JPS63248175A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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Publication number
JPS63248175A
JPS63248175A JP62083166A JP8316687A JPS63248175A JP S63248175 A JPS63248175 A JP S63248175A JP 62083166 A JP62083166 A JP 62083166A JP 8316687 A JP8316687 A JP 8316687A JP S63248175 A JPS63248175 A JP S63248175A
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JP
Japan
Prior art keywords
region
gate
floating gate
insulating film
control gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP62083166A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Ozaki
浩司 小崎
Hideaki Arima
有馬 秀明
Kiyoteru Kobayashi
清輝 小林
Yasushi Kinoshita
木下 靖史
Toshiaki Omori
大森 寿朗
Junji Tateishi
準二 立石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP62083166A priority Critical patent/JPS63248175A/en
Publication of JPS63248175A publication Critical patent/JPS63248175A/en
Pending legal-status Critical Current

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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

Abstract

PURPOSE:To scale down the cell size, and to reduce the occupying area of a storage element by forming a floating gate onto the same plane, surrounding a control gate in a floating gate type EEPROM semiconductor device. CONSTITUTION:A control gate 7 is shaped into a specified region in an insulating film 4 formed onto a semiconductor substrate 1, and a floating gate 5 is shaped onto the same plane, surrounding the gate 7, thus forming an EEPROM. According to the gate constitution, even when the area of a cell is reduced, the area of the floating gate is increased, thus scaling down the size of the cell, then diminishing the occupying area of a storage element.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体記憶装置に関し、特に電気的に情報の
書込および消去が可能な不揮発性メモリ、いわゆるE 
E P ROM (E Iectrically E 
rasable  and  Proara+uabl
e  Read  Qnly  Memory  ) 
 記憶素子の構造に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor memory devices, and in particular to nonvolatile memories in which information can be electrically written and erased, so-called E
E P ROM (E Electrically E
rasable and Proara+uabl
e Read Qnly Memory)
This relates to the structure of a memory element.

[従来の技術] 第2A図〜第2C図は従来のフローティングゲート型の
半導体記憶装置<EEPROM)の構造を示す図である
[Prior Art] FIGS. 2A to 2C are diagrams showing the structure of a conventional floating gate type semiconductor memory device (EEPROM).

第2A図は半導体記憶素子の配置を示す平面図であり、
第2B図は第2A図のA−AIにおける断面図であり、
第2C図は第2A図のB−allにおける断面図である
。以下、第2A図〜第2C図を参照して従来の半導体記
憶装置の構成について説明する。
FIG. 2A is a plan view showing the arrangement of semiconductor memory elements;
FIG. 2B is a sectional view taken along A-AI in FIG. 2A,
FIG. 2C is a sectional view taken along B-all in FIG. 2A. The configuration of a conventional semiconductor memory device will be described below with reference to FIGS. 2A to 2C.

図において、半導体基板21の表面に、不純物拡散層か
らなるソース領域22およびドレイン領域23が所定間
隔をおいて形成されている。前記ソース領域22、ドレ
イン領域23および半導体基板21の表面上には絶縁膜
(酸化膜)24が形成されており、ドレイン領域23上
の絶縁膜24の所定領域は薄いm厚に形成されてトンネ
ル酸化11!24aとされている。そして、少なくとも
トンネル酸化fl124aを含む絶縁膜24上の領域に
ポリシリコンからなるフローティングゲート25が形成
されている。また、このフローティングゲート25上に
は、層間絶縁[126を介してコントロールゲート27
が形成されている。
In the figure, a source region 22 and a drain region 23 made of impurity diffusion layers are formed on the surface of a semiconductor substrate 21 at a predetermined interval. An insulating film (oxide film) 24 is formed on the source region 22, drain region 23 and the surface of the semiconductor substrate 21, and a predetermined region of the insulating film 24 on the drain region 23 is formed to a thin m thickness to form a tunnel. It is said to be oxidized 11!24a. A floating gate 25 made of polysilicon is formed in a region on the insulating film 24 that includes at least the tunnel oxide fl 124a. Further, a control gate 27 is placed on the floating gate 25 via an interlayer insulator [126].
is formed.

上記のソース領域22、ドレイン領域23、トンネル酸
化膜24a1フローテイングゲート25、およびコント
ロールゲート27が続出用トランジスタTR1を構成し
ている。なお、フローティングゲート25のうち、前記
ソース領域22とドレイン領域23との間の領域上に位
置する部分が、読出用トランジスタTRIのゲート領域
25aとなっている。
The source region 22, drain region 23, tunnel oxide film 24a1 floating gate 25, and control gate 27 constitute the successive transistor TR1. Note that a portion of the floating gate 25 located on the region between the source region 22 and the drain region 23 serves as a gate region 25a of the read transistor TRI.

