JPS6252974A - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
Non-volatile semiconductor memory deviceInfo
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- JPS6252974A JPS6252974A JP60192812A JP19281285A JPS6252974A JP S6252974 A JPS6252974 A JP S6252974A JP 60192812 A JP60192812 A JP 60192812A JP 19281285 A JP19281285 A JP 19281285A JP S6252974 A JPS6252974 A JP S6252974A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- memory device
- region
- semiconductor memory
- floating gate
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
[産業上の利用分野]
この発明は不揮発性半導体記憶装置
気的に珈込/′消去可能な読出専用記憶素子(EεFR
OM)に関する。
〔従来の技術〕
第2A図、第2B図および第3図は従来の不揮発性半導
体記憶装置の構成および等価回路を示す図であり、第2
A図は平面配置を示し、第28図は第2A図のC−C線
に沿った断面構造を示し、第3図は等価回路を示す図で
ある。この不揮発性半導体記憶装置は、たとえばIEE
E (米国電気電子学会)、l5SCC(インターナシ
ョナルソリッド−ステート サーキット コンファレン
ス)のダイジェスト オブ テクニカル ベーパーX(
DIGEST OF TECHNICALPAPE
R8)、1984年の268頁に開示されている。以下
、第2A図、第28図および第3区を参照して従来の不
揮発性半導体記憶装置の構成および動作について説明す
る。
第2A図において、不揮発性半導体記憶装置のメモリセ
ルは、情報を記憶づるメモリトランジスタ19と、この
メモリトランジスタを選択するためのセレクト・トラン
ジスタ20とから構成される。次に各々の配置について
説明する。
メモリセルは、P型半導体基板50上に形成される活性
領域1.2を含む。活性鋼wi1の所定の領域にはメモ
リトランジスタ19のソース、ドレインとなるN”拡散
@4,3がそれぞれ形成される。N+拡散層3はセレク
トトランジスタ20のソースとしてiI能する。また、
活性領域2には、メモリトランジスタ19の電荷の蓄積
および放出を制御するためのN+拡pHI!Iからなる
フントロールゲート5が形成される。
活性m域1,2上には絶縁膜を介して電荷を蓄積するだ
めのフローティングゲート13が多結晶シリコンを用い
て形成される。70−ティングゲート13と活性領域1
との間の所定の*mには薄いMlのゲート酸化膜14が
形成されており、活性領域1(ドレイン3)とフローテ
ィングゲート13との間の電子のトンネル注入領域を形
成する。
特に、フローティングゲート13と第1のゲート酸化1
$14とが重なり合った領wtは、トンネル領域または
トンネル酸化膜と呼ばれる。一方活性領域2とフローテ
ィングゲート13との間にも第2の薄いゲート酸化!1
15が形成され、それらの重なり合った領域で容量を形
成する。
活性w4域2上にはコントロールゲート5に電圧を与え
るために、コントロールゲート5とコンタク1〜孔8を
介して1炙続されるコントロールゲート(塗11がアル
ミニウムにより形成される。また、ソース4に電圧を与
えるために、ソース4とコンリフト孔7を介して接続さ
れるソース線10がアルミニウムにより形成されている
。
活性領域1上にはアルミニウムからなるビット線9が設
けられコンタクト孔6をfiシてセレクタトラジスタ2
0のドレインfEiii!30に接続される。さらに、
”/−スWA 10. ヒツトtlA913.):U’
:Jントロールゲート線11と絶縁膜を介して交差する
ようにアルミニウムからなるワード線12が設けられ、
活性領域1上でメモリトランジスタ19を選択するため
のセレクトゲートとなる。
第2B図の断面構造から見られるように、活性11.2
上には薄いゲート酸化膜14.15を介してフローティ
ングゲート13が形成されており、このフローティング
ゲート13は絶縁膜で覆われて電気的に浮遊状態となっ
ている。
第3図の等価回路図から見られるように、コントロール
ゲート5とフローティングゲート13とは薄い絶縁膜1
5を介して容fi結合されている。
また、フローディングゲート13はメモリトランジスタ
19のドレイン鎖酸上にまで延びており、さらにメモリ
トランジスタ19のドレインとセレクトi・ランジスタ
20のソースとは共用されており、メモリトランジスタ
19とセレクタトラジスタ20とが直列に接続される。
次にこの動作につい′C説明する。
この不11発性半導体記憶装置への情報の記憶は、メモ
リトランジスタ19のフローティングゲート13に電荷
を注入することにより行なう。このフローティングゲー
ト13は酸化膜に取囲まれて電気的に浮遊状態にあるの
で、不揮発な情報の記憶が実現される。フローティンブ
ゲ−1・13への電荷の注入および川辺きはトンネル酸
化膜に数MV//Crm程度以上の高電界を印加し、電
子をトンネル酸化膜中にトンネル注入させることにより
行なわれる。メモリトランジスタの記憶動作は以下のよ
うになる。
まずフローティングゲート13に電子を注入する揚台に
ついて説明−する。このときりトロ−ルゲート
にソース4およびドレイン3には0■が与えられる。フ
ローティングゲート13の電位は、コントロールゲート
5に与えられた電圧をコントロールゲート−フローディ
ングゲート間容量とフローティングゲー[・−ドレイン
IMI ’d澁とノロ−ティングゲート−半導体基t!
