JPH0560267B2 - - Google Patents

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JPH0560267B2
JPH0560267B2 JP60066755A JP6675585A JPH0560267B2 JP H0560267 B2 JPH0560267 B2 JP H0560267B2 JP 60066755 A JP60066755 A JP 60066755A JP 6675585 A JP6675585 A JP 6675585A JP H0560267 B2 JPH0560267 B2 JP H0560267B2
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diffusion region
gate
mos transistor
insulating film
floating gate
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Japanese (ja)
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Inventor
Junichi Myamoto
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は電気的にデータの消去が可能な読み
出し専用の半導体記憶装置に係り、特にメモリセ
ルの集積密度の高い半導体記憶装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a read-only semiconductor memory device in which data can be electrically erased, and particularly to a semiconductor memory device with a high integration density of memory cells.

[発明の技術的背景] 電気的にデータの消去が可能な読み出し専用の
半導体記憶装置はEEPROMとして知られてい
る。第7図はそのメモリセルの基本的構成を示す
回路図である。このメモリセルは選択ゲートSG
を有する選択用のMOSトランジスタ1と制御ゲ
ートCGおよび浮遊ゲートFGを有するデータ記憶
用のMOSトランジスタ2とを直列接続して構成
されており、選択用のMOSトランジスタ1の解
放端がドレインDに、データ記憶用のMOSトラ
ンジスタ2の解放端がソースSにそれぞれ接続さ
れている。
[Technical Background of the Invention] A read-only semiconductor memory device in which data can be electrically erased is known as an EEPROM. FIG. 7 is a circuit diagram showing the basic configuration of the memory cell. This memory cell has select gate SG
A selection MOS transistor 1 having a control gate CG and a data storage MOS transistor 2 having a floating gate FG are connected in series, and the open end of the selection MOS transistor 1 is connected to the drain D. The open ends of the data storage MOS transistors 2 are connected to the sources S, respectively.

このセルを例えば一層多結晶シリコンプロセス
を用いて実現した場合の素子構造は第8図のパタ
ーン平面図のようになる。第8図のセルではP型
の半導体基板が用いられ、11はN型拡散領域か
らなる前記データ記憶用のMOSトランジスタ2
の制御ゲート(CG)、12は多結晶シリコン層か
らなるデータ記憶用のMOSトランジスタ2の浮
遊ゲート(FG)、13はN型拡散領域からなり選
択用のMOSトランジスタ1のソースおよびデー
タ記憶用のMOSトランジスタ2のドレインから
なる共通領域、14はN型拡散領域からなる前記
ソース(S)、15はN型拡散領域からなる前記
ドレイン(D)、16は多結晶シリコン層からな
る前記選択用のMOSトランジスタ1の選択ゲー
ト(SG)であり、さらに図中、破線で囲まれた
領域17はゲート用の薄い絶縁膜が設けられた領
域である。
When this cell is realized using, for example, a single-layer polycrystalline silicon process, the device structure will be as shown in the pattern plan view of FIG. In the cell shown in FIG. 8, a P-type semiconductor substrate is used, and 11 is the data storage MOS transistor 2 consisting of an N-type diffusion region.
12 is a floating gate (FG) of MOS transistor 2 for data storage made of a polycrystalline silicon layer, 13 is an N-type diffusion region and serves as the source of MOS transistor 1 for selection and the floating gate (FG) of MOS transistor 2 for data storage. A common region consisting of the drain of the MOS transistor 2, 14 the source (S) consisting of an N-type diffusion region, 15 the drain (D) consisting of an N-type diffusion region, and 16 the selection region consisting of a polycrystalline silicon layer. This is the selection gate (SG) of the MOS transistor 1, and a region 17 surrounded by a broken line in the figure is a region in which a thin insulating film for the gate is provided.

このようなメモリセルの動作原理は、破線で囲
まれた領域17内の薄い絶縁膜を利用して、前記
共通領域13と浮遊ゲート12との間で電子のや
りとりを行なうことによつてデータ記憶用の
MOSトランジスタ2のしきい値電圧Vthを変化
させ、これによりデータのプログラムもしくは消
去を行なうものである。このデータのプログラ
ム、消去および読み出しを行なう場合のバイアス
関係と論理の一例を第9図にまとめて示した。
The operating principle of such a memory cell is that data is stored by exchanging electrons between the common area 13 and the floating gate 12 using a thin insulating film in the area 17 surrounded by the broken line. for
The threshold voltage Vth of the MOS transistor 2 is changed, thereby programming or erasing data. An example of bias relationships and logic when programming, erasing, and reading data is summarized in FIG. 9.

