JPS61274368A - 電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セル - Google Patents

電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セル

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JPS61274368A
JPS61274368A JP4279586A JP4279586A JPS61274368A JP S61274368 A JPS61274368 A JP S61274368A JP 4279586 A JP4279586 A JP 4279586A JP 4279586 A JP4279586 A JP 4279586A JP S61274368 A JPS61274368 A JP S61274368A
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JP
Japan
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floating gate
memory cell
substrate
trench
cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP4279586A
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English (en)
Inventor
ハワード エル・タイゲラール
ジエームス エル,パターソン
バート アール,リーメンスクナイダー
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Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 プログラム可能な固定メモリ(EEPROM)セルの設
計に関する。
従来の技術及び問題点 EEPROMはデータを記憶する為に浮動ゲート金属酸
化物半導体技術を用いるメモリ装置である。各々のEE
PROMセルが浮動ゲートMOSトランジスタを持って
いる。浮動ゲートMOSトランジスタのソース、ゲート
及びドレインの間に所要の電圧を加えて、電子がトンネ
ル作用により、基板から浮動ゲートの絶縁体を介して浮
動ゲートに通る様にすることにより、EEPROMセル
に一方の論理状態が書込まれる。この電荷は何年にもわ
たって、浮動ゲートに記憶することが出来る。
トンネル作用により、電子を浮動ゲートの絶縁層を介し
て浮動ゲートから基板に通すことにより、EEPROM
セルの浮動ゲートから電子を放出させる特定の電圧をソ
ース、ゲート及びドイレンの間に加えることにより、他
方゛の論理状態が書込まれる。
第1図は典型的なEEPROMセルの略図である。読取
の為にメモリ会セル10がアドレスされる時、正の電圧
がワード線5に印加され、これによってトランジスタ4
及び11がターンオンする。
浮動ゲート・トランジスタ12の浮動ゲートに電子が記
憶されている場合、記憶されている電子がトランジスタ
12の閾値電圧を行1i13に加えられた電圧よりも高
く上昇させる。従って、メモリ・セル10は列wA7及
び列lQ8の間が高インピーダンスになる。従って、メ
モリ・セル10を含むメモリの列デコーダ(図に示して
いない)が、列線7及び80間の高インピーダンスを検
出して、適当なデータ出力信号を発生する。
浮動ゲート・トランジスタ12の浮動ゲートに電子が記
憶されていない場合、行線3に高電圧信号を加えること
により、浮動ゲート・トランジスタ12がターンオンす
る。従って、列デコーダ(図に示してない)が列線7及
び8の間の低インピーダンスを検出し、適当なデータ出
力信号を発生する。トランジスタ13及びトンネル類1
1!14が、基板電圧と無関係な特定のトンネル電圧を
浮動ゲートφトランジスタ12の浮動ゲートの下に加え
ることが出来る様にする。
第2図はメモリ・セル10の平面図である。モード領域
22が、浮動ゲート・トランジスタ12、通過トランジ
スタ13及び通過トランジスタ11に対するソース及び
ドレインとなる。トンネル領域14のトンネル酸化物を
介して浮動ゲート25を充電することにより、浮動ゲー
ト・トランジス   ゛り12がプログラムされる。最
後に、列線7及び8が夫々接点21及び26に接続され
る。(図面の平面に対して)垂直方向に隣接するセルに
対し、モード領域22の延長部によって導線9が構成さ
れる。
第3図は第2図の切Ili線A−Aから見た簡略側面図
である。ワード線1ゲート24がゲート酸化物領域34
によって基板35から絶縁され、こうしてモードl!i
tg22(第2図)の間にチャンネル領域を形成する。
第4図は浮動ゲート電界効果トランジスタ12及びトン
