JPS6029232B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPS6029232B2
JPS6029232B2 JP15889975A JP15889975A JPS6029232B2 JP S6029232 B2 JPS6029232 B2 JP S6029232B2 JP 15889975 A JP15889975 A JP 15889975A JP 15889975 A JP15889975 A JP 15889975A JP S6029232 B2 JPS6029232 B2 JP S6029232B2
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正典 菊地
秀市 大屋
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • 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
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は改良された構造を有する不揮発性半導体記憶
装置に関し、特に改良された構造を有する電気的に書き
換え可能な不揮発性半導体記憶装置に関する。
従来この種の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記
憶装置としては、例えば一般に2接合型浮遊ゲート記憶
装置と呼ばれているものがあり、Procedings
of the yd Conference on
So!idSねteDevices,P.155(19
71)にその一つの例が示されている。
この不揮発性半導体記憶装置の断面模型図を第1図に示
す。この記憶装置ではドレィンに印加した負の高電圧に
よりドレィンP+−基体N間接合をアバランシェブレー
クダウンさせ、この時発生する高エネルギー電子を浮遊
ケー−ト電極に注入することにより“書込”を行い一方
“消去”は制御ゲート電極に員電圧を加えた状態でソー
スに印加した負の高電圧によりソースに接したP−N+
接合をァバランシェブレークダウンさせ、この時発生す
る高エネルギー正孔を浮遊ゲート電極に注入することに
よって行う。この種の不揮発性半導体記憶装置では、“
書込”“消去”にP−N酸合のアバランシヱブレークダ
ウン現象を利用する為、この種の半導体装置としてはか
なりの高電圧を必要とすること、更にゲート絶縁膜を通
して電子と正孔の浮遊ゲート電極への注入を行うので“
書込”、“消去”動作に比較的長時間を要すること等の
問題があり、大容量の不揮発性半導体記憶装置では、“
書込”、“消去”が容易で特性が秀れかつ信頼性の高い
ものを歩留りよく作製することは非常に困難である。
特に先に示した2接合型浮遊ゲート記憶装置をNチャン
ネル型で実現することは、正孔が電子に較べ桁違いに注
入され難いことと相俊つて、上述の困難は更に増大する
。この発明の目的は、上記の如き種々の不都合を取り除
く為の改良された構造を有する不揮発性半導体記憶装置
を提供せんとすることに在る。
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基体の一主
平面近傍に間隔を置いて設けられた基体と反対導電型の
ソース、ドレイン拡散領域と、ドレィン拡散領域に接し
て基体と同一導電型でかつ基体より導電型不純物濃度が
より高い拡散領域とソース、ドレィン拡散領域間の基体
表面上に少くともソース、ドレィン両領域近傍で局所的
に膜厚が薄いゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に金属あ
るいは半導体からなる電気的に他の部分から絶縁された
浮遊ゲート電極と、この浮遊ゲート電極上に絶縁層を介
して金属あるいは半導体からなる制御ゲート電極とを具
備する。例えばNチャンネル型の本発明不揮発性半導体
記憶装置では、制御ゲート電極を負電位に保ちつつ、ソ
ースに正の高電圧を印加することによりソース基体間N
+−P接合を表ブレークダウンさせこの時発生する高エ
ネルギー電子、正孔対の内正孔を、薄いゲート絶縁膜の
ソース領域近接部分を通して浮遊ゲート電極に選択的に
注入することによって“書込”を行い、“消去”は制御
ゲート電極を正電位に保ちつつ、ドレィンに正の高電圧
を印加することによりドレィンー拡散領域間N+−P+
接合をブレークダウンさせ、発生した高エネルギー電子
正孔対の内電子を、薄いゲート絶縁膜のドレィン領域近