浮遊ゲート12に対する電子の注入および放出
は、領域17内の特に浮遊ゲート12と共通領域
13とが重なり合つている部分18の薄い絶縁膜
によるトンネル現象を利用して行われる。なお、
この部分18の薄い絶縁膜にトンネル電流が流れ
るためには約10MV/cm程度の電界が必要であ
り、この薄い絶縁膜の厚さを100Å程度に設定す
れば、外部供給電圧としては第9図に示されるよ
うに20Vの高電圧が使用される。
Electrons are injected into and emitted from the floating gate 12 by utilizing a tunneling phenomenon caused by a thin insulating film in the region 17, particularly in a portion 18 where the floating gate 12 and the common region 13 overlap. In addition,
In order for a tunnel current to flow through the thin insulating film in this portion 18, an electric field of about 10 MV/cm is required, and if the thickness of this thin insulating film is set to about 100 Å, the externally supplied voltage will be as shown in Figure 9. A high voltage of 20V is used as shown in .

[背景技術の問題点] ところで、上記従来のセルの構造の欠点は、そ
の集積密度とトランジスタのコンダクタンスgm
にある。これは特に、プログラム時にソースに対
しドレインに高電圧が印加されるので、トランジ
スタとして高耐圧構造をとらざるを得ないところ
に起因している。以上のことを上記第8図のパタ
ーン平面図内に記入した寸法を用いて示すと以下
のようになる。
[Problems with the Background Art] By the way, the disadvantages of the conventional cell structure described above are its integration density and the conductance gm of the transistor.
It is in. This is particularly due to the fact that a high voltage is applied to the source and drain during programming, so the transistor must have a high breakdown voltage structure. The above is illustrated using the dimensions drawn in the pattern plan view of FIG. 8 as follows.

イ シヨートチヤネル効果を避けるため、選択ゲ
ート16の幅L1および寸法L2で示される前記
データ記憶用MOSトランジスタ2のチヤネル
長を広くとらざるを得ず、ここに最小デイメン
ジヨンの寸法を採用することができない。
In order to avoid the short channel effect, the channel length of the data storage MOS transistor 2, which is indicated by the width L 1 and the dimension L 2 of the selection gate 16, must be widened, and it is necessary to adopt the minimum dimension here. Can not.

ロ ドレイン、ゲート間の電界集中によるブレー
クダウンモードを避けるため、共通領域13、
ドレイン15の不純物濃度を下げなければなら
ない。このためにトランジスタのgmが低下し、
セルデータのセンスマージンの低下、アクセス
時間の劣化を招く。従つて、このような効果を
減少させるために、前記選択用MOSトランジ
スタ1のチヤネル幅Wを大きくとる。
(b) In order to avoid breakdown mode due to electric field concentration between the drain and gate, the common area 13,
The impurity concentration in the drain 15 must be lowered. This reduces the gm of the transistor,
This causes a decrease in the sense margin of cell data and a deterioration in access time. Therefore, in order to reduce such effects, the channel width W of the selection MOS transistor 1 is made large.

ハ ドレインコンタクト部ではコンタクト抵抗を
下げるために高濃度にするので、コンタクト部
と選択ゲート16とのマスク合せ等のマージン
L3を十分に見込まなければならない。
C. Since the drain contact part is highly doped to lower the contact resistance, there is a margin for mask alignment between the contact part and the selection gate 16, etc.
L 3 must be fully accounted for.

以上の事項は公知の二層多結晶シリコンプロセ
スを用いてメモリセルを実現した場合も同様で、
集積密度とメモリセルのコンダクタンスを低下さ
せる要因となつている。
The above matters are the same even when a memory cell is realized using a known two-layer polycrystalline silicon process.
This is a factor that reduces the integration density and the conductance of memory cells.

さらに、プログラム時は浮遊ゲート12がドレ
イン15に対して負の電位にバイアスされるの
で、前記薄い絶縁膜の部分18の直下に空乏層が
発生して印加電圧を分圧してしまうので、トンネ
ル電流を浮遊ゲート12に流すためにはより大き
な電圧を印加する必要があり、薄い絶縁膜部分1
8直下の不純物濃度を大きくしなければならな
い。このことが薄い絶縁膜部分18の膜質を劣化
させたり、基板との耐圧を下げたりする原因にな
つている。ただし、データの消去時は、浮遊ゲー
ト12が正にバイアスされるので、上記のような
空乏層は発生せず、不純物濃度も必要以上に高く
する必要はない。
Furthermore, during programming, the floating gate 12 is biased to a negative potential with respect to the drain 15, so a depletion layer is generated directly under the thin insulating film portion 18 and the applied voltage is divided, resulting in a tunnel current. It is necessary to apply a larger voltage to cause the current to flow through the floating gate 12, and the thin insulating film portion 1
The impurity concentration directly below 8 must be increased. This is a cause of deteriorating the film quality of the thin insulating film portion 18 and lowering the withstand voltage with the substrate. However, when erasing data, the floating gate 12 is positively biased, so a depletion layer as described above is not generated, and there is no need to make the impurity concentration higher than necessary.

