JPS58500683A - Semiconductor memory device with variable threshold value - Google Patents

Semiconductor memory device with variable threshold value

Info

Publication number
JPS58500683A
JPS58500683A JP57501921A JP50192182A JPS58500683A JP S58500683 A JPS58500683 A JP S58500683A JP 57501921 A JP57501921 A JP 57501921A JP 50192182 A JP50192182 A JP 50192182A JP S58500683 A JPS58500683 A JP S58500683A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide
nitride
memory
charge
current
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.)
Pending
Application number
JP57501921A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
トウピツチ・ジエイムズ・アンソニ−
Original Assignee
エヌ・シ−・ア−ル・コ−ポレ−シヨン
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 エヌ・シ−・ア−ル・コ−ポレ−シヨン filed Critical エヌ・シ−・ア−ル・コ−ポレ−シヨン
Publication of JPS58500683A publication Critical patent/JPS58500683A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/792Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with charge trapping gate insulator, e.g. MNOS-memory transistors

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 閾値変更可能半導体メモリー装置 技術分野 この発明は、半導体基板、前記基板に与えられたメモリー酸化シリコン層、前記 メモリー酸化シリコン層の上にある窒化シリコン層、前記窒化シリコン層の上に ある界面の酸化シリコン層及び前記界面の酸化シリフン層の上にあるデート電極 等を含むような閾値変更可能メモリー装置に関する。[Detailed description of the invention] Semiconductor memory device with variable threshold value Technical field This invention relates to a semiconductor substrate, a memory silicon oxide layer provided on said substrate, and a memory silicon oxide layer provided on said substrate. a silicon nitride layer on top of the memory silicon oxide layer; a silicon nitride layer on top of the silicon nitride layer; a silicon oxide layer at an interface and a date electrode on the silicon oxide layer at the interface; and the like.

背景技術 果てしない読出/書込サイクルの高速化及び不揮発性の高度化等を特徴とする理 想的半導体メモリー装置の追求において、近年半導体構造の新しい形が開発され てきた。これらのうち最も重要なものはシリコン・グー ) 5NO8及び5O NO8構造を含み、一般的にMNOSと称する多重絶縁層構造である。半導体メ モリー要素として利用するMNO8装置の魅力的な特徴のあるものとしては、リ フレッシ−することなく、又はバイアス電圧を要求することなく、長期間高いフ ンダクタンス状態と低いフンダグタンス状態間を区別しうる分離を維持する能力 と、それら閾値電圧の電気的変更可能性等である。Background technology Intelligent technology with features such as endless read/write cycles and high non-volatility. In the pursuit of ideal semiconductor memory devices, new forms of semiconductor structures have been developed in recent years. It's here. The most important of these are silicone goo) 5NO8 and 5O It is a multi-insulating layer structure that includes an NO8 structure and is commonly referred to as MNOS. Semiconductor metal An attractive feature of the MNO8 device used as a memory element is the Long term high flash without freshening or requiring bias voltage Ability to maintain distinguishable separation between conductance and low conductance states and the possibility of electrically changing those threshold voltages.

MNO8装置の欠点の1つは装置をプログラムするのに必要な電圧が高い(25 v又はそれ以上)ことである。One of the drawbacks of the MNO8 device is the high voltage required to program the device (25 v or more).

これら装置の動作の分析理論はMNOS )ランジスタの実行性能及び信卯性を 改良に導くためのそのトランジスタの設計の重要な役割りを演じてきた。初期の 理論的モデルは一次元連続方程式を解くことによってMNOS装置の荷電及び放 電行為研究した。はとんど同時に、空間的に分布するチャージ・トラップを含む トンネル理論が公式化された。本来のトンネル理論は、電荷は絶縁物の内部にで はなく、酸化物−窒化物の界面にのみトラップされるということを意味する酸化 物−窒化物界面に中心を置くデルタ関数としてトラップされた電荷(又はチャー ジ)を論じている。主に、酸化物厚は50X又はそれ以上であったいわゆる厚い 酸化物の場合を取扱ったこれらの理論は窒化物電流を無視し、ファウラーノルド ハイム(Fowler −Nordheim ) ) 7ネル効果のために酸化 物電流が支配的であると考えた。The analytical theory of operation of these devices is based on the performance and reliability of MNOS) transistors. It has played an important role in leading to improvements in transistor design. early The theoretical model calculates the charging and discharging of MNOS devices by solving a one-dimensional continuity equation. I studied electric conduct. contain spatially distributed charge traps almost simultaneously. Tunnel theory was formulated. The original tunneling theory states that charge is trapped inside an insulator. oxidation, meaning that it is trapped only at the oxide-nitride interface, rather than at the oxide-nitride interface. The trapped charge (or charge) is a delta function centered at the material-nitride interface. J) is discussed. Mainly, the so-called thick oxide thickness was 50X or more These theories dealing with the oxide case ignore the nitride current and the Fowler-Nord Fowler-Nordheim) Oxidation due to the 7-channel effect It was thought that the physical current was dominant.

しかし、これら理論は蓄積電荷の飽和のような観察した結果を予想しなかった。However, these theories did not predict observed consequences such as saturation of stored charge.

ごく最近の研究では、トラップされた電荷は酸化物−窒化物界面に限定されずに 、窒化物の内部(bulk )にも分散しているということを明らかにしている 。この分散した電荷モデルは薄い酸化物(50X以下) MNOS装置のスイッ チング及びメモ1リー特性を説明しようと試みた際、直接バンド間 −(dir ect band −to −band ) )ンネル効果と変更ファウラーノ ルドハイム・トンネル効果の両方を使用した。このモデルによると、酸化物を横 切る電荷の注入のために電流J。があり、窒化物のキャリヤ運送のために電流J nがある。これら電流成分は5NO8構造の簡略化したエネルギ帯域図を表わす 第1図に例示されている。More recent studies have shown that the trapped charges are not confined to the oxide-nitride interface; , it has been revealed that it is also dispersed inside the nitride (bulk). . This distributed charge model is suitable for thin oxide (less than 50X) switches in MNOS devices. When trying to explain the switching and memory characteristics, we found that the direct band-to-band relationship -(dir ect band -to -band)) Channel effect and change Faulano Both Rudheim tunnel effects were used. According to this model, the oxide Due to the injection of charge that cuts the current J. There is a current J for nitride carrier transport. There is n. These current components represent a simplified energy band diagram of the 5NO8 structure. This is illustrated in FIG.

これら最近の電荷蓄積モデルの1見解はIEEETrar+8actions  on Electron Devices (Vol、 Ed −25。One view of these recent charge accumulation models is IEEETrar+8actions on Electron Devices (Vol, Ed-25.

A8,1978年8月、1023−1030頁)に−AnImproved M odel For Tbe Charging Characteristic sof A Dual −Dielectric (MNOS ) Nonvo latileMemory Device ’と題してBeguwala ほか が発表した出版物に詳細に説明されている。このモデルはシリコン伝導(Con duction )及び価電子帯から酸化物及び窒化物伝導及び価電子帯に夫々 チャージ・キャリヤの注入を受ける。酸化物を通る電流はチャージ・キャリヤの 変更ファウラーノルドハイム・トンネル効果のためであると信じられる。又、こ のモデルにおいて、酸化物を通るトンネル効果は半導体シリコン基板から酸化物 と窒化物との間の界面に対する有力な電荷転送機構にあると思われる。このモデ ルは主に範囲15〜27Xの種々の酸化物厚に対して、ダート・バイアス・パル ス振幅(書込/消去)が与えられて、フラット−バンド電圧をシフトするような 、観察したMNOSメモリー特性の説明のために考えられた。このモデルはMN OS構造のエネルギ・バリヤの形が第2図に例示されているように、供給された 電界の作用であるということを教示している。A8, August 1978, pp. 1023-1030) - AnImproved M odel For Tbe Charging Characteristic sof A Dual-Dielectric (MNOS) Nonvo Beguwala et al. titled “latileMemory Device” It is explained in detail in a publication published by This model uses silicon conduction (Con duction) and from the valence band to the oxide and nitride conduction and to the valence band, respectively. Receive charge carrier injection. The current through the oxide is the charge carrier The modification is believed to be due to the Fowler-Nordheim tunnel effect. Also, this In the model, the tunneling effect through the oxide is This appears to be due to the dominant charge transfer mechanism at the interface between the nitride and the nitride. This model The dirt bias pulse is mainly used for various oxide thicknesses in the range 15-27X. given the current amplitude (write/erase), which shifts the flat-band voltage. , was considered to explain the observed MNOS memory characteristics. This model is MN The energy barrier shape of the OS structure is supplied as illustrated in Fig. 2. It teaches that it is the action of an electric field.

第2図に表わした3つの方式は5NO8構造に対し、夫夫高、中及び低正バイア スを供給した場合のものである。同図の最上図はチャージ・トンネルが酸化物の 部分だけを通る場合の非常に高い電界における伝導バンドの形を表わす。第2図 の中央図は中間電界のためのバンドの形を1表わし、最下図は低い電界のための ものである。これら3状態のための電界の範囲は次のようここに、〆l及びy2 は夫々シリコン及び酸化物間と、酸化物及び窒化物間のポテンシャル・バリヤで あり、Toxは酸化物の厚さであり、”oxは酸化物の瞬間電界である。The three systems shown in Figure 2 are for the 5NO8 structure with high, medium and low positive bias. This is the case when a source is supplied. The top diagram of the figure shows that the charge tunnel is formed by oxide. represents the shape of the conduction band at very high electric fields when passing only through the Figure 2 The middle diagram represents the band shape for intermediate electric fields, and the bottom diagram represents the band shape for low electric fields. It is something. The electric field ranges for these three states are as follows, where 〆l and y2 are the potential barriers between silicon and oxide and between oxide and nitride, respectively. where Tox is the oxide thickness and ox is the instantaneous electric field of the oxide.

前述したように、Beguwala形の従来の電荷蓄積モデルによって得られる 分析的酸化物電流はチャージ・キャリヤの変更ファウラーノルドハイム・トンネ ル効果のために生じる。この酸化物電流は次の一般式で表わすことができる。As mentioned above, it is obtained by the traditional charge storage model of the Beguwala type. Analytical oxide current changes charge carrier Fowler-Nordheim-Tonne This occurs due to the Le effect. This oxide current can be expressed by the following general formula.

ことに、Scは1よシ小さい電流スケーリング(scaling)れる電界の状 態による。In particular, Sc is the shape of the electric field that is scaled by a current smaller than 1. Depends on the situation.

方程式(1)で表わされた高い電界に対するG及びFは次式によって与えられた 値をとる。G and F for the high electric field expressed in equation (1) are given by Takes a value.

方程式(2)で表わされた中間電界に対するG及びFは次式によって与えられる 。G and F for the intermediate electric field expressed in equation (2) are given by .

方程式(3)で表わされた低い電界に対するG及びFは次式によって与えられる 。G and F for the low electric field expressed in equation (3) are given by .

上記説明において、hはブランク(Planck )の定数、Ti=h/2π、 kは?ルツヌン(Boltzmann )の定数、eは電子のチャージ又は電荷 、Tは装置の一絶対周囲温度、mは有効電子集団、Eniは窒化物の瞬間電界で ある。In the above explanation, h is a blank constant, Ti=h/2π, What about k? Boltzmann's constant, e is the electron charge or electric charge , T is the absolute ambient temperature of the device, m is the effective electron population, and Eni is the instantaneous electric field of the nitride. be.

