JPS61225861A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS61225861A
JPS61225861A JP60066756A JP6675685A JPS61225861A JP S61225861 A JPS61225861 A JP S61225861A JP 60066756 A JP60066756 A JP 60066756A JP 6675685 A JP6675685 A JP 6675685A JP S61225861 A JPS61225861 A JP S61225861A
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JP
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region
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semiconductor memory
drain
field
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JP60066756A
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Junichi Miyamoto
順一 宮本
Junichi Tsujimoto
辻本 順一
Hisahiro Matsukawa
尚弘 松川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (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] この発明は電気的にデータの消去が可能な読み出し専用
の半導体記憶装置に関する。
[発明の技術的背景] 電気的にデータの消去が可能な読み出し専用の半導体記
憶装置はEEPROMとして知ら″れている。第3図は
そのメモリセルの基本的構成を示す回路図である。この
メモリセルは選択ゲートSGを有する選択用のMo8 
トランジスタ1と制御ゲートCGおよび浮遊ゲートFG
を有するデータ記憶用のMoSトランジスタ2とを直列
接続して構成されており、選択用のMOSトランジスタ
1の解放端がドレインDに、データ記憶用のMOSトラ
ンジスタ2の解放端がソースSにそれぞれされている。
このセルを例えば一層多結晶シリコンプロセスを用いて
実現した場合の素子構造は第4図のパターン平面図のよ
うになる。第4図のセルではP型の半導体基板が用いら
れ、11はN型拡敢領域からなる前記データ記憶用のM
OSトランジスタ2の制御ゲート(CG)、12は多結
晶シリコン層からなるデータ記憶用のMOSトランジス
タ2の浮遊ゲート(FG)、13はN型拡散領域からな
り選択用のMOSトランジスタ1のソースおよびデータ
記憶用のMoSトランジスタ2のドレインからなる共通
領域、14はN型拡散領域からなる前記ソース(S)、
15はN型拡散領域かなる前記ドレイン(D)、16は
多結晶シリコン層からなる前記選択用のMOSトランジ
スタ1の選択ゲート(SG>であり、さらに図中、破線
で囲まれた領域11.18.19.20等はゲート用の
薄い絶縁膜が設けられた領域である。ここで1ビツトの
メモリセルを一点鎖線で囲んで示している。
このようなメモリセルの動作原理は、破線で囲まれた領
域18.19.20内の薄い絶縁膜を利用して、前記共
通領域13と浮遊ゲート12との間で電子のやりとりを
行なうことによってデータ記憶用のMOSトランジスタ
2のしきい値電圧vthを変化させ、これによりデータ
のプログラムもしくは消去を行なうものである。このデ
ータのプログラムもしくは消去を行なう場合のバイアス
関係を第5図にまとめて示した。
現状では前記領域18.19.20内の薄い絶縁膜の膜
厚は100人程度にされており、データ記憶用のMOS
トランジスタ2では制御ゲート11に高電圧を印加し、
このとき制御ゲート11浮遊ゲート12との間のキャパ
シタンス結合を利用して浮遊ゲート12の電位を上げる
ようにしているので、前記各領域18.19.20内の
絶縁膜でトンネル電流が生じる約10MeV/Cmの電
界を発生させるには、第5図に示すように20V程度の
電圧が必要になる。
なお、浮遊ゲート12のパターン形状は第4図に示すよ
うに、制御ゲート11とのキャパシタ結合が他に比較し
て特に大きくなるように設計されている。
[背景技術の問題点] EEPROMセルでは上記のように物理的に各ノードに
高電圧が印加されることが余儀なくされているので、集
積度を上げるため、素子の微細化を進めていくと、各ノ
ード間の寄生効果が無視できなくなってくる。その主な
ものにアクティブ領域相互間のリークと、寄生のフィー
ルドMOSトランジスタの発生がある。
第6図は上記アクティブ領域相互間のリークの発生を説
明するための素子構造を示す断面図である。第6図にお
いて、31.32はMOSトランジスタのソース、ドレ
イン領域等を構成するN型のアクティブ領域であり、こ
のアクティブ領域31.32の相互間にはフィールド絶
縁1133が設けられており、さらにこのフィールド絶
縁Il!1I33の下部にはP−のフィールドインプラ
領域34が設けられている。そして上記各アクティブ領
域31.32上には多結晶シリコン層35.36が絶縁
膜を介して設けられている。また第7図は上記寄生のフ
