JPH06196715A - Writing and erasing method for semiconductor nonvolatile memory device - Google Patents

Writing and erasing method for semiconductor nonvolatile memory device

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JPH06196715A
JPH06196715A JP5238011A JP23801193A JPH06196715A JP H06196715 A JPH06196715 A JP H06196715A JP 5238011 A JP5238011 A JP 5238011A JP 23801193 A JP23801193 A JP 23801193A JP H06196715 A JPH06196715 A JP H06196715A
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impurity diffusion
floating gate
drain
diffusion layer
insulating film
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Ryuichi Matsuo
龍一 松尾
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Abstract

PURPOSE:To provide a writing and an erasing method by which a nonvolatile memory cell having excellent reliability and a long life can be obtained. CONSTITUTION:A source 3 and a substrate 1 are grounded, and a positive voltage with respect to the substrate 1 is so applied to a control gate as to generate an electric field of such a strength as required to produce a tunnel effect in an insulating film 6c and at the same time a positive voltage of the same degree as that is applied to a drain 2, and at that time electrons pass through an insulating film 6c on the source 3 side by the tunnel effect through the source 3 from the substrate 1 and are injected into a floating gate 5 to complete the writing. The control gate 7, the source 3 and the substrate 1 are grounded, and a positive voice with respect to the substrate 1 is so applied to the drain 2 as to generate an electric field of such a strength as required to produce a tunnel effect, and at that time electrons stored under the floating gate 5 (thickness directly under is 10 to 300Angstrom ) pass through the insulating films 6c on the drain 2 side from the floating gate 5 by the tunnel effect through the drain 2 and then are discharged into the substrate 1 to complete the erasing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は電気的に書き込み及び
電気的に消去が可能な半導体不揮発性記憶装置(以下、
不揮発性メモリと称す)の書き込み及び消去方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory device (hereinafter referred to as "electrically writable and electrically erasable").
The present invention relates to a writing and erasing method of a non-volatile memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、非常に注目を浴びている、電気的
に書き込み及び電気的に消去が可能な不揮発性メモリと
して、EEPROM(Electrically Erasable Read Onl
y Memory)がある。この発明の理解を容易にするため
に、EEPROMの概要を述べる。
2. Description of the Related Art In recent years, EEPROM (Electrically Erasable Read Onl) has been used as a non-volatile memory capable of electrically writing and erasing, which has received a great deal of attention in recent years.
y Memory). To facilitate understanding of the present invention, an outline of the EEPROM will be described.

【0003】通常、酸化シリコン(SiO2)膜に20〜3
0V程度の電圧が印加されても極めて微小なリーク電流
しか流れない。しかし、SiO2膜がこのような良好な絶縁
特性を示すのは、SiO2膜の膜厚が500Å程度以上であ
る場合に限られ、このSiO2膜の膜厚を例えば100〜2
00Å程度に薄くしてこのSiO2膜に20V程度の電圧を
印加すると約107V/cm以上の電界が生じ、この電界
によって電子が負極側から正極側へこのSiO2膜のエネル
ギ障壁を飛び越えるのではなく、このSiO2膜の禁止帯を
通り抜けて移動してこのSiO2膜に電流が流れる。
Normally, a silicon oxide (SiO2) film has a thickness of 20 to 3
Even if a voltage of about 0 V is applied, only a very small leak current flows. However, the SiO2 film exhibits such good insulating properties only when the thickness of the SiO2 film is about 500 Å or more, and the thickness of the SiO2 film is, for example, 100 to 2
If a voltage of about 20 V is applied to the SiO2 film with a thickness of about 00Å, an electric field of about 10 7 V / cm or more is generated, and electrons may jump from the negative electrode side to the positive electrode side of the energy barrier of the SiO2 film. Instead, a current flows through the SiO2 film by moving through the forbidden band of the SiO2 film.

【0004】これは、すでに周知であるFowler-Nordhei
mトンネル現象(以下、トンネル現象と称す。)であ
り、このトンネル現象は、電子がSiO2膜に生ずる電界の
方向に従っていずれの方向にも移動し得る両方向性であ
る。このトンネル現象をメモリトランジスタに利用した
ものがEEPROMである。
This is due to the already known Fowler-Nordhei
The m-tunnel phenomenon (hereinafter referred to as the tunnel phenomenon) is a bidirectional property in which electrons can move in either direction according to the direction of the electric field generated in the SiO2 film. An EEPROM uses this tunnel phenomenon for a memory transistor.