21il容量とコントロ−2レゲードーソース間容量と
からなる容!l結合回路において容]分割することによ
り求めることができる。これらの容量を適当にとること
によりコントロールゲート5に与えられた高電圧をあま
り損わずに70−ティングゲート13に与えることがで
き、フローティングゲート−ドレイン間に高電界を発生
することができる。高電界がゲート酸化膜(1−ンネル
酸1ヒilJI>に印加されることにより、電子が酸化
膜のポテンシャルバリアをトンネルする確率が増大する
。これによりフローティングゲートに負の電荷が蓄積さ
れ、メモリトランジスタ19のしきい値電圧vthは正
の方向にシフトする。以下、この状態を消去状態と呼び
、記憶された情報を”1″とする。
逆に70−ティングゲート13から電子を引抜(場合に
は、コントロールゲート5にOVが与えられ、ざらにド
レイン3に20V程度の高電圧が印加され、ソース4に
5Vが与えられる。これによりフローティングゲート1
3−ドレイン3間に高電界が生じ、フローティングゲー
ト13から電子がドレイン4へと引抜かれる。このよう
にしてフローティングゲート13に正の電荷が蓄積され
、メモリトランジスタ19のしきい値電圧vthが負の
方向にシフトされる。以下、この状態を書込状態と呼び
、情報゛0”が記憶されたとする。
メモリトランジスタ19が有する情報の続出は、コント
ロールゲート線11およびソースl)110を介してそ
れぞれコントロールゲート5,ソース4にOVを与え、
ドレイン3には数V程度の低電位を与えることにより行
なわれる。このとき、メモリトランジスタ゛19はフロ
ーティングゲート13にN積された電荷に応じてオンま
たはオフ状態どなる。したがって、メモリトランジスタ
19のソース−ドレイン間に流れる電流をセレクトトラ
ンジスタ20を介してセンスj′ンブ(図示せず)で増
幅し、その74 1yE 値に応じてメモリi・ランジ
スタ19のオン/′オフ状態を検知することによりメモ
リトランジスタ19の有する記憶11I報が読出される
。 第4図は、第2A図.第2B図および第3図に示さ
れる不揮発性半導体記ta装置のメモリセルのメモリト
ランジスタの奇生容謹が構成する容量回路を示す図であ
る。第4図から見られるように、70−ティングゲート
13とソース4,半導体WW50.73よびドレイン3
との間にそれぞれ容量が互いに並列に形成され、この容
量の並列体と直列にコントロールゲート−〕70ーフイ
ングゲート間容WCIが形成Jれる。ここで、フ[Industrial Application Field] The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, which is a non-volatile semiconductor memory device.
OM). [Prior Art] FIGS. 2A, 2B, and 3 are diagrams showing the configuration and equivalent circuit of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
FIG. 28 shows a cross-sectional structure taken along line CC in FIG. 2A, and FIG. 3 shows an equivalent circuit. This nonvolatile semiconductor memory device is, for example, an IEE
Digest of Technical Vapor
DIGEST OF TECHNICAL PAPE
R8), 1984, p. 268. The structure and operation of a conventional nonvolatile semiconductor memory device will be described below with reference to FIGS. 2A, 28, and Section 3. In FIG. 2A, a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device is composed of a memory transistor 19 for storing information and a select transistor 20 for selecting this memory transistor. Next, each arrangement will be explained. The memory cell includes an active region 1.2 formed on a P-type semiconductor substrate 50. In predetermined regions of the activated steel wi1, N" diffusions @4 and 3 are formed, which become the source and drain of the memory transistor 19, respectively. The N+ diffusion layer 3 functions as the source of the select transistor 20.
