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JPS6226595B2 - - Google Patents
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JPS6226595B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6226595B2
JPS6226595B2 JP16861780A JP16861780A JPS6226595B2 JP S6226595 B2 JPS6226595 B2 JP S6226595B2 JP 16861780 A JP16861780 A JP 16861780A JP 16861780 A JP16861780 A JP 16861780A JP S6226595 B2 JPS6226595 B2 JP S6226595B2
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JP
Japan
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gate
insulating film
erase
data
layer
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Application number
JP16861780A
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JPS5792866A (en
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Fujio Masuoka
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to EP81305349A priority patent/EP0052982B1/en
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Publication of JPS6226595B2 publication Critical patent/JPS6226595B2/ja
Priority to US07/193,079 priority patent/US4910565A/en
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデータの電気的消去が可能なプログ
ラマブルROMのメモリセルに好適な半導体記憶
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory device suitable for a memory cell of a programmable ROM in which data can be electrically erased.

EP―ROM(Erasable Programable―ROM)
は製造後にデータの書込みあるいは消去が可能で
あり、これを大きく別けると紫外線消去型のもの
と電気的消去型のものの2つになる。このうち紫
外線消去型のEP―ROMは1つのメモリセルを1
つのトランジスタで構成することができるために
高集積化が可能であり、現在までに32Kビツトお
よび64Kビツトの集積度を持つものが開発されて
いる。しかしながらこの紫外線消去型のものは紫
外線を通すパツケージを必要とするため、価格が
高価となる。一方、電気的消去型のものは(これ
を特にE2P―ROM(Electrically Erasable P―
ROM)と称する)、1つのメモリセルを最低2つ
のトランジスタで構成するために、集積度をあま
り高くすることはできず、現在までに16Kビツト
の集積度を持つものまでしか発表されていない。
しかしこの電気的消去型のものはパツケージとし
て安価なプラスチツクが使用可能なため、製造コ
ストを低くすることができるという利点をもつて
いる。
EP-ROM (Erasable Programmable-ROM)
Data can be written or erased after manufacturing, and there are two main types: ultraviolet erasable type and electrically erased type. Among these, UV-erasable EP-ROM has one memory cell.
Since it can be configured with one transistor, it is possible to achieve high integration, and to date, devices with 32K bits and 64K bits of integration have been developed. However, this ultraviolet-erasable type requires a package that allows ultraviolet light to pass through, making it expensive. On the other hand, the electrically erasable type (especially E 2 P-ROM (Electrically Erasable P-ROM)
(referred to as ROM), one memory cell consists of at least two transistors, so the degree of integration cannot be increased very high, and so far only 16K bits of integration have been announced.
However, this electrically erasable type has the advantage of being able to use inexpensive plastic as a package, thereby reducing manufacturing costs.

このうち第1図は、1980年2月、ISSCCにお
いて発表された、1つのメモリセルを2つのトラ
ンジスタで構成した従来のE2P―ROMの1つの
メモリセル部分を示す構成図である。図において
1はデイジツト線、2は選択線、3はデータプロ
グラム線であり、デイジツト線1と接地電位点と
の間には、ビツト選択用のMOSトランジスタ4
とデータ記憶用でコントロールゲートとフローテ
イングゲートを持つ二重ゲート型のMOSトラン
ジスタ5とが直列接続されている。そして上記一
方のMOSトランジスタ4のゲートは上記選択線
2に接続され、他方のMOSトランジスタ5のコ
ントロールゲートは上記データプログラム線3に
接続される。
Of these, FIG. 1 is a configuration diagram showing one memory cell portion of a conventional E 2 P-ROM, which was announced at the ISSCC in February 1980, in which one memory cell is composed of two transistors. In the figure, 1 is a digit line, 2 is a selection line, and 3 is a data program line. Between the digit line 1 and the ground potential point is a MOS transistor 4 for bit selection.
and a double gate type MOS transistor 5 having a control gate and a floating gate for data storage are connected in series. The gate of the one MOS transistor 4 is connected to the selection line 2, and the control gate of the other MOS transistor 5 is connected to the data program line 3.

このような構成でなる従来のE2P―ROMには
次のような欠点がある。
The conventional E 2 P-ROM having such a configuration has the following drawbacks.

第1図から明らかなように、1つのメモリセ
ルを2つのトランジスタによつて構成している
ため、紫外線消去型のものに比較して素子数は
2倍、集積度は1/2となり、集積化するには不
利である。
As is clear from Figure 1, since one memory cell is made up of two transistors, the number of elements is twice as high as that of the ultraviolet erasable type, and the degree of integration is half. It is disadvantageous to become

データの書込みおよび消去の際に正負両極性
の電圧が必要であり、印刷配線板等に実装した
場合、電気的にデータの書き換えを行なうため
には、正負両極性の電源が必要である。
When writing and erasing data, voltages with both positive and negative polarities are required, and when mounted on a printed wiring board or the like, a power source with both positive and negative polarities is required to electrically rewrite data.

ワード単位、全ビツト単位で同時にデータを
消去するのが困難である。
It is difficult to erase data simultaneously in word units or all bit units.

短時間で全ビツトのデータを消去するのが困
難である。
It is difficult to erase all bits of data in a short time.

5ボルト単一電源でデータを消去することが
不可能である。
It is impossible to erase data with a single 5 volt power supply.

この発明は上記のような欠点を除去することが
できる半導体記憶装置を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that can eliminate the above-mentioned drawbacks.

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。第2図aないしcはこの発明に係る半導体
記憶装置の構成を示すものであり、第2図aはパ
ターン平面図、第2図bは同図aの―′線に
沿う構造断面図、第2図cは同図aの―′線
に沿う構造断面図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 2a to 2c show the structure of a semiconductor memory device according to the present invention, in which FIG. 2a is a pattern plan view, FIG. 2b is a structural sectional view taken along the line -' of FIG. FIG. 2c is a structural sectional view taken along the line -' in FIG. 2a.

第2図において11はP型シリコンからなる半
導体基板であり、この基板11の表面にはゲート
絶縁膜12a〜12fが一定の間隔でXYマトリ
クス状に配置形成されている。さらに上記基板1
1の表面には、図中上下方向に隣り合う各箇所の
ゲート絶縁膜12aと12d、12bと12e、
12cと12fを対とし、このゲート絶縁膜対相
互間にはフイールド絶縁膜13,13′が形成さ
れている。また上記1箇所のフイールド絶縁膜1
3上には、PあるいはAsを含むポリシリコンか
らなる第1層目の導電体層14が形成されてい
る。さらに上記各ゲート絶縁膜12a〜12f上
には、ポリシリコンからなる第2層目の導電体層
15a〜15fそれぞれが互いに分離して形成さ
れている。そして図中第1層目の導電体層14に
対して左側に位置している2箇所の第2層目の導
電体層15b,15eの各右側端部は、絶縁膜1
6を介して上記第1層目の導電体層14の左側端
部と重なり合つている。また導電体層14に対し
て右側に位置している2箇所の第2層目の導電体
層15c,15fの各左側端部は、上記絶縁膜1
6を介して導電体層14の右側端部と重なり合つ
ている。さらにまた図中左右の方向に隣り合う第
2層目の導電体層15a,15b,15c上に
は、これを覆うように絶縁膜17を介して、これ
ら各導電体層15a,15b,15cとほぼ同じ
幅に設定されたポリシリコンからなる第3層目の
導電体層18Aが形成されと共に、これと同様に
図中左右の方向に隣り合う第2層目の導電体層1
5d,15e,15f上には、これを覆うように
上記絶縁膜17を介して、これら各導電体層15
d,15e,15fとほぼ同じ幅に設定されたポ
リシリコンからなるもう1つの第3層目の導電体
層18Bが形成されている。そしてまた、図中上
下方向に隣り合う2箇所のゲート絶縁膜12aと
12dとの間の基板11の表面領域にはN+型半
導体層19Aが形成され、また2箇所のゲート絶
縁膜12bと12eとの間の基板11の表面領域
にはN+型半導体層19Bが、同様に2箇所のゲ
ート絶縁膜12cと12eとの間の基板11の表
面領域にはN+型半導体層19Cが形成されてい
る。さらに各ゲート絶縁膜12a〜12eに対し
て、上記N+型半導体層19A,19B,19C
形成側とは反対側の基板11の表面領域には、連
続したN+型半導体層19Dが形成されている。
また上記第3層目の導電体層18A,18B上に
は、絶縁膜20を介してAlからなる配線層21
A,21B,21C,21Dが形成されていて、
このうち1つの配線層21Aと前記N+型半導体
層19Aとがコンタクトホール22Aによつて接
続され、配線層21BとN+型半導体層19Bと
がコンタクトホール22Bによつて接続され、配
線層21Cと前記第1層目の導電体層14とがコ
ンタクトホール22Cによつて接続され、また配
線層21DとN+型半導体層19Cとがコンタク
トホール22Dによつて接続されている。そして
前記N+型半導体層19Dは基準電位点たとえば
接地電位点に接続されている。
In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate made of P-type silicon, and on the surface of this substrate 11, gate insulating films 12a to 12f are arranged at regular intervals in an XY matrix. Furthermore, the substrate 1
1, there are gate insulating films 12a and 12d, 12b and 12e, which are adjacent to each other in the vertical direction in the figure.
12c and 12f form a pair, and field insulating films 13 and 13' are formed between the pair of gate insulating films. In addition, the field insulating film 1 at the one location above
A first conductor layer 14 made of polysilicon containing P or As is formed on the conductor layer 3 . Furthermore, second conductor layers 15a to 15f made of polysilicon are formed separately from each other on each of the gate insulating films 12a to 12f. The right end portions of the two second conductive layers 15b and 15e located on the left side with respect to the first conductive layer 14 in the figure are connected to the insulating film 1.
It overlaps with the left end portion of the first conductive layer 14 via the conductor layer 6 . Further, the left end portions of the two second conductive layers 15c and 15f located on the right side with respect to the conductive layer 14 are connected to the insulating film 1.
The right end portion of the conductor layer 14 is overlapped with the conductor layer 14 via the conductor layer 6 . Furthermore, on the second conductor layers 15a, 15b, 15c adjacent to each other in the left and right direction in the figure, each of these conductor layers 15a, 15b, 15c is placed through an insulating film 17 so as to cover the second conductor layers 15a, 15b, 15c. A third conductive layer 18A made of polysilicon having approximately the same width is formed, and a second conductive layer 1 adjacent to the third conductive layer 18A in the horizontal direction in the figure is formed.
5d, 15e, and 15f, each of these conductor layers 15 is placed through the insulating film 17 so as to cover them.
Another third conductor layer 18B made of polysilicon is formed and has approximately the same width as d, 15e, and 15f. Furthermore, an N + type semiconductor layer 19A is formed in the surface region of the substrate 11 between two gate insulating films 12a and 12d that are vertically adjacent to each other in the figure, and two gate insulating films 12b and 12e are formed on the surface of the substrate 11. An N + type semiconductor layer 19B is formed in the surface area of the substrate 11 between the two gate insulating films 12c and 12e, and an N + type semiconductor layer 19C is formed in the surface area of the substrate 11 between the two gate insulating films 12c and 12e. ing. Further, for each gate insulating film 12a to 12e, the N + type semiconductor layers 19A, 19B, 19C
A continuous N + type semiconductor layer 19D is formed in the surface region of the substrate 11 on the side opposite to the formation side.
Further, on the third conductor layers 18A and 18B, a wiring layer 21 made of Al is provided with an insulating film 20 interposed therebetween.
A, 21B, 21C, 21D are formed,
One of the wiring layers 21A and the N + type semiconductor layer 19A are connected through a contact hole 22A, the wiring layer 21B and the N + type semiconductor layer 19B are connected through a contact hole 22B, and the wiring layer 21C and the first conductor layer 14 are connected through a contact hole 22C, and the wiring layer 21D and the N + type semiconductor layer 19C are connected through a contact hole 22D. The N + type semiconductor layer 19D is connected to a reference potential point, for example, a ground potential point.

また第2図aにおいて記号ABCDを付して示す
破線で囲こまれた領域はこの半導体記憶装置の1
ビツト分のメモリセルを示し、このメモリセルは
第2層目の導電体層15をフローテイングゲート
(浮遊ゲート)、第3層目の導電体層18をコント
ロールゲート(制御ゲート)、第1層目の導電体
層14をイレースゲート(消去ゲート)、N+型半
導体層19Bをドレイン、N+型半導体層19D
をソースとするMOSトランジスタから構成さ
れ、さらに第2図bに示す2ビツト分をみた場
合、上記コントロールゲートとイレースゲートは
それぞれ共通であり、イレースゲートに関して左
右対称に構成された一対のMOSトランジスタか
ら構成されている。そして上記コントロールゲー
トは絶縁膜を介して半導体基板11上に設けら
れ、またフローテイングゲートとイレースゲート
は上記コントロールゲートと基板11によつて挾
まれた絶縁膜内に並設された構成となつている。
またイレースゲートはフイールド絶縁膜13上に
形成されているため、各フローテイングゲートと
イレースゲートとの重なり合つている部分はフイ
ールド領域内に存在することになる。さらに第2
図bに示すように、上記重なり合つている部分に
おいて、第2層目の導電体層15すなわちフロー
テイングゲートが、第1層目の導電体層14すな
わちイレースゲートの上記に位置し、基板11と
導電体層14との間の距離が基板11と導電体層
15との間の距離よりも短かくなつている。また
第2図aから明らかなように、前記第1層目の導
電体層14は4ビツトのメモリセルに対して1箇
所だけ設けられ、この各1箇所の導電体層14は
1箇所のコンタクトホール22Cで前記配線層2
1Cと接続されている。
In addition, in FIG. 2a, the area surrounded by broken lines with the symbol ABCD is 1 of this semiconductor memory device.
This memory cell has a second conductor layer 15 as a floating gate, a third conductor layer 18 as a control gate, and a first layer as a control gate. The eye conductor layer 14 is used as an erase gate, the N + type semiconductor layer 19B is used as a drain, and the N + type semiconductor layer 19D is used as an erase gate.
Furthermore, when looking at the two bits shown in Figure 2b, the control gate and erase gate are each common, and the control gate and erase gate are composed of a pair of MOS transistors configured symmetrically with respect to the erase gate. It is configured. The control gate is provided on the semiconductor substrate 11 via an insulating film, and the floating gate and erase gate are arranged in parallel in the insulating film sandwiched between the control gate and the substrate 11. There is.
Furthermore, since the erase gate is formed on the field insulating film 13, the overlapping portion of each floating gate and erase gate exists within the field region. Furthermore, the second
As shown in FIG. b, in the overlapping portion, the second conductive layer 15, that is, the floating gate is located above the first conductive layer 14, that is, the erase gate, and the substrate 11 is located above the first conductive layer 14, that is, the erase gate. The distance between the substrate 11 and the conductive layer 14 is shorter than the distance between the substrate 11 and the conductive layer 15. Further, as is clear from FIG. 2a, the first conductor layer 14 is provided at only one location for a 4-bit memory cell, and each conductor layer 14 at each location is provided at one contact point. The wiring layer 2 is connected to the hole 22C.
Connected to 1C.

第3図は上記第2図に示す半導体記憶装置の等
価回路図である。図において31,32は前記配
線層21B,21Dからなるデイジツト線、3
3,34は前記第1層目の導電体層14と接続さ
れる配線層21Cによつて形成された消去線、3
5,36は前記第3層目の導電体層18A,18
Bが延長されて形成された選択線である。またM
1〜M4はメモリセルであり、各メモリセルはコ
ントロールゲートCG、フローテイングゲート
FG、イレースゲートEG、ドレインDおよびソー
スSから構成され、メモリセルM1,M2のドレ
インDは上記一方のデイジツト線31に、メモリ
セルM3,M4のドレインDは他方のデイジツト
線32に、そしてすべてのメモリセルのソースS
は接地電位点にそれぞれ接続される。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device shown in FIG. 2 above. In the figure, digit lines 31 and 32 are composed of the wiring layers 21B and 21D;
3 and 34 are erase lines formed by the wiring layer 21C connected to the first conductor layer 14;
5 and 36 are the third conductor layers 18A and 18
B is a selection line formed by being extended. Also M
1 to M4 are memory cells, and each memory cell has a control gate CG and a floating gate.
It is composed of an FG, an erase gate EG, a drain D, and a source S. The drains D of the memory cells M1 and M2 are connected to one of the digit lines 31, the drains D of the memory cells M3 and M4 are connected to the other digit line 32, and all Source S of the memory cell of
are respectively connected to the ground potential point.

次に上記第3図に示す等価回路を用いて、この
発明の半導体記憶装置の作用を説明する。いま第
3図中のメモリセルM1に注目すると、初期状態
ではこのメモリセルM1のフローテイングゲート
FGには電子が注入されておらず、そのしきい電
圧VTHは低い状態になつている。
Next, the operation of the semiconductor memory device of the present invention will be explained using the equivalent circuit shown in FIG. 3 above. Now paying attention to memory cell M1 in FIG. 3, in the initial state the floating gate of this memory cell M1 is
No electrons are injected into FG, and its threshold voltage V TH is in a low state.

このメモリセルM1にデータを書き込む場合に
は、選択線35に正極性の高電圧たとえば+20ボ
ルトを、デイジツト線31に正極性の高電圧たと
えば+20ボルトをそれぞれ印加することにより、
メモリセルM1のソースSからドレインDに向つ
て熱電子の流れが生じ、ソース・ドレイン間すな
わちチヤネル領域からこの熱電子がフローテイン
グゲートFGに注入される。これによつてこのメ
モリセルM1のしきい電圧VTHが上昇する。なお
このデータ書き込みの時、消去線33には高電圧
たとえば+20ボルトのパルスを印加するか、ある
いは+5ボルト、0ボルトの直流電圧を印加して
もよいし、あるいは開放にしてもよい。
When writing data to this memory cell M1, by applying a positive high voltage, e.g., +20 volts, to the selection line 35 and a positive high voltage, e.g., +20 volts, to the digit line 31,
A flow of hot electrons occurs from the source S to the drain D of the memory cell M1, and the hot electrons are injected into the floating gate FG from between the source and drain, that is, from the channel region. This increases the threshold voltage V TH of this memory cell M1. When writing data, the erase line 33 may be applied with a pulse of a high voltage, for example, +20 volts, or may be applied with a DC voltage of +5 volts or 0 volts, or may be left open.

次にこのメモリセルM1からデータを読み出す
場合には、選択線35が選択されてメモリセルM
1のコントロールゲートCGに高レベル信号(+
5ボルト)が印加される。この高レベル信号が印
加された時、しきい電圧VTHが低くければ、この
メモリセルM1はオンし、一方のデイジツト線3
1からメモリセルM1を通り接地電位点に向つて
電流が流れる。一方、上記高レベル信号が印加さ
れた時、しきい電圧VTHが高ければ、このメモリ
セルM1はオフとなり電流は流れない。この時、
メモリセルM1を介して電流が流れる状態を論理
“1”レベル、電流が流れない状態を論理“0”
レベルとすれば、この装置は記憶装置として使用
することができる。またフローテイングゲート
FGは前記したように、その周囲を絶縁膜によつ
て取り囲こまれ他とは絶縁分離されているので、
ここにいつたん注入された電子は通常の使用状態
においては外に逃げることができず、したがつて
データ不揮発性の記憶装置として使用することが
できる。
Next, when reading data from this memory cell M1, the selection line 35 is selected and the memory cell M
A high level signal (+
5 volts) is applied. When this high level signal is applied, if the threshold voltage V TH is low, this memory cell M1 is turned on and one digit line 3 is turned on.
A current flows from M1 to the ground potential point through memory cell M1. On the other hand, if the threshold voltage V TH is high when the high level signal is applied, this memory cell M1 is turned off and no current flows. At this time,
A state in which current flows through memory cell M1 is a logic "1" level, and a state in which no current flows is a logic "0" level.
level, this device can be used as a storage device. Also floating gate
As mentioned above, the FG is surrounded by an insulating film and is isolated from others, so
Once the electrons are injected here, they cannot escape under normal usage conditions, so it can be used as a non-volatile data storage device.

また一度書き込まれたデータを消去する場合に
は、選択線35およびデイジツト線31それぞれ
を0ボルトに設定し、消去線33に高電圧たとえ
ば+40ボルトのパルス電圧を印加する。このよう
な電圧を印加することにより、メモリセルM1の
フローテイングゲートFGとイレースゲートEGと
の間にフイールドエミツシヨン(電界放出)が生
じて、いままでフローテイングゲートFGに蓄積
されていた電子がイレースゲートEGおよび消去
線33を介して外部に流出される。この結果、こ
のメモリセルM1のしきい電圧VTHは、初期状態
と同様に低い状態に戻る。
Further, when erasing data that has been written once, the selection line 35 and the digit line 31 are each set to 0 volts, and a high voltage, for example, a pulse voltage of +40 volts, is applied to the erase line 33. By applying such a voltage, field emission occurs between the floating gate FG and the erase gate EG of the memory cell M1, and the electrons that had been accumulated in the floating gate FG are removed. is leaked to the outside via the erase gate EG and the erase line 33. As a result, the threshold voltage V TH of this memory cell M1 returns to a low state similar to the initial state.

このように上記実施例の半導体記憶装置では、
通常の二重ゲート型のMOSトランジスタのフロ
ーテイングゲートに対してイレースゲートを並設
して1ビツト分のメモリセルを構成するようにし
たので、次のような種々の効果を得ることができ
る。
In this way, in the semiconductor memory device of the above embodiment,
Since the erase gate is arranged in parallel to the floating gate of a normal double-gate type MOS transistor to form a memory cell for one bit, various effects such as those described below can be obtained.

1つのメモリセルを1つのトランジスタで構
成することができ、しかもデータの電気的消去
が行なえる。したがつて電気的消去型のEP―
ROMとして紫外線消去型と同程度の集積度を
もつものが実現できる。またパツケージとして
安価なプラスチツクのものが使用できるため低
コストである。
One memory cell can be composed of one transistor, and data can be electrically erased. Therefore, electrically erasable EP--
It is possible to realize a ROM with the same degree of integration as the ultraviolet erasable type. Furthermore, since inexpensive plastic can be used as the package, the cost is low.

データの書き込み、消去および読き出しを単
一極性の電源で行なうことができる。すなわ
ち、書き込み時には+20ボルト、消去時には+
40ボルト、読み出し時には+5ボルトの正極性
の電源があればよく、また+5ボルトの電圧か
ら昇圧回路路によつて+20ボルト、+40ボルト
を得るようにすれば電源は+5ボルトの一つで
済ませることもできる。したがつて印刷配線板
等に実装した状態でデータの書き込み、消去お
よび読み出しが可能である。
Writing, erasing, and reading data can be performed using a single polarity power supply. That is, +20 volts when writing and +20 volts when erasing.
When reading 40 volts, you only need a +5 volt positive power supply, and if you obtain +20 volts and +40 volts from the +5 volt voltage via a booster circuit, you can use only one +5 volt power supply. You can also do it. Therefore, data can be written, erased, and read while mounted on a printed wiring board or the like.

ビツト選択用のトランジスタがないので、ワ
ード単位、全ビツト単位で同時にデータを消去
することができる。
Since there is no transistor for bit selection, data can be erased simultaneously in units of words and units of all bits.

データ消去の際フイールドエミツシヨンを利
用しているので、短時間で消去が可能である。
Since field emission is used to erase data, data can be erased in a short time.

3層のポリシリコン構造を形成するのみで他
のプロセスを必要としないので、通常のシリコ
ンゲートプロセスを用いて製造が可能である。
Since only a three-layer polysilicon structure is formed and no other process is required, it can be manufactured using a normal silicon gate process.

イレースゲート(第1層目の導電体層14)
を構成するポリシリコンによつて配線をするの
ではなく、Alからなる配線層21Cによつて
消去線を配線形成するようにしたので、この消
去線と基板との間の絶縁膜の厚さを比較的厚く
することができ、したがつて消去線に高い電圧
を印加してもリークが発生することはない。
Erase gate (first conductor layer 14)
Since the wiring is formed using the wiring layer 21C made of Al instead of wiring using polysilicon that constitutes the substrate, the thickness of the insulating film between the erasing line and the substrate can be reduced. It can be made relatively thick, so even if a high voltage is applied to the erase line, leakage will not occur.

イレースゲートと配線層21Cとを接続する
コンタクトホールは、メモリセル4ビツトに1
箇所設ければよいので、1ビツト当りのコンタ
クト数は1/4であり高集積化が可能である。
One contact hole connects the erase gate and the wiring layer 21C for every four bits of the memory cell.
Since the number of contacts per bit is 1/4, it is possible to provide a high degree of integration.

データ書き込み時には熱電子の注入を、消去
時にはフイールドエミツシヨンをそれぞれ利用
するため、フローテイングゲートの周囲の絶縁
膜は比較的厚いものが使用でき、不揮発特性す
なわちデータ保持特性は良好となる。
Since hot electron injection is used when writing data and field emission is used when erasing data, a relatively thick insulating film can be used around the floating gate, resulting in good non-volatile characteristics, that is, data retention characteristics.

次に第2図に示すこの発明に係る半導体記憶装
置を製造するための製造方法の一例を、第4図a
ないしeに示すパターン平面図および第5図aな
いしeに示すそれらの―′線に沿う断面図を
用いて説明する。まず、第4図aおよび第5図a
に示すように、P型シリコンからなる半導体基板
11の表面に光触刻法により絶縁膜を1μm成長
させてフイールド絶縁膜13,13′を形成す
る。次に基板11の全面に6000Åの厚みにポリシ
リコンを成長させ、これにPあるいはAsをドー
ピングした後、光触刻法によつて第4図b中実線
で示すように上記1箇箇所のフイールド絶縁膜1
3上に第1層目の導電体層14を形成する。ここ
で隣り合うフイールド絶縁膜13′上には上記導
電体層14を形成していない例を示しているが、
これは必要に応じて形成してもよい。次に第1層
目の導電体層14形成後、第4図cおよび第5図
cに示すように、熱酸化法によつて500Åの厚さ
の酸化膜を成長させて前記ゲート絶縁膜12a〜
12fおよび絶縁膜16を形成し、さらにこれに
続いてCVD法により5000Åの厚さにポリシリコ
ンを成長させ、これを光触刻法を適用してフロー
テイングゲートとしての第2層目の導電体層15a
〜15fを形成する。ここで第5図cには、図かれ
明らかなように、フローテイングゲートとなる導
電体層15b,15cのフイールド絶縁膜13上
に延在する一方側の端部のみが絶縁膜16を介し
第1層目の導電体層14を少なくとも一部が重な
り合う例を示した。そして導電体層15b,15
cの他端については導電体層14と重なり合つて
いない。フローテイングゲート形成後は、第4図
dおよび第5図dに示すように、熱酸化法によつ
て1000Å〜2000Åの厚さの絶縁膜17を形成し、
その上にポリシリコンを堆積形成し、これに光触
刻法を適用してコントロールゲートとなる第3層
目の導電体層18A,18Bを形成すると同時に
第2層目の導電体層15a〜15fをセルフアラ
インにより形成する。次に第4図e中の斜線を付
した領域にPあるいはAsを拡散してドレインと
なるN+型半導体層19A,19B,19Cおよ
びソースとなるN+型半導体層19Dそれぞれを
形成する。さらに第4図eおよび第5図eに示す
ように、基板11全体に絶縁膜20およびAl膜
を連続して堆積形成し、このAl膜に光触刻法を
適用して配線層21A,21B,21C,21D
を形成する。なおこのとき予めコンタクトホール
22A,22B,22C,22Dを開孔してお
き、コンタクトホール22A,22B,22Dそ
れぞれによつてN+型半導体層19A,19B,
19Cと配線層21A,21B,21Dそれぞれ
を、コンタクトホール22Cによつて第1層目の
導電体層14と配線層21Cとを接続することに
よりこの半導体記憶装置は完成する。
Next, an example of a manufacturing method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention shown in FIG. 2 is shown in FIG.
This will be explained using the pattern plan views shown in FIGS. First, Figure 4a and Figure 5a
As shown in FIG. 1, field insulating films 13 and 13' are formed by growing an insulating film to a thickness of 1 μm on the surface of a semiconductor substrate 11 made of P-type silicon by photolithography. Next, polysilicon is grown to a thickness of 6000 Å on the entire surface of the substrate 11, and after doping it with P or As, the above-mentioned one field is formed by photolithography as shown by the solid line in Figure 4b. Insulating film 1
3, a first conductor layer 14 is formed. Here, an example is shown in which the conductor layer 14 is not formed on the adjacent field insulating films 13'.
This may be formed as required. Next, after forming the first conductive layer 14, as shown in FIG. 4c and FIG. ~
12f and an insulating film 16 are formed, and then polysilicon is grown to a thickness of 5000 Å using the CVD method, and then a second layer conductor as a floating gate is formed using a photolithography method. layer 15a
Forms ~15f. As is clear from the figure, in FIG. An example is shown in which the first conductive layer 14 at least partially overlaps. And conductor layers 15b, 15
The other end of c does not overlap with the conductor layer 14. After forming the floating gate, as shown in FIGS. 4d and 5d, an insulating film 17 with a thickness of 1000 Å to 2000 Å is formed by thermal oxidation.
Polysilicon is deposited thereon, and a photolithographic method is applied thereto to form third conductor layers 18A and 18B which will become control gates, and at the same time, second conductor layers 15a to 15f are formed. is formed by self-alignment. Next, P or As is diffused into the shaded region in FIG. 4e to form N + -type semiconductor layers 19A, 19B, and 19C, which will become drains, and N + -type semiconductor layer 19D, which will serve as sources, respectively. Furthermore, as shown in FIG. 4e and FIG. 5e, an insulating film 20 and an Al film are successively deposited over the entire substrate 11, and a photolithography method is applied to this Al film to form wiring layers 21A, 21B. , 21C, 21D
form. At this time, contact holes 22A, 22B, 22C, and 22D are opened in advance, and N + type semiconductor layers 19A, 19B,
This semiconductor memory device is completed by connecting the first conductor layer 14 and the wiring layer 21C through the contact holes 22C and the wiring layers 21A, 21B, and 21D.

なおこの発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、たとえば第2層目の導電体層15の各右
側端部あるいは各左側端部のみが第1層目の導電
体層14の少なくとも一部と重なり合つている場
合について説明したが、これは導電体層15の両
端部が導電体層14と重なり合うように構成して
もよい。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and for example, only each right end portion or each left end portion of the second conductive layer 15 is at least a portion of the first conductive layer 14. Although the case where the conductor layer 15 overlaps with the conductor layer 14 has been described, the structure may be such that both ends of the conductor layer 15 overlap the conductor layer 14.

以上説明したようにこの発明の半導体記憶装置
は、1つのメモリセルを1つのトランジスタで構
成することができしかもデータを電気的に消去す
ることができるため、E2P―ROMに採用すれば
極めて多くの効果を得ることができる。
As explained above, the semiconductor memory device of the present invention can consist of one memory cell with one transistor, and data can be electrically erased, so it is extremely useful when adopted for E 2 P-ROM. You can get many effects.