【0005】以下、電界効果トランジスタ(FET)構
造のフローティングゲート形EEPROMを例にとり説
明する。図1は従来のnチャネル形EEPROMのメモ
リセル部を示す側断面図である。図において、1はP形
シリコン(Si)基板、2及び3はそれぞれp形Si基板1
の一方の主面部に互いに所定間隔をおいて形成されたn
形ドレイン不純物拡散層(以下、ドレインと称す。)及
びn形ソース不純物拡散層(以下、ソースと称す。)、
4はドレイン2、ソース3及びp形Si基板1の各表面上
にわたって形成されたSiO2である。
A floating gate type EEPROM having a field effect transistor (FET) structure will be described below as an example. FIG. 1 is a side sectional view showing a memory cell portion of a conventional n-channel EEPROM. In the figure, 1 is a P-type silicon (Si) substrate, 2 and 3 are p-type Si substrates 1 respectively.
N formed on one of the main surface portions at a predetermined distance from each other
-Type drain impurity diffusion layer (hereinafter referred to as drain) and n-type source impurity diffusion layer (hereinafter referred to as source),
Reference numeral 4 denotes SiO2 formed on the respective surfaces of the drain 2, the source 3 and the p-type Si substrate 1.

【0006】5はSiO2膜4内に、ドレイン2の上方から
ドレイン2及びソース間のp形Si基板1の上方を通って
ソース3の上方に達するように埋設されたフローティン
グゲート導電体層(以下、浮遊ゲートと称す。)、6は
浮遊ゲート5のドレイン2側の端部とドレイン2との間
のSiO2膜4からなり、その膜厚をトンネル現象が生じ得
るように、10〜300Å程度にしたトンネルSiO2膜で
ある。なお、浮遊ゲート5のドレイン2側の端部以外の
直下のSiO2膜4の膜厚は、トンネル現象が生じないよう
に、500Å以上になっている。7はSiO2膜4内の浮遊
ゲート5の上方の部分に、浮遊ゲート5との間にトンネ
ル現象が生じないような距離をおいて埋設された制御ゲ
ート導電体層(以下、制御ゲートと称す。)である。
Reference numeral 5 denotes a floating gate conductor layer (hereinafter referred to as "buried") embedded in the SiO2 film 4 so as to reach above the source 3 from above the drain 2 and above the p-type Si substrate 1 between the drain 2 and the source. , 6 is composed of the SiO 2 film 4 between the drain 2 side end of the floating gate 5 and the drain 2, and its thickness is set to about 10 to 300 Å so that a tunnel phenomenon can occur. It is a tunnel SiO2 film. The thickness of the SiO2 film 4 immediately below the end of the floating gate 5 on the side of the drain 2 is 500 Å or more so that the tunnel phenomenon does not occur. Reference numeral 7 denotes a control gate conductor layer (hereinafter referred to as a control gate) embedded in a portion above the floating gate 5 in the SiO2 film 4 at a distance such that a tunnel phenomenon does not occur with the floating gate 5. ).

【0007】次に、この従来例の動作について説明す
る。ここで、浮遊ゲート5に電子を充電することを書き
込みと言い、浮遊ゲート5から電子を放出することを消
去と言う。まず、書き込みの場合には、ドレイン2、ソ
ース3及びP形Si基板1を接地し、トンネルSiO2膜6に
トンネル現象を生じさせるに必要な大きさの電界が発生
するように、p形Si基板1に対して正の電圧を制御ゲー
ト7に印加すると、電子がp形Si基板1からドレイン2
を通りトンネルSiO2膜6をトンネル現象によって通り抜
けて浮遊ゲート5に注入される。この浮遊ゲート5への
注入電子によって、浮遊ゲート5が充電されて、書き込
みが終了する。この浮遊ゲート5を充電した電子は、浮
遊ゲート5がSiO2膜4によって取り囲まれているので、
制御ゲート7に印加されている正の電圧を取り除いて
も、浮遊ゲート5に保存されている。
Next, the operation of this conventional example will be described. Here, charging the floating gate 5 with electrons is called writing, and discharging the electrons from the floating gate 5 is called erasing. First, in the case of writing, the drain 2, the source 3 and the P-type Si substrate 1 are grounded, and a p-type Si substrate is formed so that an electric field of a magnitude necessary for causing a tunnel phenomenon in the tunnel SiO2 film 6 is generated. When a positive voltage with respect to 1 is applied to the control gate 7, electrons are emitted from the p-type Si substrate 1 to the drain 2
Through the tunnel SiO2 film 6 by the tunnel phenomenon and injected into the floating gate 5. The electrons injected into the floating gate 5 charge the floating gate 5 to complete the writing. Since the floating gate 5 is surrounded by the SiO2 film 4, the electrons charged in the floating gate 5 are
Even if the positive voltage applied to the control gate 7 is removed, it is still stored in the floating gate 5.

