
ル電流密度  K:ボルツマン定数  E:電界  m
* :有効質量e:電子の素電界  h:プランク定数
  φB :バリアハイト この式(1)を参照して、トンネル電流密度Jは、酸化
膜にかかる電界Eに非常に大きく依存することがわかる
J=KE2exp[-4√2m*(eφB)
3/2 /3ehE] ... (1) J: tunnel current density K: Boltzmann constant E: electric field m
*: Effective mass e: Elementary electric field of electron h: Planck's constant φB: Barrier height Referring to equation (1), it can be seen that the tunneling current density J is extremely dependent on the electric field E applied to the oxide film.

【0019】次に、EEPROMにおいて、メモリへの
データの書込(プログラム)状態および消去状態につい
て考える。
Next, in the EEPROM, the state of writing (programming) data into the memory and the state of erasing data will be considered.

【0020】通常、メモリセルのしきい値電圧Vthは
、プログラム状態(書込状態)で8V程度、消去状態で
1〜2V程度に設定されている。これは、以下のような
理由による。
Normally, the threshold voltage Vth of a memory cell is set to about 8 V in a programmed state (written state) and about 1 to 2 V in an erased state. This is due to the following reasons.

【0021】すなわち、データの書込後にデータを読出
す場合には、コントロールゲートにVcc(〜5V)を
印加して、そのVccより大きいか小さいかでデータの
判別を行なう。このため、データの書込後のメモリセル
のしきい値電圧Vthは、5V以上必要である。また、
データが消去された状態で、メモリセルのしきい値電圧
Vthが負の状態になると、メモリセルトランジスタが
OFFできなくなる。このため、消去状態のメモリセル
のしきい値電圧Vthは、0ボルト以上必要である。
That is, when reading data after data has been written, Vcc (~5V) is applied to the control gate, and data is determined based on whether it is greater or less than Vcc. Therefore, the threshold voltage Vth of the memory cell after writing data needs to be 5V or more. Also,
If the threshold voltage Vth of the memory cell becomes negative in a state where data has been erased, the memory cell transistor cannot be turned off. Therefore, the threshold voltage Vth of the memory cell in the erased state needs to be 0 volts or more.

【0022】上記の制約にマージン(余裕)を含めて、
書込後のしきい値電圧を8V、消去後のしきい値電圧を
1〜2Vという値に設定している。したがって、メモリ
セルのしきい値電圧Vthは、書込状態(プログラム状
態)と消去状態とで6〜7V変動(スィング)する。こ
のようなVthの変動によって、フローティングゲート
に実際にかかる電圧は、コントロールゲート・フローテ
ィングゲート間の容量と、フローティングゲート・半導
体基板間の容量との容量分割比によって決まる。この容
量分割比は、約0.5〜0.6である。したがって、メ
モリセルのしきい値電圧Vthの変動(6〜7V)は、
フローティングゲートから見ると、3〜4Vの変動に相
当する。すなわち、データの書込状態(プログラム状態
)と消去状態とでフローティングゲートの電圧が3〜4
V変化する。
[0022] Including the margin in the above constraints,
The threshold voltage after writing is set to 8V, and the threshold voltage after erasing is set to a value of 1 to 2V. Therefore, the threshold voltage Vth of the memory cell fluctuates (swings) by 6 to 7 V between the written state (programmed state) and the erased state. Due to such fluctuations in Vth, the voltage actually applied to the floating gate is determined by the capacitance division ratio between the capacitance between the control gate and the floating gate and the capacitance between the floating gate and the semiconductor substrate. This capacity division ratio is approximately 0.5-0.6. Therefore, the variation (6 to 7 V) in the threshold voltage Vth of the memory cell is
From the perspective of the floating gate, this corresponds to a variation of 3-4V. That is, the voltage of the floating gate is between 3 and 4 in the data write state (program state) and erase state.
V changes.