コントロールゲート27とフローティングゲート25と
は、その間の層間絶縁膜2Gを誘電物質として、互いに
重なり合った領域において容量を形成する。また、フロ
ーティングゲート25とドレイン領域23とは、トンネ
ル酸化124aの形成領域において、そのトンネル酸化
11124aを誘電物質として容量を形成する。さらに
、トンネル酸化1!24aを除く領域において、)O−
ティングゲート25と半導体基板21とが形成する容量
も存在する。
The control gate 27 and the floating gate 25 form a capacitance in the overlapping region using the interlayer insulating film 2G between them as a dielectric material. Furthermore, the floating gate 25 and the drain region 23 form a capacitance in the region where the tunnel oxide 124a is formed, using the tunnel oxide 11124a as a dielectric material. Furthermore, in the region excluding tunnel oxidation 1!24a, )O-
There is also a capacitance formed by the ting gate 25 and the semiconductor substrate 21.

フローティングゲート25は電荷を蓄積し、コントロー
ルゲート27とドレイン領域23との間に印加される電
圧に応じて、トンネル酸化11124aを介してドレイ
ン領域23との間で電荷の放出および注入を行なう。 
 □ 一方、半導体基板21の表面には、前記ドレイン領域2
3と所定間隔をおいて他のドレイン領域2日が形成され
ている。そして、絶縁1124上には選択信号を受ける
ワードライン29が形成されており、このワードライン
29のうち、前記ドレイン領域23と前記他のドレイン
領域28との間の領域上に位置する部分が、ゲート領域
29aとなっている。
Floating gate 25 stores charge, and discharges and injects charge between control gate 27 and drain region 23 via tunnel oxide 11124a depending on the voltage applied between control gate 27 and drain region 23.
□ On the other hand, the drain region 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 21.
3 and another drain region 2 are formed at a predetermined interval. A word line 29 receiving a selection signal is formed on the insulator 1124, and a portion of the word line 29 located on a region between the drain region 23 and the other drain region 28 is This is a gate region 29a.

上記のドレイン領域23、ドレイン領域28、およびゲ
ート領域29aが選択用トランジスタTR2を構成して
おり、この場合、ドレイン領域23はソース領域として
用いられる。すなわち、読出用トランジスタTR1のド
レイン領域23は、選択用トランジスタTR2のソース
領域を兼ねている。トレイン領域28は、コンタクト孔
30を介してアルミニウム配線層からなるビットライン
31に接続されている。選択用トランジスタ丁R2は、
ワードライン29を介して与えられる信号に応答してオ
ン・オフし、それに接続される続出用トランジスタTR
1が有する情報をピットライン31に読出す。
The above drain region 23, drain region 28, and gate region 29a constitute the selection transistor TR2, and in this case, the drain region 23 is used as a source region. That is, the drain region 23 of the read transistor TR1 also serves as the source region of the selection transistor TR2. The train region 28 is connected via a contact hole 30 to a bit line 31 made of an aluminum wiring layer. The selection transistor R2 is
A successive transistor TR connected thereto turns on and off in response to a signal applied via the word line 29.
1 is read out to the pit line 31.

また、隣接する記憶素子は、素子量分M領域32により
電気的に絶縁されている。
Further, adjacent memory elements are electrically insulated by the M region 32 corresponding to the element size.

第3図は、第2A図〜第2C図に示される半導体記憶素
子の等価回路を示す図である。M3図において、読出用
トランジスタTR1のドレインDと選択用トランジスタ
TR2のンースとが同一の拡散層23で形成され、互い
に接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor memory element shown in FIGS. 2A to 2C. In figure M3, the drain D of the read transistor TR1 and the source of the selection transistor TR2 are formed of the same diffusion layer 23 and are connected to each other.

また、前述のように読出用トランジスタTR1において
は、コントロールゲート27と70−ティングゲート2
5と半導体基板21とがそれぞれ絶縁膜を介して形成さ
れているため、それぞれの間で容量を形成し容量回路を
構成する。
Further, as described above, in the read transistor TR1, the control gate 27 and the 70-ting gate 2
5 and the semiconductor substrate 21 are each formed with an insulating film interposed therebetween, so that a capacitance is formed between them to form a capacitive circuit.