[発明の目的] この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たものでありその目的は、メモリセルの集積密度
が高く、しかもトランジスタのコンダクタンスの
大きい半導体記憶装置を提供することにある。
[Object of the Invention] The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its object is to provide a semiconductor memory device in which the integration density of memory cells is high and the conductance of transistors is large.

[発明の概要] 従来のセルの欠点はプログラム時にドレインに
高電圧が印加されることに起因している。従つ
て、この発明の半導体記憶装置にあつては、浮遊
ゲートからの電子の放出を、注入を行なう領域と
は異なる領域で行なうようにしている。すなわ
ち、半導体基盤上に設けられた第1の導電性物質
で構成された浮遊ゲート内に蓄えられる電荷量に
応じて浮遊ゲートトランジスタのしきい値電圧を
変化させることによりデータを識別するようにし
たメモリセルにおいて、絶縁膜を介して上記浮遊
ゲートと接触しその電位を制御することによりこ
の絶縁膜のトンネル現象を利用して上記浮遊ゲー
ト内に電荷を注入制御する制御ゲートと、上記浮
遊ゲートと絶縁膜を介して接触しその電位を制御
するとによりこの絶縁膜のトンネル現象を利用し
て上記浮遊ゲート内に蓄積された電荷を放出制御
する第2の導電性物質で構成されたプログラミン
グゲートとを設け、上記制御ゲートおよびプログ
ラミングゲートを用いて上記メモリセルのデータ
の消去およびプログラムをそれぞれ行なうように
している。
[Summary of the Invention] A disadvantage of conventional cells is due to the high voltage applied to the drain during programming. Therefore, in the semiconductor memory device of the present invention, electrons are emitted from the floating gate in a region different from the region where they are injected. That is, data is identified by changing the threshold voltage of the floating gate transistor according to the amount of charge stored in the floating gate made of a first conductive material provided on the semiconductor substrate. In a memory cell, a control gate contacts the floating gate through an insulating film and controls the potential of the floating gate to control charge injection into the floating gate by utilizing a tunneling phenomenon of the insulating film; a programming gate made of a second conductive material that contacts through an insulating film and controls the potential thereof to control the release of charges accumulated in the floating gate by utilizing the tunneling phenomenon of the insulating film; The control gate and the programming gate are used to erase and program data in the memory cell, respectively.

