JPS6252475B2 - - Google Patents
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- JPS6252475B2 JPS6252475B2 JP52037540A JP3754077A JPS6252475B2 JP S6252475 B2 JPS6252475 B2 JP S6252475B2 JP 52037540 A JP52037540 A JP 52037540A JP 3754077 A JP3754077 A JP 3754077A JP S6252475 B2 JPS6252475 B2 JP S6252475B2
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- Japan
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- region
- gate electrode
- junction
- semiconductor region
- insulating film
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/69—IGFETs having charge trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors
Landscapes
- Static Random-Access Memory (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
半導体メモリは、蓄えられた情報が電気信号と
して容易かつ高速度に取出せること、集積回路
(IC)技術の発達により、大規模集積回路
(LSI)として構成可能になつたためにビツト密
度、信頼性が向上したこと等の理由により、最
近、電子計算機の高速用メモリ装置として用いら
れている。[Detailed Description of the Invention] Semiconductor memories can be configured as large-scale integrated circuits (LSI) due to the fact that stored information can be retrieved easily and quickly as electrical signals and with the development of integrated circuit (IC) technology. Due to its improved bit density and reliability, it has recently been used as a high-speed memory device for electronic computers.
しかしながら半導体メモリは、磁性メモリと異
なり、バイアス電流の供給が断たれると記憶内容
が消えてしまう、いわゆる揮発性という問題を有
していた。 However, unlike magnetic memories, semiconductor memories have a problem of so-called volatility, in which the stored contents disappear when the supply of bias current is cut off.
この欠点のない半導体メモリを得るべく、従
来、カルコゲナイドガラス等の半導体ガラスの記
憶作用についての研究がなされているが、これに
ついては本願に係る原出願当時、実用段階には入
つていない。 In order to obtain a semiconductor memory that does not have this drawback, research has been carried out on the memory function of semiconductor glasses such as chalcogenide glasses, but this research has not yet entered the practical stage at the time of the original filing of the present application.
これに対し揮発性のない半導体メモリとして、
シリコン半導体ICの分野において金属(M)・シ
リコン窒化物(N)・酸化膜(O)・シリコン
(S)の構成を有するMNOS電界効果トランジス
タが開発されたが、この場合、シリコン酸化膜
(SiO2)を半導体基板表面のキヤリアがトンネル
する程に薄く作らねばならないので、ピンホール
が生じ易く、しかも記憶機構がトラツプ準位によ
るため、生産性、再現性が劣ることになるおそれ
があり、ために同じく本願に係る原出願当時、電
子計算機には実用化されていない。 On the other hand, as a non-volatile semiconductor memory,
In the field of silicon semiconductor ICs, an MNOS field effect transistor has been developed that has a structure of metal (M), silicon nitride (N), oxide film (O), and silicon (S). 2 ) must be made so thin that carriers on the surface of the semiconductor substrate can tunnel through, so pinholes are likely to occur, and since the storage mechanism is based on trap levels, there is a risk of poor productivity and reproducibility. Similarly, at the time of the original application relating to the present application, it had not been put to practical use in electronic computers.
一方、これら以外の半導体メモリの分野とし
て、半導体メモリの高ビツト密度、高速性を生か
して固定記憶内容を読出すようにされた読出し専
用メモリ(ROM)がある。このROMの構成法に
は二種類あり、その一つはICを作る際のホトエ
ツチに用いるカラスマスクに固定情報を持たせる
方法である。他の一つは、ICを作る際には記憶
させるべき内容には関係なく一様に作成し、その
後に記憶させるべき内容に応じて電気的に情報を
書込む方法である。 On the other hand, as a field of semiconductor memory other than these, there is a read-only memory (ROM) which takes advantage of the high bit density and high speed of semiconductor memory to read fixed storage contents. There are two ways to configure this ROM, one of which is to add fixed information to the crow mask used for photo-etching when making an IC. Another method is to create an IC uniformly regardless of the content to be stored, and then electrically write information in accordance with the content to be stored.
後者の方法はさらに三つの方法が知られてい
る。その第一の方法は配線を電流パルスで溶断さ
せる方法であり、第二の方法はアルミナのトラツ
プによる記憶特性を用いる方法、そして第三の方
法はチヤネル電流が流れていないときのMOSト
ランジスタのドレインおよび半導体基板間接合の
アバランシエ降伏(雪崩降伏)により半導体基板
と同一伝導形のキヤリアを酸化膜中に注入し、こ
のキヤリアにより配化膜中に埋込まれた多結晶シ
リコン層を充電して情報を書込む方法である。 As for the latter method, three methods are known. The first method is to fuse the wiring with a current pulse, the second method is to use the memory characteristics of alumina traps, and the third method is to blow the wires by cutting the drain of the MOS transistor when no channel current is flowing. Then, carriers of the same conductivity type as the semiconductor substrate are injected into the oxide film due to avalanche breakdown of the junction between the semiconductor substrates, and this carrier charges the polycrystalline silicon layer embedded in the oxide film, thereby providing information. This is the method of writing.
本発明はこれらの三つの方法の中、第三の方法
に対する改良であるため、まず第1図に即し、こ
の従来の第三の方法をさらに詳しく説明する。 Since the present invention is an improvement on the third method among these three methods, this conventional third method will first be explained in more detail with reference to FIG.
