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JPS6252956B2 - - Google Patents
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JPS6252956B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6252956B2
JPS6252956B2 JP55026398A JP2639880A JPS6252956B2 JP S6252956 B2 JPS6252956 B2 JP S6252956B2 JP 55026398 A JP55026398 A JP 55026398A JP 2639880 A JP2639880 A JP 2639880A JP S6252956 B2 JPS6252956 B2 JP S6252956B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
transistor
insulating film
gate
junction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55026398A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS55127068A (en
Inventor
Yutaka Hayashi
Yasuo Tarui
Kyoko Nagai
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP2639880A priority Critical patent/JPS55127068A/en
Publication of JPS55127068A publication Critical patent/JPS55127068A/en
Publication of JPS6252956B2 publication Critical patent/JPS6252956B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • H10D30/681Floating-gate IGFETs having only two programming levels

Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

半導体メモリは、蓄えられた情報が電気信号と
して容易且高速度で取り出せること、集積回路
(以下ICと称す)技術の発達により大規模集積
(以下LSIと称す)されるようになり、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。 しかしながら半導体メモリは、磁性メモリと異
なり、バイアス電極の供給が断たれると、記憶内
容が消えてしまう(以下揮発性と称す)という欠
点を有していた。この欠点のない半導体メモリを
得べく、従来、例えば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、未だ実用段階には至つていない。 又揮発性のない半導体メモリとして、シリコン
半導体ICの分野に於て、金属(M)・シリコン窒
化膜(N)・シリコン酸化膜(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)を半導体表面のキヤリアがトンネルする
程度に薄くしなければならないので、このシリコ
ン酸化膜にピンホール等が生じ易く、しかも記憶
機構がトラツプ準位によるために生産性、再現性
が劣ることとなるおそれがあり、為に電子計算機
には実用化されていない。 所でこれ等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、高速性を活かして
固定記憶内容を読み出す様になされた読み出し専
用メモリ(以下ROMと称す)がある。このROM
の構成方法には2種類あり、その1つはICを作
る際のホトエツチに用いるガラスマスクに固定情
報をもたせる方法である。他の1つはICを作る
際には記憶すべき内容に関係なく一様に製作し、
その後記憶すべき内容に応じて電気的に情報を書
き込む方法である。 後者の方法は更に3つの方法が知られている。
すなわちその第1の方法は配線を電流パルスで溶
断する方法であり、第2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であり、第3の
方法はチヤネル電流が流れないときのMOSトラ
ンジスタのドレイン及び半導体基板間接合のアバ
ランシエ降服により、半導体基板と同一形のキヤ
リアを酸化膜中に注入し、このキヤリアにより酸
化膜中に埋込まれた多結晶シリコン薄膜層を充電
して情報を書き込む様になされた方法である。 本発明はこれ等3つの方法中の第3の方法を改
良した、更には新しい書込・書換え方法に関連す
るもので、先ず第1図について、従来の方法を更
に詳述する。この場合、第1図Aに示す如く、基
板1に、その伝導形とは反対の伝導形を有し且不
純物濃度の大なるドレイン領域2及びソース領域
3と、ゲートシリコン酸化膜4と、シリコン酸化
膜4及び5間に埋込まれたシリコン多結晶層6と
でな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に於て、ドレイン電圧を
増加して行くと、ドレイン領域2から基板1中に
空乏層8が拡がつて行くが、特にシリコン多結晶
層6の下の部分9には矢示する如く電界が集中し
て空乏層8の他の部分よりも高電界となつて行
き、遂にはなだれ降服の臨界電界に達する。この
ときこの部分9には第1図Bに示す如く電子10
及び正孔11の電子・正孔対が発生し、基板1が
例えばn形の場合は電界により電子10が矢12
に示す如く酸化膜4の方向へ加速され、これによ
り高いエネルギーを得て酸化膜4の中へ注入され
る。この様にして注入された電子10は酸化膜を
通過してシリコン多結晶層6に到達し、これを負
に帯電させる。一方正孔11は電界によつて矢1
3の如くドレイン領域2に運ばれる。 かくしてシリコン多結晶層6の充電状態を得る
ことにより情報の書き込みをなし得、一方かくし
て一旦書き込まれた情報は、電界効果トランジス
タ7に紫外線又はX線を照射することにより、原
理的には消すことができる。しかし一般にかかる
半導体メモリは、これを実際の装置に使用する際
には、パツケージ内に収納された形で装置の筐体
内に固定配線されるので、かくして装置内に組込
まれたパツケージを情報の書換え毎にその都度取
り出してX線の照射を行うことは、実際上極めて
困難であり、更にはメモリ中の任意のビツトのみ
を選択的に書き直しを行うことは実際上不可能に
近い。 依つて本発明は上述の点を考慮し、例えパツケ
ージが装置内に組込まれた場合にもそのままの状
態で、情報を書き込むことは勿論、情報の書き直
しをもなし得る様にした不揮発性メモリの書込・
書換え方法更には従来にない新しい書込・書換え
方法及びこれを実現する記憶装置を提供するもの
である。 本発明の基本的な特徴は、半導体基板内に高電
界領域を形成し、こゝで互に異なる符号を有する
2種のキヤリアの何れか一方を書き込むべき情報
に応じて選択し高エネルギー状態に加速して半導
体基板の表面から絶縁膜内に該絶縁膜と上記半導
体基板とで構成されるエネルギー障害を超えて
夫々注入することにより、夫々異なる充電状態を
得る様にし、かくして記憶内容を消去又は書き直
し得る様にしたものである。 又本発明に於ては、半導体基板内のキヤリアを
絶縁膜内に注入する第1の新しい方法として、電
界効果トランジスタのチヤネルのピンチオフ(高
電界速度飽和)領域にてホツトキヤリアを得てこ
れを注入する方法を採る。 更に本発明に於ては、キヤリアを絶縁膜内に注
入する第2の方法として、半導体基板内に2種の
接合を形成し、これ等接合に順次なだれ降服を生
起せしめることにより得られたキヤリアを注入す
る方法を採る。 かかる本発明に依る書込・書換え方法の特徴
は、以下図面と共に詳述する所より明らかとなる
であろう。 先ず第2図の本発明の実施例により第1の記憶
方法の一例について述べるに、この場合の記憶用
電界効果トランジスタ21は、シリコン酸化膜で
なる絶縁膜27上に第2のゲート電極23を設け
たことを除いては、第1図の電界効果トランジス
タ7と同様の構成を有する。 尚第2図に於て、22はゲート絶縁膜、24は
半導体基板、25はドレイン領域、26はソース
領域、27は前記ゲート絶縁膜22に連続する絶
縁膜、28は前記ゲート絶縁膜22及び絶縁膜2
7間に埋込まれた第1のゲート電極、29は空乏
層を夫々示す。 所で電界効果トランジスタ21のゲート絶縁膜
22に基板24中のキヤリアを注入するために
は、キヤリアに対して基板24及び絶縁膜22間
の障壁を越えるに足りるだけのエネルギーを与え
る必要がある。この為第2図の場合は、ゲート電
極28の1の充電状態を得べく、電界効果トラン
ジスタ21をピンチオフの状態とし、これにより
キヤリアをチヤネルのドレイン側近傍位置でホツ
トキヤリアとなし、これを絶縁膜22内に注入す
る。一方ゲート電極28の他の充電状態を得べ
く、ドレイン電圧を増大させ、ゲート電極28下
の基板24の表面のドレイン領域25に接する部
分でなだれ降服を生じさせ、これにより第1図の
場合と同様に基板24の空乏層29内に生じたキ
ヤリアを絶縁膜22内に注入する。この場合前者
により注入されるキヤリアの電荷の符号は後者の
それとは逆符号であり、従つて上述の1の充電状
態にあるゲート電極28を、これとは逆符号の他
の充電状態に転換せしめることができる。依つて
トランジスタ21に一旦書き込まれた情報(即ち
ゲート電極28が1の充電状態にある)を消し
て、逆の情報を書き込む(即ちゲート電極28が
他の充電状態にある)ことができ、勿論その逆も
なし得る。 以上が第2図についての本発明方法の概要であ
るが、次にこれを実現する構成と共に更に詳細に
述べる。第2図に於て先ずゲート電極23には埋
込まれたゲート電極28との間に矢示の如き電界
を生ずる電位が与えられ、この電界に基づく電位
が電極28に与えられる。一方基板24にはチヤ
ネル30が誘起され、このチヤネル30のドレイ
ン領域25側近傍にピンチオフ領域31を形成す
る。従つて電極28及び基板24間には矢示の如
き電界が生じている。この状態に於ては、チヤネ
ル30のソース領域26側端に於けるキヤリア密
度npと、ピンチオフ領域31でのキヤリア密度
pとの間には、チヤネル30中では電流連続の
関係が略々成立つと考えられるから、 npp=npp=I/q、np≫np (ここで、vpはソース領域26側端でのキヤリア
速度、vpはピンチオフ領域31でのキヤリア速
度、Iはチヤネルの電流)の関係があり、従つて
p≫vpとなることは明らかである。このこと
は、ピンチオフ領域31では、チヤネル30のキ
ヤリアが結晶中のキヤリアのうち最高のエネルギ
ーを持つていることを意味している。本明細書で
はピンチオフ領域とはチヤネルのキヤリア速度が
速度飽和に近くなりいわゆるホツトになつたチヤ
ネル領域という広義の意味を持せる。 従つて領域31の電位が、絶縁膜22に埋設さ
れている電極28の電位に較べて、ドレイン電圧
の絶対値が大きくてもpチヤネルの場合高く、又
はnチヤネルの場合低いのでピンチオフ領域31
でエネルギーを得たキヤリアは、ピンチオフ領域
及びピンチオフ領域31よりソース側ではチヤネ
ル30又はピンチオフ領域31と電極28との間
の電界により引込まれて絶縁膜22中に注入さ
れ、加速されて電極28に到達することになり、
結局第1のゲート電極28はチヤネル領域30の
キヤリアと同符号の極性に充電される。 この結果トランジスタの第2のゲートからみた
ゲート閾値電圧はよりエンハンスメント方向に変
化するので、第2のゲート電極の電圧を上記の書
込み前のゲート閾値電圧と、書込み後のゲート閾
値電圧との間の値に設定すれば、アレイ構成中の
1つの番地のトランジスタの情報を複雑なユニツ
トセル構成なしに読出すことができる。 次にこの充電状態に於て、第2のゲート電極2
3の電位を取り除き例えば基板24と同電位と
し、ドレイン領域25に基板24との間の降服電
圧以上の電圧を与える。かくすれば、ドレイン領
域25及び基板24間になだれ降服が生じ、これ
により電極28及び降服点間の電界に基づき、先
にチヤネル30から注入されたキヤリアの電荷の
符号とは逆符号の電荷のキヤリアが電極28の方
向に加速されて絶縁膜22中に注入され、結局電
極28が先の充電状態とは逆極性に充電されるこ
とになる。 第2図については上述した第1の方法に依れ
ば、情報の書き込み又は一旦書き込まれた情報の
書き直しを単に記憶素子としての記憶用電界効果
トランジスタのバイアス条件を変更するだけで所
望に応じて確実になし得、しかも一旦書き込まれ
た情報は素子に対するバイアスを与えて置かなく
とも、そのまま保持せしめることができる。従つ
てこの第1の方法による記憶用トランジスタを有
する多数のメモリユニツトセルを実際の装置に組
込んだ場合にも、所望とするビツトを選択して個
別に情報の書き込み又は書き直しを極めて容易に
なし得る。 又この第1の方法を実現する第2図の構成に依
れば、電極23を有するので、ピンチオフ領域3
1からのキヤリアの注入に際して、電極28に対
して注入されたキヤリアを加速せしめる様な電位
を与えることができ、これによりキヤリアの注入
速度及び効率の高い従つて第1のゲート電極28
を十分に充電でき、従つて記憶素子として性能の
よい記憶用電界効果トランジスタを得ることがで
きる。 更にホツトキヤリアの数はチヤネル電流に比例
するので、チヤネル電流値が大きい程高速に第1
のゲート電極を充電することができる。チヤネル
電流は基板から雪崩降服によつても供給される
が、ソース・ドレイン間に大きな電流を流し得る
ような第2のゲート電極23のバイアス条件であ
るので、スース・ドレイン間に電流を流すことに
よつても充電が速められるのである。 第3図は第2図の構成の変形例で、この場合、
絶縁膜22及び27内に埋設された電極33は、
チヤネル領域の一部を残した他の範囲にのみ重な