【0008】次に、消去の場合には、制御ゲート7、ソ
ース3及びP形Si基板1を接地し、トンネルSiO2膜6に
トンネル現象を生じさせるように必要な大きさの電界が
発生するように、p形Si基板1に対して正の電圧をドレ
イン2に印加すると、トンネルSiO2膜6に上記書き込み
の場合とは逆方向の電界が生じ、浮遊ゲート5に蓄積さ
れている電子が浮遊ゲート5からトンネル現象によって
通り抜け、ドレイン2を経てp形Si基板1に放出され
て、消去が終了する。
Next, in the case of erasing, the control gate 7, the source 3 and the P-type Si substrate 1 are grounded so that an electric field having a magnitude necessary to cause a tunnel phenomenon in the tunnel SiO 2 film 6 is generated. Then, when a positive voltage is applied to the drain 2 with respect to the p-type Si substrate 1, an electric field in the direction opposite to that in the above writing is generated in the tunnel SiO2 film 6, and the electrons accumulated in the floating gate 5 are After passing through 5 through the tunnel phenomenon, it is discharged to the p-type Si substrate 1 through the drain 2, and the erasing is completed.

【0009】さらに、読み出しの場合には、浮遊ゲート
5に電子が蓄積されているかどうかによって制御ゲート
のしきい値電圧が変化するので、このしきい値電圧の変
化に基づくドレイン2及びソース3間のON状態とOF
F状態とによって“1”と“0”との論理信号を得るこ
とができる。
Further, in the case of reading, the threshold voltage of the control gate changes depending on whether or not electrons are accumulated in the floating gate 5, so that the drain 2 and the source 3 between the drain 2 and the source 3 are changed based on the change in the threshold voltage. ON state and OF
Depending on the F state, a logic signal of "1" and "0" can be obtained.

【0010】一般に、トンネル現象によってトンネルSi
O2膜を通り抜ける電子の一部がトンネルSiO2膜中のトラ
ップに捕獲されてトンネルSiO2膜中に残留し、このトン
ネルSiO2膜中の残留電子数は電子のトンネルSiO2膜を通
り抜ける回数に比例して増加する。
In general, tunnel Si is caused by the tunnel phenomenon.
Some of the electrons that pass through the O2 film are trapped by the traps in the tunnel SiO2 film and remain in the tunnel SiO2 film, and the number of residual electrons in this tunnel SiO2 film increases in proportion to the number of times that electrons pass through the tunnel SiO2 film. To do.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】この従来例のメモリセ
ルでは、書き込み時と消去時とにおいて同じ位置のトン
ネルSiO2膜6を電子が通り抜けるので、書き込みと消去
とを繰り返す書き換え回数に比例してトンネルSiO2膜6
中に残留する電子数の増加する割合が大きいものであ
る。従って、少ない書き換え回数でトンネルSiO2膜6中
に、制御ゲート7のしきい値電圧を変化する程の電子数
が残留してしまい、その後の書き換えが不可能になるた
め、メモリセルの寿命が短いという問題点があった。ま
た、書き込み時に電子の移動する方向と、消去時に電子
の移動する方向とが全く逆方向であるので、電子の移動
方向が一方向である場合に比べて、トンネルSiO2膜6の
劣化が早くなり、メモリセルの信頼性が悪いという問題
点をも有していた。
In the memory cell of this conventional example, electrons pass through the tunnel SiO2 film 6 at the same position during writing and erasing. Therefore, tunneling is performed in proportion to the number of rewritings in which writing and erasing are repeated. SiO2 film 6
The rate of increase in the number of remaining electrons is large. Therefore, since the number of electrons enough to change the threshold voltage of the control gate 7 remains in the tunnel SiO2 film 6 with a small number of times of rewriting, and rewriting after that becomes impossible, the life of the memory cell is short. There was a problem. In addition, since the moving direction of electrons at the time of writing and the moving direction of electrons at the time of erasing are completely opposite to each other, the tunnel SiO2 film 6 is deteriorated faster than the case where the moving direction of electrons is one direction. However, there is also a problem that the reliability of the memory cell is poor.

