JPS59221893A - 不揮発性半導体メモリ - Google Patents

不揮発性半導体メモリ

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JPS59221893A
JPS59221893A JP58096141A JP9614183A JPS59221893A JP S59221893 A JPS59221893 A JP S59221893A JP 58096141 A JP58096141 A JP 58096141A JP 9614183 A JP9614183 A JP 9614183A JP S59221893 A JPS59221893 A JP S59221893A
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JP
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impurity region
electrode layer
semiconductor substrate
oxide film
memory
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JP58096141A
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JPS6322398B2 (ja
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Hiroshi Nozawa
野沢 博
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C14/00Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down
    • G11C14/0009Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down in which the volatile element is a DRAM cell
    • G11C14/0018Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down in which the volatile element is a DRAM cell whereby the nonvolatile element is an EEPROM element, e.g. a floating gate or metal-nitride-oxide-silicon [MNOS] transistor
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C17/00Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、電気的iき換え可能な不揮発性メモリ(8
2280M)に関するもので、特にそのセル構造に係る
〔発明の技術的背景〕
従来、82280Mのセルとしては、モトローラ社よシ
発表された’FET MOS Ce1l”(I EEE
 、 J 、3oti d−5tate C1rcui
ta 、 Vol、5C−17s P 、82L198
2)が良く知られている。第1図(a)〜(C) Fi
そのセル構造を示すもので、(a)図は等価回路図、(
b)図はノfクーン平面図、(C)図は断面構成図であ
る。図において、Qlはフローティングゲート構造の記
憶用MO8+・ランジスタ、Q2は選択用MO8)ラン
ジスタ、1ノはP型の半導体基板N  ’21  t1
22および123は鱈型の不純物領域、13は薄い酸化
膜、FGはフローティングダート(第1Iリシリコン/
i)、ccはコントロールダート(第2ポリシリコン層
)、SGはセレクトir−ト(第1ポリシリコン層)で
ある。なお、選択用トランジスタQ2の一端は、ビット
線BLに接続され、記憶用MO8)ランジスタQ!のソ
ースケSは例えばデコーダに接続されている。
上記のような構成において、各動作モードにおける各点
の電位関係を下表−1に示す。
表−1 〔背景技術の問題点〕 しかし、上記のような構成では、書き込み時にビット線
BLの電位120Vの高電位に設定するため、ドライブ
能力の大きなデコーダが必要である。また、この書き込
み時、記憶用トランジスタQ!のドレイン・ソース間に
電流が流れてドレイン電位が低下するの全防止する目的
で、ソースS’(i:5Vに設定するため、記憶用トラ
ンジスタQ1のソース側にもデコーダが必要であシ、高
集積化の阻げとなっている。従って、このようなスタテ
f2り読み出し方式の不揮発性半導体メモリは高集積化
が困難であり、小型で大容量のものが得られなかった。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、高密度。
低消費電力で高性能な不揮発性半導体メモリヲ提供する
ことである。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、第1導電型の半導体基
板中に第2導電型の第1不純物領域およびこの第1不純
物領域と所定間隔離間してビット線として用いられる第
2導電型の第2不純物領域全形成し、これら第1.第2
不純物領域間の半導体基板上にダート絶縁膜を介してワ
ード線として用いられるセレクトダート電極層を形成す
る。さらに、上記第1不純物領域に隣接した上記半導体
基板上に絶縁層を介してフローティング電極層、この7
0−ティング電極層上に絶縁層ケ介してコントロール電
極層を順次形成する。そして、上記フローティングダー
トと半導体基板とでセル容蓄ヲ形成するメモリセルを構
成し、情報書き込み時は前記第1不純物領域と半導体基
板との間にファウラーノルドハイムトンネル電流によっ
て上記セル容量全記憶情報に応じて変化し、情報読み出
し時には前記変化したセル容量に対応して生ずる第1不
純物領域の電位変化を第1.第2不純物領域間のチャネ
ル領域および第2不純物領域を介して読み出すように構
成したものである。
このような構成にすることによシ、フローティングダー
トの電荷の有無を、絶縁層(ダート酸化膜)全介在した
70−ティングダートと半導体基板とによって構成され
る容量に蓄積される基板側の電荷量、あるいはポテンシ
ャルをダイナミックに検知して読み出しを行なえる。従
って、記憶用トランジスタのソース領域およびその配線
、デコーダ全不要にでき、高集積化および書き込み時の
過大電流の防止が図れる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第2図はそのメモリセル構造を示すもので、P型
(第1導電型)のシリコン基板(半導体基板)11の一
表面領域内に、n型(第2導電型)の第1不純物領域1
21.およびこの第1不純物領域121と所定間隔離間
して、ビット線として用いられるn型の第2不純物領域
122が形成される。上記第1.第2不純物領域12.
.122間のシリコン基板11上には、ケ゛−ト酸化膜
13全介してワード線として用いられるセレクトゲート
電極層14が形成される。上記第1不純物領域121に
隣接したp型シリコン基板1ノの一表面上には、ダート
酸化膜(絶縁層)15およびこのダート酸化膜15に連
続して一体のフィールド酸化膜16が形成される。上記
