JPS59229872A - 不揮発性メモリおよびその駆動方法 - Google Patents
不揮発性メモリおよびその駆動方法Info
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- JPS59229872A JPS59229872A JP58105188A JP10518883A JPS59229872A JP S59229872 A JPS59229872 A JP S59229872A JP 58105188 A JP58105188 A JP 58105188A JP 10518883 A JP10518883 A JP 10518883A JP S59229872 A JPS59229872 A JP S59229872A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、フローティングゲート領域および制御ゲート
領域の二層ゲート構造を有するＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ −
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ −５ｉｌｉｃｏｎ ）電界効果ト
ランジスタ構造の不揮発性メモリとその駆動方法に関す
る０従来例の構成とその問題点 ＭＩＳ電界効果トランジスタ構造の不揮発性メモリは、
とくに、電気的に書き換え可能な二層ゲート構造を有す
るもの、すなわち、７０−ティングゲート領域および制
御ゲート領域を有するＭＩＳ電界効果トランジスタ構造
を単位セルとしたものが代表的である。ところが、この
二層ゲート構造の不揮発性メモリでは、その動作特性と
して、書込み時には書込み特性が良好であることと併せ
て、読出し時、とりわけ、連続読出し状態の時には、書
込み信号が入力されて誤書込みが生じないように、書込
み特性は悪い方が望ましいという、互いに相反する性能
が要求される。このような相反する性能を持たせるには
、構造上あるいは、駆駆方法において格別の平文てが必
要であるが、その効果的方策は、従来、なかなか見出さ
れていなかった。
領域の二層ゲート構造を有するＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ −
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ −５ｉｌｉｃｏｎ ）電界効果ト
ランジスタ構造の不揮発性メモリとその駆動方法に関す
る０従来例の構成とその問題点 ＭＩＳ電界効果トランジスタ構造の不揮発性メモリは、
とくに、電気的に書き換え可能な二層ゲート構造を有す
るもの、すなわち、７０−ティングゲート領域および制
御ゲート領域を有するＭＩＳ電界効果トランジスタ構造
を単位セルとしたものが代表的である。ところが、この
二層ゲート構造の不揮発性メモリでは、その動作特性と
して、書込み時には書込み特性が良好であることと併せ
て、読出し時、とりわけ、連続読出し状態の時には、書
込み信号が入力されて誤書込みが生じないように、書込
み特性は悪い方が望ましいという、互いに相反する性能
が要求される。このような相反する性能を持たせるには
、構造上あるいは、駆駆方法において格別の平文てが必
要であるが、その効果的方策は、従来、なかなか見出さ
れていなかった。
発明の目的
本発明は上述の問題点を解消するものであり、簡潔で、
実用的な構造の不揮発性メモリおよびその駆動方法を提
供するものである。
実用的な構造の不揮発性メモリおよびその駆動方法を提
供するものである。
発明の構成
本発明は、第１に、半導体基板上に絶縁層を介して、フ
ローティングゲート領域および制御ゲート領域を有する
とともに、前記半導体基板部に形成されるソース領域お
よびドレイン領域のうちのいずれか一方を深い拡散領域
となし、この深い拡散領域の一部を、前記フローティン
グゲート領域に対して、大きく重ね合わせた構造の不揮
発性メモリであり、第２に、この不揮発性メモリの駆動
にあたって、前記深い拡散領域に対して、書込み時にド
レイン電圧を印加し、読出し時にソース電圧を印加する
駆動方法であり、これにより、書込み動作嘩ノ書込み効
率を向上させるとともに、読出し動作時に、そのドレイ
ン電極機能をなしている領域側から起こる誤書込み動作
を抑制し、さらに、フローティングゲート領域からの電
荷抜けが生じたときにも、読出し信号を確実に保持する
ことができ、総じて、メモリ機能動作の安定性、信頼性
を向上させることができる。
ローティングゲート領域および制御ゲート領域を有する
とともに、前記半導体基板部に形成されるソース領域お
よびドレイン領域のうちのいずれか一方を深い拡散領域
となし、この深い拡散領域の一部を、前記フローティン
グゲート領域に対して、大きく重ね合わせた構造の不揮
発性メモリであり、第２に、この不揮発性メモリの駆動
にあたって、前記深い拡散領域に対して、書込み時にド
レイン電圧を印加し、読出し時にソース電圧を印加する
駆動方法であり、これにより、書込み動作嘩ノ書込み効
率を向上させるとともに、読出し動作時に、そのドレイ
ン電極機能をなしている領域側から起こる誤書込み動作
を抑制し、さらに、フローティングゲート領域からの電
荷抜けが生じたときにも、読出し信号を確実に保持する