上記方程式で予測した酸化物電流J。は一般に第3図に表わすようなものである 。第3図は5NO8装置の書込及び消去状態が酸化物トンネル効果電流に支配さ れる(現存する電荷蓄積モデルから教えられるように)場合のメモリー酸化物厚 を有する期待した飽和閾値電圧の変化を表わす。0閾値電圧から開始して、ダー ト・バイアスを供給すること、電荷は酸化物を横切ってトンネルし、大きな酸化 物電流を発生する。トンネル効果のため、電荷は酸化物−窒化物界面の近くに蓄 積し、同時に閾値電圧はダートの極性に従って、更に正の値又は負の値のいずれ かの方に増加する。電荷は酸化物−窒化物界面近くに蓄積するので、酸化物及び 窒化物の内部電界は変化されて、酸化物電流を減少し、窒化物電流を増加する。The oxide current J predicted by the above equation. is generally as shown in Figure 3. . Figure 3 shows that the write and erase states of the 5NO8 device are dominated by the oxide tunneling current. memory oxide thickness (as taught by existing charge storage models) represents the expected change in saturation threshold voltage with . Starting from 0 threshold voltage, By providing a high bias, the charge tunnels across the oxide, causing large oxidation Generates physical current. Due to the tunneling effect, charge is stored near the oxide-nitride interface. At the same time, the threshold voltage becomes either a positive value or a negative value according to the polarity of the dirt. increase in that direction. Since charge accumulates near the oxide-nitride interface, the oxide and The internal electric field of the nitride is changed to decrease the oxide current and increase the nitride current.

この連鎖的発生事象は酸化物電流と窒化物電流とが飽和閾値電圧に等しくされる まで続けられる。故に、第3図に見られるように、酸化物の厚さT。xlに対し 、閾値電圧は夫々正又は負ダート・・ぐイアス極性について+VT1又は−vT lの飽和値に達する。This chain of events causes the oxide and nitride currents to equalize the saturation threshold voltage. It can be continued until Therefore, as seen in FIG. 3, the oxide thickness T. for xl , the threshold voltage is +VT1 or -vT for positive or negative polarity, respectively. The saturation value of l is reached.

従来の電荷蓄積モデルによると、もし酸化物の厚さを増加させたとしたなら、同 一の電界条件が与えられた場合、それより薄い酸化物装置で得られるよりも小さ い酸化物電流を予想したであろう。それは第3図に点線の細線で例示しである。According to the traditional charge storage model, if we were to increase the oxide thickness, the same given field conditions of 1, it is smaller than that obtained with thinner oxide devices. One would have expected a higher oxide current. This is illustrated by the thin dotted line in FIG.

前述のように、正又は負のダート電圧を供給すると、窒化物における電荷の蓄積 は(しかし、酸化物の電流と窒化物の電流とはすぐに平衡値に達するが)第3図 に表わすように+vT2又は−VT2において発生する。As mentioned above, applying a positive or negative dart voltage will cause charge accumulation in the nitride. (However, the oxide current and nitride current quickly reach equilibrium values). This occurs at +vT2 or -VT2 as shown in .

上記の分析は、5NO3装置のメモリー特性を説明するために使用した従来の電 荷蓄積モデルに従って、メモリー酸化物の厚さが増加したときに書込及び消去側 閾値電圧が減少するということを証明するものである。The above analysis is based on the conventional electric power used to describe the memory characteristics of the 5NO3 device. According to the load accumulation model, the write and erase sides increase when the memory oxide thickness increases. This proves that the threshold voltage decreases.

これは、従来の理論に従い、書込速度及び消去速度と初期ウィンドウなどを犠牲 にすることなく、メモリー酸化物の厚さを増加した結果生ずるメモリー保持力の 増加を利用するために厚い酸化物のMNOS / 5NO8装置を造ることは不 可能であるということを意味する。This follows traditional theory and sacrifices write speed, erase speed, initial window, etc. of memory retention resulting from increasing the thickness of the memory oxide without increasing the It is not necessary to build thick oxide MNOS/5NO8 devices to take advantage of the increase It means that it is possible.

現存の理論は、又装置のメモリー・ウィンドウを犠牲にすることなく、低い(約 25V以下)電圧で動作することができる薄い窒化物(約400X厚以下の)の 5NOSメモリー装置を造ることは不可能であるということを予言している。Existing theory also suggests low (approximately of thin nitride (approximately 400X thick or less) that can operate at voltages below 25V) It predicts that it will be impossible to build a 5NOS memory device.

この種の閾値変更可能半導体メモリー装置は出版された国際特許出願第WO81 100790号から知ることができる。この公知の装置は約10〜15X厚の第 1の二酸化シリコン層と、該第1の二酸化シリコン層上の窒化シリコン層と、該 窒化シリコン層上の約70〜100X厚を持つ第2の二酸化シリコン層と、該第 2の二酸化シリコン層上のポリシリコン・ケ8−ト電極とを供給された半導体基 板を含む。This type of threshold changeable semiconductor memory device has been published in International Patent Application No. WO81. You can find out from No. 100790. This known device has a diameter of approximately 10-15X thickness. a silicon dioxide layer, a silicon nitride layer on the first silicon dioxide layer, and a silicon nitride layer on the first silicon dioxide layer; a second silicon dioxide layer having a thickness of about 70-100X on the silicon nitride layer; a semiconductor substrate provided with a polysilicon gate electrode on a silicon dioxide layer of 2; Including board.

発明の開示 この発明によると、それは前記メモリー酸化シリコン層は約25〜40Xの範囲 の厚さを持ち、前記中間面の酸化シリコン層は30〜60 iの範囲の厚さを持 つようにした閾値変更可能半導体メモリー装置を提供する。Disclosure of invention According to this invention, it is said that the memory silicon oxide layer is in the range of about 25-40X , and the silicon oxide layer on the intermediate surface has a thickness in the range of 30 to 60 i. Provided is a semiconductor memory device with a variable threshold value.

この発明による閾値変更可能半導体メモリー装置は高い書込速度と大きなメモリ ー・ウィンドウの利点を有するということが明らかである。更に、この発明は程 度が高い保持力を持つという利点を有する。The variable threshold semiconductor memory device according to the present invention has a high write speed and a large memory. It is clear that the window has the advantage of Furthermore, this invention It has the advantage of having high holding power.

好ましい実施例における発明を構成する構造は、中間面の”酸化物”が酸化物そ れ自体に加え、オキシナイトライド及び酸化物−オキシナイトライド構造のよう な公知の構成物を取囲む場合の5ONO8(シリコン−中間面の酸化物−窒化物 −メモリー酸化物一基板)である。特に、この発明は多重誘電体ダート構造に関 し、トランジスタ・コンデンサ、電荷転送ダート等を含む種々のメモリー装置に 適用可能である。In a preferred embodiment, the structure constituting the invention is such that the "oxide" on the intermediate surface is In addition to oxynitride and oxide-oxynitride structures, 5ONO8 (silicon-interface oxide-nitride) surrounding the known composition - memory oxide substrate). In particular, this invention relates to multiple dielectric dart structures. and various memory devices including transistors, capacitors, charge transfer darts, etc. Applicable.

ここに開発したこの発明のメモリー特性は従来の電荷蓄積モデルのもとでは全体 的に予期し得ないものであり、多重誘電体装置の電荷分布の新しい概念思想を使 用して十分に説明可能となるということがわかった。The memory characteristics of this invention developed here are completely different under the conventional charge accumulation model. This is completely unexpected and requires a new concept of charge distribution in multiple dielectric devices. It was found that the explanation can be sufficiently explained using

この概念は正電圧に対する電荷はメモリー酸化物−窒化物の界面近傍にのみでな く、又ゲート電極近傍にも記憶され、デート電極近くの電荷の蓄積は酸化物−窒 化物界面における場合より相当大きいということである。このメモリー酸化物− 窒化物界面における電荷の蓄積はメモリー酸化物を横切る電荷の変更ファウラー ノルドハイム・トンネル効果から生じた従来の酸化物電流J。のためである。ゲ ート電極近傍の電荷の蓄積は第1図に表わす界面電流JINTと呼ばれる今まで 発見できなかった電流成分の結果である。電流JINTは窒化物伝導・ぐンドか らシリコン価電子・ぐンド(帯)へのホールの運送作用のために生ずる。2つの 電荷蓄積による電荷中心の位置は電荷トラップの数の関数であり、記憶した電荷 の数量は、第4図に例示するように、しかし一般的にではなく、夫々上記の界面 に近い。This concept suggests that the charge for positive voltage is not only generated near the memory oxide-nitride interface. It is also stored near the gate electrode, and the accumulation of charges near the date electrode is due to the oxide-nitride This means that it is considerably larger than that at a compound interface. This memory oxide Charge accumulation at the nitride interface causes a Fowler charge change across the memory oxide. Conventional oxide current J resulting from Nordheim tunneling effect. This is for the sake of Game The accumulation of charge near the top electrode is called the interfacial current JINT shown in Figure 1. This is the result of a current component that could not be discovered. Is the current JINT due to nitride conduction? This occurs due to the transport of holes from the silicon valence electrons to the band. two The position of the charge center due to charge storage is a function of the number of charge traps, and the stored charge As illustrated in Fig. 4, but not generally, the quantity of Close to.

図面の簡単な説明 第1図は、電流成分を表わす5NO8構造のエネルギ・バンドの図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a diagram of the energy bands of the 5NO8 structure representing the current components.

第2図は、与えられた電界の下における5NQS伝導バンドの形を例示する図で ある。Figure 2 is a diagram illustrating the shape of the 5NQS conduction band under a given electric field. be.

第3図は、従来の理論からひき出された、酸化物及び窒化物層の電流成分と5N O8装置の閾値電圧との間の予測した関係を模式的に例示した図である。Figure 3 shows the current components of the oxide and nitride layers and the 5N FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the predicted relationship between the threshold voltage of an O8 device.

第4図は、改良し勾この発明の詳細な説明に使用される新しい電荷蓄積概念に従 って電荷中心の位置を例示した図である。FIG. 4 shows an improved gradient according to the new charge storage concept used in the detailed description of the invention. This is a diagram illustrating the position of the center of charge.

第5A図及び第5B図は、夫々n+ポリシリコンー窒化物−酸化物−半導体(5 NO8)メモリー装置とn+ポリシリコン−酸化物−窒化物一酸化物一半導体( 5ONO8)メモリー装置の略図的横断面図である。FIGS. 5A and 5B show n+ polysilicon-nitride-oxide-semiconductor (5 NO8) Memory device and n+ polysilicon-oxide-nitride monoxide-semiconductor ( 5ONO8) is a schematic cross-sectional view of a memory device.

第6図は、5NO8装置のための酸化物の厚さの関数として観察した飽和閾値電 圧の例示的グラフ図である。Figure 6 shows the observed saturation threshold voltage as a function of oxide thickness for a 5NO8 device. FIG. 3 is an exemplary graphical representation of pressure.

第7図は、5NO8装置のための窒化物の厚さの関数として観察した最大飽和閾 値電圧のグラフ図である。Figure 7 shows the observed maximum saturation threshold as a function of nitride thickness for the 5NO8 device. It is a graph diagram of value voltage.

第8図は、5NO8装置の書込み及び消去について、メモリー酸化物の厚さに対 する初期(メモリー・ウィンドウ)の減衰率の依存状態を表わすグラフ図である 。Figure 8 shows the memory oxide thickness versus memory oxide thickness for writing and erasing a 5NO8 device. FIG. 2 is a graph showing the dependence of the initial (memory window) decay rate on .