[発明の実施例] 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明に係る半導体記憶装置のメモ
リセルを、前記第7図に示すように2個のMOS
トランジスタで構成した場合のパターン平面図で
ある。なお、この実施例のメモリセルも前記第8
図と同様に、一層多結晶シリコンプロセスを用い
て実現されている。この第1図に示されるメモリ
セルが前記第8図のものと異なつているところ
は、浮遊ゲート12上に図示しない絶縁膜を介し
て例えばアルミニユーム等の金属で構成されたプ
ログラミングゲート19を配置形成するようにし
た点であり、その他第8図と対応する箇所には同
一符号を付して説明する。すなわち、このメモリ
セルは前記第7図に示すように、選択用MOSト
ランジスタ1とデータ記憶用のMOSトランジス
タ2とを直列接続して構成され、データ記憶用
MOSトランジスタ2のソース14はN型拡散領
域で構成され、データ記憶用MOSトランジスタ
2のドレインと選択用のMOSトランジスタ1の
ソースとなる共通領域13はソース14と隣接す
るように配置された共通のN型拡散領域で構成さ
れ、選択用MOSトランジスタ1のドレイン15
はソース14と共通領域13とがなす延長線に対
して直交する方向で共通領域13と隣接して配置
されたN型拡散領域で構成される。また、ソース
14と共通領域13とがなす延長線に平行な方向
にデータ記憶用MOSトランジスタ2の制御ゲー
ト11が設けられる。上記制御ゲート11上に絶
縁膜を介して浮遊ゲート12が設けられ、この浮
遊ゲート12の一部がソース14と共通領域13
の間の上に絶縁膜を介して配置されかつこの浮遊
ゲート12の他の一部が共通領域13の上に絶縁
膜を介して配置される。上記共通領域13とドレ
イン15との間には絶縁膜を介してセレトクゲー
ト16が設けられ、このセレトクゲート16はソ
ース14と共通領域13とがなす延長線と直交す
る方向に延長されている。また、上記ソース14
と共通領域13との間には、浮遊ゲート12上に
絶縁膜を介してプログラミングゲート19が設け
られ、このプログラミングゲート19は上記ソー
ス14と共通領域13とがなす延長線と直交する
方向に延長されている。
FIG. 1 shows a memory cell of a semiconductor memory device according to the present invention, which is composed of two MOS transistors as shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view of a pattern in the case of a transistor. Note that the memory cell of this embodiment also has the eighth
As shown in the figure, it is realized using a single-layer polycrystalline silicon process. The difference between the memory cell shown in FIG. 1 and the one shown in FIG. 8 is that a programming gate 19 made of metal such as aluminum is placed on the floating gate 12 via an insulating film (not shown). Other parts corresponding to those in FIG. 8 will be described with the same reference numerals. That is, as shown in FIG. 7, this memory cell is constructed by connecting a selection MOS transistor 1 and a data storage MOS transistor 2 in series.
The source 14 of the MOS transistor 2 is composed of an N-type diffusion region, and the common region 13 that becomes the drain of the data storage MOS transistor 2 and the source of the selection MOS transistor 1 is a common region arranged adjacent to the source 14. The drain 15 of the selection MOS transistor 1 is composed of an N-type diffusion region.
is composed of an N-type diffusion region disposed adjacent to the common region 13 in a direction perpendicular to the extension line formed by the source 14 and the common region 13. Further, the control gate 11 of the data storage MOS transistor 2 is provided in a direction parallel to the extension line formed by the source 14 and the common region 13. A floating gate 12 is provided on the control gate 11 via an insulating film, and a part of the floating gate 12 is connected to the source 14 and a common region 13.
Another part of the floating gate 12 is placed over the common region 13 with an insulating film interposed therebetween. A select gate 16 is provided between the common region 13 and the drain 15 via an insulating film, and the select gate 16 extends in a direction perpendicular to an extension line formed by the source 14 and the common region 13. Also, the above source 14
A programming gate 19 is provided between the floating gate 12 and the common region 13 via an insulating film, and the programming gate 19 extends in a direction perpendicular to the extension line formed by the source 14 and the common region 13. has been done.

第2図は上記第1図のメモリセルのA−A′線
に沿つた断面図であり、20は浮遊ゲート12と
上記プログラミングゲート19との間に設けられ
た絶縁膜であり、21はフイールド絶縁層であ
り、かつ22は制御ゲート11上等に設けられて
いるゲート絶縁膜である。なお、図示するよう
に、多結晶シリコン層からなる浮遊ゲート12の
上面にはアスペリテイーと称される突起が生じて
いる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory cell shown in FIG. This is an insulating layer, and 22 is a gate insulating film provided on the control gate 11 and the like. As shown in the figure, a protrusion called an asperity is formed on the upper surface of the floating gate 12 made of a polycrystalline silicon layer.

このような構成のメモリにおいて、電子を浮遊
ゲート12から放出する場合(プログラム)に
は、浮遊ゲート12との容量結合が大きい制御ゲ
ート11を低電位に設定し、プログラミングゲー
ト19を高電位に上昇させればよい。上記のよう
に浮遊ゲート12の上面はアスペリテイーにより
電界の集中が容易であり、電子がエミツシヨンし
やすい。事実、下方に向かうトンネル電流は約
10MV/cm程度の電界を必要とするが、上方に向
かうトンネル電流は3ないし5MV/cm程度の電
界で起こる。このとき、ソース14とドレイン1
5は浮遊ゲート12との容量結合が小さいので、
ある一定の電位に設定し、選択ゲート16の電位
は任意の電位に設定してよい。
In a memory with such a configuration, when electrons are released from the floating gate 12 (programming), the control gate 11, which has a large capacitive coupling with the floating gate 12, is set to a low potential, and the programming gate 19 is raised to a high potential. Just let it happen. As described above, the electric field can easily concentrate on the upper surface of the floating gate 12 due to asperity, and electrons can easily be emitted. In fact, the downward tunneling current is approximately
An electric field of about 10 MV/cm is required, but upward tunneling current occurs with an electric field of about 3 to 5 MV/cm. At this time, source 14 and drain 1
5 has a small capacitive coupling with the floating gate 12, so
The potential of the selection gate 16 may be set to a certain potential, and the potential of the selection gate 16 may be set to an arbitrary potential.