第1図Aに示すように、半導体基板1に、その
伝導形とは反対の伝導形を有し、かつ不純物濃度
の大なるドレイン領域2およびソース領域3と、
ゲートシリコン酸化膜4と、シリコン酸化膜4,
5間に埋込まれたシリコン多結晶層6とで成る電
界効果トランジスタ7を形成する。この電界効果
トランジスタ7において、そのドレイン電圧を増
加させて行くと、ドレイン2から基板1中に空乏
層8が広がつて行くが、特に多結晶層6の下の部
分9には第1図Bに示すように電界が集中し、そ
のため空乏層8の他の部分よりも高電界となつて
行き、遂には雪崩降伏の臨界電界に達する。この
とき、この部分9には第1図Bに示すように電子
10、正孔11の電子・正孔対10,11が発生
し、基板1例えばn形の場合、電子10が当該電
界により矢印12で示されるように酸化膜4の方
向に加速され、これにより高いエネルギを得て酸
化膜4の中に注入される。このようにして注入さ
れた電子10は酸化膜4を通過してシリコン多結
晶層6に達し、これを負に帯電させる。一方、正
孔11は電界によつて矢印13で示されるように
ドレイン領域2に運ばれる。 As shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 1 includes a drain region 2 and a source region 3 having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 and having a high impurity concentration.
Gate silicon oxide film 4, silicon oxide film 4,
A field effect transistor 7 is formed by a silicon polycrystalline layer 6 buried between 5 and 5. In this field effect transistor 7, when the drain voltage is increased, a depletion layer 8 spreads from the drain 2 into the substrate 1, but especially in a portion 9 below the polycrystalline layer 6, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the electric field is concentrated, and therefore becomes higher in electric field than other parts of the depletion layer 8, and finally reaches the critical electric field for avalanche breakdown. At this time, electron-hole pairs 10 and 11 of electrons 10 and holes 11 are generated in this portion 9 as shown in FIG. It is accelerated in the direction of the oxide film 4 as shown by 12, thereby obtaining high energy and being injected into the oxide film 4. The electrons 10 thus injected pass through the oxide film 4 and reach the silicon polycrystalline layer 6, charging it negatively. On the other hand, holes 11 are transported to drain region 2 as shown by arrow 13 by the electric field.
このようにしてシリコン多結晶層6の充電状態
を得るこにより、情報の書込みをなし得、一方、
当該書込まれた情報は電界効果トランジスタに紫
外線とかX線を照射することにより消すことがで
きる。 By obtaining the charged state of the silicon polycrystalline layer 6 in this way, information can be written.
The written information can be erased by irradiating the field effect transistor with ultraviolet light or X-rays.
しかし、書込みのなされたトランジスタのドレ
イン・ソース間にはチヤネルが誘起され、デプレ
ツシヨン形となつているので、読出しを行なうこ
とを考えると、アレイ構成のためには必ず、選択
用のトランジスタを直列にしたユニツトセルを用
いねばならない。 However, a channel is induced between the drain and source of the transistor to which writing has been performed, resulting in a depletion type. It is necessary to use a unit cell that is
本発明は上述の諸点を考慮し、例えばパツケー
ジが装置内に組込まれた場合にも、そのままの状
態で情報を書込み得ることはもちろん、書込み
後、ゲート閾値電圧をよりエンハンスメント側に
変化させることもでき、アレイ構成の簡易化も実
現できる不揮発性電界効果トランジスタへの書込
み方法を提供せんとするものである。 The present invention takes the above-mentioned points into consideration. For example, even when the package is incorporated into a device, it is possible to write information as it is, and it is also possible to change the gate threshold voltage to the enhancement side after writing. It is an object of the present invention to provide a method for writing to a nonvolatile field effect transistor, which can also realize a simplified array configuration.
この目的を実現するために、本発明において
は、半導体基板内のキヤリアを絶縁膜内に注入す
る方法として、半導体基板内に少なくとも二種な
いしそれ以上の接合を形成して成る電界効果トラ
ンジスタにおいて、これら複数の接合の中、所期
の充電状態を得るための接合のみを選択して、当
該選択した接合においてのみ、選択的に雪崩降伏
を生起させることにより、得られたキヤリアを注
入する。このようにすればエンハンスメント側に
書込みを行なうことができるようになる。 In order to achieve this object, the present invention provides a method for injecting carriers in a semiconductor substrate into an insulating film in a field effect transistor in which at least two or more types of junctions are formed in a semiconductor substrate. Among these plurality of junctions, only the junction for obtaining the desired charged state is selected, and the obtained carrier is injected by selectively causing avalanche breakdown only in the selected junction. In this way, writing can be performed on the enhancement side.
第2図は本発明の望ましい一実施例に用い得る
素子構造の第一の例を示している。この実施例の
記憶用電界効果トランジスタ45は、半導体基板
(第1領域)24とは逆符号の伝導形のソース領
域(第2領域)26と、ドレイン領域(第4領
域)25とを有し、基板24上のゲート絶縁膜2
2およびこれと連続する絶縁膜27の間には第1
のゲート電極28が埋込まれている。 FIG. 2 shows a first example of a device structure that can be used in a preferred embodiment of the present invention. The storage field effect transistor 45 of this embodiment has a source region (second region) 26 and a drain region (fourth region) 25 of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate (first region) 24. , gate insulating film 2 on substrate 24
2 and the insulating film 27 which is continuous therebetween.
A gate electrode 28 is embedded therein.