第9図は、5NO8装置のための酸化物の厚さの関数として3ケ月後に観察した 閾値ウィンドウのグラフ図である。Figure 9. Observations after 3 months as a function of oxide thickness for the 5NO8 device. FIG. 3 is a graphical illustration of a threshold window.

第10図及び第11図は、この発明に従って構成した5NO3装置の種々のメモ リー酸化物の厚さに対し、パルス幅による閾値電圧の変化を例示したグラフ図で ある。10 and 11 show various notes of a 5NO3 device constructed according to the present invention. A graph illustrating the change in threshold voltage depending on the pulse width with respect to the thickness of the Lie oxide. be.

第12図は、この発明の原理に従って形成されたポリシリコン−酸化物−窒化物 一酸化物一シリコン(5ONO8)構造におけるパルス幅による閾値電圧の変化 を例示したグラフ図である。FIG. 12 shows a polysilicon-oxide-nitride structure formed in accordance with the principles of the present invention. Change in threshold voltage depending on pulse width in monosilicon monoxide (5ONO8) structure It is a graph diagram illustrating.

第13A図及び第13B図は、この発明に従って、夫々チャージ・トラップと負 及び正ゲート−・バイアスに対する電流成分とを表わした第5A図の装置のエネ ルギ・バンドの模式図である。FIGS. 13A and 13B illustrate charge traps and negative charge traps, respectively, in accordance with the present invention. and the current component for the positive gate bias of the device of FIG. 5A. FIG. 2 is a schematic diagram of a Lugi band.

第14図は、メモリー・トランジスタを使用する3−ダート5NOSメモリー二 セルの略図的横断面図である。Figure 14 shows a 3-dirt 5NOS memory system using memory transistors. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cell.

第15図は、第14図のセルを使用した模範的メモリー・セル・アレイを例示す る図である。FIG. 15 illustrates an exemplary memory cell array using the cells of FIG. 14. This is a diagram.

第16図は、電荷保持力に関する書込/消去サイクルの効果を例示したグ2フ図 である。FIG. 16 is a graphic diagram illustrating the effect of write/erase cycles on charge retention. It is.

発明を実施するための最良の形態 第5A図における不揮発性(NV)メモリー装置は25乃至40^厚の好ましい メモリー酸化物12を持つ5NO8構造10を含む。典型的な先行技術のメモI J−構造は約10〜20Xの薄いメモリー酸化物を使用し、保持力を減少すると いう負担をかけて書込速度を増加している。この発明による5NO8構造10は 10〜20Xメモリー酸化物構造によって与えられる速度に匹敵する書込速度を 提供するだけで々く、又優秀な保持力をも提供する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The non-volatile (NV) memory device in FIG. 5A preferably has a thickness of 25 to 40 mm. It includes a 5NO8 structure 10 with a memory oxide 12. Typical Prior Art Note I J-structures use approximately 10-20X thin memory oxide to reduce retention and The writing speed is increased by putting a burden on it. The 5NO8 structure 10 according to this invention is Write speeds comparable to those provided by 10-20X memory oxide structures Not only is it great to provide, but it also provides excellent holding power.

このNVメモリー装置は150〜250Xのような厚さの相当薄W窒化物13を 有する5NO8構造10を含むことができる。先行技術の実施例は、窒化物層の 増加はゾログラミング電圧を増加するという事実があるにもかかわらず、約゛4 00X乃至500Xの窒化物層を使用するというのが基準である。プログラミン グ電圧を増加するというその欠点でも、薄い窒化物はメモリー・ウィンドウを大 きく減少することになるという従来からの信念があるために受入れられるもので あった。この発明による150〜250Xの薄い窒化物装置10は従来普通に使 用されていた±25Vではなく、約±10〜15Vのプログラム電圧の使用を可 能にする。しかし、幾分初期メモリー・ウィンドウの減少はあるが、その減少は 予期したものの半分より少く、約5〜7vの実用的且つ有効なメモリー・ウィン ドウを残している。This NV memory device uses a fairly thin W nitride 13 with a thickness of 150 to 250X. 5NO8 structure 10 having a 5NO8 structure 10 can be included. Prior art embodiments include a nitride layer Despite the fact that the increase increases the zologramming voltage, approximately ゛4 The standard is to use a nitride layer of 00X to 500X. programming Even with its drawback of increasing programming voltage, thin nitrides greatly increase the memory window. It is accepted because there is a traditional belief that it will lead to a significant decrease in there were. The 150-250X thin nitride device 10 according to the present invention has been commonly used in the past. Allows the use of a program voltage of approximately ±10 to 15V instead of the ±25V previously used. make it possible. However, there is some initial memory window reduction; A practical and useful memory win of about 5-7v, less than half of what was expected. leaving behind a dough.

好ましい実施例のNVメモリー装置は薄い中間面酸化物層14(約30〜60X 厚)とメモリー酸化物及び窒化物層とを有する第5B図の5ONO8構造100 を含む。この構造は最大閾値電圧の増加と書込速度の増加の両方を示す。The preferred embodiment NV memory device has a thin interplane oxide layer 14 (approximately 30-60X 5ON08 structure 100 of FIG. 5B with memory oxide and nitride layers including. This structure exhibits both increased maximum threshold voltage and increased writing speed.

製 造 第5A図に表わす5NO8構造10は導電率10〜20Ω−m及び結晶方向(1 00)を有するp−形単結晶シリコン基板11をもとにして形成された。基板1 1は従来方式でエツチング−洗浄された。次に、二酸化シリコン層12が洗浄し た基板表面に熱成長された。Manufacturing The 5NO8 structure 10 shown in FIG. 5A has a conductivity of 10-20 Ω-m and a crystal orientation (1 00) based on a p-type single crystal silicon substrate 11. Board 1 1 was etched and cleaned in the conventional manner. Next, the silicon dioxide layer 12 is cleaned. Thermal growth was performed on the substrate surface.

これは、約8〜12分間、1分間当り約4リツトルの流速で流れる純粋酸素を使 用し、約750℃の温度で、基板11に酸化を受けさせることによって達成され る。This uses pure oxygen flowing at a flow rate of about 4 liters per minute for about 8 to 12 minutes. This is achieved by oxidizing the substrate 11 at a temperature of about 750°C using Ru.

各種口で表わしているように、酸化物層12の約40又までの厚さに対するデー タが得られた。The data for the thickness of the oxide layer 12 up to about 40, as indicated by the various openings, ta was obtained.

次に、窒化シリコン層13が400〜500ミリ・トールの範囲の圧力と約75 0℃の温度において、シリコン一方位(5ilicon −bearing ) ガス−ジクロロシランS r H2C70(以下DO8という)及びアンモニア NH3の分解による低圧化学的蒸着法(以下LPGVDという)によって酸化物 12の上に蒸着された。アンモニア対DC8の比は約3.5:1(100:1ま で又はそれ以上までの比率で働くべきである)であり、窒化物蒸着速度は毎分的 24Xであった。模範的な装置に対する窒化物の厚さは、例えば第7図に示すよ うに、約200X以下乃至約400X間の範囲であった。The silicon nitride layer 13 is then heated to a pressure in the range of 400-500 mTorr and about 75 mTorr. At a temperature of 0°C, silicon one-sided (5ilicon-bearing) Gas-dichlorosilane S r H2C70 (hereinafter referred to as DO8) and ammonia Oxide is produced by low pressure chemical vapor deposition (hereinafter referred to as LPGVD) by decomposition of NH3. was deposited on top of 12. The ratio of ammonia to DC8 is approximately 3.5:1 (or 100:1). (or higher), and the nitride deposition rate is It was 24X. The nitride thickness for an exemplary device is, for example, as shown in FIG. The range was from about 200X or less to about 400X.

窒化物13の蒸着後、ポリシリコン(多結晶シリコン)層15が約625℃の温 度で、シラン(5ilane )を使用し、LPCVDによって形成された。層 15の厚さは典型的妃約3,500〜4,500Xにすることができる。ここに 使用したサンゾルは4,0OOX厚であった。After deposition of nitride 13, polysilicon layer 15 is heated to a temperature of approximately 625°C. It was formed by LPCVD using silane (5ilane). layer The thickness of the 15mm can typically be about 3,500-4,500X. Here The Sansol used was 4,000X thick.

その後、層12〜15は従来のホトリソグラフ及びエツチング技術を使用してエ ツチングされ、r−)構造16を形成した。次に、従来の燐の付着(又は蒸着) 及び拡散処理工程を使用することによって、基板11の表面領域を評ドーピング してソース17とドレイン18とを形成し、同時にポリ・シリコン層15をn+ ドーピングする。燐蒸着は約900℃の温度で約15分間に達成された。この方 法で形成された最終的ソース及びドレイン・ノヤンクションの深さは約1ミクロ ンで使用して約30分間、大気圧において、水素のアニール工程を受けた。アニ ール温度は上記の蒸着工程に続く処理工程の性質によって決定される。もし、窒 化物蒸着後に高温でない処理が行われたなら、水素アニールは約750℃の相当 低温で達成することができる。Layers 12-15 are then etched using conventional photolithographic and etching techniques. The r-) structure 16 was formed. Next, conventional phosphorus deposition (or vapor deposition) and doping the surface area of the substrate 11 by using a diffusion process. to form a source 17 and a drain 18, and at the same time convert the polysilicon layer 15 into an n+ dope. Phosphorus deposition was accomplished at a temperature of about 900° C. for about 15 minutes. This person The final source and drain junction depth formed by the method is approximately 1 micron. The sample was subjected to a hydrogen annealing step at atmospheric pressure for approximately 30 minutes using a vacuum cleaner. Ani The cooling temperature is determined by the nature of the processing steps that follow the deposition steps described above. If nitrogen If a non-high temperature treatment is performed after the compound deposition, the hydrogen anneal will be equivalent to about 750°C. Can be achieved at low temperatures.

他方、もし窒化物蒸着後に高温処理が行われたなら(この実施例の場合のように )、水素アニールは高温で実行されなければならない。現在の例では900℃で 30分間アニールされた。この高温水素アニールは高温加熱処理によって生じた 電荷保持力の劣化を修復する。On the other hand, if a high temperature treatment is performed after nitride deposition (as in the case of this example) ), the hydrogen anneal must be performed at high temperature. In the current example, at 900℃ Annealed for 30 minutes. This high-temperature hydrogen annealing was caused by high-temperature heat treatment. Repairs deterioration in charge retention.

水素アニールの後、装置の電気絶縁のため、構造体全体の上に厚い二酸化シリコ ン層19が形成された。After the hydrogen anneal, a thick silicon dioxide layer is placed over the entire structure for electrical isolation of the device. A layer 19 was formed.