In the active region 2, there is an N+ expanded pHI! for controlling charge storage and release of the memory transistor 19. A hunt roll gate 5 consisting of I is formed. A floating gate 13 for storing charge is formed using polycrystalline silicon on the active m regions 1 and 2 via an insulating film. 70-ting gate 13 and active region 1
A thin Ml gate oxide film 14 is formed at a predetermined distance *m between the active region 1 (drain 3) and the floating gate 13, and forms an electron tunnel injection region between the active region 1 (drain 3) and the floating gate 13. In particular, the floating gate 13 and the first gate oxide 1
The region wt where $14 overlaps is called a tunnel region or tunnel oxide film. On the other hand, there is also a second thin gate oxide between the active region 2 and the floating gate 13! 1
15 are formed and their overlapping regions form a capacitor. On the active W4 region 2, a control gate (coating 11 is formed of aluminum) is connected to the control gate 5 through contacts 1 to holes 8 in order to apply voltage to the control gate 5. A source line 10 connected to the source 4 via a contact hole 7 is formed of aluminum in order to apply a voltage to the contact hole 6. A bit line 9 made of aluminum is provided on the active region 1 and the contact hole 6 is selector transistor 2
0 drain fEiii! 30. moreover,
”/-sWA 10. HittlA913.):U'
: A word line 12 made of aluminum is provided so as to intersect with the J control gate line 11 via an insulating film,
It serves as a select gate for selecting memory transistor 19 on active region 1 . As seen from the cross-sectional structure in Figure 2B, activity 11.2
A floating gate 13 is formed thereon through thin gate oxide films 14 and 15, and this floating gate 13 is covered with an insulating film and is in an electrically floating state. As seen from the equivalent circuit diagram in FIG. 3, the control gate 5 and floating gate 13 are
5 and are connected via fi. Furthermore, the floating gate 13 extends onto the drain chain of the memory transistor 19, and the drain of the memory transistor 19 and the source of the select i transistor 20 are shared, and the memory transistor 19 and the selector transistor 20 are connected in series. Next, this operation will be explained. Information is stored in this non-electronic semiconductor memory device by injecting charges into the floating gate 13 of the memory transistor 19. Since this floating gate 13 is surrounded by an oxide film and is in an electrically floating state, nonvolatile information storage is realized. The injection of charges into the floating gates 1 and 13 and the discharge are carried out by applying a high electric field of several MV//Cr or more to the tunnel oxide film and injecting electrons into the tunnel oxide film. The storage operation of the memory transistor is as follows. First, the platform for injecting electrons into the floating gate 13 will be explained. At this time, a voltage of 0 is applied to the source 4 and drain 3 of the troll gate. The potential of the floating gate 13 is determined by combining the voltage applied to the control gate 5 with the capacitance between the control gate and the floating gate, the floating gate [--drain IMI'd, and the floating gate-semiconductor base t!
The capacity consists of the 21il capacity and the capacity between the controller and the 2 legade source! It can be obtained by dividing the capacity in the l coupling circuit. By appropriately selecting these capacitances, the high voltage applied to the control gate 5 can be applied to the floating gate 13 without much loss, and a high electric field can be generated between the floating gate and the drain. By applying a high electric field to the gate oxide film (1-Nelate 1HilJI), the probability that electrons will tunnel through the potential barrier of the oxide film increases. This causes a negative charge to accumulate on the floating gate, causing the memory The threshold voltage vth of the transistor 19 shifts in the positive direction.Hereinafter, this state is called an erased state, and the stored information is assumed to be "1".On the contrary, electrons are extracted from the 70-ting gate 13 (in case , OV is applied to the control gate 5, a high voltage of approximately 20V is applied to the drain 3, and 5V is applied to the source 4.As a result, the floating gate 1
A high electric field is generated between the floating gate 13 and the drain 3, and electrons are extracted from the floating gate 13 to the drain 4. In this way, positive charges are accumulated in the floating gate 13, and the threshold voltage vth of the memory transistor 19 is shifted in the negative direction. Hereinafter, this state will be referred to as a write state, and it is assumed that information "0" is stored.The information held in the memory transistor 19 is transmitted to the control gate 5 and the source 4 via the control gate line 11 and the source 110, respectively. give an OV to
This is done by applying a low potential of about several volts to the drain 3. At this time, the memory transistor 19 is turned on or off depending on the N charges accumulated on the floating gate 13. Therefore, the current flowing between the source and drain of the memory transistor 19 is amplified by a sense circuit (not shown) via the select transistor 20, and the memory transistor 19 is turned on/off according to the 74 1yE value. By detecting the state, the memory 11I information held in the memory transistor 19 is read out. Figure 4 is the same as Figure 2A. FIG. 4 is a diagram showing a capacitor circuit configured by a memory transistor of a memory cell of the nonvolatile semiconductor storage device shown in FIGS. 2B and 3; As can be seen from FIG.