る様になされた所謂オフセツト構成となされてい
る。この構成に依れば、第2図の効果を有すると
共に、キヤリア領域の残る部分と、これに対向す
るゲート電極23の部分との間に直接電界34が
形成されることになるので、この電界によりピン
チオフ領域31からのキヤリアの注入効率を更に
促進し得る。又この場合チヤネル領域の残る部分
に、電界34によるチヤネル35を誘起する様に
し得るので、電界34を変更制御することによ
り、第2図の構成よりも更に確実に、電界効果ト
ランジスタ21のオン、オフ動作をも制作し得
る。 又第4図は第2図の構成の他の変形例で、この
場合、電極33にその厚味を横切つて透孔36を
設けたもので、かくすれば、電極23及び基板2
4の透孔36に臨んで対向する部分間に直接電界
37が形成されるので、この電界37により基板
24の透孔36に対向する領域にチヤネル38が
誘起されると共に、その両端位置に夫々一対のピ
ンチオフ領域39及び39′を形成する様にし得
る。従つて領域39及び39′のホツトキヤリア
は電界37により直接加速されることになるの
で、キヤリアの注入速度及び効率を更に促進せし
め得る。 更に第5図は第3図の構成の変形例で、この場
合電極34は、第3図に示すと同様のオフセツト
構造と、第4図に示すと同様の透孔36とを共に
具えた構成を有し、かくすれば第3図及び第4図
について夫々上述したと同様の効果を合せ有す
る。 尚第2図乃至第5図については特に述べなかつ
たが、これ等の構成に於けるピンチオフ領域の電
位を、埋設された第2のゲート電極に到達させる
に適した電位とするために、特にピンチオフ領域
となる部分及びその近傍の基板の不純物濃度を、
他の部分より大きくしておくことも有効である。 次に上述の第1の記憶方法による記憶用トラン
ジスタを任意番地書き込み読出しメモリ(ランダ
ム・アクセス・メモリ)に適用した実施例を、第
6図乃至第11図に示す等価回路と共に述べる。 第6図に於て、41は任意番地書込み読出しメ
モリの多数のメモリセル中のユニツトセルを示
し、ユニツトセル41は「1」書込・記憶用トラ
ンジスタQ1と、「0」書込用トランジスタQ2と、
番地選択用トランジスタQ3と、「0」書込み番地
選択用トランジスタQ4とを有し、少なくともト
ランジスタQ1及びQ2は同一半導体基板上に形成
されているものとする。 トランジスタQ1は第1図の電界効果トランジ
スタ7でなり、第1図のソース領域3、ドレイン
領域2及び多結晶層6に順次対応せるソースs、
ドレインd及びゲートgを有する。又トランジス
タQ2は第2図の本発明による電界効果トランジ
スタ21でなり、第2図のソース領域26、ドレ
イン領域25、第1のゲート電極28及び第2の
ゲート電極23に順次対応せるソースs、ドレイ
ンd、第1のゲートg1及び第2のゲートg2を有す
る。 トランジスタQ1のドレインdはトランジスタ
Q3のソース(又はドレイン)に接続され、トラ
ンジスタQ3のドレイン(又はソース)が番地選
択線Xに、トランジスタQ1のソースsが共通接
地線Gに夫々接続されている。又トランジスタ
Q2のソースsはトランジスタQ3のソース(又は
ドレイン)に接続され、トランジスタQ2のドレ
インdが、ドレイン(又はソース)を番地選択線
Xに、ゲートが「0」書込み番地選択線Eに夫々
接続されたトランジスタQ4のソース(又はドレ
イン)に接続され、一方第1のゲートg1が絶縁膜
内でトランジスタQ1のゲートgに、第2のゲー
トg2が「0」書込み番地選択線Eに接続されてい
る。又トランジスタQ3のゲートが「1」書込み
及び情報読出し番地選択線Wに接続されている。 かかる構成に於て、トランジスタQ1に「1」
情報を書込む場合、線XにトランジスタQ1のド
レイン。基板間降服電圧HHよりも絶対値の大き
い電圧VXを与え、一方線Wに電圧HHよりも絶
対値が大きい電圧VWを与える。この様なバイア
ス条件が与えられると、電圧VWによりトランジ
スタQ3が導通し、これを通じて電圧VXがトラン
ジスタQ1のドレインdに与えられる。従つて第
1図にて上述した様にトランジスタQ1のドレイ
ンd及び基板間になだれ降服が生ずることによ
り、そのゲートg及びこれに接続されたトランジ
スタQ2の第1ゲートg1に電荷が充電される。こ
の場合、トランジスタQ1のゲート従つてトラン
ジスタQ2のゲートg1には、基板がn形のとき負
電荷が、p形のとき正電荷が、夫々充電される。
従つてトランジスタQ2及びQ1は、それ等のゲー
トが夫々その充電状態を保持することにより、爾
後導通状態となされる。かくてトランジスタ
Q1,Q2に「1」情報が書き込まれる。 次にトランジスタQ2によつて「0」情報を書
込む場合、線Xに電圧HHよりは低いがトランジ
スタQ2のピンチオフより十分高い電圧Hを与
え、一方線Eに電圧HH程度の高い電圧を与え
る。かくすれば、トランジスタQ4は十分に導通
され、これを通じて線Xの電圧VXがトランジス
タQ2のドレインdにQ4をとおして与えられるこ
とにより、第2図について上述した様に、トラン
ジスタQ2がピンチオフ状態となり、そのチヤネ
ルを流れるキヤリアが第1のゲートg1従つてトラ
ンジスタQ1のゲートに充電される。このときの
キヤリアの電荷は上述の「1」情報を書込む場合
にトランジスタQ2及びQ1のゲートに充電された
電荷の符号とは逆符号であり、従つてトランジス
タQ1(従つてQ2)は爾後非導通状態となされる。
かくしてトランジスタQ1,Q2に「0」情報が書
込まれる。 この様にトランジスタQ1に記憶された「1」
又は「0」情報を読出す場合、線Wに電圧Hを与
える。かくすれば、トランジスタQ3が導通する
が、この導通時、トランジスタQ1に「1」が書
込まれているときは、トランジスタQ1が導通状
態にあるので、線X−トランジスタQ3−Q1−線
Gを通じて電流が流れ、一方「0」が書込まれて
いるときは、トランジスタQ1が非導通であるの
で、これを通じて電流が流れない。従つて線X及
びG間に接続された外部回路(図示せず)によ
り、このときの電流の有無を検出することによ
り、記憶内容が読出される。 以上の書込み又は読出し態様に於けるユニツト
セル41のバイアス条件を第1表に要約する。
Semiconductor memories have become capable of large-scale integration (hereinafter referred to as LSI) due to the fact that stored information can be retrieved easily and at high speed as electrical signals, and with the development of integrated circuit (hereinafter referred to as IC) technology. Due to its improved reliability, it has recently been used as a high-speed memory device for electronic computers. However, unlike magnetic memories, semiconductor memories have the disadvantage that when the supply of bias electrodes is cut off, the stored contents disappear (hereinafter referred to as volatility). 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 glass, but this has not yet reached a practical stage. In addition, as a non-volatile semiconductor memory, in the field of silicon semiconductor ICs, MNOS field effect transistors having a structure of metal (M), silicon nitride film (N), silicon oxide film (O), and silicon (S) are used. However, in this case, the silicon oxide film (SiO 2 ) must be made thin enough to allow carriers on the semiconductor surface to tunnel, so pinholes are likely to occur in the silicon oxide film, and the storage mechanism is likely to be trapped. Because of this, there is a risk that productivity and reproducibility may be degraded due to the position, and for this reason, it has not been put to practical use in electronic computers. However, in the field of semiconductor memory other than these,
There is a read-only memory (hereinafter referred to as ROM) that takes advantage of the high bit density and high speed of semiconductor memory to read fixed storage contents. This ROM
There are two types of configuration methods, one of which is to provide fixed information to the glass mask used for photo-etching when making an IC. The other is that when making an IC, it is made uniformly regardless of the content to be stored.
This method then electrically writes information according to the content to be stored. Three methods of the latter method are known.
That is, 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 use the memory characteristics of alumina when no channel current flows. Due to avalanche breakdown of the junction between the drain and the semiconductor substrate, a carrier having the same shape as the semiconductor substrate is injected into the oxide film, and this carrier charges the polycrystalline silicon thin film layer embedded in the oxide film to write information. This is how it was done. The present invention relates to a new writing/rewriting method that is an improvement on the third method among these three methods, and first, the conventional method will be explained in more detail with reference to FIG. In this case, as shown in FIG. 1A, a drain region 2 and a source region 3 having a conductivity type opposite to that of the substrate 1 and having a high impurity concentration, a gate silicon oxide film 4, and a silicon A field effect transistor 7 consisting of a silicon polycrystalline layer 6 buried between oxide films 4 and 5 is formed. In this field effect transistor 7, when the drain voltage is increased, a depletion layer 8 spreads from the drain region 2 into the substrate 1, but especially in the portion 9 below the silicon polycrystalline layer 6, an arrow appears. As shown, the electric field is concentrated and becomes higher than other parts of the depletion layer 8, and finally reaches a critical electric field for avalanche. At this time, this part 9 has an electron 10 as shown in FIG. 1B.