他方、電子を浮遊ゲート12に注入するとき
(データの消去)は、通常のセルと同様に制御ゲ
ート11を高電位に設定し、ソース、ドレインを
低電位に落とし、選択ゲート16の電位をトラン
ジスタがオン状態となるような電位まで上昇させ
る。このとき、浮遊ゲート12の電位は制御ゲー
ト22の電位に追随して高電位に上昇するので、
前記薄い絶縁膜の部分18を通して電子が共通領
域13か浮遊ゲート12に注入される。このと
き、プログラミングゲート19の電位を低電位に
設定しておけば、プログラミングゲート19が消
去動作に悪影響を及ぼすことはない。その理由
は、既に述べたように多結晶シリコン層の上面か
らの電子の発散(エミツシヨン)は容易であり、
この部分の絶縁膜20の膜厚は比較的厚くできる
上、レイアウトを工夫してプログラミングゲート
19と浮遊ゲート12との接触面積を減少させる
ようにすればこの間の容量は他の部分の容量に比
して小さくできるからである。
On the other hand, when injecting electrons into the floating gate 12 (erasing data), the control gate 11 is set to a high potential as in a normal cell, the source and drain are lowered to a low potential, and the potential of the selection gate 16 is set to a transistor. raise the potential to such a level that it turns on. At this time, the potential of the floating gate 12 follows the potential of the control gate 22 and rises to a high potential, so
Electrons are injected into the common region 13 or the floating gate 12 through the thin insulating film portion 18 . At this time, if the potential of the programming gate 19 is set to a low potential, the programming gate 19 will not adversely affect the erase operation. The reason for this is that, as already mentioned, electron emission from the top surface of the polycrystalline silicon layer is easy;
The thickness of the insulating film 20 in this part can be made relatively thick, and if the layout is devised to reduce the contact area between the programming gate 19 and the floating gate 12, the capacitance between this part is compared to the capacitance of other parts. This is because it can be made smaller.

以上のようにこの実施例のセルを用いれば、デ
ータの消去並びにプログラム時に、ソース、ドレ
イン共同一レベルにあり、片方にのみ高電位がか
からないので、トランジスタに高耐圧構造は不要
である。従つて、トランジスタのチヤネル長は最
少デイメンジヨンを使用でき、低濃度領域もない
のでgmは大きく、前記のチヤネル幅Wも比較的
狭くできまたマスク合せ余裕等も考慮に入れる必
要がない。また、第1図に示すようにMOSトラ
ンジスタのソース、ドレインが一直線上に並ばな
いように配置されているためにプログラミングゲ
ート19を制御ゲート11及びセレクトゲート1
6に対して直交するように設けることができる。
この結果、集積密度の高い、gmの大きいメモリ
セルを有する記憶装置を実現することができる。
As described above, if the cell of this embodiment is used, the source and drain are both at the same level during data erasing and programming, and a high potential is not applied to only one of them, so a high breakdown voltage structure is not required for the transistor. Therefore, the minimum dimension can be used for the channel length of the transistor, gm is large since there is no low concentration region, the channel width W can be made relatively narrow, and there is no need to take mask alignment margin into account. Further, as shown in FIG. 1, since the sources and drains of the MOS transistors are arranged so that they are not aligned in a straight line, the programming gate 19 is connected to the control gate 11 and the select gate 1.
It can be provided so as to be orthogonal to 6.
As a result, a memory device having memory cells with high integration density and large GM can be realized.

第3図は上記第1図のようなパターンを有する
セルを複数個使用した実際のメモリ配列構成を示
すパターン平面図である。第3図において各セル
は1バイト毎に制御ゲート11が区切られてお
り、各制御ゲート11はトランスフアゲート用の
例えばデプレツシヨン型のMOSトランジスタ3
1を介してプログラムライン32に共通に接続さ
れている。また上記各MOSトランジスタ31の
ゲートは対応するバイトの選択ゲート16に接続
されており、図中縦に配列されたセルのソース1
4どうしおよびドレイン15どうしがソース配線
33、ドレイン配線34によりそれぞれ共通に接
続されている。
FIG. 3 is a pattern plan view showing an actual memory array configuration using a plurality of cells having a pattern as shown in FIG. 1 above. In FIG. 3, each cell is divided into control gates 11 for each byte, and each control gate 11 is a transfer gate, for example, a depletion type MOS transistor 3.
1 to the program line 32. Further, the gate of each MOS transistor 31 is connected to the selection gate 16 of the corresponding byte, and the source 1 of the cells arranged vertically in the figure is connected to the selection gate 16 of the corresponding byte.
4 and drains 15 are commonly connected by source wiring 33 and drain wiring 34, respectively.