【0012】この発明は上記した点に鑑みてなされたも
のであり、書き込みと消去によって、半導体基板と浮遊
ゲートとの間の絶縁膜に滞留する電子の数を減少でき、
信頼性が良く、寿命の長く、消去が容易で情報の読み出
しスピードが速い不揮発性メモリセルが得られる書き込
み及び消去方法を得ることを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, and the number of electrons retained in the insulating film between the semiconductor substrate and the floating gate can be reduced by writing and erasing,
It is an object of the present invention to provide a writing and erasing method which can provide a nonvolatile memory cell having high reliability, long life, easy erasing, and high information reading speed.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に係わる半導体
不揮発性記憶装置の書き込み及び消去方法は、フローテ
ィングゲート導電体層がドレイン不純物拡散層の上方か
らドレイン不純物拡散層及びソース不純物拡散層間の半
導体基板の上方を通ってソース不純物拡散層の上方に達
して設けられ、フローティングゲート導電体層直下の第
1絶縁膜の厚さが10〜300Åの範囲内で同一厚さと
し、制御ゲート導電体層に正の電位を印加するとともに
ソース不純物拡散層及び半導体基板それぞれに制御ゲー
ト導電体層に印加する正の電位より低い電位を印加し
て、ドレイン不純物拡散層側に位置する第1絶縁膜を介
してフローティングゲート導電層への電子の注入がな
く、ソース不純物拡散層側に位置する第1絶縁膜のトン
ネル現象によってフローティングゲート導電体層に電子
を蓄積させ、ドレイン不純物拡散層に正の電位を印加す
るとともに、制御ゲート導電体層にドレイン不純物拡散
層に印加する正の電位より低い電位を印加して、ドレイ
ン不純物拡散層とフローティングゲート導電体層との間
に介在する第1絶縁膜のトンネル現象によってフローテ
ィングゲート導電体層に蓄積された電子をドレイン不純
物拡散層に引き抜くものである。
In a method of writing and erasing a semiconductor nonvolatile memory device according to the present invention, a floating gate conductor layer is a semiconductor substrate between a drain impurity diffusion layer and a source impurity diffusion layer from above a drain impurity diffusion layer. Of the first insulating film provided directly above the floating gate conductor layer within the range of 10 to 300 Å, and has the same thickness as the control gate conductor layer. And a potential lower than the positive potential applied to the control gate conductor layer to the source impurity diffusion layer and the semiconductor substrate, respectively, and floating via the first insulating film located on the drain impurity diffusion layer side. There is no injection of electrons into the gate conductive layer, and there is a flow due to the tunneling phenomenon of the first insulating film located on the source impurity diffusion layer side. Drain impurities are accumulated by accumulating electrons in the gate gate conductor layer and applying a positive potential to the drain impurity diffusion layer and applying a potential lower than the positive potential applied to the drain impurity diffusion layer to the control gate conductor layer. The electrons accumulated in the floating gate conductor layer are extracted to the drain impurity diffusion layer by the tunnel phenomenon of the first insulating film interposed between the diffusion layer and the floating gate conductor layer.

【0014】[0014]

【作用】この発明にあっては、フローティングゲート導
電体層への電子の蓄積が、ソース不純物拡散層側に位置
する第1絶縁膜のトンネル現象によって行われ、フロー
ティングゲート導電体層に蓄積された電子の引き抜きが
ドレイン不純物拡散層とフローティングゲート導電体層
との間に介在する第1絶縁膜のトンネル現象によって行
われ、書き込みと消去における第1絶縁膜における電子
の移動位置を異ならしめ、かつ、電子の移動方向が両方
向となる第1絶縁膜の部分をなくならしめているもので
ある。
According to the present invention, the electrons are accumulated in the floating gate conductor layer by the tunneling phenomenon of the first insulating film located on the source impurity diffusion layer side and accumulated in the floating gate conductor layer. The extraction of electrons is performed by the tunneling phenomenon of the first insulating film interposed between the drain impurity diffusion layer and the floating gate conductor layer, and the electron transfer positions in the first insulating film during writing and erasing are made different, and The part of the first insulating film in which the electron moving directions are in both directions is eliminated.