【0023】次に、実際のデータの消去時に起こってい
る現象について考える。通常、メモリセルの消去動作を
行なう前には、必ずデータが書込まれた状態にある。し
たがって、消去されるメモリセルは、データの内容にか
かわらず必ず書込状態すなわちVthの高い状態のとな
っている。このときのフローティングゲートの電位をV
FPとする。
Next, let us consider the phenomenon that occurs when actually erasing data. Normally, before performing an erase operation on a memory cell, data is always written in the memory cell. Therefore, a memory cell to be erased is always in a written state, that is, a state where Vth is high, regardless of the data content. The potential of the floating gate at this time is V
Let it be FP.

【0024】この状態から、ソース領域に高電圧VS 
を印加すると、トンネル酸化膜に(VS −VFP)/
tOXの電荷がかかる。これにより、上述したファウラ
ー−ノルドハイム電流が流れる。この結果、フローティ
ングゲートの電子が引抜かれてデータの消去が行なわれ
る。消去後の状態では、前述のようにフローティングゲ
ートの電位は、書込状態に比べて3〜4V上昇し、VF
Eになる。 したがってデータの消去動作終了後に、トンネル酸化膜
に加わる電界は、 (VS −VFE)/tOX=(VS −VFP−4)
/tOXに減少する。
From this state, a high voltage VS is applied to the source region.
When applying (VS −VFP)/ to the tunnel oxide film,
A charge of tOX is applied. This causes the Fowler-Nordheim current described above to flow. As a result, electrons from the floating gate are extracted and data is erased. In the post-erasure state, as mentioned above, the potential of the floating gate increases by 3 to 4 V compared to the written state, and VF
Becomes E. Therefore, after the data erase operation is completed, the electric field applied to the tunnel oxide film is (VS - VFE)/tOX = (VS - VFP-4)
/tOX.

【0025】つまり、酸化膜に加わる電界は、消去動作
初期に最も大きく、消去動作完了時には消去動作初期に
比べて4/tOXだけ減少している。この現象を前述し
たファウラー−ノルドハイムの式から見れば、消去動作
初期に多くの電流が流れ、消去動作完了時には電流が大
幅に減少していることがわかる。
That is, the electric field applied to the oxide film is greatest at the beginning of the erase operation, and when the erase operation is completed, it has decreased by 4/tOX compared to the initial period of the erase operation. If we look at this phenomenon from the Fowler-Nordheim equation mentioned above, it can be seen that a large amount of current flows at the beginning of the erase operation, and the current decreases significantly when the erase operation is completed.

【0026】図1は、消去電圧印加時間とメモリセルの
しきい値電圧Vthとの関係を示した図である。図1を
参照して、ソース領域への印加電圧VS を印加した直
後に、急速にVthが低下し、その後は緩やかに減少し
ていることがわかる。これを予め設定された消去時間(
たとえば10msec)内に所定のVth(1〜2V)
にするためには、VS またはVS /tOXをある値
以上に設定する必要がある。すなわち、VS またはV
S /tOXが大きいほど、電子を引抜く力が大きく消
去時間が短くなる。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the erase voltage application time and the threshold voltage Vth of a memory cell. Referring to FIG. 1, it can be seen that Vth rapidly decreases immediately after applying the voltage VS to the source region, and then gradually decreases. This is set to a preset erasing time (
For example, a predetermined Vth (1 to 2 V) within 10 msec).
In order to achieve this, it is necessary to set VS or VS /tOX to a certain value or more. That is, VS or V
The larger S /tOX is, the greater the force for extracting electrons becomes, and the erasing time becomes shorter.