その後、酸化物19を通してコンタクト・ホールがエツチングされ、ソース17 及びドレイン18との電気接触ができるようにする。そこで、アルミニー−ム・ メタライゼーションがベースに蒸着されて、それぞれソース17及びドレイン1 8に対するコンタクト21及び22が形成され、ポリシリコン15のために金属 コンタクト20が形成された。ダート・コンタクト20は第5A図に略図されて いるように、装置の能動領域外に作られた◎ 第5B図に表わすシリコン−酸化物−窒化物一酸化物−シリコン(5ONO8) 構造100を形成する処理は5NO8構造10の形成について以上述べた工程か ら、す々わち、窒化物層13の蒸着工程の後、中間面酸化物層14を形成する工 程の追加へと続く。中間面酸化物層14はDO8及び亜酸化窒素N20の分解に よって形成された窒化物と同一温度及び圧力で形成された。使用したN20対D O8の比は4:1であった。N20の流速は毎分90CCであり、DC8(7) 流速は毎分22.5 CCテアクた。Contact holes are then etched through oxide 19 and source 17 and to make electrical contact with the drain 18. Therefore, aluminum Metallization is deposited on the base to form source 17 and drain 1, respectively. Contacts 21 and 22 for polysilicon 15 are formed and metal Contact 20 was formed. Dart contact 20 is schematically illustrated in FIG. 5A. ◎ Silicon-oxide-nitride monoxide-silicon (5ON08) shown in Figure 5B The process for forming the structure 100 is the process described above for forming the 5NO8 structure 10. After the nitride layer 13 is deposited, the intermediate oxide layer 14 is formed. Continue to add more. The intermediate oxide layer 14 is suitable for the decomposition of DO8 and nitrous oxide N20. Therefore, it was formed at the same temperature and pressure as the formed nitride. N20 vs D used The O8 ratio was 4:1. The flow rate of N20 is 90 CC per minute, DC8 (7) The flow rate was 22.5 CC teac per minute.

第5A図及び第5B図に描かれている横断面構造は単に典型的なメモリー装置の 構造の概略的表示に過ぎず、ここに最も簡単な形式で表わし、この発明の実施例 を例示する目的で縮尺したものではないということを理解するべきである。従っ て、他のメモリー装置の構成アーキテクチャについても容易に考えることができ るということは半導体電子技術者にとって認めうるところである。以上、第5A 図及び第5B図の構造の説明は色々な処理工程について与えられてきたが個々の 処理ノやラメータも、提供した処理工程のシーケンスも決してメモリー装置を作 るに絶対必要な値、又は順序と解釈するべきではなく、変更しうるということを 理解するべきである。The cross-sectional structure depicted in FIGS. 5A and 5B is simply that of a typical memory device. This is only a schematic representation of the structure, presented here in its simplest form, and represents an embodiment of the invention. It should be understood that the figures are not drawn to scale for illustrative purposes. follow Therefore, you can easily think about the configuration architecture of other memory devices. Semiconductor electronic engineers can recognize that this is true. Above, 5A Although descriptions of the structures in Figures and Figure 5B have been given for various process steps, individual Neither the processing parameters nor the sequence of processing steps provided will create a memory device. They should not be construed as mandatory values or ordering, but should be understood as subject to change. You should understand.

前述の方法で作った装置は公知のテスト手順に従ってテストされた。書込及び消 去曲線は、例えば該装置に種々の・やルス強制状態(パルスの振幅及び幅)を与 えることによって作られた。各図に表わされているように、使用した・やルス振 幅は±(10〜30)■の範囲であった。正及び負の範囲は模範的々n−チャン ネル装置に対する夫々書込及び消去データに対して適用可能であり、ノ4ルス幅 は10マイクロ秒乃至1秒の範囲にあった。書込及び消去曲線は与えられた・ぐ ルス振幅を使用し、・ぐルス幅を10の倍数で変化することによって作られた。Devices made in the manner described above were tested according to known test procedures. writing and erasing For example, the curves can be calculated by subjecting the device to various pulse forcing conditions (amplitude and width of the pulses). made by As shown in each figure, the The width was in the range of ±(10-30)■. The positive and negative ranges are typically n-chan. Applicable to writing and erasing data respectively for channel devices, and has a width of 4 was in the range of 10 microseconds to 1 second. The writing and erasing curves are was created by using the pulse amplitude and varying the pulse width by a multiple of 10.

装置の電荷保持力を決定するべきデータは次の各工程によって得られた。(1) 初期書込及び消去閾値電圧を決定することによって装置をイニシャライズする。Data to determine the charge retention capacity of the device was obtained by the following steps. (1) Initialize the device by determining initial write and erase threshold voltages.

(2) 105秒までの時間中100℃に高められた温度で装置を記憶すること によって周期をしない装置に対する保持力グラフを作成し、この期間中の閾値電 圧を確認する。(3)、100℃で105回装置を書込−消去サイクルする。( 4)工程(1)によって装置を再イニシヤライズする。(5)工程(2)によっ て高められた温度で10 回サイクルされた装置の保持力グラフを作成する。(2) Storing the device at an elevated temperature of 100°C for a period of up to 105 seconds Create a retention force graph for a device that does not cycle, and calculate the threshold voltage during this period. Check pressure. (3) Write-erase cycle the device 105 times at 100°C. ( 4) Re-initialize the device according to step (1). (5) By step (2) A retention graph is generated for a device that has been cycled 10 times at elevated temperatures.

イニシャライズ工程(工程1及び4)、す々わち初期書込及び消去状態閾値電圧 を得ることはメモリー装置のダートに対して夫々10ミリ秒幅の+25 vノ9 ルスと100ミリ秒幅の一23Vノぞルスを供給することを含む。ソース17、 ドレイン18、基板11(第5図)はすべてこの初期設定(イニシャライズ)期 間中。Initialization process (processes 1 and 4), that is, initial write and erase state threshold voltages Obtaining is +25 v no 9 of 10 ms width for each memory device dirt. This includes supplying a 23 V nozzle with a 100 msec width. source 17, The drain 18 and substrate 11 (Figure 5) are all set during this initialization stage. During.

接地に接続された。上記方法で得られたデータは次に詳述する種々のグラフによ る例示の形で再生された。connected to ground. The data obtained using the above method are shown in various graphs as detailed below. Reproduced in illustrative form.

模範的装置の特性を詳細に考察する前に、古い2−電流成分モデルの予測(pr ediction )図を再考することが有益である。酸化物及び窒化物電流と 閾値電圧のための予測図は第3図に表わす。すなわち、第3図は与えられた正又 は負の供給ダート電圧、酸化物及び窒化物電流、結果化じた最大閾値電圧につい て描いたものである。まず、初期のメモリー酸化物層T。xl及び関連するトン ネル酸化物電流J。xlを考える。正(又は負)ダート電圧を増加すると、2つ の電流が等しくなるまで、電流J。X、は減少し、窒化物電流JN1は場加する 。この平衡点はT。xoに関連する最大圧(又は負)閾値、すなわちvTよ(又 は−vT1)である。この平衡は酸化物−窒化物界面近傍に分布する電荷Q1の 達成に応答するものである。第4図を見よう。このような酸化物トンネル電流が 優勢のもとでは、ゲート−窒化物界面には電荷Q2がない。Before considering in detail the characteristics of an exemplary device, we first introduce the predictions of the old two-current component model (pr It is useful to revisit the diagram. Oxide and nitride current and A prediction diagram for the threshold voltage is shown in FIG. In other words, Figure 3 shows the given orthogonal is the negative supply dart voltage, oxide and nitride currents, and the resulting maximum threshold voltage. This is what I drew. First, the initial memory oxide layer T. xl and related tons nel oxide current J. Consider xl. Increasing the positive (or negative) dart voltage will cause two The current J until the currents are equal. X decreases and the nitride current JN1 increases . This equilibrium point is T. The maximum pressure (or negative) threshold associated with xo, i.e. vT (or is −vT1). This equilibrium is due to the charge Q1 distributed near the oxide-nitride interface. It is a response to achievement. Let's look at Figure 4. This kind of oxide tunneling current Under dominance, there is no charge Q2 at the gate-nitride interface.

もし、酸化物の厚さがT。X□に増加したなら、酸化物電流はJ。x2に減少し 、最大予測正及び負閾値はvT□及び−■7□に夫々減少する。If the oxide thickness is T. If it increases to X□, the oxide current is J. reduced to x2 , the maximum predicted positive and negative thresholds decrease to vT□ and −■7□, respectively.

窒化物の厚さは変化するが、書込又は消去に使用される初期電界が大体一定に維 持される場合、2−電流成分モデルは窒化物の厚さに関係なく、はぼ蓄積した電 荷と同一量を予測したであろう。この電荷は理論によると、両ケ゛−ト極性につ いて、酸化物−窒化物界面の近傍に位置する。これが、今、ここに当はまるなら 、閾値は、下記方程式に従って、窒化シリコンの厚さを増すことにより、正又は 負のいずれかのトラップされる電荷を増すべきである。Although the nitride thickness varies, the initial electric field used for writing or erasing remains approximately constant. If the two-current component model is would have predicted the same amount as the load. According to theory, this charge is and is located near the oxide-nitride interface. If this applies here and now , the threshold can be made positive or positive by increasing the silicon nitride thickness according to the equation below: Any negative trapped charge should be increased.

ここに、TNIは窒化物の厚さであり、XcはTNlに無関係なQの電荷中心で あり、Qは記憶した電荷の量であり、 KN□は窒化シリコンの誘電率であり、ε は自由空間のパーミッテイピテイ( 誘電率)である。Here, TNI is the nitride thickness, and Xc is the charge center of Q, which is unrelated to TNl. , Q is the amount of stored charge, KN□ is the dielectric constant of silicon nitride, and ε is the permittivity of free space ( dielectric constant).

第6図及び第7図は、上述するようにして作られた装置10のために得られた最 大閾値データを表わす。6 and 7 show the best results obtained for the device 10 made as described above. Represents large threshold data.

最大閾値電圧はメモリー酸化物理(第6図)及び窒化シリコン厚(第7図)の関 数として表わされる。第6図の消去において、最大負閾値電圧はメモIJ、−酸 化物理の増加と共に減少する。この行動は上述した従来の2−電流成分モデルの 予測と一致する。しかし、書込については、第6図のデータは、メモリー酸化物 の厚さが増加すると、最大圧閾値は実際にわずかに増加することを示す。この結 果は従来の2−電流成分モデルの予測と一致しない。The maximum threshold voltage is a function of memory oxidation physics (Figure 6) and silicon nitride thickness (Figure 7). expressed as a number. In the erasure of FIG. 6, the maximum negative threshold voltage is Decreases with increasing physics. This behavior is similar to the conventional two-current component model described above. Match the prediction. However, for writing, the data in Figure 6 is shows that the maximum pressure threshold actually increases slightly as the thickness increases. This conclusion The results do not match the predictions of the conventional two-current component model.

第7図にみられるように、消去中、最大負閾値電圧は窒化物理が増加すると増加 する。この行為は方程式(4)から予測される。しかし、書込中は、最大圧閾値 電圧は方程式(4)によって予測された閾値の増加と対照的に、本質的に定数で ある。As seen in Figure 7, during erasing, the maximum negative threshold voltage increases with increasing nitride physics. do. This behavior is predicted from equation (4). However, during writing, the maximum pressure threshold The voltage is essentially constant, in contrast to the increasing threshold predicted by equation (4). be.