Capacitors are formed in parallel between them, and a control gate-to-fing gate capacitance WCI is formed in series with the parallel body of these capacitors. Here,
【コー
ティングゲート13とソース4との間の容量を04。
フローティングゲートと半導体基板間の容量をC2、フ
ローティングゲート−ドレイン間容量を03とする。次
に第4図を参照して、書込および消去時の印加高電圧を
VPPとして、そのときのフローティングゲーi−13
の電位Vr とフローティングゲート−ドレイン間の電
位差Voxを求める。
但しコントロールゲート、ソース、ドレインおよび半導
体基板へ与えられる電位をそれぞれVcG。
Vs 、Vo 、Vs sとする。
今フローティングゲート13に蓄積される電荷をQr
とすると、このどき次式(1)%式%)
が成立する。合部単化のためにQ,−Qクーロンとする
と、消去時および書込時のフローティングゲートの電位
Vr 13よびフローティングゲート−ドレイン間の電
位差■。Xは以下のように表わされる。
消去時: Vc G=Vr p 、 Vo −Vs −
Vs s−〇■であるので、
Vr−V。X−C1XVFF/C丁 −−−−(2)
書込時: Vc G=Vs *−OV、VD −VF
F、V、−VC(5V)であるので、
Vr ” (C3XVP F +C4XVt
)/CT−−−−(Qこのとき、70−ティングゲー
ト−ドレイン間の電位差VoxはVP P−Vrで与え
られるので、V、、= ((C,1tc2+(,4−)
Vpp−C4・Vs E/CT −−−−−(4)但
し、CT−01+02+03+04である。
フローティングゲート−ドレイン間の電位差V。、を大
きくし、トンネル酸化膜中の電界をより高くするには、
消去時においてはフローティングゲートの電位Vrを高
くし、書込時には70−ティングゲートの電位Vrを低
くすればよい。このことを実現するには、上式(1)な
いしく4)より、全容量CTとコントロールゲート−フ
ローティングゲート間容ff1c1との比(C1/CT
)を大きくし、かつ全容ICTとフローティングゲート
−ドレイン間の容1c3との比(C:3/CT)を小さ
くすればよいことが見られる。また、フローティングゲ
ート−ドレイン間の電荷のトンネル注入を確実に行なっ
てメモリトランジスタのしきい値を十分に変化させるた
めには、トンネル領域にできるだけ高電界を印加するの
が望ましく、このためにはその護岸をできるだけ薄くす
るのが望ましい。
一般に、容量を大きく(小さく)′1jるには、その誘
電体の領域の面積および誘電率を大きく(小さく)シ、
膜厚を薄く(厚く)シなければならない。したがって、
トンネル酸化膜に高電界を印加するためにその膜厚を薄
クシた場合、フローティングゲート−ドレイン間の容量
は大きくなるので、これを避けるためトンネル酸化膜の
面積はできるだけ小さくしておくことが望ましい。
[発明が解決しようとする問題点]
従来の1層のポリシリコンゲートを用いた不揮発性半導
体記憶装置は第2A図に示されるように構成配置されて
いるので、トンネル領域の面積はフローティングゲート
を構成している多結晶シリコンと活性領域の加工寸法に
制限される。たとえば2ミクロンルールのプロセスの場
合、この領域の面積は2ミクロン×2ミクロン以下にす
ることが不可能であった。したがって、トンネル領域の
面積を小さくしてメモリセルの占有面積を小さくするた
めにはより微細化された製造プロセスを必要としていた
。
それゆえ、この発明の目的は、上述のような問題点を除
去し、従来と同一の製造プロセスを用いて従来より微細
化されたメモリセルを備える半導体記憶装置を提供する
ことである。
[問題点を解決するための手段]
この発明にかかる不揮発性半導体記憶装置は、フローテ
ィングゲートとメモリトランジスタのドレイン領域を形
成する拡散領域との接する領域においてフローティング
ゲート下のffl?l!体く絶縁1iI)の膜厚を他の
ゲート絶縁膜よりも薄くし、かつ微小面積のトンネル絶
縁Tf4(yt’m体膜)を形成する。
[作用]
この発明における不揮発性半導体記憶装置のメモリトラ
ンジスタにあっては、フローティングゲート直下にドレ
イン領域から横方向拡散によりN+領領域形成されてい
る。この横方向拡散領域とフローティングゲート間に他
のゲート絶縁膜(誘電体膜)より薄くかつフローティン
グゲート幅よりも狭い絶縁膜(誘電([)1域を設け、
微小面積のトンネル領域を形成している。したがって、
トンネル領域の誘電体幌厚が薄いことにより、フローテ
ィングゲート−ドレイン間に高電界が印加され、かつそ
の微少面積によりフローティングゲート−ドレイン間容
ωを小さくすることができ、たとえば2ミクロンルール
のプロセスにおいて2ミクロン×0.4ミクロン(横方
向拡散距離)の面積のトンネル領域が得られるので、従
来の製造プロセスを用いてメモリセルの占有面積を減少
させることができる。
[発明の実施例]
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1八図ないし第1C図はこの発明の一実施例である不
揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構成配置を示す図
であり、第1A図は平面配置を示し、第1B図は第1A
図のA−A線に沿った断面構造を示し、第1C図は第1
A図のB−B線に沿った断面構造をそれぞれ示す図であ
る。
第1八図ないし第1C図において見られるように、第2
A図、第2B図の従来の半導体記憶装置と異なり、メモ
リトランジスタ19のドレイン3には突出部分が形成さ
れていない。また、活性領域2はL字状に形成され、か
つその上に形成される薄いゲート酸化膜15もL字状に
形成されている。
さらに、この発明の特徴として、微小面積を有する薄い
ゲート酸化膜(トンネル絶a膜)17が従来と同様の製
造プロセスを用いて設けられる。
トンネル酸化1117と70−ティングゲート13との
重なり合うトンネル領域18は、フローティングゲート
13直下のドレイン3の横方向拡散によるN+拡散領域
と重なり合うようにされている。
また、トンネル酸化y417の膜厚は他のゲート酸化膜
領域の膜厚よりも薄くされている。さらにその幅(第1
A図において横方向)はフローティングゲート13のこ
の領域における横方向の幅よりも狭くされている。30
はフィールド酸化膜である。 次に動作について説明す
る。
第1八図ないし第1C図に示されるメモリセルの等価回
路および容ffi結名回路の構成は第3図および第4図
に示される従来のものと同様である。
しかし、従来と異なり、微小面積のトンネル領域18に
より、フローディングゲート−ドレイン間容IC3が従
来より小さくされているとともに、その薄いS厚により
この領域には8電界が印加される。これにより20−テ
ィングゲート−ドレイン間の電荷の注入を十分に行なう
ことができる。
電荷の注入を十分に行なって、メモリトランジスタのし
きい値電圧を十分にシフトさせることは、半導体記憶装
置の書込耐久性、記憶保持特性等において重要である。
式(1)−<4)に示されるように、トンネル領域18
に十分な高電界を印加して、フローティングゲート13
に注入される電荷】を増大させるためには、フローティ
ングゲート−ドレイン間の電位差V。Aを大きくするこ
とおよびトンネル酸化摸の膜厚を薄くすることが必要で
ある。また一方では、トンネル領IIi!18に十分な
高電界が得られろならぼ印加高電圧Vrrの値を低くす
ることも可能である。
消去時においてフローティングゲ−1・−ドレイン間の