ィールドMOSトランジスタの発生を説明するための素
子構造を示す断面図である。第7図ではアクティブ領域
31.32およびこの間に存在しているフィールド絶縁
膜33にわたって多結晶シリコン層37が設けられてい
る。
上記第6図に示すような構造は前記第4図においてC−
C’ 線に沿った部分およびd−d’線に沿った部分で
それぞれ発生し、また第7図に示すような構造は前記第
4図においてa−a’線に沿った部分およびb−b’線
に沿った部分でそれぞれ発生している。ここでアクティ
ブ領域間隔の最少寸法はりソグラフィで決り、同一間隔
であれば第6図のような構造よりも第7図の構造の方が
リークの発生が大きいことは公知の事実である。もちろ
ん、フィールド絶縁膜33直下のP−のフィールドイン
プラ領域34の濃度を上げると、このフィールドトラン
ジスタの影響は押さえることができる。しかし、その場
合は、第6図および第7図に示すP−型領域とN型領域
とで構成されるPN接合の接合耐圧の大幅な劣化を伴う
。−例を上げると、アクティブ領域間のフィールド絶縁
膜の距離を2μmとした場合、20Vの反転電圧を保証
するためにはP−領域の濃度を2X1017Cm−3程
度に設定する必要がある。ところが、このときのPN接
合の接合耐圧は約12Vとなり、20Vの^耐圧は側底
保証できない。
従ってこれを避けるため、さらに従来では第8図の断面
図に示すように、P−のフィールドインプラ領域34を
両側のアクティブ領域31.32から離して拡散形成す
る方法がある。しかし、この場合は最少ディメンジョン
でフィールドインプラ領域34を形成する際の距離りの
他に、両側のアクティブ領域31.32とのマスク合せ
ずれ、領域34の横方向拡散を考慮にいれたマージンL
1が必要である。
従って、この場合、アクティブ領域31.32間の分離
幅はL+21t  (約5μm)以上の距離をとらねば
ならない。従って、このような方法を第4図のような、
分離幅が集積度を決定するようなセルに適用することは
できない。
[発明の目的] この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
ありその目的は、集積度を犠牲にすることなく、高電圧
に耐えられる電気的にデータの消去が可能な読み出し専
用の半導体記憶装置を提供することにある。
[発明の概要] 上記目的を達成するためこの発明にあっては、同一半導
体基板上に形成され、直列接続された選択用トランジス
タおよび浮遊ゲートを有するデータ記憶用トランジスタ
からなるメモリセルを備えた半導体記憶装置において、
互いに隣接する一対のメモリセルの選択用トランジスタ
のドレイン間の選択ゲート直下に基板と同導電型で高濃
度のフィールド不純物領域を選択的に形成し、他の領域
には通常の低濃度のフィールド不純物領域を形成するよ
うにしている。しかも、この低濃度のフィールド不純物
領域はメモリセルの選択用トランジスタのドレインをは
ずして形成するようにしている。
[発明の実施例] 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第1図はこの発明に係る半導体記憶装置を、メモリセル
として前記第3図に示すように2個のMOSトランジス
タで構成したEEPROMに実施した場合のそのメモリ
セルのパターン平面図である。なお、この実施例のメモ
リセルは前記第4図と同様に、一層多結晶シリコンプロ
セスを用いて実現されている。この第1図に示されるメ
モリセルが前記第4図のものと異なっているところは、
多結晶シリコン層からなる前記選択ゲート16の直下の
基板上に、ドレイン15から所定の距離をおいて基板と
同導電型の高濃度のフィールドインプラ領域41を形成
するようにしたものである。このフィールドインプラ領
域41おける不純物濃度は例えば2X101 ’ cm
−3とし、さらに図中、一点鎖線で囲まれた各ドレイン
15の外側の基板上には例えば2X101” cm−3
の濃度にされた低濃度のフィールドインプラが施されて
いる。
また、この実施例のメモリセルでは従来と同様に、選択
用のMoSトランジスタのソースおよびデータ記憶用の
MOS t−ランジスタのドレインからなる共通領域1
3と、データ記憶用のMoSトランジスタの浮遊ゲート
12との間に前記各領域18.19.20における薄い
絶縁膜が存在しているとともに、前記制御ゲート11と
前記浮遊ゲート12との間にも領域17で示される薄い
絶縁膜が存在している。
このようなセルにおいて、浮遊ゲート12が高電位にさ
れることによりアクティブ領域間リークが懸念されるの
は、制御ゲート11に高電圧が印加されるデータ消去時
の場合である。しかしながら、トンネル電流はその面積
にはほとんど依存せず、印加される電界に強く依存する
ので、浮遊ゲート12の電位は制御ゲート11に印加さ
れる電圧に応じである程度まで上昇するが、両者間に生
じるトンネル電流が相桔坑した点でその上昇は停止する
すなわち、データ消去時の浮遊ゲート12の電位は制御
ゲート11の約半分の電位、すなわち10V前後となる
。従って、この部分は通常の全面フィールドインプラ(
2X10” cm−3の濃度)で十分保証できる。なお
、このときのN型拡散領域との間の接合耐圧は22V以
上である。
これに対し、選択ゲート16はデータ消去時もしくはプ
ログラム時の両方に20Vまで上昇するので、2X10
” Cm−3の濃度の7 イー )Lt F −i’ン
プラ領域41が必要であるが、隣接ドレイン(15)間
隔には余裕があり、高濃度のP−領域をドレイン15か
ら離して拡散形成することができる。これにより、フィ
ールドMOSトランジスタによりリークが抑制され、接
合耐圧の劣化も防ぐことが可能になる。なお、第1図に
おいてソース14には、前記第5図に示されるように5
v以上の電圧は印加されないので、このソース14を上
記フィールドインプラ領域41と接して設けるようにし
てもよい。
このように上記実施例によれば、高電圧印加が可能であ
り、しかも集積度の高いメモリが実現できる。しかもこ
の構成では次のような効果も期待される。すなわち、高
濃度のフィールドインプラ領域41を設けることで、ド
レイン15には低濃度フィールドインプラを施す必要が
なく、第1図において一点鎖線で囲まれた各トレイン1
5の内側の基板上にはフィールドインプラを行なわなく
てもよい。これにより、フィールドインプラ領域とドレ
イン15との接合部における空乏層容量は大幅に低減す
る。この空乏層容量は、PN接合の低濃度側の濃度の1
/2乗に比例するからである。
今、前記第3図のメモリセルのドレインDが接続される
ビットラインの容量をCB、セルの引き込み電流を1、
データセンス可能な電圧変化分をΔ■とすると、データ
がセンスできるようになるまでの持ち時間tは次式で与
えられる。
i−N・ΔV−Ce/i   −ま ただし、この第1式においてNはドレインの個数であり
、はぼメモリの全ビット数の容量の1/2乗に比例する
。従って、大言lのメモリにおいてこのビットラインに
おける信号遅延時間の短縮は重要な効果となる。そして
上記式から明白なように、CBの削減によりtが短縮で
き、これにより大容量のEEFROMメモリであっても
アクセス時間を速く設計することができる。このように
、上記実施例のメモリによれば、集積度を高くすること
ができ、高電圧の印加が可能でデータの消去および書き
込みが高速に行なえ、しかもアクセス時間も速くなる。
なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く種々の変形が可能であることはいうまでもない。例え
ば上記実施例ではメモリセルを一層多結晶シリコンプロ
セスを用いて実現する場合について説明したが、これは
通常の二層多結晶シリコンプロセスを用いて実現するよ
うにしてもよい。第2図はこの発明を実施したメモリを
二層多結晶シリコンプロセスを用いて実現した場合の素
子構造を示すパターン平面図である。ここでは浮遊ゲー
ト12が一層目の多結晶シリコン層で構成されており、
選択ゲート16および制御ゲート11がそれぞれ二層目
の多結晶シリコン層で構成されている。なお、第2図の
その他の部分については前記第1図と対応する箇所には
同じ符号を付してその説明は省略する。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、集積度を犠牲に
することなく、高電圧に耐えられる電気的にデータの消
去が可能な読み出し専用の半導体記憶装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る半導体記憶装置のメ
モリセルの構成を示すパターン平面図、第2図はこの発
明の他の実施例による半導体記憶装置のメモリセルの構
成を示すパターン平面図、第3図はEEPROMのメモ
リセルの基本的構成を示す回路図、第4図は第3図のメ
モリセルの従来の素子構造を示すパターン平面図、第5
図は第3図のメモリセルのデータのプログラムもしくは
消去時におけるバイアス関係をまとめて示す図、第6図
、第7図および第8図はそれぞれ従来装置を説明するた
めの断面図である。 11・・・制御ゲート、12・・・浮遊ゲート、13・
・・共通領域、14・・・ソース、15・・・ドレイン
、16・・・選択ゲート、17、18.19.20・・
・薄い絶縁膜の領域、41・・・高濃度のフィールドイ
ンプラ領域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図    第7図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一半導体基板上に形成され、直列接続された選
    択用トランジスタおよび浮遊ゲートを有するデータ記憶
    用トランジスタからなるメモリセルを備えた半導体記憶
    装置において、互いに隣接する一対のメモリセルの選択
    用トランジスタのドレイン間の選択ゲート電極直下に基
    板と同導電型で高濃度のフィールド不純物領域を選択的
    に形成するようにしたことを特徴とする半導体記憶装置
  2. (2)前記高濃度のフィールド不純物領域と前記基板上
    に形成される低濃度のフィールド不純物領域との濃度の
    比が10倍以上に設定されている特許請求の範囲第1項
    に記載の半導体記憶装置。
  3. (3)前記データ記憶用トランジスタの制御ゲート電極
    が前記基板上に設けられた拡散領域で構成された特許請
    求の範囲第1項に記載の半導体記憶装置。
JP60066756A 1985-03-30 1985-03-30 半導体記憶装置 Expired - Lifetime JPH06101548B2 (ja)

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