MNOS又はほかの不揮発性メモリー装置のための最も重要な特性の1つはプロ グラム・データの長期間保持力である。上記装置10及び100のそのほかの特 性表示によると、その保持力は約25乃至40Xのメモリー酸化物理に対して最 適であり、特に約33久の最適値の周囲に約29〜37λの範囲について最適で ある。第8図及び第9図を見よう。4.0 Xより厚いメモリー酸化物理の値に 対しては、動作(消去)速度は減少し、メモリー・ウィンドウは狭くなり、書込 状態は悪くなる。25により小さな値になると、薄い酸化物装置の先行技術の特 性に近付くようになる。例えば、劣化速度は望ましくない先行技術のレベルまで 増加する。One of the most important characteristics for MNOS or other non-volatile memory devices is the This is the long-term retention power of gram data. Other features of the above devices 10 and 100 According to the characteristics display, its holding power is the best against memory oxidation physics of about 25 to 40X. In particular, it is optimal for the range of about 29 to 37λ around the optimum value of about 33. be. Look at Figures 8 and 9. 4.0 X thicker memory oxidation physics value However, the operation (erase) speed is reduced, the memory window is narrower, and the write The condition worsens. 25, the prior art characteristics of thin oxide devices Become closer to sex. For example, the rate of degradation is to undesirable prior art levels. To increase.

従来のモデルは保持力を高める原因となる厚いメモリー酸化物は動作速度を下げ る原因にもなることを示唆した。この理由のため、電流技術の主な努力は動作速 度を高めるためにメモリー酸化物理を減少することであり、又これは保持力の減 少の犠牲において行われる。それより厚い25〜40Xメモリー酸化物に対する 消去速度は薄い酸化物のものより遅くなる。第10図を見よう。しかし、書込速 度は本来メモリー酸化物とは無関係である。第11図を見よう。かくして、比較 的厚い25〜40Xメモリー酸化物を使用する模範的装置10は第11図に示す ように書込速度を失うことなく、第8図及び第9図に表すすように、不揮発性の 強化を与える。このような装置は特にEAROM (電気的に書換可能な読出専 用メモリー)又は書込速度が重要であるそのほかの装置に対する応用に最適であ る。Traditional models have a thick memory oxide that increases retention and reduces operating speed. It was suggested that this could also be the cause of For this reason, the main effort in current technology is to This reduces the memory oxidation physics to increase the It takes place at a small sacrifice. For thicker 25-40X memory oxides The erase speed will be slower than that of a thin oxide. Look at Figure 10. However, the writing speed The degree is essentially unrelated to memory oxide. Let's look at Figure 11. Thus, the comparison An exemplary device 10 using a thick 25-40X memory oxide is shown in FIG. As shown in Figures 8 and 9, the non-volatile Give reinforcement. Such devices are especially EAROM (electrically rewritable read-only memory). Ideal for applications where write speed is important Ru.

情報の各ビットは個々にEAROM K プログラムされ、書込速度はそれ故装 置全体の実行性能に重大であるというのが普通の場合である。しかし、典型的に EAROMは第10図に表わすような遅い消去が黙許されるため、ブロックで消 去される。Each bit of information is individually programmed into the EAROM K, and the write speed is therefore dependent on the This is usually critical to the performance of the entire system. But typically EAROM allows slow erasure as shown in Figure 10, so it is erased in blocks. be removed.

厚いメモリー酸化物5NO8装置の保持力は更に第16図で証明される。そこに は、第6図に特徴が描かれている装置の1つである28Xメモリー酸化物(40 8入窒化物)のためのデータがある。図示されているように、この厚いメモリー 酸化物装置の保持力はその他の同等な先行技術装置のそれより約20倍(tw。The holding power of the thick memory oxide 5NO8 device is further demonstrated in FIG. there is a 28X memory oxide (40 There is data for 8-nitrides). As shown, this thick memory The holding power of the oxide device is approximately 20 times (tw.) that of other comparable prior art devices.

decades )長い。decades) long.

再び第7図を見ると、薄い窒化シリコン層13を使用することによって、装置の 実行性能も向上した。標準5NO8/ 5ONOSメモリー装置における書込及 び消去は制御及び論理作用に使用する5V信号に対してメモリー装置のダート電 極には典型的に±20〜25Vが要求される。トランジスタ及び相互接続線の寸 法を小さくすることによってメモリーの記憶容量を増加しようとする産業上のね らいは、特に20〜25V信号が使用されたときに、チップの導電層間の絶縁破 壊を防止するに必要な間隔と組入れない。高い電圧信号から生ずる問題はそれら の高い移動性のため、電子が高電圧で絶縁材料に深く駆動され、これら材料の電 気的特性を変更するので、n−チャンネル装置のためには特に鋭いものである。Referring again to FIG. 7, by using a thin silicon nitride layer 13, the device Execution performance has also been improved. Write access in standard 5NO8/5ONOS memory devices The memory device's dart voltage is applied to the 5V signal used for control and logic functions. ±20-25V is typically required for the poles. Dimensions of transistors and interconnect lines The industrial drive to increase memory storage capacity by reducing the Leprosy is caused by dielectric breakdown between the conductive layers of the chip, especially when a 20-25V signal is used. Do not incorporate the necessary spacing to prevent damage. Problems arising from high voltage signals are those Because of their high mobility, electrons can be driven deep into insulating materials at high voltages and It is particularly acute for n-channel devices since it changes the optical characteristics.

メモリー装置のプログラム電圧を下げる1つの方法としては、窒化物の厚さを薄 くすることである。第7図の掛かり合いを考察すると、それは、プログラム電圧 は窒化物の厚さの比に従って、それに近似しうるということを知るに役立つであ ろう。典型的な先行技術のメモリー装置は約400にの窒化シリコン厚を利用し て約25Vのプログラム電圧を必要とする。例えば、200Xに窒化シリコン厚 を減することは、(’200/400)X25Vで計算すると、必要なプログラ ム電圧を約12〜13Vに下げうることになる。従来型モデルは、そのように薄 い窒化物は非常に初期メモリー・ウィンドウを減少させるだろうということを予 測した。One way to lower the programming voltage of a memory device is to reduce the nitride thickness. It's about making things easier. Considering the interaction in Figure 7, it is the program voltage It is useful to know that can be approximated according to the nitride thickness ratio. Dew. Typical prior art memory devices utilize a silicon nitride thickness of approximately 400 nm. requires a programming voltage of approximately 25V. For example, 200X silicon nitride thickness Reducing the required program is calculated by ('200/400) x 25V. This means that the system voltage can be lowered to about 12-13V. Traditional models are thin like that. Expect that a thin nitride will greatly reduce the initial memory window. I measured it.

しかし、第71図は、この先行技術の予測は必ずしも正しくないということを表 わしている。要するに、400X以下の窒化物厚、特に約150Xの厚さはプロ グラム電圧を下げることに使用することができる一方、使用可能なメモリー・ウ ィンドウを保持することもできる。150乃至250^の窒化物厚を使用するこ とによって・不揮発性メモリー装置は現在産業界で使用中の±25Vではなく、 ±10〜15Vの電圧でゾログラムすることができるようになる。初期メモリー ・ウィンドウのある程度の滅失があるが、それは多くても従来の理論下で予期し たものの半分であり、まだ実用的な初期ウィンドウとして使用することができる 。150〜200X厚の酸化物が表わす第7図のような5乃至7■の初期ウィン ドウはなお多くの応用に対して有益である。However, Figure 71 shows that the prediction of this prior art is not necessarily correct. I'm watching. In short, nitride thicknesses below 400X, especially about 150X, are While it can be used to lower the gram voltage, the available memory You can also keep the window. Using a nitride thickness of 150 to 250 ・Non-volatile memory devices are not ±25V currently used in industry, It becomes possible to perform zolograms with a voltage of ±10 to 15V. initial memory - There is some loss of the window, which at most would be expected under conventional theory. is half of what it was and can still be used as a practical initial window . An initial win of 5 to 7 cm, as shown in Figure 7, represented by a 150 to 200X thick oxide. Dough is still useful for many applications.

そのほかの先行技術では予期し得々かった特性は、薄い中間面酸化物層14 ( 5ONO8)の効果である書込速度の増加である。第12図に表わすように、5 NO8装置(OX中間面層)と比較すると、薄い中間面酸化物層14を持つ5O NO3装置は書込状態でより高い閾値電圧と増加した書込速度の両方を表わす。Other properties not foreseen in the prior art include the thin interplane oxide layer 14 ( This is an increase in writing speed, which is an effect of 5ONO8). As shown in Figure 12, 5 Compared to NO8 devices (OX interplane layer), 5O with thin interplane oxide layer 14 NO3 devices exhibit both higher threshold voltages and increased write speeds in the write state.

中間面酸化物の好ましい厚さは30〜60Xの範囲にある。30X以下になると 、装置の特性は5NO8装置の特性に近すき始める。逆に60.Xを越えると、 消去速度が減少し。The preferred thickness of the interplane oxide is in the range of 30-60X. When it becomes less than 30X , the characteristics of the device begin to approach those of the 5NO8 device. On the contrary, 60. When you exceed X, Erasing speed is reduced.

。 中間面酸化物を望ましくないものにする。消去については、5ONO8装置 は従来のSNO,S装置より遅く、最大閾値電圧の大きさはより小さい。前述し たように、消去速度は重要で々いため、その性質はEAROMのよう々メモリー 装置に対して障害とはならない。. Makes interplane oxides undesirable. For erasing, use the 5ONO8 device is slower than the conventional SNO,S device, and the magnitude of the maximum threshold voltage is smaller. mentioned above As mentioned above, erasing speed is important, and its characteristics are similar to EAROM memory. It does not pose a problem to the equipment.

以上説明した改良型構造の特徴の種々の組合わせを使用した5NO8/ 5ON O8装置の動作特徴は表Iに要約した。5NO8/5ON using various combinations of the features of the improved structure described above. The operating characteristics of the O8 device are summarized in Table I.

(以下余白) 4 3−電流モデル 新たな3−電流成分モデルを理解するために、第13A図及び第13B図に表わ すn−チャンネル、n十ポリシリコン・グー) 5NO8構造1oのための簡略 エネルギ・バンド図を見ることにしよう。第13A図は負ダート・バイアス−v oの適用(以下、゛消去”とも呼ぶ)を例示し、第13B図は正ダート・・ぐイ アス+vGの適用(以下、“書込”とも呼ぶ〕を例示する。ここで、1つの電流 成分である酸化物トンネル電流J8hは蓄積したp−型基板から薄いメモリー酸 化物を通してダート窒化シリコンにホールがトンネルするのが原因である。第2 の電流成分Jnhは窒化物ホール電流である。Jnhは−V、 Kよってゲート に駆動される窒化物のホールから生ずる。第3の成分Jghはダートに対するホ ール電流である。すなわち、窒化物を離れ、n+ポリシリコン・デートの価電子 帯に入るホールのための界面電流である。(Margin below) 4 3-Current model In order to understand the new 3-current component model, the Simplified for 5NO8 structure 1o Let's look at the energy band diagram. Figure 13A shows negative dart bias -v Figure 13B illustrates the application of o (hereinafter also referred to as ``elimination''). The application of As+vG (hereinafter also referred to as "writing") is illustrated.Here, one current The component oxide tunnel current J8h is caused by the thin memory acid flowing from the accumulated p-type substrate. This is caused by hole tunneling through the oxide and into the dirt silicon nitride. Second The current component Jnh is the nitride Hall current. Jnh is -V, K is the gate arises from holes in the nitride driven by The third component Jgh is the heat against dirt. is the current. That is, leaving the nitride, the valence electrons of the n+ polysilicon date is the interfacial current for holes entering the band.