このような構成において、データの消去および
プログラムの期間中、すべてのソース配線33お
よびドレイン配線34は同一電位に設定され、プ
ログラムライン32が高電位に設定される。い
ま、第3図において、符号41,42,43で示
されるセルを選択して消去もしくはプログラムを
行ない、符号44,45,46で示されるセルは
非選択とする。消去時、選択された選択ゲート1
1は高電位に、非選択ゲート11は低電位にそれ
ぞれ設定すると、選択ゲート11にそのゲートが
接続されているMOSトランジスタ31を介して
対応する制御ゲート11が高電位に設定される。
前記のようにプログラミングゲート19は低電位
にされているので、44,45,46のセルの制
御ゲート11、ソース14、共通領域13、プロ
グラミングゲート19がすべて低電位にされ、浮
遊ゲート12内の電子は何の影響も受けない。
In such a configuration, all the source wirings 33 and drain wirings 34 are set to the same potential, and the program line 32 is set to a high potential during data erasing and programming. Now, in FIG. 3, cells 41, 42, and 43 are selected for erasing or programming, and cells 44, 45, and 46 are left unselected. When erasing, selected selection gate 1
1 is set to a high potential and the non-selection gate 11 is set to a low potential, the corresponding control gate 11 is set to a high potential via the MOS transistor 31 whose gate is connected to the selection gate 11.
Since the programming gate 19 is brought to a low potential as described above, the control gate 11, source 14, common area 13, and programming gate 19 of cells 44, 45, and 46 are all brought to a low potential, and the inside of the floating gate 12 is brought to a low potential. Electrons are not affected by anything.

これに対し、41,42,43のセルでは制御
ゲート11と共通領域13間で電位差が生じ、こ
のバイトの浮遊ゲート12には電子が注入され
る。なお、図中、右側に隣接する同一選択ゲート
のバイトについては、図示しないプログラムライ
ン32が低電位にされているので、その制御ゲー
ト11の電位は低電位にされ、従つて、浮遊ゲー
ト12内の電子に対する影響はない。
On the other hand, in cells 41, 42, and 43, a potential difference occurs between the control gate 11 and the common region 13, and electrons are injected into the floating gate 12 of this byte. In addition, regarding the byte of the same selection gate adjacent to the right side in the figure, since the program line 32 (not shown) is set to a low potential, the potential of the control gate 11 is set to a low potential, and therefore, the potential inside the floating gate 12 is set to a low potential. has no effect on electrons.

次にこのメモリセルにデータをプログラムする
場合を説明する。例えば42のセルのみプログラ
ムを行なうものとする。このとき、図中下側に位
置する非選択の選択ゲート16は高電位に、図中
上側に位置する選択された選択ゲート16は低電
位に設定され、さらにすべてのセルのソース、ド
レインは高電位に設定される。プログラミングゲ
ート19については、書き込まれないセル41,
43は低電位、書き込まれるセル42は高電位に
設定する。このとき、非選択の制御ゲート11は
高電位にされているので、せる44,45,46
の浮遊ゲート12は高電位に上昇する。セル45
については、浮遊ゲート12とプログラミングゲ
ート19との間に電位差を生じないので、浮遊ゲ
ート12の電子蓄積状態はそのまま保持される。
セル44および46については、浮遊ゲート12
とプログラミングゲート19との間に電界が生じ
るが、前記したようにプログラミングゲート19
から浮遊ゲート12への下側の電子のエミツシヨ
ンは起りにくいので、同様に浮遊ゲート12の電
子蓄積状態はそのまま保持される。
Next, the case of programming data into this memory cell will be explained. For example, assume that only 42 cells are to be programmed. At this time, the unselected selection gates 16 located on the lower side of the figure are set to a high potential, the selected selection gates 16 located on the upper side of the figure are set to a low potential, and the sources and drains of all cells are set to a high potential. set to potential. For programming gate 19, cells 41, which are not programmed,
43 is set to a low potential, and the cell 42 to be written is set to a high potential. At this time, since the unselected control gates 11 are at a high potential, the gates 44, 45, 46
The floating gate 12 of is raised to a high potential. cell 45
Since no potential difference is generated between the floating gate 12 and the programming gate 19, the electron storage state of the floating gate 12 is maintained as it is.
For cells 44 and 46, floating gate 12
An electric field is generated between the programming gate 19 and the programming gate 19 as described above.
Since the emission of electrons from the lower side to the floating gate 12 is unlikely to occur, the electron accumulation state of the floating gate 12 is similarly maintained as it is.