この実施例の場合、ソース領域26内にはこの
ソース領域26とは伝導形が異なり、かつ濃度の
濃い不純物を有する領域(第3領域)46が形成
されている。これに対し、ソース領域26の不純
物濃度は、ゲート絶縁膜22の厚さよりも厚い空
乏層47が領域26との間に広がると効果的なた
め、低い値に選ぶのが望ましい。 In this embodiment, a region (third region) 46 having a conductivity type different from that of the source region 26 and having a high concentration of impurities is formed in the source region 26 . On the other hand, the impurity concentration of the source region 26 is desirably selected to be a low value because it is effective if the depletion layer 47, which is thicker than the gate insulating film 22, spreads between the region 26 and the source region 26.
こうした構成においては、本来的には雪崩降伏
を置こし得る接合は複数考えられる。まず、ドレ
イン領域25および基板24間の接合におけるゲ
ート電極28下の基板表面近傍の領域において雪
崩降伏を生起すれば、その領域から絶縁膜22中
に基板24のキヤリアが注入され、これにより第
1ゲート電極28は第一の充電状態に充電され
る。この充電状態では、第1ゲート電極28の下
の領域26の表面は反転チヤネルが誘起され難い
方向に変化しており、後述するように第1のゲー
ト電極上に絶縁膜を介して第2のゲート電極を設
けた場合、この第2のゲート電極から見た、領域
46、領域24の表面をそれぞれソース、ドレイ
ンとする電界効果トランジスタの閾値電圧は、よ
りエンハンスメント側に変化している。 In such a configuration, there are essentially multiple connections that can cause avalanche yield. First, if avalanche breakdown occurs in the region near the substrate surface under the gate electrode 28 at the junction between the drain region 25 and the substrate 24, carriers from the substrate 24 are injected from that region into the insulating film 22, and this causes the first Gate electrode 28 is charged to a first charging state. In this charging state, the surface of the region 26 under the first gate electrode 28 has changed in a direction in which an inversion channel is difficult to be induced, and as will be described later, a second gate electrode is formed on the first gate electrode via an insulating film. When a gate electrode is provided, the threshold voltage of the field effect transistor whose source and drain are the surfaces of the region 46 and the region 24, respectively, as seen from the second gate electrode, changes more toward the enhancement side.
一方、同様にして、ソース領域26およびその
中に形成された領域46の接合における第1ゲー
ト電極28の下の領域48において雪崩降伏を生
起すれば、この領域48から絶縁膜22中に、ソ
ース領域26のキヤリア(その電荷は基板から注
入されたキヤリアの符号とは逆符号)が注入さ
れ、これにより、第1ゲート電極28が上記第一
の充電状態とは異なる第二の充電状態に充電され
ることになる。 On the other hand, if avalanche breakdown occurs in the region 48 under the first gate electrode 28 at the junction of the source region 26 and the region 46 formed therein, the source will be deposited from this region 48 into the insulating film 22. Carriers in the region 26 (the charge of which has a sign opposite to that of the carriers injected from the substrate) are injected, thereby charging the first gate electrode 28 to a second charging state different from the first charging state. will be done.
この充電状態では、第1ゲート電極28の下の
基板表面は反転チヤネルが誘起され難い方向に変
化しており、後述のように第1のゲート電極上に
絶縁膜を介して第2のゲート電極を設けた場合、
この第2のゲート電極から見たゲート閾値電圧は
よりエンハンスメント側に変化しているので、一
度も書込みを行なわないときの閾値電圧をエンハ
ンスメントに設計して起き、この閾値電圧と領域
48での雪崩降伏後のゲート閾値電圧との間に第
2のゲート電極の電圧を設定して置けば、アレイ
構成中の一つの番地のトランジスタを複雑なユニ
ツトセル構成なしに読出すことができる。 In this charged state, the substrate surface under the first gate electrode 28 has changed in a direction in which an inversion channel is difficult to be induced, and as will be described later, a second gate electrode is placed on the first gate electrode via an insulating film. If you set
Since the gate threshold voltage seen from this second gate electrode has changed to the enhancement side, the threshold voltage when no writing is performed is designed to be enhancement, and the avalanche in this threshold voltage and region 48 occurs. By setting the voltage of the second gate electrode between the gate threshold voltage after breakdown, the transistor at one address in the array configuration can be read out without a complicated unit cell configuration.
また、後述の第3図の実施例から推測できるよ
うに、ドレイン領域25を考えなければ第1領域
24と第2領域26との間の接合にても雪崩降伏
を起こし得、そうした場合には、やはり後述の第
3図と同様の機構が生起する。 Further, as can be inferred from the embodiment shown in FIG. 3, which will be described later, if the drain region 25 is not considered, avalanche breakdown may occur at the junction between the first region 24 and the second region 26, and in such a case, , a mechanism similar to that shown in FIG. 3, which will be described later, occurs.
このように、複数の各接合からは本来的にはい
づれも雪崩降伏を生起し得る条件を作れるが、本
発明に従つた場合、まずこの第2図に示される電
界効果トランジスタにおいては、要旨構成中に言
う第2接合領域48からのみの雪崩降伏による情
報の書込みのみを特定する。このようにすれば、
上記のように、第1ゲート電極28の下の基板表
面は反転チヤネルが誘起され難い方向に変化して
おり、後述のように第1のゲート電極上に絶縁膜
を介して第2のゲート電極を設けた場合、この第
2のゲート電極から見たゲート閾値電圧はよりエ
ンハンスメント側に変化している。 In this way, conditions that can cause avalanche breakdown can be created from each of the plurality of junctions, but according to the present invention, the main structure of the field effect transistor shown in FIG. Only writing of information due to avalanche breakdown only from the second bonding region 48 is specified. If you do this,
As described above, the substrate surface under the first gate electrode 28 changes in a direction in which an inversion channel is difficult to be induced, and as described later, a second gate electrode is placed on the first gate electrode via an insulating film. , the gate threshold voltage seen from the second gate electrode changes more towards the enhancement side.
なお、図示の構成において、領域46を半導体
基板24、領域26とは異なる物質にて形成した
ヘテロ接合、シヨツトキ接合等により接合を得る
ようにしても、上述の場合と同様の効果を得るこ
とができることは顕かであろう。 Note that in the illustrated configuration, even if the region 46 is formed of a material different from that of the semiconductor substrate 24 and the region 26, such as by a heterojunction, a shotgun junction, or the like, the same effect as described above can be obtained. It's obvious what you can do.
さらに、二種のpn接合として、トランジスタ
のエミツタ接合とコレクタ接合を用いる場合の実
施例を第3図に示す。 Further, FIG. 3 shows an embodiment in which an emitter junction and a collector junction of a transistor are used as two types of pn junctions.
第3図において埋込み電極(第1ゲート電極)
28はゲート絶縁膜22を介してエミツタ領域
(第3領域)106とベース領域(第2領域)1
05との間の第2の接合(エミツタ接合と呼ぶ)
の半導体表面と接した部分の一部109と、ベー
ス領域105とコレクタ領域(第1領域)102
との間の第1の接合(コレクタ接合と呼ぶ)の半
導体表面と接した部分の一部108とを覆うよう
に配置され、埋込み電極28はゲート絶縁膜22
とそれに連続した絶縁膜27の中に埋込まれてい
る。 In Figure 3, the buried electrode (first gate electrode)
28 is an emitter region (third region) 106 and a base region (second region) 1 via a gate insulating film 22.
05 (referred to as emitter junction)
A part 109 of a portion in contact with the semiconductor surface, a base region 105 and a collector region (first region) 102
The buried electrode 28 is disposed so as to cover a part 108 of the first junction (referred to as collector junction) in contact with the semiconductor surface, and the buried electrode 28 is located on the gate insulating film 22.
and is embedded in an insulating film 27 continuous thereto.
こうした構成においても、本来的には二つの接
合にて雪崩降伏を生起することはできる。すなわ
ち、エミツタ領域106をベース領域105に関
して逆バイアスし、エミツタ接合の表面部分10
9において雪崩降伏を生じさせることにより、ベ
ース領域105における多数キヤリア(npnトラ
ンジスタにおいては正孔、pnpトランジスタにお
いては電子)が絶縁膜22中に注入され、埋込み
電極28を充電する。これに対し、ベース領域1
05をコレクタ領域102に関して逆バイアス
し、コレクタ接合の表面部分において雪崩降伏を
生じさせれば、コレクタ領域102における多数
キヤリアが絶縁膜22中に注入され、埋込み電極
28を上述とは逆の符号に充電する。後述のよう
に、本願では望ましい効果を得るため、後者の注
入により書込みを特定する。 Even in such a configuration, avalanche yielding can originally occur at two junctions. That is, the emitter region 106 is reverse biased with respect to the base region 105 and the surface portion 10 of the emitter junction
By causing avalanche breakdown at 9, majority carriers (holes in the npn transistor, electrons in the pnp transistor) in the base region 105 are injected into the insulating film 22 and charge the buried electrode 28. On the other hand, base area 1
05 is reverse biased with respect to the collector region 102 to cause avalanche breakdown at the surface portion of the collector junction, majority carriers in the collector region 102 are injected into the insulating film 22, causing the buried electrode 28 to have the opposite sign to that described above. Charge. As described below, we specify writing by the latter injection to achieve the desired effect.
第3図に示される実施例では、少なくとも埋込
み電極28の下のエミツタ領域106、ベース領
域105、コレクタ領域102はこの順序で不純
物濃度が小さくなるように作られる必要がある。
空乏層がエミツタ接合ではよりベース接合の方
へ、コレクタ接合ではよりコレクタの方に広が
り、そこからキヤリアが注入される必要があるか
らである。しかし、埋込み電極28の下以外の部
分では、コレクタコンタクト107、コレクタ埋
込み層101のように、ベース領域105より不
純物濃度が濃くても良いし、ベース領域の下側へ
上記埋込み層101のような不純物濃度の濃い領
域が設けられている場合には、領域106をコレ
クタとし、領域101,102をエミツタとして
使うこともできる。なお、領域104はベースコ
ンタクトのため、および領域105上に生ずる可
能性のあるチヤネル遮断のための領域であり、1
03は分離層、100は基板である。 In the embodiment shown in FIG. 3, at least the emitter region 106, base region 105, and collector region 102 under the buried electrode 28 must be formed in this order so that the impurity concentration becomes smaller.
This is because the depletion layer spreads more toward the base junction in the emitter junction and more toward the collector in the collector junction, and carriers need to be injected from there. However, in parts other than under the buried electrode 28, the impurity concentration may be higher than that of the base region 105, such as the collector contact 107 and the collector buried layer 101, or the part under the base region, such as the buried layer 101, may have a higher impurity concentration than the base region 105. If a region with a high impurity concentration is provided, region 106 can be used as a collector and regions 101 and 102 can be used as emitters. Note that the region 104 is a region for base contact and for channel blocking that may occur on the region 105;
03 is a separation layer, and 100 is a substrate.
領域105の上にチヤネルが生ずるときは、後
述のように第1ゲート電極28の上に第2ゲート
電極を設けると、当該領域105をチヤネル形成
領域、領域106,102の一方をソース、他方
をドレインとする記憶用電界効果トランジスタと
して動作する。この場合、コレクタ接合を選択す
れば、その接合における雪崩降伏により、エンハ
ンスメント方向のゲート閾値電圧変化を示す。 When a channel is generated above the region 105, if a second gate electrode is provided on the first gate electrode 28 as described later, the region 105 becomes a channel formation region, one of the regions 106 and 102 becomes a source, and the other becomes a channel formation region. It operates as a memory field effect transistor with a drain. In this case, if the collector junction is selected, avalanche breakdown at that junction will cause a gate threshold voltage change in the enhancement direction.
また、先の第2図に示す実施例においても同様
に、領域26の表面にチヤネルが生ずることもあ
るので、このときは領域26をチヤネル形成領域
とし、領域46、基板24の一方をソース、他方
をドレインとした電界効果トランジスタとして動
作する。 Similarly, in the embodiment shown in FIG. 2, a channel may be formed on the surface of the region 26, so in this case, the region 26 is used as a channel forming region, and one of the region 46 and the substrate 24 is used as a source. It operates as a field effect transistor with the other being the drain.
なお、第3図に示される実施例においては分離
されたトランジスタ構造となつているが、分離層
103とコレクタ埋込み層101がなく、例えば
第2図において左半分の構造、つまり領域46を
エミツタ、領域26をベース、基板24をコレク
タとするように、基板からコレクタ領域102が
構成された場合にも、記憶素子としての機能は十
分に果たすことができる。 Note that although the embodiment shown in FIG. 3 has an isolated transistor structure, there is no isolation layer 103 and collector buried layer 101, and for example, the left half structure in FIG. Even when the collector region 102 is formed from a substrate such that the region 26 serves as a base and the substrate 24 serves as a collector, the function as a memory element can be sufficiently performed.
第2図および第3図の構成において、トランジ
スタ45および110の絶縁膜27の上に第2の
ゲート電極を設けても良く、この場合は上述の効
果に加えてさらにこの第2のゲート電極による電
界によつて雪崩降伏によつて生じたキヤリアを加
速し、これにより書込み速度を向上させることが
できる。 In the configurations of FIGS. 2 and 3, a second gate electrode may be provided on the insulating film 27 of the transistors 45 and 110, and in this case, in addition to the above-mentioned effects, the second gate electrode also provides The electric field accelerates carriers caused by avalanche breakdown, thereby increasing the writing speed.
また、後述するように、第4図示の実施例にお
いては、領域26は領域24よりも第1ゲート電
極28に対向する部分の面積が広く設定されてお
り、領域46および26間の雪崩降伏によつて情
報の書込みを行なうとき、第1ゲート電極の電位
が領域26の電位に追従して書込みを効率良く行
なえるようになつている。 Furthermore, as will be described later, in the embodiment shown in FIG. 4, the area of the region 26 facing the first gate electrode 28 is set larger than that of the region 24, which prevents avalanche breakdown between the regions 46 and 26. Therefore, when writing information, the potential of the first gate electrode follows the potential of the region 26, so that writing can be performed efficiently.
上述においては特に述べなかつたが、本発明に
よる記憶用電界効果トランジスタが形成されたと
同一の半導体基板上にその他のトランジスタを形
成してメモリユニツトセルを構成するような場
合、例えば第4図に示される実施例のように埋込
まれた第1ゲート電極28を有するトランジスタ
のゲート絶縁膜22の厚さより、このような埋込
まれたゲート電極を有しないその他の番地選択用
のトランジスタのゲート絶縁膜22の厚さは厚く
すると良い。こうすると、他のトランジスタのド
レイン接合の降伏電圧を第1ゲート電極を有する
トランジスタの降伏電圧よりも高めることがで
き、動作の安定なユニツトセルを得ることができ
る。 Although not specifically mentioned above, when forming a memory unit cell by forming other transistors on the same semiconductor substrate on which the memory field effect transistor according to the present invention is formed, for example, as shown in FIG. The thickness of the gate insulating film 22 of a transistor having a buried first gate electrode 28 as in the embodiment shown in FIG. It is better to increase the thickness of 22. In this way, the breakdown voltage of the drain junction of the other transistors can be made higher than the breakdown voltage of the transistor having the first gate electrode, and a unit cell with stable operation can be obtained.
本発明の構成に係る、ただし第2ゲート電極を
も有する第4図に示される電界効果トランジスタ
70を用いて実験した結果、第5図に示す関係が
得られた。 As a result of an experiment using the field effect transistor 70 shown in FIG. 4 having the structure of the present invention but also having a second gate electrode, the relationship shown in FIG. 5 was obtained.
より詳しく言うと、第4図に示されている実施
例は領域46が半導体基板24と接続された実施
例であるが、この実施例において、半導体基板2
4を不純物濃度5×1013個/cm3のn形シリコンで
構成し、ソース領域26と領域46との接合近傍
の表面不純物濃度を約1016個/cm3、絶縁膜
(SiO2)22の厚さ11を1000Å、絶縁膜
(SiO2)27の厚さ12を1000Å、チヤネル長L
を10μmとし、埋込みゲート電極(Si)の電圧が
基板24に対して「1」書込みの場合の0Vから
−4V相当へ、「0」書込みの場合−4Vから0V相
当へ、それぞれ変化するに要する時間を測定し、
その結果を第2のゲート電極23(Al)および
ソース26(P)の端子電圧VGSに対する時間t
として表したものが第5図である。 More specifically, the embodiment shown in FIG. 4 is an embodiment in which region 46 is connected to semiconductor substrate 24;
4 is made of n-type silicon with an impurity concentration of 5×10 13 /cm 3 , the surface impurity concentration near the junction between the source region 26 and the region 46 is about 10 16 /cm 3 , and the insulating film (SiO 2 ) 22 The thickness of 1 1 is 1000 Å, the thickness of the insulating film (SiO 2 ) 27 1 2 is 1000 Å, and the channel length L
is 10 μm, and it takes the voltage of the buried gate electrode (Si) to change from 0V to the equivalent of -4V when writing "1" to the substrate 24, and from -4V to equivalent to 0V when writing "0" to the substrate 24. measure time,
The result is expressed as the time t for the terminal voltage V GS of the second gate electrode 23 (Al) and the source 26 (P).
Figure 5 shows what is expressed as .
第5図においては符号Iはドレイン端子Dおよ
びソース端子Sを接地し、基板端子Bに正バイア
スを与え、ソース領域26および領域46間接合
の逆方向電流を100μAとした場合に得られた曲
線を示し、符号は、基板端子Bを接地し、ドレ
イン端子Dに負バイアスを与え、ソース端子Sに
少し負バイアスを与え、基板24およびドレイン
領域25間接合の逆方向電流を10μAとした場合
に得られた曲線を示す。 In FIG. 5, the symbol I indicates a curve obtained when the drain terminal D and the source terminal S are grounded, a positive bias is applied to the substrate terminal B, and the reverse direction current in the junction between the source region 26 and the region 46 is 100 μA. , and the symbol indicates when the substrate terminal B is grounded, the drain terminal D is given a negative bias, the source terminal S is given a slight negative bias, and the reverse current at the junction between the substrate 24 and the drain region 25 is 10 μA. The resulting curve is shown.
この測定結果から、第一に、選択された情報を
不揮発的に記憶し得ること、第二に第2ゲート電
極23を設けることによつて書込み時間を格段に
高速化し得ること、第三に書込み時間は降伏を起
こしている場合のアバランシエ電流に反比例して
小さくなること、そして第四にこの電界効果トラ
ンジスタがエンハンスメントモードのゲート閾値
電圧内でソース領域と領域46との間の雪崩降伏
によつてよりエンハンスメント側に閾値電圧を変
化し得ること、が実証される。 From this measurement result, firstly, the selected information can be stored in a nonvolatile manner, secondly, by providing the second gate electrode 23, the writing time can be significantly speeded up, and thirdly, the writing time The time decreases inversely with the avalanche current during breakdown, and fourth, the field effect transistor is within the enhancement mode gate threshold voltage due to avalanche breakdown between the source region and region 46. It is demonstrated that the threshold voltage can be changed more toward enhancement.
上述のように、本発明によれば、半導体メモリ
が本来有している読出しの高速性と、従来、磁気
メモリによつてしか実現されていなかつた記憶の
不揮発性とを兼ね備えた半導体メモリを得ること
ができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor memory that combines the high speed of reading that semiconductor memory inherently has and the non-volatility of storage that has conventionally been achieved only by magnetic memory. be able to.
また、このようなメモリを作成するについて
も、従来のシリコンゲート技術またはモリブデン
ゲート技術を用い、他に特殊な技術を要すること
なく、容易に高密度に製作できるものである。 Further, such a memory can be easily manufactured at high density using conventional silicon gate technology or molybdenum gate technology without requiring any other special technology.
さらに、以上の説明では記憶内容が「1」であ
るか「0」であるデジタル情報を対象としたが、
アナログ情報の不揮発的な記憶にも用い得ること
は顕かであろう。 Furthermore, in the above explanation, the target was digital information whose memory content was "1" or "0".
It is obvious that it can also be used for non-volatile storage of analog information.
第1図は従来の情報書込み方法の説明に供する
電界効果トランジスタの断面図、第2図、第3図
はそれぞれ本発明書込みの方法の各実施例に用い
得る不揮発性電界効果トランジスタ構造例の各断
面図、第4図は本発明に関する実験結果を得るた
めの実施例としての電界効果トランジスタの構成
図、第5図は第4図に示される電界効果トランジ
スタを用いての測定結果の特性図、である。
図中、22はゲート絶縁膜、23は第2のゲー
ト電極、24,100は半導体基板、25はドレ
イン領域、26はソース領域、27は絶縁膜、2
8は第1のゲート電極、45,70,110は不
揮発性電界効果トランジスタ、46は第三領域、
102はコレクタ、105はベース、106はエ
ミツタ、である。
FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor used to explain a conventional information writing method, and FIGS. 2 and 3 are examples of structures of nonvolatile field effect transistors that can be used in each embodiment of the writing method of the present invention. 4 is a configuration diagram of a field effect transistor as an example for obtaining experimental results related to the present invention; FIG. 5 is a characteristic diagram of measurement results using the field effect transistor shown in FIG. 4; It is. In the figure, 22 is a gate insulating film, 23 is a second gate electrode, 24 and 100 are semiconductor substrates, 25 is a drain region, 26 is a source region, 27 is an insulating film, 2
8 is a first gate electrode, 45, 70, 110 are nonvolatile field effect transistors, 46 is a third region,
102 is a collector, 105 is a base, and 106 is an emitter.
Claims (1)
表面中に第1の接合を形成すべく設けられた第2
の半導体領域と、この第2の半導体領域の表面中
に第2の接合を形成すべく設けられた第3の領域
と、上記第1の領域の第1の接合近傍の表面と上
記第2の領域表面および上記第3の領域の上記第
2の接合近傍の表面とにさしわたすように設けら
れた絶縁膜と、該絶縁膜中に設けられた第1のゲ
ート電極と、上記第1の接合を逆バイアスする手
段とから成る不揮発性電界効果トランジスタにお
いて、上記第1のゲート電極下でかつ上記第1の
半導体領域と第3の領域との間の上記第2の半導
体領域表面に反転層チヤネルが誘起され難い状態
に書込むための書込み方法であつて; 上記第1、第2の接合の中、上記第1のゲート
電極下の上記第1の接合においてのみ、選択的に
雪崩降伏を誘起し、上記第1の領域の伝導形と同
極性のキヤリアを上記第1のゲート電極に注入
し、上記第1のゲート電極の帯電状態を上記同極
性の方向へ変化させることを特徴とする不揮発性
電界効果トランジスタへの書込み方法。 2 第1の半導体領域と、該第1の半導体領域の
表面中に第1の接合を形成すべく設けられた第2
の半導体領域と、この第2の半導体領域の表面中
に第2の接合を形成すべく設けられた第3の領域
と、上記第1の領域の第1の接合近傍の表面と上
記第2の領域表面および上記第3の領域の上記第
2の接合近傍の表面とにさしわたすように設けら
れた絶縁膜と、該絶縁膜中に設けられた第1のゲ
ート電極と、上記第1の接合を逆バイアスする手
段と、絶縁膜を介して上記第1のゲート電極上に
設けられた第2のゲート電極とから成る不揮発性
電界効果トランジスタにおいて、上記第1のゲー
ト電極下でかつ上記第1の半導体領域と第3の領
域との間の上記第2の半導体領域表面に反転層チ
ヤネルが誘起され難い状態に書込むための書込み
方法であつて; 上記第1、第2の接合の中、上記第1のゲート
電極下の上記第1の接合においてのみ、選択的に
雪崩降伏を誘起し、上記第1の領域の伝導形と同
極性のキヤリアを上記第1のゲート電極に注入
し、上記第1のゲート電極の帯電状態を上記同極
性の方向へ変化させることを特徴とする不揮発性
電界効果トランジスタへの書込み方法。 3 第1の半導体領域と、該第1の半導体領域の
表面中に第1の接合を形成すべく設けられた第2
の半導体領域と、この第2の半導体領域の表面中
に第2の接合を形成すべく設けられた第3の領域
と、上記第1の領域の第1の接合近傍の表面と上
記第2の領域表面および上記第3の領域の上記第
2の接合近傍の表面とにさしわたすように設けら
れた絶縁膜と、該絶縁膜中に設けられた第1のゲ
ート電極とを有し、さらに、上記第1のゲート電
極を上記第1の半導体領域表面上に延在させ、該
半導体領域表面上に上記第2の半導体領域と離間
して上記第1のゲート電極下に第3の接合を形成
する第4の領域を設け、かつ上記第3の領域と第
2の領域1との間に逆バイアスを印加する手段を
設けて成る不揮発性電界効果トランジスタにおい
て、上記第1のゲート電極下でかつ上記第2、第
4の半導体領域間の上記第1の半導体領域表面に
反転層チヤネルが誘起され難い状態に書込むため
の書込み方法であつて; 上記第1、第2、第3の接合の中、上記第1の
ゲート電極下の上記第2の接合においてのみ、選
択的に雪崩降伏を誘起し、上記第2の半導体領域
の伝導形と同極性のキヤリアを上記第1のゲート
電極に注入し、上記第1のゲート電極の帯電状態
を上記同極性の方向へ変化させることを特徴とす
る不揮発性電界効果トランジスタへの書込み方
法。 4 第1の半導体領域と、該第1の半導体領域の
表面中に第1の接合を形成すべく設けられた第2
の半導体領域と、この第2の半導体領域の表面中
に第2の接合を形成すべく設けられた第3の領域
と、上記第1の領域の第1の接合近傍の表面と上
記第2の領域表面および上記第3の領域の上記第
2の接合近傍の表面とにさしわたすように設けら
れた絶縁膜と、該絶縁膜中に設けられた第1のゲ
ート電極と、絶縁膜を介して上記第1のゲート電
極上に設けられた第2のゲート電極とを有し、さ
らに、上記第1のゲート電極を上記第1の半導体
領域表面上に延在させ、該半導体領域表面上に上
記第2の半導体領域と離間して上記第1のゲート
電極下に第3の接合を形成する第4の領域を設
け、かつ上記第3の領域と第2の領域1との間に
逆バイアスを印加する手段を設けて成る不揮発性
電界効果トランジスタにおいて、上記第1のゲー
ト電極下でかつ上記第2、第4の半導体領域間の
上記第1の半導体領域表面に反転層チヤネルが誘
起され難い状態に書込むための書込み方法であつ
て; 上記第1、第2、第3の接合の中、上記第1の
ゲート電極下の上記第2の接合においてのみ、選
択的に雪崩降伏を誘起し、上記第2の半導体領域
の伝導形と同極性のキヤリアを上記第1のゲート
電極に注入し、上記第1のゲート電極の帯電状態
を上記同極性の方向へ変化させることを特徴とす
る不揮発性電界効果トランジスタへの書込み方
法。[Claims] 1. A first semiconductor region and a second semiconductor region provided to form a first junction in the surface of the first semiconductor region.