第4図は読出用トランジスタTR1が構成する容量回路
の等価回路を示す図である。第4図において、コントロ
ールゲート27と層間絶縁膜26と70−ティングゲー
ト25とによって容133が形成され、フローティング
ゲート25とトンネル酸化膜24aとドレイン領域23
とによって容量34が形成されている。そして、フロー
ティングゲート25と半導体基板21との間で形成され
る容量から前記各134を除いた容135が形成されて
いる。容ff134と容量35とが電気的に並列に接続
され、この並列体に電気的に直列に容量33が接続され
ている。
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a capacitive circuit constituted by the read transistor TR1. In FIG. 4, a capacitor 133 is formed by the control gate 27, the interlayer insulating film 26, and the 70-ring gate 25, and the floating gate 25, the tunnel oxide film 24a, and the drain region 23 are formed.
A capacitor 34 is formed by these. A capacitor 135 is formed by removing each of the capacitors 134 from the capacitor formed between the floating gate 25 and the semiconductor substrate 21. The capacitor ff134 and the capacitor 35 are electrically connected in parallel, and the capacitor 33 is electrically connected in series to this parallel body.

以下、第2A図〜第2C図および第3図ならびに第4図
を参照して半導体記憶素子の動作について説明する。
The operation of the semiconductor memory element will be described below with reference to FIGS. 2A to 2C, FIGS. 3 and 4.

この種のフローティングゲート型の半導体記憶素子は、
フO−テインクゲート25に電子が過剰に蓄積されてい
るか、または、電子が不足し見かけ上圧の電荷が存在す
るかに応じて情報を記憶する。
This type of floating gate type semiconductor memory element is
Information is stored depending on whether an excessive amount of electrons is accumulated in the FOT ink gate 25, or whether there is a shortage of electrons and an apparent high charge exists.

電子を70−ティングゲート25に注入する動作は以下
のとおりである。まず、ワードライン29 (WL)お
よびコントロールゲート27(CG>にプログラム電圧
Vp Pを印加し、ビットライン31 (BL)および
読出用トランジスタTR1のソース領域22(S)を接
地電位(OV)にする。
The operation of injecting electrons into the 70-ring gate 25 is as follows. First, a program voltage VpP is applied to the word line 29 (WL) and the control gate 27 (CG>), and the bit line 31 (BL) and the source region 22 (S) of the read transistor TR1 are brought to the ground potential (OV). .

このとき、ワードライン29下の半導体基板21表面に
反転−が形成され、反転層および選択用トランジスタT
R2のドレイン28を介して、読出用トランジスタTR
Iのドレイン領域〈すなわち、選択用トランジスタTR
2のソースm1d)23(D)の電位もビットライン3
1と同一の接地電位(OV)となる。
At this time, an inversion layer is formed on the surface of the semiconductor substrate 21 below the word line 29, and the inversion layer and the selection transistor T
Through the drain 28 of R2, the read transistor TR
The drain region of I (i.e., the selection transistor TR
The potential of the source m1d) 23 (D) of bit line 3
The ground potential (OV) is the same as 1.

第5図は電子注入時において続出用トランジスタTRI
が構成する容量回路の等価回路図である。
Figure 5 shows the successive output transistor TRI during electron injection.
FIG.

第5図に示されるように、コントロールゲート27 (
CG)にプログラム電圧VPPが印加され、ソース領1
jt22(S)aよびドレイン領域23(D)が接地さ
れる。このとき、半導体基板21は常に接地されている
。電荷Q「はフローティングゲート25に蓄積された電
荷であり、電圧V「は70−ティングゲート25−トン
ネル酸化膜24aを含む絶縁膜24−ドレイン領域23
が形成する容ff131:印加される電圧である。
As shown in FIG. 5, the control gate 27 (
CG), a program voltage VPP is applied to the source region 1
jt22(S)a and drain region 23(D) are grounded. At this time, the semiconductor substrate 21 is always grounded. The charge Q" is the charge accumulated in the floating gate 25, and the voltage V" is the charge accumulated in the floating gate 25.
The capacitance formed by ff131 is the applied voltage.

今、容量34の容量値をCI、W量33の容量酒を02
、容量35の容量値を03とすると、電圧V「は近似的
に、 Vr =(C2・Vrp −QF )/Cy・”(1)
と表わされる。ここで、Cr −C1+C2+C3であ
る。
Now, the capacity value of capacity 34 is CI, and the capacity value of W quantity 33 is 02
, the capacitance value of the capacitor 35 is 03, then the voltage V is approximately as follows: Vr = (C2・Vrp −QF )/Cy・” (1)
It is expressed as Here, Cr-C1+C2+C3.

この上式(1)で表わされる電圧Vrが薄いトンネル酸
化膜24aに与えられて、そこに高電界が印加される。
The voltage Vr expressed by the above equation (1) is applied to the thin tunnel oxide film 24a, and a high electric field is applied thereto.