【0015】[0015]

【実施例】図2はこの発明の一実施例のnチャネル形E
EPROMのメモリセル部を示す側断面図である。図に
おいて、図1に示した従来例の符号と同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、6cは浮遊ゲート5直下に形成さ
れたSiO2膜(第1絶縁膜)で、ドレイン2上、ソース3
上及びその間の半導体基板1上ですべて同じ膜厚を有
し、かつ、その膜厚をトンネル現象が生じ得るように1
0〜300Å程度にしたトンネルSiO2膜である。なお、
浮遊ゲート5上に第2絶縁膜を介して形成される制御ゲ
ート7は、浮遊ゲート5とほぼ同一幅に形成されてい
る。
FIG. 2 shows an n-channel type E according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side sectional view showing a memory cell portion of an EPROM. In the figure, the same reference numerals as those of the conventional example shown in FIG. 1 indicate the same or corresponding portions, and 6c is a SiO2 film (first insulating film) formed directly under the floating gate 5, on the drain 2 and the source 3
All have the same film thickness on and above the semiconductor substrate 1 and the film thickness is set so that the tunnel phenomenon can occur.
It is a tunnel SiO2 film with a thickness of 0 to 300Å. In addition,
The control gate 7 formed on the floating gate 5 via the second insulating film is formed to have substantially the same width as the floating gate 5.

【0016】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、書き込みの場合には、ソース3及びp形Si基
板1を接地し、第1絶縁膜6cにトンネル現象を生じさ
せるに必要な大きさの電界が発生するように、p形Si基
板1に対して正の電圧を制御ゲート7に印加するととも
に、ドレイン2にもこれと同程度の正の電圧を印加す
る。この状態では、制御ゲート7とドレイン2とはほぼ
同電位で電位差がないから、ドレイン2側における第1
絶縁膜6cに電界がほとんど発生しないので、ドレイン
2からドレイン2側における第1絶縁膜6cを通しての
浮遊ゲート5へのトンネル現象による電子の注入が行わ
れることがなく、電子がp形Si基板1からソース3を経
てソース3側における第1絶縁膜6cをトンネル現象に
よって通り抜けて浮遊ゲート5に注入される。この浮遊
ゲート5への注入電子によって、浮遊ゲート5が充電さ
れて、書き込みが終了する。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, in the case of writing, the source 3 and the p-type Si substrate 1 are grounded, and the p-type Si substrate 1 is formed so that an electric field having a magnitude necessary to cause a tunnel phenomenon in the first insulating film 6c is generated. On the other hand, a positive voltage is applied to the control gate 7, and the drain 2 is also applied with a similar positive voltage. In this state, the control gate 7 and the drain 2 have almost the same potential and there is no potential difference.
Since an electric field is hardly generated in the insulating film 6c, electrons are not injected from the drain 2 to the floating gate 5 through the first insulating film 6c on the drain 2 side by the tunnel phenomenon, and the electrons are p-type Si substrate 1 Through the source 3 through the first insulating film 6c on the source 3 side by a tunnel phenomenon and injected into the floating gate 5. The electrons injected into the floating gate 5 charge the floating gate 5 to complete the writing.

【0017】次に、消去の場合には、図1に示した従来
例の消去の場合と同様に、制御ゲート7、ソース3及び
p形Si基板1を接地し、ドレイン2側における第1絶縁
膜6cにトンネル現象を生じさせるに必要な大きさの電
界が発生するように、p形Si基板1に対して正の電圧を
ドレイン2に印加すると、浮遊ゲート5に蓄積されてい
る電子が浮遊ゲート5からドレイン2側における第1絶
縁膜6cをトンネル現象によって通り抜け、ドレイン2
を経てP形Si基板1に放出されて、消去が終了する。
Next, in the case of erasing, the control gate 7, the source 3 and the p-type Si substrate 1 are grounded and the first insulation on the side of the drain 2 is carried out as in the case of erasing of the conventional example shown in FIG. When a positive voltage is applied to the drain 2 with respect to the p-type Si substrate 1 so that an electric field having a magnitude necessary to cause a tunnel phenomenon in the film 6c is generated, the electrons accumulated in the floating gate 5 float. The first insulating film 6c on the drain 2 side passes from the gate 5 through the tunnel phenomenon, and the drain 2
After that, it is discharged to the P-type Si substrate 1 and the erasing is completed.