【0027】ここで、フローティングゲートが電気的に
中性な状態でのメモリセルのしきい値電圧をVth(N
)とする。また、プログラム後(書込後)のしきい値電
圧をVth(P)とし、消去後のしきい値電圧をVth
(E)とする。これらのしきい値電圧を用いて書込後の
フローティングゲートの電位VFPと消去後のフローテ
ィングゲートの電位VFEとを表わすと、それぞれ以下
の式(2)、(3)のようになる。
Here, the threshold voltage of the memory cell when the floating gate is electrically neutral is Vth(N
). In addition, the threshold voltage after programming (after writing) is Vth (P), and the threshold voltage after erasing is Vth (P).
(E). When the floating gate potential VFP after writing and the floating gate potential VFE after erasing are expressed using these threshold voltages, the following equations (2) and (3) are obtained, respectively.

【0028】   VFP={Vth(N)−Vth(P)}×R  
                      …(2
)  VFE={Vth(N)−Vth(E)}×R 
                       …(
3)ここで、Rは、容量結合比である。
VFP={Vth(N)−Vth(P)}×R
…(2
) VFE={Vth(N)-Vth(E)}×R
…(
3) Here, R is the capacitive coupling ratio.

【0029】次に、予め定められた所定の消去特性(消
去速度)を得るために必要な最低電界について考える。 この最低電界をEmin とすると、そのとき必要な最
低ソース電圧VSminは、以下のように導かれる。
Next, consider the minimum electric field required to obtain a predetermined erase characteristic (erase speed). Assuming that this minimum electric field is Emin, the minimum source voltage VSmin required at that time is derived as follows.

【0030】   Emin =(VSmin−VFP)/tOX  
                         
   …(4)  Emin =[VSmin−{Vt
h(N)−Vth(P)}×R]/tOX    …(
5)  VSmin=tOX・Emin +{Vth(
N)−Vth(P)}×R        …(6)こ
こで、tOX、Emin 、Vth(P)およびRは定
数であるので、Vth(N)を小さくすることにより、
VSminを低下させることができる。Vth(N)の
最小値は、前述の消去後のしきい値電圧VthがVth
>0でなければならないのと同様、この中性状態でのし
きい値電圧Vth(N)もVth(N)>0である必要
がある。また、中性状態でのしきい値電圧Vth(N)
は、0ボルトに近いほど好ましいが、データの書込後(
プログラム後)のしきい値電圧Vth(P)の1/2以
下であれば消去時のソース領域印加電圧の低減という効
果は得られる。
Emin=(VSmin−VFP)/tOX

...(4) Emin = [VSmin-{Vt
h(N)-Vth(P)}×R]/tOX...(
5) VSmin=tOX・Emin +{Vth(
N)-Vth(P)}×R...(6) Here, since tOX, Emin, Vth(P) and R are constants, by reducing Vth(N),
VSmin can be lowered. The minimum value of Vth(N) is the threshold voltage Vth after erasing described above is Vth
In the same way that the threshold voltage Vth(N) in this neutral state must also be Vth(N)>0. In addition, the threshold voltage Vth (N) in the neutral state
The closer to 0 volts, the better, but after writing the data (
If the threshold voltage Vth(P) (after programming) is 1/2 or less, the effect of reducing the voltage applied to the source region during erasing can be obtained.

【0031】図2ないし図13は、本発明に従った一実
施例のスタックトゲート型フラッシュEEPROMのメ
モリセルの製造プロセス(第1工程ないし第12工程)
を示した断面図である。図2〜図13を参照して、次に
上記で述べたしきい値電圧を制御する実際の製造プロセ
スについて説明するまず、図2に示すように、比抵抗が
10Ωcm程度のP型シリコン半導体基板1に、ボロン
(B)を100KeV,4×1012/cm2 の条件
下で注入する。そして、1150℃で6時間熱処理を行
なうことにより、ウェル(図示せず)を形成する。
FIGS. 2 to 13 show a manufacturing process (first step to twelfth step) of a memory cell of a stacked gate flash EEPROM according to an embodiment of the present invention.
FIG. Next, the actual manufacturing process for controlling the threshold voltage described above will be explained with reference to FIGS. 2 to 13. First, as shown in FIG. 2, a P-type silicon semiconductor substrate with a specific resistance of about 10 Ωcm 1, boron (B) is implanted under the conditions of 100 KeV and 4×10 12 /cm 2 . Then, heat treatment is performed at 1150° C. for 6 hours to form a well (not shown).