ダート酸化膜15上には電気的に絶縁された例えばポリ
シリコンの70一テインググート電極層17が形成され
、このフローティングゲート17上にはポリシリコン酸
化膜(絶縁1m ) 18 k介してポリシリコンのコ
ントロールゲート電極層19が形成される。
なお、第1不純物領域121は記憶用トランジスタのド
レインとして働く。
次に、上記のような構成において、消去、書き込み、お
よび読み出し動作について説明する。
まず、消去時には、記憶用トランジスタのドレイン12
1からフローティングゲート17にファウラーノルドハ
イムトンネル電流によって電子を注入するために、コン
トロールダート19に高電圧(20V)k印加するとと
もに、セレクトゲート(ワード線)14に正の電圧を印
加して選択用トランジスタ全オン状態にし、第2不純物
領域(ビット線)12z’c接地して記憶用トランジス
タのドレイン121 とビット線122とを同電位に固
定する。この結果、フローティングゲート17に電子が
注入されて消去が行なわれ、記憶状態は@1#になる。
一方、消去状態にあるメモリセルに“0”全書き込むに
は、フローティングダート1゛7に注入された電子音引
き出せば良い。従って、コントロールダート19を接地
するとともに、選択された記憶用トランジスタのドレイ
ン121に所定の高電圧が印加されるように選択された
ビット線122および選択されたワード線14に所定の
高電圧(例えば20V)k印加する。これによって、7
0−ティングダート17に蓄積された電子は、ファウラ
ーノルドハイムトンネル電流として記憶用トランジスタ
のドレイン121に引き抜かれ、メモリセルは記憶状態
″0″となって書き込み動作が終了する。上述した動作
を下表−2に一括して示す。
次に、メモリセルから データの読み出しについて第3
図?参照して説明する。第3図は前記第2図のメモリセ
ルからデータをダイナミックに読み出すためのセンス回
路全示している。
なお、メモリセルの記憶状態が”1”(消去状態)の時
は70−テインググート17の直下におけるシリコン基
板1ノの表面電位はOVであシ、′0#の時は正となる
ようにコントロールゲート19の印加電圧全設定する。
図において、ノード20の電位は、前記第2図における
フローティングダート17直下のシリコン基板11の表
面電位を表わし、キャパシタ2ノはこのノード20接地
点間・の容量を表わすものとする。
Q3はビット線122をプリチャージするだめのトラン
ジスタで、そのダートに供給されるダー鼾信号によって
オン/オフ制御されるスイッチとして働く。Qlは記憶
用トランジスタ、Q2はワード線14に供給されるダー
ト信号によってオン/オフ制御される選択用トランジス
タで、メモリセルの出力(記憶用トランジスタQ1の記
憶情報)は、この選択用トランジスタQ2 k介してフ
リップフロップ23に供給され、フリップフロップ23
から情報音読み出す。
次に、上記第3図の回路の動作奮第4図のタイミングチ
ャートを参照して説明する。時刻toにおいて各点の電
位は“′O#レベルであシ、tlのタイミングでワード
練14の電位(トランジスタQ2のケ゛−ト電位)およ
びトランシタQ3のグー!・電位が1”レベルに立チ上
がると、キャパシタ21に充電されていた電荷はトラン
ジスタQ2 、Q3に介して放電され、ノード2θの電
位はパ0#レベルになる。次に、tSのタイミングで記
憶用トランジスタ。lが例え/d f :I−r K 
、1:って選択されコントo −ル)f −ト19の電
位が″1″レベルに立ち上がると、メモリセルの記憶情
報が′0#(書き込みが行なわれてフローティングダー
ト17に電荷が蓄積されていない状態)の時のみ70−
チイングケ゛−ト17の直下の表面電位が正になシ、キ
ャパシタ2Jの一方の′電極側ノード2oの電位が正に
変化する。次に、t3のタイミングでワード想14の電
位(トランジスタ。2のダート電位) di ” ]、
 ”レベルに立ち上がると、このトランジスタQ2がオ
ンし、ノルド2oの電位状態はフリップフロップ23に
転送される。このフリップフロップ23の出力は、前記
ノード2゜の電位が0″か正かに応じて実線あるいは破
線で示すようにIt Ojあるいはll1Wレベルにな
る。上記フリップフロップ23は、時刻t4において印
加されfcシセット信信号例よってリセットされる。
この発明によれば、以下に記すような程々の効果が得ら
れる。第1に、前記第2図のメモリセルの・ザターン面
積は第5図(a)に示ス如く14μm×10μm=14
0μm2であるのに対し、同一条件下における前記第1
図の従来のメモリセルの寸法は、第5図(b)に示す如
く17μmX10珈司7゜μm2であシ、この発明によ
れば1つのメモリセルの面積が従来の82%に縮小でき
る。第2に、第3図で説明したように、この発明による
不揮発性半導体メモリはダイナミック方式の読み出しを
行なうので、スタティック方式よシも゛読み出しに要す
る電力は約半分で済むので、消費電力全低減できる。第
3に、前記第1図の不揮発性半導体メモリでは、書き込
み時のドレイン電位の低下を防止するため、記憶用トラ
ンジスタQ+のチャネル幅を充分大きく設定するととも
に、選択された記憶用トランジスタのソース電位を上げ
る(デコーダが必要となる)必要があったが、第2図の
回路ではこのようなことを考慮する必要はなく、記憶用
トランジスタを小さくでき、魯き込み時にも過大な電流
は流れない。
第6図はこの発明の他の実施例を示すもので、図におい
て前記第2図と同一構成部には同じ符号葡付してその説
明は省略する。すなわち、ここではファウラーノルドハ
イムトンネル電流による消去および書き込みを容易九行
ない得るように、ダート酸化膜15の一部の領域に、薄
い酸化膜の窓15af形成し、この窓15a下のシリコ
ン基板11内に第1不純物領域121と結合してn型で
接合の浅い第3不純物領域24を形成したものである。
このような構成によれば、消去時にコントロールゲート
19に印加される電圧、および書き込み時に第1不純物
領域121に印加される電圧が比較的低くてもファウラ
ーノルド、ハイムトンネル電流を生じ易くでき、動作電
源電圧を低く設定できる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、高密度、低消費
電力で高性能な不揮発性メモリが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の不揮発性半導体メモリ全説明するための
図、第2図はこの発叫の一実施例に係る不揮発性半導体
メモリのメモリセル構造金示す断面構成図、第3図およ
び第4図はそれぞれ上記第2図のメモリセルにおけるデ
ータの読み出し全説明するための回路図およびタイミン
グチャート、第5図はこの発明と従来の夫々のメモリセ
ルの寸法を示したパターン平面図、第6図はこの発明の
他の実施例を説明するための断面構成図である。 11・・・半導体基板、121・・・第1不純物領域、
122・・・第2不純物領域、13・・・ダート酸化膜
、14・・・セレクトゲート電極層、15・・・ダート
電極(絶縁層)、17・・・フローティングダート電極
層、18・・・、l IJシリコン酸化膜(絶縁層)、
19・・・コントロールケ”−)!極層、1s a・・
・窓、24・・・第3不純物領域。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 GCGSG 第2図 第3図 1 □日戸

