JPS586237B2 - フキハツセイハンドウタイキオクソウチ - Google Patents

フキハツセイハンドウタイキオクソウチ

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JPS586237B2
JPS586237B2 JP50071763A JP7176375A JPS586237B2 JP S586237 B2 JPS586237 B2 JP S586237B2 JP 50071763 A JP50071763 A JP 50071763A JP 7176375 A JP7176375 A JP 7176375A JP S586237 B2 JPS586237 B2 JP S586237B2
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JP
Japan
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transistor
memory
memory transistor
type
gate
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JP50071763A
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JPS51147928A (en
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菊地正典
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • H10D30/681Floating-gate IGFETs having only two programming levels
    • H10D30/684Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by hot carrier injection
    • H10D30/686Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by hot carrier injection using hot carriers produced by avalanche breakdown of PN junctions, e.g. floating gate avalanche injection MOS [FAMOS]

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は新規な構造を有する不揮発性半導体記憶装置
に関し、特に、新規な構造を有する書き換え可能な不揮
発性半導体記憶装置用メモリセル.に関する。
不揮発性の半導体記憶装置は一般にPチャンネルのエン
ハンスメント型のスタックドゲートトランジスタを用い
、このスタックドゲートに電子を注入しチャンネを形成
をすることにより書込んで,いるが、最近動作速度の早
いNチャンネルトランジスタを用いた累積回路が望まれ
、特に不揮発性メモリの分野でもそれが望まれる。
しかし、Nチャンネルのトランジスタメモリでは、スタ
ックドゲートに正孔を注入して書込まざるを得なくなり
、よって動作速度が落ちる欠点がある。
本発明の目的は動作速度の速いNチャンネルの不揮発性
半導体記憶装置を提供するものである。
本発明の不揮発性半導体記憶装置用メモリセルはP型半
導体基体上に作製されたNチャンネルデイブレツション
型スタックドゲートMOS電界効果メモリトランジスタ
と、同一基体上に作製されこのメモリトランジスタに直
列接続されたスイッチ用Nチヤンネルエンハンスメント
型MOS電界効果トランジスタより成る。
さらにこのメモリトランジスタではドレインN型拡散領
域に少くとも一部接して基体より導電型不純物濃度の高
いP型拡散領域が追加されていると共に、メモリトラン
ジスタの制御ゲート電極はスイッチ用トランジスタのド
レインN型拡散領域に接続されている。
本発明のメモリセルに書き込みを行うには、スイッチ用
トランジスタのゲート電極に正電圧を印加してスイッチ
用トランジスタを導通状態とし、このスイッチ用トラン
ジスタを通してメモリトランジスタのドレインに正の高
電圧を印加することによりメモリトランジスタのドレイ
ンN型拡散領域とP型拡散領域との間にアバランシエブ
レークダウンを発生させる。
この際、本発明メモリセルの構成法より必然的にメモリ
トランジスタの制御ゲート電極には上記ブレークダウン
電圧より高い正電圧が印加されている為、アバランシエ
ブレークダウンによって発生した高エネルギーの電子−
正孔対の内、電子だけを選択的にメモリトランジスタの
浮遊ゲート電極に注入することができる。
本発明メモリセルに於けるメモリトランジスタではゲー
ト絶縁膜直下の基体表面に、ドレインN型拡散領域に少
くとも一部接して基体より導電型不純物濃度の高いP型
拡散領域が追加されているので、電子注入の為のブレー
クダウン電圧を下げかつ電子の注入効果を大巾に向上さ
せることが可能である。
このことは本発明メモリセルを用いてIC化する場合に
特に有利である。
即ち書き込み時に於いてアバランシエブレークダウンの
発生をメモリトランジスタの所要の個所にのみ限定し、
ICの他の回路部分では全くブレークダウンが発生しな
い様に出来る。
この様に、メモリトランジスタのデイブレツション型の
場合を例えば“0”の状態とし、これに対し浮遊ゲート