【0032】次に、図3に示すように、活性領域を分離
する領域にボロン(B)を80KeV,2.5×101
3/cm2 の条件下で注入する。そして、この領域を
選択酸化法を用いて、6000Å程度の厚さを有するフ
ィールド酸化膜2を形成する。図3に示す右側の図面に
おけるA−Aの断面が左側に示す図面である。
Next, as shown in FIG. 3, boron (B) was applied to the region separating the active regions at 80 KeV and 2.5×101
Inject under conditions of 3/cm2. Then, a field oxide film 2 having a thickness of about 6000 Å is formed in this region using a selective oxidation method. The cross section taken along line A-A in the right-hand drawing shown in FIG. 3 is the drawing shown on the left-hand side.

【0033】次に、図4に示すように、メモリセルのし
きい値電圧Vthを制御するため、上記活性領域にイオ
ン注入を行なう。100Å程度の酸化膜3を全面に形成
する。酸化膜3上に第1の多結晶シリコン層4を100
0Å程度堆積する。写真製版技術と異方性エッチングを
用いて、第1の多結晶シリコン層4をカラム方向(縦方
向)に一定のピッチで線状にパターニングする。すなわ
ち、レジストマスク7aを用いて、異方性エッチングを
行なうことにより、図4の右側部分に示したようなピッ
チでパターニングを行なう。この後、レジストマスク7
aを除去する。
Next, as shown in FIG. 4, ions are implanted into the active region in order to control the threshold voltage Vth of the memory cell. An oxide film 3 of about 100 Å is formed over the entire surface. A first polycrystalline silicon layer 4 is formed on the oxide film 3 at a thickness of 100 nm.
A thickness of about 0 Å is deposited. Using photolithography and anisotropic etching, the first polycrystalline silicon layer 4 is linearly patterned at a constant pitch in the column direction (vertical direction). That is, by performing anisotropic etching using the resist mask 7a, patterning is performed at a pitch as shown on the right side of FIG. After this, resist mask 7
Remove a.

【0034】次に、図5に示すように、第1の多結晶シ
リコン層4上にON膜5を形成する。ON膜5上に第2
の多結晶シリコン層6を2500Å程度の厚みで形成す
る。第2の多結晶シリコン層6上にレジストマスク7b
を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, an ON film 5 is formed on the first polycrystalline silicon layer 4. A second layer is formed on the ON film 5.
A polycrystalline silicon layer 6 with a thickness of about 2500 Å is formed. Resist mask 7b on second polycrystalline silicon layer 6
form.

【0035】次に、図6に示すように、写真製版技術を
用いて、ロウ方向(横方向)に一定のピッチで線状にレ
ジストマスク7bをパターニングする。そして、レジス
トマスク7bを用いて、第2の多結晶シリコン層6、そ
の下層のON膜5および第1の多結晶シリコン層4を異
方性エッチングする。このように、第1の多結晶シリコ
ン層4は、フローティングゲート4を形成し、第2の多
結晶シリコン層6は、コントロールゲート6を形成する
Next, as shown in FIG. 6, the resist mask 7b is linearly patterned at a constant pitch in the row direction (lateral direction) using photolithography. Then, the second polycrystalline silicon layer 6, the underlying ON film 5, and the first polycrystalline silicon layer 4 are anisotropically etched using the resist mask 7b. Thus, the first polycrystalline silicon layer 4 forms the floating gate 4 and the second polycrystalline silicon layer 6 forms the control gate 6.