An electron-hole pair of the hole 11 is generated, and if the substrate 1 is, for example, an n-type, the electron 10 is moved by the arrow 12 due to the electric field.
As shown in FIG. 2, it is accelerated in the direction of the oxide film 4, thereby obtaining high energy and being injected into the oxide film 4. The electrons 10 injected in this manner pass through the oxide film and reach the silicon polycrystalline layer 6, charging it negatively. On the other hand, the hole 11 is moved by the arrow 1 due to the electric field.
3 to the drain region 2. In this way, information can be written by obtaining a charged state of the silicon polycrystalline layer 6, and on the other hand, information once written in this way can be erased in principle by irradiating the field effect transistor 7 with ultraviolet rays or X-rays. Can be done. However, when such a semiconductor memory is used in an actual device, it is generally housed in a package and fixedly wired inside the device's casing. It is actually extremely difficult to take out the data each time and irradiate it with X-rays, and furthermore, it is practically impossible to selectively rewrite only arbitrary bits in the memory. Therefore, the present invention takes the above-mentioned points into consideration, and provides a non-volatile memory that can not only write information but also rewrite information even if the package is installed in a device. write·
The present invention provides a rewriting method, a new writing/rewriting method that has never existed before, and a storage device that implements this method. The basic feature of the present invention is to form a high electric field region in a semiconductor substrate, and select one of two types of carriers having different signs depending on the information to be written, and place it in a high energy state. By injecting energy into the insulating film from the surface of the semiconductor substrate at an accelerated rate beyond the energy barrier formed by the insulating film and the semiconductor substrate, different states of charge are obtained, thus erasing or erasing the memory contents. It was made so that it could be rewritten. In addition, in the present invention, as a first new method for injecting carriers in a semiconductor substrate into an insulating film, hot carriers are obtained in the pinch-off (high field velocity saturation) region of a channel of a field effect transistor and then injected. Adopt a method to do so. Furthermore, in the present invention, as a second method for injecting carriers into an insulating film, two types of junctions are formed in a semiconductor substrate, and carriers obtained by sequentially causing avalanche deposition in these junctions are used. A method of injecting is adopted. The features of the writing/rewriting method according to the present invention will become clear from the detailed description below in conjunction with the drawings. First, an example of the first storage method according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described. In this case, the storage field effect transistor 21 has a second gate electrode 23 on an insulating film 27 made of a silicon oxide film. The structure is similar to that of the field effect transistor 7 shown in FIG. 1 except for the provision. In FIG. 2, 22 is a gate insulating film, 24 is a semiconductor substrate, 25 is a drain region, 26 is a source region, 27 is an insulating film continuous with the gate insulating film 22, and 28 is the gate insulating film 22 and the semiconductor substrate. Insulating film 2
The first gate electrode buried between the electrodes 7 and 29 represents a depletion layer, respectively. In order to inject carriers in the substrate 24 into the gate insulating film 22 of the field effect transistor 21, it is necessary to give the carriers enough energy to cross the barrier between the substrate 24 and the insulating film 22. For this reason, in the case of FIG. 2, the field effect transistor 21 is put into a pinch-off state in order to obtain a charged state of 1 on the gate electrode 28, thereby making the carrier a hot carrier near the drain side of the channel, which is connected to the insulating film. Inject into 22. On the other hand, in order to obtain a different charging state of the gate electrode 28, the drain voltage is increased to cause avalanche breakdown at the portion of the surface of the substrate 24 below the gate electrode 28 in contact with the drain region 25, thereby causing the case shown in FIG. Similarly, carriers generated in the depletion layer 29 of the substrate 24 are injected into the insulating film 22. In this case, the sign of the carrier charge injected by the former is opposite to that of the latter, and therefore the gate electrode 28 in the above-mentioned first charged state is converted to another charged state with the opposite sign. be able to. Therefore, it is possible to erase the information once written to the transistor 21 (i.e., the gate electrode 28 is in a state of charge of 1) and write the opposite information (i.e., the gate electrode 28 is in a different state of charge); The opposite is also possible. The above is an overview of the method of the present invention with respect to FIG. 2, and next, it will be described in more detail along with the configuration for realizing this method. In FIG. 2, first, a potential is applied to the gate electrode 23 to generate an electric field as shown by the arrow between the gate electrode 23 and the buried gate electrode 28, and a potential based on this electric field is applied to the electrode 28. On the other hand, a channel 30 is induced in the substrate 24, and a pinch-off region 31 is formed near the drain region 25 side of the channel 30. Therefore, an electric field as shown by the arrow is generated between the electrode 28 and the substrate 24. In this state, there is approximately a current continuity relationship in the channel 30 between the carrier density n p at the end of the channel 30 on the source region 26 side and the carrier density n p in the pinch-off region 31. Since it is considered that n p v p = n p v p = I/q, n p ≫ n p (here, v p is the carrier velocity at the side edge of the source region 26, and v p is the carrier velocity at the side edge of the pinch-off region 31. It is clear that there is a relationship between the carrier speed and the channel current (I is the channel current), so that v p ≫ v p . This means that in the pinch-off region 31, the carriers in the channel 30 have the highest energy of the carriers in the crystal. In this specification, the term "pinch-off region" has a broad meaning as a channel region in which the carrier velocity of the channel is close to velocity saturation and has become a so-called hot region. Therefore, the potential of the region 31 is higher in the case of a p channel or lower in the case of an n channel than the potential of the electrode 28 buried in the insulating film 22, even if the absolute value of the drain voltage is large.
On the source side of the pinch-off region and the pinch-off region 31, the carriers are drawn by the electric field between the channel 30 or the pinch-off region 31 and the electrode 28, are injected into the insulating film 22, are accelerated, and are injected into the electrode 28. will reach,
Eventually, the first gate electrode 28 is charged to the same polarity as the carrier in the channel region 30. As a result, the gate threshold voltage seen from the second gate of the transistor changes more in the direction of enhancement, so the voltage of the second gate electrode is set between the gate threshold voltage before writing and the gate threshold voltage after writing. If this value is set, the information of the transistor at one address in the array configuration can be read out without a complicated unit cell configuration. Next, in this charged state, the second gate electrode 2
3 is removed to make it, for example, the same potential as the substrate 24, and a voltage higher than the breakdown voltage between the drain region 25 and the substrate 24 is applied. Thus, an avalanche of charge occurs between the drain region 25 and the substrate 24, which causes a charge having the opposite sign to that of the carrier charge previously injected from the channel 30, due to the electric field between the electrode 28 and the breakdown point. The carriers are accelerated in the direction of the electrode 28 and injected into the insulating film 22, and the electrode 28 is eventually charged to the opposite polarity to the previously charged state. Regarding FIG. 2, according to the first method described above, information can be written or rewritten once written as desired by simply changing the bias conditions of the memory field effect transistor as a memory element. This can be done reliably, and the information once written can be retained without applying a bias to the element. Therefore, even when a large number of memory unit cells having storage transistors according to the first method are incorporated into an actual device, it is extremely easy to select desired bits and write or rewrite information individually. obtain. Further, according to the configuration shown in FIG. 2 for realizing the first method, since the electrode 23 is provided, the pinch-off region 3
When carriers are injected from the first gate electrode 28, a potential can be applied to the electrode 28 to accelerate the injected carriers.
Therefore, it is possible to obtain a memory field effect transistor that can sufficiently charge the battery and has good performance as a memory element. Furthermore, since the number of hot carriers is proportional to the channel current, the higher the channel current value, the faster the first
can charge the gate electrode. The channel current is also supplied by avalanche precipitation from the substrate, but since the bias condition of the second gate electrode 23 is such that a large current can flow between the source and drain, it is necessary to flow the current between the source and drain. This also speeds up charging. FIG. 3 shows a modification of the configuration shown in FIG. 2, and in this case,
The electrodes 33 embedded in the insulating films 22 and 27 are
It has a so-called offset configuration in which it overlaps only a portion of the channel area and the remaining area. According to this configuration, the effect shown in FIG. 2 is obtained, and since an electric field 34 is directly formed between the remaining portion of the carrier region and the portion of the gate electrode 23 facing thereto, this electric field Accordingly, the efficiency of carrier injection from the pinch-off region 31 can be further promoted. Furthermore, in this case, the channel 35 can be induced by the electric field 34 in the remaining portion of the channel region, so by changing and controlling the electric field 34, the field effect transistor 21 can be turned on and off more reliably than in the configuration shown in FIG. Off operations can also be created. FIG. 4 shows another modification of the structure shown in FIG. 2, in which the electrode 33 is provided with a through hole 36 across its thickness, so that the electrode 23 and the substrate 2
Since an electric field 37 is directly formed between the opposing portions of the substrate 24 facing the through hole 36, a channel 38 is induced in the area of the substrate 24 facing the through hole 36, and a channel 38 is induced at each end position of the channel 38. A pair of pinch-off regions 39 and 39' may be formed. Therefore, the hot carriers in regions 39 and 39' will be directly accelerated by the electric field 37, which can further enhance the carrier injection rate and efficiency. Furthermore, FIG. 5 shows a modification of the configuration of FIG. 3, in which the electrode 34 has an offset structure similar to that shown in FIG. 3 and a through hole 36 similar to that shown in FIG. , and thus has the same effects as described above with respect to FIGS. 3 and 4, respectively. Although I have not specifically mentioned FIGS. 2 to 5, in order to make the potential of the pinch-off region in these configurations suitable for reaching the buried second gate electrode, especially The impurity concentration of the substrate in the pinch-off region and its vicinity is
It is also effective to make it larger than other parts. Next, an embodiment in which the storage transistor according to the first storage method described above is applied to an arbitrary address write/read memory (random access memory) will be described together with equivalent circuits shown in FIGS. 6 to 11. In FIG. 6, numeral 41 indicates a unit cell among a large number of memory cells of the arbitrary address write/read memory, and the unit cell 41 has a "1" write/storage transistor Q1 and a "0" write transistor Q2. and,
It is assumed that it has an address selection transistor Q 3 and a "0" write address selection transistor Q 4 , and that at least transistors Q 1 and Q 2 are formed on the same semiconductor substrate. The transistor Q 1 is the field effect transistor 7 shown in FIG. 1, and has a source s, which corresponds to the source region 3, drain region 2, and polycrystalline layer 6 in sequence in FIG.
It has a drain d and a gate g. The transistor Q 2 is a field effect transistor 21 according to the present invention shown in FIG. , a drain d, a first gate g 1 and a second gate g 2 . The drain d of transistor Q1 is a transistor
The drain (or source) of the transistor Q 3 is connected to the address selection line X, and the source s of the transistor Q 1 is connected to the common ground line G. Also transistor
The source s of Q 2 is connected to the source (or drain) of transistor Q 3 , and the drain d of transistor Q 2 connects the drain (or source) to address selection line X and the gate to "0" write address selection line E. The first gate g1 is connected to the source (or drain) of the transistor Q4 connected to each other, while the first gate g1 is connected to the gate g of the transistor Q1 within the insulating film, and the second gate g2 is connected to the "0" write address selection. Connected to line E. Further, the gate of the transistor Q3 is connected to the "1" write and information read address selection line W. In such a configuration, "1" is applied to transistor Q1 .