に電子を注入することによりエンハンスメント型に変化
した場合を“1”の状態とする不揮発性記憶動作が達成
される。
本発明のメモリセルで消去を行うには大きく分けて次の
二つの方法が可能である。
即ち一つは、電子注入を行ったメモリトランジスタにX
線、紫外線等の高エネルギー線を照射して、浮遊ゲート
内の電子をエネルギー励起し基体側に放出させ、メモリ
トランジスタをエンハンスメント型からデイブレツショ
ン型に戻す方法である。
他の一つは、消去も電気的に行う方法である。
これはメモリトランジスタの制御ゲートとスイッチ用ト
ランジスタのドレインとを接地し、メモリトランジスタ
のソースに正の高電圧を印加して、ソースN型拡散領域
とP型基体との間にアバランシエブレークダウンを発生
させる。
この際、浮遊ゲート電極は電子の注入により負電位にな
っているので、上記ブレークダウンにより発生した高エ
ネルギーの電子−正孔対の内正孔が選択的にゲート絶縁
膜を通して浮遊ゲートに注入され、既に注入されている
電子電荷を相殺する為、メモリトランジスタはエンハン
スメント型からデイプレツション型に変化する。
従って本発明によれば、電気的にも書き換え可能な不揮
発性半導体記憶装置用メモリセルな容易に実現すること
が出来る。
又本発明メモリセルはスイッチ用MOS型トランジスタ
のゲートとドレインとによりフルデコードできるので、
大容量不揮発性半導体記憶装置への応用も容易である。
さらに本発明メモリセルに於いては、メモリトランジス
タのドレインN型拡散領域に少くとも一部接して追加さ
れた基体より導電型不純物濃度の高いP型拡散領域の存
在により、書き込み時の電圧を低《、書き込み速度を速
くすることができるとともに、書き込み時のアバランシ
エブレークダウンの発生をメモリトランジスタの一部に
のみ限定できるので信頼性が高く、かつ書き込み歩留り
の高い不揮発性半導体記憶装置用メモリセルを提供する
ことが可能である。
次に本発明を実施例につき図面を参照しながら詳しく説
明する。
第1図A,Bはそれぞれ本発明不揮発性半導体記憶装置
用メモリセルの断面模型図、平面模型図を示す。
第1図に於いて比抵抗約10Ω一cmのP型単結晶シリ
コン半導体基体1の一主平面2の近傍に約1000℃で
の高温リン拡散によって形成された表面濃度約1019
/cm、深さ約1.7μのN型拡散領域、即ちスタック
ドゲート型メモリトランジスタのソース領域3、メモリ
トランジスタのドレインとスイッチ用MOS型トランジ
スタのソースとの共通領域4、スイッチ用トランジスタ
のドレイン領域5とが間隔を置いて設けられている。
6はメモリトランジスタとスイッチ用トランジスタとの
ゲート絶縁膜で、基体シリコンの約1000℃での高温
熱酸化法によって形成された膜厚約1000ÅのSiO
2膜であり、7は同様に形成された膜厚約1μのフィー
ルドSiO2膜である。
8はSiH4の約500℃での高温熱分解によって形成
した多結晶シリコンよりなるメモリトランジスタの浮遊
ゲート電極、9は同様に形成したスイッチ用トランジス
タの多結晶シリコンゲート電極である。
10,11,12はSiO2膜に穿たれたコンタクト孔
で、それぞれ膜厚約1.2μのアルミニウム膜により形
成されたメモリトランジスタのソース電極13、スイッ
チ用トランジスタのゲート引き出し電極15、スイッチ
用トランジスタのドレイン電極16への接続の為のもの
である。
14はアルミニウム膜よりなるメモリトランジスタの制
御ゲート電極で、スイッチ用トランジスタのドレイン電
極16に接続されている。
17はメモリトランジスタをデイブレツション型にする
為にエネルギー約150KeV、ドーズ量約1012/
cm2でイオン注入技術を利用して形成した低濃度N型
領域であり、18はメモリトランジスタのゲート絶縁膜
直下の基体表面に一部N型領域4に接して設けられた、
基体1より導電型不純物濃度の高い表面濃度約1017
/cm2のP型ボロン拡散領域である。
このメモリセル各部のパターン形状の決定は標準の写真
蝕刻法によるマスクとツチング技術を利用して行った。
この様にして作製した本発明メモリセルでは一例として
基体電圧−5V、スイッチ用トランジスタのゲート電圧
20V、メモリトランジスタのソースOPENの時、メ
モリトランジスタの制御ゲートスイッチ用トランジスタ
のドレインとの共通端子に25Vの書込パルス電圧を印
加した所、数10msでメモリトランジスタはフローテ
イングゲートから見た闘値電圧が約−5Vのデイブレツ
ション型から、約+5Vのエンハンスメント型に変化し
、即ち“書込”が出来た。
一度書込を行った本発明メモリセルに例えば波長Å=2
357Åの水銀ランプによる紫外線を照射した所、数分
で浮遊ゲート中に注入された電子は基体側に放出され、
メモリトランジスタはエンハンスメント型から初期のデ
イブレツション型に戻り、即ち“消去”が出来た。
あるいは又、書込を行った本発明メモリセルに於いて、
例えば基体電圧−10V、スイッチ用トランジスタのゲ
ート電圧OV、メモリトランジスタの制御ゲートとスイ
ッチ用トランジスタのドレインとの共通端子電圧OVの
時、メモリトランジスタのソースに約30Vの電圧を印
加した所浮遊ゲートへの正孔注入により数10秒で電気
的に“消去”することもできた。
又本発明メモリセルは“書込”⇔“消去”の繰り返し動
作、書込んだ情報の保持等に関しても非常に優れた特性
を示した。
第2図は本発明不揮発性半導体記憶装置用メモリセルの
他の実施例を示す断面模型図である。