酸化物トンネル電流Jsbが窒化物ボール電流Jnbより太きいため、正電荷が 負ダート・バイアスによって酸化物−窒化物界面近くに蓄積される。しかし、ポ リシリコン・ダートに入るホールに対するエネルギ・バリヤがないため、ダート 近傍における感知しうるほどの電荷の蓄積はない。その結果、酸化物−窒化物界 面近傍で単一の電荷の中心がある。酸化物−窒化物界面近傍で電荷が蓄積される と、酸化物と窒化物内部の電界が交代して、優勢外酸化物トンネル電流を減少し て窒化物ホール電流を増加する。これは飽和した負の閾値モ酸化物電流と窒化物 電流−とが等価されるまで続けられる。酸化物の厚さを増加することは酸化物ト ンネル電流を減少し、飽和した負の閾値を減少する。要するに、窒化物−ダート 界面に電荷の蓄積がないため、この3−電流モデルは従来の2−電流モデルのた めに第3図に予測(predict ) したものと同一消去行為を予測するこ とができる。これらの予測は第6図、第7図、第8図、第10図、第12図の消 去行動データによって具体的に示される。Since the oxide tunnel current Jsb is thicker than the nitride ball current Jnb, the positive charge is Negative dart bias causes build-up near the oxide-nitride interface. However, the port Since there is no energy barrier to the holes entering the silicon dart, the dart There is no appreciable charge build-up in the vicinity. As a result, the oxide-nitride interface There is a single center of charge near the surface. Charge is accumulated near the oxide-nitride interface , the electric fields inside the oxide and nitride alternate, reducing the dominant outer oxide tunneling current. to increase the nitride Hall current. This is the saturated negative threshold moxide current and nitride This continues until the currents are equalized. Increasing the oxide thickness channel current and reduce the saturated negative threshold. In short, nitride-dart Because there is no charge accumulation at the interface, this 3-current model replaces the traditional 2-current model. It is possible to predict the same erasure act as that predicted in Figure 3. I can do it. These predictions are shown in Figures 6, 7, 8, 10, and 12. This is concretely shown by behavioral data.

第13B図に見られる状況は正のダート・バイアス、すなわち書込状況のために 大きく異方る。正のダート・バイアスのもとでは、シリコン基板の表面は逆転さ れる。次に、トンネル電流は反転したシリコン表面から酸化物を通して窒化物に トンネルする電子によって支配される。この成分はJ と指定される。第2の成 分は再び窒化シリコンのホール電流である。第3の成分であるr−)界面電流は 2つの可能性を表わす。第1は窒化物からポリシリコン・ダートの伝導バンドに 対する電子の転送である。しかし、ホールは窒化シリコンの優勢なチャージ・キ ャリヤであり、又窒化物からシリコン・r−ト伝導バンドへの電子の転送に対す る重要なポテンシャル・バリヤ(障壁)があるため、上記第1の場合はおこりそ うもない。もう一つの可能性はダートから窒化シリコンに対するホールの注入で ある。ホールの転送に対する?テンシャル障壁が小さいことと、窒化シリコンの チャージ・キャリヤとしてのホールの優勢とから見て、このホール電流Jghは 正バイアスのもとではゲート界面電流を支配すると信じられる。n+ポリシリコ ンの利用可能なホールの量は全く小さいため、与えられた電界に対し、この電流 は窒化物ホール電流Jnhより大変小さい。これは、酸化物−窒化物界面におい てJse及びJnhKよって供給されたものに加え、窒化物−ゲート界面近傍に 蓄積された負電荷を考慮するべきである。かくして、第4図に表わすように、書 込中に負電荷の二重中心が設定される。The situation seen in Figure 13B is due to the positive dart bias, i.e. the writing situation. Very different. Under a positive dart bias, the surface of the silicon substrate is inverted. It will be done. The tunneling current then flows from the inverted silicon surface through the oxide and into the nitride. dominated by tunneling electrons. This component is designated as J. second formation is again the hole current of silicon nitride. The third component, r-), is the interfacial current. Represents two possibilities. The first is from nitride to polysilicon dart conduction band. This is the transfer of electrons. However, the hole is the dominant charge key of silicon nitride. carrier and also for the transfer of electrons from the nitride to the silicon conduction band. Because there is an important potential barrier, the first case above is unlikely to occur. There's no way. Another possibility is hole injection into silicon nitride from dirt. be. Against Hall's transfer? The small tensile barrier and silicon nitride Considering the predominance of holes as charge carriers, this hole current Jgh is It is believed to dominate the gate interface current under positive bias. n+ polysilico Since the amount of available holes in the hole is quite small, for a given electric field, this current is much smaller than the nitride Hall current Jnh. This occurs at the oxide-nitride interface. In addition to those provided by Jse and JnhK, near the nitride-gate interface The accumulated negative charge should be taken into account. Thus, as shown in Figure 4, During loading, a double center of negative charge is established.

窒化物−ポリシリコン・ゲート界面近傍における電荷の蓄積は酸化物−窒化物界 面近くの電界を下げ、それによってその界面における負電荷の蓄積を減少する。Charge accumulation near the nitride-polysilicon gate interface is due to the oxide-nitride interface. It lowers the electric field near the surface, thereby reducing the accumulation of negative charges at the interface.

電界が窒化物容積内で減少すると、窒化物−ポリシリコン・ダート界面における 電界は増加する。これは、次に、ダートからのホールの注入を増加する。窒化物 における電荷の蓄積と、注入されたダート電流Jghの増加とは容積内窒化物ホ ール電流Jnhと注入されたゲート電流とが等しくなるまで続けられる。As the electric field decreases within the nitride volume, the The electric field increases. This, in turn, increases hole injection from the dart. nitride The accumulation of charge in the injected dart current Jgh is due to This continues until the gate current Jnh and the injected gate current become equal.

要するに、第4図において、この新しい3−電流成分モデルはメモリー酸化物− 窒化シリコン界面に隣接して分布する電荷の蓄積Q1と窒化物−ポリシリコン・ ダート界面近傍に分布する優勢な(意味有るように大きく)電荷の蓄積Q2とを 予測する。このモデルは装置10及び100に示された予期しない書込行動を説 明するものである。In short, in Figure 4, this new 3-current component model Charge accumulation Q1 distributed adjacent to the silicon nitride interface and nitride-polysilicon The dominant (meaningfully large) charge accumulation Q2 distributed near the dart interface is Predict. This model explains the unexpected write behavior exhibited by devices 10 and 100. This is to clarify.

第1に、第7図の書込閾値対窒化物データを考えよう。ダート電極近く、すなわ ち、窒化物理とは無関係である電極から比較的固定した距離にある優勢な電荷中 心Q2により、及び固定した分布により、トラップされた電荷のため、電界を中 性化するに必要な電圧は窒化物の厚さがどうであろうとも同一であろう。First, consider the write threshold vs. nitride data of FIG. Near the dirt electrode, In other words, the dominant charge at a relatively fixed distance from the electrode is independent of nitridation physics. Due to the trapped charge by the center Q2 and by the fixed distribution, the electric field is neutralized. The voltage required to cure will be the same regardless of the nitride thickness.

次に、第6図の書込閾値対メモリー酸化物データを考えよう。最大圧閾値 圧は 第3図で予測されるように、メモリー酸化物層を増加することによって減少せず に、実際上はわずか増加している。二重中心(dualcentroid )電 荷モデルは閾値のこのわずか万増加を明確に説明してはいないが、観察したとこ ろによる行動はこのモデルと矛盾するものではない。Next, consider the write threshold versus memory oxide data of FIG. Maximum pressure threshold pressure is As predicted in Figure 3, increasing the memory oxide layer does not reduce In reality, there has been a slight increase. dual centroid electric Although the loading model does not clearly explain this small increase in the threshold, we have observed that Actions by Ro are consistent with this model.

第11図に表わした独自の書込速度は、又、ダートから固定した距離にあり、メ モリー酸化物層の変化によって影響されない優勢な電荷Q2によって明らかにさ れる。The unique writing speed shown in Figure 11 is also at a fixed distance from the dart, revealed by the dominant charge Q2, which is unaffected by changes in the moly oxide layer. It will be done.

次に、中間面酸化物層14の効果を説明する。第13B図を見ると、正ダート・ バイアスのもとに、中間面酸化物はポリシリコン・f−)からホールに対するト ンネル・バリヤとして働き、ダートからのホール電流(Jgh)を減少する。こ れは窒化物−中間面酸化物境界において、大きな負電荷の蓄積を生じさせ、それ によってメモリー・ウィンドウを拡大する(すなわち、最大書込閾値電圧を増加 する)。今、Jghは窒化物ホール電流Jnh、より相当小さいから、この電流 の大きな差異は窒化物−中間面酸化物の境界における電荷の蓄積を速くして、速 い書込みを可能にする。Next, the effect of the intermediate oxide layer 14 will be explained. Looking at Figure 13B, we see that the correct dart Under bias, the interplane oxide provides a barrier to holes from polysilicon f- It acts as a channel barrier and reduces the hole current (Jgh) from dirt. child This causes large negative charge accumulation at the nitride-interface oxide interface, which by increasing the memory window (i.e., increasing the maximum write threshold voltage) do). Now, since Jgh is considerably smaller than the nitride Hall current Jnh, this current The large difference in enables easy writing.

この発明によるメモリー・トランジスタの応用の例として、直列接続電界効果ト ランジスタから成る3−グー) EAROMメモリー・セルを考察する。模範的 EAROMはこの出願人と同一出願人の国際特許出願PCP/US811017 62の主題である。As an example of an application of a memory transistor according to the invention, a series connected field effect transistor is Consider a 3-G) EAROM memory cell consisting of a transistor. exemplary EAROM is an international patent application PCP/US811017 filed by the same applicant as this applicant. There are 62 themes.

3− r −) FAROMセル110は略図的に表わした種種の電気接続を有 する第14図の横断面図に表わされる。このセルは3個のトランジスタQ+ 、 Q2 、Q3の直列接続から成る。Ql乃至Q3は本来電界効果転送ゲート又は コンデンサであるが、便宜上、トランジスタと呼ぶことにする。n−チャンネル ・セル]10はn+ドーグド領域117,118を持つp−形基板111を持つ 。電界効果ゲート/コンデンサ/トランジスタQ1及びQ3は夫々書込及び読出 電極vw及びvRに対応するr−)電極122及び123を持つ。Ql及び93 間にあるMNOS )ランジスタQ2は書込電極VMに対応するダート電極11 5と、窒化シリコン層113と、薄い二酸化シリコン層112Aとを含む。全体 的に112で指定された厚い二酸化シリコン領域は種々の成分間の電気絶縁を与 える。図示のように、基板111は接地電位に接続され、n+ドドード領域11 7はフンタクト層124を介してビット・ライン電極VB+ に接続され、n 領域118は電極v8と電気的に共通テする。模範的3−ケ9 −トEAROMセルのアドレス設定はビット・ラインVBとワード書込ラインv wとによって行われ、消去及び書込みは共通メモリー・ラインvMによって実行 され、読出しは低電圧メモリー・ライン信号と読出ラインvR命令信号とで行わ れる。3-r-) The FAROM cell 110 has various electrical connections shown schematically. This is shown in the cross-sectional view of FIG. This cell has three transistors Q+, Consists of Q2 and Q3 connected in series. Ql to Q3 are originally field effect transfer gates or Although it is a capacitor, for convenience we will call it a transistor. n-channel ・Cell] 10 has a p- type substrate 111 with n+ doped regions 117 and 118 . Field effect gate/capacitor/transistor Q1 and Q3 are write and read respectively It has r-) electrodes 122 and 123 corresponding to electrodes vw and vR. Ql and 93 MNOS) transistor Q2 located in between is the dirt electrode 11 corresponding to the write electrode VM. 5, a silicon nitride layer 113, and a thin silicon dioxide layer 112A. whole The thick silicon dioxide region designated 112 provides electrical isolation between the various components. I can do it. As shown, the substrate 111 is connected to ground potential, and the n+ dodode region 11 7 is the bit line electrode VB+ via the contact layer 124. The n region 118 is electrically connected to the electrode v8. Model 3-ke9 - The address settings of the EAROM cells are set on the bit line VB and the word write line V. w and erasing and writing are performed by a common memory line vM. The reading is performed using the low voltage memory line signal and the read line vR command signal. It will be done.