電位差を大きくするには、式(2)よりフローティング
ゲート−コントロールゲート間の容IC1を大きくすれ
ばよい。この発明の一実施例によっては従来例より容量
が小さくなることはない。なぜなら、コントロールゲー
ト5および第2のゲート酸化11115は共にL字状に
形成されており、かつぞの膜厚も従来と同様であり、こ
の領域が形成する容量の面積は従来より小さくなること
はないからである。また他の容量も、それぞれの酸化膜
膜厚を個別に設定することができるので容易に最適化で
きる。
また、書込時のフO−ナイングゲートードレイン間の電
位差VOXを太き(するには、式(3)よりフローティ
ングゲート−ドレイン間の容量を小さくすればよい。こ
の発明においては、トンネル領域にalt界を印加する
ためにこの領域の膜厚が薄くされているが、その面積は
従来より大幅に小さくされているので、このフローティ
ングゲート−ドレイン間の容量を小さくすることができ
る。
すなわち、従来の方法においては、このトンネル領域の
最小面積はフローティングゲートと活性領域のプロセス
の最小寸法の積で与えられたが、この発明においては、
ドレインの横方向拡散距離とプロセスの最小寸法の積に
よりぞの最小面積が!jえられ、従来よりその¥5ff
iを小さくすることがで、きる。
以上のようにして、従来に比べてトンネル1Jil+に
高電界を印加して十分な電荷をフローティングゲートに
注入することができ、かつトンネル’AMの占有面積を
小さくすることかできるので、応じてメモリセルの占有
面積を小さくすることが可能となる。
また、上記実席例においてはトンネル領域の絶縁膜を酸
化膜として説明したが、これに限定されず、窒化膜、酸
化膜および窒化膜の2層または多層構造により形成され
ている場合においても同様の効果を得ることができる。
[発明の効果コ
以上のように、この発明においては、トンネル領域がフ
ローティングゲートとドレインの横方向拡散距離との重
なり合った部分に微小面積で形成されているので、トン
ネル領域の容量を小さくづることが可能となり、メモリ
i・ランジスタの占有する面積を減少することができ高
集積化に適したメモリセルを備える不揮発性半導体記憶
装置を実現することができる。
さらに、メモリセルの占有面積を従来例と同一とした場
合においては、フローティングゲート−ドレイン間の容
量を小さくした分だけ印加高電圧Vppの値を低くして
も、十分に大きな高電界がトンネル領域l域に印加され
るので信頼性のある書込/消去が可能となり、高電圧印
加によるメモリトランジスタの劣化をも防止゛すること
ができる。
このように、この発明に従って、書込耐久性。
記憶保持特性等の信頼性を損わずに高集積化に適した不
揮発性半導体記憶装置を実現することができる。[The capacitance between the coating gate 13 and the source 4 is 04. It is assumed that the capacitance between the floating gate and the semiconductor substrate is C2, and the capacitance between the floating gate and the drain is 03. Next, referring to FIG. 4, assuming that the high voltage applied during writing and erasing is VPP, the floating gate i-13 at that time is
The potential Vr and the potential difference Vox between the floating gate and the drain are determined. However, the potentials applied to the control gate, source, drain, and semiconductor substrate are each VcG. Let Vs, Vo, and Vs s. The charge currently accumulated in the floating gate 13 is Qr
Then, the following formula (1)% formula %) is now established. If Q, -Q coulombs are used to simplify the junction, the potential Vr 13 of the floating gate during erasing and writing and the potential difference (2) between the floating gate and the drain. X is expressed as follows. When erasing: Vc G=Vrp, Vo −Vs −
Since Vs s-〇■, Vr-V. X-C1XVFF/C-cho -----(2)
When writing: Vc G=Vs *-OV, VD -VF
Since F, V, -VC (5V), Vr'' (C3XVP F +C4XVt
)/CT----(QAt this time, the potential difference Vox between the 70-ting gate and the drain is given by VP P-Vr, so V,, = ((C,1tc2+(,4-)
Vpp-C4・Vs E/CT ------(4) However, CT-01+02+03+04. Potential difference V between floating gate and drain. To increase the electric field in the tunnel oxide film,
The potential Vr of the floating gate may be made high during erasing, and the potential Vr of the floating gate may be made low during writing. To realize this, from the above equations (1) to 4), the ratio (C1/CT
) and decrease the ratio (C:3/CT) between the total ICT and the floating gate-drain capacitance 1c3. Furthermore, in order to ensure charge tunnel injection between the floating gate and drain and to sufficiently change the threshold voltage of the memory transistor, it is desirable to apply as high an electric field as possible to the tunnel region. It is desirable to make the seawall as thin as possible. Generally, in order to increase (reduce) the capacitance, the area and permittivity of the dielectric region must be increased (reduced).