When writing information, connect the drain of transistor Q 1 to line X. A voltage V X having an absolute value larger than the inter-substrate breakdown voltage HH is applied, and a voltage V W having an absolute value larger than the voltage HH is applied to one line W. When such a bias condition is applied, the voltage V W causes the transistor Q 3 to conduct, and through this, the voltage V X is applied to the drain d of the transistor Q 1 . Therefore, as described above in FIG. 1, avalanche breakdown occurs between the drain d and the substrate of the transistor Q1 , and the gate g and the first gate g1 of the transistor Q2 connected thereto are charged with charge. be done. In this case, the gate of the transistor Q 1 and the gate g 1 of the transistor Q 2 are charged with negative charge when the substrate is n-type, and with positive charge when the substrate is p-type.
Transistors Q 2 and Q 1 are therefore rendered conductive thereafter with their respective gates maintaining their charged states. Thus the transistor
"1" information is written to Q 1 and Q 2 . Next , when writing "0" information using transistor Q2 , apply voltage H to line give. Transistor Q 4 is then fully conductive , through which the voltage V 2 is in a pinch-off state, and the carrier flowing through its channel charges the first gate g 1 and thus the gate of transistor Q 1 . The carrier charge at this time has the opposite sign to that of the charge charged to the gates of transistors Q 2 and Q 1 when writing the above-mentioned "1" information, and therefore, the sign of the charge charged to the gates of transistor Q 1 (and therefore Q 2 ) is then brought into a non-conducting state.
In this way, "0" information is written into transistors Q 1 and Q 2 . “1” stored in transistor Q1 like this
Alternatively, when reading "0" information, voltage H is applied to line W. In this way, transistor Q 3 becomes conductive, but at the time of this conduction, when "1" is written in transistor Q 1 , transistor Q 1 is in a conductive state, so that the line X - transistor Q 3 - Q 1 - Current flows through line G, whereas when a ``0'' is written, no current flows through transistor Q 1 as it is non-conducting. Therefore, by detecting the presence or absence of current at this time by an external circuit (not shown) connected between lines X and G, the stored contents are read out. Table 1 summarizes the bias conditions of the unit cell 41 in the above writing or reading mode.

【表】 第7図はユニツトセル41の他の実施例で、こ
の場合第6図に於てトランジスタQ2のソースs
とトランジスタQ3のソース(又はドレイン)へ
の接続をはずして、線Gに接続したと同様の構成
を有する。従つて対応部分には同一符号を附して
示すも、第6図の場合は、「0」書込み時、トラ
ンジスタQ2の第1ゲートg1への充電に基づき、
トランジスタQ1が非導通になるまでこれを通じ
てトランジスタQ2のソースsに電流を流す様に
なされているが、これに対して第7図の場合は、
ゲートg1に対する充電を線Gを通じて十分に行い
得る様にしたものである。 第8図および第9図は、夫々第6図及び第7図
のトランジスタQ2及びQ4を、単一のトランジス
タQ5に置き換えたもので、この場合トランジス
タQ5は、第3図又は第5図にて上述した所謂オ
フセツト構造の電界効果トランジスタ21でな
る。この場合トランジスタQ5のドレインdが直
接線Xに接続されていることを除いては、夫々第
6図及び第7図の構成と同様の構成となされてい
る。 これ等の構成に於て、トランジスタQ5は第2
図について上述した様に、第2ゲートg2の電圧が
0のとき、チヤネル35(第3図)が誘起されな
いことにより遮断状態となり、一方ゲートg2の電
圧が電圧HHに近いときはチヤネル35により導
通状態となる。従つてトランジスタQ5は、トラ
ンジスタQ2及びQ4(第6図又は第7図)の機能
の双方を果し得、依つてトランジスタが1個減つ
た分ユニツトセル全体としての構成を簡易化し得
る。尚これ等の場合のバイアス条件は、第1表に
示したものを適用すれば良い。 上述した第6図乃至第9図の構成に於て、トラ
ンジスタQ2及びQ5のチヤネル長をトランジスタ
Q1のチヤネル長より長くし、「0」書込み時の電
流を予め小さい値に制限するようにすれば、ユニ
ツトセル41全体としての消費電力を微小化し得
る。 第10図はユニツトセル41の更に他の実施例
を示す。この場合ユニツトセル41は、番地選択
及び電流制限用トランジスタQ7と、書込み及び
記憶用トランジスタQ6とを有する。トランジス
タQ7は通常の絶縁ゲート電界効果トランジスタ
でなり、トランジスタQ6は、第3図及び第5図
について上述したオフセツト構造の電界効果トラ
ンジスタ21でなる。 トランジスタQ6のソースsはドレイン(又は
ソース)を共通番地選択線Wに接続されたトラン
ジスタQ7のソース(又はドレイン)に接続さ
れ、ドレインdが共通番地選択線Eに接続されて
いる。一方トランジスタQ6の第2ゲートg2は共
通番地選択線EYに、トランジスタQ7のゲートが
共通番地選択接続線Yに夫々接続されている。 かかる構成に於て、トランジスタQ6に「1」
情報を書込む場合、「0」情報を書込む場合及び
読出す場合の夫々について、第2表の如きバイア
ス条件を与える。
[Table] FIG. 7 shows another embodiment of the unit cell 41, in which case the source s of the transistor Q2 in FIG.
It has the same configuration as if the connection to the source (or drain) of transistor Q3 was removed and connected to line G. Therefore, although corresponding parts are shown with the same reference numerals, in the case of FIG. 6, when writing "0", based on charging to the first gate g1 of transistor Q2 ,
Current is made to flow through the transistor Q 1 to the source s of the transistor Q 2 until it becomes non-conductive, but in the case of Fig. 7, on the other hand,
The gate g1 can be sufficiently charged through the line G. 8 and 9 replace transistors Q 2 and Q 4 of FIGS. 6 and 7, respectively, with a single transistor Q 5 ; It consists of the field effect transistor 21 of the so-called offset structure described above in FIG. In this case, the structure is similar to that of FIGS. 6 and 7, respectively, except that the drain d of the transistor Q5 is directly connected to the line X. In these configurations, transistor Q 5 is the second
As mentioned above with respect to the figure, when the voltage on the second gate g 2 is 0, the channel 35 (FIG. 3) is not induced, resulting in a cutoff state, while when the voltage on the gate g 2 is close to the voltage HH, the channel 35 It becomes conductive. Therefore, transistor Q5 can perform both the functions of transistors Q2 and Q4 (FIG. 6 or FIG. 7), and the structure of the unit cell as a whole can be simplified by reducing the number of transistors by one. In these cases, the bias conditions shown in Table 1 may be applied. In the configurations shown in FIGS. 6 to 9 described above, the channel lengths of transistors Q 2 and Q 5 are
By making the channel length longer than the channel length of Q1 and limiting the current at the time of writing "0" to a small value in advance, the power consumption of the unit cell 41 as a whole can be minimized. FIG. 10 shows yet another embodiment of the unit cell 41. In this case, unit cell 41 has an address selection and current limiting transistor Q7 , and a write and storage transistor Q6 . Transistor Q 7 is a conventional insulated gate field effect transistor, and transistor Q 6 is an offset structured field effect transistor 21 as described above with respect to FIGS. 3 and 5. The source s of the transistor Q 6 is connected to the source (or drain) of a transistor Q 7 whose drain (or source) is connected to the common address selection line W, and whose drain d is connected to the common address selection line E. On the other hand, the second gate g2 of the transistor Q6 is connected to the common address selection line EY, and the gate of the transistor Q7 is connected to the common address selection connection line Y. In such a configuration, "1" is placed in transistor Q6 .
Bias conditions as shown in Table 2 are given for writing information, writing "0" information, and reading out information.

【表】 かくすれば「1」書込み時にはトランジスタ
Q6のソースs及び基板間のなだれ降服が生じ、
その結果注入されたキヤリアにてゲートg1を充電
することにより「1」書込みがなされ、又「0」
書込みは線EYに大なる値の電圧が与えられてト
ランジスタQ6がピンチオフとなされ、その結果
注入されたキヤリアにてゲートg1を充電すること
によりなされ、更に読出しは、トランジスタQ7
を導通させ、その結果トランジスタQ6に電流が
流れるか否かに応じて、流れれば「1」情報を、
流れなければ「0」情報を夫々読出すものであ
る。 第10図の構成に依れば、トランジスタの数が
単に2個だけで済むので、ユニツトセル41の簡
易化を更に促進し得る。 第11図はユニツトセル41の更に他の実施例
で、この場合、トランジスタQ3と並列にこれと
同じチヤネル形のトランジスタQ9を接続し、ト
ランジスタQ9のゲートをW線に、トランジスタ
Q6のゲートg2とQ3のゲートとをY線に夫々接続
し、又線EYを省略したことを除いては第10図
の構成と同様の構成を有する。 かかる構成に於て、トランジスタQ6に情報を
書込み、又はこれを読出す場合のバイアス条件を
第3表に示す関係とする。
[Table] In this way, when writing "1", the transistor
Avalanche deposition between the source s and the substrate of Q 6 occurs,
As a result, "1" is written by charging gate g1 with the injected carrier, and "0" is written.
Writing is done by applying a large voltage to line EY, pinching off transistor Q 6 and charging gate g 1 with the resulting injected carrier, and reading is done by applying a large voltage to line EY, pinching off transistor Q 6 and charging gate g 1 with the resulting injected carrier.
As a result, depending on whether current flows through transistor Q 6 or not, if it flows, "1" information is transmitted.
If there is no flow, "0" information is read respectively. According to the configuration of FIG. 10, the number of transistors is only two, so that the unit cell 41 can be further simplified. FIG. 11 shows still another embodiment of the unit cell 41. In this case, a transistor Q9 of the same channel type is connected in parallel with the transistor Q3 , and the gate of the transistor Q9 is connected to the W line.
It has the same configuration as the configuration shown in FIG. 10, except that the gate g 2 of Q 6 and the gate of Q 3 are connected to the Y line, respectively, and the line EY is omitted. In this configuration, the bias conditions when writing information to or reading information from the transistor Q6 are as shown in Table 3.