第2図に於いて第1図と同一番号の部分はデバイスの同
一個所を示している。
第2図では第1図に比べ、メモリトランジスタのゲート
SiO2膜6がドレイン近傍で膜厚約600Åと一部薄
くなっている(19)。
この一部薄いゲートSiO2膜19の存在により、書込
即ち浮遊ゲートへの電子の注入効率を大巾に向上させる
ことが出来た。
第3図は本発明メモリセルのさらに他の実施例を示す断
面模型図である。
第3図では、第1図に比べ電気的消去特性を向」ニさせ
る目的で、正孔の浮遊ゲートへの注入が起るメモリトラ
ンジスタのソース領域近傍でゲートSiO2膜6が一部
約600Åと薄くなっている(20)。
第4図は本発明メモリセルのさらに他の実施例を示す断
面模型図である。
第4図は第2図、第3図の実施例を組み合せたもので、
メモリトランジスタのケートSiO2膜6はソース、ド
レイン両領域近傍で膜厚約600Åと薄くなっており、
これによって電子、正孔の浮遊ゲートへの注入効率を上
げ、書込、消去特性を向上させている。
第5図は本発明メモリセルのさらに他の実施例を示す断
面模型図であり、第4図の変形を示している。
第5図では書込、消去特性を向上させる為に、メモリト
ランジスタのゲートSiO2膜は、スイッチ用トランジ
スタのゲートSiO2膜6に比べ全面に渡って膜厚約6
00Åと薄くなっている。
以上、上述の実施例は単に例示の為のものであり、本発
明がこれに限定されるものでないことは本文の説明より
明らかである。
例えばシリコン半導体基体や各部拡散領域の不純物濃度
、ゲートSiO2やフィールドSiO2の膜厚を変える
こともできるし、さらには装置各部の材料や製法の変更
も可能である。
又書込、消去、読出し動作に際して装置各部に印加する
電圧の大きさ等も各種デバイスパラメータや使用条件に
応じて適宜選択可能である。
要するにこの明細書及び特許請求の範囲に記載された如
き、この発明の精神と範囲とを逸脱することなく、種々
の改変をこなすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A,Bは本発明の不揮発性半導体記憶装置用メモ
リセルの一実施例を示す断面模型図、平面模型図であり
、第2図ないし第5図はそれぞれ本発明メモリセルの他
の実施例を示す断面模型図である。 1・・・・・・単結晶P型シリコン半導体基体、2・・
・・・・基体の一主平面、3・・・・・・メモリトラン
ジスタのソースN型拡散領域、4・・・・・・メモリト
ランジスタのドレインとスイッチ用トランジスタのソー
スとの共通N型拡散領域、5・・・・・・スイッチ用ト
ランジスタのドレインN型拡散領域、6・・・・・・メ
モリトランジスタとスイッチ用トランジスタのゲートS
iO2膜、7・・・・・・フィールドSiO2膜、8・
・・・・・多結晶シリコン浮遊ゲート電極、9・・・・
・・多結晶シリコンゲート電極、10,11,12・・
・・・・コンタクト孔、13,14,15,16・・・
・・・アルミニウムのソース、制御ゲート、ゲート、ド
レイン電極、17・・・・・・低濃度N型層、18・・
・・・・基体より導電型不純物濃度の高いP型拡散領域
、19,20,21・・・・・・メモリトランジスタの
薄いゲートSiO2膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所定のP型半導体基体の一主平面近傍に間隔を置い
    て設けられたN型のソース、ドレイン領域と、該二領域
    間の基体表面上にゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に
    形成された浮遊ゲート電極と、該浮遊ゲート電極上に絶
    縁膜を介して形成された制御ゲート電極とを備えた不揮
    発性のメモリトランジスタと、前記メモリトランジスタ
    の前記ドレイン領域と共通接続されたソース領域と、前
    記メモリトランジスタの前記制御ゲート電極と共通接続
    されたドレイン領域とを備えたスイッチング用トランジ
    スタとを含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置
JP50071763A 1975-06-13 1975-06-13 フキハツセイハンドウタイキオクソウチ Expired JPS586237B2 (ja)

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JPS51147928A JPS51147928A (en) 1976-12-18
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55105374A (en) * 1979-02-07 1980-08-12 Nec Corp Nonvolatile semiconductor memory
JPS6325980A (ja) * 1986-07-17 1988-02-03 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JPS6345862A (ja) * 1986-08-13 1988-02-26 Res Dev Corp Of Japan 半導体不揮発性メモリ
JP2814263B2 (ja) * 1989-05-30 1998-10-22 セイコーインスツルメンツ株式会社 半導体不揮発性メモリ

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