ことができ、総じて、メモリ機能動作の安定性、信頼性
を向上させることができる。
実施例の説明
本発明を、以下に、図示の実施例断面図を参照して、詳
しくのべるＯ ｐ形シリコン基板１の所定表面部域に、ソース領域２お
よびドレイン領域３を、周知のイオン打込み法あるいは
熱拡散法によるｎ形不純物の選択的導入技術を用いて、
それぞれ形成する。このとき、ドレイン領域３は、ソー
ス領域２より深い拡散領域が形成されるように、工程の
付加あるいはｎ形不純物の選択を行って形成する。フロ
ーティングゲート領域４および制御ゲート領域５ｉｄ、
例えば、導電性多結晶シリコン層を用いて、薄い二酸化
シリコン膜でなる絶縁層６を介して、Ｐ形シリコン基板
１上のソース領域２およびドレイン領域３にまたがるよ
うに形成し、とくに、ドレイン領域３の側では大きな重
なｐ合い幅Ｗ１ をもつように形成する。そして、他方
のソース領域２の側では、その重なり合い幅Ｗ２を／Ｊ
Ｘさくして、Ｗｌ〉Ｗ２の関係になし、面積的に無視で
きる程度にする。なお、単一の選択拡散マスク工程によ
って、ソース、ドレインの各領域を形成する場合でも、
ドレイン領域３のみが深く形成される手法を用いれば、
そのドレイン領域３の側で重なり合い幅Ｗつを必然的に
大きくすることが可能である。ソース領域２、ドレイン
領域３および制御ゲート領域６には、例えば、アルミニ
ウムの蒸着膜により、それぞれに取出し電極層７，８お
よび同９を設けて、不揮発性メモリセル（単位素子）を
完成する。
しくのべるＯ ｐ形シリコン基板１の所定表面部域に、ソース領域２お
よびドレイン領域３を、周知のイオン打込み法あるいは
熱拡散法によるｎ形不純物の選択的導入技術を用いて、
それぞれ形成する。このとき、ドレイン領域３は、ソー
ス領域２より深い拡散領域が形成されるように、工程の
付加あるいはｎ形不純物の選択を行って形成する。フロ
ーティングゲート領域４および制御ゲート領域５ｉｄ、
例えば、導電性多結晶シリコン層を用いて、薄い二酸化
シリコン膜でなる絶縁層６を介して、Ｐ形シリコン基板
１上のソース領域２およびドレイン領域３にまたがるよ
うに形成し、とくに、ドレイン領域３の側では大きな重
なｐ合い幅Ｗ１ をもつように形成する。そして、他方
のソース領域２の側では、その重なり合い幅Ｗ２を／Ｊ
Ｘさくして、Ｗｌ〉Ｗ２の関係になし、面積的に無視で
きる程度にする。なお、単一の選択拡散マスク工程によ
って、ソース、ドレインの各領域を形成する場合でも、
ドレイン領域３のみが深く形成される手法を用いれば、
そのドレイン領域３の側で重なり合い幅Ｗつを必然的に
大きくすることが可能である。ソース領域２、ドレイン
領域３および制御ゲート領域６には、例えば、アルミニ
ウムの蒸着膜により、それぞれに取出し電極層７，８お
よび同９を設けて、不揮発性メモリセル（単位素子）を
完成する。
この不揮発性メモリセルを動作させるＫは、先ず、ソー
ス領域２を零あるいは負電位、ドレイン領域３を正電位
とするドレイン電圧ＶＤを与えると、副領域間のｐ形７
リコン基板１の表面部に形成された導電チャネル層を通
じて、電子電流が生じる。そして、このドレイン電圧Ｖ
Ｄを順次増大していくと、チャネル層を通る電子電流は
、弱いアバランシェ効果によって、キャリア拳インジェ
クション現象を起こし、同チャネル層のドレイン領域３
の近傍から、フローティングゲート領域４に電子が注入
される。このとき、制御ゲート領域５には、電極層９を
通じて、高い正電圧を印加して、電子の注入を加速する
ような電界が誘起されるようにする。フローティングゲ
ート領域４に電子が十分に注入された状態がメモリセル
の書込み状態であり、逆の電界を印加して、その電子を
基板側に戻さない限り、不揮発的にこの状態が保持され
、これがメモリ機能をなすのである。
ス領域２を零あるいは負電位、ドレイン領域３を正電位
とするドレイン電圧ＶＤを与えると、副領域間のｐ形７
リコン基板１の表面部に形成された導電チャネル層を通
じて、電子電流が生じる。そして、このドレイン電圧Ｖ
Ｄを順次増大していくと、チャネル層を通る電子電流は
、弱いアバランシェ効果によって、キャリア拳インジェ
クション現象を起こし、同チャネル層のドレイン領域３
の近傍から、フローティングゲート領域４に電子が注入
される。このとき、制御ゲート領域５には、電極層９を
通じて、高い正電圧を印加して、電子の注入を加速する
ような電界が誘起されるようにする。フローティングゲ
ート領域４に電子が十分に注入された状態がメモリセル
の書込み状態であり、逆の電界を印加して、その電子を
基板側に戻さない限り、不揮発的にこの状態が保持され
、これがメモリ機能をなすのである。
ここで、書込み特性について詳しくみると、フローティ
ングゲート領域４とｐ形シリコン基板１０表面部のチャ
ネル層との間の静電容量をＣ１とし、７０−ティングゲ
ート領域４と制御ゲート領域５との間の静電容量をＣ２
とし、フローティング領域４とドレイン領域３との間の
静電容量を０３とし、さらに、フローティングゲート領
域４とソース領域２との間の静電容量をＣ４として、ソ
−ス領域２の電位を基準（零）にして、制御ゲート領域
５の電圧をｖｃＧ１ドレイン電圧をＶＤとするとき、７
０−ティングゲート領域４の実効電圧■ＦＧｒ１次式で
表わされる。
ングゲート領域４とｐ形シリコン基板１０表面部のチャ