【0018】また、読み出しの場合は、図1に示した従
来例の読み出しの場合と同様であるので、その説明を省
略する。
The reading operation is the same as the reading operation of the conventional example shown in FIG. 1, and therefore its explanation is omitted.

【0019】この実施例のメモリセルでは、フローティ
ングゲート導電体層への電子の蓄積(この実施例におい
ては書き込み)とフローティングゲート導電体層からの
電子の引き抜き(この実施例においては消去)が、第1
絶縁膜6cのドレイン2側とソース3側と別々の位置で
トンネル現象によって通り抜けるようにしたので、ドレ
イン2側における第1絶縁膜6c中に残留する電子の数
及びソース3側における第1絶縁膜6c中に残留する電
子の数の、書き換え回数に比例して増加する割合が、図
1に示した従来例のメモリセルにおける残留電子の数の
増加割合に比べて1/2になるので、書き換え不能にな
るまでの書き換え回数が、図1に示した従来例のメモリ
セルの場合における書き換え可能回数の2倍になり、メ
モリセルの寿命を長くすることができる。
In the memory cell of this embodiment, accumulation of electrons in the floating gate conductor layer (writing in this embodiment) and extraction of electrons from the floating gate conductor layer (erasing in this embodiment) are performed. First
Since the insulating film 6c passes through the tunnel 2 at the drain 2 side and the source 3 side at different positions, the number of electrons remaining in the first insulating film 6c on the drain 2 side and the first insulating film on the source 3 side. Since the rate of increase in the number of electrons remaining in 6c in proportion to the number of rewrites is 1/2 of the rate of increase in the number of residual electrons in the memory cell of the conventional example shown in FIG. The number of times of rewriting until it becomes impossible is twice the number of times of rewriting that is possible in the case of the conventional memory cell shown in FIG. 1, and the life of the memory cell can be extended.

【0020】また、ドレイン2側における第1絶縁膜6
c中の移動方向とソース3側における第1絶縁膜6c中
の移動方向が共に一方向、つまり、電子の移動方向が両
方向となる第1絶縁膜6cの部分がないので、図1に示
した従来例のメモリセルの場合における両方向の場合の
ものに比べて、ドレイン2側における第1絶縁膜6cと
ソース3側における第1絶縁膜6cの劣化、つまり第1
絶縁膜6cの劣化を抑制できるものである。その結果、
メモリセルの信頼性を良くすることができる。
The first insulating film 6 on the drain 2 side is also provided.
Since the moving direction in c and the moving direction in the first insulating film 6c on the source 3 side are both unidirectional, that is, there is no portion of the first insulating film 6c in which electron moving directions are both directions, it is shown in FIG. Compared to the case of the memory cell of the conventional example in both directions, deterioration of the first insulating film 6c on the drain 2 side and the first insulating film 6c on the source 3 side, that is, the first insulating film 6c
The deterioration of the insulating film 6c can be suppressed. as a result,
The reliability of the memory cell can be improved.