一方、選択されている選択ゲート16が低電位
にされているので、ここに接続されたMOSトラ
ンジスタ31はオフとなり、対応する制御ゲート
11も低電位にされ、プログラミングゲート19
が高電位にされているセル42のみ、浮遊ゲート
12とプログラミングゲート19間に電子のエミ
ツシユヨンが起り易い方向に電界がかかる。な
お、図中右方向で隣接した非選択バイトについて
は、制御ゲート11が低電位であるが、プログラ
ミングゲート19も低電位であるので浮遊ゲート
12の電子蓄積状態はそのまま保持される。なお
セル41,42,43のバイアス状態は通常の
EEPROMのプログラムモードの場合と同様にな
るが、トンネル部分の電子の通過はアスペリテイ
ーからの電子のエミツシヨン(3〜4MV/cm)
に比してはるかに起りにくく(10MV/cm)、プ
ログラム時の電位を適切に選べばエミツシヨンは
無視することができる。
On the other hand, since the selected selection gate 16 is set to a low potential, the MOS transistor 31 connected thereto is turned off, the corresponding control gate 11 is also set to a low potential, and the programming gate 19 is set to a low potential.
An electric field is applied between the floating gate 12 and the programming gate 19 in a direction where electron emission is likely to occur only in the cell 42 where the voltage is set to a high potential. Note that for the non-selected byte adjacent to the right in the figure, the control gate 11 is at a low potential, but the programming gate 19 is also at a low potential, so the electron accumulation state of the floating gate 12 is maintained as is. Note that the bias states of cells 41, 42, and 43 are normal.
It is the same as in the EEPROM program mode, but the electrons passing through the tunnel part are the emission of electrons from the asperity (3 to 4 MV/cm).
The emission is much less likely to occur (10 MV/cm) than that of 1, and can be ignored if the programming potential is chosen appropriately.

第4図はこの発明の他の実施例に係るメモリセ
ルのパターン平面図であり、第5図は第4図のB
−B′線に沿つた断面図である。この実施例のセ
ルは共通領域13と浮遊ゲート12との間の薄い
絶縁膜の部分18を、共通領域13とソース14
との間に形成されるトランジスタ部分側に配置し
て、この絶縁膜の部分18とトランジスタ部分と
を共有化するようにしたものである。このような
構成とすることにより、集積密度をより高めるこ
とが可能である。なお、このセルの場合、絶縁膜
22の部分で消去のための電子の注入を行ない、
絶縁膜20の部分でプログラムのための電子の放
出を行なうようにする。従来。このセルの欠点は
プログラム時における絶縁膜20の部分の電界集
中によるブレークダウンやリーク電流の発生にあ
つたが、この発明を採用すれば比較的低い電界で
絶縁膜20の部分にトンネル電流を生じさせるこ
とができるので、従来のような問題は回避でき
る。
FIG. 4 is a pattern plan view of a memory cell according to another embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line -B'. In the cell of this embodiment, a portion 18 of the thin insulating film between the common region 13 and the floating gate 12 is connected to the common region 13 and the source 14.
The insulating film portion 18 is placed on the side of the transistor portion formed between the insulating film portion 18 and the transistor portion. With such a configuration, it is possible to further increase the integration density. In the case of this cell, electrons are injected into the insulating film 22 for erasing.
Electrons for programming are emitted from the insulating film 20. Conventional. The disadvantage of this cell is that breakdown and leakage current occur due to electric field concentration in the insulating film 20 during programming, but if this invention is adopted, a tunnel current can be generated in the insulating film 20 with a relatively low electric field. Therefore, problems like the conventional ones can be avoided.

第6図はこの発明のさらに他の実施例によるセ
ルの構成を示すパターン平面図である。前記第1
図もしくは第4図の実施例ではいずれもこの発明
によるセルを一層多結晶シリコンプロセスを用い
て実現する場合について説明したが、これは第6
図に示すように二層多結晶シリコンプロセスを用
いて実現することもできる。すなわち、第6図に
おいて、浮遊ゲート12および選択ゲート16は
それぞれ一層目の多結晶シリコン層で構成され、
制御ゲート11は二層目の多結晶シリコン層で構
成され、プログラミングゲート19は例えばアル
ミニユーム等の金属で構成されている。
FIG. 6 is a pattern plan view showing the structure of a cell according to still another embodiment of the present invention. Said first
In both the embodiments shown in FIG. 4 and FIG.
It can also be realized using a two-layer polycrystalline silicon process as shown in the figure. That is, in FIG. 6, the floating gate 12 and the selection gate 16 are each made of the first polycrystalline silicon layer,
The control gate 11 is made of a second polycrystalline silicon layer, and the programming gate 19 is made of a metal such as aluminum.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、メモリ
セルの集積密度が高く、しかもトランジスタのコ
ンダクタンスの大きい半導体記憶装置を提供する
ことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor memory device with a high integration density of memory cells and a high conductance of transistors.