ネル層との間の静電容量をＣ１とし、７０−ティングゲ
ート領域４と制御ゲート領域５との間の静電容量をＣ２
とし、フローティング領域４とドレイン領域３との間の
静電容量を０３とし、さらに、フローティングゲート領
域４とソース領域２との間の静電容量をＣ４として、ソ
−ス領域２の電位を基準（零）にして、制御ゲート領域
５の電圧をｖｃＧ１ドレイン電圧をＶＤとするとき、７
０−ティングゲート領域４の実効電圧■ＦＧｒ１次式で
表わされる。
・・・・・・（１）
（１）式から明らかなように、フローティングゲート領
域４とドレイン領域３との重なり合いの幅Ｗ１が大きく
、この部分の静電容量Ｃ３が犬であると、フローティン
グゲート領域４の実効電圧■ＦＧは大きな値になる。し
たがって、ＭＩＳ電界効果トランジスタの原理により、
チャネル層の電子電流は増大され、それに比例して、フ
ローティングゲート領域４に注入される電子の量（電荷
）も増加する。このことは、メモリ素子としての書込み
特性が向上することを意味する。
域４とドレイン領域３との重なり合いの幅Ｗ１が大きく
、この部分の静電容量Ｃ３が犬であると、フローティン
グゲート領域４の実効電圧■ＦＧは大きな値になる。し
たがって、ＭＩＳ電界効果トランジスタの原理により、
チャネル層の電子電流は増大され、それに比例して、フ
ローティングゲート領域４に注入される電子の量（電荷
）も増加する。このことは、メモリ素子としての書込み
特性が向上することを意味する。
一方、ソース領域２およびドレイン領域３に印加される
電圧の極性だけを逆にする、つまり、領域３をソース領
域とし、領域２をドレイン領域として、この領域２にド
レイン電圧ＶＤを印加すると、フローティングケート領
域４の実効電圧Ｖ′ＦＧは次式で表わされるものになる
。
電圧の極性だけを逆にする、つまり、領域３をソース領
域とし、領域２をドレイン領域として、この領域２にド
レイン電圧ＶＤを印加すると、フローティングケート領
域４の実効電圧Ｖ′ＦＧは次式で表わされるものになる
。
・・・・（２）
しかし、この場合、領域２とフローティングゲート領域
４との重なり合い嘱Ｖｉ’１Ｖｉ小さいので、その両領
域間の静電容量０４も小さく、したがって、（２）式は
、右辺第２項が無視できることから、となる。すなわち
、この場合は、ドレイン電圧の影響がなくなり、フロー
ティングゲート領域４の実効電圧”ＦＧが、（１）式の
場合より、で表わされる差電圧ΔｖＦＧだけ小さくなる
０したがって、この分だけ書込み特性が低下する。そこ
で、この特性を利用して、読出し時に、ドレイン電圧Ｖ
Ｄの印加を、領域２および領域３とで反転させると、上
述のように書込み特性が低下しているので、このメモリ
セルが受ける誤書込みに対して、その影響を小さくでき
る。また、フローティングゲート領域４の実効電圧が小
さいと、同領域４から、例えば、リーク等の現象によっ
て注入電子が減少する、いわゆる、電荷抜けが生じても
、このメモリセルが導通する状態（つまり、消去状態）
への転化は起こり難く、したがって、リテンションに対
する信頼性も向上する。
４との重なり合い嘱Ｖｉ’１Ｖｉ小さいので、その両領
域間の静電容量０４も小さく、したがって、（２）式は
、右辺第２項が無視できることから、となる。すなわち
、この場合は、ドレイン電圧の影響がなくなり、フロー
ティングゲート領域４の実効電圧”ＦＧが、（１）式の
場合より、で表わされる差電圧ΔｖＦＧだけ小さくなる
０したがって、この分だけ書込み特性が低下する。そこ
で、この特性を利用して、読出し時に、ドレイン電圧Ｖ
Ｄの印加を、領域２および領域３とで反転させると、上
述のように書込み特性が低下しているので、このメモリ
セルが受ける誤書込みに対して、その影響を小さくでき
る。また、フローティングゲート領域４の実効電圧が小
さいと、同領域４から、例えば、リーク等の現象によっ
て注入電子が減少する、いわゆる、電荷抜けが生じても
、このメモリセルが導通する状態（つまり、消去状態）
への転化は起こり難く、したがって、リテンションに対
する信頼性も向上する。
なお、本発明はｎ形シリコン基板を用いて、ソース、ド
レインの各領域をｐ形不純物の導入によって形成したＭ
ＩＳ電界効果トランジスタ構造、すなわち、ｐ形チャイ
・ル構造に適用しても、電荷の性質が異なることによる
印加電圧の極性を考慮することにより、同様の作用が確
認される。
レインの各領域をｐ形不純物の導入によって形成したＭ
ＩＳ電界効果トランジスタ構造、すなわち、ｐ形チャイ
・ル構造に適用しても、電荷の性質が異なることによる
印加電圧の極性を考慮することにより、同様の作用が確
認される。
発明の効果
本発明によれば、二層ゲート構造で、フローティングケ
ート領域をソース領域またはドレイン領域の一方にのみ
大きく重ね合わせて配設したＭＩＳ電界効果トランジス
タ構造になしたことにより、書込み特性の良好なメモリ
セルが得られる。またこのメモリセルは、読出し時に、
ドレイ／電圧の印加極性を反転する駆動方法によって、
読出し時に起こる誤書込み動作を確実に抑制することが
でき、とくに、連続読出し時の特性変動が生じなくなり
、信頼性が向上する。
ート領域をソース領域またはドレイン領域の一方にのみ
大きく重ね合わせて配設したＭＩＳ電界効果トランジス
タ構造になしたことにより、書込み特性の良好なメモリ