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基板と、この半導体基板中に
    形成される第2導電型の第1不純物領域と、上記第1不
    純物領域と所定間隔級間して形成されビット線として用
    いられる第2導電型の第2不純物領域と、これら第1.
    第2不純物領域間の半導体基板上にダート絶縁膜を介し
    て形成されワード線として用いられるセレクトダート電
    極層と、上記第1不純物領域に隣接したゝ\ 上記半導体基板上に1一層金介して形成される70一テ
    インググート電極層と、このフローティングゲート電極
    層上に絶縁層を介して形成されるコントロールゲートと
    から成シ、上記70−ティングケ゛−トと半導体基板間
    とでセル容量音形成するメモリセルと、情報書き込み時
    は前′  記憶1不純物領域と半導体基板との間にファ
    ウラーノルドハイムトンネル電流によって上記セル容量
    を記憶情報に応じて変化する手段と、情報読み出し時に
    は前記変化したセル容量に対応して生ずる第1不純物領
    域の電位変化全第1゜第2不純物領域間のチャネル領域
    および第2不純物領域を介して読み出す手段とを具備す
    ること全特徴とする不揮発性半導体メモリ。
  2. (2)前記第1不純物領域に隣接した半導体基板上の絶
    縁層は、薄い酸化膜から成る芦き込み消去用の窓を有し
    、この窓の下に前記第1不純物領域と結合して第2導電
    型で接合の浅い第3不純物領域が形成されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の不揮発性半導体メモ
    1几
JP58096141A 1983-05-31 1983-05-31 不揮発性半導体メモリ Granted JPS59221893A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1437742A1 (en) * 2003-01-09 2004-07-14 eMemory Technology Inc. Method for controlling a non-volatile dynamic random access memory
US6829166B2 (en) 2002-09-13 2004-12-07 Ememory Technology Inc. Method for controlling a non-volatile dynamic random access memory

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5165532A (ja) * 1974-10-22 1976-06-07 Siemens Ag
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EP1437742A1 (en) * 2003-01-09 2004-07-14 eMemory Technology Inc. Method for controlling a non-volatile dynamic random access memory

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