a third region provided to form a second junction in the surface of the second semiconductor region; a surface of the first region near the first junction; an insulating film provided across the region surface and the surface of the third region near the second junction; a first gate electrode provided in the insulating film; an inversion layer on a surface of the second semiconductor region below the first gate electrode and between the first semiconductor region and the third region; A writing method for writing in a state in which a channel is difficult to be induced; selectively causing avalanche breakdown only in the first junction under the first gate electrode among the first and second junctions; and inject carriers having the same polarity as the conduction type of the first region into the first gate electrode, thereby changing the charged state of the first gate electrode in the direction of the same polarity. How to write to non-volatile field effect transistors. 2 a first semiconductor region and a second semiconductor region provided to form a first junction in the surface of the first semiconductor region;
a third region provided to form a second junction in the surface of the second semiconductor region; a surface of the first region near the first junction; an insulating film provided across the region surface and the surface of the third region near the second junction; a first gate electrode provided in the insulating film; A nonvolatile field effect transistor comprising means for reverse biasing a junction, and a second gate electrode provided on the first gate electrode with an insulating film interposed therebetween. A writing method for writing in a state in which an inversion layer channel is difficult to be induced on the surface of the second semiconductor region between the first semiconductor region and the third region; , selectively inducing avalanche breakdown only at the first junction under the first gate electrode, and injecting carriers having the same polarity as the conduction type of the first region into the first gate electrode; A method for writing to a nonvolatile field effect transistor, characterized in that the charged state of the first gate electrode is changed in the direction of the same polarity. 3 a first semiconductor region and a second semiconductor region provided to form a first junction in the surface of the first semiconductor region;
a third region provided to form a second junction in the surface of the second semiconductor region; a surface of the first region near the first junction; an insulating film provided across a region surface and a surface of the third region near the second junction; and a first gate electrode provided in the insulating film; , the first gate electrode is extended over the surface of the first semiconductor region, and a third junction is formed under the first gate electrode on the surface of the semiconductor region, spaced apart from the second semiconductor region. In the non-volatile field effect transistor, the non-volatile field effect transistor is provided with a fourth region to be formed, and means for applying a reverse bias between the third region and the second region 1, under the first gate electrode. and a writing method for writing in a state in which an inversion layer channel is difficult to be induced on the surface of the first semiconductor region between the second and fourth semiconductor regions; the first, second, and third junctions; In the process, avalanche breakdown is selectively induced only at the second junction under the first gate electrode, and carriers having the same polarity as the conduction type of the second semiconductor region are transferred to the first gate electrode. A method for writing to a nonvolatile field effect transistor, characterized by injecting the same polarity into the first gate electrode and changing the charged state of the first gate electrode toward the same polarity. 4 a first semiconductor region and a second semiconductor region provided to form a first junction in the surface of the first semiconductor region;
a third region provided to form a second junction in the surface of the second semiconductor region; a surface of the first region near the first junction; an insulating film provided across the region surface and the surface of the third region near the second junction; a first gate electrode provided in the insulating film; and a second gate electrode provided on the first gate electrode, further extending the first gate electrode over the surface of the first semiconductor region, A fourth region is provided which forms a third junction under the first gate electrode and is spaced apart from the second semiconductor region, and a reverse bias is applied between the third region and the second region 1. In a nonvolatile field effect transistor comprising a means for applying , an inversion layer channel is difficult to be induced on the surface of the first semiconductor region under the first gate electrode and between the second and fourth semiconductor regions. A writing method for writing into a state; selectively inducing avalanche breakdown only in the second junction under the first gate electrode among the first, second, and third junctions; , a nonvolatile device characterized by injecting a carrier having the same polarity as the conductivity type of the second semiconductor region into the first gate electrode, and changing the charged state of the first gate electrode in the direction of the same polarity. How to write to a field effect transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3754077A JPS5391585A (en) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | Nonvolatile field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3754077A JPS5391585A (en) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | Nonvolatile field effect transistor |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13680175A Division JPS51102475A (en) | 1975-11-15 | 1975-11-15 | KIOKUYODENKAIKOKATORANJISUTA |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5391585A JPS5391585A (en) | 1978-08-11 |
| JPS6252475B2 true JPS6252475B2 (en) | 1987-11-05 |
Family
ID=12500345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3754077A Granted JPS5391585A (en) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | Nonvolatile field effect transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5391585A (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT365000B (en) * | 1974-09-20 | 1981-11-25 | Siemens Ag | N-CHANNEL STORAGE FET |
| DE2834498B2 (en) * | 1978-08-07 | 1980-07-03 | Mageba S.A., Buelach (Schweiz) | Garage for parking vehicles on top of each other |
| JPS5537107A (en) * | 1978-09-05 | 1980-03-15 | Iseki Agricult Mach | Separator of thresher |
-
1977
- 1977-04-04 JP JP3754077A patent/JPS5391585A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5391585A (en) | 1978-08-11 |
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