【表】 ここで、トランジスタQ6は、そのソースsに
線Wの電圧VWが与えられた「1」書込み時に於
て、Y線の電圧VY従つて第2ゲートg2の電圧が
0の場合に比し、H〜HHの場合のソース接合の
なだれ降服電圧が、H〜HHの数分の1に相当す
る様な程度だけ大きくなる様になされている。そ
して線Yには共通線Wに接続されている全てのユ
ニツト中「1」書込みをすべきユニツトを除く他
のユニツトの線YにはH又はHHの電圧VYが与
えられ、指定された番地の線Yのみに0又は逆符
号の電圧VYがあたえられる様になされている。 従つて「1」書込み時トランジスタQ9が導通
してこれを通じて線Wの電圧VWがトランジスタ
Q6のソースsに与えられた且線Yの電圧VYが第
2ゲートg2に与えられてトランジスタQ6
「1」が書込まれる。又「0」書込みは線Yの電
圧VYによりトランジスタQ6及びQ8を導通状態に
して更に線Eの電圧VEをH状態にしてトランジ
スタQ6のピンチオフ状態を得、更に読出しはト
ランジスタQ8を導通させ、その結果トランジス
タQ9に電流が流れるか否かに応じて、流れれば
「1」を、流れなければ「0」を読出すものであ
る。 以上第1の記憶方法に依り埋込ゲート電極に2
種のキヤリアを必要に応じて到達させるにつき、
ドレイン及び半導体基板間又はソース及び基板間
接合のなだれ降服によるキヤリアの注入と、半導
体表面のチヤネルのピンチオフ領域からのキヤリ
アの注入との何れかを、書込むべき情報に応じて
生じさせることによつて不揮発性メモリの書込・
書換えをなし得ることが明らかとなつた。又第2
図〜第11図についてこの記憶方法を具現化する
為の記憶用トランジスタ及びユニツトセルを説明
したが、次に本発明に依る第2の記憶方法につい
て詳述しよう。 第2の書込・書換え方法は絶縁物中に埋込まれ
た物質に順次2種の電荷を充電するにつき、埋込
まれた物質下に不純物濃度関係又は材料関係の異
なる2種の接合を設け、これ等接合のなだれ降服
によつて絶縁物中に互に異なる2種のキヤリアを
夫々注入せしめる様にするものである。 かかる方法を実現する記憶用電界効果トランジ
スタの一例を第12図に符号45にて示す。トラ
ンジスタ45は半導体基板24とは逆符号の伝導
形ソース領域26及びドレイン領域25を有し、
基板24上のゲート絶縁膜22及びこれと連続す
る絶縁膜27間に第1のゲート電極28が埋込ま
れていることは、第1図の構成と同様である。所
でこの場合は、ソース領域26内にこのソース領
域26とは伝導形が異なり且濃度の濃い不純物を
有する領域46を形成するものである。これに対
しソース領域26の不純物濃度はゲート電極28
の厚さよりも厚い空乏層47が領域26との間に
拡がる様に低い値に選ぶ。 上述の構成に於て、ドレイン領域25及び基板
24間の接合に於けるゲート電極28下の基板表
面近傍の領域に於てなだれ降服を生起すれば、第
1図について上述したと同様にして、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、これにより電極28が1の充電状態に充電さ
れる。 この充電状態ではゲート電極28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のこ
の第2のゲート電極からみた、領域46、基板2
4の表面をソース、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方向
に変化している。 一方同様にして、ソース領域26及びその中に
形成された領域46間の接合に於ける電極28下
の領域48に於てなだれ降服を生起すれば、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24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
り電極28が他の充電状態に充電されることにな
る。 この充電状態ではゲート電極28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のゲート電極の上に絶縁膜
を介して第2のゲート電極を設けた場合、この第
2ゲートからみ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
行わないときの閾値電圧をエンハンスメントに設
計しておき、この閾値電圧と領域48でのなだれ
降服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おけば、アレイ構成中の1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。 この様に互に異なる充電状態が得られることに
より、この電界効果トランジスタ45に依つても
情報の書込みをなし得、しかも電極28の1の充
電状態は他の充電状態(又はその逆)に再充電す
ることにより、必要に応じて任意に記憶内容を書
き直すことができる。 依つてこの第2の方法に依つても上述の第1の
方法と同様の効果を得ることができる。 尚第12図の構成に於て、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様
にしても、上述の場合と同様の効果を得ることが
できることは明らかであろう。 更に、2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13図に示す。図において埋込電極28はゲ
ート絶縁膜22を介してエミツタ領域106とベ
ース領域105との間の接合(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の表面の一部とベース領域10
5とコレクタ領域102との間の接合(コレクタ
接合と呼ぶ)の半導体表面と接した部分の一部1
08とを覆うように配置され、埋込電極28はゲ
ート絶縁膜22それと連結した絶縁膜27の中に
埋込まれている。 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109
においてアバランシエ降服を生じせしめることに
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に注入され、
埋込み電極28を充電する。ベース領域105を
コレクタ領域102に関して逆バイアスして、コ
レクタ接合の表面部分108においてアバランシ
エ降服を生じせしめることにより、コレクタ領域
102における多数キヤリアが絶縁膜22に注入
され、埋込電極28を上述とは逆の符号の方向に
充電する。これらの2つの充電状態をそれぞれ情
報の「1」又は「0」とに対応させて、蓄積すべ
き又は書込むべき情報に応じて、アバランシエ降
服を生じせしめる接合を選ぶ。 情報の検出方法は、一定のベース電流を流した
ときのコレクタ電流の大、小で「1」「0」を判
定する。これはバイポーラ・トランジスタの電流
増幅率がベース領域の表面状態に著しく依存する
ことを用いている。すなわち、埋込電極28の充
電状態に、その下のベース領域表面の状態が依存
することを用いている。埋込み電極がより正に充
電されているときは、他の充電状態にくらべて
npnトランジスタでは電流増幅率が小さく、した
がつてコレクタ電流の値も他の充電状態にくらべ
て小さい。pnpトランジスタの場合はこの逆とな
る。 第13図に示す実施例では、すくなくとも埋込
電極28下のエミツタ領域106、ベース領域1
05、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領域の方へ、コ
レクタ接合ではよりコレクタの方へ夫々広がり、
そこからキヤリアが注入される必要があるからで
ある。しかし埋込ゲート電極28下以外の部分で
はコレクタコンタクト107、コレクタ埋込層1
01のようにベース領域105より不純物濃度が
濃くてもよいし、ベース領域の下側へ層101の
如き不純物濃度の濃い領域が設けられている場合
は領域106をコレクタとし、領域101及び1
02をエミツタとして使うことができる。この場
合は不純物濃度関係が第1のゲート電極28下の
表面では逆になる。なお、104はベースコンタ
クトのためおよびチヤネル(領域105上に生ず
る可能性のある)遮断のための領域であり、10
3は分離層、100は基板である。 領域105の表面にチヤネルが生じるときは領
域105をチヤネル形成領域、領域106,10
2の一方をソース、他方をドレインとした記憶用
電界効果トランジスタとして動作する。又第12
図においても同様に領域26の表面に後述の如く
チヤネルが生ずることがあるので、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。 尚第13図は分離されたトランジスタ構造を示
しているが、分離層103とコレククタ埋込層1
01がなく、例えば第12図において領域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
成された場合でも記憶素子としての機能は充分果
すことが可能である。 次に第12図について上述した記憶方法による
記憶用トランジスタを任意番地書込み読出しメモ
リに適用した実施例を、第14図乃至第18図と
共に述べよう。 第14図に於て、50はメモリ中の多数のメモ
リユニツトセルの1つを示し、ユニツトセル50
は、番地選択用トランジスタQ11と、記憶用トラ
ンジスタQ10と、電流制限用トランジスタQ12
を有する。 トランジスタQ10は第14図に対応せしめて第
15図に示す如く、ドレイン領域25、ソース領
域26及び第1のゲート電極28に順次対応する
ドレインd、ソースs、及びゲートg1を有する。
この場合トランジスタQ12はトランジスタQ10
ソース領域26(第15図)内にその伝導形とは
異なる伝導形の領域51を形成し、この領域51
をドレインd、領域46をソース、ゲート絶縁膜
52上のゲート電極53をゲートとした電界効果
トランジスタでなる。尚上述にて明らかな様に第
15図の構成はソース領域26内にトランジスタ
Q12を構成したことを除いては、第12図と同様
の構成を有するものである。 トランジスタQ10のドレインdは、ドレイン
(又はソース)を共通書込み線Wに、ゲートを共
通番地選択線Yに夫々接続されたトランジスタ
Q11のソース(又はドレイン)に接続され、又ソ
ースsが共通接地線Gに接続されている。又はソ
ースとしてトランジスタQ10のソースs内に形成
接続されたトランジスタQ12のドレインdと、そ
のゲートgとが共通消去線Eに接続されている。 第14図の構成に於て、ユニツトセル50に対
して第4表に示す如きバイアス条件を与えるもの
である。
[Table] Here, when the transistor Q 6 is written to "1" with the voltage V W of the line W applied to its source s, the voltage V Y of the Y line and therefore the voltage of the second gate g 2 becomes 0. The avalanche breakdown voltage at the source junction in the case of H to HH is made larger by an amount corresponding to a fraction of H to HH compared to the case of . Then, a voltage V Y of H or HH is applied to the line Y of all the units connected to the common line W except for the unit to which "1" should be written, and the voltage V Y of H or HH is applied to the line Y of all the units connected to the common line W. A voltage V Y of 0 or the opposite sign is applied only to the line Y of . Therefore, when writing "1", the transistor Q9 becomes conductive, and through this the voltage V W of the line W is applied to the transistor Q9.
The voltage V Y applied to the source s of Q 6 and on the line Y is applied to the second gate g 2 to write "1" into the transistor Q 6 . Furthermore, when writing "0", transistors Q 6 and Q 8 are made conductive by the voltage V Y on the line Y, and the voltage V E on the line E is made H to obtain a pinch-off state of the transistor Q 6 . 8 is made conductive, and depending on whether or not a current flows through the transistor Q9 , "1" is read out if current flows, and "0" is read out if no current flows. According to the first memory method, 2
In order to reach the seed carrier as needed,
Depending on the information to be written, carrier injection occurs either by avalanche breakdown of the drain-to-semiconductor substrate or source-to-substrate junction, or from a pinch-off region of the channel on the semiconductor surface. Writing to non-volatile memory
It became clear that rewriting could be done. Also second
The storage transistors and unit cells for realizing this storage method have been described with reference to FIGS. 11 to 11. Next, the second storage method according to the present invention will be described in detail. The second write/rewrite method sequentially charges two types of charges to a substance embedded in an insulator, and creates two types of junctions with different impurity concentrations or materials under the embedded substance. , two different types of carriers are respectively injected into the insulator by avalanche deposition of these junctions. An example of a storage field effect transistor implementing such a method is shown at 45 in FIG. The transistor 45 has a conduction type source region 26 and a drain region 25 of opposite sign to the semiconductor substrate 24,
Similar to the structure shown in FIG. 1, the first gate electrode 28 is embedded between the gate insulating film 22 on the substrate 24 and the insulating film 27 continuous thereto. In this case, a region 46 having a conductivity type different from that of the source region 26 and having a high concentration of impurity is formed in the source region 26. On the other hand, the impurity concentration of the source region 26 is lower than that of the gate electrode 28.