【0036】次に、図7に示すように、メモリセルのド
レイン領域となる領域をレジストマスク7cで覆う。レ
ジストマスク7cをマスクとして、ソース領域となる領
域に斜め回転注入法を用いて燐(P)をイオン注入する
。さらに、砒素(As)をイオン注入することにより、
ソース領域8を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, a region that will become the drain region of the memory cell is covered with a resist mask 7c. Using the resist mask 7c as a mask, phosphorus (P) ions are implanted into a region that will become a source region using an oblique rotational implantation method. Furthermore, by ion-implanting arsenic (As),
A source region 8 is formed.

【0037】次に、図8に示すように、メモリセルのソ
ース領域8をレジストマスク9で覆う。ドレイン領域と
なる領域に、斜め回転注入法を用いてボロン(B)をイ
オン注入する。さらに、砒素(As)をイオン注入する
ことにより、ドレイン領域10を形成する。このドレイ
ン領域10に注入する不純物量(ドープ量)によって、
メモリセルのしきい値電圧を容易に制御することができ
る。
Next, as shown in FIG. 8, the source region 8 of the memory cell is covered with a resist mask 9. Boron (B) ions are implanted into a region that will become a drain region using an oblique rotational implantation method. Furthermore, a drain region 10 is formed by ion-implanting arsenic (As). Depending on the amount of impurity (doping amount) implanted into this drain region 10,
The threshold voltage of a memory cell can be easily controlled.

【0038】次に、図9に示すように、酸化膜(図示せ
ず)を1500Å程度の厚みで形成する。異方性エッチ
ングを用いて、フローティングゲート4およびコントロ
ールゲート6の側壁部分にサイドウォール11を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 9, an oxide film (not shown) is formed to a thickness of about 1500 Å. Sidewalls 11 are formed on the sidewall portions of floating gate 4 and control gate 6 using anisotropic etching.

【0039】次に、図10に示すように、酸化膜12を
全面に1500Å程度の厚みで形成する。さらに窒化膜
13を500Å程度の厚みで形成する。
Next, as shown in FIG. 10, an oxide film 12 is formed over the entire surface to a thickness of about 1500 Å. Further, a nitride film 13 is formed to a thickness of about 500 Å.

【0040】次に、図11に示すように、ボロン(B)
と燐(P)とを含んだ酸化膜を数千Å程度の厚みで形成
し、熱処理およびエッチングを行なうことにより、層間
膜14を形成する。写真製版技術を用いてレジストマス
ク15を層間膜14上の所定領域に形成する。レジスト
マスク15を用いて、層間膜14を等方性エッチングす
ることにより、開口部16にテーパ形状17をもった層
間膜14を形成する。その後、図12に示すように、レ
ジストマスク15をマスクとして、さらに異方性エッチ
ングを行なうことにより、ドレイン領域10上に開口部
を設ける。
Next, as shown in FIG. 11, boron (B)
The interlayer film 14 is formed by forming an oxide film containing phosphorus (P) and phosphorus (P) to a thickness of approximately several thousand angstroms, and performing heat treatment and etching. A resist mask 15 is formed in a predetermined region on the interlayer film 14 using photolithography. By isotropically etching the interlayer film 14 using the resist mask 15, the interlayer film 14 having a tapered shape 17 in the opening 16 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 12, an anisotropic etching is further performed using the resist mask 15 as a mask to form an opening above the drain region 10.

【0041】最後に、図13に示すように、上記開口し
たドレイン領域10上に、電気的に接続するようにチタ
ン18を500Å程度の厚みで形成する。そして、アル
ミニウム19を5000Å程度の厚みで形成する。写真
製版技術と化学処理を用いて、チタン18とアルミニウ
ム19との積層膜をパターニングすることにより、ドレ
イン領域10と接触するビット線(18,19)を形成
する。
Finally, as shown in FIG. 13, titanium 18 is formed to a thickness of about 500 Å on the opened drain region 10 for electrical connection. Then, aluminum 19 is formed to a thickness of about 5000 Å. Bit lines (18, 19) in contact with the drain region 10 are formed by patterning the laminated film of titanium 18 and aluminum 19 using photolithography and chemical processing.