それによってドレイン領域23にl!j:tE−fる電
子がトンネル酸化膜領域をFowler −N ord
heiIll型のトンネル電流として流れ、フローティ
ングゲート25に蓄積される。
This causes the drain region 23 to have l! j: tE-f electrons move through the tunnel oxide film region Fowler -N ord
The current flows as a heiIll type tunnel current and is accumulated in the floating gate 25.

一方、フローティングゲート25から電子を引き抜く場
合は、ワードライン29 (WL>およびピットライン
31 (BL)にプログラム電圧VtPを印加し、コン
トロールゲート27(CG)を接地電位(OV)にする
。さらに続出用トランジスタTR1のソース領域22(
S)を電気的に70−ティング状態にし、そこから電子
が流出しないようにする。このとき、選択用トランジス
タTR2は導通状態となり、読出用トランジスタTR1
のドレイン領域(すなわち選択用トランジスタTR2の
ソース領域>23 (D)の電位は近似的にピットライ
ン31の電位VPP と同一になる。
On the other hand, when extracting electrons from the floating gate 25, a program voltage VtP is applied to the word line 29 (WL>) and the pit line 31 (BL), and the control gate 27 (CG) is set to the ground potential (OV). Source region 22 of transistor TR1 (
S) is electrically brought into a 70-ting state to prevent electrons from flowing out from there. At this time, the selection transistor TR2 becomes conductive, and the read transistor TR1
The potential of the drain region (that is, the source region of the selection transistor TR2>23 (D)) is approximately the same as the potential VPP of the pit line 31.

第6図は電子を引き抜く場合の続出用トランジスタTR
Iが構成する容量回路の等価回路を示す図である。第6
図に示されるように、半導体基板21は接地されている
ので、電気的にフローティング状態のソース領域22 
(S)は半導体基板21を介して接地される。また、ド
レインa域23(D)にはプログラム電圧VPPが印加
され、半導体基板21は接地されているので、その間に
接合容量が形成され、この接合容量が容!135の容量
値に寄与することになり、その容量値はC3’となる。
Figure 6 shows the successive output transistor TR when extracting electrons.
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a capacitor circuit configured by I. 6th
As shown in the figure, since the semiconductor substrate 21 is grounded, the source region 22 is electrically floating.
(S) is grounded via the semiconductor substrate 21. Further, since the programming voltage VPP is applied to the drain a region 23 (D) and the semiconductor substrate 21 is grounded, a junction capacitance is formed between them, and this junction capacitance is capacitance! 135, and its capacitance value becomes C3'.

しかし、近似的にはこの接合容量は小さく、電子注入時
の容量値C3とほぼ等しい。したがって、容量34に印
加される電圧Vyは。
However, approximately, this junction capacitance is small and approximately equal to the capacitance value C3 at the time of electron injection. Therefore, the voltage Vy applied to the capacitor 34 is:

Vr −((C2+03’ )VF F −Qr )/
(C1+02+03’ )    ・・・(2)と表わ
される。この上式(2)で表わされる電圧VFがトンネ
ル酸化1124aに与えられて高電界が印加される。そ
れによってフローティングゲート25内の電子がF o
wler −N ordhela型のトンネル電流とし
てドレイン領域23へ流れ、フローティングゲート25
内の電子が欠乏する。
Vr - ((C2+03')VFF -Qr)/
(C1+02+03')...(2) is expressed. Voltage VF expressed by the above equation (2) is applied to tunnel oxide 1124a to apply a high electric field. As a result, the electrons in the floating gate 25 become F o
Flows into the drain region 23 as a wler-N ordhela type tunnel current, and flows into the floating gate 25.
There is a lack of electrons within.

フローティングゲート25に電子が過剰に存在する場合
、続出用トランジスタTR1のしきい値電圧が上昇し、
続出電流が小さくなる。逆に、フローティングゲート2
5内の電子が不足すると、続出用トランジスタTRIの
しきい値電圧が下がり、続出電流が大きくなる。この読
出電流の大小をディジタル情報の“0“と“17に対応
させて記憶する。
When there are excessive electrons in the floating gate 25, the threshold voltage of the successive transistor TR1 increases,
The continuous current becomes smaller. On the contrary, floating gate 2
When electrons in the transistor 5 become insufficient, the threshold voltage of the successive output transistor TRI decreases, and the successive output current increases. The magnitude of this read current is stored in correspondence with digital information "0" and "17".

[発明が解決しようとする問題点] 従来の半導体記憶装置は以上のように構成されており、
情報を記憶素子に記憶させるために、トンネル酸化11
124aに高電界を印加し70−ティングゲート25と
続出用トランジスタTR1のドレイン領域23との間で
トンネル電流を流すことにより電子の授受を行なってい
る。ここで、前式(1)および(2)から見られるよう
に、トンネルN流を発生させるためにトンネル酸化膜2
4aに印加される電弄を大きくするには、〈1)トンネ
ル酸化膜24a領域の面積を小さくする、(11)フロ
ーティングゲート25とコントロールゲート27との間
の層間絶縁膜を薄くする、(Ili )70−ティング
ゲート25とコントロールゲート27との重なり面積を
大きくすることが必要となる。
[Problems to be solved by the invention] A conventional semiconductor memory device is configured as described above.
Tunnel oxidation 11 in order to store information in the storage element
Electrons are exchanged by applying a high electric field to 124a and causing a tunnel current to flow between the 70-ring gate 25 and the drain region 23 of the successive transistor TR1. Here, as seen from the previous equations (1) and (2), in order to generate the tunnel N flow, the tunnel oxide film 2
In order to increase the electric current applied to 4a, (1) reduce the area of the tunnel oxide film 24a region, (11) thin the interlayer insulating film between the floating gate 25 and the control gate 27, (Ili )70-It is necessary to increase the overlapping area of the gate 25 and the control gate 27.

しかし、(1)の場合、トンネル酸化111248領域
の面積を1μm2以下にするのは製造装置の性能限界に
近く極めて困難であり、(11)の場合には、データ保
持特性が悪くなる可能性が大きくなり、(Ili、)の
場合には、セル面積が増大し、高集積化の方向に逆行す
る。
However, in the case of (1), it is extremely difficult to reduce the area of the tunnel oxide 111248 region to 1 μm2 or less because it is close to the performance limit of the manufacturing equipment, and in the case of (11), there is a possibility that the data retention characteristics will deteriorate. In the case of (Ili,), the cell area increases, going against the direction of high integration.

また、第2A図〜第2C図に示されるように、トンネル
領域、続出用トランジスタ部分、選択用トランジスタ部
分が、それぞれ平面図的にみて重なりがなく分縮した領
域に個々に形成されているため、従来の記憶素子の構成
では記憶素子を微細化することが困難であるなどの問題
点があった。
In addition, as shown in FIGS. 2A to 2C, the tunnel region, the successive transistor section, and the selection transistor section are each formed in separate regions without overlapping in plan view. However, the conventional structure of a memory element has problems such as difficulty in miniaturizing the memory element.

それゆえ、この発明の目的は上述のような問題点を解消
し、記憶素子の占有面積を縮小することができるととも
に、さらにプログラム電圧VFFをも低減させることが
できる半導体記憶装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that can solve the above-mentioned problems, reduce the area occupied by the memory element, and further reduce the program voltage VFF. be.

[問題点を解決するための手段] この発明に係る半導体記憶装置は、半導体基板上に第1
の絶縁膜が形成され、この第1の絶縁膜上の所定領域に
コントロールゲートが形成されている。そして、このコ
ント0−ルゲートを少なくとも部分的に取囲む前記第1
の絶縁膜の領域上にフローティングゲートが形成され、
また、前記コントロールゲートと前記フローティングゲ
ートとの間には第2の絶縁膜が形成されている。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor memory device according to the present invention includes a first semiconductor memory device on a semiconductor substrate.
An insulating film is formed, and a control gate is formed in a predetermined region on this first insulating film. and said first control gate at least partially surrounding said control gate.
A floating gate is formed on the insulating film region of
Further, a second insulating film is formed between the control gate and the floating gate.

[作用] この発明に係る半導記憶体装置においては、フローティ
ングゲートがコントロールゲートを少なくとも部分的に
取囲むように同一平面上に形成されているので、フロー
ティングゲートの面積がかせがれている。したがって、
セルサイズを小さくすることができ、記憶素子の占有面
積を低減させることが可能となる。
[Function] In the semiconductor memory device according to the present invention, since the floating gate is formed on the same plane so as to at least partially surround the control gate, the area of the floating gate is reduced. therefore,
The cell size can be reduced, and the area occupied by the memory element can be reduced.

し実施例] 以下、この発明の一実論例を図面を用いて説明する。Examples] Hereinafter, a practical example of this invention will be explained using the drawings.

第1A図および第1B図はこの発明の一実關例である半
導体記憶装置を示し、第1A図は平面図、第1B図は第
1A図のx−X線断面図である。
1A and 1B show a semiconductor memory device which is an example of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along the line XX of FIG. 1A.

図において、半導体基板1表面の所定領域に、所定の間
隔をおいて不純物拡散層からなるソース領域2およびド
レイン領域3が形成されている。
In the figure, a source region 2 and a drain region 3 made of impurity diffusion layers are formed in a predetermined region on the surface of a semiconductor substrate 1 at a predetermined interval.

このソース領域2、ドレイン領域3、半導体」板1の表
面上には、絶縁膜(酸化膜)4が形成されている。この
絶縁l1lI4のうち前記ドレイン領域3上に位置する
所定部分は、膜厚が他の部分よりも薄く形成されてトン
ネル酸化!ll4aとされている。
An insulating film (oxide film) 4 is formed on the source region 2, drain region 3, and the surface of the semiconductor plate 1. A predetermined portion of this insulation l1lI4 located on the drain region 3 is formed to have a thinner film thickness than other portions, resulting in tunnel oxidation! It is said to be ll4a.

ソース領域2とドレイン領域3との間の領域における絶
縁膜4上には、コントロールゲート7が形成されている
。そして、このコントロールゲート7を取囲みかつトン
ネル酸化[114aを含む領域上には、ポリシリコンか
らなる「コ」の字形の70−ティングゲート5が形成さ
れている。この70−ティングゲート5と前記コントロ
ールゲート7との間には、層間絶1tl!6が形成され
ている。
A control gate 7 is formed on the insulating film 4 in the region between the source region 2 and the drain region 3. A U-shaped 70-ting gate 5 made of polysilicon is formed on a region surrounding the control gate 7 and including the tunnel oxide 114a. Between this 70-ting gate 5 and the control gate 7, there is a layer gap of 1tl! 6 is formed.

上記のソース領域2、ドレイン領域3、トンネル酸化1
14a、フローティングゲート5およびコントロールゲ
ート7が続出用トランジスタTR1を構成している。な
お、)O−ティングゲート5のうち、前記ソース領域2
とドレイン領域3との間の領域上に位置する部分が、読
出用トランジスタTR1のゲート領域5aとなっている
Above source region 2, drain region 3, tunnel oxide 1
14a, the floating gate 5, and the control gate 7 constitute the successive output transistor TR1. Note that) the source region 2 of the O-ting gate 5
A portion located on the region between the gate region 3 and the drain region 3 serves as the gate region 5a of the read transistor TR1.

コントロールゲート7とフローティングゲート5とは、
その間の層間絶縁116を誘電物質として、容量を形成
する。また、フローティングゲート5とドレイン領域3
とは、トンネル酸化114aを含む絶縁膜4を誘電物質
として容量を形成する。ざらに、フローティングゲート
5と半導体基板1とが形成する容量も存在する。
The control gate 7 and floating gate 5 are
A capacitor is formed using the interlayer insulation 116 as a dielectric material. In addition, the floating gate 5 and the drain region 3
That is, a capacitor is formed using the insulating film 4 including the tunnel oxide 114a as a dielectric material. In general, there is also a capacitance formed by the floating gate 5 and the semiconductor substrate 1.

フローティングゲート5は電荷を蓄積し、コントロール
ゲート7とドレイン領域3との間に印加される電圧に応
じて、トンネル酸化114aを介してドレイン領域3と
の間で電荷の放出および注入を行なう。
Floating gate 5 stores charge, and releases and injects charge between control gate 7 and drain region 3 via tunnel oxide 114a depending on the voltage applied between control gate 7 and drain region 3.

一方、半導体基板1の表面には、前記ドレイン領域3と
所定の間隔をおいて他のトレイン領域8が形成されてい
る。そして、絶Rm4上には選択信号を受けるワードラ
イン9が形成されており、このワードライン9のうち、
前記ドレイン領域3と前記他のドレイン領域8との間の
領域上の部分がゲート領域9aとなっている。
On the other hand, another train region 8 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 at a predetermined distance from the drain region 3. A word line 9 receiving a selection signal is formed on the line Rm4, and among this word line 9,
A portion above the region between the drain region 3 and the other drain region 8 serves as a gate region 9a.

上記のドレイン領[3、ドレイン領域8、およびゲート
領域9aが選択用トランジスタTR2を構成しており、
この場合、ドレイン領域3はソース領域として用いられ
る。すなわち、続出用トランジスタTRIのドレイン領
域3は、選択用トランジスタTR2のソース領域を兼ね
ている。ドレイン領域8は、コンタクト孔10を介して
アルミニウム配線層からなるピットライン11に接続さ
れている。
The above drain region [3, drain region 8, and gate region 9a constitute a selection transistor TR2,
In this case, the drain region 3 is used as a source region. That is, the drain region 3 of the successive transistor TRI also serves as the source region of the selection transistor TR2. Drain region 8 is connected via contact hole 10 to pit line 11 made of an aluminum wiring layer.