The film thickness must be made thinner (thicker). therefore,
If the thickness of the tunnel oxide film is reduced in order to apply a high electric field to it, the capacitance between the floating gate and the drain will increase, so to avoid this, it is desirable to keep the area of the tunnel oxide film as small as possible. . [Problems to be Solved by the Invention] Since a conventional nonvolatile semiconductor memory device using a single layer of polysilicon gate is arranged as shown in FIG. 2A, the area of the tunnel region is smaller than that of the floating gate. It is limited by the polycrystalline silicon that constitutes it and the processing dimensions of the active region. For example, in the case of a 2 micron rule process, it is impossible to reduce the area of this region to less than 2 microns x 2 microns. Therefore, in order to reduce the area of the tunnel region and the area occupied by the memory cell, a finer manufacturing process is required. SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and provide a semiconductor memory device that uses the same manufacturing process as the conventional one and includes memory cells that are smaller than the conventional one. [Means for Solving the Problems] A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has an ffl? l! The thickness of the tunnel insulation Tf4 (yt'm body film) is made thinner than the other gate insulation films, and the tunnel insulation Tf4 (yt'm body film) is formed with a minute area. [Operation] In the memory transistor of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, an N+ region is formed by lateral diffusion from the drain region directly under the floating gate. An insulating film (dielectric ([) 1 region) is provided between this lateral diffusion region and the floating gate, which is thinner than other gate insulating films (dielectric films) and narrower than the floating gate width.
A tunnel region with a minute area is formed. therefore,
Due to the thin dielectric hood in the tunnel region, a high electric field is applied between the floating gate and the drain, and the small area allows the floating gate-drain space ω to be reduced, for example, in a 2-micron process. A tunnel region with an area of 2 microns by 0.4 microns (lateral diffusion length) is obtained, allowing the footprint of the memory cell to be reduced using conventional manufacturing processes. [Embodiment of the Invention] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 18 to 1C are diagrams showing the arrangement of memory cells of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A shows a planar arrangement, and FIG.
Figure 1C shows the cross-sectional structure along line A-A in the figure.
It is a figure which shows the cross-sectional structure along the BB line of A figure, respectively. As seen in Figures 18 to 1C, the second
Unlike the conventional semiconductor memory devices shown in FIGS. A and 2B, no protruding portion is formed on the drain 3 of the memory transistor 19. Further, the active region 2 is formed in an L-shape, and the thin gate oxide film 15 formed thereon is also formed in an L-shape. Further, as a feature of the present invention, a thin gate oxide film (tunnel insulation film) 17 having a small area is provided using a manufacturing process similar to the conventional one. The tunnel region 18 where the tunnel oxide 1117 and the 70-ting gate 13 overlap is arranged to overlap with the N+ diffusion region formed by lateral diffusion of the drain 3 directly under the floating gate 13. Further, the film thickness of tunnel oxide y417 is made thinner than the film thickness of other gate oxide film regions. Furthermore, its width (first
(in the lateral direction in FIG. A) is made narrower than the lateral width of the floating gate 13 in this region. 30
is the field oxide film. Next, the operation will be explained. The structure of the equivalent circuit of the memory cell and the capacitor ffi connection circuit shown in FIGS. 18 to 1C is the same as the conventional one shown in FIGS. 3 and 4. However, unlike the conventional device, the floating gate-drain capacitance IC3 is made smaller than the conventional device due to the small area of the tunnel region 18, and an electric field is applied to this region due to the thin S thickness. Thereby, charge can be sufficiently injected between the gate and the drain. Sufficient charge injection to sufficiently shift the threshold voltage of a memory transistor is important in terms of write durability, memory retention characteristics, etc. of a semiconductor memory device. As shown in equation (1)-<4), the tunnel region 18
By applying a sufficiently high electric field to the floating gate 13
In order to increase the charge injected into the floating gate-drain potential difference V. It is necessary to increase A and reduce the thickness of the tunnel oxide film. On the other hand, Tunnel Territory IIi! If a sufficiently high electric field can be obtained at 18, it is also possible to lower the value of the applied high voltage Vrr. In order to increase the potential difference between the floating gate and the drain during erasing, it is sufficient to increase the capacitance IC1 between the floating gate and the control gate according to equation (2). Depending on the embodiment of the present invention, the capacity will not be smaller than that of the conventional example. This is because both the control gate 5 and the second gate oxide 11115 are formed in an L-shape, and their film thickness is the same as before, so the area of the capacitance formed by this region will not be smaller than before. That's because there isn't. Further, other capacitances can be easily optimized because the thickness of each oxide film can be set individually. Furthermore, in order to increase the potential difference VOX between the floating gate and the drain during writing, the capacitance between the floating gate and the drain can be made smaller according to equation (3). The film thickness of this region is made thinner in order to apply an alt field to the region, but the area is much smaller than before, so the capacitance between the floating gate and the drain can be reduced. In the conventional method, the minimum area of this tunnel region is given by the product of the minimum dimensions of the floating gate and the active region process, but in this invention,
The minimum area is the product of the lateral diffusion distance of the drain and the minimum dimension of the process! ¥5ff compared to before.