セル110は範囲30〜36X厚肉のメモリー酸化物と約380〜400X厚の 窒化シリコンで作られた。Cell 110 has a memory oxide in the range 30-36X thick and approximately 380-400X thick. Made of silicon nitride.

このセルについて、書込まれる閾値VTIは約+(7〜8〕■、消去される閾値 VTOは約−2vであり、プログラミング電圧は+25v(書込)又は−25■ (消去)テアった。同様に、このセルは薄い窒化シリコン層113で容易に作ら れる。例えば、200X窒化シリコン層113は従来の10〜20X厚メモリー 酸化物]12Aのための約+(6−7)V tv vTl及び約−IV17)V TOを提供する。その結果生じたプログラム電圧は約1.2Vである。上記の厚 い酸化物112Aと窒化物200X厚を使用した装置110に対するプログラム 電圧はこれも同様に約±12Vであり、vTl及びVTOは上記で与えられた範 囲内にある。For this cell, the written threshold VTI is approximately +(7-8]■, the erased threshold VTO is approximately -2v and programming voltage is +25v (write) or -25V (Delete) It was torn. Similarly, this cell is easily fabricated with a thin silicon nitride layer 113. It will be done. For example, the 200X silicon nitride layer 113 is a 10X to 20X thick memory layer. oxide] about +(6-7)V tv vTl and about -IV17)V for 12A Provide TO. The resulting program voltage is approximately 1.2V. Thickness above Program for device 110 using thin oxide 112A and nitride 200X thickness The voltage is also approximately ±12V, and vTl and VTO are within the range given above. It is within the surrounding area.

典芸的に、トランジスタQ1及びO3はそれら夫々のダート電極VW及びvFL の電圧が+1■ダート−ソース閾値電圧を越えたときに伝導するエンノ1ンスメ ント・モード、n−チャンネル装置である。トランジスタQ2はダート電極vM を通して動作し1ゾログラムされる。Typically, transistors Q1 and O3 have their respective dirt electrodes VW and vFL The energizer conducts when the voltage exceeds the +1 ■ dirt - source threshold voltage. mode, n-channel device. Transistor Q2 has a dirt electrode vM It operates through one zologram.

VB及び78間でセル110を通して伝導路を形成するためには、トランジスタ Ql−Q3全部をオンしなければならない。これは、ここでは、セルの論理゛O H状態と定義される。論理“1”状態はVB及びvs間で伝導路がないものと定 義される。To form a conductive path through cell 110 between VB and 78, a transistor All Ql-Q3 must be turned on. Here, the logic of the cell is Defined as H state. A logic “1” state is defined as there being no conduction path between VB and vs. be justified.

第14図は、又セルの状態をプログラムし、読出すための演算回路を表わす。ノ ード■8は通常システム接地に接続され、ビット・ノードvBはスイッチSWの 位置により、接地電位又は+5■のどちらかである。抵抗Rの抵抗値は、ノード vB及び78間に伝導路がある場合、ノードvBをほぼ接地電位におくほど十分 に高い値である。FIG. 14 also represents an arithmetic circuit for programming and reading the state of the cell. of Node 8 is normally connected to system ground, and bit node vB is connected to switch SW. Depending on the position, it is either at ground potential or +5■. The resistance value of resistor R is the node If there is a conducting path between vB and 78, it is sufficient to place node vB at approximately ground potential. This is a high value.

セル110の動作に関する次の説明において、メモリー・トランジスタQ2は各 書込サイクルの前にVTOの閾値に消去されたものと仮定する。消去するために は、約100ミリ秒間負プログラム電圧がメモリー電極vMニ供給されるが、y −1’V、 r Vwr VR+ V、%D雷電圧強制されない(すなわち、O V又は5vでよい)。In the following discussion of the operation of cell 110, memory transistor Q2 is Assume that it was erased to the VTO threshold before the write cycle. to erase A negative programming voltage is applied to the memory electrode vM for about 100 ms, but y −1’V, r Vwr VR+V, %D lightning voltage not forced (i.e. O V or 5v).

高い電圧・ぐルスがvMに供給されていかなる現存レベルからでもVTO消去( ERASE )状態に閾値をシフトする。A high voltage signal is supplied to the vM to erase the VTO from any existing level ( Shift the threshold to the ERASE) state.

次の真値表はセル11.0の書込及び消去に対する種種の電圧の組合ねせを与え る。The following truth table gives various voltage combinations for writing and erasing cell 11.0. Ru.

1 0 0 VTO0 201VTOO 310VTI 1 4 1 1 VTOO *0はOVを表わし;1は+5vを表わす**0は伝導を表わし;1は非伝導を 表わすVTI状態へのトランジスタQ2の書込を例示するために、今表■の例3 を考えてみよう。約10の高いデー−ティ・サイクルの1ミリ秒書込パルス(W RITE )が■ヤに供給され、それと同時にvwに+5■が、VB及びvRに OVが供給される。■。における0■レベルはO3を通る伝導を防止し、VBと Vwの電圧の組合わせがQ+ を伝導させ、Ovレベルのn+ドーノド領域11 7をO2のチャンネルに接続する。詳細に後述するように、これは消去されたV TO閾値から書込まれたVTI閾値に、すなわち、結果として生ずるO2の書込 みに重要である。1 0 0 VTO0 201VTOO 310VTI 1 4 1 1 VTOO *0 represents OV; 1 represents +5v **0 represents conductive; 1 represents non-conductive To illustrate writing transistor Q2 to a VTI state representing Let's think about it. A 1 ms write pulse (W RITE) is supplied to ■ya, and at the same time +5■ is supplied to vw and VB and vR. OV is supplied. ■. The 0■ level at prevents conduction through O3, causing VB and The voltage combination of Vw causes Q+ to conduct, and the n+ donode region 11 at the Ov level Connect 7 to the O2 channel. As explained in detail below, this is the erased V From the TO threshold to the VTI threshold written, i.e. the resulting O2 writing It is very important.

セルに対する論理“0′のプログラミングを例示するために、表■の例4を考え よう。ここでは、一群の書込パルス(WRITE )が再びvMに供給され、v wに+5Vが、■、にOvが供給される。しかし、この場合、ビット・メートV Bは+5V信号を受信する。不純物領域117及びゲート122とも+5Vであ るため、Qlは非伝導に維持される。Ql又はO3を通して伝導通路がないため 、それはメモリー・トランジスタQ2を有効に浮遊し、O2の消去閾値電圧の変 更を防止する。To illustrate programming a logic “0” to a cell, consider Example 4 in Table ■. Good morning. Here, a group of write pulses (WRITE) is again supplied to vM, and v +5V is supplied to w, and Ov is supplied to . However, in this case, bit mate V B receives the +5V signal. Both the impurity region 117 and the gate 122 are +5V. Ql is kept non-conducting. Because there is no conducting path through Ql or O3 , which effectively floats memory transistor Q2 and changes the erase threshold voltage of O2. prevent changes.

多数の短い1ミリ秒・ぐルスが書込みの制御をしうるように使用される。すなわ ち、最初に書込電圧(WRITE)の供給は基板表面を深いデシリージョンに駆 動する。A number of short 1 millisecond pulses are used to control writing. Sunawa First, the write voltage (WRITE) is supplied to drive the substrate surface into a deep decision region. move.

それ故、書込電圧(WRITE )は主に基板に供給され、誘電体に対し、チャ ージ・キャリヤを変化する閾値電圧を提供するためには十分な電圧は誘電層には 供給されない。しかし、相当短いieルスでないと、電子−ホールの発生はすぐ に深いデシリージョン領域を崩壊して、VB及びVWの状態に関係なく、該装置 をVTIに書込む。要するに、高いデユーティ・サイクルは、0゜1を除き、す べてのVB及びvwの組合わせについて■つをVTOに書込む(又は維持する) だろうことを保証する。表■の例3であるその組合わせ(VB及びvwが0゜1 )の場合、拡散領域117はO2のチャンネルに電子を供給して瞬間的にその深 いデシリージョン領域を崩壊する。その結果、7Mに対するr−)・バイアスは 誘電体層間に十分な電圧を供給して、O2をそのVTI閾値に書込む。Therefore, the write voltage (WRITE) is mainly supplied to the substrate, and the write voltage (WRITE) is applied to the dielectric. Sufficient voltage must be applied to the dielectric layer to provide a threshold voltage that changes the carrier voltage. Not supplied. However, unless the ie pulse is very short, electron-hole generation will occur immediately. By collapsing the deep decision region, the device is written to the VTI. In short, high duty cycles are all but 0°1. Write (or maintain) one for every VB and VW combination in the VTO. I guarantee you it will. The combination shown in Example 3 of Table ■ (VB and vw are 0°1 ), the diffusion region 117 supplies electrons to the O2 channel and instantly expands its depth. Collapse a large decision region. As a result, the r-) bias for 7M is Apply sufficient voltage across the dielectric layers to write O2 to its VTI threshold.

読出モードはvRに+5vコマンド信号を、vwに+5Vアドレス信号を、VB に高いインピーダンスの+5V信号を、vMに0■読出質問信号を供給して実行 する。VTIの閾値に対しては(例3)、■9の読出電圧(READ )がVT I以下のため、Qzは伝導しない。それ故、ノードvBはノードv8に接地しな い。これはこのセルに対する論理″1#状態に相当する。反対に、VTO閾値に 対しては、vMの読出電圧はQzを伝導させるに十分な電圧である。又、Ql及 びQzが伝導していることにより、ビット・メートVBの+5v高インピーダン ス電圧はノードvSを通して接地される。読出モード中、ノードvBにOvが存 在することは該セルの論理“0”状態に相当する。In the read mode, send a +5V command signal to vR, a +5V address signal to vw, and VB. Execute by supplying a high impedance +5V signal to vM and a 0■ readout question signal to vM. do. For the VTI threshold (Example 3), the read voltage (READ) in ■9 is VT Since it is less than I, Qz does not conduct. Therefore, node vB should not be grounded to node v8. stomach. This corresponds to a logic "1#" state for this cell. Conversely, the VTO threshold In contrast, the read voltage of vM is sufficient to conduct Qz. Also, Ql and +5V high impedance of bit mate VB due to conduction of Qz and Qz. The voltage is grounded through node vS. During read mode, Ov is present in node vB. The presence corresponds to a logic "0" state of the cell.

この発明を実施した3−ダート・メモリー・セル110の応用例として、今、第 15図に表わす4−セル・マトリックス・メモリー・アレイを考察しよう。As an application example of the 3-dart memory cell 110 embodying this invention, Consider the 4-cell matrix memory array depicted in FIG.