この選択用トランジスタTR2は、続出用トランジスタ
TR1のソース領域2と、)O−ティングゲート5の電
界によって発生する反転層とを合わせて、ソース領域と
する特徴を持つ。この選択用トランジスタTR2は、ワ
ードライン9を介して与えられる信゛号に応答してオン
・オフし、それに接続される続出用トランジスタTRI
が有する情報をビットライン11に読出す。
This selection transistor TR2 has a feature that the source region 2 of the successive transistor TR1 and the inversion layer generated by the electric field of the O-ting gate 5 are combined as a source region. This selection transistor TR2 is turned on and off in response to a signal applied via the word line 9, and is connected to the successive transistor TRI.
The information contained in the bit line 11 is read out to the bit line 11.

なお、隣接する記憶素子100は、素子間分離領域(図
示せず)により電気的に絶縁されている。
Note that adjacent memory elements 100 are electrically insulated by an inter-element isolation region (not shown).

この半導体記憶装置の動作は、従来技術で示した半導体
記憶装置の動作と同様である。
The operation of this semiconductor memory device is similar to the operation of the semiconductor memory device shown in the prior art.

すなわち、電子をフローティングゲート5に注入する場
合は、ワードライン9およびコントロールゲート7にプ
ログラム電圧VP rを印加し、ピットライン11およ
び読出用トランジスタTR1のソース領域2を接地電位
(Ov)にすると、前述した式(1)で表わされる電圧
VFが薄いトンネル酸化114 aに与えられて高電界
が印加される。
That is, when electrons are injected into the floating gate 5, the program voltage VPr is applied to the word line 9 and the control gate 7, and the pit line 11 and the source region 2 of the read transistor TR1 are set to the ground potential (Ov). A voltage VF expressed by the above-mentioned equation (1) is applied to the thin tunnel oxide 114a to apply a high electric field.

それによって、ドレイン領域3に存在する電子がトンネ
ル酸化1!4aをトンネル電流として流れ、フローティ
ングゲート5に蓄積される。
As a result, electrons existing in the drain region 3 flow through the tunnel oxide 1!4a as a tunnel current and are accumulated in the floating gate 5.

また、フローティングゲート5から電子を引き抜く場合
は、ワードライン9およびビットライン11にプログラ
ム電圧VPPを印加し、コントロールゲート7を接地電
位(OV)にするとともにソース領域2をフローティン
グ状態にすると、前述した式(2)で表わされる電圧V
rがトンネル酸化114aに与えられて高電界が印加さ
れる。それによって、フローティングゲート5内の電子
がトンネル電流としてドレイン領域3に流れ、これによ
りフローティングゲート5内の電子が欠乏する。
Furthermore, when extracting electrons from the floating gate 5, the program voltage VPP is applied to the word line 9 and the bit line 11, the control gate 7 is brought to the ground potential (OV), and the source region 2 is brought into a floating state. Voltage V expressed by equation (2)
r is applied to tunnel oxide 114a and a high electric field is applied. As a result, electrons in the floating gate 5 flow to the drain region 3 as a tunnel current, thereby depleting the electrons in the floating gate 5.

この半導体記憶装置においては、フローティングゲート
5がコントロールゲートを取囲むように「コ丁の字形に
同一平面上に形成されているので、フローティングゲー
ト5の面積が大きくなっている。したがうて、セルサイ
ズを小さくすることができ、記憶素子の占有面積を低減
させることが可能となる。またフローティングゲート5
の面積が大きくなるのでトンネル酸化膜4aに印加され
る電界が大きくなり、これによって、プログラム電圧V
FPを低減させることができる。
In this semiconductor memory device, the floating gate 5 is formed on the same plane in a square shape so as to surround the control gate, so the area of the floating gate 5 is large.Therefore, the cell size It is possible to reduce the area occupied by the memory element.Furthermore, the floating gate 5
Since the area of V increases, the electric field applied to the tunnel oxide film 4a increases, and thereby
FP can be reduced.

さらに、フローティングゲート5およびコントロールゲ
ート7が同一平面上に形成されているので、°製造プロ
セスが容易となる。
Furthermore, since the floating gate 5 and the control gate 7 are formed on the same plane, the manufacturing process is facilitated.

なお、上記実施例では、ソース領域2とフローティング
ゲート5aとの間の絶縁膜4bをトンネル酸化膜4aと
同様に形成しているが、この絶縁m4bは、他の領域の
絶縁y44と同じにもしくは厚く形成してもよい。
In the above embodiment, the insulating film 4b between the source region 2 and the floating gate 5a is formed in the same way as the tunnel oxide film 4a, but this insulating film m4b is formed in the same way as the insulating film y44 in other regions or It may be formed thickly.