This can be done by reducing i. As described above, it is possible to inject sufficient charge into the floating gate by applying a higher electric field to the tunnel 1Jil+ than in the past, and also to reduce the area occupied by the tunnel 'AM, so that the memory It becomes possible to reduce the area occupied by the cell. Further, in the above practical example, the insulating film in the tunnel region is explained as an oxide film, but the invention is not limited to this, and the same applies when it is formed with a two-layer or multilayer structure of a nitride film, an oxide film, and a nitride film. effect can be obtained. [Effects of the Invention] As described above, in this invention, the tunnel region is formed in a very small area at the portion where the lateral diffusion distances of the floating gate and the drain overlap, so that the capacitance of the tunnel region can be reduced. This makes it possible to reduce the area occupied by the memory i transistor and to realize a nonvolatile semiconductor memory device equipped with memory cells suitable for high integration. Furthermore, if the area occupied by the memory cell is the same as that of the conventional example, even if the value of the applied high voltage Vpp is lowered by the amount that the capacitance between the floating gate and the drain is reduced, a sufficiently large high electric field will be applied to the tunnel region. Since the voltage is applied to the l region, reliable writing/erasing is possible, and deterioration of the memory transistor due to high voltage application can be prevented. Thus, write durability according to this invention. A nonvolatile semiconductor memory device suitable for high integration can be realized without impairing reliability such as memory retention characteristics.
【図面の簡単な説明】
第1八図ないし第1C図はこの発明の一実論例である半
導体記憶装置の構成および構造を示す図であり、第1A
図は平面配置を示し、第1B図は第1A図のA−A線に
沿った断面構造を模式的に示し、第1C図は第1A図の
B−B線に沿った断面構造を模式的に示す図である。第
2A図および第2B図は従来の不i発性半導体記i!!
装茸の構成および構造を示す図であり、第2八因はその
平面配置を示す図であり、第2B図は第2A図のC−C
檜に沿った断面構造を概略的に示す図である。
第3図は不揮発性半導体記憶装置の筈価回路を示す図で
ある。第4図は不揮発性半導体記(1装置のメモリセル
に形成される寄生容量が構成する容量回路を示す図であ
る。
図において、1.2は活性領域、3はメモリトランジス
タのドレイン、4はメモリド・ランジスタのソース、5
はコン]・ロールゲート、13はフロー戸イングゲート
、15はゲート絶縁膜、17はトンネル絶縁賎、18は
1−ンネル鎮戚、19はメモリ1〜う〕5・ジスタ、2
0はセレクト・1−ラ〉・ジスタである。
・′j6、図中、同符号は同一または相当部分を示ケ。
代理人 大 岩 増 雄
第1A図
13:フワーティ〉7゛ケート 15: ケ2ト#
]JIL 17 : l−>*rLJfl’#f
t(8: トンネル4ψdp、、 rQ:
メモ、リトランジスタ ZO:”ILオく上ラン
シλ7第1B図
第1C聞
第2八図
第2B図
第30 第4図
手続補正書(自発)
2,5d明の名称
不揮発性半導体記憶装置
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号名
称 (601)三菱電機株式会社5、補正の対象
明細書の発明の詳細な説明の欄
6、補正の内容
(1) 明細書第5頁第14行の「アルミニウム」を「
多結晶シリコン」に訂正する。
(2) 明細優男6頁第9〜10行の「セレクタ」を「
セレクト」に訂正する。
(3) 明細書第7頁第11行の「コントロールゲート
」を「70−ティングゲート」に訂正する。
(4) 明細書第11頁第2行の「V、」を「vcc」
に訂正する。
以上[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIGS. 18 to 1C are diagrams showing the configuration and structure of a semiconductor memory device which is a practical example of the present invention.
The figure shows the planar arrangement, Figure 1B schematically shows the cross-sectional structure taken along line A-A in Figure 1A, and Figure 1C schematically shows the cross-sectional structure taken along line B-B in Figure 1A. FIG. FIGS. 2A and 2B are diagrams of conventional non-ignitable semiconductor devices. !
FIG. 2B is a diagram showing the composition and structure of the mushroom, the second eighth factor is a diagram showing its planar arrangement, and FIG.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure along a Japanese cypress. FIG. 3 is a diagram showing a logic circuit of a nonvolatile semiconductor memory device. FIG. 4 is a diagram showing a capacitive circuit constituted by parasitic capacitance formed in a memory cell of a nonvolatile semiconductor device. In the figure, 1.2 is an active region, 3 is a drain of a memory transistor, and 4 is a Memorized transistor source, 5
13 is a flow gate, 15 is a gate insulating film, 17 is a tunnel insulating layer, 18 is a 1-channel insulation layer, 19 is a memory 1 to 5 transistor, 2
0 is select, 1-ra>, jista.・'j6 In the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa Figure 1A 13: Fuwarty〉7゛Kate 15: Ke2to #
]JIL 17: l->*rLJfl'#f
t(8: tunnel 4ψdp,, rQ:
Memo, Re-transistor ZO:"IL Okuranshi λ7 Figure 1B Figure 1C Figure 28 Figure 2B Figure 30 Figure 4 Procedural Amendment (Voluntary) 2.5d Name Nonvolatile Semiconductor Memory Device 3, Relationship with the case of the person making the amendment Patent Applicant Address 2-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Name (601) Mitsubishi Electric Corporation 5 Column 6 for the detailed description of the invention in the specification to be amended; Contents of the amendment (1) “Aluminum” on page 5, line 14 of the specification has been replaced with “
Corrected to "polycrystalline silicon." (2) Change the “selector” in lines 9 to 10 on page 6 of the specification to “
Correct to "Select". (3) "Control gate" on page 7, line 11 of the specification is corrected to "70-ting gate." (4) Replace “V,” in the second line of page 11 of the specification with “vcc”
Correct. that's all
Claims (6)
体で取囲まれて配置されて電荷を蓄積するための導体と
、前記半導体基板表面の第2の予め定められた領域に形
成される不純物拡散層からなり、前記導体の電荷の蓄積
および放出を制御するための制御領域とを備えるMOS
型トランジスタを少なくとも含む不揮発性半導体記憶装
置において、 前記導体と前記半導体基板との間に形成される誘電体の
厚さを部分的に異なる厚さとしたことを特徴とする、不
揮発性半導体記憶装置。(1) A conductor surrounded by a dielectric material and arranged in a first predetermined region on the semiconductor substrate to accumulate charge; and a conductor formed in a second predetermined region on the surface of the semiconductor substrate. an impurity diffusion layer, and a control region for controlling charge accumulation and release of the conductor.
What is claimed is: 1. A nonvolatile semiconductor memory device including at least a type transistor, characterized in that a dielectric formed between the conductor and the semiconductor substrate has a partially different thickness.
半導体基板と前記導体との間の誘電体が部分的に薄くさ
れていることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載
の不揮発性半導体記憶装置。(2) The nonvolatile material according to claim 1, wherein the conductor is made of polycrystalline silicon, and the dielectric between the semiconductor substrate and the conductor is partially thinned. semiconductor memory device.
S型トランジスタの一方導通領域を形成する不純物拡散
領域の一方端部に接する領域に形成される、特許請求の
範囲第1項または第2項に記載の不揮発性半導体記憶装
置。(3) The partially thinned dielectric region includes the MO
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 2, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed in a region in contact with one end of an impurity diffusion region forming one conduction region of an S-type transistor.
囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の不揮発性半導
体記憶装置。(4) The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 3, wherein the dielectric is formed of an oxide film.
囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の不揮発性半導
体記憶装置。(5) The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 3, wherein the dielectric is formed of a nitride film.
により形成される、特許請求の範囲第1項ないし第3項
のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。(6) The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 3, wherein the dielectric is formed of two or multiple layers of a nitride film and an oxide film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60192812A JPS6252974A (en) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | Non-volatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60192812A JPS6252974A (en) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | Non-volatile semiconductor memory device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6252974A true JPS6252974A (en) | 1987-03-07 |
Family
ID=16297395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60192812A Pending JPS6252974A (en) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | Non-volatile semiconductor memory device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6252974A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7493582B2 (en) * | 2005-10-31 | 2009-02-17 | Fujitsu Limited | Pattern layout and layout data generation method |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP60192812A patent/JPS6252974A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7493582B2 (en) * | 2005-10-31 | 2009-02-17 | Fujitsu Limited | Pattern layout and layout data generation method |
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