【0042】なお、上記実施例では、図4で説明した製
造プロセスにおいて、多結晶シリコン層4を形成する前
にイオン注入を行なったが、本発明はこれら限らず、ド
レイン領域10を形成する際のボロン(B)注入をさら
に高エネルギで行なうことによっても、メモリセルのし
きい値を制御することができる。
In the above embodiment, ion implantation was performed before forming the polycrystalline silicon layer 4 in the manufacturing process explained in FIG. 4, but the present invention is not limited to this. The threshold value of the memory cell can also be controlled by performing boron (B) implantation at higher energy.

【0043】[0043]

【発明の効果】請求項1にかかる発明によれば、電荷蓄
積電極が電気的に中性な状態で制御電極に電圧を印加し
たときのしきい値電圧を、0ボルト以上で電荷蓄積電極
への電荷の蓄積後のしきい値電圧の1/2以下の範囲内
に設定することにより、データの消去時に不純物領域に
印加すべき電圧が減少されるので、低いソース電圧(不
純物領域への印加電圧)で電圧の消去動作が可能な半導
体記憶装置を提供し得るに至った。
According to the invention as claimed in claim 1, when a voltage is applied to the control electrode when the charge storage electrode is electrically neutral, the threshold voltage to the charge storage electrode is set to 0 volts or more. By setting the threshold voltage within the range of 1/2 or less of the threshold voltage after charge accumulation, the voltage to be applied to the impurity region when erasing data is reduced. It has now become possible to provide a semiconductor memory device that can perform voltage erasing operation using voltage.

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

【図1】消去電圧印加時間とメモリセルのしきい値電圧
Vthとの関係を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between erase voltage application time and threshold voltage Vth of a memory cell.

【図2】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第1工程を示した断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第2工程を示した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第3工程を示した断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第4工程を示した断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fourth step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第5工程を示した断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fifth step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第6工程を示した断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the sixth step of the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第7工程を示した断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a seventh step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明に従った一実施例のスタックトゲート型
フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセスの
第8工程を示した断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the eighth step of the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明に従った一実施例のスタックトゲート
型フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセス
の第9工程を示した断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the ninth step of the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明に従った一実施例のスタックトゲート
型フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセス
の第10工程を示した断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a tenth step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明に従った一実施例のスタックトゲート
型フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセス
の第11工程を示した断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an eleventh step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明に従った一実施例のスタックトゲート
型フラッシュEEPROMのメモリセルの製造プロセス
の第12工程を示した断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a twelfth step in the manufacturing process of a stacked gate flash EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図14】従来の不揮発性半導体記憶装置(EEPRO
M)の全体構成を示すブロック図である。
FIG. 14: Conventional non-volatile semiconductor memory device (EEPRO)
It is a block diagram showing the whole structure of M).