これらセルは対称形縦列対に編成された。xx、yx及びXY 、YYのような 各対は隣り合う列にも共通なライン■8と共に、コモン・ラインv8及びコモン ・ビット・ラインvB′t?持つ。vw 及び7w2で指定したワード・ライン はアレイの夫々指定された行のトランジスタQ1に接続される。These cells were organized into symmetrical column pairs. xx, yx and XY, like YY Each pair has a common line v8 and a common line ■8, which is also common to the adjacent column. ・Bit line vB′t? have Word line specified by vw and 7w2 are connected to transistors Q1 in each designated row of the array.

第15図のアレイはVLSI集積回路のレイアウトとして設計された。ラインV 、はドープされた基板領域で形成され、ビット・ラインVBは金属導体であり、 読出ワード及びメモリー・ラインはドープされたポリシリコンであるのが好まし い。第15図のアレイはM行対N列のアレイに拡張することができる。それには 、M行アドレス・ライン及びN列アドレス・ラインが夫々M行の構造上のセル及 びN列ラインをアクセスする必要がある〇 このアレイは前述したように、vMに負プログラム電圧を供給することによって 、ブロック消去される。The array of FIG. 15 was designed as a VLSI integrated circuit layout. line V , is formed of a doped substrate region and the bit line VB is a metal conductor; The read word and memory lines are preferably doped polysilicon. stomach. The array of FIG. 15 can be expanded to an array of M rows by N columns. For that , M row address lines and N column address lines respectively address M rows of structural cells and and N column lines must be accessed. This array can be programmed by supplying a negative program voltage to vM as described above. , the block is erased.

第15図の構成は、関連する1本のVBラインと、各セル対に関連する2本の4 ラインとを使用して、それら対のセルの選択プログラミングを可能にする。例え ば、もし、セルXX及びyxがO及び1に書込まれるべき場合、ラインVB及び VWはOVにされ、正書込ノ41 ルスがラインvMに印加されると共に、ラインvw2に+5vが加えられる。更 に、例として、これらセルを1及び1に書込む場合、VWlにも+5vを印加す ることを除き、上記ノクルス・ジーケンスト同一ノ!ルスを印加fることによっ て、それが達成される。この隣シ合う縦列対XY・YYはVB2が+5Vである 限シ、この書込シーケンスに影響されない。The configuration of FIG. 15 has one associated VB line and two associated four cell pairs. lines to enable selective programming of the cells in those pairs. example For example, if cells XX and yx are to be written to O and 1, lines VB and VW is set to OV and normal write is performed in 41 rus is applied to line vM and +5v is added to line vw2. Change For example, when writing these cells to 1 and 1, apply +5v to VWl as well. Same as Noculus Siegenst above, except that! By applying a And it will be achieved. VB2 of this adjacent column pair XY and YY is +5V. is unaffected by this write sequence.

第15図のアレイを読出すために、読出ラインvRが+5vで付勢され、メモリ ー・ラインvMは読出電圧にセットされ、ビット・ライン信号がラインVB 及 びVB□に印加され、Qz及びセルを通してライン■8に伝導路が形成されたと きに発生した接地電位の存在を示すビット・ライン電圧が読出される。To read the array of FIG. 15, the read line vR is energized with +5v and the memory - line vM is set to the read voltage and the bit line signal is connected to lines VB and and VB□, and a conduction path is formed on line 8 through Qz and the cell. The bit line voltage is read indicating the presence of the ground potential generated at the time.

以上、改良した5NO8及び5ONOSメモリー装置構造及び該構造を使用する 。メモリー・システムを説明した。The above is an improved 5NO8 and 5ONOS memory device structure and use of the structure. . Described the memory system.

以上説明し、表わした模範的装置はn−チャンネルのn+シリコン・グー) 5 NO8/ 5ONO8構造であるが、この発明はアルミニー−ムMNO8のよう な金属ダート構造を含むその他の構造にも適用可能であるということは容易に理 解しうるところであろう。The exemplary device described and represented above is an n-channel n+ silicon goo. NO8/5ONO8 structure, but this invention is similar to aluminum MNO8. It is easy to see that it could also be applied to other structures, including metal dart structures. I think it can be understood.

Si SiOSi、N4 ホ゛リ S;FIG、2 FIG、3 FIG、 6 FIG、7 FIG、 8 FIG、9 メ七す−ゴ【イ乙フ’y4(ス) FIG、t。Si SiOSi, N4 Holly S; FIG, 2 FIG.3 FIG. 6 FIG.7 FIG.8 FIG.9 Me-Nanasu-go [Iotfu’y4 (S) FIG.t.

晴 間 C升) パルス− 国際調査報告Harima C sho) Pulse- international search report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板’(11)と、前記基板(11)上に設けられたメモ′り一酸化 シリコン層(12)と、前記メモリー酸化シリコン層(12)上の窒化シリコン 層(13)と、前記窒化シリコン層(13)上の中間面酸化シリコン層(14) と、前記中間面酸化シリコン層(14)上のダート電極(15)とを含み、前記 メモリー酸化シリコン層(12)は25〜40Xの範囲にある厚さを持ち、前記 中間面酸化72937層(14)は30〜60Xの範囲にある厚さを持つ閾値変 更可能半導体メモリー装置。 2、前記ケ゛−ト電極(15)は多結晶シリコンで形成される請求の範囲1項記 載の閾値変更可能半導体メモリー装置。 3、前記ダート電極(15)はn−形多結晶シリコンで形成される請求の範囲2 項記載の閾値変更可能半導体メモリー装置。 4、前記基板(11)はp−形単結晶シリコンで形成される請求の範囲3項記載 の閾値変更可能半導体メモリー装置。 5 前記窒化シリコン層(13)は150〜250Xの範囲にある厚さを持つ請 求の範囲1項記載の閾値変更可能半導体メモリー装置。[Claims] 1 A semiconductor substrate (11) and a memory monoxide provided on the substrate (11) a silicon layer (12) and silicon nitride on the memory silicon oxide layer (12); a layer (13) and an intermediate silicon oxide layer (14) on said silicon nitride layer (13). and a dart electrode (15) on the intermediate silicon oxide layer (14), The memory silicon oxide layer (12) has a thickness in the range 25-40X and The intermediate oxidation 72937 layer (14) has a threshold variation with a thickness in the range 30-60X. Renewable semiconductor memory device. 2. The gate electrode (15) is formed of polycrystalline silicon. A semiconductor memory device with variable threshold value. 3. Claim 2, wherein the dart electrode (15) is formed of n-type polycrystalline silicon. The threshold value changeable semiconductor memory device described in . 4. According to claim 3, the substrate (11) is formed of p-type single crystal silicon. A semiconductor memory device whose threshold value can be changed. 5. The silicon nitride layer (13) has a thickness in the range of 150 to 250X. A threshold changeable semiconductor memory device according to item 1.
JP57501921A 1981-05-11 1982-05-07 Semiconductor memory device with variable threshold value Pending JPS58500683A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US26238081A 1981-05-11 1981-05-11
US262380FREGB 1981-05-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS58500683A true JPS58500683A (en) 1983-04-28

Family

ID=22997252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57501921A Pending JPS58500683A (en) 1981-05-11 1982-05-07 Semiconductor memory device with variable threshold value

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0078318A4 (en)
JP (1) JPS58500683A (en)
DK (1) DK6283D0 (en)
WO (1) WO1982004162A1 (en)
ZA (1) ZA823251B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59143331A (en) * 1983-01-31 1984-08-16 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション Semiconductor structure
JP2755781B2 (en) * 1990-04-23 1998-05-25 株式会社東芝 Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JPH0548115A (en) * 1991-08-20 1993-02-26 Rohm Co Ltd Nonvolatile semiconductor storage device
JP3635681B2 (en) * 1994-07-15 2005-04-06 ソニー株式会社 Bias circuit adjustment method, charge transfer device, charge detection device, and adjustment method thereof
US6265268B1 (en) * 1999-10-25 2001-07-24 Advanced Micro Devices, Inc. High temperature oxide deposition process for fabricating an ONO floating-gate electrode in a two bit EEPROM device
US6528845B1 (en) * 2000-07-14 2003-03-04 Lucent Technologies Inc. Non-volatile semiconductor memory cell utilizing trapped charge generated by channel-initiated secondary electron injection
US6812517B2 (en) 2002-08-29 2004-11-02 Freescale Semiconductor, Inc. Dielectric storage memory cell having high permittivity top dielectric and method therefor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49116982A (en) * 1973-12-14 1974-11-08

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA942641A (en) * 1970-05-25 1974-02-26 Rca Corporation Semiconductor body of preselected surface potential
DE2723738C2 (en) * 1977-05-26 1984-11-08 Deutsche Itt Industries Gmbh, 7800 Freiburg Semiconductor memory cell for the non-volatile storage of electrical charge and method for their programming
US4131902A (en) * 1977-09-30 1978-12-26 Westinghouse Electric Corp. Novel bipolar transistor with a dual-dielectric tunnel emitter
US4249191A (en) * 1978-04-21 1981-02-03 Mcdonnell Douglas Corporation Stripped nitride structure and process therefor
DE2832388C2 (en) * 1978-07-24 1986-08-14 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Process for the production of MNOS and MOS transistors in silicon gate technology on a semiconductor substrate
US4242737A (en) * 1978-11-27 1980-12-30 Texas Instruments Incorporated Non-volatile semiconductor memory elements
WO1981000790A1 (en) * 1979-09-13 1981-03-19 Ncr Co Silicon gate non-volatile memory device
DE3032364C2 (en) * 1980-08-28 1987-11-12 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Electrically programmable semiconductor read-only memory and process for its manufacture

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49116982A (en) * 1973-12-14 1974-11-08

Also Published As

Publication number Publication date
DK6283A (en) 1983-01-10
EP0078318A4 (en) 1983-06-24
ZA823251B (en) 1983-03-30
DK6283D0 (en) 1983-01-10
EP0078318A1 (en) 1983-05-11
WO1982004162A1 (en) 1982-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6950340B2 (en) Asymmetric band-gap engineered nonvolatile memory device
US10511309B1 (en) Method and device to speed-up leakage based PUF generators under extreme operation conditions
US6456535B2 (en) Dynamic flash memory cells with ultra thin tunnel oxides
US7973370B2 (en) Fully depleted silicon-on-insulator CMOS logic
US4233526A (en) Semiconductor memory device having multi-gate transistors
US7050330B2 (en) Multi-state NROM device
US3978577A (en) Fixed and variable threshold N-channel MNOSFET integration technique
US20060170032A1 (en) Scalable Flash/NV structures and devices with extended endurance
US20020093045A1 (en) P-channel dynamic flash memory cells with ultrathin tunnel oxides
JP2004039965A (en) Nonvolatile semiconductor storage device
KR100268453B1 (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2004235519A (en) Nonvolatile semiconductor memory
US5477068A (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JP2578786B2 (en) Non-volatile memory cell
US11152383B2 (en) Non-volatile memory (NVM) cell structure to increase reliability
US7570521B2 (en) Low power flash memory devices
US6421272B1 (en) Non-volatile semiconductor memory device
JP2003092370A (en) Method of erasing in non-volatile memory device
JP2004134799A (en) Single-bit non-volatile memory cell, its programming method, and its erasing method
US5589700A (en) Semiconductor nonvolatile memory
JPS58500683A (en) Semiconductor memory device with variable threshold value
US11387242B2 (en) Non-volatile memory (NVM) cell structure to increase reliability
TWI615923B (en) Non-volatile sram memory cell and non-volatile semiconductor memory device
US7973348B1 (en) Single transistor charge transfer random access memory
JP3402249B2 (en) Semiconductor storage device