ネル領域14を第2図の切断線B−Bで切った簡略側面
図である。第2図及び第3図について説明した構成要素
の他に、第4図はレベル間酸化物層36及びトンネル酸
化物1137を示している。トンネル酸化物137の厚
さは約100人であり、N影領域52から浮動ゲート2
5への電子のトンネル作用を容易にする様に設計されて
いる。
第5図及び第6図は第2図の切断線C−C及びD−Dで
切った簡略側面図である。
浮動ゲート25にトンネル作用によって通る電荷の量は
、トンネル酸化物37の前後に発生する電圧に関係する
。トンネル酸化物37の前後の電圧は、次の方程式で表
わされる容量結合の法則を用いて決定することが出来る
C0VO−C10V1+C20V2+C30V3+ C
40V 4 + Q O(11 こ)でCOはC10+C20+C30+C40であり、
■0は浮動ゲート25の電圧であり、C10はゲート酸
化物34を挟んだ浮動ゲート25と基板35の間の静電
容量であり、■1は基板35の電圧であり、C20はト
ンネル酸化物37を挟んだ浮動ゲート25とN影領域5
2の間の静電容量であり、■2はN形拡散部52の電位
であり、030は制御ゲート23と浮動ゲート25の間
の容量結合であり、V3は制御ゲート23の電位であり
、C40はフィールド酸化物領域31゜32.33を挟
んだ浮動ゲート25と基板の間の静電容量であり、v4
は基板35の電位であり、QOは浮動ゲートの正味の電
荷である。
典型的な動作状態では、vl及び■4は大体ゼロ・ボル
トであり、従って式(1)は次の様になる。
COV O= Q O+ C20V 2 + C30V
 3  (21充電動作(即ち、浮動ゲート25に正味
の負の電荷を作る)の間、v3は典型的に15Vであり
、■2は典型的に0■であり、従って式(2)は次の様
になる。
VO=(QO+C30V3)/CO(3)C10及びC
40がC20及び030に較べて小さいから、トンネル
酸化物37の両端の電圧降下(VO−V2、■2は0に
等しい)はC30/(C20+C30)にQOの相加係
数を加えたものに比例する。
放電動作(即ち正味の正又は正味のゼロの電荷を作る)
の間、v2は典型的に15Vであり、V3は典型的にO
■であり、式(2)は次の様になる。
VO=(QO+C20V2)/CO(4)放電電圧V2
−VOは V2−VO=((GO−C20)V2−Q)/G。
−((C10+C30+C40)V2 − Q ) / CO(5) C10及びC40がC20及びC30に較べて小さイか
ら、V2−voはc3o、/ (C20+C30)にQ
Oの相加係数を加えた値に比例する。
式(3)及び(5)から判る様に、C30が増加するに
つれて、トンネル電圧が増加する。この静電容量は、従
来、ワード線23と浮動ゲート25の間の重なり面積に
よって制限されている。従って、この発明の目的は、E
PROMセルの表面積を増加せずに、ワード線とEEP
ROMメモリ・セルの浮動ゲートの間の容量結合を増大
することが出来る様にする構造を提供することである。
問題点を解決する為の手 及び作用 本発明の1実施例は、隣接するフィールド酸化物領域内
に形成されたトレンチ・キャパシタを含むEEPROM
用の構造を提供する。トレンチ構造が、EEPROMセ
ルのワード線とEEPROMセルの浮動ゲートの間の容
量結合を強める。この為、この発明に従って構成された
EEPROMセルは、集積回路の一層小さい表面積を用
いて構成することが出来、或いは浮動ゲートの充電及び
放電に一層小さいプログラミング電圧を用いることが出
来る。
実施例 第7図は本発明の1実施例の簡略側面図である。
第7図は、この発明の改良を含むが、第4図のEEPR
OMEPROMセル10PROMセルを切断線B−8で
切った図である。第7図でも、第4図と同じ参照符号を
付した構成部分は、第4図の対応する構成部分と同じ作
用をする。第7図の構造は、トレンチが通抜けるフィー
ルド酸化物領域41を持ち、これは、ワード線43と浮
動ゲート45の間の界面の面積を増加することにより、
第4図のワード線23及び浮動ゲート25の間の容量結
合よりも、ワード線43及び浮動ゲート45の間の容量
結合を一層強くする。第7図の構造は、第4図の構造に
使われる表面積以上に、表面積の増加を必要としないが
、容量結合を強め、こうして浮動ゲート45の充電及び
放電に、一層低いプログラミング電圧を使うことが出来
る様にする。
或いはこの代りに、第7図の構造は第4図の構造よりも
一層小さく作っても、ワードIi!43と浮動ゲート4
5の間に適切な容量結合を持たせて、第5図のセルの充
電に使われるのと同じ電圧レベルを用いて、トンネル酸
化物層37の前後に十分なトンネル電圧を発生すること
が出来る。
本発明の別の実施例が第8図の簡略側面図に示されてい
る。第8図の構造は、第7図に示した幅の広いトレンチ
領域47の代りに、幅の狭いトレンチ領域48.49を