【図15】図14に示したメモリセルアレイを構成する
メモリセル(半導体記憶素子)を示す断面構造図である
15 is a cross-sectional structural diagram showing a memory cell (semiconductor storage element) constituting the memory cell array shown in FIG. 14. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:P型シリコン半導体基板 2:フィールド酸化膜 3:酸化膜 4:第1の多結晶シリコン層(フローティングゲート)
5:ON膜 6:第2の多結晶シリコン層(コントロールゲート)8
:ソース領域 10:ドレイン領域 18:チタン 19:アルミニウム なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
1: P-type silicon semiconductor substrate 2: Field oxide film 3: Oxide film 4: First polycrystalline silicon layer (floating gate)
5: ON film 6: Second polycrystalline silicon layer (control gate) 8
: Source region 10 : Drain region 18 : Titanium 19 : Aluminum Note that in each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  第1導電型の半導体基板と、前記第1
導電型の半導体基板の主表面上に所定の間隔を隔てて形
成された第2導電型の1対の不純物領域と、前記1対の
不純物領域間に第1絶縁膜を介して形成された電荷蓄積
電極と、前記電荷蓄積電極上に第2の絶縁膜を介して形
成された制御電極とを有し、前記電荷蓄積電極へ電荷を
蓄積し、または、前記電荷蓄積電極から電荷を引抜くこ
とによって電気的にデータの書込または消去を行なう半
導体記憶装置において、前記電荷蓄積電極が電気的に中
性な状態で前記制御電極に電圧を印加したときのしきい
値電圧が、0ボルト以上で、前記電荷蓄積電極への電荷
の蓄積後のしきい値電圧の1/2以下の範囲内に設定さ
れていることを特徴とする、半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type;
A pair of impurity regions of a second conductivity type formed at a predetermined distance on the main surface of a semiconductor substrate of a conductivity type, and a charge formed between the pair of impurity regions with a first insulating film interposed therebetween. comprising a storage electrode and a control electrode formed on the charge storage electrode via a second insulating film, and storing charge in the charge storage electrode or extracting charge from the charge storage electrode. In a semiconductor memory device in which data is electrically written or erased by a semiconductor memory device, the threshold voltage when a voltage is applied to the control electrode while the charge storage electrode is electrically neutral is 0 volt or more. , a semiconductor memory device characterized in that the threshold voltage is set within a range of 1/2 or less of the threshold voltage after charge is accumulated in the charge storage electrode.
JP3138136A 1991-06-11 1991-06-11 Semiconductor storage device Expired - Fee Related JP2901785B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3138136A JP2901785B2 (en) 1991-06-11 1991-06-11 Semiconductor storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3138136A JP2901785B2 (en) 1991-06-11 1991-06-11 Semiconductor storage device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04364076A true JPH04364076A (en) 1992-12-16
JP2901785B2 JP2901785B2 (en) 1999-06-07

Family

ID=15214839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3138136A Expired - Fee Related JP2901785B2 (en) 1991-06-11 1991-06-11 Semiconductor storage device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2901785B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6381697A (en) * 1986-09-26 1988-04-12 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6381697A (en) * 1986-09-26 1988-04-12 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2901785B2 (en) 1999-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5099297A (en) EEPROM cell structure and architecture with programming and erase terminals shared between several cells
US5838041A (en) Nonvolatile semiconductor memory device having memory cell transistor provided with offset region acting as a charge carrier injecting region
US6172397B1 (en) Non-volatile semiconductor memory device
KR100219331B1 (en) Non-volatile semiconductor memory device and method for eraser and production thereof
US5760435A (en) Use of spacers as floating gates in EEPROM with doubled storage efficiency
JPH0831960A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP2002026150A (en) Nonvolatile semiconductor storage device, and its manufacturing method and operating method
JPH05258583A (en) Method for controlling nonvolatile storage
JP2003068893A (en) Nonvolatile storage cell and semiconductor integrated circuit
JP3498116B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
US7372098B2 (en) Low power flash memory devices
JP2005184029A (en) Nonvolatile storage element and semiconductor integrated circuit device
US5592003A (en) Nonvolatile semiconductor memory and method of rewriting data thereto
US5332914A (en) EEPROM cell structure and architecture with increased capacitance and with programming and erase terminals shared between several cells
JP4329293B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and charge injection method
US5304505A (en) Process for EEPROM cell structure and architecture with increased capacitance and with programming and erase terminals shared between several cells
US6127225A (en) Memory cell having implanted region formed between select and sense transistors
US4486859A (en) Electrically alterable read-only storage cell and method of operating same
US6159800A (en) Method of forming a memory cell
JPH04105368A (en) Nonvolatile semiconductor storage device
JPH11238814A (en) Semiconductor storage device and its control method
US7088623B2 (en) Non-volatile memory technology suitable for flash and byte operation application
JP2002043448A (en) Integrated circuit and charge method of trap charge layer of memory cell
JP2005184028A (en) Nonvolatile storage element
US8004031B2 (en) Memory device transistors

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990309

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080319

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090319

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090319

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100319

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 12

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 12

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees