JPH05129625A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH05129625A
JPH05129625A JP3289831A JP28983191A JPH05129625A JP H05129625 A JPH05129625 A JP H05129625A JP 3289831 A JP3289831 A JP 3289831A JP 28983191 A JP28983191 A JP 28983191A JP H05129625 A JPH05129625 A JP H05129625A
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JP
Japan
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floating gate
film
area
gate
bias voltage
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Pending
Application number
JP3289831A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Hoshiba
一博 干場
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.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP3289831A priority Critical patent/JPH05129625A/ja
Publication of JPH05129625A publication Critical patent/JPH05129625A/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
    • G11C11/223Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements using MOS with ferroelectric gate insulating film
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors

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

Abstract

(57)【要約】 不揮発性メモリー素子のコントロールゲート/フローテ
ィングゲート間層間絶縁膜に高誘電率の物質ないしは強
誘電体/シリコン酸化膜を採用して、高い容量値で信頼
性も高いセルを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置、特に
フローティングゲート構造の不揮発性メモリー素子に関
する。
【0002】
【従来の技術】この種情報の記憶に用いられるMOS型
トランジスタのチャンネル領域の上で、しかもコントロ
ールゲート電極の下にフローティングゲート領域を持つ
半導体記憶装置として、例えば不揮発性メモリの薄膜化
をはかるために、従来から、前記コントロールゲートと
フローティングゲートの間にONOの絶縁膜を介在させ
ることが提案されているが、Siの比誘電率が7
〜8で低くバイアス電圧の効率利用で劣る欠点があっ
た。また、上記半導体記憶装置として、コントロールゲ
ートとフローティングゲートの間に強誘電体層を介在さ
せることも考えられるが、強誘電体はSiOに比べて
絶縁耐性が低いために信頼性の点で問題が生じる慌れが
あった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来例
の欠点を除去した半導体記憶装置を創作して、この種半
導体記憶装置としてバイアス電圧の利用効率が高く、か
つ信頼性のよいものを提供せんとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、MOSトラン
ジスタのチャンネル領域とコントロールゲート電極の間
に、電導性シリコンと絶縁性二酸化シリコンが混在する
フローティングゲート領域を設けた不揮発性半導体記憶
装置において、前記コントロール電極とフローティング
ゲート領域の間に高誘電率の薄膜とシリコン酸化膜の積
層を介在させてなるものである。
【0005】
【作用】すなわち、本発明は、この種半導体記憶装置に
おいて、コントロールゲート/フローティングゲート間
に介在させる層間絶縁膜として高誘電率の物質ないしは
強誘電体/シリコン酸化膜を採用して高い容量値で信頼
性も高いセルを形成したものである。したがって、コン
トロールゲート/フローティングゲート間の層間膜の容
量値(C=εε・s/d)を従来の提案より大きく
できるので、バイアス電圧の効率利用が可能で、バイア
ス電圧の低減、メモリーセル面積縮小が可能となり、
又、より高速動作も可能となる一方、層間膜を強誘電体
等のみの場合より、信頼性が高いセルが形成できるもの
である。
【0006】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例について説
明する。図1は、フローティングゲート構造の不揮発性
メモリー素子を示すもので、図中、11はN型Si基
板、10はp型Well、7はソース、8はドレイン、9
はチャンネル、12はフィールド絶縁膜、5はゲート絶
縁膜、6はトンネル酸化膜である。1はコントロールゲ
ート、4はフローティングゲートとして、これらはゲー
ト絶縁膜の中に埋設した状態で設けられ、フローティン
グゲートをチャンネルと対向させてその間にトンネル酸
化膜を設ける。フローティングゲートは、多結晶シリコ