【0021】また、この実施例においては、ソース3及
びドレイン2が形成された半導体基板1上に、ソース3
及びドレイン2とその間の半導体基板1表面にわたって
形成した第1絶縁膜6cの厚さを、トンネル現象を生じ
得る10〜300Åとし、さらに、その厚みをソース3
上及び半導体基板1上の各部分で同一にしてあるので、
半導体基板1と接触する部分の第1絶縁膜6cの厚みが
ソース3及びドレイン2と接触する部分と同一で薄く、
このため、半導体基板1と浮遊ゲート5との間の容量が
大きく、ドレイン2に印加する正の電位を立ちあげた時
に浮遊ゲート5とドレイン2との間の電位差(電界)が
大きくなって、消去が容易になる。しかも、浮遊ゲート
5と半導体基板1との間隔が狭く、半導体基板1のチャ
ネルに生じる電界が大きいため、ソース・ドレイン間に
大量のチャネル電流を流すことができ、メモリセルから
の情報の読み出しを高速に行うことができる。
In this embodiment, the source 3 is formed on the semiconductor substrate 1 on which the source 3 and the drain 2 are formed.
Also, the thickness of the first insulating film 6c formed over the surface of the semiconductor substrate 1 between the drain 2 and the drain 2 is set to 10 to 300Å which may cause a tunnel phenomenon, and the thickness of the first insulating film 6c is set to the source 3
Since the upper part and each part on the semiconductor substrate 1 are the same,
The thickness of the first insulating film 6c at the portion in contact with the semiconductor substrate 1 is the same as that at the portion in contact with the source 3 and the drain 2, and is thin,
Therefore, the capacitance between the semiconductor substrate 1 and the floating gate 5 is large, and the potential difference (electric field) between the floating gate 5 and the drain 2 becomes large when a positive potential applied to the drain 2 is raised. Easier to erase. Moreover, since the distance between the floating gate 5 and the semiconductor substrate 1 is narrow and the electric field generated in the channel of the semiconductor substrate 1 is large, a large amount of channel current can flow between the source and the drain, and information can be read from the memory cell. It can be done at high speed.

【0022】なお、これまで、nチャネル形EEPRO
Mのメモリセルを例にとり説明したが、この発明はこれ
に限られるものではなく、Pチャネル形EEPROMの
メモリセルにも適用することができるものである。
Up to now, n-channel EEPRO has been used.
Although the memory cell of M has been described as an example, the present invention is not limited to this and can be applied to a memory cell of a P-channel EEPROM.

【0023】[0023]

【発明の効果】この発明は以上に述べたように、フロー
ティングゲート導電体層への電子の蓄積を、ソース不純
物拡散層側に位置する第1絶縁膜のトンネル現象によっ
て行い、フローティングゲート導電体層からの電子の引
き抜きを、ドレイン不純物拡散層とフローティングゲー
ト導電体層との間に介在する第1絶縁膜のトンネル現象
によって行う、つまり、フローティングゲート導電体層
への電子の蓄積とフローティングゲート導電体層からの
電子の引き抜きが、第1絶縁膜の別々の位置で行われも
のとしたので、ソース不純物拡散層側における第1絶縁
膜中に残留するキャリア数とドレイン不純物拡散層側に
おける第1絶縁膜中に残留するキャリア数の書き換え回
数に対する増加の割合が小さく、メモリセルの寿命を長
くできるとともに、一方の不純物拡散層側における第1
絶縁膜中の電子の移動方向と他方の不純物拡散層側にお
ける第1絶縁膜中の電子の移動方向がそれぞれ一方向で
あるので、第1絶縁膜の劣化が抑制され、メモリセルの
信頼性が向上するという効果を有するものである。
As described above, according to the present invention, electrons are accumulated in the floating gate conductor layer by the tunnel phenomenon of the first insulating film located on the source impurity diffusion layer side, and the floating gate conductor layer is formed. Is extracted by the tunneling phenomenon of the first insulating film interposed between the drain impurity diffusion layer and the floating gate conductor layer, that is, the accumulation of electrons in the floating gate conductor layer and the floating gate conductor layer. Since the extraction of electrons from the layer is performed at different positions of the first insulating film, the number of carriers remaining in the first insulating film on the source impurity diffusion layer side and the first insulation on the drain impurity diffusion layer side are set. The rate of increase in the number of carriers remaining in the film with respect to the number of rewrites is small, and the life of the memory cell can be extended. The in one impurity diffusion layer side 1
Since the electron moving direction in the insulating film and the electron moving direction in the first insulating film on the other impurity diffusion layer side are each one direction, deterioration of the first insulating film is suppressed and reliability of the memory cell is improved. It has the effect of improving.

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

【図1】 従来のnチャネル形EEPROMのメモリセ
ル部を示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a memory cell portion of a conventional n-channel EEPROM.