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

第1図はこの発明に係る半導体記憶装置のメモ
リセルのパターン平面図、第2図は第1図のメモ
リセルの断面図、第3図は上記実施例のメモリセ
ルを複数個集積化した場合のパターン平面図、第
4図はこの発明の他の実施例による半導体記憶装
置のメモリセルのパターン平面図、第5図は第4
図のメモリセルの断面図、第6図はこの発明のさ
らに他の実施例によるメモリセルのパターン平面
図、第7図はEEPROMのメモリセルの基本的構
成を示す回路図、第8図は第7図のセルの従来の
素子構造を示すパターン平面図、第9図は第5図
のセルのデータのプログラムもしくは消去を行な
う場合のバイアス関係および論理をまとめて示す
図である。 11……制御ゲート、12……浮遊ゲート、1
3……共通領域、14……ソース、15……ドレ
イン、16……選択ゲート、19……プログラミ
ングゲート。
FIG. 1 is a plan view of a pattern of a memory cell of a semiconductor memory device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory cell of FIG. 1, and FIG. 3 is a case where a plurality of memory cells of the above embodiment are integrated. FIG. 4 is a pattern plan view of a memory cell of a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG.
6 is a pattern plan view of a memory cell according to still another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a circuit diagram showing the basic configuration of an EEPROM memory cell, and FIG. FIG. 7 is a pattern plan view showing the conventional element structure of the cell, and FIG. 9 is a diagram summarizing the bias relationship and logic when programming or erasing data in the cell shown in FIG. 5. 11...Control gate, 12...Floating gate, 1
3... common area, 14... source, 15... drain, 16... selection gate, 19... programming gate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 データ記憶用MOSトランジスタと選択用
MOSトランジスタとを直列接続してメモリセル
を構成し、 上記データ記憶用MOSトランジスタのソース
を第1拡散領域で構成し、 上記データ記憶用MOSトランジスタのドレイ
ン及び選択用MOSトランジスタのソースを上記
第1拡散領域と隣接するように配置された共通の
第2拡散領域で構成し、 上記選択用MOSトランジスタのドレインを、
上記第1拡散領域と第2拡散領域とがなす延長線
に対して直交する方向で上記第2拡散領域と隣接
して配置された第3拡散領域で構成し、 上記第1拡散領域と第2拡散領域とがなす延長
線に平行な方向に上記データ記憶用MOSトラン
ジスタの制御ゲートを設け、 上記制御ゲート上に絶縁膜を介して浮遊ゲート
を設け、この浮遊ゲートの一部を上記第1拡散領
域と第2拡散領域との間に絶縁膜を介して配置し
かつこの浮遊ゲートの他の一部を上記第2拡散領
域上に絶縁膜を介して配置し、 上記第2拡散領域と第3拡散領域との間に絶縁
膜を介して設け、上記第2拡散領域と第3拡散領
域とがなす延長線と直交する方向に延長して選択
ゲートを配置し、 上記第1拡散領域と第2拡散領域との間で上記
浮遊ゲート上に絶縁膜を介して設け、上記第1拡
散領域と第2拡散領域とがなす延長線と直交する
方向に延長してプログラミングゲートを配置し、 上記選択ゲートを用いてメモリセルの選択を行
い、上記制御ゲートおよびプログラミングゲート
を用いてメモリセルのデータの消去およびプログ
ラムをそれぞれ絶縁膜のトンネル現象を用いて行
なうようにしたことを特徴とする半導体記憶装
置。
[Claims] 1. MOS transistor for data storage and selection
MOS transistors are connected in series to form a memory cell, the source of the data storage MOS transistor is formed by a first diffusion region, and the drain of the data storage MOS transistor and the source of the selection MOS transistor are connected to the first diffusion region. A common second diffusion region is arranged adjacent to the diffusion region, and the drain of the selection MOS transistor is connected to the drain of the selection MOS transistor.
a third diffusion region disposed adjacent to the second diffusion region in a direction perpendicular to an extension line formed by the first diffusion region and the second diffusion region; A control gate of the data storage MOS transistor is provided in a direction parallel to the extension line formed by the diffusion region, a floating gate is provided on the control gate with an insulating film interposed therebetween, and a part of the floating gate is connected to the first diffusion region. and a third diffusion region, and another part of the floating gate is arranged on the second diffusion region with an insulating film interposed between the second diffusion region and the third diffusion region. A selection gate is provided between the diffusion region via an insulating film and extends in a direction perpendicular to an extension line formed by the second diffusion region and the third diffusion region, and the selection gate is arranged between the first diffusion region and the second diffusion region. A programming gate is provided between the diffusion region and the floating gate via an insulating film, and extends in a direction perpendicular to an extension line formed by the first diffusion region and the second diffusion region, and the selection gate A semiconductor memory device characterized in that a memory cell is selected using the control gate and the programming gate, and data in the memory cell is erased and programmed using a tunneling phenomenon of an insulating film.
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