The thickness is selected to be low so that the depletion layer 47, which is thicker than the thickness of , spreads between the region 26 and the depletion layer 47 . In the above configuration, if avalanche occurs in the region near the surface of the substrate under the gate electrode 28 at the junction between the drain region 25 and the substrate 24, it will occur in the same manner as described above with reference to FIG. Carriers from the substrate 24 are injected into the insulating film 22 from that region, thereby charging the electrode 28 to a state of charge of 1. In this charging state, the surface of the region 26 of the 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 provided on the first gate electrode with an insulating film interposed therebetween. As seen from this second gate electrode in the case, region 46, substrate 2
The threshold voltage of the field effect transistor whose source and drain are the surfaces of 4 is changing more in the direction of enhancement. On the other hand, if avalanche occurs in the region 48 under the electrode 28 at the junction between the source region 26 and the region 46 formed therein, the source will flow from this region 48 into the insulating film 22. Carriers in region 26 (whose charge is of opposite sign to that of the carriers injected from substrate 24) are injected, thereby charging electrode 28 to another state of charge. In this charged state, the substrate surface under the 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 provided on the first gate electrode with an insulating film interposed therebetween. In this case, the gate threshold voltage seen from the second gate has changed to the enhancement side, so the threshold voltage when no writing is performed is designed as enhancement, and this threshold voltage and the avalanche breakdown in region 48 are By setting the voltage of the second gate electrode between the subsequent gate threshold voltage, the transistor at one address in the array configuration can be read out without a complicated unit cell configuration. By obtaining different states of charge in this manner, information can be written even with this field effect transistor 45, and the state of charge of one of the electrodes 28 can be rewritten to another state of charge (or vice versa). By charging the battery, the stored contents can be rewritten as needed. Therefore, the same effects as the above-mentioned first method can be obtained also by this second method. In the configuration shown in FIG. 12, even if the region 46 is formed of a material different from the semiconductor substrate 24 and the region 26 by a heterojunction, a shotgun junction, etc., the same effect as in the above case can be obtained. It's obvious that you can get it. Further, FIG. 13 shows an embodiment in which an emitter junction and a collector junction of a transistor are used as two types of pn junctions. In the figure, the buried electrode 28 is a part 109 of a junction (referred to as an emitter junction) between the emitter region 106 and the base region 105 that is in contact with the semiconductor surface through the gate insulating film 22;
Part of the surface of base region 105 and base region 10
Part 1 of the junction between 5 and the collector region 102 (referred to as collector junction) in contact with the semiconductor surface
08, and the buried electrode 28 is buried in an insulating film 27 connected to the gate insulating film 22. The emitter region 106 is reverse biased with respect to the base region 105 and the surface portion 109 of the emitter junction
By causing avalanche breakdown in the base region 105, majority carriers (holes in the npn transistor, electrons in the pnp transistor) are injected into the insulating film 22,
Charge the embedded electrode 28. By reverse biasing the base region 105 with respect to the collector region 102 and causing avalanche breakdown at the surface portion 108 of the collector junction, the majority carriers in the collector region 102 are injected into the insulating film 22 and the buried electrode 28 is Charge in the direction of opposite sign. These two charging states are made to correspond to information "1" or "0", respectively, and a junction that causes avalanche breakdown is selected depending on the information to be stored or written. The method of detecting information is to determine whether it is "1" or "0" based on the magnitude of the collector current when a constant base current is passed. This takes advantage of the fact that the current amplification factor of bipolar transistors is highly dependent on the surface condition of the base region. In other words, the fact that the state of the surface of the base region below the buried electrode 28 depends on the charged state of the buried electrode 28 is used. When the implanted electrode is more positively charged, the
In an npn transistor, the current amplification factor is small, and therefore the value of the collector current is also small compared to other charging states. The opposite is true for pnp transistors. In the embodiment shown in FIG. 13, at least the emitter region 106 under the buried electrode 28 and the base region 1
05. The collector region 102 needs to be formed so that the impurity concentration decreases in this order. The depletion layer spreads more toward the base region at the emitter junction and toward the collector at the collector junction, respectively.
This is because the carrier needs to be injected from there. However, in the portion other than under the buried gate electrode 28, the collector contact 107 and the collector buried layer 1
01, the impurity concentration may be higher than that of the base region 105, or if a region with a higher impurity concentration, such as the layer 101, is provided below the base region, the region 106 is used as the collector, and the regions 101 and 1
02 can be used as an emitter. In this case, the impurity concentration relationship is reversed at the surface below the first gate electrode 28. Note that 104 is a region for base contact and for blocking a channel (which may occur on region 105);
3 is a separation layer, and 100 is a substrate. When a channel is formed on the surface of region 105, region 105 is used as a channel forming region, and regions 106 and 10
It operates as a storage field effect transistor with one of the transistors 2 as a source and the other as a drain. Also the 12th
Similarly in the figure, since a channel may be formed on the surface of the region 26 as described later, in this case, the region 26 is used as a channel forming region, and a field effect transistor with one of the region 46 and the substrate 24 as a source and the other as a drain is formed. operates as Although FIG. 13 shows an isolated transistor structure, the isolation layer 103 and the collector buried layer 1
Even if there is no 01 and the collector region 102 is constructed from the substrate, for example, in FIG. 12, with the region 46 as the emitter, the region 26 as the base, and the substrate 24 as the collector, it is possible to sufficiently function as a memory element. be. Next, an embodiment in which the storage transistor according to the storage method described above with reference to FIG. 12 is applied to an arbitrary address write/read memory will be described with reference to FIGS. 14 to 18. In FIG. 14, 50 indicates one of a number of memory unit cells in the memory, and unit cell 50
has an address selection transistor Q 11 , a storage transistor Q 10 , and a current limiting transistor Q 12 . As shown in FIG. 15 corresponding to FIG. 14, the transistor Q 10 has a drain d, a source s, and a gate g 1 corresponding to a drain region 25, a source region 26, and a first gate electrode 28 in this order.
In this case, transistor Q 12 forms a region 51 of a conductivity type different from that of transistor Q 10 in source region 26 (FIG. 15), and this region 51
It is a field effect transistor having a drain d, a region 46 as a source, and a gate electrode 53 on a gate insulating film 52 as a gate. As is clear from the above, the configuration shown in FIG. 15 has a transistor in the source region 26.
It has the same configuration as in FIG. 12 , except that Q12 is configured. The drain d of the transistor Q10 is a transistor whose drain (or source) is connected to the common write line W and whose gate is connected to the common address selection line Y.
It is connected to the source (or drain) of Q11 , and the source s is connected to the common ground line G. Alternatively, the drain d of the transistor Q 12 formed and connected as a source in the source s of the transistor Q 10 and its gate g are connected to the common erase line E. In the configuration shown in FIG. 14, bias conditions as shown in Table 4 are applied to the unit cell 50.

【表】 尚第4表に於て、H++は領域46(第15図)
の接合の半導体表面における降服電圧よりも高い
電圧を示し、H--は絶対値がトランジスタQ10
ドレイン接合の降服電圧よりも大きな負の電圧を
示し、H-は絶対値がトランジスタQ10のドレイン
接合の降服電圧よりも小さい負の電圧を示す。 又第4表に於ては、トランジスタQ10及びQ11
がpチヤネル、Q12がnチヤネルの場合を示した
が、これ等チヤネルの符号が逆の場合は、電圧V
W,VE及びVYの符号を逆にすれば良い。 かくすれば、「1」書込み時トランジスタQ11
が導通し、これを通じて、線Wの電圧VWがトラ
ンジスタQ10のドレインdに与えられることによ
り、そのドレイン接合になだれ降服が生じてトラ
ンジスタQ10が「1」の充電状態となる。かくし
てトランジスタQ10に「1」情報が書込まれる。
一方「0」書込み時トランジスタQ12が導通状態
となり、これを通じてソース領域26(第15
図)内の領域46に線Eの電圧VEが与えられる
ことにより領域26及び46間の接合になだれ降
服が生じ、トランジスタQ10が「0」の充電状態
となる。これ等の充電状態は互に他の充電状態に
転換されるまでそのまま保持される。又読出し時
トランジスタQ11が導通されるもこの場合はW線
に印加される電圧が小さいのでトランジスタQ10
のドレイン接合にはなだれ降服が生ぜず、その結
果トランジスタQ10を通じて電流が流れれば、
「1」を読出し、流れなければ「0」を読出し得
る。 この様に、第2の書込・書換え方法に依るメモ
リユニツトセルによつても、第1の方法について
上述したと同様の効果を得ることができる。 尚第14図に於てはトランジスタQ12のゲート
を線Eに接続したが、これに代え、ゲートを別途
設けられた他の番地選択線に接続する様にしても
良いことが明らかであろう。 第16図は第15図の変形例で、この場合第1
5図のソース領域26の周囲に基板24又はソー
ス領域よりも表面不純物濃度の濃い拡散層54を
設けたものである。かくすれば第15図の構成と
同様の作用効果を得ることができると共に、更に
寄生チヤネルが形成されるおそれを有効に回避し
得る。 尚この場合拡散層54からコンタクトをとる様
にしても良い。 第12図について上述した本発明方法によるユ
ニツトセル50の他の実施例を第17図について
述べる。 この場合ユニツトセル50は記憶用トランジス
タQ13と、番地選択及び電流制限用トランジスタ
Q11及びQ14とを有する。実際上このユニツトセ
ル50の多数を第18図に示す如く共通の半導体
基板60上に集積して集積回路を構成することが
できる。 トランジスタQ13は、ソース領域26内の領域
46がその延長部61を介して基板60に電気的
に接続されていることを除いては第12図の電界
効果トランジスタ45と同様の構成を有する。ト
ランジスタQ11はそのソース領域をトランジスタ
Q12のドレイン領域25と共通となされ、ドレイ
ン領域62と、ゲート絶縁膜63と、ゲート電極
64とでなる。又トランジスタQ14はトランジス
タQ13のソース領域26の一縁部に形成されたド
レイン領域65と、ソース領域66と、ゲート電
極67と、ゲート絶縁膜68とでなる。 トランジスタQ13のドレインdはトランジスタ
Q11を介して共通「1」書込み線Wに、ソースs
はトランジスタQ14を介して共通接地・書込線E
に夫々接続され、又トランジスタQ11及びQ14
ゲートは夫々共通番地選択線Y及びEYに接続さ
れている。 上述の構成のユニツトセル50に於て、これに
対して第5表に示すバイアス条件を与えるもので
ある。
[Table] In Table 4, H ++ is area 46 (Figure 15)
indicates a voltage higher than the breakdown voltage at the semiconductor surface of the junction of transistor Q10 , H- indicates a negative voltage whose absolute value is greater than the breakdown voltage at the drain junction of transistor Q10, and H- indicates a voltage whose absolute value is greater than the breakdown voltage at the drain junction of transistor Q10 . It exhibits a negative voltage that is less than the breakdown voltage of the drain junction. Also in Table 4, transistors Q 10 and Q 11
is a p channel and Q12 is an n channel, but if the signs of these channels are reversed, the voltage V
The signs of W , V E and V Y may be reversed. In this way, when writing "1", transistor Q 11
conducts, through which voltage V W on line W is applied to the drain d of transistor Q 10 , causing an avalanche breakdown at its drain junction and placing transistor Q 10 in the "1" charging state. In this way, "1" information is written into transistor Q10 .