【図2】 この発明の一実施例のnチャネル形EEPR
OMのメモリセル部を示す側断面図である。
FIG. 2 is an n-channel EEPR according to an embodiment of the present invention.
It is a sectional side view which shows the memory cell part of OM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p形Si基板(半導体基板) 2 ドレイン不純物拡散層 3 ソース不純物拡散層 4 絶縁膜 5 フローティングゲート導電体層 6c 第1絶縁膜(トンネルSiO2膜) 7 制御ゲート導電体層 1 p-type Si substrate (semiconductor substrate) 2 drain impurity diffusion layer 3 source impurity diffusion layer 4 insulating film 5 floating gate conductor layer 6c first insulating film (tunnel SiO2 film) 7 control gate conductor layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 27/115 7210−4M H01L 27/10 434 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location G11C 16/04 H01L 27/115 7210-4M H01L 27/10 434

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の主面部に互いに所定間隔を
おいて形成されたドレイン不純物拡散層及びソース不純
物拡散層と、上記半導体基板と上記ドレイン不純物拡散
層と上記ソース不純物拡散層の各表面上にわたって形成
された第1絶縁膜と、この第1絶縁膜上に配設されたフ
ローティングゲート導電体層と、このフローティングゲ
ート導電体層上に第2絶縁膜を介して対向配設された制
御ゲート導電体層とを有した不揮発性メモリセルの書き
込み及び消去方法において、 上記フローティングゲート導電体層は上記ドレイン不純
物拡散層の上方から上記ドレイン不純物拡散層及び上記
ソース不純物拡散層間の上記半導体基板の上方を通って
上記ソース不純物拡散層の上方に達して設けられ、上記
第1絶縁膜における上記フローティングゲート導電体層
直下の厚さは10〜300Åの範囲内で同一厚さとし、 上記制御ゲート導電体層に正の電位を印加するとともに
上記ソース不純物拡散層及び半導体基板それぞれに上記
制御ゲート導電体層に印加する正の電位より低い電位を
印加して、上記ドレイン不純物拡散層側に位置する上記
第1絶縁膜を介して上記フローティングゲート導電層へ
の電子の注入がなく、上記ソース不純物拡散層側に位置
する上記第1絶縁膜のトンネル現象によって上記フロー
ティングゲート導電体層に電子を蓄積させ、 上記ドレイン不純物拡散層に正の電位を印加するととも
に、上記制御ゲート導電体層に上記ドレイン不純物拡散
層に印加する正の電位より低い電位を印加して、上記ド
レイン不純物拡散層と上記フローティングゲート導電体
層との間に介在する上記第1絶縁膜のトンネル現象によ
って上記フローティングゲート導電体層に蓄積された電
子を上記ドレイン不純物拡散層に引き抜くことを特徴と
する半導体不揮発性記憶装置の書き込み及び消去方法。
1. A drain impurity diffusion layer and a source impurity diffusion layer, which are formed on a main surface portion of a semiconductor substrate at a predetermined interval from each other, on the respective surfaces of the semiconductor substrate, the drain impurity diffusion layer, and the source impurity diffusion layer. A first insulating film formed over the first insulating film, a floating gate conductor layer provided on the first insulating film, and a control gate provided on the floating gate conductor layer so as to face each other via a second insulating film. In the method for writing and erasing a non-volatile memory cell having a conductor layer, the floating gate conductor layer is located above the drain impurity diffusion layer and above the semiconductor substrate between the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer. Is provided to reach above the source impurity diffusion layer, and the floating gate in the first insulating film is provided. The thickness immediately below the conductor layer is the same within the range of 10 to 300Å, a positive potential is applied to the control gate conductor layer, and the source impurity diffusion layer and the semiconductor substrate are respectively provided with the control gate conductor layer. By applying a potential lower than the applied positive potential, electrons are not injected into the floating gate conductive layer through the first insulating film located on the drain impurity diffusion layer side, and the source impurity diffusion layer side is formed. Electrons are accumulated in the floating gate conductor layer by the tunneling phenomenon of the first insulating film located, a positive potential is applied to the drain impurity diffusion layer, and the drain impurity diffusion layer is formed in the control gate conductor layer. A potential lower than the applied positive potential is applied to interpose between the drain impurity diffusion layer and the floating gate conductor layer. Writing and erasing method of the electrons stored in the floating gate conductor layer by tunneling the first insulating film semiconductor nonvolatile memory device, characterized in that pulling on the drain diffusion layer.
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