セルが得られる。またこのメモリセルは、読出し時に、
ドレイ／電圧の印加極性を反転する駆動方法によって、
読出し時に起こる誤書込み動作を確実に抑制することが
でき、とくに、連続読出し時の特性変動が生じなくなり
、信頼性が向上する。
図は本発明実施例の不揮発性メモリの断面図である。
Claims (2)
- （１）半導体基板上に絶縁層を介して、フローティング
ゲート領域および制御ゲート領域を有するとともに、前
記半導体基板部に形成されるソース領域およびドレイン
領域のうちのいずれか一方を深い拡散領域となし、この
深い拡散領域の一部を、前記７０−ティングゲート領域
に対して、大きく重ね合わせた構造の不揮発性メモリ。 - （２）半導体基板上に絶縁層を介して、フローティング
ゲート領域および制御ゲート領域を有するとともに、前
記半導体基板部に形成されるソース領域およびドレイン
領域のうちのいずれか一方を、深い拡散領域となして、
前記フローティングゲート領域に対して、大きく重ね合
わせた構造を有するメモリ装置に、前記深い拡散領域に
対し、書込み時にドレイン電圧を印加し、読出し時にソ
ース電圧を印加する不揮発性メモリの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58105188A JPS59229872A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 不揮発性メモリおよびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58105188A JPS59229872A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 不揮発性メモリおよびその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59229872A true JPS59229872A (ja) | 1984-12-24 |
Family
ID=14400695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58105188A Pending JPS59229872A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 不揮発性メモリおよびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59229872A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5051796A (en) * | 1988-11-10 | 1991-09-24 | Texas Instruments Incorporated | Cross-point contact-free array with a high-density floating-gate structure |
| US5238855A (en) * | 1988-11-10 | 1993-08-24 | Texas Instruments Incorporated | Cross-point contact-free array with a high-density floating-gate structure |
| US6124168A (en) * | 1991-08-14 | 2000-09-26 | Intel Corporation | Method for forming an asymmetric floating gate overlap for improved device performance in buried bit-line devices |
-
1983
- 1983-06-13 JP JP58105188A patent/JPS59229872A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5051796A (en) * | 1988-11-10 | 1991-09-24 | Texas Instruments Incorporated | Cross-point contact-free array with a high-density floating-gate structure |
| US5238855A (en) * | 1988-11-10 | 1993-08-24 | Texas Instruments Incorporated | Cross-point contact-free array with a high-density floating-gate structure |
| US6124168A (en) * | 1991-08-14 | 2000-09-26 | Intel Corporation | Method for forming an asymmetric floating gate overlap for improved device performance in buried bit-line devices |
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