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、フローティングゲート
がコント0−ルゲートを少なくとも部分的に取囲むよう
に形成されていることによって、セル面積を小さくして
も70−ティングゲ−1・の面積が大きいので、集積化
を図ることができるとともに、プログラム電圧を低減さ
せることができる。また、フローティングゲートおよび
コントロールゲートが同一平面上に形成されていること
により、製造プロセスが容易となる。したがって、高集
積、人容量の半導体記1!装置を実現することが可能と
なる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the floating gate is formed so as to at least partially surround the control gate, even if the cell area is reduced, it is possible to Since the area of * is large, integration can be achieved and the programming voltage can be reduced. Furthermore, since the floating gate and the control gate are formed on the same plane, the manufacturing process is facilitated. Therefore, high integration, high capacity semiconductor record 1! It becomes possible to realize the device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1A図はこの発明による半導体記憶装置の一実論例を
示す平面図、第1B図は第1A図のX−X線断面図、第
2A図は従来の半導体記憶装置を示す平面図、第2B図
は第2A図のA−A線断面図、第2C図は第2A図の5
−Sa断面図、第3図は半導体記憶素子の等価回路を示
す図、第4図は続出用トランジスタが構成する容量回路
の等価回路を示す図、第5図は電子注入時における容量
回路の等価回路を示す図、第6図は電子放出時における
容量口・路の等価回路を示す図である。 図において、1は半導体基板、2はソース領域。 3はドレイン領域、4は絶縁膜、4aはトンネル酸化膜
、5はフローティングゲート、5aはゲート領域、6は
層間絶縁暎、7はコントロールゲートである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1A is a plan view showing a practical example of a semiconductor memory device according to the present invention, FIG. 1B is a sectional view taken along the line X--X of FIG. 1A, and FIG. Figure 2B is a sectional view taken along line A-A in Figure 2A, and Figure 2C is a cross-sectional view taken along line 5 in Figure 2A.
-Sa sectional view, Fig. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a semiconductor memory element, Fig. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a capacitive circuit constituted by successive transistors, and Fig. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of a capacitive circuit when electrons are injected. FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a capacitance port and a path when electrons are emitted. In the figure, 1 is a semiconductor substrate and 2 is a source region. 3 is a drain region, 4 is an insulating film, 4a is a tunnel oxide film, 5 is a floating gate, 5a is a gate region, 6 is an interlayer insulation layer, and 7 is a control gate. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第
1の絶縁膜上の所定領域に形成されたコントロールゲー
トと、 前記コントロールを少なくとも部分的に取囲む前記第1
の絶縁膜上の領域に形成されたフローティングゲートと
、 前記コントロールゲートと前記フローティングゲートと
の間に形成された第2の絶縁膜とを備え、前記コントロ
ールゲートに所定の電圧を印加することにより前記フロ
ーティングゲートの電荷蓄積動作が制御される半導体記
憶装置。
(1) a semiconductor substrate; a first insulating film formed on the semiconductor substrate; a control gate formed in a predetermined region on the first insulating film; and a control gate that at least partially surrounds the control. 1st
a floating gate formed in a region on an insulating film; and a second insulating film formed between the control gate and the floating gate, and by applying a predetermined voltage to the control gate, A semiconductor memory device in which the charge accumulation operation of a floating gate is controlled.
(2)前記フローティングゲート下部の前記第1の絶縁
膜の少なくとも一部領域には、他の領域よりも膜厚の薄
いトンネル領域が設けられていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。
(2) At least a partial region of the first insulating film under the floating gate is provided with a tunnel region that is thinner than other regions. The semiconductor storage device described above.
(3)前記トンネル領域の膜厚は、200Å以下である
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体記
憶装置。
(3) The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the tunnel region has a film thickness of 200 Å or less.
(4)前記半導体基板の表面の所定領域に不純物拡散領
域が形成されており、前記トンネル領域の少なくとも一
部が前記不純物拡散領域上に位置することを特徴とする
特許請求の範囲第2項または第3項記載の半導体記憶装
置。
(4) An impurity diffusion region is formed in a predetermined region of the surface of the semiconductor substrate, and at least a part of the tunnel region is located on the impurity diffusion region. 3. The semiconductor memory device according to item 3.
(5)前記半導体基板の表面の所定領域にソースおよび
ドレインとなる不純物拡散領域が形成されており、前記
フローティングゲートの一部が前記不純物拡散領域間の
領域上に位置しゲート領域を兼ねることを特徴とする特
許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の半
導体記憶装置。
(5) Impurity diffusion regions serving as a source and drain are formed in predetermined regions on the surface of the semiconductor substrate, and a portion of the floating gate is located on a region between the impurity diffusion regions and also serves as a gate region. A semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 4.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07302849A (en) * 1994-03-30 1995-11-14 Sgs Thomson Microelectron Sa Electric programmable memory cell and preparation
US5478685A (en) * 1993-04-02 1995-12-26 Fuji Electric Co., Ltd. Photoconductor for electrophotography

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