On the other hand, when writing "0", the transistor Q 12 becomes conductive, and the source region 26 (15th
The application of the voltage V E on line E to region 46 in FIG. 1 causes avalanche breakdown at the junction between regions 26 and 46, causing transistor Q 10 to be in a "0" state of charge. These states of charge are maintained as they are until they are switched to other states of charge. Also, during reading, transistor Q 11 is turned on, but in this case, since the voltage applied to the W line is small, transistor Q 10 is turned on.
If no avalanche breakdown occurs at the drain junction of Q and as a result current flows through transistor Q10 , then
It can read "1" and if no flow, it can read "0". In this way, even with the memory unit cell based on the second write/rewrite method, the same effects as described above regarding the first method can be obtained. Although the gate of transistor Q12 is connected to line E in FIG. 14, it is clear that the gate may be connected to another separately provided address selection line instead. . Figure 16 is a modification of Figure 15, in which case the first
A diffusion layer 54 having a higher surface impurity concentration than the substrate 24 or the source region is provided around the source region 26 in FIG. In this way, the same effects as those of the configuration shown in FIG. 15 can be obtained, and the possibility of formation of a parasitic channel can also be effectively avoided. In this case, contact may be made from the diffusion layer 54. Another embodiment of a unit cell 50 according to the method of the invention described above with respect to FIG. 12 will now be described with reference to FIG. In this case, the unit cell 50 includes a memory transistor Q13 and an address selection and current limiting transistor.
Q 11 and Q 14 . In fact, a large number of unit cells 50 can be integrated on a common semiconductor substrate 60 as shown in FIG. 18 to form an integrated circuit. Transistor Q 13 has a similar configuration to field effect transistor 45 of FIG. 12, except that region 46 within source region 26 is electrically connected to substrate 60 via an extension 61 thereof. Transistor Q11 has its source region as a transistor
It is common to the drain region 25 of Q12 and consists of a drain region 62, a gate insulating film 63, and a gate electrode 64. Further, the transistor Q 14 includes a drain region 65 formed at one edge of the source region 26 of the transistor Q 13 , a source region 66 , a gate electrode 67 , and a gate insulating film 68 . The drain d of transistor Q13 is a transistor
Source s to the common “1” write line W via Q 11
is the common ground/write line E through transistor Q14 .
The gates of transistors Q11 and Q14 are connected to common address selection lines Y and EY, respectively. The bias conditions shown in Table 5 are applied to the unit cell 50 having the above-described structure.

【表】 かくすれば、「1」書込み時はトランジスタ
Q11を介してトランジスタQ13に「1」を書込
み、又「0」書込み時はトランジスタQ14を介し
て「0」を書込み、更に読出し時はトランジスタ
Q11及びQ14を共に導通状態として、トランジス
タQ13に電流が流れれば「1」情報を、流れなけ
れば「0」情報を夫夫読出すことができる。この
場合トランジスタQ11及びQ14はトランジスタQ13
のドレイン接合及び領域46の接合に流れる電流
を制限する。 上述の如く第12図〜第18図の構成に依れば
第12図について上述した第2の方法を十分に具
現化し得るメモリユニツトセルを得ることができ
る。 尚第12図乃至第18図の構成に於て、トラン
ジスタ45及びQ12の絶縁膜27上に、例えば第
2図に於ける第2ゲート電極23と同様の第2ゲ
ート電極を設けても良く、この場合は上述の効果
に加えて更にこのゲート電極による電界によつ
て、なだれ降服に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せしめる様にすること
ができる。 第12図乃至第19図の構成において図示の如
く領域26は領域25よりも第1ゲート電極に対
向する部分の面積が広く設計されており、領域4
6及び26間の接合の雪崩降服によつて情報の書
換を行うとき、第1ゲートの電位が領域26の電
位に追従して書込を効率良く行えるようになつて
いる。 尚上述に於ては特に述べなかつたが、本発明に
よる記憶装置に於ては、第1ゲート電極28を有
す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せしめる様な場
合、例えば第18図に示した様な場合は埋込まれ
た第1ゲート電極28を有するトランジスタQ13
のゲート絶縁膜22の厚さより、その他の埋込ま
れたゲート電極を有しない番地選択用のトランジ
スタQ11及びQ14のゲート絶縁膜63及び68の
厚さを厚くするものである。かくすれば他のトラ
ンジスタQ11及びQ14のドレイン接合の降服電圧
を第1ゲートを有するトランジスタQ13の降服電
圧よりも高くすることができることにより、動作
の安定なメモリユニツトセルを得ることができ
る。 本発明方法に依る第19図に示す電界効果トラ
ンジスタ70を用いて実験した結果、第20図に
示す関係が得られた。この場合、半導体基板24
は不純物濃度5×1013個/cm3のn形でシリコンで
なり、ソース領域26の領域46との接合附近の
表面不純物濃度を略々1016個/cm3、ゲート絶縁膜
(SiO2)22の厚さl1を約1000Å、絶縁膜(SiO2
27の厚さl2を約1000Å、チヤネル長Lを約10μ
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相当へ夫々変
化するに要する時間を測定し、その結果を第2の
ゲート23(Al)及びソース領域26(P)の
端子電圧VGSに対する時間tとして表わしたもの
である。 尚第20図に於て、符号1は、ドレイン端子D
及びソース端子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及び領域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、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及びドレイン領域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、夫々示す。 この測定結果から、第1に「1」又は「0」情
報の何れをも書込み、書き直しをすることがで
き、しかもこれ等の記憶は不揮発性であること、
第2に第2ゲート電極23を設けることによつて
書込み時間を格段的に高速化し得ること、第3に
書込み時間は降服を起している接合のアバランシ
エ電流に反比例して小さくなることが実証され
た。 上述の如く本発明に依れば、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
によつてしか実用化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、かかるメモリを製作するにつき、従来のシリ
コンゲート技術又はモリブデンゲート技術を用
い、他に何等特殊な技術を要することなく、容易
に高密度に製作することができるものである。 以上の説明では記憶内容が「1」と「0」のデ
イジタル情報であつたが不揮発生アナログ情報の
記憶に用いることもできることは明らかであろ
う。 また、特許請求の範囲第1項は第12図、第1
3図、第16図、第18、第19図が対応し、第
1の半導体領域とは24,102、第2の半導体
領域とは26,105、第3の半導体領域とは4
6,106、第1のゲートとは28をそれぞれい
う。また、特許請求の範囲第2項、第4項は、上
記した各実施例の全般的な流れ、および第2図〜
第5図、第19図に対応しており、さらに、特許
請求の範囲第3項は、同様に第12図、第15
図、第16図、第18図、第19図に対応し、第
1の半導体領域とは24、第2の半導体領域とは
26、第3の半導体領域とは46、第4の半導体
領域とは25、第1のゲートとは28、第2のゲ
ートとは23をそれぞれいうものである。また、
特許請求の範囲第5項は、第18図、第19図に
対応し、特許請求の範囲第6項は明細書第17頁の
記載に対応しており、さらに、特許請求の範囲第
7項は、第12図、第13図、第15図、第16
図、第18図、第19図の主要部に対応してお
り、特許請求の範囲第8項は第7項と対応する前
述の各図と第2図〜第5図に対応している。
[Table] In this way, when writing "1", the transistor
Write `` 1 '' to transistor Q 13 through Q 11, and when writing ``0'' write ``0'' through transistor Q 14 , and when reading
When Q11 and Q14 are both in a conductive state, if current flows through transistor Q13 , "1" information can be read out, and if not, "0" information can be read out. In this case transistors Q 11 and Q 14 are transistors Q 13
limits the current flowing to the drain junction of and the junction of region 46. As described above, according to the configurations of FIGS. 12 to 18, a memory unit cell can be obtained which can fully implement the second method described above with reference to FIG. In the configurations shown in FIGS. 12 to 18, a second gate electrode similar to, for example, the second gate electrode 23 in FIG. 2 may be provided on the insulating film 27 of the transistor 45 and Q12 . In this case, in addition to the above-mentioned effects, the electric field generated by the gate electrode accelerates carriers generated by avalanche deposition, thereby increasing the writing speed. In the configurations shown in FIGS. 12 to 19, as shown in the figures, the region 26 is designed to have a larger area in the portion facing the first gate electrode than the region 25, and the region 4
When information is rewritten by avalanche of the junction between 6 and 26, the potential of the first gate follows the potential of region 26, so that writing can be performed efficiently. Although not specifically mentioned above, in the memory device according to the present invention, other transistors are formed on the same semiconductor substrate on which the memory field effect transistor having the first gate electrode 28 is formed. In the case where a memory unit cell is constructed using a transistor Q13 having a buried first gate electrode 28, for example, as shown in FIG.
The thickness of the gate insulating films 63 and 68 of the other address selection transistors Q11 and Q14 , which do not have embedded gate electrodes, is made thicker than the thickness of the gate insulating film 22 of FIG. In this way, the breakdown voltage of the drain junctions of the other transistors Q11 and Q14 can be made higher than the breakdown voltage of the transistor Q13 having the first gate, thereby making it possible to obtain a memory unit cell with stable operation. . As a result of an experiment using the field effect transistor 70 shown in FIG. 19 according to the method of the present invention, the relationship shown in FIG. 20 was obtained. In this case, the semiconductor substrate 24
is made of n-type silicon with an impurity concentration of 5×10 13 /cm 3 , and the surface impurity concentration near the junction between the source region 26 and the region 46 is approximately 10 16 /cm 3 , and the gate insulating film (SiO 2 ) The thickness of 22 is about 1000 Å, and the insulation film (SiO 2 )
The thickness l 2 of 27 is approximately 1000 Å, and the channel length L is approximately 10 μ.