持っている。幅の狭いトレンチ領域48.49は、ワー
ド線43を第8図の構造の表面の上にデポジットする時
、デポジットされた多結晶シリコンが一緒になって、第
8図の構造の表面を平面化するという点で、別の利点が
ある。こうして静電容量が増加し、表面が平面化すると
いう利点が得られる。
第9A図は本発明の1実施例を作るのに必要な処理工程
の1つの段階を示す簡略側面図である。
フィールド酸化物領域32.33.41.ゲート酸化物
層34、N形領[52及びトンネル酸化物37が、周知
の方法を用いて、基板35内に形成される。フィールド
酸化物領域41のパターンを定め、異方性エッチにより
、第9B図に示すトレンチ47を作る。トレンチ47を
エッチする為にこの他のエツチング方法を用いることが
出来る。
然し、異方性エツチングはトレンチ47に垂直の側壁を
作り、これが平面図の単位面積あたりの静電容量を最大
にする。
別の方法として、トレンチ47は、フィールド酸化物領
域41を完全に通扱けない様に形成することが出来る。
然し、この実施例では、この発明に従って構成されたE
EPROMのどの酸化物領域も、エツチングによって完
全に通抜けることがない様に保証するのが困難である。
そういう場合、トレンチ47に浮動ゲート45をデポジ
ットした時、浮動ゲート45が基板35に短絡し、EE
PROMセルは働かなくなる。この問題を避ける為、ト
レンチ47はフィールド酸化物領域41を通抜ける様に
エッチし、トレンチ47内に酸化物を再び形成する。二
酸化シリコン層(図面に示してない)を低圧化学反応気
相成長によって第9B図の構造の表面の上に形成し、こ
の二酸化シリコン層の異方性エッチにより、第9C図の
二酸化シリコン・フィラメント51を残す。その後、ゲ
ート酸化物層34を形成する為に使われる酸化工程の間
、周知の方法を用いて、二酸化シリコン層47を形成す
る。この結果が第9D図に示されている。
次に多結晶シリコン層を低圧化学反応気相成長によって
、約3,0OOAの厚さになるまでデポジットする。次
に、低圧化学反応気相成長を用いて、多結晶シリコン層
の上に約250人の厚さに酸化物層を形成する。次にこ
の二酸化シリコン層の表面の上に、低圧化学反応気相成
長を用いて、約250人の厚さに窒化シリコン層をデポ
ジットする。この後、窒化物層、二酸化シリコン層及び
多結晶シリコン層をエッチして、第7図の浮動ゲート4
5及びレベル間絶縁体層46を形成する。
次に、低圧化学反応気相成長により、厚さ約4゜500
人の第2の多結晶シリコン層をデポジットする。周知の
方法を用いて、この第2の多結晶シリコン層を第1の多
結晶シリコン層から完全に絶縁する。周知の方法を用い
て、これらの多結晶シリコン層のパターンを定めてエッ
チし、ワード線43及びワード線24(第4図)を作る
。これらの処理工程の結果が第7図に示されている。
以上本発明の特定の実施例を説明したが、これは本発明
の範囲を制約するものと介してはならない。当業者には
、以上の説明から、本発明のその他の実施例が考えられ
よう。
本発明に従って構成されたEEPROMセルは、EEP
ROMセルの表面積を増加せずに、EEPROMセルの
制御ゲートと浮動ゲートの間の静電容量を増加する。こ
の為、EEPROMセルをプログラムする為に一層小さ
いプログラミング電圧を使うことが出来、或いはその代
りに同じプログラミング電圧を使って、一層小形のEE
PROMセルを設計することが出来る。
以上の説明に関連して、更に下記の項を開示する。
(1)  低下した電圧レベルを用いてプログラムする
ことが出来る電気的に消去可能なプログラム可能な固定
メモリ・セルに於て、 基板内に形成されたモード領域と、 前記基板内に形成されていて前記モード領域の間に配置
され、その1つがトレンチを含んでいるフィールド酸化
物領域と、 前記モード領域の上方で前記基板の表面の上並びに前記
トレンチの表面に配置されていて、前記基板から絶縁さ
れている浮動ゲートと、該浮動ゲートの上方に配置され
ていて、それがら絶縁されている制御ゲートとを有する
電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セル
(り 第(1)項に記載した電気的に消去可能なプログ
ラム可能な固定メモリ・セルに於て、前記浮動ゲート及
び前記モード領域の間に配置されたトンネル酸化物を有
する電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・
セル。
(3)  第(1)項に記載した電気的に消去可能なプ
ログラム可能な固定メモリ・セルに於て、異方性エツチ
ング方法を用いて前記フィールド酸化物領域をエツチン
グすることにより、前記トレンチが形成される電気的に
消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セル。
(41当該メモリの各セルが、基板内に形成されたモー