接部分を通して浮遊ゲート電極に選択的に注入すること
によって行う。
この不揮発性半導体記憶装置ではソース領域近傍でゲー
ト絶縁膜が部分的に薄くなっているので“書込”動作の
時、制御ゲート電極に印加する負電圧によるゲート電界
はこの部分で特に強くなる。ソース領域と基体との表面
ブレークダウン開始電圧はゲート電界の影響を強く受け
るので上述の如き部分的ゲート電界の強化により“書込
”電圧を十分低下させることができると共に、正孔の注
入効率を箸るしく向上させることも可能となる。一方“
書込”を行った後の“消去”動作の際には、既に浮遊ゲ
ート電極に注入されている正孔によるゲート正電界及び
制御ゲート電極に印加する正電圧によるゲート正電界の
影響を殆んど受けずに低ブレークダウン電圧を確保する
為にドレィン側にはN十一P+接合が形成されており、
これによって“消去”電圧も十分低下させることができ
る。さらにゲート絶縁膜はドレィン近傍でも部分的に薄
くなっている為、“消去”動作時のゲート正電界の部分
的強化が起り、電子の注入効率も大中に上がる。以上述
べてきた様な種々の理由により、本発明によれば“書込
”、“消去”にアバランシェブレークダウンで発生した
高エネルギーの電子、正孔の選択的浮遊ゲート電極への
注入現象を利用したいわゆる電気的に書込/消去可能な
不揮発性半導体記憶装置で、書込・消去とも比較的低電
圧かつ短時間で出来、信頼性の高いものを歩留りよく実
現することが可能となる。特に上記の如き本発明装置の
特徴は、これを大容量の電気的に書換え可能なPROM
(プログラマフル・リードオンリメモリ)や不揮発性R
AM(ランダムアクセスメモリ)に適用する場合に有利
であることが容易に理解される。次に本発明をいくつか
の実施例につき図面を参照しながら詳しく説明する。
実施例 1 第2図Aは本発明の一実施例を示す、Nチャンネル不揮
発性半導体記憶装置の平面模型図、第2図B,Cは第2
図Aのb−b′部、c−で部に於けるそれぞれの断面模
型図である。
第2図に於いて、比抵抗が約40一肌のP型Si単結晶
半導体基体1の一主平面2上に、厚さ約4000AのS
i02膜を熱酸化法で形成した後、標準のPR技術によ
り上記Si02膜に開孔を穿ちこの関孔から基体表面に
P型不純物のボロン添加を行い、しかる後高温酸化性雰
囲気中でボロンの押込を行ってP+領域3と膜厚約1山
の厚いSi02膜4とを形成した。次に通常のPR技術
により後にソース、ドレィン、チャンネル領域となるべ
き部分上のSi02膜4を除去し、露出した基体表面上
に熱酸化法により厚さ約700△のゲートSi02膜1
5を成長させる。次に通常のPR技術によってゲートS
i02膜15中に関孔5を穿ち、露出した基体表面上に
熱酸化法によって厚さ約550Aの薄いゲートSi02
膜5を形成する。この工程により厚い部分のゲートSi
02膜15は最終的に厚さ約1050Aとなる。以下の
工程は既に公知のシリコンゲートMOS型半導体装置の
作製法と同様である。即ちSjH4の熱分解による厚さ
約5000Aの多結晶シリコン層の形成と、通常のPR
技術による浮遊ゲート電極6の形状決定を行う。次に浮
遊ゲート電極6と、これをマスクにした基体とへの、N
型不純物リンの拡散によるソース領域7、ドレイン領域
8の形成、高温での酸化によるソース・ドレィンN十領
域の押込と厚さ約5000△のSi02膜9の成長を行
う。次に通常のPR技術によってコンタクト孔10,1
1を開け、真空蒸着法による厚さ約1仏のAI膜の形成
と、標準のPR技術によるAIのソース電極12ドレィ
ン電極13、制御ゲート電極14の形状決定を行う。こ
の例に於ける装置では、ドレィン8とP+領域3とのア
バランシェブレークダウン電圧は約7Vである。この記
憶装置では、制御ゲート電極VcG=40Vの時、ソー
ス領域と基体との表面ブレークダウン開始電圧、即ち書
込開始電圧VWアは13Vであった。
又制御ゲート電圧Vcc=−40V、書込電圧Vw=4
0V、基体電圧VsUB=−5Vの書込条件に於いては
書込時間twらlsecで浮遊ゲート電位VFGが約】
OVのレベル迄正孔注入、即ち“書込”を行うことがで
きた。一方“消去”は、VcG=25V、消去電圧VE
=25V,VsUB=−2Vの条件で、消去時間tE母
lmsでVFcが約一2Vのレベル迄電子注入すること
ができた。更にこの記憶装置は“書込”、“消去”の繰
り返し動作記憶の保持に関しても非常に秀れた特性を示
した。実施例 2 第3図は本発明記憶装置によるメモリセル構成法の1例
を示したものである。