Then, the voltage of the buried gate electrode (Si) is
The time required for the voltage to change from 0V to the equivalent of -4V in the case of writing "1" and from -4V to the equivalent of 0V in the case of writing "0" is measured, and the results are sent to the second gate 23 (A l ) and the terminal voltage V GS of the source region 26 (P) versus time t. In FIG. 20, the reference numeral 1 indicates the drain terminal D.
and the curve obtained when the source terminal S is grounded, a positive bias is applied to the substrate terminal B, and the reverse direction current at the junction between the source region 26 and the region 46 is 100 μA. A negative bias is applied to the drain terminal D, a slight negative bias is applied to the source terminal S, and the substrate 24 and the drain region 25 are
The curves obtained when the reverse current between the junctions was set to 10 μA are shown. From this measurement result, firstly, it is possible to write and rewrite either "1" or "0" information, and furthermore, these memories are non-volatile;
Second, by providing the second gate electrode 23, it was demonstrated that the writing time could be significantly speeded up, and third, it was demonstrated that the writing time became smaller in inverse proportion to the avalanche current of the junction causing breakdown. It was done. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor memory that combines the high speed of readout that semiconductor memory inherently has and the nonvolatile memory that has conventionally been put into practical use only with magnetic memory. When manufacturing such a memory, it is possible to easily manufacture it at high density using conventional silicon gate technology or molybdenum gate technology without requiring any other special technology. In the above explanation, the stored content is digital information of "1" and "0", but it is clear that it can also be used to store non-volatile analog information. In addition, claim 1 refers to FIG.
3, 16, 18, and 19 correspond, the first semiconductor region is 24,102, the second semiconductor region is 26,105, and the third semiconductor region is 4.
6, 106, and the first gate are 28, respectively. In addition, claims 2 and 4 describe the general flow of each of the above-described embodiments and FIGS.
5 and 19, and claim 3 also applies to FIGS. 12 and 15.
16, 18, and 19, the first semiconductor region is 24, the second semiconductor region is 26, the third semiconductor region is 46, and the fourth semiconductor region is 24. is 25, the first gate is 28, and the second gate is 23. Also,
Claim 5 corresponds to FIGS. 18 and 19, Claim 6 corresponds to the description on page 17 of the specification, and Claim 7 corresponds to the statement on page 17 of the specification. 12, 13, 15, 16
18 and 19, and claim 8 corresponds to each of the aforementioned figures corresponding to claim 7 and FIGS. 2 to 5.

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

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を示す断面図、第2図は本
発明の一実施例を示すとともに本発明による不揮
発性メモリの記憶方法の一例の説明に供する記憶
用電界効果トランジスタを示す断面図、第3図乃
至第5図は本発明の種々の実施例による記憶用電
界効果トランジスタの構成を示す断面図、第6図
乃至第11図は第2図乃至第5図に示す記憶用電
界効果トランジスタを含んで構成したメモリユニ
ツトセルの一例を示す等価回路図、第12図は本
発明の他の実施例による記憶用電界効果トランジ
スタを示す断面図、第13図は本発明の他の実施
例による記憶用バイポーラトランジスタの構成を
示す断面図、第14図は第12図の記憶用電界効
果トランジスタを含んで構成したメモリユニツト
セルの一例を示す等価回路図、第15図及び第1
6図は第14図のメモリユニツトセルを同一半導
体基板上に形成した場合の構成を示す断面図、第
17図は第14図のメモリユニツトセルの他の例
を示す等価回路図、第18図A及びBは夫々第1
7図のメモリユニツトセルを集積回路に構成した
場合の平面図及びそのB−B線上の断面図、第1
9図及び第20図は本発明方法の一例による実験
結果を示す図である。 図中、21,45,70…記憶用電界効果トラ
ンジスタ、22…ゲート絶縁膜、23…第2のゲ
ート電極、24…半導体基板、25…ドレイン領
域、26…ソース領域、27…絶縁膜、28…第
1のゲート電極、29,47…空乏層、30,3
5,38…チヤネル、31,39,39′…ピン
チオフ領域、36…透孔、41,50…メモリユ
ニツトセル、Q1〜Q14…トランジスタ。
FIG. 1 is a sectional view showing a field effect transistor for explaining a conventional information writing method, and FIG. 2 is a memory showing an embodiment of the present invention and for explaining an example of a nonvolatile memory storage method according to the present invention. FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views showing structures of memory field-effect transistors according to various embodiments of the present invention, and FIGS. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing an example of a memory unit cell configured including the storage field effect transistor shown in FIG. 5; FIG. 12 is a sectional view showing a storage field effect transistor according to another embodiment of the present invention; 14 is a sectional view showing the structure of a storage bipolar transistor according to another embodiment of the present invention, FIG. 14 is an equivalent circuit diagram showing an example of a memory unit cell configured including the storage field effect transistor of FIG. 12, and FIG. Figure 15 and 1st
6 is a cross-sectional view showing the structure of the memory unit cell shown in FIG. 14 formed on the same semiconductor substrate, FIG. 17 is an equivalent circuit diagram showing another example of the memory unit cell shown in FIG. 14, and FIG. A and B are the first
A plan view and a sectional view taken along the line B-B of the memory unit cell shown in FIG.
9 and 20 are diagrams showing experimental results according to an example of the method of the present invention. In the figure, 21, 45, 70... Storage field effect transistor, 22... Gate insulating film, 23... Second gate electrode, 24... Semiconductor substrate, 25... Drain region, 26... Source region, 27... Insulating film, 28 ...first gate electrode, 29,47...depletion layer, 30,3
5, 38... Channel, 31, 39, 39'... Pinch-off region, 36... Through hole, 41, 50... Memory unit cell, Q1 to Q14 ... Transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1の半導体領域と、上記第1の半導体領域
中にその表面を一致させて第1の接合をなす如く
設けられた第2の半導体領域と、上記第2の半導
体領域中にその表面を一致させて第2の接合をな
す如く設けられた第3の領域と、上記第1の領域
の第1の接合近傍表面と第2の領域表面と第3の
領域の第2の接合近傍表面とにさしわたすように
設けられた絶縁膜と、上記絶縁膜中に設けられた
第1のゲート電極とからなることを特徴とする記
憶用電界効果トランジスタ。 2 特許請求の範囲第1項記載の記憶用電界効果
トランジスタにおいて、絶縁膜を介して上記第1
のゲート電極上に第2のゲート電極を設けたこと
を特徴とする記憶用電界効果トランジスタ。 3 第1の半導体領域と、上記第1の半導体領域
の表面中に第1の接合をなす如く設けられた第2
の半導体領域と、上記第2の半導体領域の表面中
に第2の接合をなす如く設けられた第3の領域
と、上記第1の領域の第1の接合近傍表面と第2
の領域表面と第3の領域の第2の接合近傍表面と
にさしわたすように設けられた絶縁膜と、上記絶
縁膜中に設けられた第1のゲート電極と、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
延在せしめ、該表面中に上記第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
なすが如く第4の領域を設けたことを特徴とする
記憶用電界効果トランジスタ。 4 特許請求の範囲第3項記載の記憶用電界効果
トランジスタにおいて、絶縁膜を介して上記第1
のゲート電極上に第2のゲート電極を設けたこと
を特徴とする記憶用電界効果トランジスタ。 5 特許請求範囲第3項記載の記憶用電界効果ト
ランジスタにおいて、上記第3の領域は上記第1
の半導体領域と接続された状態で形成されたこと
を特徴とする記憶用電界効果トランジスタ。 6 特許請求範囲第3項記載の記憶用電界効果ト
ランジスタにおいて、上記第2の半導体領域と上
記第1の半導体領域との接合表面近傍に該接合近
傍の不純物濃度より不純物濃度の大きな第5の領
域を設けたことを特徴とする記憶用電界効果トラ
ンジスタ。 7 半導体基板に形成されたドレイン領域及びソ
ース領域と、上記半導体基板の表面に附着された
ゲート絶縁膜及びこれと連続せる絶縁膜と、該ゲ
ート絶縁膜及びこれと連続せる絶縁膜間に埋込ま
れた第1のゲート電極とを少なくとも有し、上記
第1のゲート電極下に於ける上記半導体基板に、
当該半導体基板と上記ドレイン又はソース領域間
の第1の接合とは異なる不純物濃度関係又は材料
構成を有する第2の接合を設けたことを特徴とす
る記憶用電界効果トランジスタ。 8 半導体基板に形成されたドレイン領域及びソ
ース領域と、上記半導体基板の表面に附着された
ゲート絶縁膜及びこれと連続せる絶縁膜と、該ゲ
ート絶縁膜及びこれと連続せる絶縁膜間に埋込ま
れた第1のゲート電極とを少なくとも有し、上記
第1のゲート上に絶縁膜を介して第2のゲート電
極を設け、上記第1のゲート電極下に於ける上記
半導体基板に、当該半導体基板と上記ドレイン又
はソース領域間の第1の接合とは異なる不純物濃
度関係又は材料構成を有する第2の接合を設けた
ことを特徴とする記憶用電界効果トランジスタ。
[Claims] 1. A first semiconductor region, a second semiconductor region provided in the first semiconductor region so that its surfaces coincide with each other to form a first junction, and the second semiconductor region a third region provided in the region such that its surfaces coincide with each other to form a second joint; a surface near the first joint of the first region; a surface of the second region; 1. A field effect transistor for storage, comprising: an insulating film provided across a surface near a junction of two parts; and a first gate electrode provided in the insulating film. 2. In the memory field effect transistor according to claim 1, the first
A field effect transistor for storage, characterized in that a second gate electrode is provided on the gate electrode. 3 a first semiconductor region and a second semiconductor region provided in the surface of the first semiconductor region so as to form a first junction;
a third region provided in the surface of the second semiconductor region so as to form a second junction; a surface near the first junction of the first region;
an insulating film provided across the surface of the region and the surface near the second junction of the third region; a first gate electrode provided in the insulating film; and the first gate electrode. extending over the surface of the first semiconductor region, and providing a fourth region in the surface so as to be spaced apart from the second semiconductor region and form a third junction under the first gate electrode. A memory field effect transistor characterized by: 4. In the memory field effect transistor according to claim 3, the first
A field effect transistor for storage, characterized in that a second gate electrode is provided on the gate electrode. 5. In the storage field effect transistor according to claim 3, the third region is
A field effect transistor for storage, characterized in that it is formed in a state connected to a semiconductor region. 6. In the field-effect transistor for storage according to claim 3, a fifth region having an impurity concentration higher than the impurity concentration near the junction is provided near the junction surface between the second semiconductor region and the first semiconductor region. A field effect transistor for storage, characterized in that it is provided with. 7 A drain region and a source region formed on a semiconductor substrate, a gate insulating film attached to the surface of the semiconductor substrate and an insulating film continuous thereto, and an embedded region between the gate insulating film and an insulating film continuous thereto. the semiconductor substrate under the first gate electrode;
A field effect transistor for storage, characterized in that a second junction is provided between the semiconductor substrate and the drain or source region and has a different impurity concentration relationship or material composition than the first junction. 8. A drain region and a source region formed on a semiconductor substrate, a gate insulating film attached to the surface of the semiconductor substrate and an insulating film continuous thereto, and an embedded region between the gate insulating film and an insulating film continuous thereto. a second gate electrode is provided on the first gate with an insulating film interposed therebetween; A field effect transistor for storage, characterized in that a second junction having an impurity concentration relationship or material composition different from the first junction between the substrate and the drain or source region is provided.
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