ド領域と、前記基板内に形成されたモード領域の間に配
置されていて、その1つがトレンチを持っているフィー
ルド酸化物領域と、前記モード領域の上方の基板の表面
並びに前記トレンチの表面に配置されていて、前記基板
から絶縁されている浮動ゲートと、該浮動ゲートの上方
に配置されていて、それから絶縁され、前記メモリのワ
ード線として作用する制御ゲートと、各々のメモリ・セ
ルの選ばれたモード領域に接続されたビット線とを有す
る電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ。
(5)  第(4)項に記載した電気的に消去可能なプ
ログラム可能な固定メモリに於て、前記浮動ゲート及び
前記モード領域の間に配置されたトンネル酸(6)第(
4)項に記載した電気的に消去可能なプログラム可能な
固定メモリ・セルに於て、異方性エツチング方法を用い
て前記フィールド酸化物領域をエツチングすることによ
り、前記トレンチが形成される電気的に消去可能なブし
1グラム可能な固定メモリ。
【図面の簡単な説明】
第1図はEEPROMメモリ・セルの略図、第2図はE
EPROMセルの平面図、第3図は第2図のEEPRO
Mセルを切断線A−Aで切断した断面図、第4図は第2
図のEEPROMセルを切断線B−8で切った断面図、
第5図は第2図のEEPROMセルを切断線C−Cで切
った断面図、第6図は第2図のEEPROMセルを切断
線り一りで切った断面図、第7図は本発明の1実施例の
簡略側面図、第8図は本発明の第2の実施例の簡略側面
図、第9A図乃至第9D図は第7図に示す本発明の実施
例を作るのに必要な処理工程を示す簡略側面図である。 主な符号の説明 32.33.41 :フィールド酸化物領域34:ゲー
ト酸化物層 35:基板 43:ワード線/制御ゲート 45:浮動ゲート 47:トレンチ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 低下した電圧レベルを用いてプログラムすることが出来
    る電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セ
    ルに於て、 基板内に形成されたモード領域と、 前記基板内に形成されていて前記モード領域の間に配置
    され、その1つがトレンチを含んでいるフィールド酸化
    物領域と、 前記モード領域の上方で前記基板の表面の上並びに前記
    トレンチの表面に配置されていて、前記基板から絶縁さ
    れている浮動ゲートと、 該浮動ゲートの上方に配置されていて、それから絶縁さ
    れている制御ゲートとを有する電気的に消去可能なプロ
    グラム可能な固定メモリ・セル。
JP4279586A 1985-02-28 1986-02-27 電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セル Pending JPS61274368A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US70700885A 1985-02-28 1985-02-28
US707008 1985-02-28

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JPS61274368A true JPS61274368A (ja) 1986-12-04

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ID=24839991

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JP4279586A Pending JPS61274368A (ja) 1985-02-28 1986-02-27 電気的に消去可能なプログラム可能な固定メモリ・セル

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5457972A (en) * 1977-09-27 1979-05-10 Siemens Ag Erasable nonnvolatile memory and method of driving same
JPS57147282A (en) * 1981-02-02 1982-09-11 Zaikoru Inc Nonvolatile rewritable floating gate memory
JPS5961188A (ja) * 1982-09-30 1984-04-07 Toshiba Corp 不揮発性半導体メモリ装置
JPS60167376A (ja) * 1984-02-09 1985-08-30 Toshiba Corp 半導体装置

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