このメモリセルでは実施例1で説明したメモリトランジ
スタのドレィン側にSiゲートMOS型トランジスタが
選択用素子として直列接続されている。この選択用トラ
ンジスタのソース領域8はメモリトランジスタのドレィ
ン領域と共通であり、多結晶シリコンゲート電極16と
、ドレィン領域17からコンタクト18によって引き出
されたドレィン電極19とによってメモリトランジスタ
の選択が行われる。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。例えば上記実施例は
Nチャンネル型の場合のみ説明したがPチャンネル型の
場合にも同様に適用できる。
又装置各部の材料や寸法や相対位置、あるいは製法や工
程の順序等の変更も可能である。更に“書込”、“消去
”に際して装置各部に印加する電圧の大きさ等も目的に
応じて選定できる。上記実施例では、ゲート絶縁膜はソ
ース・ドレィン近傍だけでなくソース・ドレィン間も通
して薄い部分5を設けたが、ソース・ドレィン間の部分
は厚くしてもよい。要するにこの明細書及び付属の請求
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、種々の改変をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の構造を示す断面模型図、第2図Aは
本発明装置構造の一実施例を示す平面模型図、第2図B
,Cは第2図Aのb−b′部、c−c′部に於ける断面
模型図、第3図は本発明装置構造の他の実施例を示す平
面模型図である。 1・・・・・・シリコン単結晶半導体基体、2・・・・
・・基体の一主平面、3・・・・・・基体と同一導電型
不純物添加領域、4.9・・・・・・絶縁膜、15・・
・・・・厚いゲート絶縁膜、5・・・・・・薄いゲート
絶縁膜、6・・・・・・浮遊ゲ−ト電極ト7,8,17
・・・・・・ソース、ドレィン領域、16・・・・・・
ゲート電極、10,11,18・・・・・・コンタクト
孔、12,13,19……ソース、ドレィン電極、14
・・・・・・制御ゲート電極。 汝’図才2図(A) 才2図(6) 才2図(C) 劣3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基体の−主平面近傍に間隔を置いて設けられ
    た基体と反対導電型のソース、ドレイン領域と、該ソー
    ス、ドレイン領域のうちの一方の領域の一部に接して設
    けられた基体と同一導電型を有しかつ不純物濃度が基体
    より高い領域と、前記ソース、ドレイン領域間の基体表
    面上に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に
    設けられた導電性材料層によなる浮遊ゲート電極と、該
    浮遊ゲート電極上に絶縁層を介して設けられた導電性材
    料層よりなる制御ゲート電極とを具備し、前記ゲート絶
    縁膜は前記ソース、ドレイン領域のうちの一方の領域と
    基体と同一導電型の高不純物濃度領域との接触部の少く
    とも一部分上及びソース、ドレイン領域の該高不純物濃
    度領域が設けられていない他方の領域と基体との接合領
    域の少なくとも一部分上の基体表面上で他の部分のゲー
    ト絶縁膜よりも膜厚が薄くなつており前記一方の領域と
    基体と同一導電型の高濃度不純物領域との接合部上の薄
    いゲート絶縁膜を通して、前記半導体基体に対する少数
    キヤリヤを前記浮遊ゲートに注入し、前記他方の領域と
    基体との接合領域上の薄いゲート絶縁膜を通して半導体
    基体に対する多数キヤリアを浮遊ゲートに注入すること
    を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
JP15889975A 1975-12-26 1975-12-26 不揮発性半導体記憶装置 Expired JPS6029232B2 (ja)

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JPS60134477A (ja) * 1983-12-23 1985-07-17 Toshiba Corp 不揮発性記憶装置及びその製造方法
JPH07112018B2 (ja) * 1984-03-31 1995-11-29 株式会社東芝 半導体記憶装置
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