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

第1図は従来のE2P―ROMの1つのメモリセ
ル部分の構成図、第2図aないしcはこの発明に
係る半導体記憶装置を示すものであり、第2図a
はパターン平面図、第2図bは同図aの―′
線に沿う構造断面図、第2図cは同図aの―
′線に沿う構造断面図、第3図は第2図に示す
装置の等価回路図、第4図aないしeおよび第5
図aないしeはそれぞれ上記第2図に示す装置を
製造するための製造方法の一例を説明するための
もので、第4図aないしeはパターン平面図、第
5図aないしeは第4図aないしeの各―′
線に沿う断面図である。 11…半導体基板、12…ゲート絶縁膜、13
…フイールド絶縁膜、14…第1層目の導電体層
(イレースゲート)、15…第2層目の導電体層
(フローテイングゲート)、16,17,20…絶
縁膜、18…第3層目の導電体層(コントロール
ゲート)、19…N+型半導体層、21…配線層、
22…コンタクトホール、31,32…デイジツ
ト線、33,34…消去線、35,36…選択
線、M1,M2,M3,M4…メモリセル、CG
…コントロールゲート(制御ゲート)、FG…フロ
ーテイングゲート(浮遊ゲート)、EG…イレース
ゲート(消去ゲート)、D…ドレイン、S…ソー
ス。
FIG. 1 is a configuration diagram of one memory cell portion of a conventional E 2 P-ROM, and FIGS. 2a to 2c show a semiconductor memory device according to the present invention.
is a pattern plan view, and Fig. 2 b is a -' of the same Fig. 2 a.
A cross-sectional view of the structure along the line, Figure 2c is the same as that shown in Figure 2a.
Fig. 3 is an equivalent circuit diagram of the device shown in Fig. 2, Fig. 4 a to e, and Fig. 5
Figures a to e are for explaining an example of the manufacturing method for manufacturing the device shown in Figure 2, respectively; Figures 4 a to e are pattern plan views, and Figures 5 a to e are pattern plan views. Each of figures a to e -'
It is a sectional view along a line. 11... Semiconductor substrate, 12... Gate insulating film, 13
...Field insulating film, 14...First conductor layer (erase gate), 15...Second conductor layer (floating gate), 16, 17, 20...Insulating film, 18...Third layer Eye conductor layer (control gate), 19...N + type semiconductor layer, 21... wiring layer,
22... Contact hole, 31, 32... Digit line, 33, 34... Erase line, 35, 36... Selection line, M1, M2, M3, M4... Memory cell, CG
...control gate, FG...floating gate, EG...erase gate, D...drain, S...source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基体と、この基体上に絶縁膜を介して
設けられる制御ゲートと、この制御ゲートと上記
基体とによつて挟まれた上記絶縁膜内に設けられ
る消去ゲートと、上記絶縁膜内に上記消去ゲート
と並設され、フイールド領域内でその端部が絶縁
膜を介して消去ゲートの少なくとも一部と重なり
合つている浮遊ゲートと、ソースおよびドレイン
とを具備し、データ書き込み時にはソース、ドレ
イン間に所定電圧を印加すると共に制御ゲートお
よび消去ゲートに同極性の電圧を印加し、データ
消去時にはソース、ドレインおよび制御ゲートを
ほぼ同電位に設定しかつ消去ゲートにはデータ書
き込み時と同極性の電圧を印加するようにしたこ
とを特徴とする半導体装置。 2 前記データ消去時には、前記ソース、前記ド
レインおよび前記制御ゲートをほぼ同電位に設定
しかつ消去ゲートにはデータ書き込み時と同極性
でデータ書き込み時に印加した電圧よりも大きな
電圧を印加するようにした特許請求の範囲第1項
に記載の半導体記憶装置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor substrate, a control gate provided on the substrate via an insulating film, and an erase gate provided in the insulating film sandwiched between the control gate and the substrate; A floating gate is provided in the insulating film in parallel with the erase gate, and an end portion of the floating gate overlaps at least a portion of the erase gate via the insulating film in the field region, and a source and a drain. When writing, a predetermined voltage is applied between the source and drain, and a voltage of the same polarity is applied to the control gate and erase gate. When erasing data, the source, drain, and control gate are set to approximately the same potential, and data is written to the erase gate. 1. A semiconductor device characterized in that a voltage of the same polarity as time is applied. 2 When erasing the data, the source, the drain, and the control gate are set to approximately the same potential, and a voltage is applied to the erase gate with the same polarity as when writing data and higher than the voltage applied when writing data. A semiconductor memory device according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS644894U (en) * 1987-06-30 1989-01-12

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