ン膜を採用したもので、例えばnチャンネルトランジス
ターである場合には、ソース(ドレイン)はN形半導体、
Si基板はP形半導体、ゲートはポリシリコン電極を用
いる。動作は、フローティングゲートに電子が注入され
ると、その下の基板チャンネル層はそれをONさせるに
必要なゲート電圧の閾値を上げる一方、電子を抜くとと
もに戻る。また電子注入時の閾値より低いゲート電圧
(センス電圧)を印加することで、データの読みとりがで
きる。以上のような操作で1ビットデータの記憶/読み
をするものである。
【0007】前記の如き構造よりなるフローティングゲ
ート型の不揮発性メモリー素子において、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のカップリング比を大き
く変え、かつ信頼性も考慮するためゲート/ゲート層間
膜にSrTiO、PbTiO、PZT、BaMgF、B
aTiO等の高誘電率の物質ないしは強誘電体の薄膜
と、多結晶シリコンを熱酸化したSiOのシリコン酸
化膜を採用して介在させる前記強誘電体の薄膜は、Spu
tter法、CVD法、SolGel法、MOD法等現在これら
の成膜に、一般的な方法で形成される。なお、強誘電体
膜を採用する場合は、分極反転が生じない条件下で利用
することができる。
【0008】前記高誘電率の薄膜とシリコン酸化膜はい
づれが上でいづれが下の組み合せでもよい。また、一対
のシリコン酸化膜の間に高誘電率の薄膜をはさんだ三重
構造のものを採用してもよい。
【0009】前記の如き構造を持つ本発明の半導体記憶
装置は印加電圧低減化、いいかえると電荷の注入、抽出
にかかわる電圧の比率を高くできるものである。
【0010】図2に示す如き図1の等価回路で、C
コントロールゲートとフローティングゲート間の容量、
はフローティングゲートとドレイン間の容量、C
はフローティングゲートとp−well間の容量、C4はドレ
インとp−well間の容量である。
【0011】今、Cの積層膜としてSiOとPZT
(比誘電率(εr)150〜800)を用いた場合につい
て、本発明の構造を半導体記憶装置が、従来のものに比
較して何倍の容量を稼げるかを書き込み時と消去時でみ
ると、 VFG=(C/C+C+C)・V (式1) の条件でみて、図2の回路が図3の如くになる書き込み
時には、従来のものではV=18Vとすると、VFG
=(0.3〜0.5)×VD…(eq.1’)であるか
ら、VFG=5.4〜9Vとなり、リジェクション用バ
イアス電圧;V−VFG=9〜12.6Vとなる。本発
明の構造の場合はバイアス電圧;V−VFG=9〜1
2.6Vとして VFG (0.09〜0.2)×V (Cが5倍) 又は VFG (0.05〜0.1)×V (Cが10倍)
となる。つまり、電荷のリジエクションにかかわる電
圧は、バイアス電圧の50〜70%であったものが、 VFG 80〜91% (Cが5倍) 又は VFG 90〜95% (Cが10倍) となる結
果 VD 11.3〜13.8V (Cが5倍) 又は VD 10〜13.3V (Cが10倍) と低減す
ることができる。
【0012】また、図2の回路が図4の如くになる消去
時には、従来のものでは方式V=+20VでVFG
(0.5〜0.7)×V……(eq.2')であるから、インジ
ェクション用バイアス電圧は、VFG=10〜14Vと
なるが、本発明のものでは、 VFG (0.83〜0.92)×V (Cが5倍) 又は VFG (0.91〜0.96)×V (Cが10
倍) とするとインジェクションにかかわる電圧の効率
は50〜70%であったのが VFG 83〜92% (Cが5倍) 又は VFG 91〜96% (Cが10倍) と向上な
り、したがって、 V 12.0〜15.2V (Cが5倍) 又は V 11.0〜14.6V (Cが10倍) とな
る。したがって、本発明のものは、書き込み時、消去時
ともに容量の使用効率が一段と向上していることが分
る。
【0013】
【発明の効果】本発明は、上記実施例に詳記した如くフ
ローティングゲート構造の不揮発性メモリー素子におい
て、コントロールゲート/フローティングゲート間に介
在する層間膜を強誘電体とSiOの2層構造で構成す
ることにより、コントロールゲート/フローティングゲ
ート間の層間膜の容量値を従来の提案より大きくできる
ので、バイアス電圧の効率利用が可能になり、つまり、
バイアス電圧の低減、メモリーセル面積縮小が可能にな
る上に、より高速動作も可能したものであり、しかも層
間膜を強誘電体等のみの場合より、信頼性が高いセルが
形成できる如き効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体記憶装置の断面図である。
【図2】 図1の装置の等価回路図である。
【図3】 図2の書き込み時の状態を示す回路図であ
る。
【図4】 図2の消去時の状態を示す回路図である。
【符号の説明】
1 コントロールゲート 2 高誘電率の薄膜 3 シリコン酸化膜 4 フローティングゲート 5 ゲート絶縁膜 6 トンネル酸化膜 7 ソース 8 ドレイン 9 チャネル 10 WELL 11 基板 12 フィールド絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSトランジスタのチャンネル領域と
    コントロールゲート電極の間に、フローティングゲート
    領域を設けた不揮発性半導体記憶装置において、前記コ
    ントロール電極とフローティングゲート領域の間に高誘
    電率の薄膜とシリコン酸化膜の積層を介在させてなる半
    導体記憶装置。
JP3289831A 1991-11-06 1991-11-06 半導体記憶装置 Pending JPH05129625A (ja)

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